Analisis Perbandingan Emisi Gas Buang Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar Solar dan CNG Berbasis Pada Simulasi

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (213) Analisis Perbandingan Emisi Gas Buang Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar dan Berbasis Pada Simulasi Yustinus Setiawan, Semin dan Tjoek Soeprejitno Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya yustinussetiawan@yahoo.com, semin@its.ac.id Abstrak Permasalahan dasar dalam pengoperasian mesin diesel diantaranya adalah ketersediaan dan biaya yang diperlukan untuk memenuhi konsumsi bahan bakar. Berawal dari hal tersebut, muncul pemikiran untuk menggunakan (compressed natural gas) sebagai alternatif pengganti bahan bakar minyak karena ketersediaannya melimpah dan harganya lebih murah. Sehingga perlu diadakan analisa lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh penggunaan terhadap mesin diesel. Skripsi ini menganalisa penggunaan sebagai pengganti solar terhadap mesin diesel mulai dari daya yang dihasilkan, torsi, dan tingkat emisi yang ditimbulkan. Proses analisa dilakukan melalui simulasi menggunakan software. Dari analisa yang dilakukan, performa yang dihasilkan bahan bakar untuk daya menurun 9.53%, daya maksimal yang dihasilkan sebesar 56.9 kw pada RPM 25. Untuk torsi yang dihasilkan menurun 11.14%, dimana torsi maksimal sebesar Nm pada RPM 2. Namun, mampu menurunkan emisi gas buang sebesar 65.97% untuk brake spesifik dan 28.94% untuk konsentrasi serta menurunkan emisi gas buang untuk jelaga hingga 1%. Kata kunci:, emisi, mesin diesel, performa, simulasi,solar PENDAHULUAN Perkembangan mesin diesel di dunia saat ini telah membantu manusia dalam pekerjaan seperti pembangunan, industri, transportasi, dll. Disamping memberikan dampak positif namun disisi lain akan memberikan dampak negatif dimana salah satunya berupa pencemaran udara. Gas buang pada mesin diesel menghasilkan unsur polutan berupa Nitrogen Oksida (Nox), Sulfur Osida (Sox), Particulate Matter (PM), Karbon Monoksida (CO), dan Hidrokarbon (HC), yang berpotensi mencemari lingkungan sekitar dalam bentuk polusi udara. Semakin tinggi penggunaan bahan bakar menyebabkan gas buang yang dihasilkan juga semakin banyak. Oleh sebab itu, perlu dilakukan solusi yang tepat untuk dapat memecahkan masalah tersebut. Banyak sumber yang sedang diteliti sebagai bahan bakar alternatif untuk mengatasi masalah tersebut, salah satunya adalah penggunaan bahan bakar untuk mesin diesel. Hal ini bertujuan untuk mengurangi tingkat polusi akibat gas buang yang terjadi selama ini. Penulisan skripsi ini membahas tentang perbandingan kualitas gas buang yang ditimbulkan oleh bahan bakar solar dan pada mesin diesel MERCEDES BENZ OM314. METODE PENELITIAN Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan metode berbasis simulasi. Untuk lebih jelasnya akan dijabarkan sebagai berikut : Identifikasi dan Perumusan Masalah Penulisan skripsi ini dimulai dengan mengidentifikasi dan merumuskan masalah mengenai pengerjaan yang akan dilakukan dan juga batasan masalahnya. Hal ini dilakukan untuk menyederhanakan masalah sehingga memudahkan pengerjaan dan penyelesaian penulisan skripsi ini. Studi Literatur Pengumpulan bahan pustaka yang menunjang kegiatan penelitian ini yang bersumber dari buku, artikel, paper, tugas akhir dan internet. Tempat pencarian dilakukan dibeberapa tempat, diantaranya Perpustakaan Pusat ITS, Ruang Baca FTK, Ruang Baca Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, dan Laboratorium Mesin Kapal dan Getaran Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK. Pengumpulan Data Pengumpulan data yang diperlukan untuk melakukan simulasi pada diesel engine, mulai data spesifikasi engine, properties bahan bakar yang digunakan dan data-data yang diperlukan demi menunjang pengerjaan skripsi. Menentukan Parameter Simulasi Parameter simulasi yang dibutuhkan adalah ukuran dari komponen mesin diesel yang diminta oleh software, mulai dari intake system sampai exhaust system. Input Data dan Membuat Pemodelan Pada Komputer Dilakukan input data untuk pemodelan pada diesel engine berbahan bakar solar maupun. Pada pemodelan ini, semua model didesain pada spesifikasi untuk engine dan pada keadaan full load. Jadi pada pemodelan ini, model mesin disimulasikan berdasarkan variasi RPM pada keadaan beban penuh. Input data dan pemodelan dilakukan mulai dari intake system, injector, cylinder system, sampai pada exhaust system.

