KARAKTERISASI UNJUK KERJA MESIN DIESEL GENERATOR SET SISTEM DUAL FUEL MENGGUNAKAN GAS HASIL GASIFIKASI DAN MINYAK SOLAR

(1)

KARAKTERISASI UNJUK KERJA MESIN

DIESEL GENERATOR SET SISTEM DUAL

FUEL MENGGUNAKAN GAS HASIL

(2)

PENDAHULUAN

PENUTUP

DASAR TEORI &

ANALISA

LATAR BELAKANG

TUJUAN

ANALISA

DASAR TEORI

KESIMPULAN

SARAN

BATASAN MASALAH

Page 2

(3)

Page 3

LATAR BELAKANG

BATASAN MASALAH

DASAR TEORI

PENELITIAN

SEBELUMNYA

PERALATAN

EKSPERIMEN

RANCANGAN

EKSPERIMEN

TUJUAN

Pencarian sumber

energi alternatif

Konsumsi bahan bakar

fossil meningkat

Efek terhadap

lingkungan

(4)

Page 4

LATAR BELAKANG

BATASAN MASALAH

DASAR TEORI

PENELITIAN

SEBELUMNYA

PERALATAN

EKSPERIMEN

RANCANGAN

EKSPERIMEN

TUJUAN

Untuk mengetahui mekanismepemasukan gas hasil gasifikasi pada sistem dual fuel agar didapatkan substitusi solar maksimum

Untuk mengetahui unjuk kerja sistem dual fuel gas hasil

gasifikasi dan solar yang

(5)

Page 5

LATAR BELAKANG

BATASAN MASALAH

DASAR TEORI

PENELITIAN

SEBELUMNYA

PERALATAN

EKSPERIMEN

RANCANGAN

EKSPERIMEN

TUJUAN

Percobaan menggunakan mesin diesel 1 (satu) silinder empat langkah yang telah dimodifikasi pada bagian saluran isap untuk menyuplai gas

gasifikasi

Kondisi mesin diesel dalam keadaan standar Kondisi udara dalam keadaan ideal Tidak membahas proses pembuatan gas hasil gasifikasi serta reaksi kimia yang terjadi

Bahan bakar yang digunakan adalah minyak solar dan gas hasil gasifikasi dari bahan baku

plastik

Minyak solar yang dipakai adalah minyak solar yang diproduksi oleh Pertamina dengan spesifikasi minyak solar sesuai dengan keputusan

Dirjen Migas No. 113.K/72/DJM/1999 tanggal 27 Oktober 1999

(6)

Page 6

LATAR BELAKANG

BATASAN MASALAH

DASAR TEORI

PENELITIAN

SEBELUMNYA

PERALATAN

EKSPERIMEN

RANCANGAN

EKSPERIMEN

TUJUAN

MESIN DIESEL

(7)

Page 7

Unjuk Kerja Mesin Diesel

Daya

Torsi

Tekanan Efektif Rata-Rata

Pemakaian Bahan Bakar Spesifik

(8)

Page 8

LATAR BELAKANG

BATASAN MASALAH

DASAR TEORI

PENELITIAN

SEBELUMNYA

PERALATAN

EKSPERIMEN

RANCANGAN

EKSPERIMEN

TUJUAN

Generac Power System,

Inc

Rico Aditia Prahmana,

2012

(9)

Page 9

Generac Power System, Inc

Mengadopsi model Combustion Air

Gas Integration dengan bahan bakar

gas CNG

Hasil :



_{Pemakaian gas optimum}

hingga 90% dan diesel fuel 10%



_{Mengurangi hingga 30% NOx}

dan 50% particulate matter

dibanding dengan menggunakan

diesel fuel

(10)

Page 10

Rico Aditia Prahmana, 2012

• Mengadopsi Model Combustion Air

Gas Integration dengan bahan bakar

biogas dari kotoran sapi

(11)

Page 11

HASIL

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 th er m al e ff ic ie nc y (% ) Load ( Watt ) single fuel dual fuel 0.1 psi dual fuel 0.15 psi dual fuel 0.2 psi dual fuel 0.25 psi dual fuel 0.3 psi

