Motor Diesel Kapal

MOTOR DIESEL KAPAL (Marine Diesel Engines)BAB I KONSEP DASAR MOTOR 1.1 Klasifikasi Motor Pesawat tenaga adalah suatu mesin yang menghasilkan kerja atau daya. Daya tersebut selanjutnya digunakan untuk menggerakan berbagai kebutuhan yang lain. Pesawat yang untuk menghasilkan kerja menggunakan energy panas dari pembakaran bahan bakar, disebut Combustion Engine (motor penbakaran). Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok besar yaitu: External Combustion Engine (motor pembakaran luar), yaitu mesin yang proses pembakarannya terjadi atau dilakukan diluas silinder motor, antara lain: a) Steam Turbine (turbin uap) b) Steam Engine (mesin uap) c) Gas Turbine (turbine gas) Internal Combustion Engine (motor pembakaran dalam), yaitu mesin yang proses pembakaran bahan-bakar terjadi di dalam silinder motor, antara lain: a) Spark Ignition Engine (motor bensin) (Otto cycle) b) Compression Ignition Engine (motor diesel) (Diesel cycle) Terdapat berbagai alasan yang menyebabkan, mengapa internal combustion engine secara luas dipakai bila dibandingkan dengan heat engine yang lain. (ICE-1) Selanjutnya akan hanya dibahas mengenai Compression Ignition Engine atau yang lebih dikenal dengan Diesel Engine (motor diesel). Untuk motor diesel kapal (marine diesel engine) dapat diklasifikasikan ditinjau dari beberapa hal antara lain: 1) Ditinjau dari putaran motor a) High speed diesel engine (motor diesel putaran tinggi), dengan n " 1000 rpm (revolution per minute). b) Medium speed diesel engine (motor diesel putaran menengah), dengan 300 " n 1000 rpm c) Low-speed diesel engine (motor diesel putaran rendah), n 300 rpm 2) Ditinjau dari siklus kerja (operating cycle) pada motor a) Four stroke diesel engine (motor diesel empat langkah) b) Two stroke diesel engine (motor diesel dua langkah) 3) Ditinjau dari cara pengisian udara a) Simple (naturally) aspiration b) Scavenging c) Supercharging1Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

4) Ditinjau dari crank arrangement a) Trunk engine (biasanya untuk motor empat langkah putaran menengah dan untuk kapal yang harus menggunakan reduction gear) b) Cross-head engine (untuk kapal biasanya dipakai pada motor dua langkah putaran rendah untuk kebutuhan propeller direct couple). 5) Ditinjau dari arah putaran poros motor a) Non-reversible engine, satu arah putaran motor, umumnya putaran kanan b) Reversible engine, dua arah putaran motor, putaran kanan (untuk ahead) dan putaran kiri (untuk astern)

Gambar 1.1 Rudolf Diesel dan Motor Diesel pertamanya

1.2 Konstruksi dan Kelengkapan Motor. Sebuah motor umumnya merupakan prime mover dari sebuah power plant, sehingga harus dilengkapi dengan sistem penunjang antara lain: Air intake system, yang terdiri dari: intake filter, ducts, silencer. Exhaust gas system, yang terdiri dari: duct, muffler, water heater, steam boiler. Fuel system, terdiri dari: store tank, pump, heater, strainer, filter, dam piping. Engine cooling system, yang terdiri dari: pump, heat exchanger, cooling tower, water treatment, dan piping. Lub-oil system, yang terdiri: pump, tank, relief valve, filter cooler, purifier, piping. Engine starting system, yang terdiri dari: battery, electrical motor, mechanical air compressor, wiring, control ponel. Komponen utama dari sebuah motor diesel adalah sebagai berikut:2Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Cylinder dan piston, Cylinder block dan cylinder head, Piston rod dan crosshead, Connecting rod, crank shaft, fly wheel, turning wheel dan bearing, Bed plate dan frame, Camshaft dan valve gear, Cylinder head mounting, Turbocharger, Fuel injection pump dan fuel injector.

Gambar yang menunjukkan konstruksi sebuah motor diesel dapat dilihat pada gambar penampang melintang dan memanjang gambar 1-1, 1-2 dan 1-3.

Gambar 1.2 Bagian-bagian sebuah motor diesel Bagian-bagian utama motor a) Cylinder Sleeve or Bore (www.tpub.com/content/doe/h1018v1/css/h1018v1_26.html) Motor diesel menggunakan satu dari dua tipe silinder. Untuk jenis yang pertama setiap silinder secara sederhana dimasining atau dibor dalam block casting, sehingga block dan silinder merupakan bagian integral. Pada tipe yang kedua, sebuah machined steel sleeve dipress ke dalam block casting untuk membentuk silinder. Untuk mesin yang menggunakan sleeve, terdapat dua tipe sleeve, wet and dry. Sebuah dry sleeve dikelilingi oleh metal of block dan tidak kontak langsung dengan engines coolant. Gambar 1.3 menunjukkan sebuah wet sleeve. Wet sleeve3Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

mengalami kontak langsung dengan engines coolant (air). Diameter dari silinder dinamakan bore of the engine dan diukur dalam mm. Sebagian besar diesel diproduksi sebagai multi-cylinder engines dan typically have their cylinders arranged dalam salah satu dari dua jenis yang ada, in-line atau V. Pada in-line engine, semua silinder terletak pada satu baris dan untuk V type engine, silinder didisain dalam dua baris dengan membentuk sebuah sudut dan segaris dengan poros engkol.

Gambar 1.3 Wet Sleeve

Gambar 1.4 Cylinder Block

b) Piston and Piston Rings Piston transforms the energy of the expanding gasses into mechanical energy. Piston bergerak di dalam cylinder liner atau sleeve. Piston umumnya terbuat dari aluminum or cast iron alloys.

4

Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Untuk mencegah kebocoran gas pembakaran dan meminimalkan gesekan, setiap piston dilengkapi dengan metal rings. Ring berfungsi sebagai seal antara piston dan dinding silinder dan juga bertugas untuk mereduksi gesekan dengan cara meminimizing kontak antara piston dan dinding silinder. Ring biasanya terbuat dari cast iron dan dicoating dengan chrome atau molybdenum. Jumlah ring biasanya antara 2 sampai 5 buah, dengan setiap ring memiliki suatu Gambar 1.5 Piston dan Connecting Rod fungsi. Top ring(s) berfungsi utamanya sebagai pressure seal. Intermediate ring(s) berfungsi sebagai wiper ring untuk memindahkan dan mengontrol jumlah oil film pada dinding silinder. Bottom ring(s) adalah oiler ring dan menjamin bahwa suplai dari lubricating oil tetap berada pada cylinder wall.

Gambar 1.6 Piston c) Connecting Rod Connecting rod menghubungkan piston ke crankshaft. Ia terbuat dari drop-forged, heat-treated steel untuk memungkinkan kekuatan yang diperlukan. Tiap ujungnya dilubangi, dimana smaller top bore menghubungkan ke piston pin (wrist pin) pada piston. Large bore end terdiri dari dua bagian dan dihubungkan dengan baut untuk memungkinkan rod dihubungkan dengan crankshaft. Beberapa connecting rod dilubangi pada bagian tengahnya untuk mengalirkan oil ke atas dari crank shaft ke piston pin dan piston untuk pelumasan.

5


Gambar 1.7 Connecting Rod d) Crankshaft

Gambar 1.4 Cylinder Head

6


Gambar 1.5 Engine Sump Tank

7


Gambar 1.9 Crank Shaft

Gambar 1.10 Flywheel

8


Gambar 1.11 Valve

Gambar 1.12 Camshaft

9


Gambar 1.13 Rocker Gear

Gambar 1.14 Tappets

10


Gambar 1.15 Overhead Valve Gear

11


Gambar 1.16 Timing Gear

12


Gambar 1.17 Katup Pembuangan Motor Diesel 2 langkah

13


Gambar 1.18 Penampang melintang Motor Diesel, Jenis Vee

14


Gambar 1.19 Penampang melintang Motor Diesel, Two Stroke Low Speed, Uniflow Valve Scavenging Jenis In-line Crosshead Engine

15


Gambar 1.20. Penampang melintang Motor Diesel,Medium Speed Jenis In-line, Trunk Engine, Four Stroke

16


Gambar 1.21 Penampang Melintang Motor Crosshead

17


Gambar 1.22 Penampang memanjang motor Crosshead

18


19


Gambar 1.23 Arah Putar dan Penomoran

20


BAB II PRINSIP KERJA MOTOR Supaya motor dapat hidup, maka dibutuhkan proses pembakaran pada motor. Kerja motor, dimana terjadi satu kali proses pembakaran bahan bakar, disebut dengan siklus kerja. Setiap siklus kerja terdiri dari empat proses antara lain: Admission (pengisian udara pembakaran kedalam silinder) Compression (pemadatan udara pembakaran di dalam silinder) Expansion (pengembangan gas hasil pembakaran) Exhaust (pembuangan gas bekas pembakaran)

