APLIKASI SISTEM DUAL FUEL BENSIN DAN SYN GAS HASIL GASIFIKASI BIOMASSA PADA MOTOR BENSIN STASIONER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK

Seminar Nasional Teknik Mesin 6 16 Juni 2011 , Surabaya, Indonesia

APLIKASI SISTEM DUAL FUEL BENSIN DAN SYN GAS HASIL GASIFIKASI BIOMASSA PADA MOTOR BENSIN STASIONER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK Bambang Sudarmanta, Eko Wahyu Dirgantara Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS Kampus ITS Jalan Arief Rahman Hakim Keputih-Sukolilo Surabaya, 60111 E-mail: [email protected] Abstrak Dalam penelitian ini, dilakukan karakterisasi unjuk kerja motor sistem dual fuel bensin dan syn gas pada motor bensin stasioner untuk pembangkit listrik. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan karakterisai unjuk kerja dari mekanisme dual fuel yang diaplikasikan pada motor bensin stasioner untuk pembangkit listrik. Bahan bakar syn-gas dihasilkan melalui proses gasifikasi menggunakan reaktor gasifier downdraft sekam padi sistem kontinyu. Secara keseluruhan, sistem pembangkit listrik berpenggerak motor bensin dual fuel ini terdiri dari unit pengumpan biomassa, reaktor gasifier, unit pemurnian raw syn gas, motor bensin dual fuel dan generator set. Unit pengumpan biomassa dirancang untuk memasukkan biomassa umpan, yaitu sekam padi kedalam reaktor gasifier sesuai dengan kebutuhan. Reaktor gasifier menggunakan sistem downdraft untuk mereduksi kandungan tar. Pemakaian unit pemurnian raw syn gas untuk membersihkan kandungan debu dan partikel berat yang terikut dalam raw syn gas dengan cara melewatkannya dalam unit cyclone, dan dilanjutkan dengan membersihkannya dengan air secara berlawanan arah didalam water scrubber. Selain itu, water scrubber juga berfungsi sebagai media pendinginan syn gas. Syn gas yang sudah dimurnikan selanjutnya dimasukkan kedalam saluran udara motor bensin yang sudah dimodifikasi menjadi dual fuel. Mekanisme pemasukan syn gas hasil gasifikasi dilakukan dengan pemasangan pressure regulator dan mixer yang di dalamnya dipasang mixing Jet. AFR (Air Fuel Ratio) sistem dual fuel divariasikan melalui pengaturan tekanan pada pressure regulator yaitu sebesar 0.1 bar, 0.2 bar, 0.3 bar, 0.4 bar, dan 0.5 bar. Variasi beban pada motor bensin dimulai dari 200 sampai 2400 Watt dengan interval 200 Watt. Pengukuran dilakukan terhadap laju alir udara dan syn gas, waktu konsumsi bensin 130 ml dan suhu mesin. Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah peningkatan efisiensi volumetrik sebesar 19,63 % dengan pemakaian mixer yang dilengkapi dengan mixing jet, penurunan pemakaian bensin paling tinggi hingga 75,12 % pada dan beban listrik 1241,2 VA, dengan penambahan massflowrate syn gas menyebabkan peningkatan spesific fuel consumption (sfc) sebesar 70,04%, penurunan efisiensi termal sebesar 14,64 % serta kenaikkan temperatur engine, oli pelumas dan gas buang. Secara keseluruhan, bertambahnya bahan bakar meningkatkan temperatur engine, oli pelumas dan gas buang, selain itu juga campuran menjadi terlalu kaya mengakibatkan engine mati pada tekanan syngas diatas 0,5 bar pada pembebanan 2200 watt. Kata kunci : Motor bensin, sistem dual-fuel, unjuk kerja, bensin dan syn gas

