Analisis Karakteristik Pembakaran Pada Mesin Diesel Sistem Dual-Fuel Dengan Bahan Bakar Biodiesel-Hidrogen

Islami, Sayyidah Minashofwati (2025) Analisis Karakteristik Pembakaran Pada Mesin Diesel Sistem Dual-Fuel Dengan Bahan Bakar Biodiesel-Hidrogen. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007222016-Master_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 1 April 2027. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Kekhawatiran yang semakin meningkat terhadap ketergantungan pada bahan bakar fosil dan dampak lingkungannya telah mendorong penelitian tentang alternatif bahan bakar terbarukan. Penelitian ini menyelidiki penerapan sistem dual-fuel yang menggunakan biodiesel dan hidrogen pada mesin diesel untuk meningkatkan efisiensi pembakaran dan mengurangi emisi berbahaya. Penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar sekunder pada mesin diesel diusulkan sebagai solusi menjanjikan untuk mengurangi dampak negatif bahan bakar fosil terhadap lingkungan. Namun, interaksi antara waktu injeksi hidrogen dan kinerja mesin masih menjadi tantangan besar. Penelitian ini berfokus pada variasi waktu injeksi (SOI) dan durasi injeksi (DOI) hidrogen pada sistem dual-fuel, dengan tujuan untuk mengeksplorasi pengaruhnya terhadap karakteristik pembakaran seperti laju pelepasan panas, keterlambatan penyalaan, durasi pembakaran, dan kinerja mesin. Metodologi yang digunakan melibatkan pengujian mesin diesel yang menggunakan campuran biodiesel CPO dan hidrogen, dengan variasi nilai SOI (70, 90, 110, 130, dan 150) dan DOI (70, 90, 110, 130, dan 150) untuk mengamati pengaruhnya terhadap efisiensi pembakaran, konsumsi bahan bakar, dan tingkat emisi. Prosedur pengujian mencakup pengaturan konsentrasi hidrogen (2,5 lpm – 15 lpm) dan variasi beban (1000 – 5000 W) serta kecepatan mesin (1000 – 2000 rpm) untuk mengumpulkan data mengenai metrik kinerja utama dan emisi. Data kinerja yang direkam meliputi daya rem (BP), efisiensi termal rem (BTE), konsumsi bahan bakar spesifik rem (BSFC), dan emisi gas buang seperti hidrokarbon (HC), karbon monoksida (CO), oksida nitrogen (NO), dan karbon dioksida (CO2) pada berbagai kondisi operasi mesin. Hasil penelitian menunjukkan bahwa injeksi hidrogen memiliki pengaruh signifikan terhadap performa mesin dan emisi yang dihasilkan. Pada pengujian dengan 2,5 Lpm hidrogen, emisi NO meningkat secara drastis, dengan nilai mencapai 250 ppm pada 5000 W pada SOI 70 dan DOI 70, sedangkan pada B100, emisi NO tercatat hanya 50 ppm pada kondisi yang sama. Brake power (BP) pada dual-fuel cenderung lebih rendah dibandingkan dengan B100, dengan nilai tertinggi 1,3 kW pada 3000 W untuk B100, sementara pada dual-fuel BP tertinggi tercatat 1,2 kW pada kondisi yang sama. Penurunan ini disebabkan oleh pengurangan massa udara yang masuk ke dalam ruang bakar akibat adanya injeksi hidrogen yang tinggi, yang mengganggu proses pembakaran optimal. Selain itu, brake thermal efficiency (BTE) pada dual-fuel cenderung lebih rendah dengan nilai tertinggi 11% pada 3000 W, sementara B100 dapat mencapai 17% pada kondisi yang sama. Emisi HC pada dual-fuel juga menunjukkan penurunan, dengan nilai terendah mencapai 5 ppm pada 5000 W untuk injeksi hidrogen pada 15 Lpm, sedangkan pada B100, emisi HC tercatat 25 ppm pada kondisi beban yang sama. Sementara itu, CO₂ pada dual-fuel menunjukkan peningkatan dibandingkan dengan B100, sejalan dengan peningkatan efisiensi pembakaran, dengan nilai CO₂ tertinggi mencapai 5,5% pada 5000 W untuk 15 Lpm hidrogen, dibandingkan dengan 3,8% pada B100. Temuan ini menunjukkan bahwa meskipun penggunaan hidrogen dapat meningkatkan efisiensi pembakaran dan mengurangi HC, pengaturan waktu injeksi yang tepat sangat penting untuk menghindari peningkatan emisi NO yang berbahaya.

