RANCANG BANGUN SISTEM SUPPLY BROWN GAS 6 RUANG TERSUSUN SERI DAN IMPLEMENTASINYA PADA MOBIL ESSPAS 1300 CC
Roni Setyawan (2108 100 530)
Pembimbing : Dr. Ir. Bambang Sampurno, MT. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya I. PENDAHULUAN
Pada saat ini kebutuhan energi dari fossil fuel cenderung mengalami peningkatan pada tiap tahunnya. Hal ini berdasarkan data dari International Energy Agency (IEA) World Energy Statistics and Balances pada periode 1960 – 2007 (sebagian kecil dapat dilihat pada tabel 1.1). Pada tabel tersebut dapat disimpulkan bahwa sebagian besar masyarakat di dunia masih bergantung pada penggunaan energi yang berasal dari fossil fuel yang merupakan energi yang tidak dapat diperbaharui. Karena kebutuhan terhadap bahan bakar tersebut masih cenderung meningkat, sehingga hal ini berpotensi menurunkan persediaan fossil fuel seiring bertambahnya waktu.
Sesuai dengan lingkup masalah yang ditinjau maka penelitian ini bertujuan untuk Adapun tujuan dilakukannya penalitian ini adalah mengetahui pengaruh penambahan sistem brown gas terhadap konsumsi bahan bakar mesin, mengetahui pengaruh penambahan system brown gas terhadap daya yang dihasilkan mesin, dan membandingkan prototip yang dibuat dengan prototip yang ada dipasaran.
II. METODOLOGI
Langkah awal penelitian adalah mempelajari data teknis mengenai injeksi hidrogen, injeksi air dan injeksi Brown gas pada saluran masuk ruang bakar kendaraan. Kemudian dilakukan pembuatan elektroliser untuk memproduksi hidrogen dan oksigen.. Dari hasil tersebut dibuat sistem Brown gas untuk diuji pada kendaraan untuk mendapatkan peningkatan efisiensi pemakaian bahan bakar.
Pada penelitian ini yang menjadi obyek penelitian adalah brown gas jenis seri. yang terdiri dari enam buah sel dengan koneksi internal. Pemilihan jenis seri dikarenakan
pada jenis ini mempunyai efisiensi yang tinggi dibandingkan jenis satu sel atau jenis yang paralel. Kontruksi brown gas terdiri dari box dan logam sebagai elektrodanya. Mengingat jenis katalis yang digunakan adalah KOH yang bersifat sangat korosif, maka dipilih jenis plat stainless steel type 316 L. Pemilihan stainless steel type ini dikarenakan bahan tersbut memiliki ketahanan korosi yang sangat tinggi padsa berbagai macam lingkungan.
Dalam melakukan penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental untuk mengetahui pengaruh penambahan sistem brown gas terhadap konsumsi bahan bakar dan daya yang dihasilkan mesin. Hasil uji ini selanjutnya dibandingkan dengan hasil uji performa prototip brown gas yang sudah ada dipasaran. Semua data yang didapatkan dari peneltian ini, dianalisa hasilnya dan ditarik kesimpulan.
III. DATA, ANALISA, DAN
PEMBAHASAN
III.1 Pengujian Laju Gas pada Prototip Brown Gas
Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar kapasitas produksi gas dari masing-masing prototip. Baik prototip yang dari pasaran maupun prototip yang sudah dibuat. Laju produksi gas yang didapat nantinya akan dibandingkan antara prototip yang satu dengan yang lainnya. Pengujian dilakukan dilaboratorium dengan konsentrasi katalis KOH sebesar 30 %.
Sebagai sumber tegangan untuk mensuplay brown gas dipakai battery mobil. Untuk menjaga agar suplay tegangan tetap konstan, battery dikopel dengan menggunakan charger battrery yang mempunyai tegangan output sebesar 13 V.