2.1 Motor Diesel 4 Langkah (Four Stroke Engines) Masing-masing proses di atas dalam satu siklus kerja, untuk motor empat langkah akan terjadi, secara teoritis dalam 180O lingkaran engkol, atau terjadi dalam satu langkah torak penuh. Oleh karena itu satu siklus kerja yang terdiri dari 4 proses tadi akan berlangsung dalam 4 x 180o lingkaran engkol (le) = 2 x putaran poros engkol atau sama dengan 4 langkah torak. Oleh karena itu motor tersebut dinyatakan sebagai motor 4 langkah (four stroke diesel engine). 1 siklus kerja = 2 x 360o ling. Engkol (motor 4 langkah) 1 siklus kerja = 2 x putaran poros engkol 1 siklus kerja = 4 proses kerja 1 proses kerja = 180o le = 1 langkah torak Torak di dalam silinder selalu bergerak diantara dua titik extreme atau lebih lasim disebut dengan: dead center (titik mati). Kedua dead center tersebut adalah Top Dead Center (TDC) atau Titik Mati Atas (TMA) dan Bottom Dead Center (BDC) atau Titik Mati Bawah (TMB). Jarak perjalanan torak dari TMA ke TMB atau sebaliknya disebut langkah torak (piston stoke). Sementara diameter lingkaran engkol sama dengan panjang langkah torak. Compression Ratio. (www.tpub.com/content/doe/h1018v1/css/h1018v1_38.htm)Clearance Volume is the volume remaining in the cylinder when the piston is at TDC.

Karena bentuknya yang tidak beraturan dari combustion chamber (volume in the head) maka clearance volume dihitung secara empiris dengan cara mengisi chamber dengan sejumlah fluida yang diukur ketika piston berada di TDC. Volume ini kemudian ditambahkan dengan displacement volume dalam cylinder untuk mendapatkan cylinder total volume.21Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

An engines compression ratio ditentukan oleh volume silinder dengan piston di TMA (highest point of travel) dan dibagi volume silinder ketika piston berada di TMB (lower point of travel), seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Dan dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Gambar 2. Compression Ratio

22


Gambar 2.1 Penampang motor 4 langkah

2.2 Prinsip Kerja Motor Diesel 4 Langkah Langkah I, Admission (gambar a) Piston bergerak dari TMA ke TMB, inlet valve terbuka, exhaust valve tertutup. Dengan bergeraknya piston menuju TMB, maka volume silinder membesar, dengan demikian tekanan akan turun di bawah tekanan atmosfir, sehingga udara luar akan mengalir masuk melalui saluran pengisian untuk memenuhi silinder. Oleh karena secara konstruktif inlet valve mempunyai penampang yang terbatas, maka udara yang masuk terhalang adanya penyempitan saluran pengisian. Dengan demikian tekanan di dalam silinder tidak dapat mencapai tekanan atmosfir pada akhir langkah, melainkan hanya mencapai harga sekitar 0,9 bar absolute. Luas inlet valve hanya sekitar 8 10 % penampang torak. Langkah II, Compression (gambar b) Piston bergerak dari TMB ke TMA, inlet valve tertutup, exhaust valve tertutup. Ketika piston bergerak menuju TMA dan kedua katup tertutup, maka dengan makin mengecilnya volume silinder, udara dikompresi sehingga tekanan dan temperature akan naik semakin tinggi. Tekanan naik sekitar 30 45 bar dan temperature udara sekitar 500-600 oC. Pada motor diesel yang diproduksi akhir-akhir ini, tekanan pada akhir kompresi dapat lebih tinggi, karena umumnya mempunyai perbandingan kompresi yang lebih besar.Di akhir langkah kompresi injector akan menyemprotkan bahan-bakar dengan tekanan tinggi dalam bentuk kabut (atomize) ke dalam udara panas. Pembakaran akan mulai beberapa saat setelah injeksi.

23


a) Proses Pengisian (admission) torak bergerak dari TMA ke TMB. Lama inlet valve terbuka adalah bidang yang diarsir. b) Proses Kompresi (compression) torak bergerak dari TMB ke TMA. Lama kompresi adalah bidang yang diarsir. c) Proses Pengembangan (expansion) torak bergerak dari TMA ke TMB. Expansi adalah bidang yang diarsir. d) Proses Pembuangan (exhaust) torak bergerak dari TMB ke TMA. Lamanya outlet valve terbuka adalam bidang yang diarsir. Catatan: OT Titik Mati Atas (TMA) UT Titik Mati Bawah (TMB)

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Motor Diesel 4 Langkah

Langkah III, Expansion (Power Stroke) (gambar c) Piston bergerak dari TMA ke TMB, inlet valve tertutup, exhaust valve tertutup. Sekitar 3 20o sebelum TMA (akhir langkah kompresi), bahan bakar dengan tekanan tinggi dan dalam bentuk kabut (atomize) disemprotkan kedalam udara pembakaran yang telah panas akibat kompresi. Interval waktu sebanyak di atas diperlukan untuk memberikan kesempatan terjadinya proses percampuran yang sempurna antara bahan bakar dan oksigen dari udara, sebelum terjadi pembakaran. Proses penyemproton bahan bakar akan terjadi selama 20 30 derajat engkol. Dari jumlah derajat engkol yang tersedia, hampir separuhnya berada sebelum TMA. Panas yang terjadi menyebabkan bahan bakar menjadi uap, dan molekulmolekul akan saling terpisah menjadi atom-atom C dan molekukl-molekul24Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

dari H2. Pada saat piston mencapai TMA maka pembakaran mulai berlangsung dan membentuk CO2 dan H2O. Pembakaran telah terjadi pada akhir langkah kompresi dan terus berlanjut di awal langkah expansi. Temperatur di akhir pembakaran dapat mencapai 1500 1800 oC pada motor dengan beban penuh. Pembakaran akan berlangsung hingga akhir penyemprotan yaitu untuk keadaan normal sekitar 20 30 derajat lingkaran engkol sesudah TMA, atau sekitar 5 10% langkah torak. Tekanan di dalam silinder naik cukup tinggi akibat adanya pembakaran bahan bakar. Setelah pembakaran berakhir gas pembakaran melakukan expansi dengan memberi energy yang besar kepada piston untuk diteruskan connecting rod ke poros engkol guna menghasilkan daya. Tekanan dalam silinder akan terus turun sehubungan dengan membesarnya volume silinder. Pada akhir langkah expansi, yaitu saat katup pembuangan terbuka beberapa saat sebelum pinston mencapai TMB, tekanan dan temperature jatuh hingga masing-masing sekitar 2,5 3,5 bar dan 800 900 oC (keadaan tersebut bila motor jalan dengan beban penuh). Langkah IV, Exhaust (gambar d) Piston bergerak dari TMB ke TMA, inlet valve tertutup, exhaust valve terbuka Sebelum piston mencapai TMB, katup exhaust sudah terbuka, dengan demikian sebagian gas bekas pembakaran telah keluar lebih dahulu. Pada saat outlet valve terbuka, tekanan di dalam silinder turun mendekati tekanan udara luar sehingga temperature gas juga turun hingga 350 450OC. Ketika langkah pembuangan piston mendorong seluruh sisa gas bekas untuk dibuang ke atmosfir. Oleh karena diatas torak terdapat sisa ruangan, yaitu ruangan pembakaran, maka kemungkinan besar terdapat sisa gas bekas pembakaran yang tidak dapat keluar. Sisa gas bekas tersebut kemudian akan bercampur dengan udara baru (fresh air) yang masuk ke dalam silinder pada saat langkah pengisian.Pertanyaan: a) Mengapa bahan bakar disemprotkan dengan tekanan tinggi b) Mengapa saat awal penyemprotan bahan bakar terjadi sebelum TMA (3 20 O sebelum TMA) c) Mengapa saat awal pembakaran terjadi sebelum piston mencapai TMA d) Mengapa katup exhaust terbuka sebelum piston mencapai TMB

25


Gambar 2.3 Timing Diagram Motor Diesel 4 Langkah

26


Gambar 2.4 Prinsip kerja motor diesel 4 langkah

2.3 Motor Diesel Dua Langkah Pada motor 2 langkah pengisian silinder dengan udara baru seiring dengan pembersihan silinder dari sisa gas bekas pembakaran. Proses ini biasanya dinamakan pembilasan (scavenging). Tidak seperti motor 4 langkah, motor 2 langkah dikonstruksikan mengikuti prinsip pembilasan yang digunakan. Dengan demikian maka kontruksi mesinnya akan dibedakan menurut prinsip pembilasan tersebut. Sejauh ini dikenal ada 2 kelompok dasar pembilasan yaitu: Return-flow scavenging ( pembilasan melintang) dan Uniflow scavenging (pembilasan memanjang).27Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Gambar 2.5 Penampang motor diesel 2 langkah