1. PENDAHULUAN Gasifikasi biomassa merupakan salah satu cara untuk memanfaatkan limbah biomassa menjadi energi secara dekomposisi termal dari bahanbahan organik melalui pemberian sejumlah panas dengan suplay oksigen terbatas untuk menghasilkan synthesis gases yang terdiri dari CO, H2, CH4 (selanjutnya disebut dengan syn-gas) sebagai produk utama dan sejumlah kecil arang karbon dan abu sebagai produk ikutan [1]. Proses gasifikasi melibatkan 4 tahapan proses berupa drying, pyrolisis, oksidasi parsial dan reduksi [2]. Drying merupakan proses penguapan kandungan air didalam biomassa melalui pemberian panas pada interval suhu 100~3000C. Drying dilanjutkan dengan dekomposisi termal kandungan volatile matter berupa gas dan menyisakan arang karbon, dimana proses ini biasa disebut sebagai pirolisis. Pirolisis merupakan proses eksoterm yang melepas sejumlah panas pada interval suhu 300~9000C. Selanjutnya sisa arang karbon akan mengalami proses oksidasi parsial, dimana proses ini merupakan proses eksoterm yang melepas panas pada interval suhu diatas 9000C. Panas yang dilepas dari oksidasi parsial ini digunakan untuk mengatasi kebutuhan panas dari reaksi reduksi endotermis dan untuk memecah hidrokarbon yang telah terbentuk

selama proses pirolisis. Proses reduksi gas CO2 dan H2O ini terjadi pada interval suhu 400~9000C. Reduksi gas CO2 melalui reaksi kesetimbangan Boudouard equilibrium reaction dan reduksi gas H2O melalui reaksi kesetimbangan water-gas reaction, dimana reaksi-reaksi tersebut secara dominan dipengaruhi oleh suhu dan tekanan. Syn gas yang didapatkan dari hasil proses gasifikasi pada reaktor gasifier type downdraft memiliki kandungan tar dan particulate yang rendah sehingga sesuai digunakan untuk pembangkit listrik yang diaplikasikan untuk skala kecil dan menengah. Penggunaan bahan bakar syngas hasil gasifikasi sekam padi pada mesin biodiesel stasioner 3 kW dapat menggantikan 60 % konsumsi biodiesel [3]. Sedangkan untuk penggunaan bahan bakar biogas yang berasal proses fermentasi kotoran ternak melalui reaktor digester pada motor bensin stasioner dilakukan oleh Porpatham et al [4]. Penelitian dilakukan dengan pengaturan kadar hydrogen dengan maksud untuk mengetahui efek yang akan terjadi pada performa dari bahan bakar biogas pada motor bensin. Hasil menunjukkan bahwa dengan penambahan hidrogen sebesar 5%, 10%, dan 15%) kedalam biogas mampu meningkatkan pembakaran dan ujuk kerja mesin.


Dalam penelitian ini, dilakukan karakterisasi unjuk kerja motor sistem dual fuel bensin dan syn gas pada motor bensin stasioner untuk pembangkit listrik. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan karakterisai unjuk kerja dari mekanisme dual fuel yang diaplikasikan pada motor bensin stasioner untuk pembangkit listrik. Komposisi syn gas hasil gasifikasi sekam padi di variasikan mulai 0% sampai 100%. 2. METODE PENELITIAN

