STUDI PERBANDINGAN KINERJA MOTOR STASIONER EMPAT LANGKAH SATU SILINDER MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR GAS LPG DAN BIOGAS oleh: Novian Eka Purnama NRP. 2108 030 018 PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011
Dosen Pembimbing Ir. Joko Sarsetyanto, MT NIP. 19610602 198701 1 001
STUDI PERBANDINGAN KINERJA MOTOR STASIONER EMPAT LANGKAH SATU SILINDER MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR GAS LPG DAN BIOGAS
LATAR BELAKANG Cadangan minyak mentah semakin menipis sementara kebutuhannya terus mengalami peningkatan.
Biogas merupakan salah satu energi terbarukan dan mudah diproduksi
Penelitian sebelumnya membahas mengenai modifikasi genset motor bensin empat langkah menjadi genset dengan bahan bakar LPG.
Penggunaan Bahan bakar Biogas pada suatu mesin diperlukan komponen mixer pada lubang pemasukan udara karburator
PERMASALAHAN
Bagaimana kinerja genset empat langkah ketika dimodifikasi menggunakan bahan bakar Gas (BBG) dengan penambahan mixer venturi.
Bagaimana perbandingan unjuk kerja mesin genset empat langkah menggunakan bahan bakar gas BIOGAS dengan menggunakan bahan bakar gas LPG.
TUJUAN PENELITIAN
Biogas, mixer
LPG,BIOGAS ,mixer
Untuk mengetahui unjuk kerja genset motor bakar empat langkah menggunakan bahan bakar biogas yang telah di modifikasi dengan mixer venturi.
Untuk mengetahui perbandingan unjuk kerja mesin genset antara menggunakan bahan bakar gas LPG dan menggunakan bahan bakar BIOGAS dengan penambahan mixer ventury
BATASAN MASALAH
Pengujian dilakukan pada genset motor bensin 4 langkah 1 silinder merk Vorex seri V1500 1000 watt, volume silinder 100 CC menggunakan karburator sebagai penyalur bahan bakar udara dan mixer venturi sebagai alat percampuran bahan bakar biogas dengan udara.
Bahan bakar gas yang digunakan adalah gas LPG yang diproduksi pertamina
Bahan bakar gas yang digunakan adalah biogas yang diproduksi Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Tulung Agung Kepanjen Malang.
Mixer venture tidak diuji secara khusus, tapi diuji secara langsung pada genset.
Kondisi temperatur udara sekitar dianggap ideal.
Data diambil pada beban berupa lampu, @ lampu = 100 Watt.
Tidak melakukan analisa pelumasan.
Tidak membahas reaksi kimia pada penggunaan bahan bakar Biogas dan gas LPG.
METODOLOGI PENELITIAN
Gambar Diagram Alir Pengujian
MANFAAT PERCOBAAN..... Agar dapat menjadi sumbangan bagi ilmu pengetahuan serta dapat memberi informasi kepada masyarakat umum tentang keunggulan penggunaan bahan bakar biogas dibandingkan menggunakan bahan gas LPG pada mesin genset ditinjau dari parameter unjuk kerjanya.
METODOLOGI PENELITIAN
BIOGAS
LPG
INSTALASI PERCOBAAN
METODOLOGI PENELITIAN PERALATAN PERCOBAAN
Peralatan yang digunakan
Mixer
Lamp u
Arus (amper e)
Tegang an (Volt)
Orifice plate (∆H = mm)
Manomet er Tabung U (∆H = mm)
Putar an aktual
1
0,3
220
1
120
3002
2
1
220
1
130
3005
3
1,4
220
1,1
137
3010
4
1,8
220
1,2
142
3007
5
2,3
220
1,5
150
3011
6
2,7
220
1,7
158
3013
7
2,9
220
1,7
168
3009
8
3,1
220
1,9
177
3012
BAHAN BAKAR GAS LPG
Rpm 3000
Lamp u
Arus (ampere )
Tegangan (Volt)
Orifice plate (∆H = mm)
Manometer Tabung U (∆H = mm)
Putara n aktual
1
0,3
220
1,1
110
3109
2
1
220
1,1
120
3110
3
1,4
220
1,2
127
3103
1,8
220
1,2
138
3105
9
3,3
220
2
187
3004
4
10
3,4
220
2
196
3017
5
2,3
220
1,4
145
3103
6
2,7
220
1,5
150
3110
7
2,9
220
1,7
156
3106
8
3,1
220
1,9
162
3103
9
3,3
220
2,1
170
3095
10
3,6
220
2,3
184
3088
Arus (ampere )
Tegangan (Volt)
