KARAKTERISASI UNJUK KERJA MESIN DIESEL GENERATOR SET SISTEM DUAL FUEL MENGGUNAKAN GAS HASIL GASIFIKASI DAN MINYAK SOLAR
LATAR BELAKANG PENDAHULUAN
TUJUAN BATASAN MASALAH
DASAR TEORI & ANALISA
PENUTUP
DASAR TEORI ANALISA KESIMPULAN SARAN Page 2
LATAR BELAKANG TUJUAN BATASAN MASALAH DASAR TEORI PENELITIAN SEBELUMNYA
Konsumsi bahan bakar fossil meningkat
Efek terhadap lingkungan
Pencarian sumber energi alternatif
PERALATAN EKSPERIMEN RANCANGAN EKSPERIMEN Page 3
LATAR BELAKANG TUJUAN BATASAN MASALAH
Untuk mengetahui mekanisme pemasukan gas hasil gasifikasi pada sistem dual fuel agar didapatkan substitusi solar maksimum
DASAR TEORI PENELITIAN SEBELUMNYA PERALATAN EKSPERIMEN RANCANGAN EKSPERIMEN
Untuk mengetahui unjuk kerja sistem dual fuel gas hasil gasifikasi dan solar yang diaplikasikan pada mesin diesel
Page 4
LATAR BELAKANG TUJUAN BATASAN MASALAH DASAR TEORI PENELITIAN SEBELUMNYA PERALATAN EKSPERIMEN RANCANGAN EKSPERIMEN
Percobaan menggunakan mesin diesel 1 (satu) silinder empat langkah yang telah dimodifikasi pada bagian saluran isap untuk menyuplai gas gasifikasi Kondisi mesin diesel dalam keadaan standar Kondisi udara dalam keadaan ideal Tidak membahas proses pembuatan gas hasil gasifikasi serta reaksi kimia yang terjadi Bahan bakar yang digunakan adalah minyak solar dan gas hasil gasifikasi dari bahan baku plastik Minyak solar yang dipakai adalah minyak solar yang diproduksi oleh Pertamina dengan spesifikasi minyak solar sesuai dengan keputusan Dirjen Migas No. 113.K/72/DJM/1999 tanggal 27 Oktober 1999
Page 5
LATAR BELAKANG TUJUAN BATASAN MASALAH DASAR TEORI
MESIN DIESEL
PENELITIAN SEBELUMNYA PERALATAN EKSPERIMEN RANCANGAN EKSPERIMEN Page 6
Unjuk Kerja Mesin Diesel
Daya
Torsi Tekanan Efektif RataRata Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Efisiensi Termal
Page 7
LATAR BELAKANG TUJUAN BATASAN MASALAH DASAR TEORI
Generac Power System, Inc
PENELITIAN SEBELUMNYA PERALATAN EKSPERIMEN RANCANGAN EKSPERIMEN
Rico Aditia Prahmana, 2012
Page 8
Generac Power System, Inc
Mengadopsi model Combustion Air Gas Integration dengan bahan bakar gas CNG Hasil : Pemakaian gas optimum hingga 90% dan diesel fuel 10% Mengurangi hingga 30% NOx dan 50% particulate matter dibanding dengan menggunakan diesel fuel Kurva pemakaian bahan bakar diesel-gas alam
Page 9
Rico Aditia Prahmana, 2012
• Mengadopsi Model Combustion Air Gas Integration dengan bahan bakar biogas dari kotoran sapi
• Menggunakan mixer dan mixing jet
Page 10
HASIL 18 16
single fuel
thermal efficiency (%)
14
dual fuel 0.1 psi
12 10
dual fuel 0.15 psi
8
dual fuel 0.2 psi
6
dual fuel 0.25 psi
4 2
Efisiensi termal tertinggi ada pada penggunaan single fuel, dan kemudian diikuti penurunan nilai efisiensi termal saat laju alir massa biogas yang direpresentasikan oleh besar tekanan biogas dilakukan penambahan
dual fuel 0.3 psi
0 0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Load ( Watt )
Grafik efisiensi termal fungsi beban listrik
Page 11
LATAR BELAKANG TUJUAN BATASAN MASALAH DASAR TEORI PENELITIAN SEBELUMNYA PERALATAN EKSPERIMEN RANCANGAN EKSPERIMEN
Alat Uji
Alat Ukur
Page 12
Skema Alat Uji
Page 13
Page 14
Alat Ukur
Page 15
LATAR BELAKANG TUJUAN BATASAN MASALAH DASAR TEORI PENELITIAN SEBELUMNYA PERALATAN EKSPERIMEN RANCANGAN EKSPERIMEN
