Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Katalitik Konverter Dengan Sistem Dua Bahan Bakar (Dual Fuel) Solar Dan Biogas Dengan Kandungan Metana 60%

KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER MENGGUNAKAN KATALITIK KONVERTER DENGAN SISTEM DUA

BAHAN BAKAR (DUAL FUEL) SOLAR DAN BIOGAS DENGAN KANDUNGAN 60% METANA

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Oleh :

Bensazar Lumbanraja (100401075)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N

KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER

SATU SILINDER MENGGUNAKAN KATALITIK

KONVERTER DENGAN SISTEM DUA BAHAN BAKAR

(DUAL FUEL) SOLAR DAN BIOGAS DENGAN KANDUNGAN

60 % METANA

BENSAZAR LUMBANRAJA

DEPARTEMENTEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU

M E D A N

TUGAS SARJANA

N A M A : BENSAZAR LUMBANRAJA

N I M : 100401075

MATA PELAJARAN : MOTOR BAKAR

SPESIFIKASI : KAJIAN PERFORMANSI DAN EMISI MESIN

DIESEL STASIONER SATU SILINDER

MENGGUNAKAN KATALITIK KONVERTER

DENGAN SISTEM DUA BAHAN BAKAR

(DUALFUEL) SOLAR DAN BIOGAS DENGAN

KANDUNGAN 60% METANA

DIBERIKAN TANGGAL : 6 April 2015

SELESAI TANGGAL : 19 Agustus 2015

Medan, Agustus 2015.

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Dr. Eng. Himsar Ambarita ST, MT NIP. 1964 1224 1992 111001 NIP . 1972 0610 2000 121001

AGENDA : / TS / 2015

DITERIMA TGL : 06-04-2015

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA

No : / TS / 2015

Sub. Program Studi : Konversi Energi Bidang Tugas : Motor Bakar

Judul Tugas : Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Katalitik Konventer Dengan Sistem Dua Bahan Bakar (Dual Fuel) Solar dan Biogas Dengan Kandungan 60 % Metana

Diberikan tanggal : 06-04-2015 Selesai Tgl : 19-08-2015

Dosen Pembimbing : DR. Eng. Himsar Nama Mhs : Bensazar Lumbanraja Ambarita,ST,MT NIM : 100401075

No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan Dosen Pemb. 1 06-04-2015 Menerima spesifikasi tugas

2 08-04-2015 Studi Literatur dan Pencarian Referensi 3 16-04-2015 Pengadaan Alat dan Pemasangan 4 05-05-2015 Pengambilan Bahan Bakar 5 26-05-2015 Pengujian

6 05-07-2015 Asistensi Hasil Pengujian 7 13-07-2015 Perbaikan Laporan Bab 1, 2, 3 8 22-07-2015 Asistensi Bab 4,5

9 29-07-2015 Perbaikan Bab 4,5 10 05-08-2015 ACC Laporan Skripsi 11 19-08-2015 ACC Seminar

CATATAN: Diketahui,

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada FT USU

Dosen Pembimbing setiap Asistensi 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi 3. Kartu ini harus dikembalikan ke

ABSTRAK

Keterbatasan sumber daya minyak dan peningkatan jumlah penduduk merupakan salah satu masalah didunia, hal itu yang mendorong kita untuk melakukan pengembangan dan penelitian terhadap adanya bahan bakar alternative. Biogas merupakan bahan bakar yang berasal dari limbah kelapa sawit, dan kotoran ternak yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif bagi mesin diesel. Pada penelitian ini, biogas digunakan sebagai bahan bakar pada mesin genset diesel stasioner satu silinder yang dimodifikasi dengan sistem berbahan bakar ganda(dual fuel) untuk menghasilkan listrik. Untuk mengetahui pengaruh terhadap performansi mesin, kami variasikannya dengan laju aliran bahan bakar biogas. Performansi yang dihitung adalah daya, torsi, efisiensi thermal, konsumsi bahan bakar (SFC) dan rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR) dengan pengujian mesin menggunakan beban statis 600, 900, 1200 dan 1500 Watt, dan juga putaran mesin yang dinaikkan perlahan dari 1000 hingga 1500 RPM, serta penambahan katalitik converter dengan harapan mengurangi emisi gas buang. Kemudian hasil pengujian performansi yang didapat dibandingkan dengan mesin genset diesel yang sama, dengan menggunakan bahan bakar solar murni, sehingga dapat diketahui pengaruh dari bahan bakar biogas terhadap performansi mesin diesel. Dan juga dilakukan pengujian emisi gas buang untuk memenuhi kelayakan standarisasi dari mesin yang menggunakan bahan bakar solar dan biogas tersebut. Juga perhitungan perbandingan nilai ekonomis untuk mengetahui efisiensi nilai ekonomis dari perubahan bahan bakar. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa, daya dan torsi mesin cenderung meningkat untuk beberapa laju aliran aliran biogas, efisiensi thermal meningkat untuk seluruh laju aliran biogas sedangkan SFC dan AFR menurun untuk seluruh laju aliran biogas. Dengan menggunakan biogas, dapat mengurangi konsumsi bahan bakar solar (nilai ekonomis solar).

ABSTRACT

The limited resources of oil and the increase in population is one of the problems in the world, it is that drives us to do development and research on the alternative fuel. Biogas is a fuel derived from palm oil waste, and manure can be used as an alternative fuel for diesel engines. In this study, the biogas is used as a fuel in a diesel engine generator set stationary single-cylinder modified with dual fuel system (dual fuel) to generate electricity. To determine the effect of the performance of the machine, we variasikannya with biogas fuel flow rate. Performance is calculated is the power, torque, thermal efficiency, fuel consumption (SFC) and the ratio of air to fuel (AFR) with test machines using a static load of 600, 900, 1200 and 1500 Watt, as well as engine speed is increased slowly from 1000 up to 1500 RPM, and the addition of a catalytic converter in the hope of reducing exhaust emissions. Then the performance test results were compared with the same diesel engine generator set, using pure diesel fuel, so that it can be seen the influence of biogas for diesel engine performance. And also testing exhaust emissions to meet the eligibility standardization of engines that use diesel fuel and biogas. Also the economic value ratio calculation to determine the efficiency of the economic value of the fuel changes. From the test results showed that, the power and torque of the engine tends to increase for several biogas stream flow rate, increased thermal efficiency for the entire biogas flow rate decreases while the SFC and the AFR for the entire biogas flow rate. By using biogas, can reduce the consumption of diesel fuel (diesel economic value).

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kasih karunia, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan dengan baik.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER MENGGUNAKAN KATALITIK KONVERTER DENGAN SISTEM DUA BAHAN BAKAR (DUAL FUEL) SOLAR DAN BIOGAS DENGAN KANDUNGAN METANA 60% ”

Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi penulis. Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih kepada dosen pembimbing Bapak DR.Eng. Himsar Ambarita, ST.MT yang telah memberikan saran dan bimbingan untuk kelancaran penulisan skripsi ini.

Selama penulisan skripsi ini, penulis juga banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada :

1. Orang tua saya Ir. A. Lumbanraja dan H. Simanungkalit yang selalu menjadi inspirasi buat penulis dari awal masuk kuliah sampai penyelesaian Skripsi ini.

2. Bapak DR.Ing.Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin USU yang memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

4. Arie, Gunung, Baringin sebagai partner TA yang mempunyai semangat dalam menyelesaikan tugas akhir.

5. Seluruh Dosen dan Pegawai Departemen Teknik Mesin USU yang telah memberikan kesempatan dan urusan administrasi.

6. Adek penulis Yediya Lumbanraja dan Asweros ‘Pocil’ Lumbanraja, saudara-saudari sekalian yang tak henti-henti memberi dukung dan mendoakan kepada penulis.