1
0.3
220
2
1
3
Manometer Tabung U (∆H = mm)
Putaran aktual
1.2
90
3202
220
1.2
97
3203
1.4
220
1.3
106
3210
4
1.8
220
1.4
112
3207
5
2.3
220
1.5
118
3212
6
2.7
220
1.7
127
3205
7
2.9
220
1.9
137
3208
8
3.1
220
2.1
145
3190
9
3.3
220
2.3
152
3195
10
3.5
220
2.6
160
3188
Lampu
Rpm 3200
Orifice plate (∆H = mm)
Rpm 3100
Data Hasil Penelitian
H manometer (mm)
Lampu
Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
1
220
0.3
26
0.001
2
220
0.6
30
0.0012
3
220
1.2
38
0.0014
4
220
1.8
49
0.0017
5
220
2.2
57
0.002
6
220
2.8
66
7
220
3.4
8
220
9 10
Rpm 3200
H orifice (m)
BAHAN BAKAR
Rpm 3000
BIOGAS Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
1
220
0.3
23
0.0013
0.0022
2
220
0.5
28
0.0016
78
0.0024
3
220
1.2
36
0.0018
2.2
84
0.0027
4
220
1.6
48
0.002
220
1.8
96
0.0029
5
220
2
58
0.0023
220
1.8
131
0.0032
6
220
2.4
68
0.0025
7
220
3.1
87
0.0028
8
220
2.3
98
0.0031
9
220
2
115
0.0033
10
220
2
126
0.0035
Lampu
Lampu
Tegangan (Volt)
Arus (Ampere)
H manometer (mm)
H orifice (m)
1
220
0.3
20
0.0013
2
220
0.5
27
0.0016
3
220
1
37
0.0018
4
220
1.5
45
0.002
5
220
2.1
52
0.0023
6
220
2.6
68
0.0025
7
220
3.2
84
0.0028
8
220
2.2
95
0.0031
9
220
2
104
0.0033
10
220
1.8
116
0.0036
H manometer (mm)
H orifice (m)
Rpm 3100
Data Hasil Penelitian
GRAFIK HASIL PERHITUNGAN BAHAN BAKAR LPG
GRAFIK HASIL PERHITUNGAN BAHAN BAKAR BIOGAS
GRAFIK PERBANDINGAN BHP LPG dan BIOGAS
3000 rpm
3100 rpm
3200 rpm
Daya motor genset menggunakan bahan bakar Gas LPG cenderung lebih besar dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar Biogas. Pada putaran rpm semakin besar, nilai daya motor juga semakin besar. Nilai BHP terbesar didapat pada bahan bakar gas LPG yakni sebesar 1171,85 Watt pada putaran 3100 rpm dan beban 10. Nilai BHP terendah didapat pada kedua bahan bakar sebesar 97,66 Watt putaran 3000 pada beban 1. Dari analisa menunjukkan pada penggunaan kedua bahan bakar, nilai BHP paling rendah jika digunakan pada kondisi beban 1 dan paling tinggi jika digunakan pada kondisi beban 10. Perbedaan grafik ini di akibatkan oleh nilai kalor biogas yang lebih rendah daripada nilai kalor LPG. BHP pada genset yang menggunakan bahan bakar biogas turun pada lampu ke 7 dikarenakan massa bahan bakar biogas yang masuk kedalam ruang bakar sudah tidak bisa ditambah sehingga asupan bahan bakar untuk pembakaran pada genset kurang. Kemudian kandungan CO 2 yang mencapai 21%-23% pada biogas juga mengakibatkan menurunnya Heating value pada biogas. Sehingga heating value LPG dengan biogas semakin berbeda jauh.
3000 rpm
3200 rpm
GRAFIK PERBANDINGAN TORSI BIOGAS dan LPG
3100 rpm
Nilai torsi cenderung lebih besar menggunakan bahan gas LPG, nilai torsi terbesar didapat pada bahan bakar Gas LPG sebesar 36,12 Nm pada konstan speed 3100 beban 10. Nilai torsi terendah didapat pada bahan bakar Biogas sebesar 1,04 Nm pada konstan speed 3000 beban 1. Dari analisa menunjukkan pada semua penggunaan kedua bahan bakar, Nilai torsi paling rendah jika digunakan pada kondisi beban 1 akan terus meningkat hingga beban 7 untuk biogas dan beban 10 untuk LPG. Secara keseluruhan nilai torsi gas LPG lebih besar daripada Biogas. Torsi pada genset yang menggunakan bahan bakar biogas turun pada lampu ke 7 dikarenakan kandungan metana pada biogas yang digunakan pada pengujian hanya sebesar 70%. Selain itu kandungan CO2 yang mencapai 21%-23% juga mengakibatkan menurunnya nilai Heating value pada biogas. Sehingga heating value LPG dengan biogas semakin berbeda jauh.
