Judul: Analysis on the Utilization of Helical Barrier as Air-Biogas Mixer in Otto Cycle Engine
Abstrak: Ketersediaan kandungan bahan bakar fosil yang semakin menipis, sementara kebutuhan energi meningkat untuk berbagai bidang industri, transportasi serta kebutuhan lainnya, adalah kondisi yang sedang kita hadapi. Peningkatan pemakaian bahan bakar fosil dianggap sebagai penyumbang emisi gas yang menyebabkan efek rumah kaca, pemanasan global dan perubahan iklim. Salah satu upaya untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan memanfaatkan energi alternative, seperti biogas yang telah berkembang dan bersifat renewable. Potensi biogas dari lingkup pertanian khususnya limbah tanaman dan ternak sekitar 370 490 setara barel minyak (SBM) (olah data dari Kementan 2015). Biogas dari digester dengan kandungan 45%-70% metan dapat digunakan sebagai bahan bakar dan menghasilkan sedikit emisi gas buang. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan mengaplikasikan suatu alat pencampur udara-biogas yang dapat memanfaatkan biogas secara langsung dari digester untuk bahan bakar motor Otto penggerak generator listrik. Alat pencampur tersebut menggunakan penghalang heliks yang berada di dalam selongsong silinder, sebagai pengganti karburator yang ditempatkan sebelum intake manifold. Bentuk kontur dan panjang penghalang heliks diperoleh melalui perhitungan yang disesuaikan terhadap kebutuhan motor bakar Otto yang dirujuk. Perhitungan didasarkan pada analisis termodinamika siklus standar udara-motor Otto dan analisis dinamika fluida dan prinsip konservasi massa. Parameter hasil pembakaran, yang meliputi debit, kerja-siklus, tekanan efektif rata-rata, efisiensi termal dan efisiensi volumetric, disimulasikan terhadap panjang penghalang helik yang efektif. Efek penghalang menyebabkan ketidakteraturan gerakan pada aliran fluida di luar garis arus dan kecepatan yang berubah secara acak terhadap waktu. Durasi ketidakteraturan pola gerak dan kecepatan pencampuran dapat memengaruhi laju aliran, kecepatan dan penurunan tekanan (pressure drop). Proses pencampuran udara-bahan bakar dapat meningkatkan homogenitas campuran dan kualitas pembakaran. Dengan mengoptimalkan kualitas campuran udara-biogas dan kualitas pembakaran dihasilkan performansi dan emisi gas buang yang lebih baik. Alat pencampur hasil rancangan terdiri dari distributor biogas yang dilengkapi sejumlah lubang distribusi biogas, dan bagian penghalang heliks. Hitungan rancangan menghasilkan dimensi distributor biogas yang dilengkapi dengan 8 lubang dengan diameter 2 mm dengan diameter leher 12 mm dan panjang 50 mm. Penghalang heliks memiliki bentuk kontur berupa ulir terbuat dari baja karbon berfungsi sebagai pencampur udara-biogas. Diameter saluran sebesar 18 mm, panjang selongsong 78 mm, diameter poros penghalang heliks 2 mm dan membentuk sudut 30 derajat. Alat digunakan pada motor Otto generator listrik dengan kapasitas ruang bakar 222 cm³; rasio kompresi 8.5. Bahan bakar yang digunakan adalah biogas dengan kandungan 57.5% metan, dan bensin jenis pertalite dengan nilai oktan 90 sebagai pembanding. Pengoperasian motor Otto mengikuti prosedur standar operasi motor Otto yang baku dari awal hingga akhir pengujian. Performansi motor Otto diperoleh melalui pembebanan bertahap melalui penyalaan lampu pijar dengan daya masing-masing sebesar 300 W. Tahapan pembebanan dilakukan secara berurutan yaitu lampu pijar ke 1, 2, 3 dan seterusnya, masing-masing untuk uji motor Otto berbahan bakar biogas dan pertalite. Pencatatan beban maksimum pada saat kondisi motor Otto masih stabil, yang diperoleh melalui pengaturan dimmer pada pembebanan akhir penggunaan lampu pijar. Pasokan biogas dijamin dengan menggunakan kompresor. Hasil pengujian menunjukkan biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar pada motor pembakaran di dalam (internal combution engine/ICE) Otto. Hasil simulasi terhadap penghalang heliks sepanjang 39 mm pada sistem pencampur udara-biogas menunjukkan bahwa energi pembakaran meningkat 5%. Uji performansi terhadap hasil
Keyword: Biogas, helical barrier, quality of mixture, emissions