ANALISIS PEMANFAATAN SISTEMDUAL FUEL
(GAS LPG-SOLAR) PADA UNJUK KERJA MESIN DONG FENG 4 TAK 1 SILINDER
AN ANALYSIS INTO THE USE OF A DUAL FUEL SYSTEM (GAS LPG-DIESEL) IN 4 STROKE, 1 CYLINDER DONG FENG ENGINE
PERFORMANCE
Donal Daniel dan Riza Zulkarnain
Peneliti pada Pusat Pengkajian dan Perekayasaan Teknologi Kelautan Perikanan E-mail: [email protected] dan [email protected]
Diterima tanggal: 2 Februari 2011 ; Diterima setelah perbaikan:21 Maret 2011 ; Disetujui terbit tanggal:31 maret 2011
ABSTRAK
Aplikasi sistemdual fuel(gas LPG-solar) pada mesin penggerak kapal nelayan adalah salah satu alternatif solusi mengurangi ketergantungan pada energi fosil dan mendukung program pemerintah tentang usaha-usaha pengurangan pemanasan global. Percobaan dilakukan dengan memodifikasi air intake manifold mesin Dong Feng 7 PK dengan memasang mixer agar gas LPG dapat masuk ke ruang bakar, kemudian mesin di-running pada rpm 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, dan 2600 pada throttle yang dibuka penuh (100%). Dari hasil percobaan, unjuk kerja mesin menunjukkan penurunan torsi dan daya motor meskipun terjadinya penghematan solar.
Kata Kunci:Dual Fuel, Performansi,Mixer
ABSTRACT
Application of dual fuel systems (LPG-diesel) in an engine of a fishing boat is an alternative solution to reduce dependency on fossil energy and support the government's program on efforts to reduce global warming. Experiments were carried out by modifying the air intake manifold Dong Feng 7 HP engine by installing a mixer for LPG gas which can into the fuel chamber then the engine was in run the rpm of 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, and 2600 on the throttle which was opened fully (100%). Experimental results showed that there were reduction of engine torque and power, whereas there was slight reduction on the use of diesel fuel.
Keywords: Dual Fuel, Performance, Mixer
PENDAHULUAN
Upaya yang terus dilakukan oleh Kementerian Kelautan dan Perikanan (KKP) dalam menjawab permasalahan pasokan solar bagi nelayan terus dilakukan. Penelitian dari Balitbang KP mulai dari pemanfaatan bahan bakar biodiesel (B10 dan B100) dari biji jarak pagar (Daniel, D dan
Arifuddin (2007)) kemudian
dilanjutkan dengan pemanfaatan
Brown’s Gas Generator (Zulkarnain,
R., Donal Daniel dan Rendra Hadi Wibawa (2009)) dan terakhir adalah pemanfaatan gas Liquified Petroleum Gas (LPG) dan solar secara dual fuel sebagai bahan bakar alternatif pengganti solar. Isu terakhir yang berkembang hingga sekarang adalah
mengurangi efek gas rumah kaca (GRK) sebagai dampak pemanasan global (global warming) dengan mengurangi sebanyak-banyaknya pembuangan gas CO2ke atmosfer dan
produksi oksigen (O2) dengan
penanaman pohon dan mencari alternatif pengganti sumber energi yang lebih ramah lingkungan (Kompas, 6 Juli 2010, hal. 21). Penelitian yang bertemakan dengan memanfaatkan bahan bakar gas baik LPG (Liquified Petroleum Gas) atau Compressed Natural Gas (CNG) (di Indonesia dikenal dengan istilah BBG) banyak dilakukan baik didalam negeri maupun luar negeri. Instansi di dalam negeri yang sudah melakukan penelitian pemanfaatan bahan bakar gas yaitu Lemigas, ITB dan Universitas Kristen Petra.
Lemigas (2010) meneliti dampak penggunaan bahan bakar gas baik BBG dan LPG jenisLiquified Gas for Vehicle (LGV) pada kendaraan bermotor di darat, sedangkan ITB yang dilakukan oleh Andri (2007) dan Antya, B.W (2008) melakukan penelitian tentang unjuk kinerja dari pemanfaatan LPG jenis LGV pada Genset 5 KW dan juga dampak emisi gas buang.dan juga review penelitian ITB tentang pemanfaatan bakar alternatif pada motor bakar (Reksowardoyo, I.K (2010)). Sedangkan Universitas Kristen Petra yang dilakukan oleh Kristanto, P dan Jemy Gunawan pada tahun 1999 dan Kristanto, P., Willyanto dan Djoko Wahyudi pada tahun 2001 lebih banyak melakukan penelitian pada pemanfaatan BBG pada motor bensin serta modifikasimixer yang digunakan dalam penelitian.