Gambar 1. Peralatan gasifikasi sekam padi

Penelitian dilakukan secara eksperimental dengan dimulai dari karakterisasi biomassa umpan secara proximate dan ultimate analysis. Secara keseluruhan, sistem pembangkit listrik berpenggerak motor bensin dual fuel ini terdiri dari unit pengumpan biomassa, reaktor gasifier, unit pemurnian raw syn gas, motor bensin dual fuel dan generator set. Unit pengumpan biomassa dirancang untuk memasukkan biomassa umpan, yaitu sekam padi kedalam reaktor gasifier sesuai dengan kebutuhan. Reaktor gasifier menggunakan sistem downdraft untuk mereduksi kandungan tar. Pemakaian unit pemurnian untuk membersihkan kandungan debu dan partikel berat yang terikut dalam raw syn gas dengan cara melewatkannya dalam unit cyclone, dan dilanjutkan dengan membersihkan dengan air secara berlawanan arah didalam water scrubber. Selain itu, water scrubber juga berfungsi sebagai media pendinginan syn gas. Syn gas yang sudah dimurnikan selanjutnya dimasukkan kedalam saluran udara motor bensin yang sudah dimodifikasi menjadi dual fuel. Mekanisme pemasukan syn gas hasil gasifikasi dilakukan dengan pemasangan pressure regulator dan mixer yang di dalamnya dipasang mixing Jet. AFR (Air Fuel Ratio) sistem dual-fuel divariasikan melalui pengaturan tekanan pada pressure regulator yaitu sebesar 0.1 bar, 0.2 bar, 0.3 bar, 0.4 bar, dan 0.5 bar. Variasi beban pada motor bensin dimulai dari 200 sampai 2400 Watt dengan interval 200 Watt. Pengukuran dilakukan terhadap laju alir udara dan syn gas, waktu konsumsi bensin 130 ml, temperatur mesin.

Syn gas hasil gasifikasi selanjutnya digunakan sebagai bahan bakar motor bensin dengan sistem dual fuel, rangkaian percobannay ditunjukkan pada Gambar 2.

Bahan baku sekam padi didapatkan dari tempat penggilingan padi di Surabaya dengan hasil karakterisasi proximate dan ultimate analisis, seperti ditunjukkan dalam Tabel 1. Table 1. Karakterisasi sekam padi [3] No 1 2 3 4 5 6

Parameter Unit Nilai Moisture % wt 9,2 Ash content content % wt 17,5 Volatile matter % wt 65,3 Fixed carbon % wt 17,4 Density Kg/m3 188 LHV MJ/kg 14,1 C % wt 37,6 5,0 7 Componen H % wt N % wt 0,3 O % wt 36,6 Selanjutnya dilakukan karakterisasi gasifikasi pada reaktor gasifier type downdraft dengan rangkaian perlatan seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 2. Peralatan karakterisasi unjuk kerja mesin sistem dual fuel 3. HASIL PEMBAHASAN

PENELITIAN

DAN

Karakterisasi unjuk kerja sistem dual fuel bensin dan syn gas hasil gasifikasi biomassa yang diaplikasikan pada motor bensin stasioner diuraikan sebagai berikut: 3.1. Daya Motor Motor uji dihubungkan dengan generator listrik, sehingga beban motor uji dinyatakan dalam beban lampu. Pada pengujian ini, putaran generator dikondisikan konstan pada 3000 rpm untuk mendapatkan tegangan listrik tetap, sementara pada saat beban listrik ditambah akan menyebabkan putaran generator yang diputar oleh mesin akan turun. Putaran tersebut diperoleh dengan melakukan kontrol pada jumlah bahan bakar bensin yang dimasukkan ke dalam ruang bakar melalui mekanisme Governor. Setiap penambahan beban listrik maka jumlah bensin yang masuk ke dalam ruang bakar akan lebih banyak untuk menjaga putaran mesin konstan. Sementara untuk mekanisme pada dual-fuel, bahan bakar syn gas yang masuk dijaga konstan sesuai dengan tekanan yang diatur melalui tekanan keluar pada pressure regulator, sementara jumlah bensin diatur oleh mekanisme governor untuk mendapatkan putaran konstan pada 3000 rpm. Dapat dikatakan bahwa daya yang diperlukan akan naik dengan bertambahnya beban listrik yang diberikan sebagai kompensasi bertambahnya bahan bakar yang masuk ke ruang bakar, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3. Bahan bakar yang bertambah banyak menyebabkan semakin banyak energi yang dapat dikonversi menjadi energi panas dan mekanik dengan udara

2


yang cukup. Energi menjadikan daya mesin semakin besar, sesuai dengan beban yang diberikan kepada mesin.

motor dan pada akhirnya bentuk grafik yang ditunjukkan sama dengan bentuk grafik yang ditunjukkan oleh grafik daya fungsi beban listrik. Secara umum penambahan jumlah syn gas yang masuk ke ruang bakar akan membuat torsi yang dihasilkan oleh mesin semakin besar, karena semakin banyak bahan bakar yang masuk ke ruang bakar yang kemudian diubah menjadi energi mekanik mengatasi beban pada poros mesin.

