Analisis Pengaruh Pengaturan Hidrogen Dan Udara Pembakaran Terhadap Karakteristik Pembakaran Pada Mesin Diesel Dual Fuel Dengan Bahan Bakar Biodiesel-Hidrogen

Alfarizy, Alif (2025) Analisis Pengaruh Pengaturan Hidrogen Dan Udara Pembakaran Terhadap Karakteristik Pembakaran Pada Mesin Diesel Dual Fuel Dengan Bahan Bakar Biodiesel-Hidrogen. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007231027-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Kebutuhan energi dunia cenderung mengalami peningkatan setiap tahunnya. Bahan bakar fosil masih menjadi sumber utama untuk memenuhi kebutuhan energi hampir di segala sektor. Energi yang berasal dari bahan bakar fosil memiliki kendala utama yaitu, jumlah bahan bakar fosil yang terbatas dan tidak dapat diperbaharui, bahan bakar fosil juga menghasilkan emisi yang berdampak buruk terhadap lingkungan. Biodiesel berpoternsi besar dalam mengatasi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil karena merupakan salah satu energi terbarukan yang rendah emisi. Biodiesel memiliki viskositas lebih tinggi dan nilai kalor yang lebih rendah jika dibandingkan dengan petrodiesel, oleh karena itu banyak penelitian sebelumnya yang mengembangkan sistem dual fuel dengan penambahan dan pengaturan hidrogen yang diharapkan dapat mengatasi kekurangan biodiesel karena nilai kalor hidrogen yang tinggi. Namun, hasil dari beberapa penelitian tentang mesin diesel dual fuel dengan penambahan hidrogen menunjukkan penurunan performa mesin yang diduga karena subtitusi hidrogen terhadap udara murni di dalam silinder yang menyebabkan penurunan udara pembakaran. Pada penelitian ini, dengan melakukan pengaturan waktu injeksi hidrogen, durasi injeksi hidrogen, dan pengaturan udara pembakaran diharapkan dapat mengoptimalkan proses pembakaran. Penelitian ini dilakukan pada mesin diesel yang telah dimodifikasi dengan penambahan injection port untuk hidrogen, sehingga dapat beroperasi secara dual fuel. Mesin diesel yang digunakan dilengkapi dengan sistem kontrol programmable yang pengaturannya dapat disesuaikan dengan rancangan eksperimen. Bahan bakar yang digunakan adalah biodiesel jenis Crude Palm Oil (CPO) dan hidrogen. Konsentrasi hidrogen ditentukan pada nilai 2,5 lpm. Pengaturan waktu injeksi hidrogen pada 40ο dan 100 ο after top dead center (atdc), durasi injeksi hidrogen sebesar 60 ο dan 80 ο crank angle (ca), dan pengaturan udara pembakaran dengan variasi mass flow rate udara menggunakan electric supercharger dengan nilai mass flow rate sebesar 0.00826 kg/s, 0.0117kg/s, dan 0.0165 kg/s. Beban mesin divariasikan menggunakan beban berupa lampu dengan daya 1000 – 5000 W dengan interval 2000 watt, serta kecepatan mesin pada 1500 rpm. Hasilnya penelitian ini menunjukkan bahwa penggunaan biodiesel CPO ke dalam mesin diesel konvensional mengakibatkan air-fuel ratio yang lebih kaya sehingga penambahan udara pembakaran sebesar 0,00826 kg/s dengan supercharger elektrik dapat meningkatkan air-fuel ratio dari 6,7 menjadi 11,34 sehingga pembakaran yang terjadi lebih ideal dan mengakibatkan kenaikan daya output yang dihasilkan dari 2,4 kW menjadi 2,6 kW dan menaikkan BTE dari 31,7 % menjadi 35,18%. Namun penambahan udara pembakaran yang terlalu besar justru menurunkan performa karena panas dari pembakaran diserap oleh excess air sehingga pembakaran tidak terjadi secara sempurna karena AFR yang terlalu miskin yaitu di angka 19,07, sehingga mengakibatkan penurunan daya output yang dihasilkan dari 2,4 kW menjadi 1,4 kW dan menaikkan BTE dari 31,7 % menjadi 35,18%. Penambahan hidrogen dengan volume flow rate yang relatif kecil (2,5 lpm) dapat menurunkan konsumsi biodiesel secara signifikan, sehingga terjadi penurunan performa yang dihasilkan karena peak cyllinder pressure yang dihasilkan juga lebih rendah akibat energi input yang berkurang. Pengaturan waktu injeksi (SOI) hidrogen hidrogen yang lebih awal menyebabkan pencampuran hidrogen dan udara yang lebih sempurna daripada waktu injeksi (SOI) hidrogen yang lebih akhir. Waktu injeksi (SOI) hidrogen yang lebih awal (SOI 40) menyebabkan hidrogen yang keluar dari ruang bakar saat piston bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas dan intake valve dalam kondisi masih terbuka jumlahnya lebih sedikit daripada saat diinjeksikan di akhir (SOI 100). Durasi injeksi (DOI) hidrogen yang lebih panjang mengakibatkan masa hidrogen yang diinjeksikan lebih banyak, sehingga masa biodiesel yang berkurang saat DOI 80 lebih banyak daripada DOI 60. Penambahan udara pembakaran yang tepat, pada penelitian ini yaitu pada mass flow rate udara 0,00826 kg/s menyebabkan penurunan emisi HC, CO, dan NO namun meningkatkan emisi CO2 karena pembakaran yang lebih sempurna karena AFR lebih ideal. Penambahan hidrogen menyebabkan penurunan emisi HC, CO, dan CO2 namun cenderung meningkatkan emisi NO.
