JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5

1

Abstrak Permasalahan dasar dalam pengoperasian mesin diesel diantaranya adalah ketersediaan dan biaya

yang diperlukan untuk memenuhi konsumsi bahan bakar.

Berawal dari hal tersebut, muncul pemikiran untuk

menggunakan CNG (compressed natural gas) sebagai

alternatif pengganti bahan bakar minyak karena

ketersediaannya melimpah dan harganya lebih murah.

Sehingga perlu diadakan analisa lebih lanjut untuk

mengetahui pengaruh penggunaan CNG terhadap mesin

diesel. Skripsi ini menganalisa penggunaan CNG sebagai

pengganti solar terhadap mesin diesel mulai dari daya

yang dihasilkan, torsi, dan tingkat emisi yang ditimbulkan.

Proses analisa dilakukan melalui simulasi menggunakan

software. Dari analisa yang dilakukan, performa yang

dihasilkan bahan bakar CNG untuk daya menurun 9.53%,

daya maksimal yang dihasilkan sebesar 56.09 kW pada

RPM 2500. Untuk torsi yang dihasilkan menurun 11.14%,

dimana torsi maksimal sebesar 220.11 Nm pada RPM

2000. Namun, CNG mampu menurunkan emisi gas buang

NOx sebesar 65.97% untuk brake spesifik NOx dan

28.94% untuk konsentrasi NOx serta menurunkan emisi

gas buang untuk jelaga hingga 100%.

Kata kunci: CNG, emisi, mesin diesel, performa,

simulasi,solar

PENDAHULUAN Perkembangan mesin diesel di dunia saat ini telah

membantu manusia dalam pekerjaan seperti pembangunan,

industri, transportasi, dll. Disamping memberikan dampak

positif namun disisi lain akan memberikan dampak negatif

dimana salah satunya berupa pencemaran udara.

Gas buang pada mesin diesel menghasilkan unsur

polutan berupa Nitrogen Oksida (Nox), Sulfur Osida (Sox),

Particulate Matter (PM), Karbon Monoksida (CO), dan

Hidrokarbon (HC), yang berpotensi mencemari lingkungan

sekitar dalam bentuk polusi udara. Semakin tinggi penggunaan

bahan bakar menyebabkan gas buang yang dihasilkan juga

semakin banyak. Oleh sebab itu, perlu dilakukan solusi yang

tepat untuk dapat memecahkan masalah tersebut.

Banyak sumber yang sedang diteliti sebagai bahan

bakar alternatif untuk mengatasi masalah tersebut, salah

satunya adalah penggunaan bahan bakar CNG untuk mesin

diesel. Hal ini bertujuan untuk mengurangi tingkat polusi

akibat gas buang yang terjadi selama ini.

Penulisan skripsi ini membahas tentang perbandingan

kualitas gas buang yang ditimbulkan oleh bahan bakar solar

dan CNG pada mesin diesel MERCEDES BENZ OM314.

METODE PENELITIAN Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini

adalah dengan metode berbasis simulasi. Untuk lebih jelasnya

akan dijabarkan sebagai berikut :

Identifikasi dan Perumusan Masalah

Penulisan skripsi ini dimulai dengan mengidentifikasi

dan merumuskan masalah mengenai pengerjaan yang akan

dilakukan dan juga batasan masalahnya. Hal ini dilakukan

untuk menyederhanakan masalah sehingga memudahkan

pengerjaan dan penyelesaian penulisan skripsi ini.

Studi Literatur

Pengumpulan bahan pustaka yang menunjang kegiatan

penelitian ini yang bersumber dari buku, artikel, paper, tugas

akhir dan internet.

Tempat pencarian dilakukan dibeberapa tempat,

diantaranya Perpustakaan Pusat ITS, Ruang Baca FTK, Ruang

Baca Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, dan Laboratorium

Mesin Kapal dan Getaran Jurusan Teknik Sistem Perkapalan

FTK.

Pengumpulan Data

Pengumpulan data yang diperlukan untuk melakukan

simulasi pada diesel engine, mulai data spesifikasi engine,

properties bahan bakar yang digunakan dan data-data yang

diperlukan demi menunjang pengerjaan skripsi.

