BAB III METODE PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN PERHITUNGAN SERTA ANALISA 3.1 Metode Pengujian 3.1.1 Pengujian Dual Fuel Proses pembakaran di dalam ruang silinder pada motor diesel menggunakan sistem injeksi langsung. Sistem injeksi langsung terdiri dari : 1. Pompa bahan bakar.. Pipa distribusi. 3. Injektor. Bahan bakar yang diinjeksikan pada tekanan tinggi ke dalam ruang silinder teratomisasi sehingga menghasilkan butiran-butiran kecil (atomization process). Karena tekanan dan temperatur yang tinggi di dalam ruang silinder maka butiran-butiran kecil bahan bakar akan mengalami penguapan (vaporation). Uap bahan bakar dengan cepat bercampur dengan udara dan LPG di dalam silinder menghasilkan campuran yang siap terbakar. Bila tekanan dan temperatur di dalam silinder lebih tinggi dari titik nyala bahan bakar dan titik nyala LPG maka campuran tersebut akan terbakar. Bahan bakar tidak langsung terbakar saat diinjeksikan ke dalam ruang silinder tetapi ada selang waktu selama beberapa derajat poros engkol sebelum akhirnya mulai terjadi pembakaran. Waktu tunda tersebut biasa disebut ignition delay. Lamanya ignition delay tergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan, penyetelan motor dan desain dari ruang bakar motor.
Injeksi akan terus berlangsung sampai seluruh bahan bakar masuk ke dalam silinder. Proses atomisasi, penguapan, pencampuran bahan bakar (udara dan LPG) dan pembakaran akan terus berlangsung sampai semua bahan bakar yang diinjeksikan terbakar. Motor diesel yang ada dipasaran mempunyai ukuran diameter silinder yang bervariasi sekitar 70 900 mm. Untuk menjaga agar efisiensi konversi bahan bakar tetap bagus maka durasi pembakaran harus terjaga antara 40 50 derajat sudut engkol. Pada motor diesel terkecil waktu yang tersedia untuk terjadinya proses pencampuran bahan bakar udara sekitar 10 x lebih pendek dari motor terbesar. Sehingga motor diesel yang kecil membutuhkan desain ruang bakar, katup dan saluran masuk yang lebih baik dari motor diesel yang besar. Motor diesel yang kecil membutuhkan pergerakan udara yang lebih rumit dan nozzle dengan penetrasi yang tidak terlalu kuat dibandingkan motor diesel yang besar. Ada 3 fase pembakaran yang terjadi di dalam motor diesel : 1. Fase premix combustion. Fase premix combustion adalah proses pencampuran antara bahan bakar yang diinjeksikan dengan udara dan LPG di dalam ruang silinder sehingga saat api mulai terjadi di dalam ruang bakar maka sudah tersedia campuran bahan bakar (udara dan LPG) yang mampu terbakar dalam jumlah yang besar.. Fase mixing controlled combustion (diffusion combustion). Fase mixing controlled combustion (diffusion combustion) adalah fase dimana kecepatan pembakaran tergantung dari kecepatan percampuran bahan bakar yang diinjeksikan dengan udara dan LPG.
3. Fase late combustion. Fase late combustion adalah fase yang melepaskan sekitar 0% dari energi bahan bakar yang disuplai ke motor. Pengujian system Dual Fuel ini motor diesel yang digunakan adalah mesin diesel YANMAR, konstruksi alat pengujian dan spesifikasinya dapat dilihat seperti dibawah ini : Gambar 3.1. Motor Generator. Sumber : BTMP - PUSPITEK Mesin diesel Table 3.1 Spesifikasi mesin diesel YANMAR Sumber : BTMP PUSPITEK generator Tipe : T 190 S DI Output : 3 kva ; 1 phase Daya kerja : 16 DK / 00 rpm Voltage : 0 V; 13,6 Amp Daya max : 19 DK / 00 rpm Frekeunsi : 50 Hz Volume silinder : 1007 cc Power factor : 1
Alat Ukur Konsumsi Solar Udara Filter Udara Mixer LPG Intake Manifold Motor Diesel Dinamo Meter Regulator Tekanan LPG Katup Pengatur Aliran LPG Nozzle Injektor Sisa Gas Buang (Muffler) Tabung LPG FINISH BEBAN HEATE R START Gambar 3.. Rangkaian Pengujian Generator Berbahan Bakar Solar LPG.