7. Rekan-rekan seperjuangan teknik mesin stambuk 2010, adinda teknik mesin stambuk 2012, serta rekan rekan di Berdikari Mini Complex, Lapo Tuak Mora, Serdadu Mesin Kanan, Kede kila Terompet (Andi Panjaitan, Jekson Marpaung, Luftry (Coky) Siregar, dkk), Scooterist Sumut, Anti Formal, Hukum Darma Agung, Racun dunia, GBU Smansa, ML service, KMKT dan rekan rekan yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang selalu memberi bius semangat kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurang sempurnaan dan kesilapan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik.

Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.

Medan, 17 Agustus 2015 Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... …i

ABSTRACT ... …ii

KATA PENGANTAR ... …iii

DAFTAR ISI ... …v

DAFTAR GAMBAR ... …ix

DAFTAR TABEL ... …xii

DAFTAR NOTASI ………...xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Pengujian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Pengujian ... 3

1.5 Metodologi Penulisan ... 4

1.6 Sistemetika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Bakar Hidrokarbon ... 6

2.1.1 Bahan Bakar Diesel ... 6

2.1.2 Karakteristik Bahan Bakar Diesel(Solar) ... 7

2.2 Bahan Bakar Gas ... 9

2.2.1 Sejarah Biogas ... 10

2.2.2 Defenisi Biogas ... 11

2.2.3 Karakteristik Bahan Bakar Biogas ... 11

2.2.4 Proses Pemurnian Biogas ... 12

2.2.5 Proses Pembuatan Biogas ... 13

2.3 Dual Fuel System ... 17

2.4 Mesin Diesel ... 17

2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 20

2.4.2 Performansi Mesin Diesel ... 21

2.4.3 Parameter Prestasi Mesin Diesel Empat Langkah ... 26

2.5 Emisi Gas Buang ... 30

2.5.1 Sumber ... 31

2.5.2 Komposisi Kimia ... 32

2.5.3 Bahan Penyusun ... 32

2.6 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar ... 34

2.7 Generator Set ... 38

2.8 Katalitik Konverter ... 40

2.8.1 Konstruksi Katalitik Konverter ... 41

2.8.2 Tipe – Tipe Katalitik Konverter ... 42

2.8.3 Mekanisme Kerja Katalitik Konverter……….. 42

2.8.4 Efek Pada Lingkungan ... 44

2.8.5 Fungsi Lain Dari Katalitik Konverter ... 46

2.8.5.1 Sound Absorption Muffler ... 47

2.8.5.2 Sound Cancelation Muffler ... 48

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 49

3.2 Alat dan Bahan ... 49

3.2.1 Alat ... 49

3.2.2 Bahan.... ... 60

3.3 Metode Pengumpulan data ... 61

3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 61

3.6 Prosedur Perakitan ... 62

3.7 Prosedur Pengujian Prestas Mesin Diesel ... 62

3.8 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin ... 65

3.9 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 66

3.10 Set Up Alat………..67

BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA 4.1Daya………. ... 71

4.1.1 Daya yang dihasilkan dengan solar murni ... 71

4.1.2 Daya yang dihasilkan dengan solar + biogas 2 l/menit ... 73

4.1.3 Daya yang dihasilkan dengan solar + biogas 4 l/menit ... 75

4.1.4 Daya yang dihasilkan dengan solar + biogas 6 l/menit ... 77

4.2 Torsi………. ... 83

4.2.1 Torsi yang dihasilkan dengan solar murni ... 83

4.2.2 Torsi yang dihasilkan dengan solar + biogas 2 l/menit ... 85

4.2.3 Torsi yang dihasilkan dengan solar + biogas 4 l/menit ... 87

4.2.4 Torsi yang dihasilkan dengan solar + biogas 6 l/menit ... 89

4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 95

4.3.1 SFC yang dihasilkan dengan solar murni ... 96

4.3.2 SFC yang dihasilkan dengan solar + biogas 2 l/menit ... 98

4.3.3 SFC yang dihasilkan dengan solar + biogas 4 l/menit ... 100

4.3.4 SFC yang dihasilkan dengan solar + biogas 6l/menit ... 102

4.4 Efisiensi Thermal Brake ... 108

4.4.1 Efisiensi Thermal dengan solar murni ... 108

4.4.2 Efisiensi Thermal dengan solar + biogas 2 l/menit ... 110

4.4.3 Efisiensi Thermal dengan solar + biogas 4 l/menit ... 112

4.4.4 Efisiensi Thermal dengan solar + biogas 6 l/menit ... 114

4.5.1 AFR dengan solar murni...121

4.5.2 AFR dengan solar + biogas 2 l/menit...124

4.5.3 AFR dengan solar + biogas 4 l/menit...126

4.5.4 AFR dengan solar + biogas 6 l/menit...128

4.6 Emisi Gas Buang...134

4.7 Tinjauan Nilai Ekonomis...139

4.7.1 Nilai Ekonomis untuk solar murni...139

4.7.2 Nilai Ekonomis untuk solar + biogas 2 l/menit...141

4.7.3 Nilai Ekonomis untuk solar + biogas 4 l/menit...143

4.7.4 Nilai Ekonomis untuk solar + biogas 6 l/menit...144

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...149

5.2 Saran...151

DAFTAR PUSTAKA ... ….xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Penyulingan Minyak ...6