Disamping untuk menjaga tegangan tetap konstan, battrey charger digunakan untuk menaikkan tegangan suplay brown gas menjadi 13 V. Hal ini dilakukan untuk menmendekati sebagaimana keadaan brown gas diaplikasikan pada kendaraan. Yaitu bekerja pada saat mesin dalam keadaan menyala. Dalam kondisi ini, sistem pengisian akan bekerja. Dimana alternator akan menghasilkan tegangan untuk mengisi battrey yang besarnya tergantung dari tinggi putaran mesin. Besar tegangan output alternator tersebut antara 12-14 V. Dari pengujian laju produksi gas didapat data sebagai berikut:
Tabel 3.1 Kapasitas produksi gas
NO
Q (ltr/jam) BG
pasaran Tipe-A BG Tipe-B BG 1 14.29 19.22 21.01 2 13.99 19.85 21.18 3 14.14 19.71 20.61 4 14.48 19.35 21.69 5 14.32 19.15 21.34 Avg 14.24 19.46 21.17 III.2 Pengujian Prototip pada Kendaraan
Pengujian ini dilakukan dilaboratorium untuk mengetahui efektifitas injeksi gas hasil elektrolisis dengan parameter konsumsi bahan bakar dan daya yang dihasilkan mesin. Sebuah kendaraan diuji dalam keadaan standart tanpa injeksi brown gas dan kendaraan dengan injeksi brown gas. Pada kendaraan dengan injeksi brown gas sendiri, nantinya diuji dengan 3 prototip brown gas yang berbeda. Baik prototip yang dari pasaran, prototip tipe A dengan luasan masing-masing elektroda 80 cm2 dan prorortip tipe B dengan luasan masing-masing elektroda 160 cm2.
Kendaraan dirunning diatas roller dyno test (gambar 3.7) pada putaran tertentu, untuk menghabiskan bahan bakar yang telah ditentukan yaitu 80 ml. Dari pengujian ini didapatkan besar daya maksimun yang dikeluarkan mesin pada putaran tertentu dan lama waktu bahan bakar terkonsumsi habis sebanyak 80 ml. Data diambil dengan
menguji brown gas pada kendaraan espass 1300 cc.
III.2.1 Data dan analisa grafik Sfc
Tabel 3.2 Perbandingan Sfc mesin standart dengan injeksi brown gas pasaran
RPM Sfc (Kg bb/HP jam) Penurunan Sfc Mesin Standart Pasaran BG (%) 1000 0.1235 0.0982 20.51 1500 0.1353 0.0980 27.57 2000 0.1327 0.0944 28.81 2500 0.1320 0.0997 24.42 3000 0.1259 0.0993 21.13 3500 0.1261 0.1045 17.14 4000 0.1311 0.1140 13.05 Tabel 3.3 Perbandingan Sfc mesin standart dengan injeksi brown gas Tipe-A (80 cm2)
RPM Sfc (Kg bb/HP jam) Penurunan Sfc Mesin Standart (80 cm2) BG A (%) 1000 0.1235 0.0789 36.15 1500 0.1353 0.0824 39.09 2000 0.1327 0.0817 38.40 2500 0.1320 0.0895 32.14 3000 0.1259 0.0898 28.63 3500 0.1261 0.0985 21.85 4000 0.1311 0.1053 19.69 Tabel 3.4 Perbandingan Sfc mesin standart dengan injeksi brown gas Tipe-B (160 cm2)
RPM Sfc (Kg bb/HP jam) Penurunan Sfc Mesin Standart (160 cm2) BG (%) 1000 0.1235 0.0801 35.15 1500 0.1353 0.0832 38.53 2000 0.1327 0.0827 37.70 2500 0.1320 0.0887 32.82 3000 0.1259 0.0897 28.76 3500 0.1261 0.0994 21.20 4000 0.1311 0.1061 19.03
Grafik 3.1 Hubungan Sfc terhadap rpm Dari grafik 3.1 diatas terlihat bahwa pada mesin standart tanpa injeksi brown gas, Sfc menunjukkan tren kenaikan pada putaran rendah kemudian cenderung menurun pada putaran menengah, yaitu pada 2000 rpm. Mesin dengan injeksi brown gas pasaran, grafik Sfc menunjukkan tren penurunan pada putaran rendah hingga menengah (1000-2000 rpm). Kemudian mengalami kenaikan pada putaran menengah (2000 rpm) hingga putaran tinggi. Sedangkan pada mesin dengan injeksi brown gas tipe-A dan tipe-B, grafik Sfc menunjukkan tren kenaikan. Baik pada putaran rendah, menengah hingga putaran tinggi.
Dari ketiga prototip brown gas yang diuji, semuanya menunjukkan penurunan Sfc yang sangat signifikan dibandingkan dengan mesin standart tanpa menggunakan injeksi brown gas. Pada putaran rendah 1000 rpm, punurunan Sfc untuk BG pasaran, BG tipe-A dan BG tipe B adalah sebesar 20,51%, 36,15% dan 35,15%. Sedangkan pada putaran tinggi punurunan Sfc sebesar 13,05%, 19,69% dan 19,03%. Penurunan nilai Sfc tertinggi terjadi pada BG tipe-A dengan luasan masing-masing elektroda 80 cm2, yaitu sebesar 39.09% pada putaran 1500 rpm.