===================================================================================================================================
The increasing concern about dependence on fossil fuels and their environmental impact has driven research into alternative renewable fuels. This study investigates the application of a dual-fuel system using biodiesel and hydrogen in diesel engines to improve combustion efficiency and reduce harmful emissions. The use of hydrogen as a secondary fuel in diesel engines is proposed as a promising solution to mitigate the negative environmental effects of fossil fuels. However, the interaction between hydrogen injection timing and engine performance remains a significant challenge. This study focuses on varying the Start of Injection (SOI) and Duration of Injection (DOI) of hydrogen in the dual-fuel system to explore its effects on combustion characteristics such as heat release rate, ignition delay, combustion duration, and engine performance.
The methodology involves testing a diesel engine fueled by a blend of CPO biodiesel and hydrogen, with variations in SOI (70, 90, 110, 130, and 150) and DOI (70, 90, 110, 130, and 150) to observe their effects on combustion efficiency, fuel consumption, and emission levels. The testing procedure includes adjusting the hydrogen concentration (2.5 Lpm – 15 Lpm) and varying engine load (1000 – 5000 W) and speed (1000 – 2000 rpm) to collect data on key performance metrics and emissions. Performance data recorded includes brake power (BP), brake thermal efficiency (BTE), brake-specific fuel consumption (BSFC), and exhaust emissions such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO), and carbon dioxide (CO2) under various operating conditions. The results show that hydrogen injection has a significant impact on engine performance and the emissions produced. In the tests with 2.5 Lpm hydrogen, NO emissions increased drastically, reaching 250 ppm at 5000 W with SOI 70 and DOI 70, whereas for B100, NO emissions were only 50 ppm at the same condition. Brake power (BP) in dual-fuel was generally lower compared to B100, with the highest value being 1.3 kW at 3000 W for B100, while the highest BP for dual-fuel was 1.2 kW at the same condition. This reduction is due to the decrease in air mass entering the combustion chamber because of the high hydrogen injection, which disrupts optimal combustion. Furthermore, brake thermal efficiency (BTE) in dual-fuel tends to be lower, with the highest value of 11% at 3000 W, while B100 can reach 17% under the same condition. HC emissions in dual-fuel also showed a reduction, with the lowest value reaching 5 ppm at 5000 W for hydrogen injection at 15 Lpm, while B100 emissions recorded 25 ppm under the same load condition. Meanwhile, CO₂ in dual-fuel showed an increase compared to B100, consistent with the improved combustion efficiency, with the highest CO₂ value reaching 5.5% at 5000 W for 15 Lpm hydrogen, compared to 3.8% in B100. These findings indicate that although the use of hydrogen can improve combustion efficiency and reduce HC emissions, proper timing adjustments of injection are crucial to avoid a significant increase in harmful NO emissions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	diesel dual-fuel, performa mesin, emisi, waktu injeksi hidrogen, durasi injeksi hidrogen dual-fuel diesel, engine performance, emissions, hydrogen injection timing, hydrogen injection duration
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ797 Diesel motor--Fuel systems--Testing.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Sayyidah Minashofwati Islami
Date Deposited:	06 Feb 2025 01:48
Last Modified:	06 Feb 2025 01:48
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118295

Actions (login required)

View Item