Gambar 2.2 Pemurnian Biogas ...13

Gambar 2.3 Proses Pembuatan Biogas...15

Gambar 2.4 Mesin Dengan Sistem Dua Bahan Bakar ...17

Gambar 2.5 Diagram P-V Mesin Diesel ...18

Gambar 2.6 Diagram T-S Mesin Diesel ...19

Gambar 2.7 Prinsip Kerja Mesin Diesel ...20

Gambar 2.8 Skema Operasi Dynamometer ...23

Gambar 2.9 Diagram Alir Prestasi Mesin ...27

Gambar 2.10 Pengetesan Prestasi Mesin ...28

Gambar 2.11 Diagram p-v Siklus Diesel ...29

Gambar 2.12 Standar Uji Emisi Nasional Indonesia ...30

Gambar 2.13 Grafik Tekanan vs Sudut Engkol ...34

Gambar 2.14 Hidrokarbon rantai lurus ...36

Gambar 2.15 Alpha-methylnaphtalene ...36

Gambar 2.16 Generator Set……….38

Gambar 2.17 Katalitik Konverter………44

Gambar 2.18 Sound Absorptio………47

Gambar 2.20 Kombinasi Absorption dan Cancelation………...48

Gambar 2.21 Skema Pereduksian Kebisingan………48

Gambar 3.1 Tiger Diesel Engine Single-Cylinder R175AN………...49

Gambar 3.2 Syncronous Generators Single Phase AC………..50

Gambar 3.3 Engine Smoke meter dan Gas Analyzer...51

Gambar 3.4 Thermocouple Thermometer ...52

Gambar 3.5 Catalitic Converter………..53

Gambar 3.6 Kompressor……….53

Gambar 3.7 Flowmeter Gas ...54

Gambar 3.8 Multi meter ...54

Gambar 3.9 Tabung Penhyimpanan Biogas ...56

Gambar 3.10 Regulator Gas ...56

Gambar 3.11 Solenoid Valve ...56

Gambar 3.12 Stop watch ...57

Gambar 3.13 Manometer ...57

Gambar 3.14 Selang Bertekanan ...58

Gambar 3.15 Rangkaian Lampu ...58

Gambar 3.16 Alat Perbengkelan ...59

Gambar 3.17 V-Belt dan Pulley ...59

Gambar 3.18 Panel Listrik ...60

Gambar 3.20 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin...65

Gambar 3.21 Diagram Alir Pengujian Emisi Gas Buang ...66

Gambar 3.22 Set Up Alat………....67

Gambar 3.23 Set Up Pengujian Mesin Diesel………...69

Gambar 4.1 Grafik Daya vs RPM , Beban 600 Watt ...79

Gambar 4.2 Grafik Daya vs RPM , Beban 900 Watt ...80

Gambar 4.3 Grafik Daya vs RPM, Beban 1200 Watt ...81

Gambar 4.4 Grafik Daya vs RPM, Beban 1500 Watt ...82

Gambar 4.5 Grafik Torsivs RPM , Beban 600 Watt ...91

Gambar 4.6 Grafik Torsi vs RPM, Beban 900 Watt ...92

Gambar 4.7 Grafik Torsi vs RPM, Beban 1200 Watt ...93

Gambar 4.8 Grafik Torsi vs RPM, Beban 1500 Watt ...94

Gambar 4.9 Grafik SFC vs RPM, Beban 600 Watt ...104

Gambar 4.10 Grafik SFC vs RPM, Beban 900 Watt ...105

Gambar 4.11 Grafik SFC vs RPM, Beban 1200 Watt ...106

Gambar 4.12 Grafik SFC vs RPM, Beban 1500 Watt ...107

Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Thermal vs RPM, Beban 600 Watt………116

Gambar 4.14 Grafik Efisiensi Thermal vs RPM, Beban 900 Watt………117

Gambar 4.15 Grafik Efisiensi Thermal vs RPM , Beban 1200 Watt………….118

Gambar 4.17 Grafik AFR vs RPM, Beban 600 Watt……….. 130

Gambar 4.18 Grafik AFR vs RPM, Beban 900 Watt ...131

Gambar 4.19 Grafik AFR vs RPM, Beban1200 Watt ...132

Gambar 4.20 Grafik AFR vs RPM, Beban 1500 Watt ...133

Gambar 4.21 Grafik Nilai Ekonomis vs RPM, Beban 600 Watt ...145

Gambar 4.22 Grafik Nilai Ekonomis vs RPM, Beban 900 Watt ...146

Gambar 4.23 Grafik Nilai Ekonomis vs RPM, Beban 1200 Watt ...147

Gambar 4.24 Grafik Nilai Ekonomis vs RPM, Beban 1500 Watt ...148

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar ... 9

Tabel 2.2 Komposisi Kandungan Biogas ... 11

Tabel 2.3 Sifat Fisik Biogas ... 12

Tabel 2.4 Perbedaan motor diesel dan motor bensin………...28

Tabel 2.5 Standard Emisi Gas Buang………31

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Daya Solar Murni ... 72

Tabel 4.2 Daya Solar Murni + 2 l/min Biogas ... 74

Tabel 4.3 Daya Solar Murni + 4 l/min Biogas ... 76

Tabel 4.4 Daya Solar Murni + 6 l/min Biogas ... 78

Tabel 4.5 Torsi Solar Murni ... 84

Tabel 4.6 Torsi Solar Murni + 2 l/min Biogas ... 86

Tabel 4.7 Torsi Solar Murni + 4 l/min Biogas ... 88

Tabel 4.8 Torsi Solar Murni + 6 l/min Biogas ... 90

Tabel 4.9 SFC Bahan Bakar Solar Murni ... 97

Tabel 4.10 SFC Bahan Bakar Solar Murni + 2 l/min Biogas ... 99

Tabel 4.11 SFC Bahan Bakar Solar Murni + 4 l/min Biogas………..101

Tabel 4.12 SFC Bahan Bakar Solar Murni + 6 l/min Biogas………...103

Tabel 4.13 Efisiensi Thermal Solar Murni……….109

Tabel 4.14 EfisiensiThermal Solar Murni + 2 l/min Biogas………...111

Tabel 4.15 Efisiensi Thermal Solar Murni + 4 l/min Biogas………...113

Tabel 4.16 Efisiensi Thermal Solar Murni + 6 l/min Biogas………115

Tabel 4.17 AFR Bahan Bakar Solar Murni………...123

Tabel 4.19 AFR Bahan Bakar Solar Murni + 4 l/min Biogas……….127

Tabel 4.20 AFR Bahan Bakar Solar Murni + 6 l/min Biogas……….129

Tabel 4.25 Emisi Gas Buang Solar Murni……….134

Tabel 4.26 Emisi Gas Buang Solar Murni + 2 l/min Biogas………..136

Tabel 4.27 Emisi Gas Buang Solar Murni + 4 l/min Biogas ...137

Tabel 4.28 Emisi Gas Buang Solar Murni + 6 l/min Biogas ...138

Tabel 4.21 Nilai Ekonomis Bahan Bakar Solar Murni ...140

Tabel 4.22 Nilai Ekonomis Bahan Bakar Solar Murni + 2 l/min Biogas ...142

Tabel 4.23 Nilai Ekonomis Bahan Bakar Solar Murni + 4 l/min Biogas ...143

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

PB Daya Keluaran Watt

CV Nilai kalor kJ/kg

Laju aliran massa udara kg/s Lajualiranbahanbakar kg/jam

n Putaran mesin rpm

Effisiensi termal %

Sfc Konsumsibahanbakarspesifik g/kW.jam

t Waktupengujian yang ditentukan jam

Ʈ Torsi keluaran mesin N.m

massa jenis bahan bakar kg/m3

V Tegangan listrik Volt

I Arus Listrik Ampere

v Volume bahan bakar ml

d Diameter Silinder mm

S Panjang Langkah mm

rc Rasio Kompresi

Vd Volume Silinder m3

Vc Volume sisa di silinder m3

ABSTRAK

Keterbatasan sumber daya minyak dan peningkatan jumlah penduduk merupakan salah satu masalah didunia, hal itu yang mendorong kita untuk melakukan pengembangan dan penelitian terhadap adanya bahan bakar alternative. Biogas merupakan bahan bakar yang berasal dari limbah kelapa sawit, dan kotoran ternak yang dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif bagi mesin diesel. Pada penelitian ini, biogas digunakan sebagai bahan bakar pada mesin genset diesel stasioner satu silinder yang dimodifikasi dengan sistem berbahan bakar ganda(dual fuel) untuk menghasilkan listrik. Untuk mengetahui pengaruh terhadap performansi mesin, kami variasikannya dengan laju aliran bahan bakar biogas. Performansi yang dihitung adalah daya, torsi, efisiensi thermal, konsumsi bahan bakar (SFC) dan rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR) dengan pengujian mesin menggunakan beban statis 600, 900, 1200 dan 1500 Watt, dan juga putaran mesin yang dinaikkan perlahan dari 1000 hingga 1500 RPM, serta penambahan katalitik converter dengan harapan mengurangi emisi gas buang. Kemudian hasil pengujian performansi yang didapat dibandingkan dengan mesin genset diesel yang sama, dengan menggunakan bahan bakar solar murni, sehingga dapat diketahui pengaruh dari bahan bakar biogas terhadap performansi mesin diesel. Dan juga dilakukan pengujian emisi gas buang untuk memenuhi kelayakan standarisasi dari mesin yang menggunakan bahan bakar solar dan biogas tersebut. Juga perhitungan perbandingan nilai ekonomis untuk mengetahui efisiensi nilai ekonomis dari perubahan bahan bakar. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa, daya dan torsi mesin cenderung meningkat untuk beberapa laju aliran aliran biogas, efisiensi thermal meningkat untuk seluruh laju aliran biogas sedangkan SFC dan AFR menurun untuk seluruh laju aliran biogas. Dengan menggunakan biogas, dapat mengurangi konsumsi bahan bakar solar (nilai ekonomis solar).

