2019 : Perancangan Sistem Kontrol Air To Fuel Ratio (AFR) Menggunakan PID Controller Pada Spark Ignition Engine Kendaraan Bermotor Berbahan Bakar Biogas

Dr.Ir. Totok Soehartanto DEA
Arief Abdurrakhman ST., MT.

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Saat ini telah banyak masyarakat Indonesia yang menggunakan biogas sebagai sumber energi alternatif khususnya di daerah peternak sapi. Lebih dari 70.000 orang Indonesia telah mendapatkan manfaat dari 14.173 reaktor biogas rumah (BIRU) yang terbangun sampai dengan tahun 2015 (Dirjen EBTKE, 2015). Pada 6 ribu lebih jumlah reaktor biogas yang ada di Jawa Timur, sekitar 95% belum dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada kendaraan bermotor, karena hanya dipakai sebagai bahan bakar untuk kompor gas dan lampu gas saja (Paguyuban KUD Jawa Timur, 2015). Maka perlu dilakukan optimalisasi penggunaan biogas hasil purifikasi sebagai bahan bakar utama atau campuran pada kendaraan bermotor, khusunya sepeda motor yang jumlahnya relatif besar, sehingga surplus produksi biogas yang ada dapat dimanfaatkan sebagai energi untuk transportasi di masyarakat. Sepeda motor merupakan kendaraan umum yang banyak digunakan oleh masyarakat Indonesia. Menurut data dari Badan Pusat Statistik, jumlah pengendara sepeda motor pada tahun 2017 berkisar lebih dari 113 juta pengguna. Bahan bakar yang digunakan sepeda motor umumnya adalah bahan bakar fosil atau gasoline. Semakin bertambahnya pengguna sepeda motor setiap tahunnya, maka akan semakin besar permintaan atau stok bahan bakar fosil yang dibutuhkan. Namun bahan bakar fosil ini memiliki keterbatasan yang suatu saat nanti bisa habis. Sehingga dilakukan inovasi bahan bakar sepeda motor menggunakan biogas yang merupakan energi terbarukan yang mudah didapat dan diolah. Namun untuk menjadi bahan bakar bersih untuk mesin sepeda motor yang merupakan jenis mesin Spark Ignition (SI) Engine, biogas memiliki suhu penyalaan otomatis yang lebih tinggi, sehingga, relatif kesulitan dalam penyalaan mesin SI. Oleh karena memiliki indeks anti-ketukan yang lebih tinggi, mesin SI yang berbahan bakar biogas dapat memiliki rasio kompresi (CR) yang tinggi, yang meningkatkan efisiensi termal mesin. Namun hal tersebut bisa diatasi dengan cara mempertahankan CR (Compression Ratio) yang akurat, rasio bahan bakar, udara, dan waktu penyalaan untuk mesin berbahan bakar biogas untuk mencapai emisi rendah dan efisiensi konversi bahan bakar terbaik yang dioperasikan dalam mode SI (Spark Ignition). Adapun beberapa penelitian tentang pencampuran biogas sebagai bahan bakar engine telah dilakukan, seperti Verma, 2017, telah melakukan penelitian tentang pengaruh efek variasi komposisi biogas terhadap unjuk kerja diesel engine untuk dual fuel menggunakan analisis exergy. Variasi komposisi biogas yang digunakan adalah kadar metana sebesar 93% (BG93), 84% (BG84), dan 75% (BG75), dan dihasilkan total irreversibility pada diesel engine meningkat sebesar 61,44% pada biogas dengan kadar metana 93%. Sedangkan Air Fuel Ratio yang dihasilkan sebesar 22,47 untuk BG 93; 16,77 untuk BG84; dan 13,49 untuk BG75. Penelitian tentang bahan bakar biogas pada engine juga dilakukan oleh Kwon, 2017, dengan mengurangi chamber volume pada ruang pembakaran (dari 19,3 cc menjadi 16,6 cc), merubah rasio kompresi (dari 8,01:1 menjadi 9,22:1) dapat menambah power output sekitar 30%. Pada beberapa penelitian tersebut masih belum ada penelitian tentang perancangan sistem kontrol dalam Air Fuel Ratio (AFR) dalam spark ingnition engine pada kendaraan bermotor berbahan bakar biogas. Nilai daya output yang dipilih dalam Penelitian Pemula ini berdasarkan kondisi plant reaktor biogas yang ada di Indonesia yang didominasi oleh reaktor biogas skala rumah tangga. Kontrol rasio bahan bakar dan udara ini berpengaruh dalam peningkatan unjuk kerja engine seperti peningkatan efisiensi termal pada engine. Adanya kenaikan pembebanan pada engine maka akan mengakibatkan kerja engine semakin naik, sehingga akan merubah nilai rasio bahan bakar dengan udara. Maka dari itu dibutuhkan suatu sistem kontrol yang digunakan untuk menentukan rasio antara bahan bakar dan udara. Metode kontrol yang digunakan dalam penelitian ini adalah PID Controller dengan menggunakan metode tuning Ziegler Nichols yang diharapkan akan terjaganya stabilitas laju aliran pada bahan bakar biogas dan gasoline, serta laju aliran udara, sehingga dapat menjaga nilai AFR yang optimal pada spark ingnition engin kendaran bermotor berbahan bakar biogas.