Gambar 3.3. Susunan Komponen komponen Pada System Pengujian. Sumber : BTMP PUSPITEK. Uraian instalasi-instalasi yang digunakan pada saat pengujian adalah sebagai berikut : 1. Motor diesel : daya 7,08 7,83 kw, berfungsi sebagai penggerak generator.. Generator : daya 5 kw, berfungsi untuk menghasilkan listrik yang akan digunakan pada beban. 3. Tabung gas (LPG) : kapasitas 3 Kg, berfungsi untuk menyimpan gas (LPG). 4. Regulator 1 : mengatur tekanan dari tabung ke instalasi. 5. Pressure gauge 1 : mengukur tekanan yang akan digunakan pada instalasi. 6. Regulator : mengatur jumlah aliran gas ke motor. 7. Pressure gauge : mengukur tekanan aliran gas ke motor.
8. Selenoid valve : untuk membuka dan menutup aliran gas ke motor. 9. Flow meter : mengatur jumlah LPG yang akan dialirkan ke Mixer. Flow meter yang digunakan adalah flow meter udara. 10. Mixer : untuk mencampur udara dan gas (LPG). 11. Filter udara : membersihkan udara dari kotoran. 1. Throttle valve : mengatur jumlah udara dan gas (LPG) yang akan dialirkan ke ruang bakar. 13. Buret (gelas ukur) : sebagai alat pengukur konsumsi bahan bakar solar. Kapasitas gelas ukur 30 ml. 14. Injektor pump : Untuk memompa bahan bakar solar dari buret (gelas ukur) dan mengalirkan ke injektor. 15. Injektor : untuk menyemprotkan bahan bakar solar pada ruang bakar. 16. Beban : beban berupa pemanas listrik (electric heater). maximal 3 kw. 3.1. Prosedur Pengujian Dual Fuel Prosedur pelaksanaan pengujian adalah sebagai berikut : 1. Satu jam sebelum generator dihidupkan dan pengujian dimulai maka seluruh sistem dalam pengujian sudah harus dihidupkan dan semua peralatan sudah harus disiapkan. Hal ini dimaksudkan agar tidak terjadinya kesalahan pada saat pengambilan data pengujian.
. Sebelum generator dihidupkan maka dilakukan pengecekan terlebih dahulu untuk mencegah kejadian yang tidak diinginkan. Pengecekan yang dilakukan antara lain : memeriksa sambungan sambungan saluran air pendingin motor, saluran minyak pelumas dan saluran bahan bakar. 3. Sebelum generator dihidupkan sistem sirkulasi air pendingin motor dan sirkulasi minyak pelumas motor diaktifkan. Setelah temperatur air dan minyak pelumas mencapai di atas 50 C maka generator bisa dijalankan. 4. Sebelum pengujian utama dijalankan, motor diesel pada generator dipanaskan sehingga temperatur minyak pelumas dan air pendingin mencapai 80 C. Setelah temperatur ini tercapai maka dapat dilaksanakan pengujian utama. 5. Pelaksanaan Pengujian Utama : Membuka segel pada tabung gas dan menimbang berat awal dari isi LPG. Hal ini dilakukan untuk mengetahui konsumsi gas sehingga dapat diketahui flow massa gas LPG tersebut. Membuka kran aliran bahan bakar solar yang terletak pada bagian bawah tabung gelas buret. Gelas buret digunakan sebagai alat pengukur pemakaiaan konsumsi bahan bakar solar. Mesin dijalankan pada putaran ± 1500 rpm selama 15 menit dengan maksud agar mendapat kondisi yang optimal dan stabil. Membaca putaran mesin dengan menggunakan stroboscope yang diarahkan pada flywheel yang telah diberi tanda.
