ANALISA BAHAN BAKAR MESIN DIESEL MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR ALTERNATIF CAMPURAN HSD - PPO DI PLTD TITI KUNING
LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh
DAVID SIMANULLANG 1105051010
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur hanya bagi Tuhan Yesus Kristus, oleh karena berkat dan anugerah-Nya yang melimpah, kemurahan dan kasih setia yang besar yang selalu menyertai penulis, sehingga dapat menyelesaikan penulisan laporan ini dengan baik. Laporan tugas akhir yang berjudul “ANALISA BAHAN BAKAR MESIN DIESEL MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR ALTERNATIF CAMPURAN HSD - PPO DI PLTD TITI KUNING” ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat bagi penulis untuk menyelesaikan program pendidikan Diploma 3 Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini penulis menemukan banyak kendala dan masalah, namun atas bantuan dan pertolongan dari semua pihak, maka laporan ini dapat diselesaikan. Oleh karena itu, dengan ketulusan dan kerendahan hati, penulis mengucapkan terimakasih sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orangtua, Ayahanda tercinta L. Simanullang dan Ibunda tersayang R. Simamora, terima kasih yang tak terhingga atas doa, semangat, kasih sayang, pengorbanan, dan ketulusannya dalam memberikan dukungan moral maupun materil selama ini kepada penulis. 2. Bapak M. Syahruddin,ST, M.T, selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Idham Kamil,ST, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin. 4. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T, selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi 5. Bapak Ir. Rufinus Nainggolan, M.T, sebagai Dosen Pembimbing yang telah meluangkan segenap waktunya untuk membimbing penulis. 6. Bapak Ir. Suprapto,M.T, sebagai dosen wali EN-6B. 7. Bapak/Ibu dosen pengajar di Politeknik Negeri Medan, khususnya dosen program studi Teknik Konversi Energi. Terimakasih atas semua bimbingan, nasehat serta didikan yang bapak/ibu berikan kepada penulis selama dalam perkuliahan.
iv
8. Kepada kakak penulis Lestari Simanullang, Kusni Simanullang, abang penulis Johannes Simanullang, dan adik penulis Samuel Simanullang. Terima kasih atas semangat dan doa yang terus-menerus kalian berikan. Dan untuk keluarga besar penulis tanpa terkecuali yang telah mendukung dan mendoakan selama ini. 9. Bapak P. Simangunsong, selaku Manager Unit beserta seluruh karyawan Pembangkit PLTD Titi Kuning, yang telah membantu penulis dalam pengambilan data di lapangan. 10. Teman-teman sepelayanan yang terbentuk dalam sebuah paduan suara yang luar biasa “Kantate Choir” terimakasih untuk kebersamaan dan doanya selama ini. 11. Untuk teman-teman sepersekutuan di UKM KMK POLMED yang telah menjadi wadah dalam menempa imanku, dan juga kepada Kelompok Kecil kami, Eko, Yunus, Febrin. Terimakasih karena kita pernah belajar dan bertumbuh bersama dalam persaudaraan. 12. Kader-kader
seperjuangan
Gerakan
Mahasiswa
Kristen
Mahasiswa
komisariat Polmed (GMKI) yang turut memberikan dukungan kepada penulis. UOUS !!! 13. Rekan-rekan mahasiswa kelas EN-6B angkatan 2011, terimakasih untuk persahabatan, kerjasama dan kenangan suka duka yang telah kita lalui bersama selama 3 tahun ini. 14. Sahabat-sahabat penulis penghuni Kost Cules yang selalu menyemangatiku dengan cara kalian, terimakasih telah menemani ketika masa-masa sulit. 15. Kepadamu teman doa, nama yang telah lama mengisi bait doaku. Saya sangat menghargai kehadiran, bantuan, motivasi, doamu dan semua yang telah Tuhan kerjakan dalam hubungan kita. 16. Dan seluruh pihak dan teman-teman penulis yang telah membantu penyelesaian laporan tugas akhir ini, untuk doa-doa yang telah tertuju kepadaku. 17. Untuk sumber segala inspirasi, sumber pengetahuan utama, sumber segala ilham selama penulisan ini, kepada Dia, Yesus dan Allah Bapa di Surga.
v
Penulis mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang bersifat membangun guna kesempurnaan laporan ini dan semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi dunia pendidikan dan teknologi. Akhir kata atas perhatian pembaca, penulis mengucapkan terima kasih. Medan,
September 2014
Hormat Penulis,
David Simanullang NIM : 1105051010
vi
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ...................................................................
i
LEMBARAN PERSETUJUAN ....................................................................
ii
LEMBARAN PENGESAHAN......................................................................
iii
KATA PENGANTAR ...................................................................................
iv
DAFTAR ISI ...................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
x
INTISARI .......................................................................................................
xi
ABSTRACT ....................................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN 1 A. Latar Belakang .............................................................................
