analisis pemanfaatan sistem dual fuel (gas lpg-solar) pada unjuk kerja mesin dong feng 4 tak 1...

JURNAL KELAUTAN NASIONAL Vol. 6, No. 1 April 2011

Analisis Pemanfaatan Sistem Dual Fuel (Gas LPG-Solar) padaUnjuk Kerja Mesin Dong Feng 4 Tak 1 Silinder

ANALISIS PEMANFAATAN SISTEM DUAL FUEL(GAS LPG-SOLAR) PADA UNJUK KERJA MESIN DONG FENG 4 TAK 1

SILINDER

AN ANALYSIS INTO THE USE OF A DUAL FUEL SYSTEM(GAS LPG-DIESEL) IN 4 STROKE, 1 CYLINDER DONG FENG ENGINE

PERFORMANCE

Donal Daniel dan Riza ZulkarnainPeneliti pada Pusat Pengkajian dan Perekayasaan Teknologi Kelautan Perikanan

E-mail: [email protected] dan [email protected]

Diterima tanggal: 2 Februari 2011 ; Diterima setelah perbaikan:21 Maret 2011 ;Disetujui terbit tanggal:31 maret 2011

ABSTRAKAplikasi sistem dual fuel (gas LPG-solar) pada mesin penggerak kapal nelayan adalahsalah satu alternatif solusi mengurangi ketergantungan pada energi fosil danmendukung program pemerintah tentang usaha-usaha pengurangan pemanasan global.Percobaan dilakukan dengan memodifikasi air intake manifold mesin Dong Feng 7PK dengan memasang mixer agar gas LPG dapat masuk ke ruang bakar, kemudianmesin di-running pada rpm 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, dan 2600pada throttle yang dibuka penuh (100%). Dari hasil percobaan, unjuk kerja mesinmenunjukkan penurunan torsi dan daya motor meskipun terjadinya penghematansolar.

Kata Kunci: Dual Fuel, Performansi, Mixer

ABSTRACTApplication of dual fuel systems (LPG-diesel) in an engine of a fishing boat is analternative solution to reduce dependency on fossil energy and support thegovernment's program on efforts to reduce global warming. Experiments were carriedout by modifying the air intake manifold Dong Feng 7 HP engine by installing a mixerfor LPG gas which can into the fuel chamber then the engine was in run the rpm of1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, and 2600 on the throttle which wasopened fully (100%). Experimental results showed that there were reduction of enginetorque and power, whereas there was slight reduction on the use of diesel fuel.

Keywords: Dual Fuel, Performance, Mixer

PENDAHULUANUpaya yang terus dilakukan

oleh Kementerian Kelautan danPerikanan (KKP) dalam menjawabpermasalahan pasokan solar baginelayan terus dilakukan. Penelitian dariBalitbang KP mulai dari pemanfaatanbahan bakar biodiesel (B10 dan B100)dari biji jarak pagar (Daniel, D danArifuddin (2007)) kemudian

dilanjutkan dengan pemanfaatanBrown’s Gas Generator (Zulkarnain,R., Donal Daniel dan Rendra HadiWibawa (2009)) dan terakhir adalahpemanfaatan gas Liquified PetroleumGas (LPG) dan solar secara dual fuelsebagai bahan bakar alternatifpengganti solar. Isu terakhir yangberkembang hingga sekarang adalahkomitmen pemerintah untuk



mengurangi efek gas rumah kaca(GRK) sebagai dampak pemanasanglobal (global warming) denganmengurangi sebanyak-banyaknyapembuangan gas CO2 ke atmosfer danproduksi oksigen (O2) denganpenanaman pohon dan mencarialternatif pengganti sumber energiyang lebih ramah lingkungan(Kompas, 6 Juli 2010, hal. 21).Penelitian yang bertemakan denganmemanfaatkan bahan bakar gas baikLPG (Liquified Petroleum Gas) atauCompressed Natural Gas (CNG) (diIndonesia dikenal dengan istilah BBG)banyak dilakukan baik didalam negerimaupun luar negeri. Instansi di dalamnegeri yang sudah melakukanpenelitian pemanfaatan bahan bakargas yaitu Lemigas, ITB danUniversitas Kristen Petra.