Grafik efisiensi termal fungsi beban listrik

Efisiensi termal tertinggi ada pada penggunaan single fuel, dan

kemudian diikuti penurunan nilai efisiensi termal saat laju alir massa biogas yang direpresentasikan oleh besar tekanan biogas dilakukan penambahan

(12)

Page 12

LATAR BELAKANG

BATASAN MASALAH

DASAR TEORI

PENELITIAN

SEBELUMNYA

PERALATAN

EKSPERIMEN

RANCANGAN

EKSPERIMEN

TUJUAN

Alat Uji

Alat Ukur

(13)

Page 13

(14)

(15)

Alat Ukur

(16)

Page 16

LATAR BELAKANG

BATASAN MASALAH

DASAR TEORI

PENELITIAN

SEBELUMNYA

PERALATAN

EKSPERIMEN

RANCANGAN

EKSPERIMEN

TUJUAN

Parameter Input Parameter Output Konstan Bervariasi Diukur Dihitung

- Type generat or set mesin Diesel - Putaran mesin 1500 rpm - Bahan bakar: solar dan syngas - Beban lampu (W) : 200 s.d 2000, interval 200 - Tekanan syngas masuk (kg/cm2₎ : 0.5 s.d 2.5, interval 0.5 - t konsumsi bahan bakar 5 ml - L pada manomet er udara dan syngas - T_pendingin, T_udara, T_syngas, T_gas buang, dan T_{oli pelumas}. - V dan I - v_udara dan v_syngas - m_udaradan m_syngas - Daya, torsi, bmep, sfc dan efisiensi - AFR

(17)

Page 17

Start Penyimpanan syngas dalam plastik Masukkan syngas dalam kompresor dan tabung gas

Kalibrasi dan melengkapi alat sesuai spesifikasi Ekperimen Data awal : - Beban lampu - Putaran konstan 1500rpm - Tekanan di pressure regulator -AFR - Syngas - Miyak solar Mesin dalam kondisi standar dengan bahan bakar minyak solar

Pengujian dengan pembebanan

Pemasangan syngas dan setting

sistem dual-fuel

Mesin dalam kondisi standar dengan dual-fuel syngas dan solar Pengujian dengan

pembebanan dan variasi AFR

Pencatatan data proses: - Massflow minyak solar, syngas dan udara - Temperatur mesin, udara, syngas,gas buang,oli pelumas dan cairan pendingin. - Konsumsi minyak solar dalam 5 ml Pengolahan Data Perhitungan : -Daya -Torsi -bmep -Sfc -ηth Grafik : -Daya = f(beban) -Torsi = f(beban) -bmep = f(beban) -Sfc = f(beban) -ηth = f(beban)

-Tgas buang = f(beban)

Analisa Grafik Kesimpulan

End Persiapan alat uji

Start

A End

A

(18)

Page 18

PEMBAHASAN

REFERENSI

PENUTUP

D

ata

(19)

Page 19

Data

Komposisi

Prosentase

(%)

ρ (kg/m

3

₎

pada T = 306.5 K

CH

₄

4.25 0.6348

CO

₂

14.02 1.7366

N

₂

42.40 1.1024

O

₂

8.11 1.2601

H

₂

14.35 0.0793

CO

15.54 1.1004

C

₂

H

₆

1.33 1.2014

Komposisi Syngas

Gas yang

Flammable

LHV

(kJ/N.m

3

)

CO

12633

CH

₄

35883

H

₂

10783

C

₂

H

₆

64345

LHV Syngas

𝜌

syngas

= 1,0384 kg/m

3

LHV

_syngas

= 1355,088 kcal/kg

LHV

_solar

= 10276,3 kcal/kg

(20)

Page 20

Daya Efektif (Ne)

Torsi (Mt)

Tekanan Efektif Rata-rata

_(bmep)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 En gi ne P ow er (h p) Load (Watt)

Power = f (Load)

single fuel dual fuel 1.5 kg/cm2 dual fuel 2.0 kg/cm2 dual fuel 2.5 kg/cm2 dual fuel 3.0 kg/cm2 dual fuel 3.5 kg/cm2