ABSTRACT

The limited resources of oil and the increase in population is one of the problems in the world, it is that drives us to do development and research on the alternative fuel. Biogas is a fuel derived from palm oil waste, and manure can be used as an alternative fuel for diesel engines. In this study, the biogas is used as a fuel in a diesel engine generator set stationary single-cylinder modified with dual fuel system (dual fuel) to generate electricity. To determine the effect of the performance of the machine, we variasikannya with biogas fuel flow rate. Performance is calculated is the power, torque, thermal efficiency, fuel consumption (SFC) and the ratio of air to fuel (AFR) with test machines using a static load of 600, 900, 1200 and 1500 Watt, as well as engine speed is increased slowly from 1000 up to 1500 RPM, and the addition of a catalytic converter in the hope of reducing exhaust emissions. Then the performance test results were compared with the same diesel engine generator set, using pure diesel fuel, so that it can be seen the influence of biogas for diesel engine performance. And also testing exhaust emissions to meet the eligibility standardization of engines that use diesel fuel and biogas. Also the economic value ratio calculation to determine the efficiency of the economic value of the fuel changes. From the test results showed that, the power and torque of the engine tends to increase for several biogas stream flow rate, increased thermal efficiency for the entire biogas flow rate decreases while the SFC and the AFR for the entire biogas flow rate. By using biogas, can reduce the consumption of diesel fuel (diesel economic value).

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring berjalannya waktu semakin bertambah pula jumlah populasi Manusia di Bumi, maka dengan demikian kebutuhan energi akan semakin bertambah. Untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut maka dibutuhkan juga pengembangan Teknologi yang lebih efisien seiring semakin terbatasnya sumber energi yang tersedia di Alam.

Permasalahan umum yang dihadapi dunia pada dewasa ini adalah semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak, disamping dampak negatif yang ditimbulkan dari penggunaan bahan bakar minyak tersebut. Fenomena ini mendorong manusia untuk berusaha mencari bahan bakar alternatif yang diharapkan mampu mengatasi kedua permasalahan di atas secara serentak. Salah satu jenis bahan bakar alternatif yang dimungkinkan untuk menggantikan bahan bakar minyak, terutama yang digunakan baik untuk kendaraan bermotor maupun untuk menghasilkan listrik adalah Bahan Bakar Gas (BBG) dalam hal ini adalah biogas.

terbarukan yang dapat dihasilkan dengan teknologi tepat guna yang relatif lebih sederhana dan sesuai dengan potensi wilayah di Indonesia berupa biogas.

Dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang pengaplikasian mesin dua bahan bakar (dual fuel) yaitu solar dan biogas pada mesin diesel yang ditujukan untuk menghemat bahan bakar solar dan meningkatkan efisiensi dari mesin diesel itu sendiri. Sebagaimana kita tahu bahwa pada mesin – mesin diesel konvensional pemakaian bahan bakar solar dan efisiensinya masih kurang maksimal.

Seiring meningkatnya jumlah kendaraan baik itu roda empat dan roda dua yang berimbas pada polusi udara yang sangat buruk di daerah perkotaan menuntut pabrikan harus berinovasi, salah satunya adalah dengan Catalytic Converter yang sudah terdapat pada mobil dan motor saat ini. Alat tersebut berfungsi untuk mengurangi intensitas pencemaran udara gas buang dikarenakan proses kendaraan bermotor. Alat ini dapat mengubah oksida nitrogen, CO dan HC menjadi gas yang tidak berbahaya. Oksida dioksida, sedangkan hidrokarbon yang tidak terbakar diubah menjadi karbon dan uap air.

1.2 Tujuan Pengujian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Untuk menjawab tantangan global akan krisis energi fosil, khususnya bahan bakar diesel/solar.

2. Untuk mengetahui performansi mesin diesel dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas.

3. Untuk mengetahui emisi gas buang dari mesin diesel menggunakan catalitik

converter dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) yang mencakup

komposisi opacity, HC, dan CO

4. Melihat Pengaruh Catalytic Converter dalam pengurangan emisi gas buang dan pengaruhnya terhadap performansi mesin.

1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu solar dan biogas purifikasi dengan kandungan methan 60%.

2. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui angka torsi yang diperoleh yaitu Generator.

3. Mesin yang digunakan sebagai mesin utama pembakaran gas adalah mesin diesel 4-langkah dengan 1-silinder TIGER R175AN.

4. Generator yang digunakan sebagai penghitung daya adalah Generator POWER FULL berkapasitas 3 kW.

5. Unjuk kerja mesin yang dihitung adalah :  Torsi (Torsion)

 Daya (Brake Power)

 Rasio perbandingan udara bahan bakar (Air Fuel Ratio)  Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)  Efisiensi Thermal Brake (Brake Thermal Efficiency)

 Emisi gas buang

6. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui komposisi emisi gas buang dari mesin adalah Smoke Meter (Opacity) Model HD – 410 dan Gas Analyzer Model HG – 510.

7. Gas buang mesin diesel yang diamati adalah Opacity, HC (Hydro Carbon), dan CO (Carbon Monoksida).

8. Mesin yang dipakai menggunakan Catalytic Converter yang digunakan oleh kendaraan bensin yaitu tipe three way converter.

1.4 Manfaat Pengujian

1. Untuk menjawab tantangan global saat ini yaitu penghematan penggunaan bahan bakar fosil, khususnya solar.

2. Untuk memaksimalkan penggunaan gas yang akan digunakan menjadi bahan bakar yang ekonomis dan ramah lingkungan.

4. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel dengan sistem dua bahan bakar (dual fuel) solar-biogas.

5. Untuk melihat pengaruh penggunaan Catalytic Converter pada mesin diesel dan signifikanya terhadap pengurangan emisi gas buang dari mesin diesel.

1.5 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :

a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait.

b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.

c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar fakultas teknik.

d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

1.6 Sistematika Penulisan

Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut :

 Bab I : Pendahuluan

Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup pengujian.  Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai bahan bakar hidrokarbon, biogas, mesin diesel, dual fuel, performansi motor bakar, nilai kalor , karakteristik mesin diesel, dan generator set yang digunakan.

• Bab III : Metodologi Penelitian

Bab ini memberikan informSasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.

Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memarpakan kedalam bentuk tabel dan grafik.

 Bab V : Kesimpulan dan Saran

Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.  Daftar Pustaka

Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.  Lampiran

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Bakar Hidrokarbon

Bahan bakar adalah suatu materi yang bisa terbakar dan bisa diubah menjadi energi. Bahan bakar hidrokarbon adalah bahan bakar yang didominasi oleh susunan unsur Hidrogen dan Karbon. Pada proses pembakaran terbuka, umumnya bahan bakar yang digunakan tersususun dari bahan hidrokarbon seperti solar dan kerosin yang di peroleh dari hasil proses penyulingan minyak bumi atau minyak mentah ( Gambar 2.1 ).

Gambar 2.1 Penyulingan Minyak

2.1.1 Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar diesel yang sering disebut solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 200 oC–340 oC.Minyak solar ini biasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel (Pertamina: 2005).

membakar solar yang disemprotkan oleh injektor ). Indonesia menetapkan solar dalam peraturan Ditjen Migas No. 3675K/24/DJM/2006. Minyak solar yang sering digunakan adalah hidrokarbon rantai lurus hetadecene (C16H34) dan

alpha-methilnapthalene (Darmanto, 2006).

2.1.2 Karakteristik Bahan Bakar Diesel (Solar)

Dapat menyala dan terbakar sesuai dengan kondisi ruang bakar adalah syarat umum yang harus dipenuhi oleh suatu bahan bakar. Minyak solar sebagai bahan bakar memiliki karakteristik yang dipengaruhi oleh banyak sifat-sifat seperti Cetane

Number (CN), penguapan (volality), residu karbon, viskositas, belerang, abu dan

endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, mutu nyala dan (Mathur, Sharma, 1980). a. Cetane Number (CN)

Mutu penyalaan yang diukur dengan indeks yang disebut Cetana. Mesin diesel memerlukan bilangan cetana sekitar 50. Bilangan cetana bahan bakar adalah persen volume dari cetana dalam campuran cetana dan alpha-metyl naphthalene.