Lemigas (2010) menelitidampak penggunaan bahan bakar gasbaik BBG dan LPG jenis Liquified Gasfor Vehicle (LGV) pada kendaraanbermotor di darat, sedangkan ITB yangdilakukan oleh Andri (2007) danAntya, B.W (2008) melakukanpenelitian tentang unjuk kinerja daripemanfaatan LPG jenis LGV padaGenset 5 KW dan juga dampak emisigas buang.dan juga review penelitianITB tentang pemanfaatan bakaralternatif pada motor bakar(Reksowardoyo, I.K (2010)).Sedangkan Universitas Kristen Petrayang dilakukan oleh Kristanto, P danJemy Gunawan pada tahun 1999 danKristanto, P., Willyanto dan DjokoWahyudi pada tahun 2001 lebihbanyak melakukan penelitian padapemanfaatan BBG pada motor bensinserta modifikasi mixer yang digunakandalam penelitian.

Adapun penelitian di luarnegeri tentang pemanfaatan bakarbakar gas yaitu di Bangladeshdilakukan oleh Ehsan andShafiquzzaman Bhuiyan (2009)dengan menggunakan CNG bertekanan

rendah. Rao, G.A., A.V.S.Raju.,K.Govinda Rajulu., and C.V.MohanRao.,(2010) di India melakukanpenelitian tentang pengaruhpembebanan (load) pada sistem dualfuel untuk bahan bakar solar dan LPGpad kecepatan konstan. Hasilpenelitiannya menunjukkan bahwakonsumsi bahan bakar menjadi hematpada penggunaan solar murni untukbeban rendah. Namun, pada bebantinggi, konsumsi bahan bakarnyamenjadi hemat pada mode dual-fueldan untuk mesin diesel stasioner dapatdioperasikan dengan mudah padamode dual-fuel pada beban yang lebihtinggi. Hasil penelitian yang sama jugadilakukan oleh Sethi, V. P., Salariya,K. S (2004).

Adapun tulisan ini bertujuanuntuk mengetahui unjukkinerja/performansi penggunaan bahanbakar solar dan gas LPG dari tabung12 kg pada mesin Dong Feng dalamkeadaan stasioner dan juga hasilperbandingan biaya bahan bakar sertahasil pengujian pelumas. Pemilihanpenggunaan gas LPG baik dari tabung3 kg atau 12 kg yaitu lebih padaketersediaan di pasaran, (BBG danLGV hanya tersedia pada stasiunpengisian tertentu), bertekanan rendahbila dibandingkan tabung CNG atauBBG sehingga tidak perlu regulatorkhusus untuk menurunkan tekanan.

Diharapkan, uji cobapemakaian sistem dual fuel denganmenggunakan solar dan gas LPG padamotor penggerak kapal nelayanmerupakan sebagai upaya untukmenggalakkan pemakaian energialternatif ramah lingkungan sekaligusmendukung program pemerintah untukmenjaga lingkungan.

BAHAN DAN METODE1. Bahan

Bahan yang digunakan padapenelitian ini adalah:

a. Bahan bakar solar Pertamina



b. Bahan bakar gas jenis LPGc. Pelumas Pertamina Mesran B

heavy dutyd. Tabung LPG 12 kge. Selang + regulatorf. Timbangang. Stopwatchh. Konverter/mixer kiti. Mesin Dong Feng 7PK 4 Tak 1

silinderj. Alat ukur digital untuk

pengujian performancePercobaan menggunakan mesin 4

tak, dengan spesifikasi seperti padaTabel 1.

Tabel 1. Spesifikasi Mesin(Engine Specification)

Merk/Type DONG FENGKapasitas (cc)Daya 7,5 PKDaya maxPutaran max.