2.3.1 Prinsip Dasar Pembilasan Return-flow scavenging ( pembilasan melintang) a) Simple loop-flow port scavenging b) Loop-flow opposed port scavenging c) Full loop-flow port scavenging Uniflow scavenging (pembilasan memanjang) a) Uniflow valve scavenging b) Uniflow port scavenging Oleh karena itu prinsip kerja motor diesel 2 langkah selalu diterangkan mengikuti prinsip pembilasan yang dipakai, salah satu dari kelima prinsip di atas. Uniflow valve scavenging (pembilasan memanjang dengan exhaust valve) adalah salah satu yang banyak digunakan belakangan ini, dan secara khusus dipakai pada low speed diesel (MAN B&W dan Sulzer), karena memiliki beberapa keunggulan, salah satunya adalah super long stroke. Prinsip pembilasan yang dewasa ini digunakan adalah simple loop-flow port scavenging, full loop-flow port scavenging dan uniflow valve scavenging. Ketiga prinsip ini terlihat pada gambar 2-8, 2-7 dan 2-6. Simple loop-flow port scavenging (gambar 2-8) Prinsip pembilasan ini secara luas dipakai pada low-power diesel. Udara bilas dimasukkan melalui scavenging port yang terdapat pada sekeliling salah satu bagian dinding silinder. Kemudian hasil pembakaran dikeluarkan melalui exhaust port yang posisinya bersebelahan dengan scavenging port.28Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Exhaust port akan terbuka lebih dahulu dari pada scavenging port. Hal ini dimaksudkan supaya sejumlah hasil pembakaran akan keluar terlebih dahulu sehingga tekanan silinder pcyl dapat dikurangi menjadi tekanan udara bilas psc, sebelum dimulainya proses pembilasan. Pada gambar 2-7, exhaust port terbuka pada titik 5 dan kemudian akan tertutup pada titik 6, sedangkan scavenging port akan terbuka pada titik 1 dan kemudian tertutup ada titik 2. Full loop-flow port scavenging (gambar 2-7) Prinsip pembilasan ini yang dipakai oleh MAN, pabrik untuk memproduksi MAN Marine Diesels. Pada prinsip pembilasan ini exhaust port posisinya di atas scavenging port dan keduanya terletak pada sisi silinder yang sama. Dengan demikian scavenging air receiver dan exhaust manifold juga berada pada sisi motor yang sama. Pada saat langkah turun torak, exhaust port akan lebih dahulu terbuka sehingga hasil pembakaran dapat keluar ke exhaust manifold. Scavenging (pembilasan) akan mulai saat scavenging tidak tertutup oleh piston. Udara bilas masuk melewati sepanjang contour silinder sehingga membentuk full loop, udara bilas tersebut mendorong sisa produk pembakaran keluar melalui exhaust port. Arah aliran udara bilas tadi melakukan gerakan memutar mulai dari scavenging port ke exhaust port. Untuk mengurangi kehilangan air charge melalui exhaust port, maka pada beberapa type diesel digunakan rotating control valve yang penempatannya di belakang exhaust ports, dengan maksud exhaust port akan tertutup lebih dahulu. Exhaust port akan terbuka pada titik 5 (gambar 2-8) dan tertutup pada titik 6, sedangkan scavenging port akan mulai terbuka pada titik 1 dan kemudian tertutup pada titik 2. Uniflow valve scavenging (gambar 2-6) Type pembilasan ini secara luas digunakan pada low-speed marine diesel engines. Tipe ini biasanya digunakan pada Sulzer marine diesel engines (dengan model RTA dan RT-Flex) dan MAN B&W marine diesel engines (dengan model MC). Udara bilas masuk ke dalam silinder melalui scavenging ports yang terletak sekeliling silinder bagian bawah dan hasil pembakaran dikeluarkan melalui exhaust valve yang terletak pada kepala silinder. Udara bilas yang melewati silinder akan membentuk aliran lurus (straight flow). Pada saat piston bergerak ke bawah, exhaust valve akan terbuka lebih dahulu. Tekanan dalam silinder akan turun hingga mencapai tekanan udara bilas. Pembilasan akan terjadi pada saat savenging port mulai terbuka dan akan berakhir saat scavenging ports tertutup. Pada motor untuk pabrik tertentu, akan terdapat additional air charge karena exhaust valve akan29Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

tertutup sebelum scavenging ports. Pada jenis diesel yang lain seperti skema pada gambar 2-9 maka lama waktu terbukanya exhaust valve sesudah TMB lebih sedikit disbanding sebelum TMB. Motor diesel jenis ini memiliki efisiensi termis efektif tertinggi dari seluruh jenis diesel yang ada, yang saat ini telah dapat dibuat oleh Sulzer dan MAN B&W hingga mencapai 51 % dan memiliki pemakaian bahan bakar spesifik terendah (specific fuel oil consumption).

Gambar 2.6 Prinsip Pembilasan Jenis Uniflow Valve ScavengingPembilasan (scavenging) secara air). sederhana dapat diartikan sebagai

pembuangan gas bekas pembakaran dengan bantuan udara bersih (fresh

30


Gambar 2.7 Prinsip Pembilasan Jenis Return-Flow Scavenging bentuk full loop

31


Gambar 2.8 Prinsip Pembilasan Simple Loop-flow Scavenging

2.3.2 Prinsip Kerja Motor Diesel 2 Langkah. Motor diesel 2 langkah (two-stroke diesel engine) adalah jenis motor diesel dimana tiap siklus kerja motor berlangsung dalam 2 langkah torak atau 1 kali putaran poros engkol. Dengan demikian tiap siklus akan berlangsung dalam 360 derajat engkol atau tiap langkah torak berlangsung selama 180 derajat engkol. Keempat proses, admission, compression, expansion dan exhaust, juga akan berlangsung pada motor 2 langkah, akan tetapi masing-masing proses yang ada tidak berlangsung selama 180 derajat lingkaran engkol. Secara teoritis dianggap bahwa pada langkah yang pertama akan terjadi dua proses yaitu, scavenging dan compression, kemudian langkah selanjutnya akan berlangsung proses expansion dan exhaust. Dengan demikian prinsip kerja motor diesel dua langkah dapat dijelaskan sebagai berikut:32Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

1. Langkah (stroke) I torak (piston) bergerak dari TMB ke TMA. Proses yang terjadi Scavenging dan Compression. Pada saat piston berada di TMB, baik exhaust maupun scavenging port berada dalam keadaan terbuka penuh. Oleh karena itu terjadi proses pembilasan silinder oleh blowing udara bilas yang disuplai ke dalam silinder oleh pompa bilas atau blower. Pada saat pembilasan berlangsung, torak tetap akan bergerak ke atas sehingga akan menutup scavenging port, sedangkan exhaust port masih tetap terbuka untuk beberapa saat (proses pada gambar 2-9a). Setelah exhaust port (exhaust valve) tertutup, maka mulai terjadi proses kompresi hingga piston mencapai TMA (proses pada gambar 2-3b). Proses kompresi berlangsung seperti pada motor diesel empat langkah. Lamanya pembuangan sisa-sisa gas pembakaran yaitu dari posisi TMB ke exhaust port tertutup sekitar 50 65 derajat engkol atau sekitar 20 30 % langkah torak.

Gambar 2.9 Prinsip Kerja Motor Diesel 2 Langkah

2. Langkah (stroke) II torak (piston) bergerak dari TMA ke TMB. Proses yang terjadi Expansion dan Exhaust Proses penyemprotan dan pembakaran bahan bakar berlangsung seperti pada motor empat langkah. Sesudah terjadi pembakaran, maka torak didorong oleh tekanan gas pembakaran dan selanjutnya akan berlangsung proses expansi. Tekanan di dalam silinder akan turun karena membesarnya volume silinder. Proses expansi berlangsung sampai exhaust port terbuka. Sesudahnya adalah proses pembuangan exhaust gas ke atmosfir. (proses ini dapat dilihat pada gambar 2-9c dan 2-9d). Membukanya exhaust port sebelum TMB

33


adalah sekitar 50 60 derajat engkol. Sedangkan tekanan gas pembuangan sekitar 2 4 bar. Lamanya pembuangan gas pembakaran dan pengisian udara bersih sekitar 100 130 derajat engkol. Bila dibandingkan dengan motor diesel 4 langkah, dengan putaran yang sama, maka motor diesel 2 langkah seharusnya mempunyai daya yang 2 kali lebih besar, akan tetapi karena kehilangan pembilasan, maka dayanya sedikit lebih kecil.

