PENGARUH LAJU ALIRAN BIOGAS TERHADAP PERFORMANSI MESIN GENSET DIESEL SATU SILINDER DENGAN MENGGUNAKAN DUAL FUEL
Shandy Marpaung 1 , Himsar Ambarita 2 , Tulus B. Sitorus 3 , Andianto P. 4 , Farel H. Napitupulu 5 1.2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 E-mail : Shandy.Marpaung@gmail.com

## ABSTRAK
Biogas  dari  kotoran  sapi,  dapat  digunakan  sebagai  bahan  bakar  alternatif  bagi  mesin  diesel. Pada  penelitian  ini,  biogas  digunakan  sebagai  bahan  bakar  pada  mesin  genset  diesel  satu silinder, yang telah dimodifikasi agar dapat bekerja pada kondisi bahan bakar ganda ( dual fuel ) untuk  menghasilkan  listrik.  Laju  aliran  bahan  bakar  biogas  divariasikan  untuk  mengetahui pengaruhnya  terhadap  performansi  mesin  tersebut.  Performansi  yang  dihitung  adalah  daya, torsi,  konsumsi  bahan  bakar  spesifik  (SFC),  efisiensi  thermal,  dan  Rasio  perbandingan  udara bahan bakar (AFR) yang didapat dari hasil pengujian mesin dengan menggunakan beban statis 400 dan 800 Watt, dan juga putaran mesin yang dinaikkan perlahan dari 900 hingga 1400 RPM . Hasil pengujian performansi yang didapat kemudian dibandingkan dengan mesin genset diesel yang sama yang menggunakan bahan bakar solar murni, sehingga dapat diketahui pengaruh dari bahan bakar biogas terhadap performansi mesin diesel tersebut. Pengujian emisi gas buang juga dilakukan  untuk  mengetahui  kelayakan  gas  buang  dari  mesin  yang  menggunakan  bahan bakar solar  dan  biogas.  Perbandingan  nilai  ekonomis  juga  dihitung  untuk  mengetahui  efiesensi  nilai ekonomis dari perubahan bahan bakar. Dari pengujian didapatkan bahwa daya dan torsi mesin cenderung  menurun  untuk  beberapa  laju  aliran  aliran  biogas,  efisiensi  thermal  dan  AFR  juga menurun  untuk  seluruh  laju  aliran  biogas  sedangkan  SFC  meningkat  untuk  seluruh  laju  aliran biogas.  Dengan  memakai  biogas,  biaya  ekonomis  yang  dikeluarkan  juga  menurun.  Sedangkan hasil pembakaran yang terbaik didapat saat mesin menggunakan bahan bakar solar murni.
Kata  kunci  :  Mesin  Diesel,  Bahan  bakar  fosil,  Bahan  Bakar  solar,  Biogas,  Kotoran  Sapi, Performansi, uji emisi.

## 1. PENDAHULUAN
Laju  konsumsi  BBM  di  indonesia  lebih  tinggi  daripada  laju  produksi  minyak  bumi.  Pada tahun 2011, produksi minyak bumi dalam negeri tercatat sebesar 902 bopd [1].
Dari  seluruh  produksi  minyak  bumi  tersebut,  hanya  75  %  yang  diubah  menjadi  produk turunan  BBM  seperti  bensin,  solar  dan  avtur.  Sementara,  rata  –  rata  konsumsi  BBM  dalam  negeri sebesar 1,2 juta bopd. Solar menempati peringkat kedua dalam konsumsi BBM indonesia dengan rata – rata konsumsi sebesar 10 juta kilo liter per hari atau setara dengan 25 % dari total konsumsi nasional [1].
Penelitian  ini  dimaksudkan  untuk  mendukung  program  diversifikasi  energi  oleh  pemerintah yang  salah  satunya  dilakukan  oleh  Pusat  Penelitian Kelapa  Sawit  (PPKS)  dengan  program  Integrasi Sawit, Sapi dan Energi (ISSE)
Penelitian  ini  diharpakan  dapat  mengetahui  pengaruh  penggunaan  biogas  yang  diproduksi  oleh PPKS terhadap performansi mesin genset diesel satu silinder.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## Biogas
Biogas  adalah  gas  yang  dihasilkan  dari  proses  penguraian  bahan-bahan  organik  oleh mikroorganisme  pada  kondisi  langka  oksigen  (anaerob).  Komponen  biogas  terdiri  dari  ±  60  %  CH 4 (metana),  ±  38  %  CO 2 (karbondioksida),  ±  2  %  N 2 ,  O 2 ,  H 2 ,  dan  H 2 S.  Biogas  dapat  dibakar  seperti
elpiji,  dalam  jumlah  yang  lebih  besar  biogas  dapat  digunakan  sebagai  pembangkit  energi  listrik, sehingga dapat dijadikan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan dan terbarukan [2].