Perbedaan punurunan Sfc antara ketiga tipe Prototip brown gas dipengaruhi oleh beberapa factor. Salah satunya adalah elektroda dari masing-masing prototip brown gas, baik dari luasan maupun jumlah sellnya yang berbeda. Pada BG tipe-A dan BG tipe B luasan elektroda jauh lebih besar, yaitu 80
cm2 dan 160 cm2 dengan enam buah sell dibanding BG pasaran yang hanya 20 cm2 dengan empat buah sell. Dengan elektroda tersebut BG tipe-A dan BG tipe B dapat memprduksi gas yang jauh lebih besar dari pada BG pasaran. Disamping itu dengan adanya bubler yang digunakan untuk mendorong gas hasil elektrolisis juga dapat menurunkan Sfc. Hal tersebut dikarenakan saluran ini mengambil udara dari luar dan langsung masuk menuju intake manifold tanpa melewati karburator. Sehinga campuran antara bahan bakar dan udara menjadi lebih miskin.
III.2.2 Data dan analisa grafik Daya Tabel 3.5 Perbandingan Daya mesin standart dengan injeksi brown gas pasaran
RPM Daya (HP) kenaikan Daya Mesin Standart Pasaran BG (%) 1000 12.90 12.70 -1.55 1500 18.70 18.43 -1.43 2000 23.07 22.53 -2.31 2500 27.93 27.37 -2.03 3000 34.63 35.27 1.83 3500 38.33 38.40 0.17 4000 43.63 43.37 -0.61 Tabel 3.6 Perbandingan Daya mesin dengan injeksi brown gas Tipe-A (80 cm2)
RPM Daya (HP) kenaikan Daya Mesin Standart (80 cm2) BG A (%) 1000 12.90 13.33 3.36 1500 18.70 18.17 -2.85 2000 23.07 22.83 -1.01 2500 27.93 28.10 0.60 3000 34.63 35.27 1.83 3500 38.33 37.43 -2.35 4000 43.63 43.60 -0.08
Tabel 3.7 Perbandingan Daya mesin dengan injeksi brown gas Tipe-B (160 cm2)
Daya (HP) kenaikan Daya RPM Standart Mesin (160 cm2) BG B (%) 1000 12.90 13.23 2.58 1500 18.70 18.07 -3.39 2000 23.07 22.27 -3.47 2500 27.93 28.33 1.43 3000 34.63 34.43 -0.58 3500 38.33 37.57 -2.00 4000 43.63 43.77 0.31
Grafik 3.2 Hubungan Daya terhadap rpm Berdasarkan grafik 3.2 diatas terlihat bahwa, karakteristik trennya relatif sama Baik pada mesin standart tanpa injeksi brown gas maupun mesin dengan injeksi brown gas, Yaitu menunjukkan tren kenaikan bersamaan dengan naiknya putaran mesin. Pada putaran 1000 rpm, dari ke empat daya yang didapat berturut-turut sebesar 12,90, 12,70, 13,33 dan 13,23 HP. Terjadi penurunan daya sebesar 0,20 HP pada brown gas dari pasaran. Sedangkan brown gas tipe-A dan tipe-B dayanya naik sebesar 0,43 HPdan 0,33 HP.
Pada putaran tinggi 4000 rpm daya mesin sebesar 43,63, 43,37, 43,60 dan 43,77 HP. Terjadi penurunan daya pada brown gas dari pasaran sebesar 0,26 HP dan pada brown gas tipe-A sebesar 0,03 HP. Sedangkan pada brown gas tipe-B mengalami sedikit peningkatan sebesar 0,14 HP.
Ditinjau dari daya yang dikeluarkan mesin ketiga prototip brown gas yang diuji relatif sama. Ada sedikit kenaikan daya pada putaran tertentu, akan tetapi pada putaran lainnya terjadi penurunan. Kenaikan daya tertinggi terjadi pada prototip BG tipe-A yaitu sebesar 3,36% pada putaran 1000 rpm. Sedangkan penurunan daya terbesar terjadi pada prototip BG tipe-B yaitu sebesar 3,47% pada putaran 2000 rpm.
Menurunnya daya mesin tersebut, disebabkan karena adanya bubler (saluran udara luar) pada prototip brown gas. Bubler tersebut merupakan saluran untuk mendorong gas yang mengambil udara luar kemudian menyuntikkannya langsung pada intake manifol tanpa melalui karburator. Hal tersebut menyebabkan udara yang melewati venturi karburator menjadi sedikit berkurang. Sehinga bahan bakar yang keluar melalui mainjet utama karburator akan berkurang dan campuran antara bahan bakar dan udara menjadi lebih miskin. Dengan campuran bahan bakar yang lebih miskin maka daya yang dikeluarkan mesin juga akan menurun.
