UJI KARAKTERISTIK KERJA MESIN DIESEL GENERATOR SET DUAL FUEL MINYAK CAMPURAN (Minyak Plastik-
Biosolar) DENGAN SYNGAS BIOMASSA
SKRIPSI
OLEH:
BORIS AGRIFA MANURUNG 160308038
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2022
SKRIPSI
OLEH:
BORIS AGRIFA MANURUNG 160308038/KETEKNIKAN PERTANIAN
Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Di Program Studi Keteknikan Pertanian
Universitas Sumatera Utara
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Dr. Taufik Rizaldi, STP, MP Raju, STP, M.Si
Lukman Adlin Harahap, STP, M.Si
ABSTRAK
BORIS AGRIFA MANURUNG: Uji Karakteristik Kerja Mesin Diesel Generator Set Dual Fuel Minyak Campuran (Minyak Plastik-Biosolar) Dengan Syngas Biomassa, dibimbing oleh RISWANTI SIGALINGGING.
Gasifikasi merupakan proses mendapatkan gas dari suatu produk yang dapat digunakan sebagai sumber energi. Sistem dual fuel dapat mengaplikasikan hasil gasifikasi biomassa berupa syngas dengan memasukan syngas melalui mixer venturi yang terpasang pada intake manifold pada mesin diesel. Dengan sistem dual fuel ini dapat menentukan unjuk kerja dan efisiensi mesin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik kerja mesin diesel generator set dual fuel campuran minyak plastik dengan syngas biomassa. Metode penelitian menggunakan Rancangan Acak Lengkap 2 (dua) faktorial dengan 4 kali pengulangan. Pada penelitian ini menggunakan mesin diesel tipe fetch R175 set generator model ST-3. Hasil penelitian menunjukan massa jenis dan viskositas tertinggi yang memiliki campuran minyak pirolisis yaitu Biosolar : Minyak Plastik (75:25) sebesar 0,8061 g/cm3 sedangkan pada viskositas sebesar 2,054.
Nilai daya, torsi serta tekanan efektif rata rata (bmep) memiliki garis trend yang sama. Perbedaan nilai terjadi akibat pengaruh syngas dan nilai dari indeks setana pada bahan bakar minyak campuran. Konsumsi bahan bakar tertinggi terjadi pada biosolar murni. Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) dual fuel lebih tinggi dari single fuel.
Kata Kunci: Gasifikasi, Pirolisis, Syngas, Bahan Bakar
ABSTRACT
BORIS AGRIFA MANURUNG: Test of Diesel Engine Generator Set Dual fuel Mixed Oil (Plastic Oil-Biodiesel) with Syngas Biomass, supervised by RISWANTI SIGALINGGING.
Gasification is the process of getting gas from a product that can be used as an energy source. The system dual fuel can apply the results of biomass gasification in the form of syngas by entering syngas through amixer venturi mounted on the intake manifold of the diesel engine. With this system dual fuel can determine the performance and efficiency of the engine. This study aims to determine the working characteristics of the diesel engine generator set dual fuel mixture of plastic oil with syngas biomass. The research method used a 2 (two) factorial Completely Randomized Design with 4 repetitions. In this study, a diesel engine type fetch R17 generator set model ST-3 was used. The results showed the highest density and viscosity which had a mixture of pyrolysis oil, namely Biosolar : Plastic Oil (75:25) of 0.8061 g/cm3 while the viscosity was 2.054 cSt.
Values of power, torque, and average effective pressure (bmep) have the same trend line. The difference in value occurs due to the influence of syngas and the value of the cetane index in the mixed fuel oil. The fuel consumption highest occurs in pure biodiesel. Specific fuel consumption (SFC) duel fuel is higher than single fuel.
Keywords: Gasification, Pyrolysis, Syngas, Fuel
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Ujung Pandang pada tanggal 15 Februari 1998 dari pasangan ayah Rudi Manurung dan ibu Nurhaida Hasibuan. Penulis merupakan anak pertama dari empat bersaudara.
Tahun 2016 penulis lulus dari SMAN 1 Tanah Jawa dan pada tahun yang sama masuk ke Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara melalui jalur SBMPTN (Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri). Penulis memilih Program Studi Keteknikan Pertanian.
Selama mengikuti perkuliahan di Program Studi Keteknikan Pertanian penulis pernah menjadi Asisten Elektronika.
Penulis melaksanakan Kuliah Kerja Nyata di Kelurahan Marihat Jaya, Kecamatan Siantar Marimbun, Pematang Siantar pada tahun 2019 serta Praktek Kerja Lapangan (PKL) di Pabrik Kelapa Sawit PT. Perkebunan Nusantara III Sei Silau, Kecamatan Buntu Pane, Kisaran pada tahun 2020.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa Karena KasihNya yang besar sehingga penulis dapat menyelesaikan proposal ini dengan judul “Uji Karakteristik Kerja Mesin Diesel Generator Set Dual Fuel Minyak Campuran (Minyak Plastik-Biosolar) Dengan Syngas Biomassa” yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada ibu Riswanti Sigalingging, S.TP, M.Si, Ph.D selaku dosen pembimbing yang telah membimbing, membantu dan berbagi ilmu serta memberi masukan dan kritikan yang membangun sehingga selesainya skripsi ini, kepada orang tua yang telah mendidik dan membiayai kuliah, begitu juga kepada staf pengajar dan pegawai Program Studi Keteknikan Pertanian, serta teman mahasiswa yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan pada penulisan skripsi ini.
Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran sehingga dapat memperbaiki menjadi lebih baik lagi penulisan penelitian ini.
Akhir kata penulis mengucapkan banyak terima kasih. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.
Medan, Januari 2022
Penulis
DAFTAR ISI
Hal.
ABSTRAK ... i
RIWAYAT HIDUP ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR LAMPIRAN ... viii
DAFTAR NOTASI ... ix
PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Tujuan penelitian ... 2
Batasan Penelitian ... 2
Manfaat Penelitian ... 2
TINJAUAN PUSTAKA... 4
Gasifikasi ... 4
Tipe Gasifikasi ... 5
Karakteristik Sekam Padi ... 6
Karakteristik Cangkang Sawit ... 7
Plastik ... 8
Teori Pembakaran ... 9
Bahan Bakar ... 10
Massa Jenis ... 12
Viskositas ... 13
Syngas ... 14
Mesin Diesel ... 15
Dual fuel Engine ... 16
Unjuk Kerja Mesin Diesel ... 16
METODOLOGI PENELITIAN ... 20
Waktu dan Tempat ... 20
Metode Penelitian ... 20
Prosedur Penelitian ... 21
Persiapan Pengujian ... 23
Parameter Eksperimen ... 24
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 26
Daya Mesin ... 26
Torsi ... 28
Tekanan Efektif Rata-Rata ... 30
Konsumsi bahan bakar ... 32
Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) ... 34
KESIMPULAN DAN SARAN ... 36
Kesimpulan ... 36
Saran ... 36
DAFTAR PUSTAKA ... 37
LAMPIRAN ... 40
DAFTAR TABEL
No Hal
1. Karakteristik Sekam Padi ... 7
2. Karakteristik Cangkang Sawit ... 7
3. Nilai kalor dalam plastik dan lainnya ... 9
4. Spesifikasi Bahan Bakar Biosolar (B20) ... 11
5. Spesifikasi Bahan Bakar Biosolar (B20) ... 12
6. Massa Jenis Bahan Bakar Minyak Campuran Hasil Lemigas ... 12
7. Viskositas Bahan Bakar Minyak Campuran Hasil Lemigas ... 13
8. Jumlah Rata-Rata Daya Dual fuel dan Single fuel ... 27
9. Jumlah Rata-Rata Torsi Dual fuel dan Single fuel ... 29
10. Jumlah Rata-Rata BMEP Dual fuel dan Single fuel ... 31
DAFTAR GAMBAR
No Hal
1. Chart konversi terhadap biomassa ...7
2. Tahapan Utama Proses Gasifikasi ...5
3. Tipe gasifikasi downdraft dan updraft ...6
4. Nilai Rata-Rata Daya Dual fuel dan Single fuel ...28
5. Nilai Rata-Rata Torsi Dual fuel dan Single fuel ...30
6. Nilai Rata-Rata BMEP Dual fuel dan Single fuel ...31
7. Nilai Rata-Rata Konsumsi Bahan Bakar ...33
8. Nilai Rata-Rata SCF ...34
DAFTAR LAMPIRAN
No Hal
1. Flowchart penelitian... 40
DAFTAR NOTASI
NOTASI KETERANGAN SATUAN
A Luas Penampang Piston cm2
BHP Daya Mesin kW
bmep Tekanan Efektif Rata-Rata kg/cm2
Cos ϕ Faktor Daya Listrik
I Arus A
i Jumlah silinder
l Panjang Langka Piston cm
Mt Torsi N.m
mf Konsumsi Bahan Bakar kg/h
n Putaran Mesin rpm
K Faktor Ketetapan Konsumsi Solar per
kilowatt per jam
P Daya kVA
p Daya Generator kW
S Pemakaian Bahan Bakar Sesuai Nilai
Ketetapan l/h
SFC Konsumsi Bahan Bakar Spesifik kg/kW.jam
t Waktu s
V Tegangan Listrik V
v Volume Bahan Bakar Yang dipakai ml
z Langka Mesin
ηgen Efisiensi Generator
ηtransmisi Efisiensi Transmisi
ρbb Massa Jenis Bahan Bakar kg/l
ρsyngas Massa Jenis Syngas kg/l
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bahan bakar syngas dari produksi gasifikasi memiliki potensi yang sangat berguna sebagai bahan bakar untuk masa yang akan datang. Dapat diaplikasikan pada mesin sehingga dapat diharapkan meningkatkan unjuk kerja engine yang optimum dalam daya, torsi, SFC, bmep (tekanan efektif rata-rata), dan penggunaan bahan bakar pada engine (Prasetyo, 2015).