Gambar 3. Daya motor fungsi beban listrik

Idealnya untuk putaran mesin konstan daya akan sebanding dengan bertambahnya beban, karena nilai putaran tidak berpengaruh pada perubahan nilai daya mesin. Untuk beban 200 Watt s.d. 800 Watt mengikuti idealnya kenaikan daya yang linier dengan kenaikan beban, sementara untuk beban 1000 s/d 2400 Watt terlihat adanya perubahan yang sangat kecil dan variasi nilai yang sedikit menyimpang dari bentuk ideal. Hal ini disebabkan apabila dilihat dari hasil pengambilan data nilai dari voltage yang dibaca oleh alat ukur mengalami penurunan 2 s.d. 12 Volt mulai dari beban 1000 Watt. Padahal pada saat pengujian berlangsung putaran pada setiap variasi beban dijaga konstan sebesar 3000 rpm. Sehingga dapat dikatakan bahwa bahwa tidak terjadi permasalahan apapun pada engine yang menyebabkan terjadinya variasi nilai tersebut. Jadi, untuk beban 200 sampai 2400 watt secara umum dapat dikategorikan linier.

Idealnya bentuk grafik torsi putaran konstan adalah bentuk linier dari torsi engine terhadap penambahan beban. Karena itu pada beban 200 s.d. 800 Watt pada Gambar 4. menunjukkan model yang demikian. Akan tetapi apabila kita tinjau pada beban 1000 s.d. 2400 Watt bentuk garis-garis yang menghubungkan beberapa titik sesuai dengan variasi laju alir massa syn gas membentuk hubungan yang tidak stabil dan ada perbedaan yang sedikit lebih besar dari beban di bawahnya, hal ini disebabkan adanya perbedaan nilai voltage yang dimulai dari beban 1000 Watt. Kemudian ketidakstabilan voltage listrik ini kemudian mempengaruhi nilai daya motor yang dihasilkan oleh mesin, dimana daya motor sebagai variabel pembentuk nilai torsi mempengaruhi nilai torsi yang direpresentasi-kan melalui grafik torsi. Jadi, secara umum grafik torsi putara konstan masih dalam bentuk ideal berupa garis linear. 3.3.Tekanan efektif rata-rata (bmep) Secara umum penambahan jumlah syn gas yang masuk ke ruang bakar akan membuat bmep yang dihasilkan oleh engine semakin besar. Proses pembakaran campuran udara-bahan bakar menghasilkan tekanan yang bekerja pada piston untuk melakukan langkah kerja.

3.2. Torsi Motor Kecenderungan nilai torsi motor terhadap perubahan beban listrik ini memiliki karakteristik yang sama dengan daya motor, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4. Torsi merupakan ukuran kemampuan dari mesin untuk menghasilkan kerja. Torsi berguna untuk mengatasi hambatan sewaktu beban diberikan ke poros mesin. Sehingga dapat disimpulkan secara sederhana bahwa torsi akan semakin besar, apabila beban yang diberikan juga semakin besar. Melalui persamaan berikut,

Gambar 5. bmep fungsi beban listrik Grafik bmep terlihat mempunyai kecenderungan naik seiring dengan bertambahnya beban, dimana nilai bmep didapat melalui persamaan berikut,

dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa variabel yang mempengaruhi perubahan nilai bmep dalam pengujian engine kali ini adalah daya engine (Ne), sementara variabel yang lain bernilai konstan termasuk putaran engine (n). Gambar 4. Torsi motor fungsi beban listrik dimana nilai torsi kemudian bergantung pada nilai daya (Ne) dan putaran mesin (n). Karena dalam pengujian ini putaran mesin dijaga konstan, maka perubahan nilai torsi bergantung variasi daya