8 PK pada 2600 RPM2600 RPM

Torsi maxJumlah LangkahJumlah Silinder

4 langkah1

Diametersilinder

110 mm

Langkah Piston 112 mm

Gambar 1. Mesin Dong Feng dan AlatMixer(Dong Feng Engine and ItsMixer)

Skema percobaan adalahseperti terlihat pada Gambar 2:

Gambar 2. Tata Letak PeralatanPengujian(Layout of ExperimentDevices)

Keterangan gambar:(1) Saringan udara(2) Muffler/knalpot(3) Mesin diesel/

DongFeng(4) Fuel intake(5) Dyno torque(6) Butterfly valve

(7) Ventury(8) Tangki solar(9) Tangki/tabung LPG(10) Timbangan digital(11) Regulator(12) Selang regulator(13) Pompa injektor

2. MetodePengujian laboratorium

dilakukan pada bulan Oktober 2010 diBalai Termodinamika Motor danPropulsi (BTMP) BPPT-PuspiptekSerpong.

Rancangan dari riset ini adalahsebagai berikut :a. Engine Performance Test

Selama pengujian, parameter-parameter uji yang dicatatadalah putaran mesin, torsi,tekanan barometer, temperaturudara masuk, temperaturminyak pelumas, temperaturruangan, temperatur bahanbakar masuk, tekanan bahanbakar masuk, Konsumsi bbm.

Kecepatan yang diset adalah1200, 1400, 1600, 1800, 2000,2200, 2400 & 2600 rpm padathrottle penuh (100%).

Pengujian yang sama jugadilakukan pada sistem dualfuel.



b. Langkah – langkah PercobaanDapat dilihat pada diagram alir(Gambar 3) Bahan bakar solar

Bahan bakar solar sebagaibahan bakar utama (base fuel)yaitu minyak solar produkpertamina yang ada di pasaranlokal

Bahan bakar dual fuel(Solar+LPG)Dua jenis bahan bakar yangakan dipergunakan dalampenelitian ini yaitu minyaksolar produk pertamina yangada di pasaran lokal dan bahanbakar gas (LPG)

Gambar 3. Diagram Alir PengujianPerformance(Flowchart ofPerformance Testing)

HASIL DAN PEMBAHASAN1. Hasil Pengujian Performance

Hasil uji performance untukbahan bakar solar dan dual fuelditampilkan dalam grafik perbandinganTorsi dan BSFC (Brake Spesific FuelConsumption) dan grafik perbandingan

daya dan biaya bahan bakar adalahsebagai berikut:

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0

5

10

15

20

25

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700

Kons

umsi

Baha

n Ba

kar S

pesif

ik BS

FC(k

J/kW

.h)

Tors

i (Nm

)

Putaran Mesin (rpm)

Perbandingan Torsi, BSFC Mesin Dual Fuel & SolarTorsi DF Torsi Solar SFC DF SFC Solar

Gambar 4. Grafik unjuk kerja mesinsolar dan dual fuel

(Engine performancechart, diesel and dual fuel)

Pada Gambar 4 dapat dilihatbahwa performance mesin denganbahan bakar solar ditunjukkan denganbeberapa besaran sebagai berikut:daya maksimal sebesar 7,1 PK pada2600 rpm, torsi maksimal sebesar 16,7Nm pada 1800 rpm serta BSFC sebesar892,1 gr/kWh pada 2600 rpm.Sedangkan performance mesin denganbahan bakar solar + LPG ditunjukkandengan beberapa besaran sebagaiberikut:t nilai daya maksimal sebesar5,56 PK pada 2600 rpm dan torsimaksimal sebesar 16,62 Nm pada 2200rpm. Setelah dilakukan beberapapengaturan komposisi bahan bakarselama pengujian, daya mesin tidakdapat naik disebabkan oleh terjadinyaknocking.

Pada Gambar 5, dapat dilihatbahwa dengan mesin diesel denganbahan bakar solar didapatkan bahwadaya maksimal sebesar 7,1 PK pada2600 rpm dan BSFC sebesar 892,1gr/kWh dengan biaya solar Rp.2181/kWh. Jadi, dengan solar mesin

Dual fuel (Solar& LPG)

Mulai

MinyakSolar

(100%)

Bahan bakar

Pengambilan Data (n,P,fuels,temp, Smoke, dll)

Eksperimen

Rubah Load/rpm

Selesai

Ya

Tidak



100

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54

BSFC(kJ/PShr)

Biaya(Rp/PShr)

Power(PS)

Jam ke

Grafik Perbandingan Daya, SFC dan Biaya Bahan Bakar Uji KetahananDaya Dual Fuel (PS) Daya Solar (PS)SFC Dual Fuel (kJ/PShr) SFC Solar (kJ/PShr)Harga Solar (Rp/PShr) Harga Dual Fuel (Rp/PShr)

akan hemat pada putaran tinggi yaitu2600 rpm.

