Analisis Teknis Penggunaan Bahan Bakar Ganda HSD-Hidrogen pada Mesin Diesel UTD-20 Ranpur Bvp-2 Menggunakan Analisis Numerik Ansys Forte

Ardianta Sabtu, Oktober 03, 2026
Gambar Ilustrasi AI
FORMOSA NEWS

Simulasi Bahan Bakar Ganda HSD-Hidrogen Mampu Meningkatkan Efisiensi dan Menekan Emisi Mesin Militer UTD-20

Sebuah penelitian simulasi numerik terbaru mengungkapkan bahwa penerapan bahan bakar ganda High Speed Diesel (HSD) dan hidrogen pada mesin diesel militer UTD-20 berhasil meningkatkan efisiensi termal hingga 48,59% sekaligus menekan emisi gas buang secara signifikan. Riset ini dilakukan oleh Iyan Sofiyan, Pompy Pratisna, dan Bambang Sudarmanta dari Program Studi S1 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Sekolah Tinggi Teknologi Angkatan Laut (STTAL), Surabaya, Indonesia. Penelitian yang dipublikasikan dalam Indonesian Journal of Contemporary Multidisciplinary Research (MODERN) edisi September 2026 ini menjadi langkah strategis untuk menjawab tantangan efisiensi energi, operasional alutsista, serta pengurangan emisi karbon pada kendaraan tempur (Ranpur) BVP-2 milik TNI.

Latar Belakang dan Urgensi Penelitian

Mesin UTD-20 merupakan mesin heavy-duty berkapasitas besar yang diandalkan untuk menghasilkan daya dan keandalan tinggi pada kendaraan tempur BVP-2. Ketergantungan penuh pada bahan bakar fosil jenis HSD menimbulkan tantangan pada konsumsi energi, biaya operasional, dan emisi pembakaran. Hidrogen dinilai sebagai opsi pendamping ideal karena memiliki nilai kalor tinggi (Lower Heating Value 120 MJ/kg), kecepatan rambat api yang cepat, serta tidak mengandung atom karbon. Konsep bahan bakar ganda (dual fuel) menggunakan HSD sebagai bahan bakar pemantik (pilot fuel) dan hidrogen yang dimasukkan melalui intake manifold untuk menggantikan sebagian fraksi energi diesel. Penelitian ini mengisi celah literatur mengenai karakteristik pembakaran transien mesin militer saat diaplikasikan substitusi hidrogen hingga 50% pada berbagai variasi putaran mesin dan sudut penyemprotan awal (Start of Injection/SOI).

Metodologi Penelitian

Penelitian ini menerapkan pemodelan numerik tiga dimensi berbasis Computational Fluid Dynamics (CFD) menggunakan perangkat lunak ANSYS Forte 2025 R1. Ranah simulasi difokuskan pada fase siklus tertutup dalam silinder (in-cylinder closed cycle) dari penyetelan Inlet Valve Closing hingga Exhaust Valve Opening. Peneliti memanfaatkan domain jaring sektor $51.43^\circ$ yang mewakili konfigurasi simetris injektor 7 lubang untuk menghemat beban komputasi tanpa mengurangi akurasi. Pemodelan ini mengintegrasikan mekanisme kinetika kimia transien n-heptana (sebagai pengganti HSD) dan hidrogen, model turbulensi RNG k-$\epsilon$, model atomisasi KH-RT, serta mekanisme prediksi emisi NOx (Zeldovich) dan soot (Hiroyasu-Nagle). Variasi uji mencakup fraksi hidrogen (0%, 10%, 30%, dan 50%), pengaturan SOI ($-27^\circ\text{CA}$ BTDC dan $-13^\circ\text{CA}$ BTDC), serta kecepatan putaran mesin (1600 rpm, 2000 rpm, dan 2600 rpm).