Menentukan Parameter Simulasi

Parameter simulasi yang dibutuhkan adalah ukuran

dari komponen mesin diesel yang diminta oleh software, mulai

dari intake system sampai exhaust system.

Input Data dan Membuat Pemodelan Pada Komputer

Dilakukan input data untuk pemodelan pada diesel

engine berbahan bakar solar maupun CNG. Pada pemodelan

ini, semua model didesain pada spesifikasi untuk engine speed

dan pada keadaan full load. Jadi pada pemodelan ini, model

mesin disimulasikan berdasarkan variasi RPM pada keadaan

beban penuh.

Input data dan pemodelan dilakukan mulai dari intake

system, injector, cylinder system, sampai pada exhaust system.

Analisis Perbandingan Emisi Gas Buang Mesin

Diesel Menggunakan Bahan Bakar Solar dan CNG

Berbasis Pada Simulasi Yustinus Setiawan, Semin dan Tjoek Soeprejitno

Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: yustinussetiawan@yahoo.com, semin@its.ac.id

JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5

2

Running Simulasi

Running simulasi dilakukan untuk mengetahui

kinerja dari mesin diesel berbahan bakar solar dengan

menggunakan model yang telah dibuat. Hasil dari running ini

nantinya akan disamakan dengan kinerja dari engine yang

digunakan. Jika sama, maka model sudah benar. Acuan yang

digunakan untuk menyamakan hasil running adalah adalah

max power dan max torsi dari engine manual book. Hasil yang

akan dianalisa nantinya meliputi brake power, brake torque,

brake specific fuel consumption, brake specific NOx, NOx

concentration, brake specific soot, dan soot concentration.

Selanjutnya adalah melakukan hal yang sama pada mesin

diesel berbahan bakar CNG untuk kemudian dilakukan

perbandingan.

ANALISA DATA Model Simulasi Pada Mesin Diesel Menggunakan Bahan

Bakar Solar

Gambar 4.2 Gambar model mesin diesel bahan bakar solar

Model Simulasi Pada Mesin Diesel Menggunakan Bahan

Bakar CNG

Gambar 4.2 Gambar model mesin diesel bahan bakar CNG

Tabel Hasil Simulasi Pada Mesin Diesel Bahan Bakar Solar Tabel 4.1 Hasil simulasi pada mesin diesel bahan bakar solar

No Engine Speed

(RPM)

Power

(kW)

Torque

(Nm)

BSFC

(g/kW-h)

BSFC

(kg/KJ)

Max Temperature

(K)

1 500 9.582 183.00 248.25 13.19 2068.34

2 1000 22.33 213.19 231.29 15.37 2170.53

3 1500 35.97 228.98 220.65 16.51 2218.20

4 1800 44.31 235.09 213.75 16.95 2231.96

5 2000 48.93 233.64 212.43 16.84 2224.93

6 2500 59.26 226.36 218.09 16.32 2268.25

7 2800 63.31 215.92 234.25 15.57 2315.96

8 3000 63.19 201.16 272.89 14.50 2344.62

Max Pressure

(bar)

NOx

(g/kW-h)

NOx

(ppm)

Soot

(g/kW-h)

Soot

(ppm)

78.13 26.46 152.46 8.00E-09 1.45E-05

81.28 27.94 246.98 3.90E-08 2.52E-06

82.87 31.18 611.13 9.30E-08 8.00E-08

83.783 34.42 975.28 3.28E-06 9.30E-07

85.12 36.34 1161.43 1.48E-02 6.00E-05

84.12 38.47 1245.65 1.38E-01 5.60E-01

82.31 38.38 1038.98 2.61E-01 1.12E+00

81.24 37.15 754.89 3.25E-01 1.46E+00

JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5

3

Tabel 4.2 Hasil simulasi pada mesin diesel bahan bakar CNG

No Engine Speed

(RPM)

Power

(kW)

Torque

(Nm)

BSFC

(g/kW-h)

