SISTEM KONTROL ELEKTRONIK
UNTUK MOTOR DIESEL DUAL-FUEL
Kristian Ismail , Widodo Budi S Jl. Cisitu no.21/154 D, Bandung 40135 Kris005@lipi.go.id, widodo.budi.santoso@lipi.go.id
ABSTRACT
An electronic control system for dual fuel diesel engine is built in this research. The core of this system is to control the opening of diesel fuel and gas valves. The opening mechanism depends on the combustion engine speed detection. This speed is a reference for controller to determine the diesel fuel and gas valve opening proportions should be executed. Thus, this system independently controls two valve driver motors which are to open and close. In addition, this system also monitors the diesel engine condition such as the lubricant temperature, emission gas, air intake, and the cooling system. An automatic control method for dual fuel valve opening is produced from this research.
Keyword: valve, fuel, dual fuel, opening
ABSTRAK
Suatu sistem kontrol elektronik untuk motor diesel dual fuel dibangun dalam penelitian ini. Alat ini intinya mengatur bukaan katup bahan bakar solar dan katup bahan bakar gas. Penentuan bukaan katup didapat dengan melakukan pembacaan pada kecepatan motor bakar. Kecepatan tersebut dijadikan refferensi kontroler untuk menentukan berapa persen bukaan katup untuk bahan bakar diesel dan berapa persen untuk bukaan katup bahan bakar gas. Jadi sistem kontrol elektronik tersebut mengatur secara indipendent dua buah motor penggerak katup untuk membuka dan menutup. Selain untuk mengontrol bukaan katup bahan bakar sistem ini juga memonitor keadaan motor diesel seperti suhu pelumas, gas buang, udara masuk dan sistem pendingin. Hasil akhir dari penelititan ini adalah metode pengaturan otomatis dari bukaan katup bahan bakar untuk motor bakar dual fuel.
Kata kunci : katup, bahan bakar, dual fuel, bukaan
PENDAHULUAN
Pengembangan sumber-sumber energi alternatif dalam rangka mengurangi ketergantungan pada satu sumber energi serta penggunaan sumber energi yang ramah lingkungan telah menjadi agenda penting dalam kaitannya dengan kebijakan energi nasional.Berkaitan dengan hal itu maka usaha-usaha pemberdayaan sumber-sumber energi yang ada secara strategis mencakup intensifikasi, diversifikasi, dan konservasi. Banyak studi intensif dilakukan untuk mendapatkan bahan bakar alternatif diantaranya alkohol (metanol, etanol, butanol), bahan bakar gas (Compressed Natural Gas(CNG), Liquified Petroleum Gas (LPG)). Dari beberapa jenis bahan bakar alternatif yang ada, gas alam (natural gas) merupakan salah satu alternatif yang sangat potensial. Hal ini didorong olah adanya beberapa keuntungan dari pemanfaatan gas alam sebagai bahan bakar pada motor bakar, diantaranya :
Gas alam mempunyai dampak yang sangat signifikan terhadap pengurangan
emisi hidrokarbon serta partikulat akibat produksi gas buang. Pembakaran pada gas alam adalah pembakaran yang bersih (clean burning), sehingga biaya perawatan bisa berkurang
Motor berbahan bakar gas alam menunjukkan faktor kesalamatan (safety factor) yang lebih baik dibanding dengan motor bensin maupun diesel.
Dalam hal terjadi kebocoran/kecelakaan, bahan bakar gas
akan terdisipasi ke udara bebas. Namun, tidak demikian pada motor bensin maupun diesel, yang akan tunpah ke tanah dan menjadi salah satu faktor terjadinya kebakaran. Sebuah penelitian di Amerika terhadap lebih dari 8000 kendaraan yang telah menempuh kurang lebih 278 juta mil dari tahun 1987 sampai 1990, menunjukkan bahwa tingkat korban luka (injury rate) untuk kendaraan berbahan bakar gas alam per kendaraan per mil adalah 37 persen lebih rendah daripada kendaraan berbahan bakar bensin.
Gas alam memiliki temperatur nyala lebih tinggi, yaitu sekitar 10040F (5400C) jika dibandingkan dengan temperatur nyala bensin yang sekitar 6000F (3150C). Selain itu gas alam tidak bersifat korosif dan tidak beracun, sehingga tidak mengakibatkan kontaminasi dengan tanah.
Gas alam memiliki nilai energi spesifik yang tinggi sehingga sangat potensial untuk menghasilkan daya yang cukup besar pada motor bakar.