Adapun penelitian di luar negeri tentang pemanfaatan bakar bakar gas yaitu di Bangladesh
dilakukan oleh Ehsan and
Shafiquzzaman Bhuiyan (2009) dengan menggunakan CNG bertekanan
rendah. Rao, G.A., A.V.S.Raju., K.Govinda Rajulu., and C.V.Mohan Rao.,(2010) di India melakukan penelitian tentang pengaruh pembebanan (load) pada sistem dual fuel untuk bahan bakar solar dan LPG pad kecepatan konstan. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa konsumsi bahan bakar menjadi hemat pada penggunaan solar murni untuk beban rendah. Namun, pada beban tinggi, konsumsi bahan bakarnya menjadi hemat pada mode dual-fuel dan untuk mesin diesel stasioner dapat dioperasikan dengan mudah pada mode dual-fuel pada beban yang lebih tinggi. Hasil penelitian yang sama juga dilakukan oleh Sethi, V. P., Salariya, K. S (2004).
Adapun tulisan ini bertujuan
untuk mengetahui unjuk
kinerja/performansi penggunaan bahan bakar solar dan gas LPG dari tabung 12 kg pada mesin Dong Feng dalam keadaan stasioner dan juga hasil perbandingan biaya bahan bakar serta hasil pengujian pelumas. Pemilihan penggunaan gas LPG baik dari tabung 3 kg atau 12 kg yaitu lebih pada ketersediaan di pasaran, (BBG dan LGV hanya tersedia pada stasiun pengisian tertentu), bertekanan rendah bila dibandingkan tabung CNG atau BBG sehingga tidak perlu regulator khusus untuk menurunkan tekanan.
Diharapkan, uji coba
pemakaian sistem dual fuel dengan menggunakan solar dan gas LPG pada motor penggerak kapal nelayan merupakan sebagai upaya untuk menggalakkan pemakaian energi alternatif ramah lingkungan sekaligus mendukung program pemerintah untuk menjaga lingkungan.
BAHAN DAN METODE 1. Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
b. Bahan bakar gas jenis LPG c. Pelumas Pertamina Mesran B
heavy duty
d. Tabung LPG 12 kg e. Selang + regulator f. Timbangan
g. Stopwatch
h. Konverter/mixer kit
i. Mesin Dong Feng 7PK 4 Tak 1 silinder
j. Alat ukur digital untuk pengujianperformance
Percobaan menggunakan mesin 4 tak, dengan spesifikasi seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi Mesin (Engine Specification)
Merk/Type DONG FENG
Kapasitas (cc)
Daya 7,5 PK
Daya max Putaran max.
8 PK pada 2600 RPM 2600 RPM
Torsi max Jumlah Langkah Jumlah Silinder
4 langkah 1
Diameter silinder
110 mm
Langkah Piston 112 mm
Gambar 1. Mesin Dong Feng dan Alat Mixer
(Dong Feng Engine and Its Mixer)
Skema percobaan adalah seperti terlihat pada Gambar 2:
Gambar 2. Tata Letak Peralatan Pengujian
(Layout of Experiment Devices)
Keterangan gambar: (1) Saringan udara (2) Muffler/knalpot (3) Mesin diesel/
DongFeng (4) Fuel intake (5) Dyno torque (6) Butterfly valve
(7) Ventury (8) Tangki solar (9) Tangki/tabung LPG (10) Timbangan digital (11) Regulator
(12) Selang regulator (13) Pompa injektor
2. Metode
Pengujian laboratorium
dilakukan pada bulan Oktober 2010 di Balai Termodinamika Motor dan Propulsi (BTMP) BPPT-Puspiptek Serpong.
Rancangan dari riset ini adalah sebagai berikut :
a. Engine Performance Test
Selama pengujian, parameter-parameter uji yang dicatat adalah putaran mesin, torsi, tekanan barometer, temperatur udara masuk, temperatur minyak pelumas, temperatur ruangan, temperatur bahan bakar masuk, tekanan bahan bakar masuk, Konsumsi bbm.