Menyetel putaran mesin dengan cara menarik / mendorong tuas throttle yang ada pada sisi samping mesin. Setelah mendapatkan putaran yang diinginkan langkah selanjutnya adalah membuka kran pada tabung LPG. Menghidupkan regulator sehingga tekanan gas akan di regulasikan. Gas yang sudah ada didalam regulator kemudian keluar melalui selang output yang dipasang kran pembatas, kran ini berfungsi mengatur besarnya debit aliran gas yang masuk menuju mixer. Menyeting tekanan gas dibatasi sampai 3 Bar melalui keran pembatas. Pembacaan tekanan dengan melihat pressure gauge pada injector nozzle. Memutar kran injector nozzle berlawanan dengan arah jarum jam. Masukkan stik alat pengukur uji emisi SPX pada pipa exhaust ( knalpot ) dan menghidupkannya. Menunggu beberapa saat hingga pembacaannya stabil,lalu data tersebut dicatat. Selanjutnya memasukkan selang alat pengukur asap ( smoke analyzer ) ke dalam pipa exhaust. Proses pembacaannya menunggu beberapa saat sampai didapat angka yang stabil dan catat data tersebut. Proses pengujian dilakukan secara kontinu, maka dengan demikian didapat data data yang akurat. Melepasakan kembali selang pipa yang terhubung pada tabung LPG.
6. Setelah pengujian utama selesai maka motor diesel pada generator diturunkan putarannya dan dibiarkan beroperasi pada beban rendah beberapa saat untuk cooling down. Setelah itu baru dimatikan. 3.. Pembahasan Data data Pengujian dan Perhitungan. 3..1. Data hasil pengujian Dual Fuel. Dari pengujian yang dilakukan didapat data data sebagai berikut : Table 3.. Data data hasil Pengujian. Sumber : hasil pengujian di BTMP - PUSPITEK No Pengujian Jenis Bahan Bakar P. Gas ( Bar ) Jml Solar ( ml ) Skala flow meter (L/menit) Waktu ( s ) RPM 1 Solar - 37-141 1800 Solar + LPG 3 40 4 5 1800 Solar - 45-15 100 Solar + LPG 3 48 6 35 100 No Pengujian Jenis Bahan Bakar CO (%) CO₂ (%) O₂ (%) HC (ppm) Nox (ppm) Smoke (%) 1 Solar 0,0 6,67 11,3 9,67,56 7,4 Solar + LPG 0,035 6,4 10,5 141,5 39,76 3, Solar 0,0 6,73 10,4 10,33 4,60 7,07 Solar + LPG 0,037 6,03 9,83 163,5 48,50 3,55
3... Data Perhitungan Dual Fuel Perhitungan yang dilakukan adalah untuk mengetahui biaya total yang dikeluarkan dari pemakaian bahan bakar solar dan gas (LPG) pada waktu pengujian. Perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut : Perhitungan estimasi biaya pada bahan bakar LPG : Harga LPG 3 Kg = Rp. 13.000 Harga LPG 1 Kg = = Rp. 4.333/Kg Berat jenis (ρ) LPG ( cair ) = 0,54 Kg/L 1 Kg = 1 Kg Kg 0,54 L = 1,85 L Harga 1 L LPG = Rp. 4.333,33 1,85 L = Rp..34 Berat jenis (ρ) udara = 1, Kg/m³ Berat jenis (ρ) LPG (gas) = 1,8 x Berat jenis (ρ) udara 1 L = 10 3 m³ = 1,8 x 1, Kg/m³ =,16 Kg/m³ Berat jenis (ρ) LPG (gas) =,16 Kg / m 1000 3 = 0,0016 Kg/L Perhitungan estimasi biaya pada bahan bakar Solar : Harga solar = Rp. 4.500/L Berat jenis (ρ) solar = 0,815 Kg/L 1 L = 1 L x 0,815 Kg/L = 0,815 Kg