1
B. Tujuan Tugas Akhir .....................................................................
3
C. Manfaat Tugas Akhir ...................................................................
3
D. Rumusan masalah ........................................................................
4
E. Teknik Pengumpulan Data ...........................................................
4
F. Sitematika Penulisan .....................................................................
5
BAB II DASAR TEORI ...............................................................................
6
A. Mesin Diesel ................................................................................
6
B.Bahan Bakar dan Pembakaran .......................................................
11
C. Bahan Bakar Solar ........................................................................
15
D. Bahan Bakar Nabati PPO .............................................................
18
E. PLTD ............................................................................................
20 vii
E. Konsumsi Bahan Bakar ................................................................
22
F. Effisiensi Thermal ........................................................................
23
G. Heat Rate ......................................................................................
24
BAB III PENGUMPULAN DATA ..............................................................
25
A. Pengambilan Data ........................................................................
25
B. Spesifikasi Mesin .........................................................................
25
C.Spesifikasi Generator ....................................................................
26
D. Prinsip Kerja Ruang Bakar Mesin Diesel ....................................
26
E. Blending HSD – PPO ...................................................................
31
F. Data ...............................................................................................
33
D. Sistem pada Mesin Desel PLTD Titi Kuning ..............................
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................
39
A. Proses Pembakaran
.................................................................
39
B. Kandungan Energi pada BBM Solar ............................................
40
C. Kandungan Energi pada BBN PPO ..............................................
43
D. Menghitung Daya Aktif dan Reaktif Generator ...........................
47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................
50
A. Simpulan .................................................................................
50
B. Saran ........................................................................................
51
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Bagian-bagian Mesin Diesel ......................................................
8
Gambar 2. Langkah Siklus Kerja 4 langkah ................................................
10
Gambar 3.
Diagram Hubungan P-V dan T-S ...............................................
11
Gambar 4. Proses Pembakaran .....................................................................
13
Gambar 5.
Skema Sistem Penyaluran Bahan Bakar ....................................
13
Gambar 6.
Preheater atau Pemanas PPO ......................................................
20
Gambar 7.
Bagian – bagian PLTD .....................................................................
21
Gambar 8.
Proses Pembakaran Mesin Diesel ........................................................
28
Gambar 9.
Sistem Injeksi .......................................................................................
30
Gambar 10. Diagram Alir Mixing HSD – PPO .......................................................
33
Gambar 11. Sistem Bahan Bakar .............................................................................
35
Gambar 12. Sistem Minyak Pelumas .......................................................................
36
Gambar 13. Sistem Air Pendingin .................................................................
37
Gambar 14. Sistem Udara Start ......................................................................
37
Gambar 15. Diagram Konsumsi Bahan Bakar .........................................................
49
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Spesifikasi BBM Solar (HSD)........................................................... 16 Tabel 2. Spesifikasi BBN PPO......................................................................... 19 Tabel 3. Data dari Logsheet............................................................................. 33
x
INTISARI
Ditengah krisis bahan bakar minyak saat ini, timbul pemikiran untuk mengembangkan sumber energi alternatif dan terbarukan. Salah satunya adalah pemanfaatan PPO (Pure Palm Oil) yang telah diterapkan dibeberapa pembangkit PLN di Indonesia, seperti di PLTD Titi Kuning sebagai salah satu bahan bakar alternatif pengganti HSD (High Speed Diesel). Mesin diesel yang telah dikenal sebagai jenis motor yang mempunyai effisiensi tinggi, salah satu keunggulan mesin diesel adalah sistem pembakarannya yang menggunakan compressionignition sehingga memungkinkan tercapainya tekanan awal yang tinggi sebelum terjadi proses pembakaran. Hal ini menjadikan mesin diesel mempunyai fleksibilitas jenis bahan bakar yang bisa digunakan salah satunya adalah PPO, sebagai bahan bakar alternatif terbarukan dalam menghadapi krisis minyak di dunia. Berdasarkan hasil pengolahan data, maka analisa pemakaian bahan bakar campuran HSD – PPO terdapat nilai SFC yang berbeda yang berbanding terbalik dengan effisiensinya. HSD mempunyai SFC 0,25 ltr/kWh dan effisiensi beban sebesar 42 %, sedangkan PPO mempunyai SFC 0,30 ltr/kWh dan effisiensi beban sebesar 38 %, ini berarti konsumsi pemakaian bahan bakar campuran HSD 60 % – PPO 40 % lebih banyak jika dibandingkan dengan pemakaian 100 % HSD.
