ANALISIS PERFORMA MESIN DAN EMISI GAS BUANG DENGAN PENAMBAHAN GAS OKSIGEN KE RUANG BAKAR PADA MESIN DIESEL Muhammad Arsad Al Banjari 1, Rahman Fauzan 2 1) Program Studi D3 Teknik Otomotif Politeknik Hasnur 2) Program Studi D3 Teknik Informatika Politeknik Hasnur Email : arsyad.polihasnur@gmail.com ABSTRAK Pada zaman sekarang, semakin banyak penggunaan mesin mesin dan alat transportasi yang memudahkan manusia untuk melakukan berbagai kegiatan dan aktivitas. Mesin adalah suatu alat untuk mendapatkan tenaga gerak yang besar, cepat, dan instan. Semakin banyak penggunaan mesin, maka semakin banyak bahan bakar fosil yang digunakan yang mana jumlahnya terbatas, juga emisi bahan bakar CO (Karbonmonoksida) dan HC (Hidrokarbon) yang dapat mengganggu kesehatan dan lingkungan. Pada penelitian ini menggunakan gas oksigen murni yang akan di injeksikan ke dalam ruang bakar mesin diesel dengan berbagai variabel. Oksigen sebagai zat oksidator yang mempengaruhi pembakaran mesin. Selain itu juga menambahkan udara kompressor sebagai zat oksidator lainnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan oksigen/udara sebagai zat oksidator dengan debit 0,1 kg/cm 2 0,125 kg/cm 2 dan 0,15 kg/cm 2 menghasilkan performa mesin yang rendah yaitu output putaran mesin rendah, temperatur mesin lebih tinggi, konsumsi bahan bakar lebih banyak, dan emisi gas buang yang cukup tinggi dibanding tanpa menambahkan oksigen/udara walau masih dalam batas ambang emisi yang aman. Mesin diesel membutuhkan lebih banyak oksigen/udara untuk melakukan reaksi pembakaran dikarenakan mesin diesel adalah mesin kompresi tinggi. Ketika kebutuhan oksigen/udara dibatasi, maka performa mesin akan menurun. Saat debit oksigen/udara ditingkatkan menjadi 1,5 s/d 2 kg/cm 2, maka mesin kembali ke rentang output putaran mesin yaitu antara 2000-2100 rpm, temperatur mesin lebih rendah, konsumsi bahan bakar lebih hemat, dan emisi gas buang yang cukup. Kebutuhan oksigen/udara yang cukup akan mengoptimalkan performa mesin diesel. Kata kunci: Mesin diesel, Performa mesin, Oksigen/udara, Output putaran mesin, Temperatur mesin, Emisi gas buang. PENDAHULUAN Meningkatnya penggunaan mesin sebagai sarana transportasi untuk aktifitas dan kebutuhan listrik daerah menyebabkan pemakaian bahan bakar fosil terus meningkat, sehingga emisi gas buang CO (Karbon monoksida) dan HC (Hidro karbon) yang tinggi menghasilkan dampak negatif bagi lingkungan dan kesehatan. Seiring perkembangan zaman, banyak dilakukan modifikasi pada mesin agar didapatkan performa yang optimal dan emisi gas buang yang seminimal mungkin. Pada motor diesel, perkembangan air intake system mengalami perkembangan. Komponen mesin yang dipakai adalah turbo charger. Komponen air intake yang digunakan sampai sekarang pada mesin-mesin diesel. Turbo charger tidak berhubungan pada main shaft engine sehingga tidak menambah beban pada mesin. Turbo charger menggunakan gas 10
buang untuk pengoperasiannya. Pada saat RPM mesin tinggi akan memutar turbin yang terdapat pada turbo charger dan memberikan udara panas yang masuk ke ruang bakar sehingga mesin lebih bertenaga. Pentingnya udara pada sistem pembakaran dapat membuat performa mesin meningkat dan emisi gas buang menurun dibanding tanpa udara tambahan. Udara dengan kualitas yang baik sangat berpengaruh terhadap reaksi pembakaran. Kandungan pada udara yang mempengaruhi reaksi pembakaran adalah unsur Oksigen (O). Oksigen sangat membantu dalam proses pembakaran, membuat pembakaran lebih sempurna dan meminimalisir gas buang CO yang menjadi racun ditubuh manusia. Berkebalikan dengan unsur Nitrogen (N) yang mana secara umum digunakan untuk pendinginan seperti pada industri pengolah makanan. Semakin banyak unsur nitrogen dalam ruang bakar, maka reaksi pembakaran lebih lambat karena sifat dingin dari unsur nitrogen tersebut dapat menghambat pembakaran dan tidak bisa bereaksi dengan unsur lainnya seperti karbon (C). Kandungan nitrogen pada udara sangat banyak yaitu