Cetana mempunyai mutu penyalaaan yang sangat baik dan alpha-metyl

naphthalene mempunyai mutu penyalaaan yang buruk. Bilangan cetana 48 berarti

bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 48% cetana dan 52%

alpha- metyl naphthalene. Angka CN yang tinggi menunjukkan bahwa minyak

soloar dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah dan sebaliknya angka CN yang rendah menunjukkan minyak solar baru dapat menyala pada temperatur yang relatif tinggi.

b. Penguapan (Volality)

Penguapan dari bahan bakar diesel diukur dengan 90% suhu penyulingan. Ini adalah suhu dengan 90 % dari contoh minyak yang telah disuling, semakin rendah suhu ini maka semakin tinggi penguapannya.

c. Residu karbon.

d. Viskositas.

Viskositas minyak dinyatakan oleh jumlah detik yang digunakan oleh volume tertentu dari minyak untuk mengalir melalui lubang dengan diameter kecil tertentu, semakin rendah jumlah detiknya berarti semakin rendah viskositasnya. e. Belerang atau Sulfur.

Belerang dalam bahan bakar terbakar bersama minyak dan menghasilkan gas yang sangat korosif yang diembunkan oleh dinding-dinding silinder, terutama ketika mesin beroperasi dengan beban ringan dan suhu silinder menurun; kandungan belerang dalam bahan bakar tidak boleh melebihi 0,5 %-1,5 %.

f. Kandungan abu dan endapan.

Kandungan abu dan endapan dalam bahan bakar adalah sumber dari bahan mengeras yang mengakibatkan keausan mesin. Kandungan abu maksimal yang diijinkan adalah 0,01% dan endapan 0,05%.

g. Titik nyala.

Titik nyala merupakan suhu yang paling rendah yang harus dicapai dalam pemanasan minyak untuk menimbulkan uap terbakar sesaat ketika disinggungkan dengan suatu nyala api. Titik nyala minimum untuk bahan bakar diesel adalah 60 o

C.

h. Titik Tuang.

Titik tuang adalah suhu minyak mulai membeku/berhenti mengalir. Titik tuang minimum untuk bahan bakar diesel adalah -15 oC.

i. Sifat korosif.

Bahan bakar minyak tidak boleh mengandung bahan yang bersifat korosif dan tidak boleh mengandung asam basa.

j. Mutu penyalaan.

penting dari bahan bakar diesel untuk dipergunakan dalam mesin kecepatan tinggi. Mutu penyalaan bahan bakar tidak hanya menentukan mudahnya penyalaan dan penstarteran ketika mesin dalam keadaan dingin tetapi juga jenis pembakaran yang diperoleh dari bahan bakar. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak bising, terutama akan menonjol pada beban ringan.

[image:30.612.116.517.288.566.2]

Minyak solar yang dihasilkan harus memiliki standar dan mutu (spesifikasi) yang memenuhi persyaratan yang bisa dilihat dalam tabel 2.1 di bawah ini :

Tabel 2.1 Spesifukasi minyak solar sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas 3675K/DJM/2006

2.2 Bahan Bakar Gas (BBG)

alam (natural gas) dan gas buatan (manufactured gas). Gas alam umumnya berada di tempat yang sama dengan endapan minyak dan batubara. Sedangkan gas buatan diproduksi dari kayu, tanah gambut, batubara, minyak, dan sebagainya. Komponen mampu bakar dari gas adalah metana, karbondioksida, dan hidrogen dalam jumlah yang bervariasi. Karakteristik dari gas sangat tergantung pada komponen yang ada dalam gas tersebut. Berdasarkan sumbernya bahan bakar gas dapat dibagi 2 yaitu :

 Bahan bakar yang secara alami didapat kandari alam: - Gas alam

- Metan dari penambangan batubara

 Bahan bakar gas yang terbuat dari bahan bakar padat - Gas yang terbentuk dari batubara

- Gas yang terbentuk dari limbah dan biomasa - Dari proses industri lainnya (gasblastfurnace)

Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dengan kandungan methana 55-65 %.

2.2.1 Sejarah Biogas

yang murah dan selalu tersedia ada. Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun 1900 (Burhani Rahman,http://www.energi.lipi.gi.id).

2.2.2 Definisi Biogas

Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya; kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif yang berasal dari sumber energi terbarukan.

Saat ini pemanfaatan Biogas yaitu digunakan sebagai bahan bakar altrenatif pengganti bahan bakar fosil, salah satunya Biogas digunakan sebagai pengganti LPG untuk kompor gas rumah tangga, selain itu Biogas juga digunakan sebagai bahan bakar untuk mengoperasikan generator listrik.

2.2.3 Karakteristik Bahan Bakar Biogas

Kandungan komposisi biogas dapat berbeda-beda tergantung dari bahan pembuatnya. Kandungan utama dari biogas adalah gas metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2) kandungan gas lainnya ialah karbon monoksida (CO), nitrogen (N), hidrogen sulfide (H2S), oksigen (O2), hidrogen (H2), dan ammonia (NH3).

Sifat fisik dan kimiawi biogas dipengaruhi oleh bahan baku pembuat biogas tersebut dan nilainya berbeda-beda akan tetapi tidak terlalu jauh.

Secara umum komposisi kandungan biogas ditunjukan pada tabel dibawah ini (Karki et al, 2005) :

Tabel 2.2 Komposisi kandungan biogas Komponen Persentase (%)

Methane (CH4) 50 – 70

Hydrogen (H2) 5 – 10

Nitrogen (N2) 1 – 2

Water Vapour (H2O) 0.3

Hydrogen Sulphide (H2S) Sedikit

Biogas memiliki beberapa sifat fisik secara umum yaitu : Tabel 2.3 Sifat fisik biogas Sifat Fisik Keterangan Titik Bakar 650-750 0C

Specific Gravity 0,55

Desnsitas 0, 717 kg/m3

RON 130

Nilai Kalor 17 MJ/kg

Laju Nyala 0,25 m/s

Adapun sifat kimiawi dari biogas secara umum adalah :

1. Biogas mudah terbakar bila bercampur dengan oksigen flash point -188 0C.

2. Biogas sulit untuk disimpan dalam tabung praktis karena biogas dapat berubah fase menjadi cair pada suhu -1780C.

3. Biogas tidak menghasilkan karbon monoksida bila dibakar sehingga aman untuk penggunakan rumah tangga.

4. Biogas tidak memiliki warna dan tidak berbau.

2.2.4 Proses Purifikasi (Pemurnian) Biogas

Menurut Ryckebosch (2011) pemurnian biogas dapat dilakukan melalui dua langkah utama yaitu menghilangkan trace components seperti hidrogen sulfida dan uap air yang menyebabkan korosi dan menghilangkan gas karbon dioksida untuk meningkatkan nilai kalor.

Proses pemurnian biogas dapat dilakukan dengan berbagai metode pemurnian diantaranya menggunakan water scrubbing, penyerapan kimia menggunakan MEA dan DEA pressure swing adsorption dan cryogenic separation.

Gambar 2.2 Proses pemurnian biogas

2.2.5 Proses Pembuatan Biogas

Pada dasarnya pembuatan biogas sangat sederhana, yaitu hanya dengan memasukkan substrat seperti kotoran ternak, limbah pertanian, limbah rumah tangga

ke dalam digester yang anaerob yang kemudian akan menghasilkan biogas dan dapat

disimpan di dalam tangki penyimpanan kemudian dapat digunakan.

gas inilah yang disebut biogas. Proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutamabakteri metan. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah 30-55oC, dimana pada suhu tersebut mikro organisme mampu merombak bahan bahan organik secara optimal.