2 JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (213) Running Simulasi Running simulasi dilakukan untuk mengetahui kinerja dari mesin diesel berbahan bakar solar dengan menggunakan model yang telah dibuat. Hasil dari running ini nantinya akan disamakan dengan kinerja dari engine yang digunakan. Jika sama, maka model sudah benar. Acuan yang digunakan untuk menyamakan hasil running adalah adalah max power dan max torsi dari engine manual book. Hasil yang akan dianalisa nantinya meliputi brake power, brake torque, brake specific fuel consumption, brake specific, concentration, brake specific soot, dan soot concentration. Selanjutnya adalah melakukan hal yang sama pada mesin diesel berbahan bakar untuk kemudian dilakukan perbandingan. Model Simulasi Pada Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar ANALISA DATA Model Simulasi Pada Mesin Diesel Menggunakan Bahan Bakar Gambar 4.2 Gambar model mesin diesel bahan bakar Gambar 4.2 Gambar model mesin diesel bahan bakar solar Tabel Hasil Simulasi Pada Mesin Diesel Bahan Bakar Tabel 4.1 Hasil simulasi pada mesin diesel bahan bakar solar No Engine Max Power Torque BSFC BSFC Speed Temperature (kw) (Nm) (kg/kj) (RPM) (K) Max Pressure (bar) E E E E E-8 8.E E-6 9.3E E-2 6.E E-1 5.6E E E E E+

3 JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (213) Tabel 4.2 Hasil simulasi pada mesin diesel bahan bakar No Engine Max Power Torque BSFC BSFC Speed Temperature (kw) (Nm) (kg/kj) (RPM) (K) Max Pressure (bar) Perbandingan Brake Power (kw) Power [kw] Gambar 4.7 Grafik brake power terhadap engine Gambar 4.7 menunjukkan bahwa pada diesel bahan bakar solar, power maksimal yang dihasilkan sebesar kw pada kecepatan 28 RPM. Power rata - rata yang dihasilkan adalah kw. Pada diesel dengan bahan bakar, power maksimal sebesar 56.9 kw pada kecepatan 25 RPM. Power rata- rata yang dihasilkan pada adalah kw. Jadi penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel dapat mereduksi power dari mesin hingga 9.53%. Penurunan daya pada mesin diesel berbahan bakar dipengaruhi oleh turunnya tekanan pembakaran dan kandungan energi dalam bahan bakar yang rendah. 2. Perbandingan Brake Torque (Nm) Torque [Nm] Gambar 4.8 Grafik brake torque terhadap engine diesel bahan bakar solar menghasilkan torsi maksimal sebesar Nm pada kecepatan 18 RPM. Nilai rata- rata torsi yang dihasilkan pada adalah Nm. Pada mesin diesel bahan bakar, torsi maksimal yang dihasilkan sebesar Nm ditunjukkan pada kecepatan 2 RPM. Nilai rata- rata torsi yang dihasilkan adalah kw. Jadi penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel dapat menurunkan torsi hingga 11.14%. 3. Perbandingan Brake Specific Fuel Consumption (BSFC) BSFC [g/kw-h] Gambar 4.9.a Grafik brake specific fuel consumption terhadap engine Gambar 4.9.a memberikan informasi bahwa konsumsi bahan bakar untuk mesin diesel dengan bahan bakar solar paling tinggi sebesar g/kw-h pada kecepatan 3 RPM. Nilai rata- rata konsumsi bahan bakar pada diesel engine adalah g/kwh. Pada mesin diesel dengan bahan bakar, konsumsi bahan bakar paling tinggi sebesar g/kw-h pada kecepatan 3 RPM. Nilai rata- rata konsumsi bahan bakar pada engine adalah g/kw-h. Dari keterangan yang ada, dapat disimpulkan bahwa penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel akan meningkatkan konsumsi bahan bakar hingga 2.26%.