34


Gambar 2.10 Indikator dan Timing Diagram Motor Diesel 2 Langkah

35


Gambar 2.11 Prinsip kerja motor diesel 2 langkah

36


Gambar 2.12 Perbandingan motor 2 langkah dan 4 langkah

SUPERCHARGING Pengisian dengan sejumlah air charge yang lebih besar oleh blowing udara tersebut dengan/di bawah tekanan tertentu. Penambahan berat air charge ini diperloleh oleh penambahan tekanan udara yang dimasukkan kedalam silinder. Supercharging kadang-kadang juga disebut sebagai boosting. Tujuan utama dari supercharging adalah memperbesar air charge untuk memungkinkan pembakaran lebih banyak bahan bakar dan dengan demikian menambah power output dari motor. Supercharging digunakan pada motor 4 langkah dengan maksud: a) Untuk mengatasi efek ketinggian, misalnya untuk air plane dam motor stasioner yang ditempatkan di atas gunung/pegunungan. b) Untuk mengurangi berat dari motor per horsepower yang dibangun, misalnya untuk mobil c) Untuk mengurangi besar dari motor, dalam penggunaan di tempat terbatas, seperti lokomotif dan marine engines d) Untuk menambah daya motor.

37


38


BAB III DAYA DAN BESARAN UTAMA MOTOR

3.1. DAYA MOTOR Besarnya suatu motor diesel (Rating) diukur dengan besarnya daya (power) yang dapat dihasilkan oleh motor tersebut. Secara umum dikenal dua jenis daya yaitu: a) Daya Indikator (Indicated Power), yaitu daya yang terjadi di dalam silinder motor, akibat pembakaran bahan bakar. Bila daya tersebut diukur dengan satuan metris, maka biasanya disebut indicated engine horsepower (ihp). b) Daya Efektif (Effective Brake Power), yaitu daya yang timbul pada ujung poros engkol (flens dari motor). Oleh karena untuk mengukur besarnya daya tersebut biasanya digunakan rem (brake), maka selanjutnya disebut brake horsepower (bhp). 3.2. PERHITUNGAN DAYA MOTOR DIESEL (Dengan SI Units) Dari mekanika diketahui bahwa :

Daya (Power) = Gaya (Force) x Kecepatan (Velocity) P=

F

X

V

P = kN x m/s P = kNm/s P = kWPada motor, gaya yang timbul di dalam silinder motor bekerja terhadap permukaan torak, disebabkan karena tekanan rata-rata yang bekerja terhadap permukaan torak tersebut (mean pressure) atau dinotasikan dengan (pm). Tekanan yang dimaksudkan di atas kemudian terdiri atas:39Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

a) Tekanan indicator rata-rata, yaitu tekanan gas rata-rata yang terjadi akibat pembakaran bahan bakar di dalam silinder dan dinotasikan dengan (pmi) b) Tekanan efektif rata-rata, yaitu tekanan rata-rata yang diperhitungkan setelah mengalami semua kehilangan mekanis hingga pada flens poros engkol, dan selanjutnya diniotasikan dengan (pme). Bentuk formulasi daya di atas terdiri dari unsure-unsur: a) Gaya (Force), F, yang di dalam silinder motor akan diformulasikan sebagai: Dimana : --------------- (3 2) Dengan demikian: , --------------(3 - 1)

b) Kecepatan (Velocity), Cm, yang terjadi adalah pergerakan torak pulang pergi di dalam silinder sesuai dengan banyaknya putaran yang ada selama waktu tertentu. Untuk menghitung daya motor biasanya digunakan kecepatan torak rata-rata (mean piston speed) Cm. Cm dihitung sebagai berikut: ------------(3 3)

Oleh karena itu, daya motor dapat ditentukan melalui persamaan: atau, , ------------(3 - 5) atau -----------(3 4)

Persamaan di atas hanya berlaku apabila tiap langkah torak dapat melakukan kerja. Oleh karena pada motor dua langkah, satu kali kerja, baru terjadi apabila telah berlangsung 2 langkah torak, dan pada motor 4 langkah, 1 (satu) kali kerja baru terjadi setelah mengalami 4 langkah torak, maka formulasi daya di atas akan mengalami perubahan sebagai berikut:

Untuk motor 2 langkah:

-------------- (3 6)

40



--------------- (3 7)

Dimana: P daya motor, D diameter silinder, s - langkah torak, n - putaran poros motor, z - jumlah silinder, Vs - volume silinder, pm tekanan rata-rata, A - luas silinder (permukaan torak), Selanjutnya bila: pm diukur dalam, bar Vs - diukur dalam, dm3 n - diukur dalam, rpm maka dengan demikian: Untuk motor 2 langkah:

,

-------------- (3 8)


------------ (3 9)

Daya motor terdiri dari daya indicator (indicated power Pi) dan daya efektif (effective power Pe). Untuk menghitung kedua jenis daya ini, maka perlu diketahui tekanan indicator rata-rata (mean indicated pressure pmi) dan tekanan efektif rata-rata ( mean effective pressure pme). Kedua besaran itu disubstitusi ke dalam persamaan (3-7 dan (3-8) untuk memperoleh harga Pe dan Pi. Dalam satuan yang lama (MKS units), daya diukur dengan satuan horsepower (hp) dan tekanan rata-rata dalam kg/cm2 (at). Maka persamaan (3-7) dan (3-8) akan berubah menjadi: Untuk motor 2 langkah:

,

-------------- (3 10)


------------- (3 11)

41


3.3 Engine Rating Khusus untuk motor diesel kapal, ukuran atau besarnya motor akan dinyatakan dengan Continuous Power Output pada kondisi putaran spesifik motor dan biasanya disebut Maximum Continuous Rating (MCR). Motor yang digunakan sebagai penggerak kapal dinamakan Motor Induk (Main Engine), yang dihubungkan ke baling-baling (Propeller). Pada kapal dagang (Merchant Ship), sebuah Motor Induk diharapkan dapat dioperasikan dalam interval life time yang cukup lama dengan suatu efisiensi yang cukup tinggi. Berdasarkan pertimbangan di atas maka motor diesel kapal umumnya selalu bekerja dengan suatu rating condition yang disebut sebagai Continuous Service Rating (CSR) yang harganya sedikit lebih kecil dari MCR. Sebuah mesin kapal umumnya dipilih dan dioperasikan kurang dari 90% MCR dan putaran yang sedikit lebih rendah dari putaran maksimum. Maksud penggunaan daya yang kurang dari maksimum adalah juga untuk memperhitungkan komponen mesin dalam jangka waktu lama. Daya yang digunakan dalam operasional normal sebuah kapal disebut Continuous Service Power, dan perbedaan antara Continuous Service Power dengan Maximum Continuous Rating disebut Engine Margin. Besarnya continuous service rating adalah antara 80 90% dari MCR. Salah satu factor yang sangat penting dalam sebuah motor diesel adalah Mean Effective Pressure (mep atau juga pme). Harga mep secara langsung proporsional dengan Torque yang diperlukan untuk poros penggerak, dengan demikian produk dari mep dan rpm secara langsung proporsional dengan Brake Power Output. 3.4 Basic Performance Factors sebuah Motor Dalam mendisain sebuah motor, pila perlu ditentukan cylinder bore dan piston stroke untuk power Pe dan putaran n yang diketahui, maka langkah pertama adalah memilih harga numeric dari karakteristik utama, yaitu harga-harga tekanan efektif rata-rata (pe), kecepatan piston rata-rata (cm), perbandingan stroke-bore (s/D) dan jumlah silinder (z). Mean Effective Pressure (pe): Untuk motor 2 langkah dengan uniflow scavenging mempunyai mep yang lebih besar dari loop-flow port scavenging. Untuk motor 4 langkah tanpa supercharging, pada beban penuh pe = 5,5 6,5 bar. Untuk motor yang diproduksi diatas 1981: Motor 4 langkah putaran menengah pe = 14 21 bar Put. Rendah 2 langkah motor besar pe = 11 15 bar Mean Piston Speed (Cm) Kecepatan torak rata-rata persamaan 6-3 merupakan harga dasar dalam menentukan speed characteristic dari sebuah motor. Kecepatan torak rata-rata juga sangat42Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

