260x Filetype PDF File size 0.83 MB Source: simpel.its.ac.id
Ringkasan penelitian tidak lebih dari 500 kata yang berisi latar belakang penelitian, tujuan dan
tahapan metode penelitian, luaran yang ditargetkan, serta uraian TKT penelitian yang diusulkan.
RINGKASAN
Mesin diesel kapal dual-fuel (DF) diproyeksikan dapat memenuhi regulasi IMO Tier III pada
Annex VI MARPOL 73/78 convention. Hal tersebut dikarenakan hasil emisi pembakaran mesin
diesel DF dengan gas lebih bersih daripada mesin pada mode diesel konvensional. Hasil
pembakaran yang bersih tersebut dipengaruhi faktor subtitusi bahan bakar gas (BBG) yang
dominan dibandingkan dengan bahan bakar diesel (pilot fuel). Pengaturan injeksi bahan bakar
merupakan bagian vital yang berpengaruh terhadap proses pembakaran, salah satunya dapat
menggunakan strategi split injection. Strategi tersebut diaplikasikan pada bahan bakar yang
digunakan untuk proses pembakaran. Hingga saat ini penelitian strategi tersebut condong pada
injeksi pilot fuel.
Pada penelitian ini, strategi split injection dilakukan pada BBG sedangkan bahan bakar dieselnya
menggunakan single injection untuk mendapatkan alternatif baru dengan kemudahan
operasional. Hipotesis dari penelitian ini yaitu bahwa upaya tersebut dapat digunakan untuk
mendapatkan gaseous-air mixture yang lebih baik untuk proses pembakaran. Sehingga hasil
performa dan emisi gas buang menjadi lebih baik. Penelitian ini bertujuan untuk membuat sistem
split injection untuk BBG pada mesin diesel DF dan menganalisa dampaknya terhadap performa
dan emisi gas buang yang dihasilkan. Metode yang dipakai dalam penelitian ini yaitu dengan
simulasi pemodelan GT-Power dan CFD serta uji eksperimen laboratorium mesin diesel Yanmar
tipe TF 85 yang dimodifikasi menjadi mode DF dengan pengaturan split injection pada sistem
gas common rail. Variasi untuk pengujian simulasi dan eksperimen yaitu mengatur injection
timing dari setiap injeksi BBG, kecepatan putaran mesin, dan prosentase pembebanan. Dari
penelitian ini ditargetkan adanya luaran berupa publikasi internasional dan dapat ditemukan
luaran metode baru untuk memperbaiki kinerja mesin diesel.
Kata kunci maksimal 5 kata
BBG; CFD; dual fuel; diesel; split injection
Latar belakang penelitian tidak lebih dari 500 kata yang berisi latar belakang dan permasalahan
yang akan diteliti, tujuan khusus, dan urgensi penelitian. Pada bagian ini perlu dijelaskan uraian
tentang spesifikasi khusus terkait dengan skema.
LATAR BELAKANG
Hingga saat ini mesin diesel masih digunakan karena efisiensinya yang lebih unggul daripada
mesin otto. Karakteristik yang menguntungkan pada mesin diesel perlu dimaksimalkan. Ketatnya
regulasi seperti IMO MARPOL 73/78 pada kapal memaksa penurunan emisi gas buang sebersih
mungkin tanpa adanya pengurangan performa mesin, utamanya emisi NOx (Rutkowski, 2016).
Salah satu cara yang dapat dilakukan yaitu menggunakan bahan bakar gas (BBG) dalam mode
dual fuel (DF) pada mesin diesel, yang mana juga mampu menekan biaya operasional mesin
(Ehsan and Bhuiyan, 2010). Sayangnya, masih ditemukan kekurangan yang cukup signifikan
saat mesin diesel DF dioperasikan. Saat beban tinggi mesin diesel DF lebih sering terjadi
knocking dan saat beban rendah efisiensi termal memburuk (Sahoo et al., 2009, Alla et al., 2000).
Salah satu faktor penyebab tersebut yaitu pola injeksi yang berpengaruh terhadap percampuran
bahan bakar dan udara. Agar mendapatkan performa dan hasil gas buang yang memuaskan mesin
diesl DF membutuhkan pola gaseous fuel-air mixture yang baik (Yousefi et al., 2018, Guo et al.,
2017, Wu et al., 2017, Wang et al., 2016b). Strategi multiple injection atau split injection
merupakan salah satu upaya yang dapat digunakan untuk masalah tersebut menurut Ma et al.
(2015).
Namun, selama ini strategi tersebut digunakan pada injeksi bahan bakar diesel yang digunakan
sebagai pilot fuel pada mesin diesel DF, sedangkan BBG merupakan bahan bakar yang dominan
pada proses pembakaran. Pembelian mesin baru dengan teknologi yang sama menjadi
pertimbangan dari segi harga dan biaya instalasi, utamanya mesin besar seperti pada kapal.
