Sejarah Mesin Kapal

Posted: 19 februari 2013

SEJARAH DAN GARIS BESAR MESIN-MESIN KAPAL

Untuk menjalankan sebuah kapal dibutuhkan alat pendorong dan tenaga penggerak.

Pemakaian dayung untuk menjalankan kapal telah dikenal sejak lama dan kinipun masih

digunakan pada kapal kecil seperti sampan atau sekoci. Dayung disini merupakan alat

pendorong, dan tenaga manusia adalah tenaga penggeraknya. Tetapi dengan tenaga

manusia sebagai tenaga penggerak maka ukuran dan jangkauan pelayaran kapal menjadi

sangat terbatas. Munculnya kapal layar yang menggunakan angin yang bertiup pada layar

sebagai tenaga penggerak memungkinkan ukuran kapal yang lebih besar dan jangkauan

pelayaranya menjadi lebih jauh.

Ditemukanya benua baru oleh Cristopher Columbus dan prestasi Ferdinand Magellan

mengelilingi dunia terlaksana dengan menggunakan kapal layar. Dalam abad ke 18,

perkembangan-perkembangan yang menakjubkan membawa kapal layar sampai

kepuncak kejayaanya. Akan tetapi pada permulaan abad ke 19 kapal-kapal yang

dijalankan dengan mesin uap berangsur-angsur mulai menggantikan kapal-kapal layar da

saat ini semua kapal dijalankan dengan mesin pendorong.

Pada tahun 1769, James Watt menciptakan mesin uap yang dikenal sebagai The Watt

Type Single Actuating Engine (mesin uap torak tunggal tipe Watt) yang kemudian

dipakai sebagai sumber tenaga didarat dan selanjutnya dikembangken sebagai mesin

penggerak kapal laut. saLah satu usaha tersebut dilakukan oleh Robert Fulton pada tahun

1807 dimana ia memasang mesin uap torak (steam reciprocating engine) pada kapal

Clermont yang panjangnya 40 meter dan berhasil menjalankan kapal itu dengan memutar

kincir (paddle wheel). Kapal clermont dimanfaatkan sebagai kapal penumpang dan

dinyatakan sebagai kapal uap pertama. Meskipun Fulton memasang mesin Watt langsung

pada kapal tanpa perubahan yang berarti, mesin itu kemudian diperbaiki bentuk dan cara

kerjanya sehingga ssuai untuk penggunaan dikapal, dengan demikian mesin kapal

terjadi. Meningkatnya kemampuan mesin uaptorak mendesak penggunaan kapal layar dan

mencapai kejayaannya padaawal abad ke 20. Salah satu kapalyang dibuat pada waktu itu

dengan ukuran besar dan kemampuan 43.000 tenaga kuda dan mampu mencapai

kecepatan 24 knot. Setelah itu mesin uap torak lambat laun berkurang karena

berkembangnya turbine uap (staem turbine) dan mesin diesel (diesel engine) sehingga

mesin uap torak sekarang tidak dipakai lagi.

Pada tahun 1894, C A Parsons membuat kapal turbine 42 ton, panjangnya 30,3 meter dan

melengkapinya dengan turbine uap yang dirancangnya sendiri. Kapal itu berhasil

mencapai kecepatan 34,5 knot. Ditambah dengan menggunakan gigi reduksi (reduction

gear) maka turbine uap semakin berhasil sebagai mesin pendorong (propulsion engine).

Pada saat sekarang turbine uap dengan tenaga/output yang tinggi dibuat dan digunakan

pada kapal-kapal berukuran raksasa dengan kecepatan yang tinggi seperti misalnya SS

UNAITED STATES bertenaga 150.000 tenaga kuda dengan 4 mesin dan SS

IDEMITSHU bertenaga 33.000 tenaga kuda dengan 1 mesin.

Pada tahun 1893 mesin diesel dicipakan oleh Rudolf Diesel yang pada tahun 1898

berhasil mengembangkan menjadi mesin praktis yang pertama. Setelah tahun 1910, mesin

diesel mulai digunakan untuk kapal-kapal samudra (ocean going vessel).

Demikian kapal motor terjadi, sejak itu kemajuan pesat terjadi pada mesin diesel dan

sekarang dibuat sebagai model dengan tenaga berkisar dari 30 sampai 27.000 tenaga

kuda. kEuntungan hemat dalam pemakaian bahan bakar menyebabkan mesin deisel

digunakan secara luas pada berbagai jenis kapal, sehingga menduduki tempat pertama

diantara mesin-mesin kapal.

Pada tahun 1947 ntuk pertama kali sebuah turbine gas dipasang pada sebuah kapal perang

Inggris. Sesudah itu banyak sekali kapal yang dilengkapi dengan turbine gas. Juga di

Jepang sebuah turbine 500 tenaga kuda dipasang pada kapal latih HOKUTO MARU

bagi tujuan pelatihan. Oleh karena ukuran yang kecil dan bobot yang ringan

menyebabkan turbine gas dipakai sebagai pendorong bagi kapal kapal berkecepatan

tinggi terutama kapal-kapal perang.