Kata kunci: PPO, HSD, Mesin Diesel.
xi
ABSTRACT
In the Middle of the fuel crisis of the moment, the thought of developing alternative energy sources. One is the use of PPO (Pure Palm Oil) which has been applied in several power plants in Indonesia, as in PLTD Titi Kuning as one of the alternative fuels HSD (High Speed Diesel). The diesel engine has been known as a type of motor that has a high efficiency, one of the advantages of the diesel engine is a combustion system that uses compression-ignition so enables the achievement of high initial pressure before the combustion process. This makes the diesel engine has the flexibility of the type of fuel that can be used one of them is a PPO, as an alternative renewable fuels in the face of the oil crisis in the world. Based on the results of data processing, the analysis of the fuel mixture HSD PPO are different SFC values are inversely proportional to efficieny. HSD has a SFC of 0.25 liters / kWh and load efficiency of 42%, while the PPO has a SFC of 0.30 liters / kWh and load efficiency of 38%, this means the fuel consumption of HSD mixture of 60% - 40% more PPO if compared with the use of 100% HSD.
Keywords: PPO, HSD, Diesel Engines.
xii
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pertambahan jumlah penduduk akan berdampak tidak hanya pada peningkatan kebutuhan primer seperti kebutuhan sandang, pangan, dan papan, tetapi juga pada kebutuhan pendukung lainnya seperti sarana transportasi dan aktivitas industri untuk peningkatan kesejahteraan rakyat. Implikasinya adalah terjadi peningkatan kebutuhan energi, khususnya bahan bakar minyak. Walaupun dapat memproduksi bahan bakar sendiri, Indonesia sekarang telah tercatat sebagai negara pengimpor bahan
bakar
minyak
(Net
Importer
Country).
Keadaan
ini
semakin
mengkhawatirkan karena disinyalir cadangan minyak fosil Indonesia akan habis dalam kurun waktu 10-15 tahun ke depan. Kenaikan harga minyak berakibat pada naiknya biaya transportasi,biaya produksi industri dan pembangkitan tenaga listrik. Dalam jangka panjang impor BBM ini akan mendominasi penyediaan energi nasional apabila tak ada kebijakan pemerintah untuk melaksanakan penganeka ragamanenergi dengan pemanfaatan energi terbarukan dan lain-lain. Dampak lain yang terjadi di Indonesia akibat dari lonjakan harga minyak dunia adalah berkaitan erat dengan pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta barel tidak seimbang dengan produksinya yang hanya berkisar sekitar 1 juta barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor. Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus-menerus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan habis dalam dua dekade mendatang. Bila hal ini terus berlanjut tanpa mempertimbangkan energi alternatif maka akan terjadi permasalahan yang krusial bagi ekonomi bangsa Indonesia. Dengan digunakannya bahan bakar konvensional maka ada kemungkinan PLTD akan sulit dioperasikan di masa depan karena persediaan minyak bumi dunia yang semakin menipis. Harga minyak yang terus meningkat menjadi 1
pertimbangan utama dalam menggunakan pembangkit ini, harga minyak yang mahal diakibatkan karena pasar minyak dunia yang tidak stabil dan ongkos transportasi untuk membawa minyak tersebut ke daerah yang dituju mahal. Padahal di sisi beban, PLN dipaksa menjual listrik dengan harga murah, inilah yang menyebabkan PLN rugi besar. Untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak, pemerintah berperan aktif untuk menanggulangi masalah harga minyak yang semakin meningkat dan cadangan yang makin menipis. Kebijakan pemerintah dalam pengembanganBahan Bakar Nabati dengan membentuk tim nasional pengembangan Bahan Bakar Nabati (BBN). Sebagai upaya untuk mendukung pengembangan BBN maka telah diterbitkan Peraturan Presiden No.5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional. Kebijakan ini bertujuan untuk mewujudkan keamanan pasokan energi dalam negeri. Kebijakan utama meliputi penyediaan energi yang optimal, pemanfaatan energi yang