## Proses Produksi Biogas
Secaragarisbesar proses pembentukan biogas dibagimenjaditigatahapan, yaitu: 1. Tahap Hidrolisis
Padatahapini, bakterimemutuskanrantaipanjangkarbohidratkompleks;
protein danlipidamenjadisenyawarantaipendek[2].
2. Tahap Asidifikasi
Pada tahap ini, bakteri anaerob menghasilkan asam untuk mengubah senyawa rantai pendek hasil proses hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen, dan karbon dioksida [2].
3. Tahap Pembentukan Gas Metana ( Methanogenesis ) Pada  tahap  ini,  bakteri Methanobacterium  omelianski mengubah  senyawa  hasil  proses asidifikasi menjadi metana dan CO2 dalam kondisi anaerob . Proses pembentukan gas metana ini termasuk reaksi eksotermis [2].

## Mesin Diesel
Motor  diesel  disebut  juga  motor  bakar  atau  mesin  pembakaran  dalam  karena  pengubahan tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanik dilaksanakan di dalam mesin itu sendiri. Di dalam motor diesel terdapat torak yang mempergunakan beberapa silinder yang di dalamnya terdapat torak yang  bergerak  bolak-balik  (translasi).  Di  dalam  silinder  itu  terjadi  pembakaran  antara  bahan  bakar solar dengan oksigen yang berasal dari udara [3].
Konsep pembakaran pada motor diesel adalah melalui proses penyalaan kompresi udara pada tekanan  tinggi.  Pembakaran  ini  dapat  terjadi  karena  udara  dikompresi  pada  ruangan  dengan perbandingan kompresi jauh lebih besar daripada motor bensin, yaitu antara 14-22. Akibatnya, udara akan mempunyai tekanan dan temperatur melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar [3].

## Performansi Motor Bakar Daya Poros
Semakin  tinggi  frekuensi  putar  motor  makin  tinggi  daya  yang  diberikan  hal  ini  disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu adalah :
P B = 2π. (n. T) 60 … … … [4]
Dimana : P B = daya ( W ) T  = torsi ( Nm ) n  = putaran mesin (Rpm)

## Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan.
𝑆𝐹𝐶 = 𝑚 𝑓 ̇ 𝑥 10 3 𝑃 𝐵 … … … [4] 𝑚 f = ρ f . V 𝑓 . 10 −6 𝑡 f 𝑥 3600 … … [4]
Dimana : SFC =konsumsi bahan bakar spesifik(kg/kw.h) P B
= daya (W) ṁ f = konsumsi bahan bakar Sgf = spesifik grafity T = waktu (jam)

## Emisi Gas Buang
Untuk  mesin  Diesel  emisi  gas  buang  yang  dilihat  adalah  opasitas.  Opasitas  sendiri  adalah tingkat ketebalan asap / gas buang dari mesin.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## Metode pengumpulan data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :
a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi serta alat ukur pada masing-masing pengujian.
b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari hasil penelitian bahan bakar solar dan biogas yang diperoleh dari Pertamina dan Pusat Penelitaian Kelapa Sawit (PPKS).

## Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolahdata dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik

## Pengamatan dan Tahap Pengujian
Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah :
1. Daya ( P )
2. Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc )
3. Efisiensi thermal (𝜂 𝑏 ) 4. Emisi gas buang

## Skema pengujian performansi
Adapun skema pada pengujian performansi ini dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar 3.1 Skema pengujian performansi Keterangan gambar :
1. Saringan Udara ( Air Filter )
2. Flow Meter
3. Biogas
4. Solar
5. Tangki Bahan bakar
6. Mesin
7. Generator
8. Instrumen Listrik
9. Multimeter
10. Udara

## Prosedur Pengujian performansi
Pengujian dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut: a. Pengujian dengan bahan bakar solar.
1. Mengoperasikan  mesin  dengan  cara  memutar  engkol  dan  memanaskan  mesin  selama  10  –  15 menit.Mengatur  kecepatan  dengan  menggeser  tuas  kecepatan  hingga  tachometer  digitar menunjukkan putaran 900 min -1
2. Mengisi buret dengan bahan bakar solar
3. Menyalakan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai 5 menit.
4. Mengukur tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter .
5. Mematikan mesin dengan cara memutar stop kontak dan menggeser tuas kecepatan ke titik 0
6. Mencatat bahan bakar yang habis selama pengujian.
7. Mengulang pengujian untuk variasi putaran berikutnya.
b. Pengujian dengan bahan bakar diesel + biogas
1. Menghubungkan selang biogas ke intake manifold yang telah dimodifikasi
2. Menghubungkan  ujung  selang  yang  lain  ke flow  meter dan  ke  kompresor  yang  telah  berisi biogas.
3. Mengatur  kecepatan  dengan  menggeser  tuas  kecepatan  hingga  tachometer  digitar  menunjukkan putaran 900 min -1
4. Mengatur laju aliran biogas dengan membuka keran secara perlahan-lahan, sehingga flow meter meunjukkan titik 2,5 l/min udara.
5. Mengisi bahan bakar solar ke dalam buret
6. Menyalakan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai 5 menit.
7. Mengukur tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter
8. Mengukur konsumsi solar setelah 5 menit pengujian
9. Mengulangi pengujian untuk putaran berikutnya
10. Mengulangi pengujian untuk aliran biogas berikutnya.