Kecepatan yang diset adalah 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400 & 2600 rpm pada throttle penuh (100%).
b. Langkah–langkah Percobaan Dapat dilihat pada diagram alir (Gambar 3)
Bahan bakar solar
Bahan bakar solar sebagai bahan bakar utama (base fuel) yaitu minyak solar produk pertamina yang ada di pasaran lokal
Bahan bakar dual fuel
(Solar+LPG)
Dua jenis bahan bakar yang akan dipergunakan dalam penelitian ini yaitu minyak solar produk pertamina yang ada di pasaran lokal dan bahan bakar gas (LPG)
Gambar 3. Diagram Alir Pengujian Performance
(Flowchart of
Performance Testing)
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil PengujianPerformance
Hasil uji performance untuk bahan bakar solar dan dual fuel ditampilkan dalam grafik perbandingan Torsi dan BSFC (Brake Spesific Fuel Consumption) dan grafik perbandingan
daya dan biaya bahan bakar adalah
110013001500170019002100230025002700
K
Putaran Mesin (rpm) Perbandingan Torsi, BSFC Mesin Dual Fuel & Solar
Torsi DF Torsi Solar SFC DFSFC Solar
Gambar 4. Grafik unjuk kerja mesin solar dandual fuel
(Engine performance
chart, diesel and dual fuel)
Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa performance mesin dengan bahan bakar solar ditunjukkan dengan beberapa besaran sebagai berikut: daya maksimal sebesar 7,1 PK pada 2600 rpm, torsi maksimal sebesar 16,7 Nm pada 1800 rpm serta BSFC sebesar 892,1 gr/kWh pada 2600 rpm. Sedangkan performance mesin dengan bahan bakar solar + LPG ditunjukkan dengan beberapa besaran sebagai berikut:t nilai daya maksimal sebesar 5,56 PK pada 2600 rpm dan torsi maksimal sebesar 16,62 Nm pada 2200 rpm. Setelah dilakukan beberapa pengaturan komposisi bahan bakar selama pengujian, daya mesin tidak dapat naik disebabkan oleh terjadinya knocking.
Pada Gambar 5, dapat dilihat bahwa dengan mesin diesel dengan bahan bakar solar didapatkan bahwa daya maksimal sebesar 7,1 PK pada 2600 rpm dan BSFC sebesar 892,1 gr/kWh dengan biaya solar Rp. 2181/kWh. Jadi, dengan solar mesin
Dual fuel(Solar
& LPG)
Pengambilan Data (n,P,fuels, temp, Smoke, dll)
Eksperimen
Rubah Load/rpm
Selesai
Ya
100
Grafik Perbandingan Daya, SFC dan Biaya Bahan Bakar Uji Ketahanan
Daya Dual Fuel (PS) Daya Solar (PS) SFC Dual Fuel (kJ/PShr) SFC Solar (kJ/PShr) Harga Solar (Rp/PShr) Harga Dual Fuel (Rp/PShr)
akan hemat pada putaran tinggi yaitu 2600 rpm.
1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700
B
Putaran Mesin (rpm)
Perbandingan Daya, Biaya Bahan Bakar DF & Solar
Daya DF Daya Solar Biaya per kWh DF Biaya perkWh Solar
Gambar 5. Grafik perbandingan daya dan biaya bahan bakar untuk solar dandual fuel (Power and fuel price chart, diesel & dual fuel)
Sedangkan dengan mesin diesel dengan bahan bakar solar + LPG didapatkan bahwa nilai daya maksimal sebesar 5,56 PK pada 2600 rpm yang berarti sama dengan daya untuk bahan bakar solar. Jika biaya bahan bakar dual fueldibandingkan solar pada 2600 rpm, biaya dual fuel sebesar Rp. 1830.kWh. Biaya ini bukan merupakan biaya yang paling hemat untuk dual fuel karena pada Gambar 5 terlihat biaya yang paling hemat yaitu Rp. 1562/kWh pada 2000 rpm. Untuk biaya bahan bakar, asumsi harga yang dipakai adalah Rp. 5850/kg LPG dan Rp. 4500/liter solar. Daya dan torsi pada pengujian ini sudah diusahakan untuk semirip mungkin agar memudahkan dalam menghitung perbandingan konsumsi bahan bakar, akan tetapi dalam kenyataannya di lapangan terjadi perbedaan pada daya yang dihasilkan, hal tersebut kemungkinan terjadi karena campuran antara bahan bakar solar dan LPG sudah mencapai batasnya sehingga jika dinaikkan lagi akan terjadiknocking.