sekitar 79% dan hanya 20% unsur oksigen, dan 1% unsur kimia lainnya. Kalimantan Selatan atau Kota Banjarmasin lebih banyak menggunakan PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel) dibanding PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) sebagai penghasil energi listrik, sehingga pemakaian bahan bakar solar industri dan marine fuel oil sangat tinggi, walau terkadang hasil pembakaran mesin diesel menghasilkan asap hitam yang dapat mencemari lingkungan sehingga penggunaan mesin diesel kurang optimal. Dari permasalahan tersebut, maka dari itu penulis ingin meneliti bagaimana performa mesin, temperatur mesin, konsumsi bahan bakar spesifik, dan emisi gas buang dengan menambah unsur oksigen pada mesin diesel tanpa merubah atau menambah komponenkomponen mesin lainnya. METODE PENELITIAN a. Alat Peralatan yang digunakan adalah mesin diesel, tachometer, termometer digital, gas analyzer, stopwatch. b. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian antara lain: 1. Gas oksigen 2. Kompressor 3. Bahan bakar Dexlite dan Biosolar Parameter-parameter pengujian untuk mesin diesel adalah sebagai berikut: 1. Output putaran mesin 2. Temperatur mesin 3. Konsumsi bahan bakar 4. Emisi gas buang Gambar 1. Instalasi Penelitian Keterangan: 1. Mesin Diesel 2. Indikator bahan bakar 3. Gas Oksigen 4. Kompressor 11
5. Tachometer 6. Termometer Digital 7. Gas Analyzer c. Prosedur Pengambilan Data Tahapan pelaksanaan pengujian pada penelitian ini sebagai berikut: a. Mempersiapkan mesin diesel 4 tak, kemudian mengisi bahan bakar dexlite/biosolar ke mesin dan menghidupkan dengan mengatur output putaran mesin antara 2000 2050 rpm. b. Melakukan pengambilan data masing-masing 3 kali untuk putaran mesin, konsumsi bahan bakar (per 50 ml), temperatur mesin, dan emisi gas buang tanpa penambahan oksigen/udara, lalu dengan penambahan oksigen/udara dengan berbagai variasi. c. Mencatat data hasil penelitian, kemudian membuat ke dalam tabel. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Output Putaran Mesin Gambar 2. Grafik Output Putaran Mesin (tanpa Gambar 3. Grafik Output Putaran Mesin (dengan Dari data hasil pengujian di atas dengan tidak menambahkan dan menambahkan oksigen/udara ke ruang bakar mesin menunjukkan bahwa pada output putaran mesin dexlite menghasilkan lebih banyak putaran dibandingkan menggunakan biosolar. Dalam keadaan normal, output putaran mesin dijaga antara 2000 s/d 2050 rpm. Ketika menambahkan oksigen dengan tekanan 0,1 s/d 0,15 kg/cm 2, tiba-tiba putaran mesin menurun terutama pada saat tekanan 0,1 kg/cm 2. Begitu juga dengan menambahkan udara kompresor ke ruang bakar, tiba-tiba output putaran mesin menurun. Setelah dikondisikan dalam keadaan normal (tanpa tambahan oksigen/udara), output putaran kembali mencapai sekitar 2000 rpm. Lalu dilakukan percobaan dengan menambahkan oksigen/udara 1,5 s/d 2 kg/cm 2, output putaran mesin yaitu antara 2000-2100 rpm (fluktuatif). Dapat ditarik kesimpulan bahwa mesin diesel membutuhkan lebih banyak udara untuk melakukan reaksi pembakaran. Apabila ketersediaan oksigen/udara kurang, maka akan terjadi penurunan pada output putaran mesin. 12
2. Temperatur Mesin 3. Konsumsi Bahan Bakar Gambar 4. Grafik Temperatur Mesin (tanpa Gambar 6. Grafik Konsumsi Bahan Bakar (tanpa Gambar 5. Grafik Temperatur Mesin (dengan Dari data hasil pengujian di atas dengan tidak menambahkan oksigen/udara ke ruang bakar mesin menunjukkan bahwa temperatur mesin yang jauh lebih rendah. Temperatur mesin yang normal adalah maksimal 90 o C. Apabila sampai melebihi angka tersebut dapat dikatakan mesin mengalami overheating. Saat ditambahkan oksigen/udara 0,1 s/d 0,15 kg/cm 2, terjadi peningkatan temperatur mesin walau tidak mencapai angka 100 o C dan dapat dikategorikan overheating. Ketika ditambahkan oksigen 1,5 s/d 2 kg/cm 2, temperatur mesin mengalami penurunan walau tidak signifikan. Mesin membutuhkan oksigen/udara yang cukup untuk menjaga kestabilan temperatur mesin. Gambar 