Menggunakan mesin diesel dual fuel dapat memberi hemat pada bahan bakar solar saat digunakan, sehingga harga murah, dan biaya modifikasi mesin juga murah. Mesin diesel dual fuel dapat diaplikasikan bersama syngas yang dapat meningkatkan kerja mesin serta efisiensi mesin (Azimov dkk., 2011).
Diesel dual fuel (bahan bakar ganda) merupakan mesin standar diesel dapat digunakan pada bahan bakar lain melalui intake manifold, penyalahannya dengan pilot fuel atau semprotan solar. Sederhananya dengan memodifikasi intake manifold pada mesin dengan membuat lubang sebagai masuknya gas atau bahan bakar lain.
Beberapa peneliti pernah meneliti mesin diesel dengan sistem dual fuel, yaitu Sauliar (2010) mengaplikasikan syngas dari sekam padi dengan memasukan syngas melalui mixer venturi yang terpasang di intake manifold, hanya saja penelitian tersebut bahan bakarnya tidak sempurna terbakar dikarenakan menggunakan naturally aspirated dimana pasokan udara bakar masuk dengan gas dari saluran hisap, sehingga jumlah udara yang masuk sedikit ke ruang pembakaran.
2
Sudarmanta (2009) menggunakan biosolar sebagai bahan bakar utama dengan syngas dari sekam padi dengan memasukkan gas melalui saluran hisap yang telah dipasang mixer venturi dan dengan sistem naturally aspirated pembakarannya terhadap pasokan udara dan diberi beban hingga 3 kW. Hasil penelitian tersebut dikarenakan nilai kalor dari syngas lebih rendah dari biosolar sehingga menunjukkan bahwa nilai SFC (Specific Fuel Consumption) dual fuel lebih tinggi dibandingkan dengan sistem single fuel.
Tujuan penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan karakteristik kerja mesin diesel generator set dual fuel menggunakan bahan bakar campuran minyak biosolar dengan minyak plastik dan syngas biomassa.
Batasan Penelitian
Penelitian ini hanya membahas tentang uji karakteristik kerja mesin diesel generator set dual fuel menggunakan bahan bakar campuran minyak biosolar dengan minyak plastik pada rasio (100:0), (75:25), (50:50) dan (25:75) dan syngas biomassa dengan rasio campuran biomassa (100:0), (50:50) dan (0:100).
Manfaat Penelitian
1. Bagi penulis sebagai bahan untuk menyusun skripsi yang merupakan syarat untuk menyelesaikan pendidikan di program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
2. Bagi mahasiswa sebagai informasi pendukung mengenai karakteristik kerja mesin diesel generator set dual fuel campuran minyak plastik dengan syngas biomassa.
3. Bagi masyarakat sebagai informasi dalam uji karakteristik kerja mesin diesel generator set dual fuel campuran minyak plastik dengan syngas biomassa.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Gasifikasi
Konversi terhadap biomassa dapat diklasifikasikan terdiri dari dua bagian, yaitu termal dan biologis, yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Chart konversi terhadap biomassa (Sumber: Sustrisno, 2010)
Gasifikasi adalah proses yang terjadi pada bahan bakar dalam keadaan padat menjadi gas secara termokimia, terjadinya proses tersebut dikarenakan saat udara yang dipakai dalam keadaan lebih kecil dibandingkan dengan udara saat dipakai dalam proses terjadinya pembakaran (Suyitno, 2008). Dilakukannya Proses gasifikasi ialah untuk mendapatkan gas dari suatu produk yang baik digunakan untuk sumber energi dan dapat digunakan pada industri kimia sebagai bahan bakar. Gas gasifikasi dapat dikatakan dengan istilah lain sebagai produser gas atau syngas.
Pada tahapan proses mekanisme suatu proses gasifikasi pasti setiap teknologi prosesnya berbeda, namun ada 4 tahapan utama dalam proses gasifikasi
Biomassa
Gasification
Biological
Liquefaction Pyrolysis
Thermal
Direct combustion
Anaerobic
Digestion fermentation
terhadap biomassa, yaitu 1. Pengeringan; 2. Pirolisis; 3. Reduksi; 4. Oksidasi.
Tahapannya seperti skema gambar 3. Berikut.
Biomassa Udara (O2, N2) (C, H,O)
Biomassa kering (Gas – gas, tar, arang)
panas
(Arang) (CO2, H2O)
(CO2, H2O)
Gas Hasil H2, CO2, CO, CO, N2
Gambar 2. Tahapan Utama Proses Gasifikasi (Sumber: Susanto, 2018)
Tipe Gasifikasi
Gambar 3 menunjukkan tipe gasifikasi downdraft maupun updraft menggunakan bahan bakar berupa batubara atau arang maupun dapat digunakan pada sekam padi dan cangkang sawit.
Pengeringan 100-2500C
Pirolisa 250-5000C Biomassa arang, uap air, Tar,
CO, CO2, CH4, H2
Reduksi 600-12000C C + CO2 + H2O CO + H2
Oksidasi 12000C
C, tar, gas + O2 CO2 + H2O + Panas
Panas Panas
6
Gambar 3. Tipe gasifikasi downdraft dan updraft (Sumber: Kamarkar, 2015)
Gasifikasi tipe downdraft memiliki 4 bagian utama mulai dari bagian atas hingga bagian bawah yaitu drying, pyrolysis, oxidation, dan reduction. Tipe downdraft bahan masuk melalui hopper dan hingga mengalir turun ke grate yang merupakan tempat jatuhnya abu. Gasifikasi tipe updraft juga memiliki 4 bagian utama dari bagian atas ke bagian bawah yaitu drying, pyrolysis, oxidation, dan reduction (Ingle dan Lakade, 2016).
Karakteristik Sekam Padi
Gasifikasi biomassa sekam padi dapat digunakan sebagai energi terbarukan dan sangat banyak manfaatnya yang mungkin dapat diterapkan di Indonesia yang merupakan negara agraris. Potensi energi terbarukan yang dapat dihasilkan sekam padi dapat mencapai sebesar 3,84 GW. Berikut merupakan hasil uji proksimat dan uji ultimat yang dapat melihat kandungan dari sekam padi.
Tabel 1. Karakteristik Sekam Padi
Parameter Analisis Nilai Satuan
Proksimat
Moisture 7,82 %
Ash 20,61 %
Volatile Matter 57,66 %
Fixed Carbon 13,91 %
Ultimat
Sulfur 0,12 %
Carbon Hydrogen 35,03 %
Hydrogen 5,46 %
Nitrogen 0,29 %
Oxygen 38,49 %
Gross Calorific Value 3330 cal/g
Sumber: Maarif, 2017
Karakteristik Cangkang Sawit
Biomassa merupakan bahan organik dari makhluk hidup baik hidup atau sudah mati. Biomassa dengan limbah sangat berpotensi menghasilkan energi terbarukan dan keuntungan yang didapat sangat banyak salah satunya untuk mengurangi efek rumah kaca. Hasil karakteristik dari suatu biomassa dapat diketahui dari uji proximate dan uji ultimate yang bertujuan untuk melihat hasil komposisi kandungan dan komposisi kimia pada biomassa. Berikut merupakan hasil uji ultimate dan proximate dari bahan biomassa cangkang sawit.