Grafik Perbandingan Dan Pembahasan BMEP
Nilai rata-rata BMEP cenderung lebih besar menggunakan bahan bakar LPG, namun nilai BMEP 3000 rpm terbesar didapat pada bahan bakar biogas sebesar 453,63 KPa pada konstan speed 3100 beban 10. Nilai BMEP terendah didapat pada bahan bakar biogas 16,062 Kpa pada konstan speed 3100 beban 1. Dari analisa menunjukkan pada semua penggunaan kedua bahan bakar, Nilai BMEP paling rendah jika digunakan pada kondisi beban 1 dan paling tinggi jika digunakan pada kondisi beban 10. Perbedaan grafik ini di akibatkan oleh suplai bahan bakar biogas yang sudah tidak 3100 rpm bisa di tambah lagi. Nilai kalor bawah biogas dan LPG juga berpengaruh terhadap tekanan yang dihasilkan saat terjadi pembakaran. Selain itu perbedaan grafik di atas juga di akibatkan oleh adanya kadar CO2 yang mencapai 21%-23%, sehingga mengakibatkan nilai kalor bawah biogas semakin menurun.
3200 rpm
Grafik Perbandingan Dan Pembahasan Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (BSFC) Nilai BSFC lebih besar menggunakan bahan bakar Gas LPG dari pada menggunakan bahan Biogas, karena Laju aliran massa bahan bakar gas Biogas terlalu rendah. Karena p biogas :0,94 kg/m3 dan p LPG : 1,5 kg/m3. hal ini dikarenakan nilai kalor bahan bakar biogas terlalu rendah. Nilai BSFC terbesar didapat pada bahan bakar LPG sebesar 0,00667 Kg/Wh pada konstan speed 3200 beban 1. Nilai BSFC terendah didapat pada bahan bakar gas LPG yakni 0,00076 Kg/Wh pada konstan speed 3200 beban 10. Dari analisa menunjukkan pada penggunaan kedua bahan bakar, Nilai BSFC paling rendah jika digunakan pada kondisi beban 10 dan paling tinggi jika digunakan pada kondisi beban 1.
3000 rpm
3100 rpm
3200 rpm
3000 rpm
3100 rpm
3200 rpm
Perbandingan efisiensi menggunakan bahan bakar gas LPG dan Biogas pada konstan Pada putaran rpm semakin besar (sampai beban 7), nilai effisiensi menggunakan bahan bakar gas Biogas lebih besar daripada menggunakan bahan bakar LPG . Nilai efisiensi terbesar didapat pada bahan bakar Biogas sebesar 13,82 %. pada konstan speed 3000 beban 7 Nilai efisiensi terendah didapat pada bahan bakar bensin 1,26 % pada konstan speed 3000 beban 1. Dari analisa menunjukkan pada semua penggunaan kedua bahan bakar, Nilai efisiensi paling rendah jika digunakan pada kondisi beban 1 dan paling tinggi jika digunakan pada kondisi beban 7 pada biogas dan 10 pada LPG. Efisiensi biogas lebih tinggi karena nilai titik bawah (LHV)=39301,67 kJ/kg. sedangkan nilai titik bawah (LHV) LPG=47000 kJ/kg. . Jumlah suplai bahan bakar biogas juga berpengaruh terhadap effisiensi.
TINJAUAN EKONOMIS
Asumsi Bahan Bakar Harga Biogas (CH4)
LPG propana (C3H8) butana (C4H10)
Rp.
Satuan
7.500,-
per 3 kg
Rp. 13.000,-
per 3 Kg
Harga Tabung LPG isi ulang di agen atau di pangkalan resmi Pertamina ± Rp. 12.750,(http://www.pertamina.com/konversi/elpiji) Harga 1 kg biogas ± Rp. 2.500,(www.kamase.org) Data resmi tahun 2011. Perbandingan antara harga bahan bakar
Biaya yang dikeluarkan dengan menggunakan bahan bakar Gas LPG.
Biaya yang dikeluarkan dengan menggunakan bahan bakar Biogas.
Perbandingan biaya yang dikeluarkan menggunakan bahan bakar gas LPG dan Biogas pada konstan speed 3000 rpm.
KESIMPULAN dan SARAN
KESIMPULAN Pada mesin genset empat langkah bisa beroperasi dengan baik ketika ditambahkan menggunakan bahan bakar Biogas dengan bantuan penambahan mixer venturi sebagai mekanisme pemasukan dan pencampuran antara udara dengan bahan bakar. mesin genset dengan bahan bakar Biogas lebih ekonomis daripada genset dengan menggunakan bahan bakar gas LPG karena memiliki nilai efisiensi yang lebih tinggi.
SARAN Perlu dilakukan pengujian unjuk kerja dari modifikasi lain dan bahan bakar yang berbeda pada genset.
Perlu adanya penelitian lebih lanjut terhadap bentuk (ukuran, dimensi dan jumlah lubang) mixer yang digunakan pada bahan bakar gas.
Variasi gas yang digunakan sebagai bahan bakar.
Perlu ditambahkan sistem pengaturan laju aliran massa bahan bakar gas.
VIDEO PERCOBAAN