Rp. 4.500 Harga 1 Kg solar = 0,815 Kg = Rp. 5.51 Perhitungan pada Pengujian I : Bahan bakar 100 % solar : Laju aliran solar (L/h) = 37 ml 141 det ik = ml 0,6 x 3600 det ik det 1000 = 0,94 L/h Laju aliran solar (Kg/h) = 0,94 L/h x berat jenis (ρ) solar = 0,94 L/h x 0,815 Kg/L = 0,76 Kg/h Biaya per jam = Flow solar (Kg/h) x Harga 1 Kg solar = 0,76 Kg/h x Rp. 5.51/Kg = Rp. 4.51/h Bahan bakar Solar + LPG : Untuk solar : Laju aliran solar (L/h) = 40 ml 5 det ik = ml 0,17 x 3600 det ik det 1000 = 0,64 L/h Laju aliran solar (Kg/h) = 0,64 L/h x berat jenis (ρ) solar = 0,64 L/h x 0,815 Kg/L = 0,5 Kg/h Biaya per jam = Flow solar (Kg/h) x Harga 1 Kg solar = 0,5 Kg/h x Rp. 5.51/Kg = Rp. 870/h
Untuk LPG : 1 Laju aliran LPG (L/menit) = [ ( x (( Flow Gas) 1)) 1] 1 1 1 = [ ( x ((4) 1)) 1 ] =,73 L/menit Laju aliran LPG (Kg/h) = =,73 L / menit 1000,73 L / menit 1000 x 60 x. LPG x 60 x,16 Kg / m 3 = 0,35 Kg/h Biaya per jam = Flow LPG (Kg/h) x Harga 1 Kg LPG = 0,35 Kg/h x Rp. 4.333/Kg = Rp. 1.516/h Perhitungan pada Pengujian II : Bahan bakar 100 % solar : Laju aliran solar (L/h) = 45 ml 15 det ik = ml 0,9 x 3600 det ik det 1000 = 1,044 L/h. Laju aliran solar (Kg/h) = 1,044 L/h x berat jenis (ρ) solar = 1,044 L/h x 0,815 Kg/L = 0,85 Kg/h
Biaya per jam = Flow solar (Kg/h) x Harga 1 Kg solar = 0,85 Kg/h x Rp. 5.51/Kg = Rp. 4.697/h Bahan bakar Solar + LPG : Untuk solar : Laju aliran solar (L/h) = 48 ml 35 det ik = ml 0,0 x 3600 det ik det 1000 = 0,73 L/h Laju aliran solar (Kg/h) = 0,73 L/h x berat jenis (ρ) solar = 0,73 L/h x 0,815 Kg/L = 0,59 Kg/h Biaya per jam = Flow solar (Kg/h) x Harga 1 Kg solar = 0,59 Kg/h x Rp. 5.51/Kg = Rp. 3.57/h. Untuk LPG : 1 Laju aliran LPG (L/menit) = [ ( x (( Flow Gas) 1)) 1] 1 1 1 = [ ( x ((6) 1)) 1 ] = 4,18 L/menit Laju aliran LPG (Kg/h) = 4,18 L / menit 1000 x 60 x. LPG
4,18 L / menit = 1000 x 60 x,16 Kg / m 3 = 0,54 Kg/h Biaya per jam = Flow LPG (Kg/h) x Harga 1 Kg LPG = 0,54 Kg/h x Rp. 4.333/Kg = Rp..340/h
3..3. Analisa Hasil Dari Pengujian. 3..3.1. Analisa terhadap Emisi Gas Buang : Konsentrasi CO : Pada pengujian I konsentrasi CO yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 0,0% dan konsentrasi CO yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 0,035%. Pada pengujian II konsentrasi CO yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 0,0% dan konsentrasi CO yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 0,037%. Kenaikan tingkat konsentrasi CO disebabkan oleh pembakaran yang tidak sempurna karena berkurangnya oksigen ( misalnya campuran terlalu gemuk ) ini dapat dilihat dengan menurunya konsentrasi O pada penggunaan bahan bakar ganda / dual fuel. Bisa juga karena gas LPG lebih dahulu terbakar dibandingkan dengan udara ( O ),seharusnya gas LPG dengan udara bisa bercampur dengan baik didalam mixer. Sehingga dengan begitu proses pembakaran dapat terjadi dengan sempurna karena udara + gas LPG telah bercampur dengan baik. Walaupun terjadi kenaikan, secara umum penggunaan bahan bakar ganda / dual fuel ( solar + LPG ) masih dalam batas aman dan layak karena konsentrasi CO yang dihasilkan masih dibawah konsentrasi maksimal yang diizinkan yaitu 0,05 %. Konsentrasi CO : Pada pengujian I konsentrasi CO yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 6,67% dan konsentrasi CO yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 6,4%. Pada pengujian II konsentrasi CO yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 6,73% dan konsentrasi CO yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 6,03%.