Parameter Input Konstan Bervariasi - Type - Beban generat lampu or set (W) : mesin 200 s.d Diesel 2000, interval - Putaran 200 mesin 1500 - Tekanan rpm syngas masuk - Bahan (kg/cm2) bakar: : 0.5 s.d solar 2.5, dan interval syngas 0.5 -
Parameter Output Diukur Dihitung - vudara dan t konsumsi vsyngas bahan - mudara dan bakar 5 msyngas ml - Daya, torsi, L pada bmep, sfc manomet dan er udara efisiensi dan - AFR syngas Tpendingin, Tudara, Tsyngas, Tgas buang, dan Toli pelumas. V dan I
Page 16
Start
Start
Persiapan alat uji
A
Mesin dalam kondisi standar dengan dual-fuel syngas dan solar
Penyimpanan syngas dalam plastik
Kalibrasi dan melengkapi alat sesuai spesifikasi Masukkan syngas dalam kompresor dan tabung gas Ekperimen
End
Data awal : - Beban lampu - Putaran konstan 1500rpm - Tekanan di pressure regulator -AFR - Syngas - Miyak solar
Pengujian dengan pembebanan dan variasi AFR
Pencatatan data proses: - Massflow minyak solar, syngas dan udara - Temperatur mesin, udara, syngas,gas buang,oli pelumas dan cairan pendingin. - Konsumsi minyak solar dalam 5 ml
Pengolahan Data
Perhitungan : Mesin dalam kondisi standar dengan bahan bakar minyak solar
Pengujian dengan pembebanan
-Daya -Torsi -bmep -Sfc -ηth
Grafik : -Daya = f(beban) -Torsi = f(beban) -bmep = f(beban) -Sfc = f(beban) -ηth = f(beban) -Tgas buang = f(beban)
Flowchart Penelitian Pemasangan syngas dan setting sistem dual-fuel
Analisa Grafik
Kesimpulan
A
End
Page 17
PEMBAHASAN PENUTUP
Data
REFERENSI
Analisa Grafik
Page 18
Data
Komposisi Syngas Komposisi
LHV Syngas
Prosentase ρ (kg/m3) (%) pada T = 306.5 K
Gas yang Flammable
LHV (kJ/N.m3)
CH4
4.25
0.6348
CO
12633
CO2
14.02
1.7366
CH4
35883
N2
42.40
1.1024
H2
10783
O2
8.11
1.2601
C2H6
64345
H2
14.35
0.0793
CO
15.54
1.1004
C2H6
1.33
1.2014
𝜌syngas = 1,0384 kg/m3
LHVsyngas = 1355,088 kcal/kg LHVsolar = 10276,3 kcal/kg Page 19
Daya Efektif (Ne)
Tekanan Efektif Rata-rata (bmep)
Torsi (Mt)
Power = f (Load) 3.5
single fuel dual fuel 1.5 kg/cm2
Engine Power (hp)
3
dual fuel 2.0 kg/cm2
2.5
dual fuel 2.5 kg/cm2 dual fuel 3.0 kg/cm2
2
dual fuel 3.5 kg/cm2
1.5 1 0.5 0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Load (Watt)
Page 20
Daya Efektif (Ne)
Tekanan Efektif Rata-rata (bmep)
Torsi (Mt)
Torque = f (Load) single fuel
160
dual fuel 1.5 kg/cm2
140
dual fuel 2.0 kg/cm2
Torque (kg.cm)
120
dual fuel 2.5 kg/cm2 dual fuel 3.0 kg/cm2
100
dual fuel 3.5 kg/cm2
80 60 40 20 0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Load (Watt)
Page 21
Daya Efektif (Ne)
Torsi (Mt)
Tekanan Efektif Rata-rata (bmep)
Bmep = f (Load) 6
single fuel dual fuel 1.5 kg/cm2
5
Bmep (kg/cm2)
dual fuel 2.0 kg/cm2 4
dual fuel 2.5 kg/cm2 dual fuel 3.0 kg/cm2
3
dual fuel 3.5 kg/cm2 2 1 0 0
200
400
600
800
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Load (Watt)
Page 22
SFC Dual Fuel
SFC Solar
Substitusi Solar
SFC dual = f (Load) 25
single fuel dual fuel 1.5 kg/cm2
SFC dual (kg/hp.hr)
20
dual fuel 2.0 kg/cm2 dual fuel 2.5 kg/cm2
15
dual fuel 3.0 kg/cm2 dual fuel 3.5 kg/cm2
10
5
0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Load (Watt)
Page 23
SFC Dual Fuel
SFC Solar
Substitusi Solar
SFC solar = f (Load) 2.5
single fuel dual fuel 1.5 kg/cm2
SFC solar (kg/hp.hr)
2
dual fuel 2.0 kg/cm2 dual fuel 2.5 kg/cm2
1.5
dual fuel 3.0 kg/cm2 1
dual fuel 3.5 kg/cm2
0.5
0 0
200
400
600
800
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Load (Watt)
Page 24
SFC Dual Fuel
SFC Solar
Substitusi Solar