18301704161415621592

177819121983

2181

3430

51845030

4416

4979

46494622

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700

BiayaperkWhRp/kW.h

Daya(Ps)

Putaran Mesin (rpm)

Perbandingan Daya, Biaya Bahan Bakar DF & SolarDaya DF Daya Solar Biaya per kWh DF Biaya perkWh Solar

Gambar 5. Grafik perbandingan dayadan biaya bahan bakaruntuk solar dan dual fuel(Power and fuel pricechart, diesel & dual fuel)

Sedangkan dengan mesin dieseldengan bahan bakar solar + LPGdidapatkan bahwa nilai daya maksimalsebesar 5,56 PK pada 2600 rpm yangberarti sama dengan daya untuk bahanbakar solar. Jika biaya bahan bakardual fuel dibandingkan solar pada 2600rpm, biaya dual fuel sebesar Rp.1830.kWh. Biaya ini bukan merupakanbiaya yang paling hemat untuk dualfuel karena pada Gambar 5 terlihatbiaya yang paling hemat yaitu Rp.1562/kWh pada 2000 rpm. Untukbiaya bahan bakar, asumsi harga yangdipakai adalah Rp. 5850/kg LPG danRp. 4500/liter solar. Daya dan torsipada pengujian ini sudah diusahakanuntuk semirip mungkin agarmemudahkan dalam menghitungperbandingan konsumsi bahan bakar,akan tetapi dalam kenyataannya dilapangan terjadi perbedaan pada dayayang dihasilkan, hal tersebutkemungkinan terjadi karena campuranantara bahan bakar solar dan LPGsudah mencapai batasnya sehingga jikadinaikkan lagi akan terjadi knocking.

2. Hasil Pengujian Ketahanan(Durability) 50 Jam

Dengan bahan bakar solarmesin dapat diuji dengan baik selama50 jam tanpa mengalami kendala, tapiuntuk pengujian dengan bahan bakarsolar + LPG terjadi kerusakan mesinpada saat pengujian memasuki jam ke-20, sehingga pengujian dihentikan dandilakukan pengecekan terhadap mesin.Dari hasil pengecekan mesinmengalami kerusakan karena airmasuk ke dalam oil sump dan adakerusakan pada pompa oli sehingga olitidak bersirkulasi dan menyebabkankerusakan pada mesin.

Gambar 6. Grafik perbandingan daya,SFC, dan biaya bahanbakar uji ketahanan(Power, SFC, and FuelPrice Chart for durabilitytest)

Uji ketahanan dilanjutkansetelah dilakukan perbaikan terhadapmesin yang rusak. Perbaikan meliputipenggantian beberapa komponen yangrusak seperti piston, ring piston danliner. Uji ketahanan lanjutan dilakukanselama 30 jam dengan bahan bakarsolar + LPG.

Gambar 6 memperlihatkanhasil dari pengujian ketahanan selama50 jam pada masing-masing jenisbahan bakar, dimana pengujian



dilakukan pada putaran dan bebankonstan yaitu 2600 rpm dan bebansebesar 6 PK.

Pengujian ketahanan 50 jamuntuk mesin Dongfeng denganmenggunakan dual fuel dilakukan padaputaran 2600 rpm dan power sekitar5.8 PK. Power berusaha untuk diaturpada 6 PK pada putaran 2600 rpmtetapi mesin tidak dapat mencapaipower tersebut sehingga diatur sedikitdi bawahnya yaitu 5,8 PK.

Untuk konsumsi bahan bakarkita dapat membandingkan hasil ujiketahanan dengan bahan bakar solardan dual fuel pada konsumsi bahanbakar spesifiknya dimana bahan bakaryang digunakan dibagi dengan poweryang dihasilkan. Dalam hal inidigunakan satuan Joule untuk bisamendapatkan hasil gabungan antarasolar dan LPG.