menentukan umur pakai motor karena keausan bagian utama motor tergantung dari pertambahan putaran. Dalam pemilihan harga numeric, mean piston speed haruslah dipertimbangkan bahwa dengan bertambahnya speed, maka akan bertambah pula tegangan mekanis di dalam mesin khususnya bagian yang bergerak. Motor dengan low piston speed, seperti low-speed engine, mempunyai service life yang lebih lama bila dibandingkan dengan yang mempunyai Cm lebih besar. Motor putaran rendah membutuhkan kurangnya frekuensi repair dari pada motor putaran tinggi. Disisi lain motor putaran tinggi menimbulkan lebih banyak nois dalam operasional. Stroke-Bore Ratio (s/D) : Dalam pemilihan s/D, harus dipertimbangkan bahwa membesarnya perbandingan ini, maka akan menambah besarnya tinggi total dari mesin dan mean piston speed, begitu juga untuk combustion chamber perlu mendapat penyempurnaan bentuk. Pada motor 2 langkah s/D lebih besar untuk jenis uniflow scavenging dari pada loopflow scavenging. Pada superlong stroke, low speed, two-stroke, crosshead constant pressure turbocharged marine diesel engine, besarnya s/D dapat mencapai harga 2268/700 dengan model mesin MAN B&W L70MC dan L70MCE. (sebagai sebuah contoh) Number of Cylinder (z): Pemilihan jumlah silinder (z) perlu mendapatkan perhatian antara lain: a. Space kamar mesin (Machinery Space), b. Tingkat kebutuhan gaya-gaya inersia dari massa bagian-bagian bergerak motor, c. Kebutuhan pengaturan perubahan engine torque, d. Keperluan starting motor pada setiap posisi dari poros engkol; untuk keperluan ini maka untuk motor 2 langkah harus mempunyai minimal 4 silinder dan 6 silinder untuk 4 langkah. 3.5 Efisiensi Motor. Setiap mesin/motor diharapkan dapar bekerja dengan efisiensi yang cukup tinggi. Motor mempunyai efisiensi antara lain: 1) Theoretical atau thermal efficiency, 2) Indicated efficiency, 3) Relative efficiency, 4) Charge efficiency, 5) Volumetric efficiency, 6) Mechanical efficiency, 7) Effective thermal efficiency.43Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Dalam pembahasan selanjutnya hanya dibahas tentang efisiensi mekanis dan efisiensi termis efektif. Efisiensi mekanis sebuah motor tergantung dari indicated power (Pi) dan power dari kehilangan mekanis (Pm). Pm adalah daya yang diperlukan untuk mengatasi kehilangan mekanis atau internal resistances dari motor. Kehilangan mekanis dapat dibagi menjadi 4 grup utama antara lain: a) Kehilangan gesekan, yaitu pada piston, bantalan, roda gigi, mekanisme gerak katup dan opening katup. b) Kerja charging, penyerapan selama langkah pengisian dan pembuangan pada motor empat langkah atau pompa bilas pada motor 2 langkah. c) Ventilating action dari flywheel. d) Daya yang diserap oleh alat-alat bantu seperti pompa pelumas, pompa sirkulasi air, pompa bahan bakar, kompresor pada air injection diesel, radiator fan, generator untuk battery charging. Jumlah keseluruhan kehilangan mekanis berkisar antara 11 30%, dan harga efisiensi mekanis antara 72 89%. Efisiensi mekanis dapat diperbesar apabila daya gesekan dikurangi, daya dari alat bantu dikurangi dan beban ditambah pada n = konstan. a) Mechanical Efficiency (Lm). Mechanical Efficiency adalah perbandingan antara daya motor efektif dan daya motor indicator atau antara tekanan efektif rata-rata dengan daya motor indicator rata-rata.

atau:

------------------ (3 12)

------------------ (3 13)

Harga dari efisiensi mekanis adalah: Untuk motor 2 langkah: sekitar 0,70 0,85 Untuk motor 4 langkah: sekitar 0,75 0,90 b) Effective thermal efficiency (Le). Effective thermal efficiency adalah perbandingan antara panas yang berguna untuk melakukan kerja (equivalent dengan panas untuk menghasilkan daya efektif) dengan panas yang terjadi akibat pembakaran bahan bakar di dalam silinder motor.

----------------- (3 14)

44

------------- (3

15)


-------------- (3 -------------- (3

16) 17)

C = 3600 kJ/kWh Motor diesel yang dibangun sesudah 1982 dengan menggunakan turbocharging memiliki harga efisiensi efektif adalah: Diesel putaran menengah : 47 48% Diesel besar putaran rendah : hingga 50% Motor diesel Sulzer dengan model RTA untuk data yang dikeluarkan pada bulan Mei 1984, mempunyai besarnya efisiensi efektif: 46,8% Motor tersebut adalah superlong stroke, two-stroke diesel engine. 3.6. Pemakaian Bahan Bakar Sebuah motor diesel dikatan ekonomis, biasanya dilihat dari pemakaian bahan bakar. Pemakaian bahan bakar umumnya adalah: a) Pemakaian bahan bakar spesifik indicator atau (bi) b) Pemakaian bahan bakar spesifik indicator atau (be) c) Pemakaian bahan bakar tiap jam (B)

--------------- (3 18)

--------------- (3 19)

Hubungan antara pemakaian bahan bakar spesifik dengan efisiensi adalah:

---------------- (3 20)

---------------- (3 21)

-------------- (3 22)

-------------- (3 23)

45


atau

-------------- (3 24)

Heat Value bahan Bakar Besarnya pemakaian bahan bakar sangat tergantung pada besarnya harga/nilai kalor atau harga bakar bahan bakar (heat value). Bahan bakar memiliki dua harga bakar yaitu: a) Higher heat value (harga bakar tertinggi), Qh b) Lower heat value (harga bakar terendah), QlHigher heat value adalah jumlah panas dalam kilogram kalori yang dibebaskan pada pembakaran sempurna dari suatu unit bahan bakar dalam sebuah calorimeter pada volume tetap dan dengan hasil pembakaran didinginkan hingga 15 OC.

Kondisi ini akan menyebabkan kondensasi dari uap air yang terbentuk karena pembakaran hydrogen dan oleh penguapan kandungan air dalam bahan bakar. Selama proses kondensasi terjadi, tambahan panas kondensasi yang terbebaskan sama dengan panas latent evaporasi. Lower heat value adalah sama dengan higher heat value dikurangi panas latent evaporasi: dimana: - banyaknya uap air yang terbentuk r panas latent evaporasi --------------- (3 25)

Di dalam perhitungan yang dipakai adalah lower heat value (Qlow). 3.7 Kesetimbangan Panas Dari engine heat balance (kesetimbangan panas) dapat diketahui distribusi panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar yang disemprotkan ke dalam silinder motor dengan kehilangan panas yang terjadi. Heat balance untuk motor biasanya ditentukan oleh keadaan operasional selama satu jam atau untuk pemakaian satu kilogram bahan bakar. Persamaan umum heat balance ditulis sebagai berikut: ---------------- (3 26)

dimana komponen dari persamaan 3-26 di atas adalah: Qf - jumlah panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar,46Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Qe - jumlah panas equivalent dengan kerja efektif motor, Qcl jumlah panas yang diambil oleh pendingin, Qeg jumlah panas yang terbawah oleh exhaust gas, Qres- jumlah panas yang hilang ke atmosfir melalui bagian-bagian motor. Jumlah panas yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna bahan bakar adalah: Qf = Qlow . B, (kJ/h) dimana: Qlow lower heat value bahan bakar, kJ/kg B - pemakaian bahan bakar, kg/h Jumlah panas yang equivalent dengan kerja efektif adalah: Qe = 632 . Pe, (kcal/h) dimana: Pe = daya efektif, hp metric. ------------------ (3 27)

-------------------- (3 -28)

47


BAB IV MIXING BAHAN BAKAR DAN UDARA 4.1. Sistem Injeksi Bahan Bakar

48


49


50


51


52


53


54


55


56


57


58


59


60


61


62


63


4.2. Metode Percampuran Motor bakar dalam umumnya menggunakan dua metode utama percampuran bahan-bakar dengan udara yaitu: metode internal dan external. Pada metode internal, bahan-bakar dimasukkan ke dalam silinder dan membentuk campuran di dalam silinder. Sedangkan metode external, campuran bahan bakar dan udara dibentuk diluar silinder pada alat khusus yang disebut karburator. Pada metode internal, bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder, dalam bentuk kabut ke dalam working air yang telah terisi lebih dahulu. Proses injeksi bahan bakar ke dalam silinder dapat dilakukan dengan bantuan sebuah special fuel pump atau oleh gabungan antara sebuah fuel pump dan compressor. Atomizasi bahan bakar dapat dilakukan dengan bantuan udara kompresi ke dalam silinder dari sebuah special reservoir yang diisi oleh sebuah kompresor. Metode atomizasi bahan bakar ini disebut Pneumatic atau Air Injection Type.