Tabel 2. Karakteristik Cangkang Sawit
No Parameter Unit Nilai
1 Moisture Content % wt 12
2 Ash Content % wt 3,5
3 Volatile Matter % wt 68,2
4 Fixed Carbon % wt 16,3
5 Density Kg/m3
6 LHV MJ/kg 18,267
7
Sulfur % wt 44,44
Carbon Hydrogen % wt 5,01
Hydrogen % wt 0,28
Nitrogen % wt -
Oksigen % wt 34,7
8
Tabel 2 menunjukkan bahwa kadar air sebesar 12% sedangkan kadar abu sebesar 3,5%, Zat Terbang (volatile matter) sebesar 68,2% dan Karbon Tetap (fixed carbon) sebesar 16,3%. Dapat diketahui dari nilai tersebut kandungan air pada biomassa tersebut cukup besar sehingga dibutuhkan banyak energi untuk menguapkannya tetapi kandungan Zat Terbang (volatile matter) merupakan campuran dari gas, CO, H2 dan Hidrokarbon sebesar 68,2% sehingga sangat cukup digunakan sebagai syngas.
Plastik
Plastik adalah produk yang menghasilkan dari turunan minyak dan gas bumi dari proses penyulingan, yang merupakan dari material nafta. Plastik memiliki senyawa polimer yang penyusunnya merupakan unsur karbon dan hidrogen yang dibentuk melalui polimerisasi (penggabungan) terhadap monomer dari proses kimia menjadi polimer (Groover, 1996).
Berikut beberapa jenis produk plastik antara lain High Density Polyethylene (HDPE), Low Density Polyethylene (LDPE), Polyethylene Terephthalate (PET), Polyvinyl Chloride (PVC), Polypropylene (PP), Polystyrene (PS), dan lain – lain (Hartulistiyoso dkk, 2014).
Sampah plastik umumnya mempunyai kandungan komposisi 16%
Polystyrene (PS), 46% Polyethylene (HDPE dan LDPE), 16% Polypropylene (PP), 5% Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS), 5% Polyethylene Terephthalate (PP), 7% Polyvinyl Chloride (PVC), dan lainnya.
Hasil minyak dari proses pirolisis dicampur dengan solar berbanding dengan solar saja akan memiliki besar termal 0,62 kg/jam dan 0,69 kg/jam dan efisiensi termal dicapai adalah 27,4% dan 22,5%. Pada penelitian mesin diesel
dengan konsumsi minyak pirolisis untuk bahan bakar mesin memiliki efisiensi termal mencapai 75%. Hal ini membuat hasil minyak pirolisis dapat dijadikan bahan bakar tunggal dengan berbagai banyak pengujian yang sudah dilakukan (Harshal dan Syailendra, 2013).
Tabel 3 menyajikan perbandingan plastik dengan sumber-sumber energi lainnya terhadap nilai kalor.
Table 3. Nilai kalor dalam plastik dan lainnya.
Material Nilai Kalor (MJ/kg)
Polyethylene
46,3
Polypropylene
46,4
Polyvinyl chloride
18,0
Polystyrene
41,4
Coal
24,3
Petrol
44,0
Diesel
43,0
Heavy fuel oil
41,1
Light fuel oil
41,9
LPG
46,1
Kerosene
43,4
Sumber: (Das dan Pande, 2007) Teori Pembakaran
Pembakaran terjadi dikarenakan akibat dari proses oksidasi yang cepat dengan produk panas hasil dari suatu bahan bakar (sungkono, 2011). Terbakarnya suatu bahan bakar dengan sempurna apabila oksigen memiliki persediaan yang cukup yang digunakan untuk proses pembakaran. Oksigen yang terdapat di udara mencapai sekitar 20,9%, dan sebanyak 79% merupakan nitrogen dan yang lain merupakan gas lain.
Dalam proses pembakaran akan terjadi bila oksigen bereaksi terhadap bahan bakar sehingga dapat melahirkan panas. Komposisi untuk proses tersebut
10
oksigen yang diambil dari udara sebesar 21% dan 79% nitrogen dalam persentase volume atau bisa juga oksigen sebesar 77% dan 23% nitrogen dalam persentase massa. Pada bahan bakar unsur yang paling banyak terkandung adalah C, H, dan sedikit S. Terdapat tiga proses pada umumnya terjadinya pembakaran, yaitu:
C + O2 CO2 + Kalor H2 + 1/2O2 H2O + Kalor
S + O2 SO2 + Kalor
Dari ketiga senyawa dan hasil panas tersebut dapat dikatakan sebagai hasil pembakaran (Numan, 2011).
Bahan Bakar
Umumnya bahan bakar dibagi menjadi 3 (tiga) bagian berdasarkan wujudnya yaitu cair, padatan, dan gas, yang dapat diaplikasi dalam motor pembakaran. Akan tetapi pada mesin diesel dari jenis wujud bahan bakar yang bisa adalah cair serta gas. Walaupun ada berasal dari padatan, tapi harus dilakukan proses gasifikasi sehingga hasilnya berwujud gas atau syngas sebagai bahan bakar pada mesin diesel.
Berikut beberapa standar dan mutu spesifikasi bahan bakar biosolar (B20) dengan angka setana (CN) 48:
Tabel 4. Spesifikasi Bahan Bakar Biosolar (B20)
Determination Unit Batasan Method
Min Maks ASTM
Angka Setana - 48 D 613
Cetane Index 45 D 4737
Massa Jenis @150C kg/m3 815 870 D 1298/ D 4052
Viskositas @400C mm2/sec 2 4,5 D 445
Kandungan Sulfur %m/m 0
0,35
D 5453/ D 4294 0,3
0,25 0,05 0,0005
Residu Karbon %m/m 0,1 D 4530/ D 189
Titik Nyala 0C 52 D 93
Titik kabut 0C 18 D 2500/ D 5773
Titik Tuang 0C 18 D 97
Kandungan Air mm/kg 0 500 D 6304
Kandungan Fame % v/v 20 D 7806/ D 7371
Bilangan Asam Kuat MgKOH/g 0 D 664
Bilangan Asam Total MgKOH/g 0,6 D 664
Kandungan Sedimen % m/m 0,01 D 473
(Keputusan DIRJEN MIGAS, 2016)
12
Dan berikut beberapa standar dan mutu spesifikasi bahan bakar biosolar (B30) dengan angka setana (CN) 51 yang dipasarkan di dalam negeri:
Tabel 5. Spesifikasi Bahan Bakar Biosolar (B30)
Determination Unit Batasan Method
Min Maks ASTM
Angka Setana - 51 D 613
Cetane Index 48 D 4737
Massa Jenis
@150C kg/m3 815 860 D 1298/ D 4052
Viskositas @400C mm2/sec 2,0 4,5 D 445
Kandungan
Sulfur %m/m 0
0,25
0,05 D 2622/ D 5453/ D 4294 0,005
Residu Karbon %m/m 0,1 D 4530/ D 189
Titik Nyala 0C 55 D 93
Titik kabut 0C 18 D 2500/ D 5773
Titik Tuang 0C 18 D 97
Kandungan Air mm/kg 0 300 D 6304
Kandungan Fame % v/v 30 D 7806/ D 7371
Bilangan Asam
Kuat MgKOH/g 0 D 664
Bilangan Asam
Total MgKOH/g 0,6 D 664
Kandungan
Sedimen % m/m 0,01 D 473
(Keputusan DIRJEN MIGAS, 2019)
Massa Jenis
Tabel 6. Massa Jenis Bahan Bakar Minyak Campuran Hasil Lemigas
Perlakuan Massa Jenis (g/cm3)
Biosolar:Minyak Plastik (25:75) 0,7933
Biosolar:Minyak Plastik (75:25) 0,8061
Biosolar:Minyak Plastik (50:50) 0,7977
Tabel 6 merupakan massa jenis yang digunakan setiap perlakuan bahan bakar pada penelitian ini dan merupakan hasil laboratorium dari LEMIGAS. Nilai massa jenis minyak campuran tertinggi terdapat pada perlakuan minyak campuran biosolar : minyak plastik (75 : 25) sebesar 0,8061 g/cm3. Sedangkan nilai massa
jenis terendah terdapat pada perlakuan minyak campuran biosolar : minyak plastik (25 : 75) sebesar 0,7933 g/cm3. Menurut Arisyi (2019) menyatakan bahwa perbedaan nilai massa jenis dipengaruhi oleh rantai karbon dan molekul residunya (MR) yang berbeda dari suatu penyusun senyawa bahan plastik. Adoe dkk (2016) menyatakan bahwa nilai massa jenis tinggi diakibatkan oleh lamanya waktu proses pirolisis, dimana semakin lama waktu maka berat cair yang dihasilkan semakin berat.