efisien, penetapan harga energi ke arah harga keekonomian dan pelestarian lingkungan. Diantara sumber Bahan Bakar Nabati (BBN), Pure Palm Oil (PPO) adalah salah satu sumber energi yang tepat sebagai untuk dapat diubah/dikonversikan menjadi biodiesel, sebagai salah satu alternatif pengganti minyak diesel (solar). Selain bisa mengurangi penggunaan bahan bakar minyak solar pada mesin diesel, penggunaan PPO ini akan memberikan keuntungan lainnya, seperti bisa menghemat devisa negara karena mengurangi impor. Namun dalam pemakaian PPO ini pada pembangkit mesin bertenaga diesel harus ditambahkan alat tambahan yaitu pre heateratau alat pemanas bahan bakar. PPO (Pure Palm Oil) adalah minyak nabati yang telah melalui proses pemurnian seperti proses degumming (penghilangan getah) dan penyaringan. Pada proses pembuatan PPO diperlukan proses bleaching (pemucatan) dan deodorisasi (penghilangan bau) seperti pada proses pembuatan minyak goreng. PPO disebut juga unmodified oil atau SVO (Straight Vegetable Oil) yang artinya adalah minyak yang telah dimurnikan tanpa melibatkan modifukasi secara kimia.
2
B. Tujuan Adapun tujuan penulisan dan pembuatan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Melengkapi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan perkuliahan pada program Diploma 3 Politeknik Negeri Medan Program Studi Teknik Konversi Energi. 2. Untuk memanfaatkan sumber daya alam yaitu sumber energi nabati sebagai sumber energi alternatif. 3. Menganalisa sistem bahan bakar Pembangkit Listrik Tenaga Diesel yang menggunakan bahan bakar nabati PPO sebagi bahan bakar alternatif.
C.
Manfaat Adapun manfaat dari penulisan dan pembuatan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk penulis sendiri menambah pengetahuan, pengalaman dan wawasan komprehensif baik secara teori maupun praktis yang menjadi bekal untuk memasuki kerja industri terkait. 2. Politeknik Negeri Medan sebagai inventaris dalam mempublikasikan kepada khalayak ramai untuk pemanfaatan minyak nabati PPO dalam mengurangi konsumsi BBM yang semakin terbatas. 3. Membantu mahasiswa yang ingin menambah pengetahuan dan wawasan tentang pengembangan dan pemanfaatan Bahan Bakar Nabati Pure Palm Oil (PPO) sebagai sumber energi alternatif. D.
Perumusan Masalah Topik batasan atau permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
3
1. Bagaimana pemanfaatan minyak nabati Pure Palm Oil (PPO) ini menjadi bahan bakar alternatif pada mesin diesel yang diterapkan di PLTD Titi Kuning. 2. Pengaruh performansi bahan bakar nabati PPO terhadap kinerja mesin pembangkit bertenaga diesel yang ada di PLTD Titi Kuning. 3. Konsumsi bahan bakar solar – PPO mesin diesel: Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel oil comsumption) Konsumsi bahan bakar dalam Kg/jam
E. Teknik Pengumpulan Data Untuk melakukan penulisan laporan tugas akhir ini maka teknik pengumpulan data-data dan bahan-bahan yang berhubungan adalah sebagai berikut: 1. Membaca dan memahami materi yang terkandung dalam literatur yang ada di perpustakaan, buku pegangan, akses internet dan sumber-sumber buku lain. 2. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan juga konsultasi dengan manajer dan juga karyawan di PLTD Titi Kuning
F.
Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman, maka penulis membuat sistematika penulisan dalam laporan tugas akhir ini sebagai berikut :
4
BAB I PENDAHULUAN Terdiri dari latar belakang, tujuan, manfaat, rumusan masalah, sistematika penulisan tugas akhir BAB II TEORI DASAR Bab ini berisikan tentang dasar teori yang digunakan yaitu mengenai mesin diesel, prinsip kerja mesin diesel,konsumsi bahan bakar spesifik HSD – PPO, pembakaran mesin diesel, persamaan-persamaan yang digunakan. BAB III PENGUMPULAN DATA Bab ini berisi tentang spesifikasi mesin, peralatan penunjang pada sistem bahan bakar solar (HSD) – PPO. BAB IV ANALISA DATA Bab ini berisikan hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan tugas akhir. BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.
5