Selain itu, untuk mesin yang dimodifikasi, kontrol terhadap sistem injeksi yang telah ada pada
mesin menjadi sebuah risiko yang berpengaruh terhadap asuransi. Sehingga, diharapkan kontrol
terhadap sistem injeksi gas merupakan alternatif baru yang dapat digunakan untuk semua mesin.
Oleh sebab itu, pada penelitian ini akan dikaji upaya peningkatan performa mesin dan
pengurangan emisi gas buang pada mesin diesel DF dengan mengunakan strategi split injection
pada sistem injeksi BBG. Dalam penelitian ini akan dilakukan pembuatan model simulasi dan
eksperimen di Laboratorium Mesin Kapal, Departemen Teknik Sistem Perkapalan. Model sistem
split injection untuk BBG akan dibuat dengan memodifikasi mesin diesel DF yang tersedia.
Sistem ini kemudian dibandingkan dengan kinerja mesin diesel DF saat sebelum dimodifikasi.
Tinjauan pustaka tidak lebih dari 1000 kata dengan mengemukakan state of the art dan peta
jalan (road map) dalam bidang yang diteliti. Bagan dan road map dibuat dalam bentuk
JPG/PNG yang kemudian disisipkan dalam isian ini. Sumber pustaka/referensi primer yang
relevan dan dengan mengutamakan hasil penelitian pada jurnal ilmiah dan/atau paten yang
terkini. Disarankan penggunaan sumber pustaka 10 tahun terakhir.
TINJAUAN PUSTAKA
Hingga saat ini metode split injection pada mesin diesel konvensional ataupun pada mode DF.
Metode tersebut membagi injeksi pilot fuel menjadi beberapa bagian, umumnya dua bagian,
berupa perbandingan proporsional dari mode single injection seperti 1:1 atau 1:2, dan
memungkinkan untuk ukuran lainnya. Tentunya dalam proses penginjeksiannya diberikan dwell
time sehingga kedua injeksi terpisah. Parameter pengukuran teknis pembagian massa injeksi dan
pengaturan dwell time dapat melalui pengaturan injection timing setiap injeksi. Hal tersebut
dapat berpengaruh besar terhadap proses pembakaran yang terjadi di dalam silinder. Efek
dwelling time dan jumlah pilot yang meningkat menyebabkan BSFC meningkat (Li et al.,
2016a). Bagaimanapun dari beberapa eksperimen yang telah dilakukan strategi ini telah
mengurangi emisi gas buang yang cukup signifikan. Seluruh strategi split injection menyebabkan
NOx dan jelaga berkurang karena proses percampuran yang lebih baik (Sindhu et al., 2017, Yu et
al., 2017, Hiwase et al., 2013).
Gambar 2.1 Besarnya emisi gas buang NOx dan jelaga dengan beberapa variasi
injeksi (Sindhu et al., 2017).
Sensitifitas terhadap pemilihan injeksi pertama berdampak pada proses pembakaran. Dalam
eksperimen yang dilakukan oleh Ma et al. (2015) dengan strategi after injection (massa injeksi
pertama lebih besar) dan menggunakan metode heavy EGR hingga 50% didapatkan bahwa HRR
lebih besar, peak pressure yang lebih besar pula. Selain itu efisiensi pembakaran meningkat
karena proses percampuran yang lebih baik, dengan in-cylinder temperature yang lebih besar,
sayangnya hal ini tidak memberikan dampak yang signifikan terhadap penurunan emisi gas
buang. Namun, dari eksperimen Sindhu et al. (2017) dapat diambil data bahwa emisi gas buang
NOx dapat direduksi seminimum mungkin dengan first injection dengan strategi before injection
(Gambar 2.1), dengan meningkatkan rasio EGR, dan memperlambat injection timing, sayangnya
hal ini mereduksi secara signifikan performa mesin.
Gambar 2.2 Jumlah konsumsi bahan bakar dan emisi NOx dengan variasi EGR dan main
injection timing yang berbeda (Qi et al., 2011).
Selain kelebihan pada pengurangan emisi NOx, strategi before injection tersebut juga
mengindikasikan peningkatan jelaga meskipun tidak signifikan. Begitu juga pada eksperimen
oleh (Qi et al., 2011) didapatkan hasil yang sama, dan hal tersebut berakibat terhadap
peningkatan konsumsi bahan bakar saat rasio EGR ditingkatkan (Gambar 2.2). Penggunaan EGR
menyebabkan konsentrasi oksigen berkurang sehingga mengurangi burn rate ketika diffusion
combustion dimulai, sehingga pembakaran yang stabil lebih sulit dicapai.
Tabel 2.1 Beberapa penelitian strategi split injection pada mesin diesel.
no reviews yet
Please Login to review.