liquid fuel replacement = f(Load) sfc Liquid Fuel Replacement [%]
70
Tekanan 1.5 kg/cm2
65
Tekanan 2.0 kg/cm2
60 55
Tekanan 2.5 kg/cm2
50
Tekanan 3.0 kg/cm2
45
Tekanan 3.5 kg/cm2
40 35 30 25 20 15 10 0
200
400
600
800
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Load (Watt)
Page 25
Efisiensi Termal
Thermal efficiency = f (Load)
Thermal Efficiency [%]
18
single fuel
16
dual fuel 1.5 kg/cm2
14
dual fuel 2.0 kg/cm2 dual fuel 2.5 kg/cm2
12
dual fuel 3.0 kg/cm2
10
dual fuel 3.5 kg/cm2
8 6 4 2 0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Load (Watt)
Page 26
Air Fuel Ratio (AFR)
AFR = f(Load) 80
single fuel
AFR (Air Fuel Ratio)
70
dual fuel 1.5 kg/cm2
60
dual fuel 2.0 kg/cm2
50
dual fuel 2.5 kg/cm2 dual fuel 3.0 kg/cm2
40
dual fuel 3.5 kg/cm2 30 20 10 0 0
200
400
600
800
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Load (Watt)
Page 27
Temperatur Gas Buang
Exhaust gas temp. = f(Load) 400
single fuel dual fuel 1.5 kg/cm2
350
Exhaust Gas Temp. (ºc)
dual fuel 2.0 kg/cm2 300
dual fuel 2.5 kg/cm2 dual fuel 3.0 kg/cm2
250
dual fuel 3.5 kg/cm2 200 150 100 50 0
200
400
600
800
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Load (Watt)
Page 28
Temperatur Oli Pelumas
Lube oil temp. = f(Load) 85
single fuel 80
dual fuel 1.5 kg/cm2 dual fuel 2.0 kg/cm2
Lube Oil Temp. (oC)
75
dual fuel 2.5 kg/cm2
70
dual fuel 3.0 kg/cm2
65
dual fuel 3.5 kg/cm2
60 55 50 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Load (Watt)
Page 29
Temperatur Cairan Pendingin
Coolant temp. = f(Load) 95
single fuel dual fuel 1.5 kg/cm2
85
Coolant Temp. (°C)
dual fuel 2.0 kg/cm2 dual fuel 2.5 kg/cm2
75
dual fuel 3.0 kg/cm2 65
dual fuel 3.5 kg/cm2
55
45
35 0
200
400
600
800
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Load (Watt)
Page 30
PEMBAHASAN PENUTUP
Kesimpulan
REFERENSI Saran
Page 31
KESIMPULAN 1. Substitusi minyak solar oleh syngas maksimum sebesar 65,93% terjadi pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2 pada saat beban 1000 Watt. 2. Nilai efisiensi termal semakin menurun dengan penambahan tekanan syngas. Hal ini disebabkan karena dengan penambahan tekanan syngas, maka laju alir massa syngas meningkat yang menyebabkan jumlah minyak solar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar semakin berkurang sehingga efisiensinya turun. Nilai ini menurun sebesar 23,59% pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2. 3. Semakin tinggi tekanan syngas, maka persentase penggantian minyak solar oleh syngas akan semakin meningkat. Persentase penggantian tertinggi terdapat pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2 pada range beban 600 s.d. 1000 Watt. Namun pada tekanan 2,0 kg/cm2, persentase penggantian mempunyai range yang lebih lebar, yaitu pada beban 600 s.d. 1400 Watt. 4. Nilai AFR mengalami penurunan ketika dilakukan penambahan tekanan syngas. Nilai ini menurun sebesar 92,37% pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2.Secara umum, penambahan tekanan syngas meningkatkan temperatur gas buang, temperatur minyak pelumas, dan temperatur cairan pendingin. 5. Secara umum, penambahan tekanan syngas meningkatkan temperatur gas buang, temperatur minyak pelumas, dan temperatur cairan pendingin. Pada tekanan syngas 3,5 kg/cm2, temperatur gas buang meningkat sebesar 5,44%, temperatur minyak pelumas 5,28%, dan temperatur cairan pendingin 7,36%.