Proses pembuatan gas metan secara anaerob melibatkan interaksi kompleks dari sejumlah bakteri yang berbeda, protozoa maupun jamur. Beberapa bakteri yang terlibat adalah Bacteroides, Clostridium butyrinum, Escericia coli dan beberapa bakteri usus lainnya, Methanobacterium, dan Methanobacillus. Dua bakteri terakhir merupakan bakteri utama penghasil metan dan hidup secara anaerob.

Proses pembuatan metan ini terbagi ke dalam tiga tahap, yaitu :

1. Hidrolisis secara enzimatik, bahan organik tak larut menjadi bahan-bahan organik dapat larut. Enzim utama yang terlibat adalah selulase yang menguraikan selulosa.

2. Perubahan bahan-bahan organik dapat larut menjadi asam organik. Pembentukan asam organik ini terjadi dengan bantuan bakteri non methanogenik, protozoa dan jamur.

3. Perubahan asam organik menjadi gas metan dan karbondioksida. Proses perubahan ini dapat terjadi karena adanya bantuan bakteri Metanogenik (Methanobacterium dan Methanobacillus). Keseluruhan reaksi perubahan bahan organik menjadi gas metan dan karbondioksida dapat dituliskan dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

(C6 H10 O5)n + n H2O ---3n CO2 + 3n CH4

menjadi gas metan dan karbondioksida. Proses perubahan ini terjadi melalui tahapan reaksi seperti berikut :

4 C6H5COOH + 24 H2O --- 12 CH3COOH + 4HCOOH + 8H2 12 CH3COOH ---12 CH4 + 12 CO2

4 COOH --- 4 CO2 + H2 3 CO2 + 12 H2 --- 3 CH4 + 6 H2O

Secara singkat reaksi keseluruhan di atas dapat disederhanakan menjadi: 4 C6H5COOH + 18 H2O ---15 CH4 + CO2

[image:36.612.144.500.292.523.2]

Berikut ini skema proses pembuatan biogas :

Gambar 2.3 Proses pembuatan biogas sederhana

Proses pembuatan biogas dalam perkembangan saat ini dibagi menjadi 3 jenis yaitu :

1. Fixed Dome Plant

terus menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi katup/kran.

2. Floating Drum Plant

Floating drum plant terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak keatas ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya.

3. Jenis Balon

Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas.

2.2.6 Kelebihan dan Kekurangan Biogas

Biogas memiliki beberapa kelebihan dan keuntungan disbandingkan dengan bahan bakar gas lainnya seperti LPG dan CNG. Berikut ini adalah beberapa kelebihan dan kekurangan biogas :

• Kelebihan :

1. Energi yang terbaharukan dan tidak membutuhkan material yang masih di gunakan sehingga tidak mengganggu keseimbangan karbon dioksida. 2. Energi yang dihasilkan biogas dapat menggantikan bahan bakar fosi (nilai

kalor tinggi). 3. Ramah lingkungan. 4. Harga biogas murah.

5. Emisi gas buang yang rendah.

6. Menghasilkan pupuk organic yang berkulitas tinggi.

1. Memerlukan biaya instalasi yang cukup besar.

2. Belum dapat dikemas dalam bentuk cair dalam tabung. 3. Belum dikenal masyarakat luas.

2.3 Dual Fuel System

Dual fuel system solar-biogas adalah sistem bahan bakar yang menggunakan

dua jenis bahan bakar sekaligus di dalam bekerjanya motor bakar sebagai motor penggerak yaitu bahan liquid (solar) dan bahan bakar gas (biogas) melalui sedikit modofikasi mixer mesin pada bagian intake manifold mesin diesel dan menggunakan gas injector untuk menyuplai biogas. Biogas yang masuk bercampur dengan udara di mixer kemudian masuk ke dalam ruang bakar , kemudian dari sisi lain bahan bakar liquid (solar) akan masuk sekaligus. Bahan bakar yang terdiri dari solar,biogas, dan udara akan dikompresi di ruang bakar untuk selanjutnya terbakar dan menghasilkan energi.

Gambar 2.4 Mesin dengan sistem dua bahan bakar 2.4 Mesin Diesel

Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” (Compresion

Ignition) oleh karena penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar

segar dihisap masuk kedalam silinder atau ruang bakar kemudian udara tersebut dikompressi oleh torak sehingga udara memiliki temperatur dan tekanan yang tinggi, dan sebelum torak mencapai titik mati atas, bahan bakar disemprotkan ke ruang bakar dan terjadilah pembakaran.

Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15 – 22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20 – 40 bar dengan suhu 500 – 700 0C. Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri sebagai motor stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan kapal laut dengan ukuran yang besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih rendah dari motor bensin, lebih murah dan perawatannya lebih sederhana (Kubota, S., dkk, 2001).

Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980).

Menurut Willard W.P (1996) efisiensi termis motor diesel berada di bawah 50% sedangkan menurut Khovakh (1979), efisiensi termis berkisar pada 29% - 42% dan sisanya adalah kerugian-kerugian energi. Energi kalor yang dimanfaatkan oleh mesin tidaklah terlalu besar,sisanya merupakan kerugian - kerugian energi, diantaranya energi kalor yang hilang akibat pendinginan mesin, energi kalor yang hilang bersama gas buang, energi kalor yang hilang akibat pembakaran tidak sempurna, energi kalor yang hilang karena kebocoran gas, dan kehilangan lainnya akibat radiasi dan konveksi.

Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume konstan (Y. A. Çengel and M. A. Boles, Thermodynamics: An

[image:40.612.240.435.85.231.2]

Gambar 2.5 P-v diagram

Keterangan Gambar: P = Tekanan (atm)

V = Volume Spesifik (m3/kg)

qin = Kalor yang masuk (kJ)

qout = Kalor yang dibuang (kJ)

Gambar 2.6 Diagram T-S mesin diesel

q

in = Kalor yang masuk (kJ)

q

out = Kalor yang dibuang (kJ) Keterangan Grafik:

1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Tekanan Konstan

2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel

Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :

Gambar 2.7 Prinsip kerja mesin diesel

Keterangan : 1. Langkah Isap

Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang menyebabkan ruang didalam silinder menjadi vakum,sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.

2. Langkah kompresi

Poros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua katup tertutup. Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar. Karena terkompresi suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm dengan temperatur 500⁰ - 800⁰ (pada perbandingan kompresi 20 : 1).

3. Langkah Usaha

Poros engkol masih terus berputar, beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA di akhir langkah kompresi, bahan bahar diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Karena suhu udara kompresi yang tinggi terjadilah pembakaran yang menghasilkan tekanan eksplosif yang mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gaya dorong ke bawah diteruskan oleh batang piston ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi. Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat sebelum torak mencapai TMB.

4. Langkah Buang

Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywhell akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot.

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong yang ditunjukkan pada persamaan dibawah 2.1 ini :

HHV = 33950 + 144200 (H2-�2

8) + 9400 S ... (2.1)

Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

C = Persentase karbon dalam bahan bakar H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar S = Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.

didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ... (2.2) Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical

Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan

peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

b. Daya Poros

Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu adalah :

PB = daya ( W )

T = torsi ( Nm )

n = putaran mesin ( Rpm )

c. Torsi

[image:45.612.242.440.299.420.2]

Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer.

Gambar 2. 8 Skema operasi dynamometer

Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik.

PB =

2�.( �.� )

60 ... (2.4) T =��.60

2�.� ... (2.5)

Dimana :

PB = Daya Listrik ( W ) T = Torsi ( Nm )

d. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan.

SFC = ��̇ � 10

3

�� ... (2.6)

ṁ

f

=

��� �

8 � 10−3

�

�

3600

... (2.7) Dengan :

SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) PB = daya (W)

ṁf= konsumsi bahan bakar

sgf = spesifik grafity t = waktu (jam)

e. Efisiensi Thermal

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimium yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake (thermal efficiency, ηb).