Tingginya emisi motor diesel terjadi pada saat: 1. Beban penuh yang menyebabkan katup
bahan bakar bekerja untuk menambah suplai bahan bakar (solar)
2. overlaping katup
3. Buruknya kondisi bahan bakar.
Jadi buruknya kondisi bahan bakar memberi kontribusi tingginya pencemaran udara dari emisi gas buang. Namun pergangantian bahan bakar solar dengan bahan bakar gas pada mesin diesel tidak dapat dilakukan secara langsung. Ini disebabkan karena mesin disel tidak dilengkapi dengan pematik (jika pada motor bakar bensin ada sistem pengapian dengan busi). Maka pada sistem dual fuel bahan bakar solar masih dibutuhkan untuk digunakan sebagai pematik karena bahan bakar solar dapat terbakar pada kondisi kompresi ruang bakar mesin diesel
BAHAN DAN METODA
Secara grafis, algoritma pengontrolan motor dual fuel stasioner ditunjukkan pada gambar 1. Pada saat tanpa beban, genset beroperasi dengan bahan bakar diesel saja. Kondisi ini berlangsung sampai dengan beban mencapai 30%. Pemilihan batas beban 30% ini untuk menjamin keberlangsungan pembakaran dengan baik. Jika beban yang diberikan melebihi 30% akan terjadi penurunan putaran genset sehingga tegangan juga turun. Untuk mengembalikan ke kondisi normal, pasokan gas ditambahkan melalui katup gas sampai putaran kembali normal (putaran generator mencapai 1500 rpm)Sistem kontrol dual fuel juga memperhatikan kondisi darurat (emergency), yaitu pada saat pasokan gas terhambat atau terjadi penurunan beban secara tiba-tiba.
Gambar 1 Pengaturan dual fuel
Target dari pengontrolan motor diesel dual fuel
adalah sebanyak mungkin bahan bakar diesel digantikan oleh bahan bakar gas tanpa terjadi fenomena ketuk (knocking) atau tidak terjadi nyala (misfire). Selain itu modifikasi yang dilakukan terhadap motor diesel dilakukan sesedikit mungkin dan sistem kontrol yang dibuat sederhana tetapi handal.
Perancangan Sistem
Untuk merancang sistem kontrol elektronik untuk motor diesel dual fuel sebaiknya membuat blok diagram terlebih dahulu, blok diagram sistem kontrol elektronik untuk motor diesel dual fuel dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2 Blok diagram sistem kontrol
elektronik untuk motor diesel dual fuel
Semua sensor dan aktuator diintegrasikan melalui modul I/O yang terhubung ke komputer secara serial seperti ditunjukkan pada gambar 2. Dalam kegiatan ini dikembangkan pula antarmuka pengguna (user interface) untuk pengoperasian genset dual fuel. Pengoperasian genset mulai dari start, pemanasan, pembebanan dan monitoring operasi dilakukan melalui antarmuka ini. 0 30 100 1500 Beban [%] Kec epat a n [r pm]
Penurunan kecepatan diesel dari langsam sampai beban 30%
Pengembalian kecepatan mulai beban 30% dengan penambahan gas
0 30 100 1500 Beban [%] Kec epat a n [r pm]
Penurunan kecepatan diesel dari langsam sampai beban 30%
Pengembalian kecepatan mulai beban 30% dengan penambahan gas
Gambar 3 Flowchart sistem kontrol elektronik untuk motor diesel dual fuel
Urutan kerja dari flowchart di atas adalah sebagai berikut:
- Ketika sistem mulai di start sistem akn memastikan bahwa katup solar pada posisi idle sedangkan katup gas pada posisi off
- Setelah semua katup pada posisinya maka motor diesel siap di start
- Putaran motor diesel akan dimonitor untuk memastikan apakah motor diesel telah
beroprasi, jika putaran masih dibawah 800 Rpm maka sistem akan mengulangi untuk men-start motor diesel . jika sampai empat kali motor tidak mau beroprasi maka sistem akan memberi peringatan dan sistem berhenti.
- Jika putaran motor dapat mencapai putaran 800 rpm (idle) maka sistem akan standby menunggu temperatur oli hingga 60oC, pada saat suhu oli telah mencapai 60oC maka putaran motor bakar akan dinaikan oleh aktuator yang berupa motor dc sampai putaran motor diesael mencapai 1600 Rpm.
- Motor diesel sekarang telah siap untuk dibebani. Ketika pembebanan dilakukan putaran akan selalu dimonitor, jika terjadi penurunan putaran hingga dibawah 1500 Rpm sistem akan membuka katup gas untuk mempertahankan putaran di 1500 Rpm Selain Urutan kerja pengoprasian sistem diatas terdapat pula prosedur untuk emergency diantaranya:
A. Terjadi knock pada motor diesel maka bukaan katup gas akan dikurangi dan bukaan katup diesel akan ditambah
B. Gas pada tabung habis maka bukaan katup gas akan ditutup dan bukaan katup gas akan segera dibuka untuk tetap mempertahankan putaran motor diesel di 1500 Rpm
C. Terjadi penurunan beban tiba-tiba sehingga akan terjadi kelebihan putaran secara mendadak maka bukaan katp gas akan ditutup.