PERLENGKAPAN DAN PENGATURAN MESIN KAPAL

Disamping mesin yang dibutuhkan langsung sebagai pendorong, kapal juga dilengkapi

dengan alat-alat tambahan yang dibutuhkan bagi kegiatan-kegiatan lain. Mesin kapal

adalah istilah yang mencakup seluruh perlengkapan mekanis yang dibutuhkan dalam

pelayaran dan terdiri dari:

a. Mesin Induk (Main Engine)

Adalah penggerak utama untuk membangkitkan tenaga penggerak untuk mendorong

kapal atau memutar poros baling-baling.

b. Mesin Bantu (Auxiliary Engine)

Adalah mesin-mesin yang membantu kerja dari mesin induk selama pelayaran dan semua

mesin untuk kegiatan bongkar muat, dalam hal ini tidak termasuk ketel uap.

c. Ketel (Boiler)

Adalah pesawat untuk membangkitkan uap yang digunakan untuk menghasilkan tenaga

penggerak, juga digunakan sebagai sumber panas untukpemanasan.

d. Poros (shaft) dan baling-baling (propeller)

Poros berfungsi untuk meneruskan tenaga gerak dari mesin induk ke baling-baling

dimana tenaga gerak tersebut dirubah menjadi tenaga pendorong.

e. Sistim penataan pipa (pipe lines)

Peralatan yang terdiri dari pipa-pipa dan katup-katup untuk mengalirkan uap, air laut, air

tawar, minyak dan cairan-cairan lainnya.

f. Perlengkapan komunikasi, radio dan alat-alat ukur (communication equipment and

meters).

Motor Bakar

Posted: 19 februari 2013

MOTOR BAKAR

I. MOTOR DIESEL EMPAT TAK.

Umum : Motor diesel dipakai sebagai sumber tenaga dalam kapal, kendaraan bermotor,

lokomotif dan juga sebagai motor stationer.

Proses kerja motor diesel empat tak :

1. Langkah masuk.

Pada langkah masuk (gambar 15) torak bergerak ke bawah. Katup masuk terbuka dan

katup pembuangan tertutup. Melalui katup masuk yang erbuka udara mengalir ke dalam

silinder. Di saat langkah masuk ini tekanan dalam silinder + 0.05 bar lebih rendah

daripada tekanan atmosfer.

2. Langkah kompresi.

Kedua katup tertutup dan torak bergerak ke atas. Isi silinder bertambah kecil, sehingga

udara pembakaran dikompresikan. Tekanan akhir kompresi menjadi + 32 bar, sedangkan

temperatur meningkat menjadi + 550oC.

3. Langkah kerja.

Sesaat sebelum akhir langkah kompresi bahan bakar cair dalam keadaan kabut

disemprotkan ke dalam ruang bakar. Oleh karena tingginya temperatur udara

pembakaran, bagaian-bagaian kecil bahan bakar langsung terbakar dengan sendirinya.

Akibat pembakaran temperatur naik dan tekanan gas pembakar juga naik. Selanjutnya gas

pembakar berekspansi dan melakukan kerja mekanik.

4. Langkah pembuangan.

Pada saat langkah pembuangan torak bergerak ke atas, sedangkan katup pembuangan

membuka dan katup masuk tertutup. Melalui katup pembuangan gas bekas mengalir ke

luar. Teaknan dalam silinder pada waktu seluruh langkah pembuangan + 0.05 bar lebih

tinggi daripada tekanan atmosfer

Ciri khas dari semua motor diesel adalah :

1. Hanya udara diisap dan dikompresikan.

2. Bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar dalam keadaan kabut.

3. Tidak memerlukan alat perantatr untuk pembakaran.

Seperti pada motor bensin empat tak, katup masuk terbuka sesaat sebelum langkah akhir

pembuangan dan tertutup setelah permulaan langkah kompresi.

II. MOTOR DIESEL PAKAI PENGABUT TEKAN.

Umum : Bagaina-bagaian terpenting untuk pemasukan dan pengabutan bahan bakar

adalah pompa bahan bakar dan pengabut. Pompa bahan bakar mendesak bahan bakar

pada saat yang tepat dengan tekanan 300 500 bar melalui lobang mulut pengabut yang

sangat kecil kedalam ruang bakar. Garis tengah lobang-lobang pengabut berkisar antara

0,4 0,9 mm. Tekanan semprot yang tinggi dibutuhkan untuk memberi kecepatan awal

yang tinggi kepada pancaran minyak. Akibatnya adalah :

1. Terjadinya penyemprotan halus.

2. Percikan minyak terdesak sejauh mungkin ke dalam ruang bakar untuk mendapat

campuran yang baik dengan udara pembakaran.

Konstruksi pengabut.