(21)

Page 21

Daya Efektif (Ne)

Torsi (Mt)

Tekanan Efektif Rata-rata

_(bmep)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 To rque ( kg .c m) Load (Watt)

Torque = f (Load)

(22)

Page 22

Daya Efektif (Ne)

Torsi (Mt)

Tekanan Efektif Rata-rata

_(bmep)

0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Bmep ( kg /c m 2 ) Load (Watt)

Bmep = f (Load)

(23)

Page 23

SFC Dual Fuel

SFC Solar

Substitusi Solar

0 5 10 15 20 25 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 SF C d ua l (k g/ hp .h r) Load (Watt)

SFC dual = f (Load)

(24)

Page 24

SFC Dual Fuel

SFC Solar

Substitusi Solar

0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 SF C so la r (k g/ hp .h r) Load (Watt)

SFC solar = f (Load)

(25)

Page 25

SFC Dual Fuel

SFC Solar

Substitusi Solar

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 sf c L iq ui d F ue l R ep la ce m en t [ % ] Load (Watt)

liquid fuel replacement = f(Load)

Tekanan 1.5 kg/cm2 Tekanan 2.0 kg/cm2 Tekanan 2.5 kg/cm2 Tekanan 3.0 kg/cm2 Tekanan 3.5 kg/cm2

(26)

Page 26

Efisiensi Termal

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Th er m al E ffi ci en cy [% ] Load (Watt)

Thermal efficiency = f (Load)

(27)

Page 27

Air Fuel Ratio (AFR)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 AF R (A ir F ue l R ati o) Load (Watt)

AFR = f(Load)

(28)

Page 28

Temperatur Gas Buang

50 100 150 200 250 300 350 400 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Ex ha us t G as Te m p. (º c) Load (Watt)

Exhaust gas temp. = f(Load)

(29)

Page 29

Temperatur Oli Pelumas

50 55 60 65 70 75 80 85 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Lu be Oi l T em p. ( o C) Load (Watt)

Lube oil temp. = f(Load)

(30)

Page 30

Temperatur Cairan

Pendingin

35 45 55 65 75 85 95 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Co ol an t T emp. (° C) Load (Watt)

Coolant temp. = f(Load)

(31)

Page 31

PEMBAHASAN

REFERENSI

PENUTUP

Kesimpulan

(32)

1. Substitusi minyak solar oleh syngas maksimum sebesar 65,93% terjadi pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2_{pada saat beban 1000 Watt.}

2. Nilai efisiensi termal semakin menurun dengan penambahan tekanan syngas. Hal ini disebabkan karena dengan penambahan tekanan syngas, maka laju alir massa syngas meningkat yang menyebabkan jumlah minyak solar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar semakin berkurang sehingga efisiensinya turun. Nilai ini menurun sebesar 23,59% pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2_.

3. Semakin tinggi tekanan syngas, maka persentase penggantian minyak solar oleh syngas akan semakin meningkat. Persentase penggantian tertinggi terdapat pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2 _{pada range beban 600 s.d. 1000 Watt. Namun pada tekanan 2,0 kg/cm}2_{, persentase}

penggantian mempunyai range yang lebih lebar, yaitu pada beban 600 s.d. 1400 Watt.

4. Nilai AFR mengalami penurunan ketika dilakukan penambahan tekanan syngas. Nilai ini menurun sebesar 92,37% pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2_{.Secara umum, penambahan}

tekanan syngas meningkatkan temperatur gas buang, temperatur minyak pelumas, dan temperatur cairan pendingin.

5. Secara umum, penambahan tekanan syngas meningkatkan temperatur gas buang, temperatur minyak pelumas, dan temperatur cairan pendingin. Pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2_{, temperatur gas buang meningkat sebesar 5,44%, temperatur minyak pelumas}

5,28%, dan temperatur cairan pendingin 7,36%.

Page 32

(33)

Page 33

1. Adanya fluktuasi pada grafik yang menunjukkan jumlah laju alir massa minyak solar yang digantikan menunjukkan ketidakstabilan kualitas syngas pada saat proses pengambilan data.

