Mesin Penggerak Kapal -...

Mesin Penggerak Kapal

PROGRAM STUDI TEKNIK PERKAPALAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

Sistem Penggerak Kapal

Mesin Penggerak Utama

1. Mesin Uap Torak (Steam Reciprocating Engine)

2. Turbin Uap (Steam Turbine)

3. Turbin Electrick Drive

4. Motor Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)

5. Gas Turbin

6. Nuklir

Mesin Uap Torak

Mudah pemakaian dan pengontrolan

Mudah berputar balik (reserving)

Mempunyai kecepatan putar yang sama.

Mesin Uap Torak

• Tenaga dihasilkan dari tekanan uap.

• Tekanan uap ini mendorong torak di dalamsilinder, sehingga timbul gaya pada torak.

• Oleh batang penggerak gaya ini diteruskan kekepala silang.

• Oleh batang engkol gerak lurus tersebutdiubah menjadi gerak berputar.

Prinsip Kerja Turbin Uap

•Bedanya mesin uap menggunakan piston

•Turbin uap menggunakan turbin.

•Pada mesin uap kalor diubah menjadi energikinetik translasi piston kemudian diubahmenjadi energi kinetik rotasi

•Pada turbin uap, kalor langsung diubah menjadienergi kinetik rotasi turbin.

Prinsip Kerja Turbin Uap

Skema Marine Boiler

Turbin Electric Drive

Adalah mesin yang menggunakan turbin untukmenggerakkan generator sedangkan baling–baling digerakkan oleh motor yang terpisahtempatnya dengan menggunakan aliran listrik.

Dengan sistim ini reversing dapat mudahdilakukan sehingga tidak diperlukan reversing turbin tersendiri

Nuklir

Dengan cara memanfaatkan energi panas yang dihasilkan dari reaksi untuk memanaskan air sehinga uap dari air tersebut menggerakkanturbin uap.

Skema Marine Nuclear Power

Motor Pembakaran DalamSaat ini banyak MPK menggunakan compression

ignation yang dikenal dengan nama Diesel Engines.

Mulai kebutuhan pleasure boats hingga ke modern supertankers dan passenger liners.

Daya bisa lebih dari 2500 kW per cylinder, atau 30,000 kW untuk 12 cylinders (40,200 HP).

Torsi dibatasi oleh maximum pressure dari masing-masing silinder-nya.

Pada maximum torque, artinya, maximum power dicapai pada kondisi maximum RPM.

Sistem MPK KombinasiDiesel-Steam Turbine-Power Turbine

Diesel Vs Bensin

Mesin diesel bisa jauh lebih kuat daripada mesinbensin konvensional.

Mesin diesel sangat efisien bahan bakar sampai 15% dibandingkan mesin bensin biasa.

Bahan bakar diesel mulai membekukan dalam cuacadingin dan menjadi “waxing” sehingga membentukkristal dalam mesin dan saluran bahan bakar.

Diesel Vs Bensin

Diesel sangat bergantung pada panas dan kompresiuntuk menghasilkan tenaga sehingga menjadi sulituntuk mulai bekerja dalam cuaca dingin.

Pemanas sudah diterapkan untuk membantumemecahkan masalah tsb dan bahan bakar aditifdapat membantu mencegah waxing.

Kendala besar penggunaan mesin diesel yaitu jumlahemisi yang lebih besar selama operasi, terutamanitrogen oksida dan emisi hidrokarbon terbakar.

Kerja Motor Diesel

• Diesel 2 langkah diselesaikan dalam dua(2) langkah, atau satu putaran poros engkol

• Diesel 4 langkah diselesaikan dalam empat (4) langkah atau dua putaran poros engkol

Perbedaan Diesel 2 dan 4 langkah

• Perbedaan utama : Metode pengeluaran gas yang telah dibakar danpengisian silinder dengan udara segar.

• Diesel 4 tak operasi ini dilakukan oleh torak mesinselama langkag buang dan isap.

• Diesel 2 tak operasi ini dilakukan dekat t.m.b, oleh pompa atau penghembus udara yang terpisah.

Diesel 2 langkah

Diesel 2 langkah

2 Stroke Diesel

Prinsip Kerja Diesel 2 Stroke

Komponen Diesel

Cylinder Liner Cylinder Head PistonPiston Road Connecting Crank shaftCrank Pin and bearing Main BearingNozzle Injector Piston RingExhaust Valve Crankshaft Push roadRocker Arm Crank Case Inlet Main foldGuide shoes Fondation Inlet valve springExhaust Main foldExhaust valve springCrosshead and Pin

Prosedur Kerja Diesel 2 langkah

1. Langkah 1A

Pada permulaan gerakan, piston akan bergerak keatassedangkan LM dan LB dalam keadaan terbuka. Udarabertekanan dari karter akan masuk ke silinder danmeniup sisa gas pembakaran melalui LB.