Page 32
SARAN 1.
Adanya fluktuasi pada grafik yang menunjukkan jumlah laju alir massa minyak solar yang digantikan menunjukkan ketidakstabilan kualitas syngas pada saat proses pengambilan data.
2.
Perlu adanya alat pembersih tar dan penurunan kadar uap air pada syngas.
3.
Kecepatan yang terbaca pada pitot static tube adalah kecepatan maksimal (Vmax). Hal ini menyebabkan nilai perhitungan besar dan AFR yang didapatkan memberikan nilai yang sangat kecil pada kondisi dual fuel. Untuk penelitian selanjutnya, kecepatan yang dihitung seharusnya menggunakan kecepatan ratarata (Vavg) dengan faktor koreksi.
4.
Pada tekanan 3,5 kg/cm2, beban tertinggi yang dapat dicapai adalah 1800 Watt. Melebihi beban tersebut, mesin tidak dapat dijalankan (mati). Hal ini disebabkan karena campuran di ruang bakar sangat kaya. Saran untuk penelitian selanjutnya adalah mekanisme pemasukan udara-bahan bakar disempurnakan agar ketika dilakukan pengujian untuk tekanan syngas tinggi dan pada beban tinggi, mesin masih dapat beroperasi (tidak mati).
Page 33
1.
Banapurmath, N.R., Tewari, P.G., Yaliwal, V.S., Kambalimat h Satish, Basavarajappa, Y.H., Combustion characteristics of a 4-stroke CI engine operated on Honge oil, Neem and Rice Bran oils when directly injected and dual fuelled with producer gas induction, India, 2009.
2.
The Environment and Industry Council (EPIC) Canadian Plastics Industry Association. The Gasification of Residual Plastics Derived from Municipal Recycling Facilities, 2004.
3.
Mathur, M.L.,& Sharma, R.P., A Course in Internal Combustion Engine 3rd edition, halaman 259, Dhanpat Rai & Sons, Nai Sarak, Delhi, 1980. http://energyefficiencyasia.org
PEMBAHASAN PENUTUP REFERENSI
4. 5.
Takatoshi Shoji, Kenjiro Shidoh, Yoshihiro Kajibata, Atsushi Sodeyama, Plastic Waste Recycling by Entrained-Flow Gasification, Chemical & Environmental Research Department, Akashi Technical Institute Kawasaki Heavy Industries.
6.
John, B. Heywood, Internal Combustion Engine, halaman 53, Mc GrawHill, London, 1988.
7.
N. Tippawong, A., Promwungkwa, P., Rerkkriangkrai, Longterm Operation of A Small Biogas/Diesel Dual-Fuel Engine for On-Farm Electricity Generation, Chiang Mai University, Thailand, 2006.
Page 34
8. Slawomir Luft, Attempt to Compare Basic Combustion Parameters of A Dual-Fuel Compression Ignition Engine for Various Main Fuels and Their Delivery Modes, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Krakowskiej, 2008. 9. Sauliar, Jefry Novrezeki, Desain Mekanisme Sistem Dual-Fuel dan Uji Unjuk Kerja Motor Diesel Stasioner Menggunakan Gas Hasil Gasifikasi Dan Minyak solar, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2010. 10. Prahmana, Rico Aditia, Karakterisasi Unjuk Kerja Mesin Diesel Generator Set Sistem Dual Fuel Solar dan Biogas, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2012. 11. J.Moran, Michael, & N.Shapiro, Howard. “Fundamentals of engineering thermodynamics, fourth edition”. The Ohio State University, Iowa State University of Science and Technology. 12. Kawano, D. Sungkono, Motor Bakar Torak (Diesel), Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS, Surabaya, 2011. 13. Martinez, J. Daniel. Experimental study on biomass gasification in a double air stage downdraft reactor, Brazil, 2011. 14. Waldheim, L., Nilsson, T., Heating Value of Gases from Biomass Gasification, TPS Termiska Processer AB, 2001. 15. Praptijanto, A., B.Santoso, W., Putrasari, Y., Simulasi Uji performance Pada Motor Diesel Injeksi Langsung (1 Silinder) 677 CC Menggunakan Bahan Bakar Dual Fuel (Diesel-Sekam Padi), Lab. Motor Bakar Puslit Telimek, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Bandung, 2009.
Page 35