2. Perlu adanya alat pembersih tar dan penurunan kadar uap air pada syngas.

3. Kecepatan yang terbaca pada pitot static tube adalah kecepatan maksimal (V_max). Hal ini menyebabkan nilai perhitungan besar dan AFR yang didapatkan memberikan nilai yang sangat kecil pada kondisi dual fuel. Untuk penelitian selanjutnya, kecepatan yang dihitung seharusnya menggunakan kecepatan rata-rata (V_avg) dengan faktor koreksi.

4. Pada tekanan 3,5 kg/cm2_{, beban tertinggi yang dapat dicapai adalah 1800 Watt.}

Melebihi beban tersebut, mesin tidak dapat dijalankan (mati). Hal ini disebabkan karena campuran di ruang bakar sangat kaya. Saran untuk penelitian selanjutnya adalah mekanisme pemasukan udara-bahan bakar disempurnakan agar ketika dilakukan pengujian untuk tekanan syngas tinggi dan pada beban tinggi, mesin masih dapat beroperasi (tidak mati).

(34)

Page 34

PEMBAHASAN

REFERENSI

PENUTUP

1. Banapurmath, N.R., Tewari, P.G., Yaliwal, V.S., Kambalimat h Satish, Basavarajappa, Y.H., Combustion characteristics of

a 4-stroke CI engine operated on Honge oil, Neem and Rice Bran oils when directly injected and dual fuelled with producer gas induction, India, 2009.

2. The Environment and Industry Council (EPIC) Canadian Plastics Industry Association. The Gasification of Residual

Plastics Derived from Municipal Recycling Facilities, 2004.

3. Mathur, M.L.,& Sharma, R.P., A Course in Internal

Combustion Engine 3rd_{edition, halaman 259, Dhanpat Rai &}

Sons, Nai Sarak, Delhi, 1980. 4. http://energyefficiencyasia.org

5. Takatoshi Shoji, Kenjiro Shidoh, Yoshihiro Kajibata, Atsushi Sodeyama, Plastic Waste Recycling by Entrained-Flow

Gasification, Chemical & Environmental Research

Department, Akashi Technical Institute Kawasaki Heavy Industries.

6. John, B. Heywood, Internal Combustion Engine, halaman 53, Mc GrawHill, London, 1988.

7. N. Tippawong, A., Promwungkwa, P., Rerkkriangkrai,

Long-term Operation of A Small Biogas/Diesel Dual-Fuel Engine

for On-Farm Electricity Generation, Chiang Mai

(35)

Page 35

8. Slawomir Luft, Attempt to Compare Basic Combustion Parameters of A Dual-Fuel Compression

Ignition Engine for Various Main Fuels and Their Delivery Modes, Wydawnictwo Politechniki

Krakowskiej, Krakowskiej, 2008.

9. Sauliar, Jefry Novrezeki, Desain Mekanisme Sistem Dual-Fuel dan Uji Unjuk Kerja Motor Diesel

Stasioner Menggunakan Gas Hasil Gasifikasi Dan Minyak solar, Tugas Akhir, Jurusan Teknik

Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2010.

10. Prahmana, Rico Aditia, Karakterisasi Unjuk Kerja Mesin Diesel Generator Set Sistem Dual Fuel Solar

dan Biogas, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh

Nopember, Surabaya, 2012.

11. J.Moran, Michael, & N.Shapiro, Howard. “Fundamentals of engineering thermodynamics, fourth

edition”. The Ohio State University, Iowa State University of Science and Technology.

12. Kawano, D. Sungkono, Motor Bakar Torak (Diesel), Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, Surabaya, 2011. 13. Martinez, J. Daniel. Experimental study on biomass gasification in a double air stage downdraft

reactor, Brazil, 2011.

14. Waldheim, L., Nilsson, T., Heating Value of Gases from Biomass Gasification, TPS Termiska Processer AB, 2001.

15. Praptijanto, A., B.Santoso, W., Putrasari, Y., Simulasi Uji performance Pada Motor Diesel Injeksi

Langsung (1 Silinder) 677 CC Menggunakan Bahan Bakar Dual Fuel (Diesel-Sekam Padi), Lab. Motor

(36)