Pada Gambar 6 terlihatpenurunan SFC yang cukup signifikanpada jam ke-22, kemungkinan hal ituterjadi karena mesin baru diperbaikidengan melakukan beberapapenggantian komponen utama mesin.Pada 20 jam awal pengujian, jelasterlihat bahwa penggunaan dual fuellebih boros daripada penggunaan solar,tetapi setelah terjadi kerusakan padamesin dan kemudian diperbaiki,konsumsi bahan bakar specific antarasolar dengan dual fuel hampir sama,bahkan penggunaan dual fuelcenderung lebih irit.3. Hasil Pengujian Pelumas

Pengujian properties pelumassetelah running 50 jam baikmenggunakan solar maupun dual fueldinilai berdasarkan 4 (empat) tingkatanyaitu normal, atensi/perlu mendapatperhatian, urgent/segera diganti, danparah/severe. Secara umum, kualitaspelumas dengan menggunakan dual-fuel pada kondisi urgent/segera diganti,sedangkan dengan solar pada kondisiparah (severe). Hal ini menunjukkankualitas pelumas menggunakan dual

fuel pada kondisi lebih baikdibandingkan solar saja. Kondisipelumas baik dual fuel maupun solardisebabkan adanya sumberketidaknormalan. Sumber ketidaknormalan pada

pelumas yang menggunakan solar:Nilai viskositas naik cukup tinggi.Kenaikan ini disebabkan tingginyakandungan air dan soot. Soot ataujelaga merupakan. istilah umumyang mengacu pada najis partikelkarbon tidak murni yang dihasilkandari pembakaran tidak lengkap darihidrokarbon (Wikipedia).Kontaminan air sangat tinggi,kemungkinan terjadi kebocoranpada sistem pendingin mesin. Kadarsoot cukup tinggi, indikasi terjadipembakaran tidak sempurna.Kontaminan bahan bakar cukuptinggi, kemungkinan terjadikebocoran pada sistem bahan bakar.Besi (Fe) cukup tinggi, diperkirakanberasal dari keausan padakomponen cylinder liner, camshaftatau valve mechanism.

Sumber ketidaknormalan padapelumas yang menggunakan dualfuel:Total Base Number (TBN)merupakan kapasitas pelumas untukmenetralisir asam yang berasal daribahan bakar (sulfur) dan akibat darioksidasi temperatur tinggi,kondensasi, dan proses pembakaran((Troyer, D and Fitch, J), Trakindo).Kehadiran asam dapat meninbulkankorosi dalam mesin. Suatu pelumasharus mempunyai TBN yang cukuptinggi agar dapat menetralisir asamdalam jangka waktu tertentu. Olehkarena itu, besar TBN suatupelumas tergantung jenis bahanbakar yang digunakan (kandungansulfur). Semakin besar TBN darisebuah pelumas,semakin lama usiapakainya (Fajar, R dan Yubaidah, S(2007)).



Dari hasil pengujian, didapatkanbahwa nilai TBN turun tetapi masihdalam batas normal. Keausan Fedan Aluminium (Al) cukup tinggi,diduga berasal dari keausan padakomponen cylinder liner, piston,camshaft atau valve mechanism.

KESIMPULAN1. Kesimpulan

Operasi mesin dengan dual fuellebih cocok dan ekonomis untukmengurangi bahan bakar cair yangbiasa digunakan oleh nelayan. Sebuahmesin diesel dapat dioperasikan padamoda dual fuel dengan sedikitmodifikasi mesin.

Dari hasil pengujian dapatdiambil beberapa kesimpulan :- Komposisi penggunaan solar pada

mesin dual fuel rata-rata masihsekitar 60 % pada kondisi mesindiuji ketahanan atau pada bebankontinyu.

- Ada penurunan power pada saatpenggunaan dual fuel, didugapenurunan terjadi karena mesinmengalami knocking pada saatpenggunaan bahan bakar dual fuel.