Massa jenis merupakan satuan volume pada benda terhadap pengukuran massa, massa jenis semakin tinggi pada benda maka massa benda juga semakin besar setiap volumenya. Massa jenis merupakan properti bahan bakar dan juga pengaruh terhadap karakteristik pada kerja mesin diesel. Batasan spesifikasi massa jenis umumnya kisaran 815-860 kg/m3 (DIRJEN MIGAS, 2013).
Viskositas
Tabel 7. Viskositas Bahan Bakar Minyak Campuran Hasil Lemigas
Perlakuan Viskositas (cSt)
Biosolar:Minyak Plastik (25:75) 1,733 Biosolar:Minyak Plastik (75:25) 2,054 Biosolar:Minyak Plastik (50:50) 1,838
Tabel 7 merupakan viskositas yang digunakan setiap perlakuan bahan bakar pada penelitian ini dan merupakan hasil laboratorium dari LEMIGAS.
Menunjukkan bahwa nilai viskositas minyak campuran tertinggi terdapat pada perlakuan minyak campuran biosolar : minyak plastik (75 : 25) sebesar 2,054 cSt.
Sedangkan nilai viskositas terendah terdapat pada perlakuan minyak campuran biosolar : minyak plastik (25 : 75) sebesar 1,733 cSt. Menurut Anwar (2015) yang menyatakan bahwa jika nilai viskositas tinggi melewati batasan spesifikasi solar
14
dinding silinder, maka sebaliknya jika viskositas rendah tidak mencapai batasan spesifikasi solar akan terjadi kebocoran terhadap plunger pompa injeksi yg banyak.
Viskositas merupakan faktor hal penting dalam pompa dan semprotan sistem injektor pada mesin. Batasan spesifikasi nilai viskositas umumnya berkisaran antara 2 - 4,5 cSt. Nilai viskositas tinggi merupakan kendala yang akan terjadi pada mesin diesel. Tingginya dan rendahnya nilai viskositas akan terjadi adanya ketidakjenuhan dan penjenuhan (Rao et al., 2010). Dari ketiga perlakuan yang sesuai terhadap batasan spesifikasi solar dihasilkan pada perlakuan minyak campuran Biosolar : Minyak Plastik (75 : 25).
Syngas
Hasil Produk gasifikasi selain abu dan tar juga menghasilkan gas yaitu syngas selama proses gasifikasi terjadi dan bahan bakunya terurai jadi abu dan tar.
Liquid (tar) yang tertinggal dalam kondensor terjadi karena uap mengalami kondensasi, sehingga yang tersisa adalah gas. Gas yang tidak mengalami kondensasi akan menjadi syngas yang akan dimanfaatkan nantinya. Synthetic-gas yang dihasilkan memiliki komposisi utama mengandung karbon monoksida (CO) dan hidrogen (H2). Syngas dari hasil gasifikasi biomassa dapat dijadikan sebagai sebagai bahan bakar alternatif (Aziis, 2018).
Syngas dari produk gasifikasi dapat dipakai sebagai bahan bakar motor motor diesel. Motor diesel menggunakan bahan bakar syngas memerlukan sedikit solar sebagai penyulut. Menggunakan sistem dual fuel dapat menghematkan solar mencapai lebih 70%. Dengan memodifikasi motor diesel menjadi motor bakar gas untuk mendapatkan substitusikan dengan bahan bakar minyak. Pengaplikasian gas
hasil gasifikasi sebagai bahan bakar motor bakar sebaiknya dipilih memiliki kecepatan nominal 1500 rpm. Menurut Penelitian Susanto (2018) hasil gas gasifikasi 4 kg kayu atau 6 kg sekam sebesar 7,5 m3 dapat menggantikan satu liter solar.
Adapun manfaat dari penggunaan hasil gasifikasi yaitu syngas antara lainnya:
1. Mampu mengurangi jumlah limbah padatan dari hasil pertanian/perkebunan.
2. Mampu menciptakan produk bernilai tinggi dari limbah.
3. Gas hasil dari gasifikasi tidak mengandung dioksin yang beracun dan furan.
4. Menghasilkan gas sehingga digunakan untuk pembangkit listrik.
5. Dapat mengurangi konsumsi bahan bakar minyak jika diaplikasikan produk gas pada motor bakar.
6. Dengan adanya gasifikasi terjadinya ramah lingkungan sehingga mengurangi terjadinya pemanasan global.
7. Menghemat sumber daya dan uang.
Mesin Diesel
Mesin diesel atau bisa disebut mesin bakar yang dimana di dalam mesin terjadi proses pembakaran, terjadinya pembakaran akibat terkompresinya udara di ruangan silinder sehingga mengalami tekanan tinggi serta suhu udara menjadi panas kemudian bahan bakar solar di injeksi secara bersamaan sehingga terjadi pemberian tenaga pada mesin yang diakibatkan dari pembakaran tersebut.
16
Mesin diesel 4 langkah artinya dimana untuk menciptakan satu kali kerja dan pembakaran dibutuhkan 2 kali langkah. Prinsip kerja mesin diesel 4 langkah yaitu: 1). Langkah Hisap, dimana piston bergerak dari TMA ke TMB, pada langkah ini terjadi masuknya udara kedalam silinder. 2). Langkah Kompresi, pada langkah ini piston bergerak dari TMB ke TMA sehingga menyebabkan suhu panas dan tekanan tinggi serta terjadinya injeksi bahan bakar. 3). Langkah Kerja, pada langkah ini piston mengalami kerja langkah sehingga dapat menggerakan mesin. 4). Langkah Buang, pada langkah ini katup buang terbuka untuk membuang sisa gas dari pembakaran.
Dual fuel Engine
Mesin dual fuel adalah mesin bahan bakarnya beroperasi secara bersamaan atau mempunyai dua penyuplai bahan bakar berbeda dengan dua jenis bahan bakar. Mesin dual fuel banyak diaplikasikan pada mesin diesel berbahan bakar Compressed Natural Gas (CNG)-minyak solar.
Bedoya (2009) mesin dual fuel, bahan bakar primer merupakan syngas hasil dari gasifikasi sedangkan yang bertindak sebagai bahan bakar sekunder adalah minyak solar yang menjadi pilot fuel pada mesin.
Unjuk Kerja Mesin Diesel
Berikut sebagai uji karakteristik mesin diesel yang sering digunakan untuk pada umumnya:
1. Daya
Daya yang dipakai adalah daya poros pada mesin karena bergeraknya beban yang diberi pada mesin terjadi karena poros. Daya indikator adalah daya yang menggerakkan piston disebabkan oleh pembakaran yang dibangkitkan oleh
daya poros. Hasil dari pembakaran bahan bakar yaitu daya indikator yang akan digunakan mengatasi gerak mekanik peralatan mesin. Dihitung dengan persamaan berikut: (Mahesa, 2017).
a. Daya Generator P = V × I
COS ϕ kW...(1) Dimana:
I = Arus (Ampere)
V = Tegangan Listrik (Volt) Cos ϕ = Faktor Daya Listrik (1) b. Daya mesin (BHP)
BHP adalah tenaga/daya yang keluar dari akibat kerja piston dan belum dipotong dengan sistem transmisi dan penggerak.
BHP = P
ηgen × ηtransmisi kW...(2) Dimana:
ηgen = Efisiensi Generator (0,9) ηtransmisi = Efisiensi Transmisi (0,95) 2. Torsi
Torsi adalah poros engkol memiliki gaya, bekerja pada mesin diesel. Torsi adalah gaya tangensial yang dikali terhadap panjang lengan dengan satuan N.m (SI). Dengan rumus:
Mt = 60000 × BHP
2 × 3,14 × n (N.m)...(3) Dimana:
BHP = Daya Mesin (kW)
n = Putaran Mesin (rpm)
(Mahesa, 2017).
18
3. Tekanan efektif rata-rata
Tekanan efektif rata-rata merupakan hasil dari bekerjanya piston dan terjadi langkah kerja oleh pembakaran udara dengan bahan bakar. Jika konstan tekanan maka kerja piston akan menghasilkan nilai kerja sama, maka dapat dikatakan tekanan sebagai kerja per siklus per volume langkah piston untuk menghasilkan daya sama besar dengan efektif (Mahesa, 2017).
bmep = 450000 × 1,341 × BHP
n × A × i × z × l (kg/cm2)...(4) Dimana:
BHP = Daya Mesin (kW)
A = Luas Penampang Piston (cm2)
i = Jumlah Silinder
l = Panjang Langkah Piston (cm)
n = Putaran Mesin (rpm)
z = 1 (mesin 2 langkah) atau 1/2 (mesin 4 langkah) 4. Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) merupakan hasil daya efektif 1 HP selama 1 jam terhadap banyak jumlah bahan bakar. Dalam penelitian ini bahan bakar v (cc) dalam waktu t (detik) maka konsumsi bahan bakar per jam adalah:
mf = v
t×ρbb...(5) Dimana:
mf : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
v : volume bahan bakar yang dipakai dalam pengujian (cc) t : waktu yang diperlukan dalam detik (s)
ρbb : massa jenis bahan bakar (kg/l)
Dari Persamaan 4 dapat diperoleh rumus konsumsi bahan bakar spesifikasi/specific fuel consumption (SFC) (Setyadi, 2016).
sfc = 𝑚𝑓
Ne ...(6)
Dimana:
sfc : konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kW.jam) mf : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
Ne : daya (kW)
Berikut persamaan pemakaian bahan bakar solar sesuai dengan nilai ketetapan (Badaruddin dan Ferdi, 2015).