Pengamatan yang lebih detail menunjukkan pada beban 200 s.d. 800 Watt pada Gambar 4.6 menunjukkan model yang linier. Akan tetapi apabila kita tinjau pada beban 1000 s/d 2000 Watt bentuk garis-garis yang menghubungkan beberapa titik sesuai dengan variasi laju alir massa syn gas membentuk hubungan yang tidak stabil dan ada

3


perbedaan yang sedikit lebih besar dari beban di bawahnya, hal ini disebabkan adanya perbedaan nilai voltase yang dimulai dari beban 1000 Watt. Kemudian ketidakstabilan voltage listrik ini kemudian mempengaruhi nilai daya mesin yang dihasilkan oleh mesin, dimana daya engine sebagai variabel pembentuk nilai torsi mempengaruhi nilai torsi yang direpresentasikan melalui grafik torsi fungsi beban listrik yang demikian. Dalam keadaan ideal, bmep umumnya lebih besar dari tekanan atmosfer. Namun pada data awal pengujian ini terlihat bahwa nilai bmep berada di bawah tekanan atmosfer. Hal ini dimungkinkan karena tekanan yang ditampilkan adalah tekanan alat ukur, sehingga untuk mendapatkan tekanan absolut harus ditambah dengan tekanan atmosfer. Selain hal tersebut nilai bmep yang berada di bawah tekanan atmosfer dimungkinkan karena generator tersebut dioperasikan di bawah kondisi operasi minimal yang disyaratkan, akibatnya performa yang dihasilkan pada pembebanan awal tidak akan optimal. Secara umum grafik bmep fungsi beban yang ditunjukkan pada Gambar 5 masih menyerupai bentuk ideal berupa garis linear.

semakin kecil sampai hanya 1,66 kalinya karena laju alir massa bensin semakin besar seiring dengan kenaikan beban listrik. Hal ini dapat kita pahami melalui persamaan sfc secara umum sebagai berikut,

dimana dalam hal ini massa bahan bakar selalu konstan sementara waktu konsumsi bahan bakar semakin sedikit saat beban listrik ditambah. Demikian pula saat penggunaan syn gas dimana meskipun waktu yang diperlukan untuk konsumsi bensin semakin lama, akan tetapi saat settingan awal laju alir massa syn gas sudah sangat besar melebihi laju alir massa bensin dan hal ini sangat terasa pada saat beban rendah.

3.4. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan besarnya konsumsi bahan bakar untuk menghasilkan daya 1 daya kuda selama 1 jam.Besarnya konsumsi bahan bakar spesifik terhadap perubahan beban selengkapnya ditunjukkan pada Gambar 6 dan 7.

Gambar 6. sfc campuran bensin dan syngas pada mode dual fuel fungsi beban listrik Dari Gambar 6 terlihat pada tekanan 0,5 bar adalah kondisi maksimum dengan nilai sfc dan persentase penggantian bensin paling besar dimana mesin tidak mati pada saat beban listrik nol. Akan tetapi pada beban maksimum 2000 Watt nilai sfc dan besar penggantian bensin tidak dapat ditampilkan karena mesin mati. Kemudian pada tekanan 0,4 bar adalah kondisi dimana beban listrik maksimum (2400 Watt) dapat tercapai dengan kondisi mesin stabil. Apabila diambil satu kondisi beban listrik maka akan terlihat setiap penambahan syngas akan membuat besar sfc semakin besar. Hal ini disebabkan aliran massa syngas semakin besar. Apabila kita lihat pada beban listrik 200 Watt, maka besar sfc pada dual fuel 0,1 bar gas sebesar 2,71 kg/hp.h naik sampai sebesar 211,38 % dari kondisi single-fuel sebesar 1,28 kg/hp.h. Hal ini disebabkan laju alir massa syn gas sangat besar dibandingkan bensin. Akan tetapi selisih tersebut