7. Grafik Konsumsi Bahan Bakar (dengan Dari data hasil pengujian di atas dengan tidak menambahkan oksigen/udara ke ruang bakar mesin menunjukkan bahwa konsumsi bahan bakar yang lebih rendah. Dengan menggunakan bahan bakar dexlite pada mesin diesel membuat konsumsi bahan bakar lebih hemat seiring dengan output putaran mesin yang lebih tinggi dibanding dengan biosolar. Meningkatkan debit oksigen/udara pada mesin akan membuat konsumsi bahan bakar lebih rendah/lebih hemat karena mesin diesel kompresi tinggi yang memerlukan udara lebih banyak sebagai zat oksidator. Maka dari itu kebanyakan mesin diesel memiliki komponen turbocharger agar menambah pasokan udara pada intake mesin untuk meningkatkan efisiensi proses pembakaran sehingga konsumsi bahan bakar lebih rendah. 13
4. Emisi Gas Buang Gambar 8. Grafik Emisi Gas Buang (tanpa Gambar 9. Grafik Emisi Gas Buang CO (dengan Gambar 11. Grafik Emisi Gas Buang CO 2 (dengan Salah satu indikator penting dalam penggunaan mesin yaitu emisi gas buang yang rendah/ramah lingkungan. Semakin banyak kendaraan bermotor juga mempengaruhi kualitas baik dari segi kesehatan manusia atau lingkungan. Dari hasil penelitian di atas, output putaran mesin antara 2000 2050 rpm menunjukkan bahwa seluruh penggunaan jenis bahan bakar dan penambahan oksigen/udara masih dalam batas aman (tidak berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan). Dari gambar grafik di atas, dengan menambahkan oksigen/udara akan sedikit meningkatkan emisi gas buang pada mesin diesel. Grafik nilai tertinggi terdapat pada emisi CO 2 (karbondioksida), semakin tinggi nilai dari CO 2, maka efek rumah kaca dan suhu lingkungan menjadi lebih panas. Gambar 10. Grafik Emisi Gas Buang HC (dengan KESIMPULAN Dari hasil penelitian dan analisa yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Dengan penambahan oksigen/udara ke ruang bakar mesin diesel dengan tekanan 0,1 s/d 0,15 kg/cm 2 menyebabkan output putaran mesin menurun. Apabila tekanannya ditambah 1,5 s/d 2 kg/cm 2, maka output putaran mesin yaitu antara 2000-2100 rpm. Mesin diesel membutuhkan lebih banyak oksigen/udara untuk melakukan reaksi pembakaran. Ketika kebutuhan oksigen/udara pada mesin dibatasi, maka performa mesin (output putaran mesin) mengalami penurunan. Selain itu juga konsumsi bahan bakar menjadi lebih tinggi/boros, dan temperatur mesin 14
pun lebih tinggi. Kebutuhan oksigen/udara yang cukup akan mengoptimalkan performa mesin diesel. 2. Output putaran mesin antara 2000 2050 rpm menunjukkan bahwa emisi gas buang dari seluruh jenis bahan bakar baik dengan penambahan oksigen/udara atau tidak yaitu masih dalam batas aman (tidak berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan). Dengan menambahkan oksigen/udara antara 0,1 s/d 0,15 kg/cm 2 akan sedikit meningkatkan emisi gas buang pada mesin diesel. United Tractors. 2008. Multi Scania and Shop Manual HD785-5. Axle Suspension and Wheel. Wardana, ING. 2008. Bahan Bakar dan Teknologi Pembakaran. PT. Danar Wijaya Brawijaya University Press, Malang. Yasin Karagoz et al. 2011. Effect of hydrogen addition on exhaust emissions and performance of a spark ignition engine. Environmental engineering and management journal. Volume 14. No. 3, 665-672. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat, Direktorat Jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan sebagai pemberi dana sehingga penelitian ini dapat berjalan dengan baik dan lancar. DAFTAR PUSTAKA Abhishek Waghmare et al. 2016. Performance analysis of oxygen enriched multi cylinder S. I. Engine. International journal and advance research. Volume 4, issue 4, 642-667. Nik Rosli et al. 2014. Effects of air intake pressure on the engine performance, fuel economy and exhaust emissions of a small gasoline engine. Fuel. 949-958. Nadir Yilmaz. 2011. Performance and emission characteristics of a diesel engine fuelled with biodiesel ethanol and biodiesel methanol blends at elevated air temperatures. Fuel. 440-443. 15