2. Hasil Pengujian Ketahanan (Durability) 50 Jam
Dengan bahan bakar solar mesin dapat diuji dengan baik selama 50 jam tanpa mengalami kendala, tapi untuk pengujian dengan bahan bakar solar + LPG terjadi kerusakan mesin pada saat pengujian memasuki jam ke-20, sehingga pengujian dihentikan dan dilakukan pengecekan terhadap mesin. Dari hasil pengecekan mesin mengalami kerusakan karena air masuk ke dalam oil sump dan ada kerusakan pada pompa oli sehingga oli tidak bersirkulasi dan menyebabkan kerusakan pada mesin.
Gambar 6. Grafik perbandingan daya, SFC, dan biaya bahan bakar uji ketahanan (Power, SFC, and Fuel Price Chart for durability test)
Uji ketahanan dilanjutkan setelah dilakukan perbaikan terhadap mesin yang rusak. Perbaikan meliputi penggantian beberapa komponen yang rusak seperti piston, ring piston dan liner. Uji ketahanan lanjutan dilakukan selama 30 jam dengan bahan bakar solar + LPG.
dilakukan pada putaran dan beban konstan yaitu 2600 rpm dan beban sebesar 6 PK.
Pengujian ketahanan 50 jam untuk mesin Dongfeng dengan menggunakandual fueldilakukan pada putaran 2600 rpm dan power sekitar 5.8 PK. Power berusaha untuk diatur pada 6 PK pada putaran 2600 rpm tetapi mesin tidak dapat mencapai power tersebut sehingga diatur sedikit di bawahnya yaitu 5,8 PK.
Untuk konsumsi bahan bakar kita dapat membandingkan hasil uji ketahanan dengan bahan bakar solar dan dual fuel pada konsumsi bahan bakar spesifiknya dimana bahan bakar yang digunakan dibagi dengan power yang dihasilkan. Dalam hal ini digunakan satuan Joule untuk bisa mendapatkan hasil gabungan antara solar dan LPG.
Pada Gambar 6 terlihat penurunan SFC yang cukup signifikan pada jam ke-22, kemungkinan hal itu terjadi karena mesin baru diperbaiki
dengan melakukan beberapa
penggantian komponen utama mesin. Pada 20 jam awal pengujian, jelas terlihat bahwa penggunaan dual fuel lebih boros daripada penggunaan solar, tetapi setelah terjadi kerusakan pada mesin dan kemudian diperbaiki, konsumsi bahan bakar specific antara solar dengan dual fuel hampir sama, bahkan penggunaan dual fuel cenderung lebih irit.
3. Hasil Pengujian Pelumas
Pengujian properties pelumas setelah running 50 jam baik menggunakan solar maupun dual fuel dinilai berdasarkan 4 (empat) tingkatan yaitu normal, atensi/perlu mendapat perhatian, urgent/segera diganti, dan parah/severe. Secara umum, kualitas pelumas dengan menggunakan dual-fuelpada kondisiurgent/segera diganti, sedangkan dengan solar pada kondisi parah (severe). Hal ini menunjukkan kualitas pelumas menggunakan dual
fuel pada kondisi lebih baik dibandingkan solar saja. Kondisi pelumas baik dual fuel maupun solar
disebabkan adanya sumber
ketidaknormalan.
Sumber ketidaknormalan pada pelumas yang menggunakan solar: Nilai viskositas naik cukup tinggi. Kenaikan ini disebabkan tingginya kandungan air dan soot. Soot atau jelaga merupakan. istilah umum yang mengacu pada najis partikel karbon tidak murni yang dihasilkan dari pembakaran tidak lengkap dari
hidrokarbon (Wikipedia).
Kontaminan air sangat tinggi, kemungkinan terjadi kebocoran pada sistem pendingin mesin. Kadar soot cukup tinggi, indikasi terjadi pembakaran tidak sempurna. Kontaminan bahan bakar cukup tinggi, kemungkinan terjadi kebocoran pada sistem bahan bakar. Besi (Fe) cukup tinggi, diperkirakan berasal dari keausan pada komponen cylinder liner, camshaft atauvalve mechanism.
Sumber ketidaknormalan pada pelumas yang menggunakan dual fuel:
Dari hasil pengujian, didapatkan bahwa nilai TBN turun tetapi masih dalam batas normal. Keausan Fe dan Aluminium (Al) cukup tinggi, diduga berasal dari keausan pada komponen cylinder liner, piston, camshaftatauvalve mechanism.
KESIMPULAN 1. Kesimpulan
Operasi mesin dengan dual fuel lebih cocok dan ekonomis untuk mengurangi bahan bakar cair yang biasa digunakan oleh nelayan. Sebuah mesin diesel dapat dioperasikan pada
moda dual fuel dengan sedikit
modifikasi mesin.