BSFC

(kg/KJ)

Max Temperature

(K)

1 500 6.68 127.69 265.32 12.59 2279.66

2 1000 19.46 185.91 253.99 14.70 2380.39

3 1500 32.91 209.59 238.51 15.81 2456.16

4 1800 41.06 217.93 226.93 15.99 2431.73

5 2000 46.08 220.11 225.15 15.86 2431.32

6 2500 56.09 214.37 227.74 15.09 2384.17

7 2800 56.02 191.16 244.90 14.17 2376.48

8 3000 55.54 176.89 285.89 13.57 2358.27

Max Pressure

(bar)

NOx

(g/kW-h)

NOx

(ppm)

Soot

(g/kW-h)

Soot

(ppm)

99.79 5.17 410.88 0 0

94.14 5.91 440.68 0 0

91.13 4.39 414.52 0 0

82.50 5.76 459.74 0 0

80.36 5.48 434.21 0 0

68.84 15.11 674.09 0 0

62.45 24.79 860.30 0 0

59.84 26.47 701.90 0 0

1. Perbandingan Brake Power (kW)

Gambar 4.7 Grafik brake power terhadap engine speed

Gambar 4.7 menunjukkan bahwa pada diesel bahan

bakar solar, power maksimal yang dihasilkan sebesar 63.31

kW pada kecepatan 2800 RPM. Power rata - rata yang

dihasilkan adalah 43.36 kW.

Pada diesel dengan bahan bakar CNG, power

maksimal sebesar 56.09 kW pada kecepatan 2500 RPM.

Power rata- rata yang dihasilkan pada adalah 39.23 kW. Jadi

penggunaan CNG sebagai bahan bakar mesin diesel dapat

mereduksi power dari mesin hingga 9.53%.

Penurunan daya pada mesin diesel berbahan bakar

CNG dipengaruhi oleh turunnya tekanan pembakaran dan

kandungan energi dalam bahan bakar CNG yang rendah.

2. Perbandingan Brake Torque (Nm)

Gambar 4.8 Grafik brake torque terhadap engine speed

Pada grafik diatas menunjukkan bahwa untuk mesin

diesel bahan bakar solar menghasilkan torsi maksimal sebesar

235.09 Nm pada kecepatan 1800 RPM. Nilai rata- rata torsi

yang dihasilkan pada adalah 217.17 Nm.

Pada mesin diesel bahan bakar CNG, torsi maksimal

yang dihasilkan sebesar 220.11 Nm ditunjukkan pada

kecepatan 2000 RPM. Nilai rata- rata torsi yang dihasilkan

adalah 192.95 kW.

Jadi penggunaan CNG sebagai bahan bakar mesin

diesel dapat menurunkan torsi hingga 11.14%.

3. Perbandingan Brake Specific Fuel Consumption (BSFC)

Gambar 4.9.a Grafik brake specific fuel consumption terhadap engine

speed

Gambar 4.9.a memberikan informasi bahwa konsumsi

bahan bakar untuk mesin diesel dengan bahan bakar solar

paling tinggi sebesar 272.89 g/kW-h pada kecepatan 3000

RPM. Nilai rata- rata konsumsi bahan bakar pada diesel

engine adalah 231.44 g/kWh.

Pada mesin diesel dengan bahan bakar CNG, konsumsi

bahan bakar paling tinggi sebesar 285.89 g/kW-h pada

kecepatan 3000 RPM. Nilai rata- rata konsumsi bahan bakar

pada CNG engine adalah 246.05 g/kW-h.

Dari keterangan yang ada, dapat disimpulkan bahwa

penggunaan CNG sebagai bahan bakar mesin diesel akan

meningkatkan konsumsi bahan bakar hingga 2.26%.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Po

wer

[k

W]

Engine Speed [RPM]

SOLAR

CNG

100

150

200

250

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Torq

ue

[Nm

]

Engine Speed [RPM]

SOLAR

CNG

200

220

240

260

280

300

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

BS

FC

[g/k

W-h

]

Engine Speed [RPM]

Solar CNG

JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5

4

Gambar 4.9.b Grafik perbandingan kandungan energi bahan bakar pada mesin diesel berbahan bakar solar dan CNG terhadap engine

speed

Gambar 4.9.b memberikan informasi mengenai

konversi kandungan energi bahan bakar antara mesin diesel

menggunakan bahan bakar solar dan CNG.