S = k × P× t ...(7) Dimana:
K : 0.21 (Faktor ketetapan konsumsi solar per kilowatt per jam) P : Daya (kVA)
t : waktu (jam)
20
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei-September 2020 di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi dan Laboratorium Bengkel Program Studi Keteknikan Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara.
Bahan dan Alat
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah alat gasifikasi, Genset generator 3000 Watt, pipa mixing dan voltmeter.
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak campuran minyak plastik dengan biosolar dan syngas, baut, mur, selang, sekam padi dan cangkang sawit.
Metode Penelitian
Metode yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap dua faktorial yaitu rasio campuran biomassa sekam padi terhadap cangkang sawit (B) dengan total massa 10 kg dan rasio campuran minyak plastik terhadap biosolar (M) total 3 liter dengan banyak pengulangan 4 (empat) kali ulangan.
Rasio biomassa sekam padi dengan cangkang kelapa sawit (B) terdapat 3 taraf perlakuan:
B1 = 100:0 B2 = 50:50 B3 = 0:100
Sedangkan Rasio campuran minyak plastik dengan biosolar (M) terhadap 4 taraf perlakuan:
M1 = 0:100
M2 = 25:75 M3 = 50:50 M4 = 75:25
Model matematika rancangan percobaan tersebut adalah:
Yijk = μ + Ai + Bj + AB ij + €ij(k)...(7) Keterangan
Yijk = Pengamatan pada perlakuan campuran biomassa (A) ke-i dan Konsentrasi minyak plastik dan biosolar (B) ke-j
μ = Nilai rata-rata harapan
αi = Perlakuan campuran biomassa (A) ke-i
βj = Perlakuan campuran Konsentrasi minyak plastik dan biosolar (B) ke-j
(αβ)ij = interaksi campuran biomassa (A) ke-i dan Konsentrasi campuran minyak plastik dengan biosolar (B) ke-j
€ij(k) = Pengaruh galat percobaan dari perlakuan
campuran biomassa (A) ke-i, Konsentrasi campuran minyak plastik dengan biosolar ke-j dan ulangan ke-k . dengan i = 1, 2,3 ( campuran biomassa), j = 1, 3, 5 (konsentrasi minyak plastik dengan biosolar);
k = 1, 2, 3 (ulangan) Prosedur Penelitian
Dalam garis besarnya penelitian dilakukan pada mesin diesel mengoptimalkan pemakaian syngas dengan campuran minyak plastik dengan biosolar serta uji kerja pada mesin ini dengan sistem dual fuel.
22
1. Spesifikasi mesin yang digunakan adalah:
1. Merk : Fetch
2. Model : R175
3. Sistem Pembakaran : direct Injection dan indirect Injection
4. Karakteristik mesin : 4 Langka dengan Pendinginan air 5. Jumlah Silinder : 1
6. Diameter × Langkah : 70 – 80 mm 7. Volume Silinder : 353 cc
8. Daya Rem Kontinyu : 4,41/2600 kW/rpm 9. Daya Rem Maksimal : 5,3/2600 kW/rpm 10. Konsumsi Bahan Bakar : 278,8 g/kW jam
11. Berat Mesin : 60 kg
12. Dimensi Mesin (p×l×t) : 589 × 341 × 463 (mm) 2. Spesifikasi Generator yang digunakan adalah:
1. Model ` : ST-3
2. Frekuensi : 50 Hz
3. Voltage : 220 V
4. Phase : 1
5. Output : (2-3) Kw
6. RPM : 1500
Persiapan Pengujian
Hal yang diperhatikan dalam penelitian ini yaitu :
1. Memastikan keadaan mesin yaitu sistem udara masuk, fisik mesin, pelumas, pendinginan dan bahan bakar.
2. Memeriksa alat alat pembebanan yang akan digunakan dari lisriknya hingga sambungan-sambungannya.
3. Memeriksa alat pengukur.
4. Pengambilan data dengan mempersiapkan alat tulis.
Pengujian pada single fuel menggunakan minyak campuran 1. Hidupkan mesin diesel set generator.
2. Lakukan pemanasan supaya pelumasan merata pada mesin selama ± 20 menit.
3. Memberi beban yaitu pompa air kepada generator.
4. Putaran konstan 1500 rpm.
5. Melakukan pencatatan terhadap pembebanan yang diberikan
Tegangan listrik (V) dan arus listrik (I).
6. Setelah Dilakukan penurunan secara bertahap setelah data didapatkan.
Pengujian pada dual fuel menggunakan syngas-minyak campuran
1. Terpasangnya mixer sebagai penyambung masuknya syngas dari alat gasifikasi.
2. Memeriksa kondisi mesin, pembebanan, listrik dan penyuplai syngas.
3. Hidupkan mesin menggunakan minyak campuran sebagai bahan bakar tanpa beban selama ± 5 menit.
24
4. Membuka katup syngas yang telah dihubungkan dengan selang dari alat gasifikasi.
5. Memberi beban yaitu pompa air kepada generator.
6. Putaran konstan 1500 rpm.
7. Melakukan pencatatan terhadap pembebanan yang diberikan
Tegangan listrik (V) dan arus listrik (I).
8. Dilakukan penurunan secara bertahap setelah data didapatkan.
9. Kemudian mengurangi pemberian syngas dengan menutup katup.
Parameter Eksperimen 1. Daya
Daya yang dipakai adalah daya poros pada mesin karena bergeraknya beban yang diberi pada mesin terjadi karena poros. Daya indikator adalah daya yang menggerakkan piston disebabkan oleh pembakaran yang dibangkitkan oleh daya poros. Hasil dari pembakaran bahan bakar yaitu daya indikator yang akan digunakan mengatasi gerak mekanik peralatan mesin diperoleh dengan Persamaan 1.
2. Torsi
Torsi adalah poros engkol memiliki gaya, bekerja pada mesin diesel. Torsi adalah gaya tangensial yang dikali terhadap panjang lengan dengan satuan N.m (SI) diperoleh dengan Persamaan 2.
3. Tekanan efektif rata-rata
Tekanan efektif rata-rata merupakan hasil dari bekerjanya piston dan terjadi langkah kerja oleh pembakaran udara dengan bahan bakar. Jika konstan tekanan maka kerja piston akan menghasilkan nilai kerja sama, maka dapat
dikatakan tekanan sebagai kerja per siklus per volume langkah piston untuk menghasilkan daya sama besar dengan efektif diperoleh dengan Persamaan 3.
4. Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption, SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) merupakan hasil daya efektif 1 HP selama 1 jam terhadap banyak jumlah bahan bakar diperoleh dengan Persamaan 5.
26
HASIL DAN PEMBAHASAN
Daya Mesin
Daya mesin berguna untuk mengatasi besar beban pada mesin pada saat diberi daya. Daya pada mesin generator listrik ditentukan dari beban yang diberikan pada generator listrik. Lampiran 5 menunjukan interaksi minyak campuran dan biomassa terhadap daya yang dihasilkan tidak nyata merupakan
hasil analisis sidik ragam sehingga uji lanjut DMRT (Duncan Multiple Range Test) tidak perlu dilakukan. Menurut Shimmamah
(2017) bahwa sistem dual fuel dan single fuel cenderung nilai yang didapat tidak memiliki perbedaan nilai daya apabila rpm nya konstan, daya akan meningkat jika seiringnya nilai beban yang diberikan meningkat. Hasil pengujian pada Table 8 menunjukkan bahwa nilai daya pada sistem dual fuel dan single fuel tidak jauh berbeda, perbedaan terjadi disebabkan pada saat pengambilan data voltase sulit dibaca atau ditentukan, karena jumlah syngas yang masuk ke mesin tidak konstan yang mempengaruh terhadap putaran mesin. Disisi lain putaran mesin harus dijaga konstan sebesar 1500 rpm. Menurut Syahrial (2018) nilai putaran mesin diesel yang tinggi jika sering digunakan akan mengalami gangguan pada mesin sehingga putaran mesin harus konstan, frekuensi mesin diesel yang generator hasilkan harus konstan 50 Hz (1500 rpm). Sehingga mesin diesel yang lebih baik adalah dalam keadaan beroperasi dengan putaran mesin rendah atau kontinyu.