64


Bahan bakar juga dapat diatomizasi dengan energy bahan bakar yang dikompresi ke tekanan tinggi dengan bantuan popa bahan bakar. Metode ini disebut sebagai Mechanical Method. Metode lain atomizasi dengan energy dari gas pembakaran yang terbentuk dalam precombustion chamber dan mengalir dengan kecepatan tinggi ke dalam main combustion chamber, disebut Precombustion Chamber Atomization. Bila combustion chamber membentuk formasi turbulent untuk campuran bahan bakar dan udara, maka ruangan tersebut disebut Swirlchamber dan metode formasi percampuran disebut Swirlchamber Mixture Formation. Dengan demikian internal method dari mixture formation dibagi sesuai dengan cara injeksi dan atomizasi bahan bakar antara lain: Pneumatic atau air injection, Mechanical, Precombustion chamber, Swirlchamber method. Motor diesel yang menggunakan air injection method disebut Air Injection Diesel. Sedangkan motor yang menggunakan mechanical, precombustion chamber dan swirlchamber method dari atomizasi disebut Airless atau Solid Injection Diesel. 4.2. Airless Injection Diesel a) Mechanical Atomization. Pada motor diesel yang menggunakan metode atomizasi mechanical, maka bahan bakar yang diperlukan untuk tiap siklus kerja diinjeksi melalui injector setelah mendapatkan suplai bahan bakar dari fuel injection dengan teknan tinggi. Tekanan injeksi bahan bakar berkisar antara 300 400 bar. Injekction valve needle terbuka dengan tekanan tadi dan selanjutnya bahan bakar akan terinjeksi secara merata ke seluruh ruang bakar dalam bentuk kabut. Lama dari proses injeksi tersebut adalah sekitar 30 40O putaran engkol. Pada metode ini ruang bakar tidak dibagi dalam 2 ruangan. b) Precombustion Chamber Atomization Pada metode atomizasi ini, ruang pembakaran dibagi menjadi dua, yaitu: precombustion chamber dan main combustion chamber pada suatu tekanan sekitar 120 140 bar. Pintle type injector nozzle yang normalnya digunakan. Proses atomizasi terdiri dari 2 tingkat: atomizasi pada precombustion chamber dan pada main chamber. Pada precombustion chamber, bahan bakar diatomizasi oleh energy dari fuel spray dan stream dari udara yang masuk precombustion chamber dari main chamber. Dan pada main chamber bahan bakar diatomizasi oleh energy dari combustion product stream mengalir dari precombustion chamber ke dalam main chamber melalui lubang dalam throat. c) Swirlchamber Atomization65Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Combustion chamber dari sebuah airless injection engine dengan swirlchamber atomizasi terdiri dari sebuah swirlchamber dan sebuah cylindrical chamber. Swirlchamber juga disebut turbulence chamber. Bahan bakar disemprotkan pada tekanan 120 135 bar ke dalam sebuah ruangan yang terpisah dari main combustion chamber. Udara di dalam swirlchamber harus dipreheated dan proses pembakaran akan mulai dengan bantuan glowplug. Saluran penghubung dari main combustion chamber dengan swirlchamber mempunyai penampang melintang yang relative besar.

Gambar 9. Open combustion chamber

66


Gambar 9. Precombustion chamber dan turubulence chamber

67


68


69


BAB IX SUPPORT SYSTEM PADA MOTOR DIESEL KAPAL 9.1. Umum Untuk menunjang agar sebuah kapal dapat beroperasi secara baik, dalam keadaan berlayar, bongkar muat maupun berlabuh, maka kapal diperlengkapi dengan sejumlah sistem yaitu: Ship service systems yaitu semua sistem perpipaan yang70Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

melaksanakan fungsinya untuk melayani kapal secara umum, dan berikutnya Machinary Plant Support Systems yaitu semua sistem perpipaan yang melayani kebutuhan permesinan di kapal. Sistem utama penunjang kerja motor adalah, sistem bahan bakar, sistem pelumasan, sistem pendinginan dan sistem start. 1. Sistem bahan bakar Untuk instalasi mesin kapal, maka sistem bahan bakar akan terbagai menjadi dua bagian, adalah sistem suplai bahan bakar dan sistem injeksi bahan bakar. a) Sistem suplai bahan bakar, terdiri dari: storage tank ( di double bottom), settling tank, transfer pump, purifier/clarifier, service/day tank, mixing tank/deaerating tank, booster pump, fine filter. b) Sistem injeksi bahan bakar, terdiri dari: fuel injection pump dan fuel injection valve (fuel injector). Fungsi sistem suplai bahan bakar: a) Memindahkan bahan bakar dari tanki yang bertugas sebagai tangki penyimpanan (storage) ke tanki lain. b) Memindahkan bahan bakar dari fuel oil storage tanks ke settling tanks, masing-masing melalui fill line dengan automatic shutdown untuk pompa pemindah bila telah dicapai settling tank high level alarm. c) Membuang air dari settling tank melalui drain connection dan stripping connection. d) Membebaskan/menyalurkan bahan bakar ke filling station. Draining, dari tank bottoms langsung ke sebuah sludge tank. Stripping, dari tanki dengan bantuan fuel oil transfer pump. (ME seite 452)

71


72


Gambar 10. Fuel feed system

73


Gambar 11. Fuel treatment system

Gambar 12. Separator arrangement

74


2. Sistem Pelumasan Tugas/fungsi sistem pelumasan adalah sebagai berikut: a) Mencegah terjadinya kontak langsung metal ke metal dari bagian `mesin yang bergerak (moving parts) b) Meminimize gaya-gaya gesekan (friction forces) c) Meminimize keausan d) Mencegah oksidasi dari finished parts e) Membuang/membersihkan: carbon, dirt atau metal particles f) Berfungsi sebagai internal cooling untuk motor g) Berfungsi sebagai seal untuk gas pada piston rings

Gambar 12. Sietem pelumasan internal

75


Gambar 13. Filter

76


Property yang harus dimiliki bahan pelumas adalah: a) Low viscosity. Minyak dengan low viscosity mengurangi gesekan motor dan meningkatkan performance, tetapi viscosity yang terlalu rendah dapat menghasilkan kerusakan pada bearing atau excessive oil dipompa melalui piston ring keatas. Sejumlah oil harus dipompa ke upper piston ring dan terbakar bila upper ring perlu dilumasi b) Viscosity tidak berubah akibat perubahan temperature c) Komposisi kimia yang stabil d) Detergent action e) Absence of volatility f) Tidak mudah terbakar Tiga cara yang menyebabkan oil menjadi berkurang dari mesin adalah: a) Terbakar pada dinding silinder b) Kebocoran pada gasket dan shaft seal c) Penguapan melalui vent dan crankcase (crankcase breather)77Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Pengotoran minyak pelumas Ada lima jenis pengotoran yang mempunyai efek negative pada minyak pelumas: Hasil pembakaran Air Bahan bakar Bermacam-macam benda padat lainnya Minyak pelumas lainnya

Prosedur operasi yang benar dan pemeliharaan akan memperkecil hal tersebut. Satu diantara beberapa tempat dimana air mengotori minyak pelumas adalah melalui pipa yang merupakan pendinginan air ke silinder. Pengotoran minyak pelumas oleh bahan bakar biasanya terjadi bila injector tidak berfungsi dengan sempurna, dimana bahan bakar masuk ke dalam silinder dan disaput oleh sistem pelumasan. Hasil pembakaran (product of combustion) bisa tertembus oleh piston rings sehingga dapat bercampur dengan film (oil film) pada dinding silinder. Disisi lain benda-benda padat dapat masuk/bercampur dengan minyak pelumas sistem suplai dari tanki yang kotor, dari pipa-pipa suplai atau pada saat reparasi. Kesalahan operasional dapat mengakibatkan pencampuran minyak pelumas yang berbeda sehingga sistem pelumasan akan mengalami malfungsi.