Pada mesin diesel dengan bahan bakar solar,

kandungan energi untuk konsumsi bahan bakar tertinggi setara

dengan 14.50 MJ/kg. Pada mesin diesel dengan bahan bakar

CNG, kandungan energi bahan bakar untuk konsumsi bahan

bakar tertinggi setara dengan 13.57 MJ/kg.

Dari keterangan yang ada, dapat disimpulkan bahwa

untuk dapat setara dengan performa mesin diesel berbahan

bakar solar, mesin diesel berbahan bakar CNG membutuhkan

konsumsi bahan bakar yang lebih banyak karena energi bahan

bakar CNG lebih rendah dibandingkan dengan solar.

Peningkatan konsumsi bahan bakar pada mesin diesel

berbahan baakar CNG disebabkan karena energi dalam bahan

bakar CNG yang rendah.

4. Brake Specific NOx (g/kW-h)

Gambar 4.10 Grafik perbandingan brake specific NOx terhadap engine

speed

Pada grafik 4.10 menunjukkan bahwa untuk mesin

diesel berbahan bakar solar menghasilkan NOx paling besar

38.47 g/kW-h pada kecepatan 2500 RPM. Nilai rata- rata NOx pada diesel engine adalah 34.179 g/kWh.

Pada mesin diesel berbahan bakar CNG, NOx paling

tinggi adalah sebesar 26.47 g/kW-h pada kecepatan 3000

RPM. Nilai rata- rata NOx pada CNG engine adalah 11.64

g/kW-h.

Jadi penggunaan CNG sebagai bahan bakar mesin

diesel mampu mereduksi NOx hingga 65.97%.

5. NOx Concentration (ppm)

Gambar 4.11 Grafik NOx concentration terhadap engine speed

Pada grafik diatas menunjukkan bahwa untuk mesin

diesel berbahan bakar solar menghasilkan NOx paling besar

1245.65 ppm pada kecepatan 2500 RPM. Nilai rata- rata NOx pada diesel engine adalah 773.35ppm.

Pada CNG engine, NOx paling tinggi sebesar 860.30

ppm pada kecepatan 2800 RPM. Nilai rata- rata NOx pada

CNG engine adalah 549.54 ppm.

Jadi penggunaan CNG sebagai bahan bakar mesin

diesel akan mereduksi konsentrasi NOx hingga 28.94%.

6. Brake Specific Soot (g/kW-h)

Gambar 4.12 Grafik brake specific Soot terhadap engine speed

Pada grafik diatas menunjukkan bahwa untuk mesin

diesel berbahan bakar solar menghasilkan Soot (jelaga) lebih

besar dibandingkan dengan menggunakan bahan bahan bakar

CNG. Nilai Soot paling besar 0.325 g/kW-h pada kecepatan 3000 RPM. Nilai rata- rata Soot pada mesin diesel bahan

bakar solar adalah 0.092 g/kWh.

Pada mesin diesel menggunakan bahan bakar CNG,

tidak ada soot yang dihasilkan. Jadi penggunaan CNG sebagai

bahan bakar mesin diesel mampu mereduksi kandungan brake

specific soot hingga 100%.