Menurut Dharma dkk., (2018) jika bahan bakar campuran minyak plastik semakin banyak atau hingga 100% digunakan maka kerja mesin akan semakin turun. Jika nilai setana meningkat maka pengapian pada mesin akan lebih pendek atau bahan bakar akan mudah terbakar, dan umumnya solar angka setana yang
digunakan pada mesin diesel adalah 40-55, dengan adanya angka setana yang ditetapkan pada mesin menjaga tidak terjadinya knocking atau letupan pada saat dipakai. Jadi selain syngas, hal yang mempengaruhi nilai daya adalah bahan bakar campuran yang digunakan. Pada penelitian ini nilai indeks setana melebihi dari angka setana sebesar 51 untuk B30 untuk mesin diesel pada umumnya, hal ini juga menyebabkan terjadi perbedaan nilai daya pada pengujian dual fuel dan single fuel karena saat pengambilan data sulit untuk menentukan besaran nilai volt pada panel listrik, dikarenakan letupan-letupan yang terjadi pada mesin menyebabkan putaran mesin tidak konstan pada putaran 1500 rpm sehingga menyebabkan angka yang ditunjuk oleh jarum panel listrik sulit untuk ditentukan nilainya. Jadi jika menggunakan perbandingan minyak campuran solar dengan minyak plastik (0:100) letupan-letupan pada mesin sangat besar sehingga menyebabkan putaran mesin tidak dapat terangkat pada putaran 1500 rpm dan jika dipaksakan akan mengalami kerusakan pada mesin.
Table 8. Jumlah Rata-Rata Daya Dual fuel dan Single fuel Perlakuan
Sekam Padi : Cangkang
Perlakuan
Sekam Padi : Cangkang
(50 : 50) (0 : 100)
Dual fuel Single fuel Dual fuel Single Fuel B2M1 0,2807 kW 0,2807 kW B3M1 0,2807 kW 0,2807 kW B2M2 0,2763 kW 0,2784 kW B3M2 0,2795 kW 0,2807 Kw B2M3 0,2807 kW 0,2796 kW B3M3 0,2798 kW 0,2778 Kw B2M4 0,2791 kW 0,2772 kW B3M4 0,2804 kW 0,2764 Kw
28
Gambar 4. Nilai Rata-Rata Daya Dual fuel dan Single fuel dari a. Sekam Padi : Cangkang (50 : 50), b. Sekam Padi : Cangkang (0 : 100)
Pada Gambar 4.a dapat dilihat rata-rata nilai daya tertinggi sebesar 0,2807 kW pada dual fuel terjadi pada perlakuan B2M1 dan B2M3, pada single fuel rata- rata nilai torsi tertinggi adalah 0,2807 kW, dan 0,2796 kW pada M1 dan M3 sedangkan Gambar 4.b dapat dilihat rata-rata nilai daya tertinggi sebesar 0,2807 kW dan 0,2804 kW pada dual fuel terjadi pada B3M1 dan B3M4, pada single fuel rata-rata nilai torsi tertinggi adalah 0,2807 kW pada M1 dan M2.
Torsi
Torsi adalah gaya tangensial yang dikali lengan sehingga memiliki satuan N.m. Lampiran 5 menunjukan interaksi minyak campuran dan biomassa terhadap torsi yang dihasilkan tidak nyata merupakan hasil analisis sidik ragam sehingga uji lanjut DMRT (Duncan Multiple Range Test) tidak perlu dilakukan. Menurut Malna (2015) yang menyatakan bahwa besar nilai torsi tergantung dari hasil daya (Ne) yang didapat dengan putaran mesin, nilai torsi yang didapat dari pengujian dual fuel dan single fuel hampir tidak ada perubahan apabila putaran mesin
0.2740 0.2750 0.2760 0.2770 0.2780 0.2790 0.2800 0.2810 0.2820
Daya (kW)
a
Dual Fuel Singel Fuel
0.2740 0.2750 0.2760 0.2770 0.2780 0.2790 0.2800 0.2810 0.2820
Daya (kW)
b
Dual Fuel Single Fuel
konstan. Dari Table 9 nilai torsi sistem dual fuel dan single fuel didapat tidak mengalami perbedaan yang cukup besar dengan putaran mesin konstan 1500.
Adanya perbedaan pada nilai torsi disebabkan nilai daya yang didapat mengalami beberapa faktor, yaitu bahan bakar dan syngas.
Table 9. Jumlah Rata-Rata Torsi Dual fuel dan Single fuel Perlakuan
Sekam Padi : Cangkang
Perlakuan Sekam Padi : Cangkang
(50 : 50) (0 : 100)
Dual fuel Single Fuel Dual fuel Single Fuel B2M1 1,7879 N.m 1,7879 N.m B3M1 1,7879 N.m 1,7879 N.m B2M2 1,7600 N.m 1,7730 N.m B3M2 1,7803 N.m 1,7879 N.m B2M3 1,7879 N.m 1,7805 N.m B3M3 1,7822 N.m 1,7693 N.m B2M4 1,7785 N.m 1,7656 N.m B3M4 1,7860 N.m 1,7600 N.m Pada Gambar 5.a dapat dilihat rata-rata nilai torsi tertinggi sebesar 1,7879 N.m pada dual fuel terjadi pada B2M1 dan B2M3, pada single fuel rata-rata nilai torsi tertinggi adalah 1,7879 N.m dan 1,7805 N.m pada M1 dan M3 sedangkan Gambar 5.b dapat dilihat rata-rata nilai torsi tertinggi sebesar 1,7879 N.m dan 1,7860 N.m pada dual fuel terjadi pada B3M1 dan B3M4, pada single fuel rata- rata nilai torsi tertinggi adalah 1,7879 N.m pada M1 dan M2. Menurut Suliono dan Bambang (2015) menyatakan jumlah syngas masuk kedalam ruang bakar mesin semakin banyak dan pemberian beban semakin bertambah maka nilai torsi akan semakin besar. Namun pada penelitian ini, pemberian beban konstan dan putaran mesin konstan 1500 rpm. Jadi yang mempengaruhi adalah minyak campuran solar dengan minyak plastik adalah bahan bakar digunakan pada mesin.
Menurunnya kerja mesin disebabkan jika campuran minyak plastik semakin besar digunakan sehingga menyebabkan letupan-letupan pada mesin yang dapat mempengaruhi putaran mesin dan syngas yang masuk tidak konstan sehingga saat pengambilan data pada panel listrik sulit untuk ditentukan besar nilai volt.
30
Gambar 5. Nilai Rata-Rata Torsi Dual fuel dan Single fuel dari a. Sekam Padi : Cangkang (50 : 50), b. Sekam Padi : Cangkang (0 : 100)
Tekanan Efektif Rata-Rata
Tekanan efektif rata-rata merupakan hasil dari bekerjanya piston dan terjadi langkah kerja oleh pembakaran udara dengan bahan bakar. Jika tekanan konstan maka kerja piston akan menghasilkan nilai kerja yang sama. Lampiran 5 menunjukan interaksi minyak campuran dan biomassa terhadap tekanan efektif rata-rata yang dihasilkan tidak nyata merupakan hasil analisis sidik ragam sehingga uji lanjut DMRT (Duncan Multiple Range Test) tidak perlu dilakukan.
Table 10 dapat dilihat nilai tekanan efektif rata-rata (bmep) dual fuel dan single fuel yang didapat pada pengujian ini relatif kecil juga perbedaannya, dalam penentuan nilai tekanan efektif rata-rata (bmep) yang sangat dipengaruhi oleh adanya perubahan daya, perubahan daya terjadi apabila beban yang diberikan bertambah, namun pada pengujian ini beban yang diberikan konstan, dan pada pengujian ini terjadinya perbedaan nilai daya karena adanya faktor yaitu penggunaan bahan bakar minyak campuran, jika campuran minyak plastik
1.7450 1.7500 1.7550 1.7600 1.7650 1.7700 1.7750 1.7800 1.7850 1.7900
Torsi (N.m)
a
Dual Fuel Single Fuel
1.7450 1.7500 1.7550 1.7600 1.7650 1.7700 1.7750 1.7800 1.7850 1.7900
Torsi (N.m)
b
Dual Fuel Single Fuel
semakin besar digunakan akan menyebabkan letupan-letupan pada mesin yang dapat mempengaruhi putaran mesin dan syngas yang masuk tidak konstan sehingga saat pengambilan data pada panel listrik sulit untuk ditentukan besar nilai volt. Ekabimaranto (2017) menyatakan bahwa nilai tekanan efektif rata-rata (bmep) baik dual fuel dan single fuel jika diberikan beban yang sama maka nilai yang dihasilkan tidak berbeda jauh. Nilai tekanan efektif rata-rata (bmep) adalah nilai daya yang mengalami perubahan jika diberi beban yang berbeda saat nilai variabel lainnya konstan.