Gambar 7. sfc bensin pada mode dual fuel fungsi beban listrik Pada Gambar 7. menunjukkan perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik bensin saja untuk single fuel dan pada saat dual fuel dioperasikan. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa secara umum konsumsi bensin mengalami penurunan dengan adanya penambahan jumlah syn gas yang masuk ke dalam ruang bakar melalui variasi tekanan syn gas. Ini berarti bahwa jumlah syngas yang masuk ke ruang bakar dapat menggantikan sejumlah bahan bakar bensin untuk mendapatkan daya yang dibutuhkan untuk mengatasi beban listrik. Dari grafik terlihat bahwa sfc tertinggi pada saat beban terendah dan terus mengalami penurunan dengan bertambahnya beban. Berdasarkan analisa dengan menggunakan persamaan di atas, besar sfc hanya dipengaruhi oleh besarnya perubahan daya engine (Ne) dan waktu konsumsi bahan bakar (s), sedangkan massa bahan bakar (mbb) bensin konstan. Daya engine naik seiring dengan kenaikan beban listrik sementara waktu konsumsi bahan bakar bensin semakin singkat. Pada kisaran beban 80 s.d. 90 % adalah kondisi optimal dimana waktu dan daya yang diberikan memberikan nilai sfc paling rendah. Fenomena yang ditampilkan dalam kondisi ini adalah AFR pada pengujian engine putaran stasioner selalu berubah berdasarkan beban yang diberikan. Namun tidak setiap nilai AFR dapat menghasilkan pembakaran yang optimal. Pada beban kecil, AFR yang terbentuk adalah campuran yang lebih miskin sehingga untuk menghasilkan daya efektif sebesar 1 hp selama 1 jam dibutuhkan lebih banyak campuran bahan bakar. Semakin besar beban maka AFR akan bergeser ke arah campuran yang lebih kaya, namun belum tentu setiap campuran

4


yang kaya mampu menghasilkan daya efektif sebesar 1 hp.

Gambar 8. Persentase penggantian konsumsi bensin oleh syn gas Melalui Gambar 8 dapat dilihat jumlah persentase bensin yang digantikan oleh syn gas setiap penambahan syngas dan beban listrik. Setiap kenaikan tekanan syngas yang keluar dari pressure regulator, terjadi kenaikan laju alir massa syn gas yang masuk ke dalam ruang bakar. Setiap kenaikan laju alir massa syn gas, besarnya jumlah persentase bensin yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar untuk menjaga putaran mesin konstan akan semakin turun. Sehingga jumlah persentase bensin yang digantikan akan semakin besar. Saat beban listrik semakin besar, jumlah bensin semakin banyak untuk menjaga putaran konstan sehingga persentase pergantian semakin kecil. Pada grafik tersebut terlihat bahwa jumlah persentase penggantian bensin yang terbesar terjadi pada tekanan syngas 0,5 bar. Hal ini disebabkan syngas menjalani perannya sebagai secondary fuel dengan baik, meskipun perannya tidak dapat menggantikan bensin 100 %. Syn gas memiliki kelebihan untuk mencapai homogenitas campuran udara-bahan bakar, sehingga diharapkan periode tunda (delay period) proses pembakaran dalam ruang bakar semakin pendek. Apabila pada akhirnya engine hanya mampu mengakomodasi laju alir massa syngas maksimum seperti yang direpresentasikan oleh tekanan syn gas 0,5 bar, hal tersebut disebabkan dengan kondisi di atas tekanan syn gas 0,5 bar campuran udara-bahan bakar telah menjadi sangat kaya dan menyebabkan pembakaran di dalam ruang bakar tidak lagi sempurna dan banyak bahan bakar yang tidak terbakar karena tidak mendapat udara yang cukup untuk pembakaran. Sehingga banyak energi dari bahan bakar yang terbuang, dan tentu saja daya yang dihasilkan mesin berkurang. 3.5. Effisiensi Thermal Dari Gambar 9. terlihat bahwa efisiensi termal tertinggi ada pada penggunaan single fuel, dan kemudian diikuti penurunan nilai efisiensi termal saat laju alir massa syn gas yang direpresentasikan oleh besar tekanan syngas dilakukan penambahan. Hal ini disebabkan besar energi input melalui bahan bakar yang masuk ke ruang bakar lebih besar pada dual fuel untuk beban yang sama.