12

13

14

15

16

17

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

BS

FC

Ener

gy [

MJ/

kg]

Engine Speed [RPM]

Solar CNG

0

9

18

27

36

45

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Bra

ke

Sp

ecif

ic N

Ox [

g/k

W-h

]

Engine Speed [RPM]

SOLAR CNG

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

NO

x C

once

ntr

atio

n [

ppm

]

Engine Speed [RPM]

Solar

CNG

0.00E+00

5.00E-02

1.00E-01

1.50E-01

2.00E-01

2.50E-01

3.00E-01

3.50E-01

4.00E-01

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Bra

ke

Sp

ecif

ic S

oo

t [g

/kW

-h]

Engine Speed [RPM]

Solar CNG

JURNAL TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5

5

7. Soot Concentration (ppm)

Gambar 4.13 Grafik soot concentration terhadap engine speed

Pada grafik diatas menunjukkan bahwa untuk mesin

diesel menggunakan bahan bakar solar menghasilkan Soot

(jelaga) lebih besar dibandingkan dengan menggunakan bahan

bahan bakar CNG. Nilai Soot paling besar 1.46 ppm pada

kecepatan 3000 RPM. Nilai rata- rata Soot pada mesin diesel

bahan bakar solar adalah 0.39 ppm.

Pada mesin diesel menggunakan bahan bakar CNG,

tidak ada soot yang dihasilkan. Jadi penggunaan CNG sebagai

bahan bakar mesin diesel mampu mereduksi kandungan soot

concentration hingga 100%.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan dapat

diperoleh kesimpulan, yaitu:

1. Tingkat emisi yang ditimbulkan oleh bahan bakar solar untuk NOx paling besar adalah 38.47 g/kW-h dan 1245 ppm

pada kecepatan 2500 RPM, sedangkan untuk jelaga (soot)

paling besar adalah 0.325 g/kW-h dan 1.46 ppm pada

kecepatan 3000 RPM. Pada bahan bakar CNG, tingkat

emisi yang ditimbulkan untuk NOx paling besar adalah

26.47 g/kW-h pada kecepatan 500 RPM, dan 860.30 ppm

pada kecepatan 2800 RPM, sedangkan untuk jelaga (soot)

pada CNG tidak ada emisi yang dihasilkan.

2. Penggunaan CNG sebagai bahan bakar mesin diesel dapat menurunkan emisi gas buang untuk NOx sebesar 65.97%

yang ditinjau dari brake specific NOx dan sebesar 28.94%

yang ditinjau dari konsentrasi NOx. Selain itu, penggunaan

CNG sebagai bahan bakar mesin diesel dapat menurunkan

emisi gas buang untuk jelaga (soot) hingga 100% yang

ditinjau dari brake specific soot maupun konsentrasi soot.

3. Penggunaan CNG sebagai bahan bakar mesin diesel berpengaruh terhadap menurunnya peforma dari segi power

hingga 9.53% dan mereduksi torsi torsi hingga 11.14%.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim 1. Parameter Pencemar Udara dan

Dampaknya Terhadap Kesehatan.

http://www.depkes.go.id/downloads/Udara, 2010.

[2] Duffy. Modern Automotive Technology

Fundamentals, Service, Diagnostics 1st English

edition, Germany, 2006.

[3] Heywood, J. Internal Combustion Engine

Fundamentals. McGraw Hill, 1988.

[4] Kahn Ribeiro, Suzana, dkk. Transport and Its

Insfrastructure. Cambridge University Press,

Cambridge, United Kingdom and New York, NY,

USA, 2007.

[5] Keputusan Direktorat Jendral Minyak dan Gas

Bumi nomor 3675 K/24/DJM, 2006.

[6] Lesmana, Faizal. Bahan Bakar Solar dan

Pembakaran Motor Diesel, 2008.

[7] Marpol 73/78 Annex VI. Regulations for the

Prevention of Air Pollution from Ships, 2005. [8] Narotama, Fajri. Analisa Performa Mesin Diesel

Menjadi CNG engine Berbasis Pada Simulasi,

2010.

[9] Taylor, D.A. Introduction to Marine Engineering,

Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 1990.

[10] Tugaswati, Emisi Gas Buang dan Dampaknya

Terhadap Kesehatan, 2010.

[11] http://id.wikipedia.org/wiki/Gas_alam_terkompresi,

diakses pada 2 Juli 2013.

0.00E+00

2.00E-01

4.00E-01

6.00E-01

8.00E-01

1.00E+00

1.20E+00

1.40E+00

1.60E+00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Soot

Conce

ntr

atio

n [

ppm

]

Engine Speed [RPM]

Solar CNG