Table 10. Jumlah rata-rata Tekanan Efektif Rata-Rata Dual fuel dan Single fuel Perlakuan
Sekam Padi : Cangkang
Perlakuan
Sekam Padi : Cangkang
(50 : 50) (0 : 100)
Dual fuel Single fuel Dual fuel Single Fuel
B2M1 0,6394 kg/cm2 0,6394 kg/cm2 B3M1 0,6394 kg/cm2 0,6394 kg/cm2 B2M2 0,6294 kg/cm2 0,6340 kg/cm2 B3M2 0,6366 kg/cm2 0,6394 kg/cm2 B2M3 0,6394 kg/cm2 0,6367 kg/cm2 B3M3 0,6373 kg/cm2 0,6327 kg/cm2 B2M4 0,6360 kg/cm2 0,6314 kg/cm2 B3M4 0,6387 kg/cm2 0,6294 kg/cm2
0.6240
0.6260 0.6280 0.6300 0.6320 0.6340 0.6360 0.6380 0.6400 0.6420
Tekanan efektif rata-rata (kg/cm2 )
a
Dual Fuel Single Fuel
0.6240 0.6260 0.6280 0.6300 0.6320 0.6340 0.6360 0.6380 0.6400 0.6420
Tekanan efektif rata-rata (kg/cm2 )
b
Dual Fuel Single Fuel
32
Gambar 6. Grafik Nilai Rata-Rata BMEP Dual fuel dan Single fuel dari a. Sekam Padi : Cangkang (50 : 50), b. Sekam Padi : Cangkang (0 : 100)
Pada Gambar 6.a dapat dilihat rata-rata nilai tekanan efektif rata-rata (bmep) tertinggi sebesar 0,6394 kg/cm2 pada dual fuel
terjadi pada B2M1 dan B2M3, pada single fuel rata-rata nilai tekanan efektif rata- rata (bmep) tertinggi adalah 0,6394 kg/cm2 dan 0,6367 kg/cm2 pada MP1 dan MP3 sedangkan Gambar 6.b dapat dilihat rata-rata nilai tekanan efektif rata-rata (bmep) tertinggi sebesar 0,6394 kg/cm2 dan 0,6387 kg/cm2 pada dual fuel terjadi pada perlakuan B3M1 dan B3M4, pada single fuel rata-rata nilai tekanan efektif rata-rata (bmep) tertinggi adalah 0,6394 kg/cm2 pada perlakuan M1 dan M2.
Menurut Suliono dan Bambang (2015) umumnya tekanan atmosfer lebih kecil tekanan efektif rata-rata (bmep), namun nilai tekanan efektif rata-rata (bmep) yang berada dibawah tekanan atmosfer dikarenakan mesin dioperasikan dibawah operasi minimal sehingga performa tidak optimal.
Konsumsi bahan bakar
Konsumsi bahan bakar adalah pemakaian bahan bakar dalam waktu tertentu oleh mesin. Lampiran 5 menunjukan interaksi minyak campuran dan biomassa terhadap konsumsi bahan bakar yang dihasilkan tidak nyata merupakan
hasil analisis sidik ragam sehingga uji lanjut DMRT (Duncan Multiple Range Test) tidak perlu dilakukan. Gambar 8 merupakan nilai
rata-rata konsumsi bahan bakar dual fuel pada perlakuan Sekam Padi : Cangkang (50:50) dan (0:100) tidak jauh berbeda, namun lebih tinggi dari nilai rata rata konsumsi bahan bakar pada single fuel. Hal ini dikarenakan besarnya nilai pada dual fuel memiliki pengaruh dari dua massa jenis yaitu massa jenis minyak campuran dan massa jenis syngas sedangkan pada single fuel hanya memiliki
massa jenis dari minyak campuran saja. Murdieono (2017) menyatakan bahwa konsumsi bahan bakar dapat diketahui hasilnya apabila massa jenis bahan bakar juga diketahui.
Gambar 7. Grafik Nilai Rata-Rata konsumsi bahan bakar dari a. Sekam Padi : Cangkang (50 : 50), b. Sekam Padi : Cangkang (0 : 100) dan c. Single Fuel
Pada Gambar 7 dari kedua perlakuan dual fuel nilai paling tinggi terjadi pada perlakuan (0:100) dari pada perlakuan (50:50) sebesar 0,6429 kg/jam dan 0,6428 kg/jam sedangkan pada single fuel nilai rata-rata konsumsi bahan bakar tertinggi 0,6418. Dari grafik pada Gambar 7, baik single fuel maupun dual fuel mengalami penurunan, terjadi disebabkan ditinjau dari massa jenis bahan bakar
0.6150 0.6200 0.6250 0.6300 0.6350 0.6400 0.6450
Konsumsi Bahan Bakar (kg/jam)
a (50:50)
0.6150 0.6200 0.6250 0.6300 0.6350 0.6400 0.6450
Konsumsi Bahan Bakar (kg/jam)
b (0:100)
0.6150 0.6200 0.6250 0.6300 0.6350 0.6400 0.6450
M1 M2 M3 M4
Konsumsi Bahan Bakar (kg/jam)
c single fuel
34
Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) merupakan hasil daya efektif 1 HP selama 1 jam terhadap banyak jumlah bahan bakar. Lampiran 5 menunjukan interaksi minyak campuran dan biomassa terhadap konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) yang dihasilkan tidak nyata merupakan hasil analisis sidik ragam sehingga uji lanjut DMRT (Duncan Multiple Range Test) tidak perlu dilakukan.
V
Gambar 8. Grafik Nilai Rata-Rata Scf Dual fuel dan Single fuel dari a. Sekam Padi : Cangkang (50 : 50), b. Sekam Padi : Cangkang (0 : 100)
Pada Gambar 8.a dapat dilihat rata-rata SFC tertinggi sebesar 2,2898 kg/jam.kW dan 2,3011 kg/jam.kW pada dual fuel terjadi pada B2M1 dan B2M2, pada single fuel rata-rata nilai SFC tertinggi adalah 2,2865 kg/jam.kW dan 2,2802 kg/jam.kW pada M1 dan M2 sedangkan Gambar 8.b dapat dilihat rata-rata nilai SFC tertinggi sebesar 2,2899 kg/jam.kW dan 2,2747 kg/jam.kW pada dual fuel terjadi pada B3M1 dan B3M2, pada single fuel rata-rata nilai SFC tertinggi adalah 2,2865 kg/jam.kW dan 2,2615 kg/jam.kW pada MP1 dan MP3. Jadi pada
2.2000 2.2200 2.2400 2.2600 2.2800 2.3000 2.3200
scf (kg/h.kW)
a
Dual Fuel Singel Fuel
2.2000 2.2200 2.2400 2.2600 2.2800 2.3000
scf (kg/h.kW)
b
Dual Fuel Single Fuel
penelitian ini yang mempengaruhi nilai SFC adalah nilai konsumsi bahan bakar karena adanya pengaruh nilai massa jenis dan daya, nilai daya akan tetap konstan jika beban dan putaran mesin juga konstan, pada penelitian ini adanya perbedaan nilai daya karena adanya faktor syngas dan bahan bakar. Setyadji (2008) menyatakan standar nilai SFC pada mesin diesel berbahan bakar solar sebesar 0,24 kg/jam.kW. Menurut Sudarmanta dan Eko (2011) Nilai SFC tinggi jika terjadi bertambahnya syngas. Karena massa aliran syngas lebih besar dari massa aliran solar.
36
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Besar nilai daya, torsi dan tekanan efektif rata rata sebenarnya memiliki garis trend yang sama, jika putaran mesin dan bebannya konstan. Pada penelitian terjadi perbedaan dikarenakan masuknya syngas tidak konstan dan pengaruh dari bahan bakar.
2. Nilai torsi akan meningkat jika semakin bertambah jumlah syngas yang masuk kedalam ruang bakar mesin.
3. Nilai SFC membesar jika syngas semakin bertambah karena laju aliran massa syngas lebih besar dari aliran solar.
4. Konsumsi Bahan bakar spesifik nilai tertinggi terjadi pada dual fuel dari pada single fuel.
Saran
1. Perlu dilakukan lebih lanjut mengenai performansi dari mesin diesel yang lain misalnya menggunakan mesin diesel 3 fasa.