Temuan Utama Penelitian

Hasil analisis menunjukkan bahwa waktu penyemprotan awal dan fraksi substitusi hidrogen menentukan performa dan stabilitas pembakaran:

  • Strategi Injeksi Awal (SOI $-27^\circ\text{CA}$ BTDC) Paling Stabil: Penyetelan penyemprotan lebih awal memberikan waktu pembentukan campuran yang homogen sebelum titik mati atas (TMA), menghasilkan laju pelepasan panas yang stabil dan menjaga tekanan maksimum silinder ($P_{\text{max}}$) dalam batas aman.
  • Peningkatan Efisiensi Termal Indikator (ITE): Pada strategi SOI $-27^\circ\text{CA}$, penambahan hidrogen hingga 50% mendongkrak efisiensi termal secara konsisten. Kombinasi $50\%\text{ HSD} + 50\%\text{ H}_2$ pada 2000 rpm mencatatkan nilai ITE tertinggi sebesar 48,59% dan konsumsi bahan bakar spesifik (ISFC) terendah sebesar $157,54\text{ g/kWh}$.
  • Penurunan Emisi Signifikan: Penggunaan fraksi hidrogen 50% pada SOI $-27^\circ\text{CA}$ menekan indeks emisi NOx hingga $2,50\text{ g/kg}_{\text{fuel}}$ pada 2000 rpm serta menurunkan pembentukan jelaga (soot) karena sifat hidrogen yang bebas karbon.
  • Risiko Misfire pada Injeksi Terlambat (SOI $-13^\circ\text{CA}$ BTDC): Penyetelan injeksi lambat dengan fraksi hidrogen 50% pada putaran tinggi (2600 rpm) memicu kegagalan pembakaran (misfire/extinction), menurunkan nilai $P_{\text{max}}$ hingga 3,21 MPa dan memangkas ITE secara drastis hingga tersisa 1,93%.

Implikasi dan Dampak Nyata

Temuan riset ini menawarkan acuan teknis penting bagi pengembang teknologi pertahanan dan teknisi alutsista dalam memodifikasi sistem pembakaran mesin diesel heavy-duty. Penggunaan bahan bakar ganda HSD-hidrogen tidak hanya meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar pada kendaraan tempur, tetapi juga mendukung program transisi energi bersih di lingkungan militer. Strategi injeksi SOI $-27^\circ\text{CA}$ terbukti mampu memutus fenomena trade-off tradisional antara NOx dan soot, sehingga penurunan emisi dapat dicapai tanpa mengorbankan daya mesin.

Mengenai optimasi performa dan regulasi fase pembakaran mesin, para peneliti menyimpulkan bahwa penyesuaian waktu injeksi merupakan kunci sukses konversi energi. Iyan Sofiyan, Pompy Pratisna, dan Bambang Sudarmanta dari Sekolah Tinggi Teknologi Angkatan Laut (STTAL) menegaskan, "Antara strategi injeksi yang diuji, Start of Injection (SOI) awal $-27^\circ\text{CA}$ BTDC menghasilkan karakteristik pembakaran paling stabil di seluruh kondisi operasional, di mana peningkatan fraksi energi hidrogen hingga 50% menggeser proses pelepasan panas mendekati Titik Mati Atas sehingga meningkatkan efisiensi termal dan menurunkan konsumsi bahan bakar".

Profil Penulis:

  1. Iyan Sofiyan, S.T. – Peneliti dan mahasiswa Program Studi S1 Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Angkatan Laut (STTAL), Surabaya, dengan keahlian di bidang pemodelan simulasi termofluid dan sistem bahan bakar kendaraan tempur.
  2. Pompy Pratisna, M.T. – Dosen dan peneliti di Sekolah Tinggi Teknologi Angkatan Laut (STTAL), Surabaya, berpengalaman dalam analisis dinamika fluida komputasional (CFD) dan konversi energi mesin bertenaga besar.
  3. Dr. Bambang Sudarmanta, M.T. – Akademisi dan peneliti senior bidang Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Angkatan Laut (STTAL), Surabaya, berfokus pada pengembangan bahan bakar alternatif, kinetika pembakaran, dan rekayasa mesin pembakaran dalam.

Sumber Penelitian:

Ardianta

Diposting oleh Ardianta

Posting Komentar

0 Komentar