## Prosedur Pengujian emisi gas buang
1. Tekan tombol power yang ada di belakang alat
2. Tunggu alat selesai melaksanakan  proses pemanasan ( warming up )
3. Tekan tombol display sampai lampu LED muncul di “%”
4. Tekan Tombol “ Hold” untuk merubah alat menjadi status “Peak Hold”
5. Pasang probe tester ke ujung knalpot mesin dan naikkan putaran mesin secara cepat pada putaran yang telah dibatasi
6. Mengulang pengujian dengan beban dan bahan bakar berbeda

## 4. ANALISA & PEMBAHASAN

## Daya
Gambar 2 Grafik daya vs putaran pada beban 400 Watt Berdasarkangambar 2 diatas, dibandingkan pada saat menggunakan bahan bakar solar murni, daya mesin cenderung menurun pada saat menggunakan bahan bakar solar murni + biogas 2,5 l/min dan  5  l/min,  dengan  rata  –  rata  presentase  penurunan  sebesar  3,24  %.  Sedangkan  pada  saat menggunakan bahan bakar solar murni + biogas 7,5 l/min, daya mesin cenderung meningkat sebesar 1,59%.
Gambar 3 Grafik daya vs putaran pada beban 800 Watt Berdasarkangambar 3 diatas, dibandingkan pada saat menggunakan bahan bakar solar murni, daya mesin cenderung menurun pada saat menggunakan bahan bakar solar murni + biogas 2,5 l/min dan  5  l/min,  dengan  rata  –  rata  presentase  penurunan  sebesar  1,72  %.  Sedangkan  pada  saat menggunakan bahan bakar solar murni + biogas 7,5 l/min, daya mesin cenderung meningkat sebesar 0,32 %.

## Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Gambar 4Grafik SFC vs putaran pada beban 400 Watt Berdasarkangambar  4  diatas,  SFC  meningkat  untuk  seluruh  campuran  bahan  bakar  solar  + biogas  dibandingkan  saat  menggunakan  bahan  bakar  solar  murni.  Rata  –  rata  kenaikan  peningkatan SFC  yang  terjadi  sebesar  31,91  %.  konsumsi  bahan  bakar  tertinggi  dihasilkan  pada  saat  mesin menggunakan bahan bakar solar murni + Biogas 7,5 l/min pada beban 400 Watt yaitu sebesar 8006,62 g/kW.jam.
Gambar 5 Grafik SFC vs putaran pada beban 800 Watt Berdasarkangambar  5  diatas,  SFC  meningkat  untuk  seluruh  campuran  bahan  bakar  solar  + biogas  dibandingkan  saat  menggunakan  bahan  bakar  solar  murni.  Rata  –  rata  kenaikan  peningkatan SFC  yang  terjadi  sebesar  32,  97  %.  Konsumsi  bahan  bakar  terendah  dihasilkan  pada  saat  mesin menggunakan bakar solar murni pada beban 800 Watt, yaitu sebesar 727,36 g/kW.jam Efisiensi Thermal (𝜼 𝒃 )
Gambar 6 Grafik Efisiensi thermal vs putaran pada beban 400 Watt Berdasarkangambar 6 diatas, efisiensi thermal cenderung menurun untuk seluruh bahan bakar campuran solar murni + biogas dibandingkan saat menggunakan bahan bakar solar murni. Penurunan efisiensi thermal pada beban 400 Watt terjadi sebesar 62,05 %.
Gambar 7 Grafik efisiensi thermal vs putaran pada beban 800 Watt Berdasarkangambar 7 diatas, efisiensi thermal cenderung menurun untuk seluruh bahan bakar campuran solar murni + biogas dibandingkan saat menggunakan bahan bakar solar murni. Penurunan efisiensi thermal pada beban 800 Watt terjadi sebesar 54,27 %.