2. Langkah 1B

Piston akan bergerak ke atas, LM dan LB dalam keadaantertutup oleh dinding piston. Udara bersih yang beradadalam silinder akan dimampatkan. Kemudian bahanbakar disemprotkan dan akan terjadi ledakan.

Prosedur Kerja Diesel 2 langkah

3. Langkah 2A

Kemudian piston akan bergerak ke bawahdengan dorongan gas yang diledakkan

4. Langkah 2B

Pada bagian akhir gerakan, piston akan bergerakke bawah dimana LB sudah terbuka sehingga gas hasil pembakaran mulai keluar karena efek dariaktifitas pemompaan.

Diesel 4 Stroke

Diesel 4 Stroke

Langkah 1 (suction stroke)

Udara murni akan tersedot oleh piston yang bergerak ke bawah

Langkah 2 (Kompresi)

Piston keatas memampatkan udara

Langkah 3 (Power Stroke)

Katup tertutup, udara terkompresi secara maksimal. Tekanan dan suhumenjadi sangat tinggi. Kemudian injektor menyuntikkan bahan bakar kedalam udara yang panas. Sehingga pada suhu bahan bakar yang tinggi bisamenekan piston ke bawah.

Langkah 4 (Pembuangan)

Gas yang dihasilkan dari proses pembakaran akan dikeluarkan dari silinder melalui katup kedua oleh piston yang kemudian akan bergerak keatas lagi

4 Stroke Diesel

Sistem Penggerak

Diesel Monster

Horse Power

Daya adalah kemampuan untuk melakukan kerja yang dinyatakan (Nm/s, Watt, HP). 1 HP (horse power) setara dengan kemampuan seekorkuda menarik beban 366 pound dengan kecepatan 1 foot per second

Horse Power

Brake power daya yang diberikan oleh porosengkol.

Friction power Daya yang digunakan untukmengatasi gesekan-gesekan pada motor.

Indicated power adalah daya yang timbul dalamruang pembakaan yang diterima oleh piston.

Horse Power

Hubungan :

indicated power - brake power - friction power

Indicated power = brake power + friction power.

Aliran Energi Motor Diesel

Energi Bahan Bakar

PENG P = mfuel × Cf

• PENG = Engine Power (Daya Mesin)

• mfuel = mass fuel rate (Laju Aliran Bahan Bakar)

• Cf = Calorific Value of Fuel (Nilai Kalor BahanBakar)

Engine Power

PENG = bmep × L × A × n

• bmep = Brake mean effective pressure

• L = Langkah Torak (Length of stroke)

• A = Area of piston-bore (Luasan torak)

• n = Rate of power strokes

Engine Power

P ENG= Q ENG× n ENG

• QEng = Engine Torque

• nEng = Engine Speed

mfuel∞ bmep ∞ Qeng

Sistem Mesin Diesel

Mesin secara umum memerlukan sistempendukung agar dapat beroperasi dengan baikdan tanpa mengalami gangguan yang berartidan tiap unit bagian mesin harus mendapatperawatan secara simultan dan continue.

Secara umum sistem pendukung pada mesintersebut dibagi menjadi 5 bagian utama

Sistem Mesin Diesel

• Pelumasan (Lubrication)

• Injeksi Bahan Bakar (Fuel Injection)

• Pendinginan (Cooling)

• Asupan Udara (Air Intake)

• Saluran Buang (Exhaust)

Sistem Bahan Bakar

Sistem Bahan Bakar

Turbin Gas sbg Main Engine

Gas Turbine

Mula digunakan 1940-an - Royal Naval Frigates & Missile Warships- Oil tankers- Container Vessels

Komponen Utama :• Air compressor

• Combustion chamber• Gas turbine

Gas-Turbine Engine

Adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin denganpembakaran internal.

Energi kinetik dikonversikan menjadi energimekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkandaya.

Prinsip Kerja Gas-Turbine Engine

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan

2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakardengan udara kemudian di bakar.

3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir keluar melalui nozel (nozzle).

4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakarandikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Siklus Gas Turbine

Keuntungan Kerugian Gas Turbine

Keuntungan

• Rasio power-to-weight besar dibandingkan Diesel

• Ukuran relatif lebih kecil dibanding dengan Diesel untuk daya yang sama.

Kerugian

• Mahal biaya investasi mengingat beroperasi padakecepatan dan pada temperatur yang sangat tinggisehingga diperlukan material dan perencanaan yang rumit dan proses produksinya yang tidak mudah.

• Cenderung lebih banyak konsumsi bahan bakar.

Diesel Electric Propulsion

Advantages of Diesel Electric

1. Economic Reasons

2. Availability

3. Environmental Compatibility

4. Operating Convenience

5. Flexibility

View Engine Room