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan anallisa yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa dari ketiga prototip brown gas yang diuji, semuanya menunjukkan penurunan Sfc dibandingkan dengan mesin standart tanpa menggunakan injeksi brown gas. Pada putaran rendah 1000 rpm, punurunan Sfc untuk BG pasaran, BG tipe-A dan BG tipe B adalah sebesar 20,51%, 36,15%, 35,15%. Dan pada putaran tinggi 4000 rpm punurunan Sfc sebesar 13,05%, 19,69% dan 19,03%.
Penurunan nilai Sfc tertinggi terjadi pada BG tipe-A dengan luasan masing-masing elektroda 80 cm2, yaitu sebesar 39.09% pada putaran 1500 rpm. Sedangkan kenaikan daya tertinggi terjadi pada prototip BG tipe-A yaitu sebesar 3,36% pada putaran 1000 rpm dan penurunan daya terjadi pada prototip BG tipe-B yaitu sebesar 3,47% pada putaran 2000 rpm.
DAFTAR PUSTAKA
International Energy Agency (IEA) World Energy Statistics and Balances, World Consumption Of Refined Products By Region, 1960-2008. BP Statistical Review, 2009
Data statistik Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM), Crude Oil Reserves. 2008.
Goldwitz JA, Heywood JB. Combustion Optimazion in a hydrogen – enhanced learn – burn SI engine. SAE paper no. 01-0251; 2005.
LIPI, Pengujian Water and Air Injection, Lab. Motor Bakar LIPI, 2008.
Philip J. Dingle, Christoper J. Chadwell. Effect of diesel and water co-injection with real time control on diesel engine performance and emissions. SAE Int. World Congress, Detroit, Michigan, 2008.
Robert B. Dop, Hydrogen Generation Via Water Electrolysis Using Highly Efficient Nanometal Electrodes, QuantumSphere, Inc., 2007
Ioanis, Papagianis, Studying and Improving the Efficiency of Water Electrolysis, Stratchlyde University, 2005.
Cobb, H.M. Steel Product Manual: Stainless Steel. Warrendale P.A: Iron & Steel Society, 1999.
David Tabolt, Corossion Science and Technology, 1998.
Fontana, Mars G. Corrosion Engineering 2rd ed. New york: Mcgraw-hill Book company, 1987.
Rossum, J.R. Fundamentals of Metallic Corrosion in Fresh Water. Roscoe Moss Company, 2000.
O’Connor, Ken. “Guide to Safety of Hydrogen and Hydrogen Systems”. BMS Document GLM-QSA-1700.1. Maret 2006.
Ozzie, www.water4gas.com, 2008.
White, C.M., Steeper R.R., Lutz A.E., The hydrogen-fueled internal combustion engine, Int. J. Hydrogen Energy, 2005.
Dan Labonte, Water Injection for Gasoline Engines, Labonte MotorSports Lou, Helen H & Huang Y. Electroplating.
Encyclopedia of Chemical Processing, DOI: 10.1081/E-ECHP-120007747, 2006.
Horng RF, Chang YP, Huang HH, Lai MP. Driving characteristics of a motorcycle fuelled with hydrogen-rich gas in a plasma converter for motorcycle application. Int. J. Hydrogen Energy Convers Manag; 47 : 2155 – 66, 2006.
Verhelst S, Sierent R. Aspects concerning the optimization of a hydrogen fueled engine. Int J Hydrogen Energy; 26: 981 – 5, 2005.
Hidayatullah, P & Mustari, F. Rahasia Bahan Bakar Air. Jakarta: Ufuk Press, 2008.
Rasiawan. Rancang Bagun Elektronik Kontrol Sistem Elektroleser Brown Gas Pada Kendaraan, Thesis S2 Teknik Mesin FTI-ITS, Surabaya, 2009.
Suprastowo. Pengujian dan Perbaikan Performa Generator HHO Dengan variasi konfigurasi Larutan Elktrolit Baking Soda Dalam Aquades, Tugas Akhir S1 Teknik Mesin FTI-ITS, Surabaya, 2009. Manubinuri Sulis. Pengujian Elektolisis
Dengan Variasi kosentrasi, Tegangan dan Luasan Pada Sitem Brown Gas, Tugas Akhir D3 Teknik Mesin FTI-ITS, Surabaya, 2010.