## Opacity gas buang
Tabel 1 Hasil uji emisi gas buang pada beban 400 Watt
Bahan Bakar Mean Opacity Solar Murni 22 Solar Murni + Biogas 2,5 l/min 29,56 Solar Murni + Biogas 5 l/min 33,7 Solar Murni + Biogas 7,5 l/min 35,8
Berdasarkan hasil pengujian dengan pembebanan konstan (400 Watt) pada tabel 1 diatas, nilai opacity tertinggi terjadi melalui pengujian dengan menggunakan bahan bakar solar murni + biogas 7,5 l/min  sebesar  35,8  %.  Sementara  untuk  nilai  opacity  terendah  terjadi  melalui  pengujian  dengan menggunakan bahan bakar solar murni sebesar 22 %.
Tabel 2 Hasil uji emisi gas buang pada beban 800 Watt
Bahan Bakar Mean Opacity Solar Murni 20 Solar Murni + Biogas 2,5 l/min 33,1 Solar Murni + Biogas 5 l/min 33,06 Solar Murni + Biogas 7,5 l/min 35,63
Berdasarkan hasil pengujian dengan pembebanan konstan (800 Watt) pada tabel 2 diatas, nilai opacity tertinggi terjadi melalui pengujian dengan menggunakan bahan bakar solar murni + biogas 7,5
l/min  sebesar  35,63  %.  Sementara  untuk  nilai  opacity  terendah  terjadi  melalui  pengujian  dengan menggunakan bahan bakar solar murni sebesar 20 %.
Penurunan  nilai  dari  opacity  tersebut  disebabkan  oleh  penurunan  kadar  hidrokarbon  dalam bahan bakar yang menandakan bahwa pembakaran yang terjadi semakin baik.

## 5. KESIMPULAN
1. Rata  –  rata  daya  mesin  cenderung  menurun  sebesar  3,24  %  pada  beban  400  Watt  dan  1,72  % pada beban 800 Watt saat menggunakan bahan bakar solar + biogas 2,5 l/min dan solar + biogas 5  l/min  dibandingkan  saat  menggunakan  bahan  bakar  solar  murni,  sedangkan  pada  saat menggunakan  bahan  bakar  solar  murni  +  biogas  7,5  l/min  daya  mesin  cenderung  meningkat sebesar  1,59  %  pada  beban  400  Watt  dan  0,32  %  pada  beban  800  Watt  dibandingkan  saat menggunakan bahan bakar solar murni
2. Konsumsi  bahan  bakar  spesifik  (SFC)  meningkat  untuk  seluruh  campuran  bahan  bakar  solar  + biogas  dibandingkan  saat  menggunakan  bahan  bakar  solar  murni.  Rata  –  rata  kenaikan peningkatan  SFC  yang  terjadi  sebesar  31,91  %  pada  beban  400  Watt  dan  32,97  %  pada  beban 800 Watt. Konsumsi bahan bakar terendah dihasilkan pada saat mesin menggunakan bakar solar murni pada beban 800 Watt, yaitu sebesar 727,36 g/kW.jam. Sedangkan  konsumsi bahan bakar tertinggi  dihasilkan  pada  saat  mesin  menggunakan  bahan  bakar solar  murni  +  Biogas  7,5 l/min pada beban 400 Watt yaitu sebesar 8006,62 g/kW.jam.
3. Efisiensi thermal cenderung menurun untuk seluruh bahan bakar campuran solar murni + biogas dibandingkan  saat  menggunakan  bahan  bakar  solar  murni.  Penurunan  efisiensi  thermal  pada beban 400 Watt terjadi sebesar 62,05 % sedangkan pada beban 800 Watt sebesar 54,27 %.
4. Kepekatan  gas  buang  ( Opacity )  terendah  didapat  saat  mesin  menggunakan  bahan  bakar  solar murni, baik pada beban 400 maupun pada beban 800 Watt, yaitu sebesar 22 % pada beban 400 Watt  dan  20  %  pada  beban  800  Watt.  Sedangkan  yang  opacity  tertinggi  didapat  saat  mesin menggunakan bahan bakar solar murni + biogas 7,5 l/min yaitu sebesar 35,8 % pada beban 400 Watt dan 35,63 % pada beban 800 Watt.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Kementrian  ESDM.  2011. Handbook  of  Energy  and  economy  Statistic  Indonesia ,  Jakarta  : Indonesia
[2] Meynell, P.J. 1976. Methane : Planning a Digester. Prism Press. Great Britain
[3] Arismunandar, Wiranto. 1988. Penggerak Mula Motor Bakar Torak . Penerbit : ITB Bandung
[4] Pulkrabek,  Willard  W.1997. Engineering  Fundamentals  Of  The  Internal  Combustion  Engine . Prentice Hall, New Jersey