78


Gambar 14. Cara pengotoran pelumas

79


Gambar 14. Konfigurasi sistem filtrasi

Perlakuan Minyak Pelumas di KapalUntuk mempertahankan kemurnian minyak pelumas, ada 4 teknik yang secara umum digunakan di kapal: a) Perlakuan kimia (chemical treatment), hal ini tidak dianjurkan karena bias mengubah bahan tambah dari minyak pelumas b) Penyaringan (filtrasi), dapat memindahkan/memisahkan benda-benda padat tapi tidak dapat memisahkan minyak dengan air. Air dan benda padat adalah pengotoran yang paling besar dari minyak pelumas c) Sentrifugal (centrifuging), perlakuan dengan setrifugal ini banyak digunakan dan juga dianjurkan untuk dipakai. Sentrifugal memisahkan air dan benda padat dari minyak pelumas dengan gaya sentrifugal.80Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

d) Hembusan udara (air blowing), mempunyai fungsi yang berbeda dengan yang lain. Apabila sejumlah besar air telah bercampur dengan minyak pelumas, percampuran tersebut diambil dari storage tank. Minyak normal dan air diharapkan akan berpisah, akan tetapi hal tersebut tidak akan terjadi bila keduanya berada dalam keadaan emulsi yang baik. Untuk mengatasi hal ini, suatu udara hangat, kurang dari 200 F dihembuskan melalui minyak pelumas (emulsi) dari pipa distribusi udara pada dasar dari storage tank. Air yang berada pada permukaan akan menguap dan dibawah ke udara oleh udara hangat. Sistem Purifikasi (purification system) Ada empat macam sistem purifikasi minyak pelumas yang digunakan pada kapal antara lain: a) Full flow filter system, pada sistem ini semua pelumas yang diambil dari sump tank oleh pompa, akan dialirkan melewati filter sebelum kembali ke mesin untuk melakukan tugas pelumasan

81


Filter types Ada 4 tipe dasar filter yang digunakan;82(dies.mech, seite 48)


1. Screen and strainer, screens or strainers adalah surface type filters dan kadang-kadang dikenal dengan mechanical filters. Inlet screens-nya mencegah jumlah besar dari partikel asing untuk masuk sistem. Mereka diklasifikasi menurut sieve number yang berhubungan dengan micrometer rating. 2. Surface type, surface type filters dibuat dari suatu special treated micrometric cellulose paper. 3. Deep type, deep-type filter berbeda dengan surface filter. Ia sangat efisien dan mempunyai service life yang lebih panjang. 4. Edge type, ecge-type filters digunakan sebagai filter utama (primary filters) untuk sistem pelumasan dan fuel-injection systems.

Full-flow and Bypass Filters Kedua jenis filter ini didisain untuk dipakai pada motor diesel saat ini. Full-flow filters dihubungkan secara langsung ke pump outlet. Semua fluida harus meliwati filter sebelum masuk kedalam sistem. Dalam bypass filter arrangement, filter dihubungkan denga oil galley or cooling system dan hanya sebagian liquid yang mengalir melewati lelemen filter. Liquid yang difiltrasi kemudian kembali lagi ke crankcase or radiator and is recycled.

Seals and Gasket Terdapat 2 kelompok seal yaitu: static seals and dynamic seals. Seals yang digunakan antara 2 stationary components disebut static seals dan seals yang dipakai untuk dua komponen yang bergerak disebut dynamic seals. Dynamic seal dibagi menjadi contacting dan noncontacting seals.

83


Gambar 15. Sistem pelumasan di kapal

b) By-pass system, pada sistem ini pompa mengambil pelumas dari sump tank dan mengsirkulasikan melalui dua saluran. Yang pertama melalui saluran bypass sebanyak 10% melewati filter dan kembali lagi ke sump, sedangkan 90% melalui saluran yang lain yang akan didinginkan dan kembali ke engine. Orifice bertindak sebagai pembatas untuk mencapai 10% aliran. Pengukur tekanan diletakan diantar filter untuk mendeteksi kebersihan filter,

84


bila kedua pengukur tekanan menunjukkan harga yang berbeda maka filter harus dibersihkan. c) Shunt system, sistem ini sama dengan full flow system, dengan sebuah katup tekan (pressure valve) pada filter by-pass. Valve ini membiarkan suatu constant by pass sepanjang waktu, jadi tidak semua minyak pelumas disaring, tetapi semuanya didinginkan. d) Sump system, biasanya digunakan pada unit multi motor. Sistem ini menggunakan sentrifugal menggantikan filter. Kelebihan sentrifugal adalah dapat memisahkan air dari minyak pelumas yang tidak mampu dilakukan oleh filter.Umumnya sistem pelumasan untuk diesel main engine menggunakan 2 macam sump tank yaitu: Wet sump tank (pada crank case, langsung pada karter motor) Drain sump tank (remote sump tank), dibangun pada double bottom tepat dibawah mesin/motor Melalui sump tank, lub oil dipompa untuk didistribusi melalui cooler dan filter. Wet sump harus didisain untuk extreme condition terhadap list, trim, dan sloshing.

85


3. Sistem Pendinginan Sistem pendinginan instalasi motor dikapal umumnya dikategorikan menjadi dua antara lain: a) Open circuit system, pada sistem ini air laut diambil dari sea chest untuk langsung digunakan mendinginkan cylinder jacket, dan sesudahnya langsung dibuang kembali ke laut. b) Close circuit system, pada sistem sirkulasi tertutup, yang mendinginkan silinder adalah air tawar (fresh water) yang bersirkulasi secara tertutup, sedangkan air laut (sea water) bersirkulasi secara terbuka untuk mendinginkan air tawar pada cooler.

86


Oleh karena air laut memiliki sifat korosif dan mudah membentuk Kristal garam, maka setiap kapal melakukan pengedokan, cooler harus mendapatkan maintenance. Hal ini akan memperbesar biaya maintenance, sehingga belakangan muncul sistem pendinginan yang dikenal dengan centralized cooling system (sistem pendinginan terpusat). Sistem ini hanya memiliki satu cooler sebagai central yang dilewati air laut, sedangkan individual cooler dari masing-masing obyek pendinginan mendapatkan pendingin air tawar yang dating dari central cooler. Pada sistem ini sistem pendinginan pada keseluruhan instalasi mesin kapal dikelompokkan menjadi dua yaitu: a) Low temperature circuit b) High temperature circuit

87


88


Gambar 16. Sistem pendinginan di kapal 4. Sistem Start Sistem start untuk mesin diesel kapal umumnya menggunakan udara bertekanan. Udara bertekanan disimpan pada botol angin dengan tekanan kerja sebesar 30 bar. Terdapat beberapa cara menghidupkan mesin antara lain: a) Cara manual, dengan menggunakan engkol atau tali pemutar b) Dengan electrical, c) Dengan udara bertekanan, seperti yang digunakan di kapal

89


Pada sistem dengan udara bertekanan udara dihasilkan oleh kompresor dan didistribusikan ke minimal dua botol angin yang memiliki tekanan kerja yang sama. Untuk dikapal ditetapkan tekanan kerja sebesar 30 bar.

Gambar 17. Sistem start mesin kapal

90


Gambar 18. Sistem udara bertekanan

91


Bab 4 Dasar Pemilihan Motor (Engine Selection) Pemilhan sebuah motor sebagai penggerak kapal,didasari terutama oleh faktor teknis dan ekonomis, khusus untuk kapal dagang (merchant ship). Untuk memilih prime mover yang sesuai di kapal maka paling sedikit didasari atas 6 (enam) factor yang perlu dipertimbangkan yaitu: 1. Total weight of engine dan apa saja yang dibutuhkan untuk mesin dapat beroperasi (steam boiler, dst) 2. Total space yang ditempati oleh mesin 3. Original cost of complete plant 4. Amount of time lost in maintenance and repair 5. Maneuverability(steam and diesel drives compared selection of prime mover, Practical Marine Engineering; Reno C. King, seite 3&4)

Namun sederhananya pemilihan sebuah motor dilihat dari jenis dan ukuran kapal. Kapal yang berukuran kecil umumnya menggunakan high speed engine, sedangkan kapal berukuran menengah dapat menggunakan medium speed atau low speed engine, selanjutnya kapal berukuran besar menggunakan low speed engine. Dengan demikian putaran memegang peranan penting dalam pemilihan motor induk (main engine). Pertimbangan yang sangat perlu pada engine selection adalah: Total life cycle cost dari pada Purchase price dari main engine. Total purchase dan operating cost diatas 20 tahun lebih besar berpengaruh oleh initial choice dari main engine. Factor-faktor utama yang berpengaruh pada pemilihan engine: 1) kesanggupan membakar heavy fuel dengan poor quality tanpa detrimental effect pada komponen-komponen motor dan maintenance cost 2) maintenance work load, yaitu jumlah silinder, valves, dan lain-lain, kebutuhan periodic maintenance dalam kaitannya dengan jumlah crew. Kini crew lebih sedikit dibanding 20 tahun yang lalu 3) suitability for unattended operation through application of automatic controls and monitoring systems 4) propulsive efficiency, yaitu motor atau propeller shaft turning pada low enough speed to drive the largest diameter dan menyebabkan efisiensi propeller yang paling baik 5) ukuran dan berat dari propelling machinery 6) harga dari motor tersebut92Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Gambar 19. Load diagram diesel engine