Jika daya keluaran PB dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan kg/jam, maka:

ηb = �� �� . ��

�

3600 ... (2.8)

f. Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)

dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang dirumuskan sebagai berikut:

���

=

��

��

=

ṁ�

ṁ� ... .(2.9)

�

�

=

��(_���_.�+_���) ……….(2.10) Dimana: �_� = massa udara di dalam silinder per siklus

�� = massa bahan bakar di dalam silinder per siklus ṁ� = laju aliran udara didalam mesin

ṁ� = laju aliran bahan bakar di dalam mesin �� = tekanan udara masuk silinder

�� = temperatur udara masuk silinder � = konstanta udara

�� = volume langkah (displacement) �� = volume sisa

g. Efisiensi Volumetris

Salah satu proses yang paling penting untuk menentukan berapa besar daya dan performansi yang dihasilkan dari sebuah mesin yaitu dengan mendapatkan kwantitas udara yang paling maksimal yang digunakan pada setiap siklus yang masuk ke ruang bakar. Semakin banyak udara sama dengan menambah konsumsi bahan bakar dan akan menghasilkan semakin banyak daya yang bisa dikonversi dari hasil pembakaran. Efisiensi volumetris dapat dicari dengan menggunakan rumus:

�

�

= n .

ṁ

�

/

ϼ

a

. Vd . N

………..(2.11)

Dimana: �_� = massa udara di dalam silinder per siklus (kg) ṁ� = laju aliran udara didalam mesin (kg/s)

n = jumlah putaran per siklus N = putaran mesin (rpm)

ϼa = densitas udara (kg/m3) �� = efisiensi volumetris

2.4.3 Parameter Prestasi Mesin Diesel Empat Langkah

Pada umumnya performance atau prestasi mesin bisa diketahui membaca dan menganalisis parameter yang ditulis dalam sebuah laporan atau media lain. Biasanya kita akan mengetahui daya, torsi, dan bahan bakar spesifik dari mesin tersebut. Parameter itulah yang menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin.

[image:48.612.212.409.347.609.2]

Parameter prestasi mesin dapat dilihat dari berbagai hal diantara yang terdapat dalam diagram sebagai berikut :

Gambar 2.9 Diagram Alir Prestasi Mesin

Secara umum daya berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relatif penting

Parameter Prestasi Mesin

Daya

Torsi

Laju Konsumsi

Konsumsi BahanBakar Spesifik

digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum yang bisa dihasilkan oleh suatu mesin. Adapun torsi poros pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (dan juga bahan bakar) yang tinggi kedalam mesin pada kecepatan tersebut. Sementara suatu mesin dioperasikan pada waktu yang cukup lama, maka konsumsi bahan bakar suatu efisiensi mesinnya menjadi suatu hal yang dirasa sangat penting. (Heywood, 1988 : 823).

Gambar 2.10 Pengetesan Prestasi Mesin Tabel 2.4 Perbedaan motor diesel dan motor bensin

Motor diesel Motor bensin

Bahan bakar Solar Bensin

Getaran mesin Besar Kecil

Metode pemberian bahan bakar

Pompa bahan bakar dan pengabut Karburator

Metode pengapian Pengapian sendiri Loncatan bunga api listrik

Pembentukan campuran

Setelah kompresi Sebelum kompresi Perbandingan

kompresi

Sumber: Arismunandar, Wiranto. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Edisi kelima. Penerbit : ITB Bandung,1988

2.4.3.1Unjuk Kerja Mesin Diesel Empat Langkah

[image:50.612.206.434.320.559.2]

Konsep awal Rudolf Diesel pada mesin ciptaannya adalah dengan mengansumsikan adanya penambahan kalor pada temperatur konstan sehingga mesin yang dibuatnya dapat berjalan dengan siklus Carnot. Namun, akhirnya disadari bahwa untuk mewujudkan mesin tersebut secara praktikal adalah sangat sulit karena pemasukan panas yang dapat dilakukan persiklus sangat kecil. Konsep selanjutnya Rudolf Diesel menggunakan penambahan kalor pada saat tekanan konstan. Konsep siklus tersebut secara teoritis dapat berjalan dan oleh karena itu, siklus toritis ini dinamakan atas namanya yaitu Siklus Diesel.

Gambar 2.11 Diagram p-v siklus diesel

Sumber :https://id.wikipedia.org/wiki/Motor_bakar_diesel Proses pada siklus Diesel :

1-2 : Kompresi isentropis (reversibel adiabatis)

Gas ideal (udara) dengan kalor spesifik konstan dikompresi secara reversibel dan adiabatis ke temperatur dan tekanan tinggi.

Temperatur setelah kompresi akan melebihi tempertur penyulutan bahan bakar sehingga bahan bakar tersulut secara spontan pada saat diinjeksikan kedalam ruang bakar.

3-4 : Ekspansi isentropis ( revesibel adiabatis ) Temperatur dan tekanan turun.

4-1 : Pembuangan isokhoris

Pembuangan kalor pada volume konstan, diikuti oleh penurunan temperatur dan tekanan.

2.5 Emisi Gas Buang

Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam opasitas (ketebalan asap).

Gambar 2.12 Standar Uji Emisi Nasional Indonesia

Tabel 2.5 Standard Emisi Gas Buang

Kategori Tahun

Pembuatan

Parameter

CO (%)

HC (ppm)

Opacity (% HSU)

Berpenggerak Motor Bakar cetus api (bensin)

< 2007 4,5 1200 -

≥ 2007 1,5 200 -

Berpenggerak Motor Bakar

Penyalaan Kompresi (Diesel)

GVW ≤ 3,5 Ton

< 2010 - - 70

≥ 2010 - - 40

GvVW ≥ 3,5 Ton

< 2010 - - 70

≥ 2010 - - 50

Sumber : Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 05 Tahun 2006 Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang

2.5.1 Sumber

2.5.2 Komposisi Kimia

Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.

2.5.3 Bahan Penyusun

Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.

a.) Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.

b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan.

Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu).Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.

c.) Karbon Monoksida (CO)

d.) Oksigen (O2)

Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen tersebut akan diinjeksikan ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO2) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N2 dan O2 pada temperature tinggi di atas 1210oC. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:

O2 2O

N2+O NO+N

N+O2 NO+O

2.6 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar

Proses pembakaran adalah suatu reaksi kimia cepat antara bahan bakar (hidrokarbon) dengan oksigen dari udara. Proses pembakaran ini tidak terjadi sekaligus tetapi memerlukan waktu dan terjadi dalam beberapa tahap.

Pada gambar dapat dilihat tekanan udara akan naik selama langkah kompresi berlangsung. Beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA bahan bakar mulai disemprotkan. Bahan bakar akan segera menguap dan bercampur dengan udara yang sudah bertemperatur tinggi. Oleh karena temperaturnya sudah melebihi temperatur penyalaan bahan bakar, bahan bakar akan terbakar sendiri dengan cepat. Waktu yang diperlukan antara saat bahan bakar mulai disemprotkan dengan saat mulai terjadinya pembakaran dinamai periode persiapan pembakaran(1). Sesudah melampaui periode persiapan pembakaran, bahan bakar akan terbakar dengan cepat, hal tersebut dapat dilihat pada grafik sebagai garis lurus yang menanjak, karena proses pembakaran tersebut terjadi dalam suatu proses pengecilan volume (selama itu torak masih bergerak menuju TMA). Sampai torak bergerak kembali beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA, tekanannya masih bertambah besar tetapi laju kenaikan tekanannya berkurang. Hal ini disebabkan karena kenaikan tekanan yang seharusnya terjadi dikompensasi oleh bertambah besarnya volume ruang bakar sebagai akibat bergeraknya torak dari TMA ke TMB.