- Pada uji ketahanan lanjutan dengandilakukan beberapa penggantiankomponen yang baru didapatkanhasil konsumsi bahan bakar spesifikdual fuel lebih baik dibandingdengan uji ketahanan sebelumnyadengan bahan bakar dual fuel.Komsumsi bahan bakar dual fuelpada uji ketahanan lanjutan lebihmirip dengan konsumsi bahan bakarspesifik dengan solar, yaitu sekitar530 kJ/PKhr

2. SaranUntuk pengujian yang sifatnya

riset dan memerlukan ketahanan mesinsebaiknya digunakan mesin yangmasih baru dan dilakukan rating sertapenggantian komponen mesin padasaat penggantian jenis bahan bakar.

DAFTAR PUSTAKAAndri. 2007. Pengaruh Sistem

Pemasukan Bahan BakarLiquefied Gas for Vehicle(LGV) terhadap Emisi GasBuang. Laporan TugasSarjana Institut TeknologiBandung.

Antya, B.W, 2008. Prestasi MotorDiesel 5 KW Satu Silinderdengan Bahan Bakar GandaLPG-SOLAR. LaporanTugas Sarjana InstitutTeknologi Bandung.

Daniel, D dan Arifuddin. 2007.Pengujian Bahan BakarBiodiesel ProduksiLengkong Cilacap padaKapal Nelayan. JurnalKelautan Nasional Vol. 2No. 2, Agustus 2007. ISSN :1907797X.

Ehsan and Shafiquzzaman Bhuiyan.2009. Dual fuel Performanceof a Small Diesel Engine forApplications with LessFrequent Load Variations.International Journal ofMechanical & MechatronicsEngineering IJMME Vol: 9No: 10.

Fajar, R dan Yubaidah, S. 2007.Penetuan KualitasPelumasan Mesin. JurnalMESIN Volume 9 No 1Januari 2007 halaman 8-15.

http://en.wikipedia.org/wiki/Soot

http://www.kompas.com/kompas-cetak/0607/21/Otomotif/2787195.htm

Kristanto, P dan Jemy Gunawan. 1999.Peningkatan PerformanceMotor Bensin 4 Tak 3



Silinder yang MenggunakanBahan Bakar Gas denganPenambahan Blower danSistem Injeksi. JurnalTeknik Mesin Vol. 1, No. 1,April 1999 : 1 – 7.

Kristanto, P., Willyanto dan DjokoWahyudi. 2001. PengaruhPerubahan Pemajuan WaktuPenyalaan Terhadap MotorDual fuel (Bensin-BBG).Jurnal Teknik MesinUniversitas Kristen PetraVol. 3, No. 1, April 2001: 1– 6.

Lemigas. 2010. Pemanfaatan Gas(BBG dan LPG) untukKendaraan Bermotor.Laporan Hasil PenelitianLemigas untuk BadanLitbang Kelautan danPerikanan, 2010.

Rao, G.A., A.V.S.Raju., K.GovindaRajulu., and C.V.MohanRao., 2010. Performanceevaluation of a dual fuelengine (Diesel + LPG).Indian Journal of Scienceand Technology Vol. 3 No.3 (Mar 2010) ISSN: 0974-6846.

Reksowardoyo, I.K. 2010. ReviewPaper: Research on TheApplication of AlternativeFuels of CombustionEngines and PropulsionSystems Laboratory. InstitutTeknologi Bandung.

Sethi, V. P., Salariya, K. S. 2004.Exhaust Analysis andPerformance of a SingleCylinder Diesel Engine Runon Dual Fuels, Journal ofInstitute of Engineers, 85 , 1,pp. 1-7.

Trakindo. Minyak Pelumas danPengaruhnya terhadap MesinAnda.

Troyer, D and Fitch, J. 2001. OilAnalysis Basics.

Zulkarnain, R., Donal Daniel danRendra Hadi Wibawa. 2009.The Application of Brown’sGas Generator to TwoStroke DieselEngine.Prosiding ProsidingSeminar Nasional Teori danAplikasi Teknologi Kelautan(SENTA) ITS 2009 -Surabaya. FakultasTeknologi Kelautan - ITSSurabaya. ISSN 1412-2332.

analisis pemanfaatan sistem dual fuel (gas lpg-solar) pada unjuk kerja mesin dong feng 4 tak 1...

Documents