=================================================================================================================================
There is an increasing trend in the world’s energy demand every year. Fossil fuels remain the primary source of energy to meet the needs across almost all sectors. However, fossil fuel-based energy has major drawbacks, namely the limited and non-renewable nature of fossil fuel reserves, and the harmful emissions it produces for the environment. Biodiesel holds great potential to reduce dependence on fossil fuels as biodiesel is a renewable and low-emission energy source. Biodiesel has higher viscosity and lower calorific value compared to fossil diesel. Therefore, many previous studies have developed dual-fuel systems by adding and adjusting hydrogen concentration in hopes of overcoming biodiesel’s shortcomings, due to hydrogen’s higher calorific value. However, the results of several studies on dual-fuel diesel engines with hydrogen addition have shown decreased performance due to hydrogen substituting combustion air in the cylinder, which lower the combustion air needed. In this study, by adjusting the hydrogen injection timing, injection duration, and combustion air settings, it is expected that the combustion process can be optimized. This research was conducted on a diesel engine that had been modified by adding a hydrogen injection port, allowing it to operate in dual-fuel mode. The diesel engine used was equipped with a programmable control system whose settings could be adjusted according to the experimental design. The fuels used were biodiesel of the Crude Palm Oil (CPO) type and hydrogen. The hydrogen concentration was set at 2.5 LPM. The hydrogen injection timing was set at 40° and 100° after top dead center (ATDC), with injection durations of 60° and 80° crank angle (CA), and the combustion air was regulated using an electric supercharger with variations in air mass flow rate of 0.00826 kg/s, 0.0117 kg/s, and 0.0165 kg/s. The engine load was varied using lamps as the load, with power ranging from 1000 to 5000 W in 2000-watt intervals, and the engine speed was maintained at 1500 rpm. The results of this study show that the use of CPO biodiesel in conventional diesel engines results in a richer air-fuel ratio, so that the addition of combustion air of 0.00826 kg/s can increase the air-fuel ratio from 6.7 to 11.34, making the combustion more ideal and resulting in an increase in output power from 2.4 kW to 2.6 kW and increasing BTE from 31.7% to 35.18%. However, excessive addition of combustion air actually decreases performance because the heat from combustion is absorbed by excess air, so combustion does not occur perfectly due to an air-fuel ratio that is too lean, namely 19.07. The addition of hydrogen in relatively small fractions can significantly reduce biodiesel consumption, thus causing a decrease in the resulting performance because the peak cylinder pressure produced is also low due to the reduced input energy. An earlier SOI of hydrogen causes more perfect mixing of hydrogen and air compared to a later SOI, as a result, earlier SOI causes hydrogen to be wasted because it is pushed by the piston at a lower volume. A longer hydrogen DOI results in more mass of hydrogen being injected. The appropriate addition of combustion air, namely at an air mass flow rate of 0.00826 kg/s, causes a reduction in HC, CO, and NO emissions but increases CO₂ emissions due to more complete combustion. The addition of hydrogen causes a reduction in HC, CO, and CO₂ emissions but tends to increase NO emissions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	diesel dual fuel, performa mesin, emisi, waktu injeksi hidrogen, durasi injeksi hidrogen, udara pembakaran,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:	Alif Alfarizy
Date Deposited:	05 Aug 2025 06:29
Last Modified:	07 Aug 2025 08:49
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/126932

Actions (login required)

View Item