1. Menggunakan perbandingan kompresi yang tinggi 2. Memperbesar tekanan dan temperatur udara masuk

3. Memperbesar volume silinder sedemikian rupa sehingga dapat diperoleh perbandingan luas dinding terhadap volume yang sekecil-kecilnya untuk mengurangi kerugian panas

4. Menyemprotkan bahan bakar pada saat yang tepat dan mengatur pemasukan jumlah bahan bakar yang sesuai dengan kondisi pembakaran 5. Menggunakan jenis bahan bakar yang sebaik-baiknya

6. Mengusahakan adanya gerakan udara yang turbulen untuk menyempurnakan proses pencampuran bahan bakar udara

7. Menggunakan jumlah udara untuk memperbesar kemungkinan bertemunya bahan bakar dengan oksigen dari udara.

Hal tersebut terakhir merupakan persyaratan mutlak bagi motor Diesel karena proses pencampuran bahan bakar-udara hanya terjadi dalam waktu yang singkat. Jadi, bahan bakar yang sebaiknya digunakan pada motor Diesel adalah jenis bahan bakar yang dapat segera terbakar (sendiri), yaitu yang dapat memberikan periode persiapan pembakaran yang pendek. Sebagai bahan bakar standar dipergunakan bahan bakar hidrokarbon rantai lurus, yaitu hexadecane atau cetane (C16H34) dan

alpha-methylnaphtalene.

[image:59.612.219.414.85.267.2]

Gambar 2.15 alpha-methylnaphtalene

C16H34 adalah bahan bakar dengan periode persiapan pembakaran yang pendek, kepadanya diberikan angka 100 (bilangan setana = 100). Sedangkan

alpha-methylnaphtalene mempunyai periode pembakaran yang panjang, jadi tidak baik

dipergunakan sebagai bahan bakar motor Diesel, kepadanya diberikan angka 0 (bilangan setana = 0).

Bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih tinggi menunjukkan kualitas bahan bakar yang lebih baik untuk motor diesel. Bahan bakar motor Diesel komersial yang diperdagangkan mempunyai bilangan setana antara 35-55. Pada umumnya boleh dikatakan bahan bakar hidrokarbon dengan struktur atom rantai lurus mempunyai bilangan setana lebih tinggi daripada bahan bakar dengan struktur atom yang rumit. Motor Diesel kecepatan tinggi sebaiknya menggunakan bahan bakar dengan bilangan setana yang tinggi.

2.7 Generator Set

Generatorset atau sering disebut genset adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilkan daya listrik. Disebut sebagai generator set dengan pengertian adalah satu set peralatan gabungan dari dua perangkat berbeda yaitu mesin dan generator atau alternator. Mesin sebagai perangkat pemutar sedangkan generator atau alternator sebagai perangkat pembangkit listrik.

Mesin dapat berupa perangkat mesin diesel berbahan bakar solar atau mesin berbahan bakar bensin, sedangkan generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator (kumparan statis ) dan rotor (kumparan berputar).

Gambar 2.16 Generator Set

Dalam ilmu fisika yang sederhana dapat dijelaskan bahwa mesin memutar rotor pada generator sehingga timbul medan magnet pada kumparan stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik sesuai hukum Lorentz.

beban akan menghasilkan daya listrik, atau dalam rumusan fisika sebagai P dapat diperoleh dengan:

P = V x I ... .(2.11) Dimana: P = daya (Watt)

V= Tegangan (Volt) I = Arus ( Ampere) 2.7.1 Tipe Generator Set

Genset dapat dibedakan dari jenis mesin penggeraknya, dimana dikenal tipe-tipe mesin yaitu mesin diesel dan mesin non diesel /bensin. Mesin diesel dikenali dari bahan bakarnya berupa solar, sedangkan mesin non diesel berbahan bakar bensin premium.

Di pasaran, genset dengan mesin non diesel atau berbahan bakar premium biasa diaplikasikan pada genset berkapasitas kecil atau dalam kapasitas maksimum 10.000 VA atau 10 kVA, sedangkan genset diesel berbahan bakar solar diaplikasikan pada genset berkapasitas > 10 kVA. Hal terkait dengan tenaga yang dihasilkan oleh diesel lebih besar daripada mesin non diesel, dimana cara kerja pembakaran diesel yang lebih sederhana yaitu tanpa busi, lebih hemat dalam pemeliharaan, lebih responsif dan bertenaga. Selain itu untuk aplikasi industri dimana bahan bakar diesel (solar) lebih murah daripada bensin (gasoline).

kapasitas genset 1 phase. Pada sistem kelistrikan PLN, kapasitas 3 phase yang dihasilkan untuk aplikasi rumah tangga adalah 380 Volt, sedangkan kapasitas 1 phase adalah 220 Volt.

Daya listrik dalam ilmu fisika merupakan besaran vektor, artinya besaran yang memiliki besar dan arah, tegangan dan arus yang dihasilkan merupakan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tertentu. Di Indonesia, frekuensi tegangan dan arus ditetapkan sebesar 50 Hz, dimana hal ini mengikuti standar frekuensi di Belanda atau negara-negara Eropa, sedangkan di negara Amerika Serikat dan Kanada menggunakan frekuensi 60 Hz.

2.8Katalitik Konverter

Meningkatnya jumlah kendaraan bermotor saat ini berdampak pada kualitas udara yang buruk di daerah perkotaan menuntut pabrikan motor berinovasi, salah satunya adalah katalitik konverter yang terdapat pada mobil maupun motor saat ini. Alat ini diperkenalkan pada publik pada tahun 1975 di Amerika Serikat, kebijakan itu sejalan dengan niat EPA dalam mengurangi intensitas pencemaran udara gas buang dikarenakan proses pembakaran kendaraan bermotor.

Ada dua jenis katalitik converter, yakni Tipe Universal Fit dapat dipilih berdasarkan ukuran yang sesuai kemudian dilas di bagian saluran gas buang dan Tipe Direct Fit merupakan tipe yang hanya menggunakan baut untuk memasangnya di area saluran gas buangnya. Tipe universal merupakan jenis termurah daripada tipe direct fit, akan tetapi masalah pemasangannya tipe direct fit lebih mudah dipasang daripada tipe universal

2.8.1 Konstruksi Katalitik Konverter Katalitik converter terdiri dari :

1. Inti katalis (substrate)

Pengguna CC pada bidang otomotif biasanya menggunakan inti dari keramik monolit dengan struktur sarang lebah (honeycomb). Monolit tersebut dilapisi oleh FeCrAl pada beberapa aplikasi.

2. Washcoat

Washcoat adalah pembawa material katalis digunakan untuk menyebarkan katalis tersebut pada area yang luas sehingga katalis mudah bereaksi dengan gas buang.

Washcoat biasanya terbuat dari aluminium oksida, titanium oksida, silikon oksida dan campuran silika dan alumina. Washcoat dibuat dengan permukaan agak kasar dan bentuk yang tidak biasa untuk memaksimalkan luas permukaan yang kontak dengan gas buang sehingga katalis dapat bekerja secara efektif dan efisien.

3. Katalis

2.8.2 Tipe-Tipe Katalitik Konverter

Katalitik Konverter dibagi menjadi 2 berdasarkan jumlah polutan yang dapat direaksikan :

1. Two way converter, digunakan pada mesin diesel. Di dalam converter ini terdapat 2 reaksi simultan, yakni :

a. Oksidasi karbon monoksida menjadi karbondioksida

b. Oksidasi senyawa hidrokarbon (yang tidak terbakar / terbakar parsial) menjadi karbondioksida dan air converter jenis ini secara luas dipakai pada mesin diesel untuk mengurangi senyawa hidrokarbon dan karbonmonoksida.