Dari hasil pengujian dapat diambil beberapa kesimpulan :
- Komposisi penggunaan solar pada mesin dual fuel rata-rata masih sekitar 60 % pada kondisi mesin diuji ketahanan atau pada beban kontinyu.
- Ada penurunan power pada saat penggunaan dual fuel, diduga penurunan terjadi karena mesin mengalami knocking pada saat penggunaan bahan bakardual fuel.
- Pada uji ketahanan lanjutan dengan dilakukan beberapa penggantian komponen yang baru didapatkan hasil konsumsi bahan bakar spesifik dual fuel lebih baik dibanding dengan uji ketahanan sebelumnya dengan bahan bakar dual fuel. Komsumsi bahan bakar dual fuel pada uji ketahanan lanjutan lebih mirip dengan konsumsi bahan bakar spesifik dengan solar, yaitu sekitar 530 kJ/PKhr
2. Saran
Untuk pengujian yang sifatnya riset dan memerlukan ketahanan mesin sebaiknya digunakan mesin yang masih baru dan dilakukan rating serta penggantian komponen mesin pada saat penggantian jenis bahan bakar.
DAFTAR PUSTAKA
Andri. 2007. Pengaruh Sistem Pemasukan Bahan Bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap Emisi Gas Buang. Laporan Tugas Sarjana Institut Teknologi Bandung.
Antya, B.W, 2008. Prestasi Motor Diesel 5 KW Satu Silinder dengan Bahan Bakar Ganda
LPG-SOLAR. Laporan
Tugas Sarjana Institut Teknologi Bandung.
Daniel, D dan Arifuddin. 2007. Pengujian Bahan Bakar
Biodiesel Produksi
Lengkong Cilacap pada Kapal Nelayan. Jurnal Kelautan Nasional Vol. 2 No. 2, Agustus 2007. ISSN : 1907797X.
Ehsan and Shafiquzzaman Bhuiyan. 2009.Dual fuelPerformance of a Small Diesel Engine for Applications with Less Frequent Load Variations. International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME Vol: 9 No: 10.
Fajar, R dan Yubaidah, S. 2007.
Penetuan Kualitas
Pelumasan Mesin. Jurnal MESIN Volume 9 No 1 Januari 2007 halaman 8-15.
http://en.wikipedia.org/wiki/Soot
http://www.kompas.com/kompas-cetak/0607/21/Otomotif/278 7195.htm
Silinder yang Menggunakan Bahan Bakar Gas dengan Penambahan Blower dan Sistem Injeksi. Jurnal Teknik Mesin Vol. 1, No. 1, April 1999 : 1–7.
Kristanto, P., Willyanto dan Djoko Wahyudi. 2001. Pengaruh Perubahan Pemajuan Waktu Penyalaan Terhadap Motor Dual fuel (Bensin-BBG). Jurnal Teknik Mesin Universitas Kristen Petra Vol. 3, No. 1, April 2001: 1
–6.
Lemigas. 2010. Pemanfaatan Gas (BBG dan LPG) untuk
Kendaraan Bermotor.
Laporan Hasil Penelitian Lemigas untuk Badan Litbang Kelautan dan Perikanan, 2010.
Rao, G.A., A.V.S.Raju., K.Govinda Rajulu., and C.V.Mohan Rao., 2010. Performance evaluation of a dual fuel engine (Diesel + LPG). Indian Journal of Science and Technology Vol. 3 No. 3 (Mar 2010) ISSN: 0974-6846.
Reksowardoyo, I.K. 2010. Review Paper: Research on The Application of Alternative Fuels of Combustion Engines and Propulsion Systems Laboratory. Institut Teknologi Bandung.
Sethi, V. P., Salariya, K. S. 2004. Exhaust Analysis and Performance of a Single Cylinder Diesel Engine Run on Dual Fuels, Journal of Institute of Engineers, 85 , 1, pp. 1-7.
Trakindo. Minyak Pelumas dan Pengaruhnya terhadap Mesin Anda.
Troyer, D and Fitch, J. 2001. Oil Analysis Basics.
Zulkarnain, R., Donal Daniel dan Rendra Hadi Wibawa. 2009.
The Application of Brown’s
Gas Generator to Two
Stroke Diesel
Engine.Prosiding Prosiding Seminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan
(SENTA) ITS 2009
-Surabaya. Fakultas