93


Gambar 19. Load range limits

94


95


Gambar 20. Perbedaan Sulzer RTA dan RT-Flex

The long dan superlong stroke engine dipasaran dibangun pada putaran bervariasi antara 60 180 (250) rpm, (250 rpm hanya MAN B&W S26MC), dengan bor paling kecil 260 mm. Kini kemungkinan menginstal direct diesel engine yang dapat mencapai very nearly optimum propulsive efficiency. Perbandingan motor 4 langkah dan 2 langkah 1. Motor empat langkah Kebaikan a) Pengeluaran gas bekas secara paksa sehingga pada langkah torak penuh dapat menempatkan udara bersih kedalam silinder b) Kemungkinan penambahan pengisian udara bersih melalui prinsip charging, tanpa harus mengambil pembebanan panas yang besar c) Pada waktu yang sama mempunyai lebih besar waktu antara diantara masing-masing proses pembakaran dari pada motor 2 langkah dengan demikian sangat sedikit terjadi pembebanan panar d) Kemungkinan penggunaan keamanan operasi untuk jumlah putaran yang lebih tinggi dan daya yang lebih tinggi pula e) Melalui penggunaan piston metal ringan, memungkinkan ketidak penggunaan pendinginan piston untuk seluruh besarnya output (daya).96Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Kerugian a) Kompleksnya pengaturan/control untuk banyak valve dan termasuk penggeraknya b) Pertukaran beban semua bantalan dan oleh karena itu terjadi kemiringan dan ketukan pada bantalan-bantalan sehingga menyebabkan lebih cepat keausan c) Hanya pembuatan sebagai motor trunk yang ekonomis dan konstruktif, karena itu diameter silinder dibatasi hingga 550 mm 2. Motor dua langkah Kebaikan a) Pada ukuran silinder yang sama, mempunyai daya yang lebih besar sekitar 1,75 kali b) Kontruksi sederhana, terutama pada pintu-pintu, dengan demikian mudah dalam pemeliharaan c) Susunan konstruksi sederhana terutama pada kepala silinder d) Momen punter yang harmonis e) Tumbukan yang kecil pada bantalan-bantalan f) Kemungkinan menggunakan minyak bakar yang murah pada motor 2 langkah kepala silang single acting g) Tidak perlu menggunakan valve (inlet,outlet) serta mekanisme penggeraknya, pada sistem yang menggunakan pintu-pintu. Kerugian a) Tidak sepenuhnya penggunaan volume langkah (75 80)% b) Tidak terjadi pembuangan paksa, sehingga sebagian udara bilas ikut keluar bersama gas bekas c) Tambahan pemakaian kerja untuk pompa bilas d) Lebih tinggi beban panas dalam dinding silinder dan badan torak e) Keharusan suatu pendinginan torak mulai dari daya silinder sekitar 175 PS ke atas f) Lebih besar penggunaan lub oil karena kehilangan pada pintu-pintu Factor lain yang berpengaruh adalah ukuran engine room. Umumnya mesin dengan direct couple lebih pendek dari indirect couple. Ukuran clearance space antara ujung depan mesin dengan sekat dan ujung samping dengan lambung harus memenuhi ketentuan yang ada. Factor lain yang berpengaruh adalah center line engine shaft terhadap propeller shaft. Beberapa tahun terakhir ini, two stroke low speed engine banyak mendapatkan sambutan dari para pemilik kapal untuk menggunakan pada kapal mereka. Hal ini disebabkan oleh beberapa keunggulan terutama thermal efficiency yang tinggi dan specific fuel consumption yang sangat rendah. Mesin-mesin yang

97


tersedia untuk type ini adalah dengan merk: MAN B&W tipe MC dan Sulzer dengan tipe RT-flex. Putaran maximum dari mesin jenis ini adalah 250 rpm.

98


99


100


Gambar 21. Propulsion system arrangement

101


Gambar 21. Exhaust gas ducting arrangement

102


Gambar 22. Engine room arrangement

Prinsip Transmisi Daya Sistem propulsi dikapal terbagi menjadi 2 kelompok antara lain: Direct a) Direct drive Indirect drive drive terbagi menjadi 2 kelompok: Direct couple, adalah sistem dimana motor induk (main engine) dikopel secara langsung dengan propeller melalui sistem poros, tanpa terdapat reverse reduction gearbox diantaranya. Ini berarti propeller memiliki putaran yang sama dengan main engine. Oleh karena itu engine adalah reversible engine dan low speed. b) Indirect couple, adalah sistem dimana motor induk (main engine) dikopel dengan propeller tidak secara langsung, artinya antara mesin dan propeller terdapat gearbox yang bertugas mereduksi putaran engine menjadi putaranpropeller dan membalik putaran propeller untuk kebutuhan astern. Dengan demikian engine yang dipakai adalah nonreversible dan medium atau high speed.

Dari proses kerja dari mesin akan menghasilkan daya. Daya yang dihasilkan akibat pembakaran bahan bakar di dalam silinder, dinamakan Indicated Power (daya indicator). Daya ini harus mengatasi seluruh kehilangan di dalam motor, antara lain kehilangan gesekan pada bantalan, silinder dan piston, untuk menggerakan mekanisme gerak katup, pompa pendingin, pompa pelumas. Dengan demikian daya bersih yang keluar dari motor adalah daya yang telah103Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

mengalami kehilangan tadi, dan biasanya disebut dengan Effective Brake Power (daya rem efektif). Daya ini diukur pada flens motor di ujung luar poros engkol. Daya indicator (PI) Daya kehilangan mekanis (mechanical losses power) (PM) Daya rem efektif (PB) Daya (Power) = Force (gaya) x Velocity (kecepatan) P=F xV, dalam kW

Brake power akan ditransfer ke propeller dan mengalami beberapa kehilangan sebagai berikut:

104


105


106


DAFTAR KEPUSTAKAAN

1) Petrovsky N, Marine Internal Combustion Engines, Mir Publisher, Moscow 2) Illies Kurt, Handbuch der Schiffsbetriebstechnik, Teil 2, Vieweg & Sohn, Braunschweig/Wiesbaden, 1984 3) Sperber Rudolf Prof.Dr.-Ing, Technisches Handbuch Dieselmotoren, Veb Verlag Technik, Berlin, 1986 4) Mau Gunter, Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks und Schiffsbetriebs, Vieweg & Sohn, Braunschweig, 1984 5) Harrington Roy L, Marine Engineering, The Society of Naval Architects and Marine Engineers, Jersey City, 1992 6) Taylor D.A, Introduction to Marine Engineering, Butterworths, London, 1983 7) Osbourne Alan, Modern Marine Engineers Manual, Volume II, Cornell Maritime Press Inc., Maryland, 1991 8) Neumeister & Erbling, Betrieb von Schiffsmotorenanlagen, Veb Verlag Teknik, Berlin, 1989 9) Maleev V.L, Internal Combustion Engines, Mc Graw-Hill Book Company, Singpore, 1989 10) Mettig Hermann Dipl-Ing, Die Konstruktion Schnellaufender Verbrennungsmotoren, Walter de Gruyter, Berlin, 1973

107


Tahanan Kapal (Ship Resistance) Bila kapal bergerak di air, maka kapal akan mengalami hambatan atau yang dikenal dengan tahanan kapal. Tahanan kapal umumnya dipengaruhi oleh : Kecepatannya Displacement Hull form108Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

Tahanan total RT terdiri dari banyak sumber tahanan R yang umumnya dikelompokan menjadi 3 grup utama, antara lain: a) Frictional resistance b) Residual resistance c) Air resistance Pengaruh dari frictional and residual resistance tergantung dari seberapa banyak bagian kapal yang berada di bawah water line, sementara air resistance tergantung dari seberapa banyak bagian kapal yang berada di atas garis air, dengan demikian kapal container akan memiliki tahanan udara yang lebih besar akibat peletakan container diatas dek kapal.

109


110


MODUL AJAR

TEKNIK PEMELIHARAAN & PERBAIKAN(Semeter III, Teknik Permesinan Kapal)

Oleh:

IR.FAUSTINUS JAMLEAN, MT

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYAINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2010111Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

MODUL AJAR

SISTEM PROPULSI & PENGGERAK KAPAL(Semeter II, Teknik Permesinan Kapal) Oleh:

IR.FAUSTINUS JAMLEAN, MT

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYAINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2010 MODUL AJAR112Sistem Propulsi & Penggerak Kapal, Jurusan Teknik Permesinan Kapal Faustinus Jamlean,Ir.,MT

MEKANIKA TEKNIK(Semeter I, Teknik Permesinan Kapal) Oleh:

Ir.Faustinus Jamlean,MT

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA 2007

113


Motor Diesel Kapal

Documents

Motor Diesel Kapal