Pada konsentrasi CO terjadi penurunan tingkat konsentrasi, ditinjau dari standar emisi CO secara teoritis dapat dikatakan bahwa penggunaan bahan bakar ganda / dual fuel masih layak dan aman untuk digunakan karena berada jauh di bawah konsentrasi CO maksimal teoritis yang diizinkan yaitu 15 %. Konsentrasi O : Pada pengujian I konsentrasi O yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 11,3% dan konsentrasi O yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 10,5%. Pada pengujian II konsentrasi O yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 10,4% dan konsentrasi O yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 9,83%. Terjadi tingkat penurunan antara penggunaan bahan bakar murni 100% solar dengan penggunaan bahan bakar ganda / dual fuel,ini disebabkan pada penggunaan bahan bakar ganda / dual fuel lebih banyak gas LPG yang terbakar di bandingkan dengan udara ( O ), sehingga lebih banyak O yang tidak terbakar pada saat pembakaraan. Konsentrasi NOx : Pada pengujian I konsentrasi NOx yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar,56 ppm dan konsentrasi NOx yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 39,76 ppm. Pada pengujian II konsentrasi NOx yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 4,60 ppm dan konsentrasi NOx yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 48,50 ppm. Kenaikan tingkat konsentrasi NOx disebabkan karena tidak sempurnanya pembakaraan, hal ini bisa terjadi karena tidak sempurnanya campuran bahan bakar solar dengan gas LPG. Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa penambahan LPG pada proses penbakaran menyebabkan konsentrasi NOx yang dihasilkan akan semakin tinggi. Ditinjau dari standar emisi yang digunakan, dapat dikatakan bahwa konsentrasi NOx yang dihasilkan pada penggunaan bahan bakar solar maupun bahan bakar ganda / dual fuel berada diatas konsentrasi NOx yang diizinkan yaitu 3 ppm.
Konsentrasi HC : Pada pengujian I konsentrasi HC yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 9,67 ppm dan konsentrasi HC yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 141,5 ppm. Pada pengujian II konsentrasi HC yang dihasilkan pada penggunaan solar murni 100% didapatkan sebesar 10,33 ppm dan konsentrasi HC yang dihasilkan oleh penggunaan bahan bakar solar + LPG didapatkan sebesar 163,5 ppm. Kenaikan tingkat konsentrasi HC disebabkan oleh pembakaran yang tidak sempurna. Bentuk emisi HC dipengaruhi oleh banyak variable desain dan operasi, salah satunya adalah dapat disebabkan oleh penyalaan yang tidak stabil ( misfire ). Bisa juga disebabkan oleh temperature campuran bahan bakar, tekanan, AFR, temperature permukaan dinding dan endapan pembakaraan. Untuk menurunkan konsentrasi HC dan NOx pada penggunaan bahan bakar ganda yaitu dengan memodifikasi ruang bakar agar terjadi pembakaraan yang sempurna, bisa juga dengan menambahkan katalisator ( catalytic converter ) pada pipa knalpot sehingga memungkinkan penggunaan bakar ganda / dual fuel yang lebih ramah lingkungan dengan nilai konsentrasi HC dan NOx yang lebih rendah. Walaupun terjadi kenaikan, secara umum penggunaan bahan bakar ganda / dual fuel ( solar + LPG ) masih dalam batas aman dan layak karena konsentrasi HC yang dihasilkan masih dibawah konsentrasi maksimal yang diizinkan yaitu 40 ppm. 3..3..Analisa terhadap Faktor Ekonomi : Pada pengujian I : - Untuk biaya pemakaian solar murni 100% didapatkan 0,94 liter/jam dengan kalkulasi biaya Rp 4.51/jam. - Sedangkan untuk biaya pemakaian solar + LPG yaitu : untuk pemakaian solarnya 0,64 liter/jam dengan biaya Rp.870/jam, dan pemakaian gas LPGnya 0,35 Kg/jam dengan biaya Rp 1.516.
Pada pengujian II : - Untuk biaya pemakaian solar murni 100% didapatkan 1,044 liter/jam dengan kalkulasi biaya Rp 4.697/jam. - Sedangkan untuk biaya pemakaian solar + LPG yaitu : untuk pemakaian solarnya 0,73 liter/jam dengan biaya Rp 3.57/jam, dan pemakaian gas LPGnya 0,54 Kg/jam dengan biaya Rp.339/jam. Jadi dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa biaya penggunaan bahan bakar ganda / dual fuel dari segi ekonomis bisa dikatakan sedikit lebih mahal dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar murni 100% solar. Ini dapat dikalkulasikan sebagai berikut : Pengujian I Untuk pemakaian bahan bakar murni 100% = Rp 4.51/jam Untuk pemakaian bahan bakar dual fuel = Rp 4.386/jam Pengujian II Untuk pemakaian bahan bakar murni 100% = Rp 4.697/jam Untuk pemakaian bahan bakar dual fuel = Rp 5.596/jam.