Gambar 9. Efisiensi termal campuran bensin dan syngas pada mode dual fuel

Grafik juga menunjukkan bahwa efisiensi termal maksimum untuk kondisi single fuel dan kondisi dual fuel berada pada kisaran beban 100 % . Namun pada kisaran beban 60 dan 80 % effisiensi termal sempat mengalami penurunan disebabkan jumlah energi input yang masuk ke ruang bakar terlalu besar atau campuran dalam ruang bakar kaya akan bahan bakar. Melalui persamaan umum efisiensi termal sebagai berikut:

Dapat dilihat bahwa ada hubungan antara sfc dengan nilai efisiensi termal yang dihasilkan. Pada penggunaan sistem dual fuel nilai efisiensi termal secara umum mengalami penurunan dengan penambahan laju alir massa syngas, seperti ditunjukkan pada persamaan berikut,

Dapat dilihat bahwa faktor yang membuat nilai efisiensi termal semakin turun adalah lebih disebabkan laju alir massa syn gas sangat besar dan nilai ini mempengaruhi nilai sfc-nya yang menjadi sangat besar. Nilai kalor syn gas yang lebih rendah dengan massflorate syn gas yang tinggi dari pada nilai kalor bensin mengakibatkan nilai pembanding dari rumus diatas mengalami peningkatan. 3.6. Analisis Rasio Udara - Bahan Bakar Gambar 10 menunjukkan perbedaan yang sangat besar antara AFR single fuel dengan dual fuel. Hal ini disebabkan jumlah bahan bakar yang masuk dalam sistem dual fuel jauh lebih besar, yang disebabkan besarnya laju alir massa syn gas, meskipun dengan penambahan syn gas laju alir massa bensin berkurang. Sementara mesin yang digunakan adalah otto engine stasioner yang otomatis dpat mengatur masukan laju alir massa udara dan bensin yang masuk dengan menggunakan mekanisme governor. Laju alir massa syn gas akan mengurangi laju alir massa udara yang masuk melalui intake manifold.

5


Gambar 10. Rasio udara-bahan bakar (AFR) fungsi beban listrik Bertambahnya beban listrik menyebabkan AFR berkurang, hal ini disebabkan pertambahan beban listrik sejalan dengan pertambahan bahan bakar bensin, sementara laju alir massa udara selalu konstan untuk setiap satu kondisi variasi tekanan syn gas. Disebutkan bahwa idealnya AFR berada dalam kisaran , sementara yang memenuhi syarat AFR tersebut adalah kondisi single fuel antara beban 0 s.d. 1600 Watt. Untuk seluruh variasi tekanan syn gas yang diujikan pada dual fuel tidak satupun yang memenuhi syarat AFR ideal. Disimpulkan bahwa untuk variasi AFR tidak sesuai digunakan pada dual fuel system dengan syn gas bertekanan.

3.7. Analisis Suhu Mesin Gambar 11 menunjukkan pengaruh laju alir massa syn gas terhadap suhu mesin setiap kenaikan beban listrik. Dalam grafik digambarkan bahwa adanya peningkatan suhu mesin terhadap kenaikan beban, hal ini disebabkan bertambahnya jumlah energi input ke dalam ruang bakar untuk memberikan daya mesin terhadap kenaikan beban listrik.

ruang bakar dengan cara menambah kuantitas bahan bakar membuat semakin banyak energi yang dikonversi menjadi energi panas melalui proses pembakaran dalam ruang bakar. Dan apabila campuran bahan bakar menjadi terlalu kaya menyebabkan semakin banyak bahan bakar yang tidak terbakar selama proses pembakaran dan keluar sebagai unburnt fuel, sehingga gas buang yang tercampur dengan unburnt fuel tersebut suhunya menjadi lebih dingin. Kemudian khusus untuk dual fuel 0,5 bar gas pressure menyebabkan gas yang masuk memiliki specific energy (dynamic head) yang cukup besar untuk mendorong campuran yang sedang terbakar pada saat katup isap & katup buang terbuka bersamaan.