Start
Posisi katup solar : Posisi idle Posisi katup gas : Posisi off
posisi katup sudah benar ? Motor diesel di start Putaran > 800rpm? Sudah 4x Coba? Peringatan Mesin gagal beroprasi Baca Temp Oli End Suhu oli > 60oC? Putar mesin 1600 rpm Pembebanan Dapat dimulai Tambah bukaan katup gas Putaran > 1500rpm? A B C Terjadi Knock ? Gas habis ? Beban hilang tiba2 ? Emergency Prosedur Y T Y T T Y Y Y Y Y Y T T
HASIL DAN DISKUSI
Untuk mewujudkan sistem kontrol yang
dibuat sederhana tetapi handal. dibuat
sistem kontrol yang dibuat modular,
yaitu sistem kontrol yang terdiri dari
beberapa modul I/O. Modul I/O yang
digunakan dan yang diukur/dikontrol
ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1 Modul I/O
No Modul Parameter Input/Output
1 Analog Input (ADAM 4017) Tekanan tabung gas (P_cng) Input Tegangan generator (V_gen) Arus generator (I_gen) Knock (knock) 2 Termokopel (ADAM 4018) Temperatur pelumas (T_oil) Input Temperatur udara masuk (T_in) Temperatur gas buang (T_exh) Temperatur air pendingin (T_cool) 3 Relay (ADAM 4060) Starter Output Motor DC (gas flow valve) Gas shutoff valve 4 Frequency/Co unter (ADAM 4080) Putaran motor diesel (n_eng) Input 5 Digital I/O (ADAM 4050) Motor stepper (rack limiter) Output Limit switch
Seperti terlihat Blok diagram dan tabel modul i/o sistem kontrol elektronik untuk motor diesel dual fuel dilakukan oleh PC, sofware yang di gunakan adalah visual basic. Pemilihan visual basic dikarenakan modul adam dapat mengerti syntac langsung dari bahasa programnya sehingga tidak memerlukan complier lagi, kemudian visual basic dilengkapi dengan fasilitas komunikasi serial dan data base sehingga sangat memudahkan dalam perancangannya .
Dibawah adalah salah satu dari contoh pemograman visual basic yang telah diprogram beserta tampilannya.
Syntac program Start Motor
Gambar 4 Tampilan Program VB untuk start motor
Private Sub Command1_Click() Timer1.Enabled = True
Image1.Visible = True Image2.Visible = False End Sub
Private Sub Timer1_Timer() Text1 = Text1 - 1 If Text1 = "0" Then Text1 = "8" If Text2 < 800 Then Image1.Visible = True Image2.Visible = False Text3 = Text3 + 1 Else Timer1.Enabled = False End If
ElseIf Text1 = "3" Then Image2.Visible = True Image1.Visible = False If Text3 = 4 Then
a = MsgBox("engine fail to run", vbOKOnly, "WARNING") Timer1.Enabled = False If (a = vbOK) Then Text1 = "8" Text3 = "0" End If End If Perintah ketika tombol diClick Tanda engine On / Off
Jika engine dalam 4 kali di start tidak running maka program akan berhenti dan memberi peringatan
KESIMPULAN
- Sistem kontrol elektronik untuk motor diesel
dual fuel mengatur jumlah pasokan bahan bakar solar dan gas
- Pemograman sistem kontrol elektronik untuk motor diesel dual fuel dapat dibuat secara user friendly
- Seluruh komponen yang dibuat
diimplementasikan dalam suatu mini demoplant genset dual fuel
Saran
Perlu dukungan untuk implementasi genset dual fuel ini di lapangan.
DAFTAR PUSTAKA
Retna Prasetia, Catur Edi Widodo “Interfacing port parallel dan port serial computer dengan Visual Basic 6.0” ,(2004) Penerbit Andi Yogyakarta
Wasito S, “Vademekum Elektronika”, (1990), PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Lim Pei Li “The effect of Compressing Ratio on the CNG-Diesel Engine” 2004, university of southern Queensland, Australia
Santoso, W.B, Praptijanto,A.dan Nur,A, “Pengaruh CNG-Ratio Terhadap Proses Pembakaran pada motor diesel berbahan bakar ganda solar-CNG”, 2006, Prosiding Seminar Nasional Tenaga Listrik dan Mekatronik, Bandung
Mansour, Ch, Bounif, A, Aris, A, dan Gaillard, F, “Gas-Diesel (dual-fuel) modeling in diesel engine environment”, 2001, int.J>Therm. Sci.40, 409-424