2. Perlu dilakukan modifikasi pada panel listrik untuk dapat lebih mudah membaca nilai volt mengubah jadi digital.
3. Melakukan penelitian dengan menggunakan beban bervariasi.
4. Melakukan penelitian dengan beberapa variasi terhadap putaran mesin.
5. Perlu dilakukan lebih lanjut untuk dapat mengatur masuknya syngas pada mesin diesel.
6. Perlu dilakukan modifikasi pada tangki mesin supaya dapat mempermudah penggantian bahan bakar
DAFTAR PUSTAKA
Adoe D.G.H., Wenseslaus B., Ika F.K dan Ferdyan A.S. 2016. Pirolisis Sampah Plastik PP (Polypropylene) Menjadi Minyak Pirolisis Sebagai Bahan Bakar Primer. Universitas Nusa Cendana. Kupang. Vol 3. No. 1.
Anwar C. 2015. Modifikasi Minyak Sawit Sebagai Pensubstitusi Minyak Solar (Modified Palm Oil As Diesel Fuel Substitutes). LEMIGAS. Jakarta Selatan.
Aziis S. A. 2018. Pengaruh Aliran Tangensial Terhadap Gas Hasil Gasifikasi Updraft Gasifier Dengan Variasi Laju Udara. Teknik Mesin. Universitas Brawijaya.
Azimov U., Tomita E., Kawahara N. dan Harada Y. 2011. Effect of Syngas Composition on Combustion and Exhaust Emission Characteristics in A Pilot-Ignited Dual-Fuel Engine Operated in PREMIER Combustion Mode, International Journal of Hydrogen Energy. Vol. 36 No. 18.
Arisyi M.R. 2019. Uji Bahan Bakar Limbah Polimer Pertanian pada Motor Bakar Diesel. FP. Universitas Sumatera Utara.
Badaruddin dan Ferdi H. 2015. Perhitungan Optimasi Bahan Bakar Solar Pada Pembakaran Generator Set Di BTS. FT. Universitas Mercu Buana.
Bedoya I.D. 2009. Effect of Mixing System and Pilot Fuel Quality on Diesel Biogas Dual fuel Engine Performance. Bioresearch Technology.
Colombia.
Das S. dan Pande S. 2007. Pyrolysis and Catalytic Cracking of Municipal Plastic Waste for Recovery of Gasoline Range Hydrocarbon. Thesis. Chemical Engineering Department National Institute of Technology Rourkela.
Dharma U.S., Eko N. dan Muhammad F. 2018. Analisa Kinerja mesin diesel berbahan bakar campuran solar dan minyak plastik. Teknik Mesin.Univ.
Muhammadiyah Metro. Vol. 7. No. 1.
DIRJEN MIGAS. 2013. Keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi. No.
978.K/10/DJM.S/2013.
DIRJEN MIGAS. 2016. Keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi No.
28.K/10/DJM.T/2016
DIRJEN MIGAS. 2019. Keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi. No.
0234.K/10/DJM.S/2019.
38
Ekabimaranto F.A. 2017. Karakterisasi Unjuk Mesin Diesel Sistem Dual fuel Biodiesel-Syngas Hasil Gasifikasi Pellet Municipal Solid Waste (MSW) dengan variasi Mass Flow Rate udara menggunakan blower. ITS.
Surabaya.
Groover M.P. 1996. Fundamentals of Modern Manufacturing Materials, Processes and Systems. John Wiley and Sons Inc. New York.
Harshal P.R. dan Syailendra L.M. 2013. Waste Plastic Pyrolysis Oil Alternative Fuel For Cl Engine. Research Journal of Engineering Sciences.
Hartulistiyoso E., Sigiroa F. dan Yulianto M. 2015. Temperature Distribution of The Plastics Pyrolysis Process to Produce fuel at 4500C. Procedia Environmental Sciences. 28. 234-241.
Maarif S. 2017. Optimasi Gasifikasi Sekam Padi Tipe Fixed Bed Downdraft dengan Memvariasikan Hisapan Blower Supaya Menghasilkan Kandungan Tar Sesuai Standar. Jurnal Teknik Mesin Mercu Buana. 6. (231-236).
Mahesa S. 2017. Perhitungan Teoritik Motor 4 Langkah 1 Silinder Dioperasikan Dengan LPG. Teknik Mesin. ITS.
Malna M. R. A. 2015. Karakteristik Unjuk Kerja Mesin Diesel Generator Set Sistem Dual fuel Solar Dan Syngas Biomassa Serbuk Kayu. ITS.
Surabaya.
Murdieono A. 2017. Kinerja Mesin Diesel dengan Bahan Bakar Hasil Pirolisis Sampah Plastik. Universitas Muhammadiya. Surakarta.
Numan A. 2011. Studi Karakteristik Pembakaran Biomassa Tempurung Kelapa Pada Fluidized Bed Combustor Universitas Indonesia Dengan Partikel Bed Berukuran Mesh 40-50. FT UI. Depok.
Prasetyo E. 2015. Unjuk Kerja Lpg Engine-Generator Set Menggunakan Syn-Gas Gasifikasi Batubara Dengan Variasi Derajat Pengapian Dan Tekanan Masuk Syn-Gas. Teknik Mesin. Institut Teknologi Sepuluh November.
Ridwan A. dan Budi I. 2018. Analisa Pengaruh Variasi Bahan Bakar Biomassa Terhadap Mampu Nyalah dan Kandungan Tar Pada Reaktor Gasifikasi Tipe Updraft. Universitas Muhammadiyah. Pekan Baru.
Sauliar J. N. 2010. Desain Mekanisme Sistem Dual-Fuel dan Uji Unjuk Kerja Motor Diesel Stasioner Menggunakan Gas Hasil Gasifikasi dan Minyak Solar. Jurusan Teknik Mesin FTI–ITS. Surabaya.
Setyadi A. D. 2016. Pengujian Mesin Sepeda Motor Menggunakan Bahan Bakar Premium dan Gas (Blue Gas) Ditinjau Dari Aspek dan Daya. Universitas Muhammadiyah.Semarang.
Setyadji M. 2008. Karakteristik Biodiesel Dari Minyak Jelantah Dan Solar Di Dalam Mesin Diesel. Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan BATAN. Yogyakarta.
Shimmamah S.N.C. 2017. Karakterisasi Unjuk Kerja Mesin Diesel Generator Set Sistem Dual fuel Solar dan Syngas Biomassa Serbuk Kayu. ITS. Surabaya.
Sudarmanta B. 2009. Dual fuel Engine Performance Using Biodiesel and Syngas from Rice Husk Downdraft Gasification for Power Generation.
International Seminar on Sustainable Biomass Production and Utilization.
Challenges and Opportunities.
Sudarmanta B dan Eko W. D. 2011. Aplikasi Sistem Dual fuel Bensin Dan Syn- Gas Hasil Gasifikasi Biomassa Pada Motor Bensin Stasioner Untuk Pembangkit Listrik. Teknik Mesin. ITS.
Sungkono K.D. 2011. Motor Bakar Torak (Diesel). Jurusan Teknik Mesin FTI–
ITS. Surabaya.
Suliono dan Bambang S. 2015. KarakterisasI Unjuk Kerja Sistem Dual fuel Gasifier Downdraft Serbuk Kayu dan Diesel Engine Generator Set 3 kW.
ITS. Surabaya.
Susanto H. 2018. Pengembangan Teknologi Gasifikasi Untuk Mendukung Kemandirian Energi Dan Industri Kimia. Forum Guru Besar ITB. ITB.
Sutrisno R.A. 2010. Characteristics Combustion Study Of Coconut Shell Biomass For University Of Indonesia Fluidized Bed Combustor with Maximum Capacity. Skripsi. Program Sarjana Teknik Fakultas Teknik. Universitas Indonesia.
Suyitno T. 2008. Teknologi Gasifikasi Biomassa untuk Penyediaan Listrik dan Panas Skala Kecil Menengah. Dalam Kumpulan Potret Hasil Karya IPTEK. UNS Press. Surakarta.
Syahrial M. R. 2018. Analisis Efisiensi Daya Listrik Pada Generator Pembangkit Listrik Tenaga Diesel Titi Kuning. Fakultas Teknik. Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara.
Tamam Z. 2015. Karakteristik Unjuk Kerja Mesin Diesel Generator Set Sistem Dual fuel Solar Dan Syngas Batubara. ITS. Surabaya
40
LAMPIRAN
Lampiran 1. Flowchart penelitian
mulai
Persiapan Alat
Pemasangan Alat 1. Pipa Mixing 2. Selang air
Pengambilan Data 1. Single Fuel minyakcampuran 2. Dual fuel minyak campuran-syngas
Parameter 1. Perhitungan Data
2. Pembuatan Grafik Fungsi Beban - Daya
- Torsi - Bmep - SFC
Analisis Data
selesai