4 JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (213) BSFC Energy [MJ/kg] Gambar 4.9.b Grafik perbandingan kandungan energi bahan bakar pada mesin diesel berbahan bakar solar dan terhadap engine Gambar 4.9.b memberikan informasi mengenai konversi kandungan energi bahan bakar antara mesin diesel menggunakan bahan bakar solar dan. Pada mesin diesel dengan bahan bakar solar, kandungan energi untuk konsumsi bahan bakar tertinggi setara dengan 14.5 MJ/kg. Pada mesin diesel dengan bahan bakar, kandungan energi bahan bakar untuk konsumsi bahan bakar tertinggi setara dengan MJ/kg. Dari keterangan yang ada, dapat disimpulkan bahwa untuk dapat setara dengan performa mesin diesel berbahan bakar solar, mesin diesel berbahan bakar membutuhkan konsumsi bahan bakar yang lebih banyak karena energi bahan bakar lebih rendah dibandingkan dengan solar. Peningkatan konsumsi bahan bakar pada mesin diesel berbahan baakar disebabkan karena energi dalam bahan bakar yang rendah. 4. Brake Specific Brake Specific [g/kw-h] Gambar 4.1 Grafik perbandingan brake specific terhadap engine Pada grafik 4.1 menunjukkan bahwa untuk mesin diesel berbahan bakar solar menghasilkan paling besar g/kw-h pada kecepatan 25 RPM. Nilai rata- rata pada diesel engine adalah g/kwh. Pada mesin diesel berbahan bakar, paling tinggi adalah sebesar g/kw-h pada kecepatan 3 RPM. Nilai rata- rata pada engine adalah g/kw-h. Jadi penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel mampu mereduksi hingga 65.97%. 5. Concentration Concentration [ppm] Gambar 4.11 Grafik concentration terhadap engine diesel berbahan bakar solar menghasilkan paling besar ppm pada kecepatan 25 RPM. Nilai rata- rata pada diesel engine adalah ppm. Pada engine, paling tinggi sebesar 86.3 ppm pada kecepatan 28 RPM. Nilai rata- rata pada engine adalah ppm. Jadi penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel akan mereduksi konsentrasi hingga 28.94%. 6. Brake Specific Brake Specific [g/kw-h] 4.E-1 3.5E-1 3.E-1 2.5E-1 2.E-1 1.5E-1 1.E-1 5.E-2.E+ Gambar 4.12 Grafik brake specific terhadap engine diesel berbahan bakar solar menghasilkan (jelaga) lebih besar dibandingkan dengan menggunakan bahan bahan bakar. Nilai paling besar.325 g/kw-h pada kecepatan 3 RPM. Nilai rata- rata pada mesin diesel bahan bakar solar adalah.92 g/kwh. Pada mesin diesel menggunakan bahan bakar, tidak ada soot yang dihasilkan. Jadi penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel mampu mereduksi kandungan brake specific soot hingga 1%.

5 JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (213) Concentration Concentration [ppm] 1.6E+ 1.4E+ 1.2E+ 1.E+ 8.E-1 6.E-1 4.E-1 2.E-1.E+ Gambar 4.13 Grafik soot concentration terhadap engine diesel menggunakan bahan bakar solar menghasilkan (jelaga) lebih besar dibandingkan dengan menggunakan bahan bahan bakar. Nilai paling besar 1.46 ppm pada kecepatan 3 RPM. Nilai rata- rata pada mesin diesel bahan bakar solar adalah.39 ppm. Pada mesin diesel menggunakan bahan bakar, tidak ada soot yang dihasilkan. Jadi penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel mampu mereduksi kandungan soot concentration hingga 1%. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan dapat diperoleh kesimpulan, yaitu: 1. Tingkat emisi yang ditimbulkan oleh bahan bakar solar untuk paling besar adalah g/kw-h dan 1245 ppm pada kecepatan 25 RPM, sedangkan untuk jelaga (soot) paling besar adalah.325 g/kw-h dan 1.46 ppm pada kecepatan 3 RPM. Pada bahan bakar, tingkat emisi yang ditimbulkan untuk paling besar adalah g/kw-h pada kecepatan 5 RPM, dan 86.3 ppm pada kecepatan 28 RPM, sedangkan untuk jelaga (soot) pada tidak ada emisi yang dihasilkan. 2. Penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel dapat menurunkan emisi gas buang untuk sebesar 65.97% yang ditinjau dari brake specific dan sebesar 28.94% yang ditinjau dari konsentrasi. Selain itu, penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel dapat menurunkan emisi gas buang untuk jelaga (soot) hingga 1% yang ditinjau dari brake specific soot maupun konsentrasi soot. 3. Penggunaan sebagai bahan bakar mesin diesel berpengaruh terhadap menurunnya peforma dari segi power hingga 9.53% dan mereduksi torsi torsi hingga 11.14%. DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim 1. Parameter Pencemar Udara dan Dampaknya Terhadap Kesehatan [2] Duffy. Modern Automotive Technology Fundamentals, Service, Diagnostics 1st English edition, Germany, 26. [3] Heywood, J. Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw Hill, [4] Kahn Ribeiro, Suzana, dkk. Transport and Its Insfrastructure. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 27. [5] Keputusan Direktorat Jendral Minyak dan Gas Bumi nomor 3675 K/24/DJM, 26. [6] Lesmana, Faizal. Bahan Bakar dan Pembakaran Motor Diesel, 28. [7] Marpol 73/78 Annex VI. Regulations for the Prevention of Air Pollution from Ships, 25. [8] Narotama, Fajri. Analisa Performa Mesin Diesel Menjadi engine Berbasis Pada Simulasi, 21. [9] Taylor, D.A. Introduction to Marine Engineering, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 199. [1] Tugaswati, Emisi Gas Buang dan Dampaknya Terhadap Kesehatan, 21. [11] diakses pada 2 Juli 213.