4. KESIMPULAN Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah peningkatan efisiensi volumetrik sebesar 19,63 % dengan pemakaian mixer yang dilengkapi dengan mixing jet. Penurunan pemakaian bensin paling tinggi hingga 75,12 % pada dan beban listrik 1241,2 VA, dengan penambahan massflowrate syn gas menyebabkan peningkatan konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 70,04%, penurunan efisiensi termal sebesar 14,64 % serta kenaikan suhu mesin. Secara keseluruhan, bertambahnya bahan bakar meningkatkan suhu mesin, selain itu juga campuran menjadi terlalu kaya mengakibatkan mesin mati pada tekanan syn gas diatas 0,5 bar

UCAPAN TERIMA KASIH Artikel ini bagian dari kegiatan riset yang didanai Dikti melalui LPPM ITS tahun anggaran 2009/2010, sehingga penulis mengucapkan terima kasih kepada Dirjen Dikti dan LPPM ITS atas pendanaan yang telah diberikan. Penulis juga mengucapkan terima kasih pada team gasifikasi mesin, Eko Wahyu dkk atas kerjasama dalam penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Gambar 11. Suhu mesin fungsi beban listrik Selain itu grafik juga menunjukkan kenaikan nilai suhu mesin setiap kenaikan laju alir massa syn gas (syngas massflowrate). Hal ini disebabkan oleh jumlah energi input ke ruang bakar yang bertambah besar. Akan tetapi khusus untuk aliran massa syn gas yang direpresentasikan oleh tekanan syn gas 0.2 bar terjadi perbedaan dimana suhu gas pada beban listrik 0 sampai 400 Watt yang semula lebih rendah dari pada suhu mesin lainnya pada beban yang sama. Analisa yang dipahami dari gambaran tersebut adalah bahwa pertambahan energi input ke dalam

1. Reed, T.B., Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems, USA, 1986. 2. Satake, “Biomass Gasification and solution for Agro Waste”, Jepang, 2006. 3. Sudarmanta, B., Dual fuel engine performance using biodiesel and syn-gas from rice husk downdraft gasification for power generation, Proceeding of International Seminar on Sustainable Biomass Production and Utilization: Challenges and Opportunities (ISOMASS), Augus, 3-4, 2009. 4. Porpatham, E., Ramesh, A. &

Nagalingam, B., Effect of Hydrogen Addition On The Performance of a Biogas Fuelled Spark Ignition Engine, Indian Institute of Teknology Madras, India, 2006. 5. Abd Alla, G.H., Soliman, H.A., Badr, O.A. and Abd Rabbo, M.F., Effect of pilot fuel quantity on the performance of a dual fuel

6


engine. Energy Conversion and Management, vol. 41, pp 559-572, 2000. 6. Badr, O., Karim, G.A. and Liu, B., An examination of the flame spread limits in a dual fuel engine. Applied Thermal Engineering, 1999. 7. Bedoya, I.D., Arrieta, A.A. and Cadavid, F.J., Effects of mixing system and pilot fuel quality on diesel–biogas dual fuel engine performance, Bioresource Technology, vol. 100, pp 6624–6629, 2009. 8. Zhenhong, Y., Pengmei, Lv., Ma Longlong, Wu Chuangzhi, Chen Yong and Zhu Jingxu, Hydrogen-rich Gas Production from Biomass Air and Oxygen/Steam Gasification in a Downdraft Gasifier, Science Direct, China. 2006. 9. Incropera, Frank P., DeWitt, David P., Bergman, T. & Lavine, A.S., Fundamentals of heat and mass transfer, sixth edition, John Wiley & Sons, New York, 2007. 10. Sunil Dhingra, Use of Biomass Gasifier for Thermal Application in Myanmar, New Delhi, 2000.

7

APLIKASI SISTEM DUAL FUEL BENSIN DAN SYN GAS HASIL GASIFIKASI BIOMASSA PADA MOTOR BENSIN STASIONER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK

Recommend Documents