Gambar 16.1a adalah gambar pengabut yang banyak dipakai. Bagaian pengabut yang

terpenting adalah jarum pengabut dan mulut ppengabut. Jarum pengabut ditekan pada

bidang tertutup oleh pegas penutup dengan tekanan yang dapat diatur dengsn perantaraan

baut tekan. Jarum dilaksanakan dengan dua garis tengah, d1dan d2 . Oleh tekanan minyak

gaya-gaya bekerja oada bidang kerucut seperti pada gambar 16.1b. Komponen aksial dari

gaya mengangkat jarum berlawanan arah dengan kerja pegas penutup. Sekarang minyak

didesak melalui lobang-lobang pengabut dan pengabutan dimulai.

Pada akhir penyemprotan tekanan desak menurun dan jarum ditekan kembali pada bidang

penutup. Pembukaan dan penutupan jarum pengabut daoat diawasi dengan sebuah jarum

periksa. Pada cara pengabutan ini pompa bahan bakar mendesak, jika penyemprotan

dimulai dan pompa berhenti jika penyemprotan harus berakhir.

III. MOTOR DIESEL PAKAI RUANG PUSAR.

Umum : Pada motor kecil dengan putaran tinggi waktu pembakaran yang tersedia adalah

kecil. Untuk pembakaran sempurna tekanan semprot harus sangat tinggi, sedang pengabut

harus dilengkapi dengan lubang pengabut yang sangat kecil. Opeh karena itu pompa

bahan bakar dan pengabut harus memenui syarat-syarat pelaksanaan dan penghalusan

yang sangat tinggi. Pemakaian ruang pusar, dengan tekanan bahan bakar yang tidak

begitu tinggi dan pompa bahan bakar serta pengabut yang lebih sederhana, kita dapat juga

memperoleh pembakaran yang sempurna dalam waktu yang sangat singkat. Disini

pengabut hanya mempunyai satu lubang sentral dengan garis tengah kira-kira 1,5 mm.

Dalam gambar 17.1 digambarkan kepala silinder dengan ruang pusar berbentuk bola.

Puncak torak dilengkapi dengan dua ruang pusar yang dangkal. Ruang pusar berbentuk

bola, dengan bagaian atas didinginkan langsung dan bagaian bawah didinginkan secara

tidak langsung, dihubungkan ke ruang silinder dengan saluran penghubung yang terarah

tangensial.

Proses.

Pada saat langkah kompresi udara pembakaran mengalir melalui saluran penghubung

kedalam ruang pusar. Oleh karena arah tangensial saluran ini udara mendapat gerak putar,

yang pada akhir langkah kompresi menjadi sangat kuat. Pada saat yang tepat pengabut

menyemprotkan kearah putaran, suatu pancaran bahan bakar yang komplit ke bagaian

bawah ruang pusar yang panas. Minyak yang disemprotkan kedalam akan menguap cepat,

lalu bercempur dengan udara berputar dan terbakar dengan sendirinya. Okeh karena itu di

dalam ruang pusar terjadi kenaikan tekanan. Kenaikan tekanan di dalam ruang pusar

mendesak massa gas yang terbakar melalui saluran tangensial ke dalam ruang pusar di

puncak torak, dan oleh karena pencampuran dengan sisa udara pembakaran terjadi

pembakaran sempurna.

Keuntungan ruang pusar :

1. Tekanan semprot rendah.

2. Pompa bahan bakar dan pengabut sederhana.

3. Percampuran bahan bakar dengan udara efektif.

4. Kenaikan tekanan pembakaran yang lebih beraturan, sehingga bagaian-bagaian motor

dapat dibuat lebih ringan.

Kerugian ruang pusar :

Putaran massa gas yang terbakar akan lebih banyak melepaskan panasnya pada dinding

ruang bakar daripada penyemprotan bahan bakar dengan tekanan biasa. Oleh karena itu

dalam keadaan yang sama, pemakaian bahan bakar motor dengan ruang pusar akan lebih

tinggi dari pada motor tanpa peralatan ini.

IV. POMPA BAHAN BAKAR.

Umum: Saat mendesak diatur dengan perantara hubungan yang menggerakan plunyer

pompa bahan bakar. Daya motor diesel diatur dengan menyemprotkan bahan bakar lebih

banyak atua lebih sedikit pada setiap langkah kerja. Oleh gaya keatas pada torak

pengantar plunyer turut bergerak. Setelah kepala plunyer menutup lubang isap dalam

silinder pompa, pendesakan minyak mulai melalui katup desak ke pengabut dalam kepala

silinder. Jika plunyer telah mencapai kedudukan paling ujung katup desak penutup. Pegas

dalam torak pengantar menekan plunyer kembali ke bawah.

Pengaturan hasil.

Umum dapat mengutur hasil pada langkah plunyer yang tetap, dalam kepala plunyer

dibuat suatu alur, yang menyambung kepada torehan bentuk sekrup.dalam gambar 18.1

terlihat bahwa bumbung pengatur dalam berputar keliling silinder pompa. Bagian atas

tabung dilengkapi dengan roda gigi, dimana gigi batang gigi pada batang pengatur

menangkap. Bagian bawah plunyer mempunyai pembawa yang dapat bergeser dalam alur

pada bumbung pengtur. Dengan penggeseran batang pengatur bumbung pengatur

berputar dan membawa plunyer turut bergarak, sehingga plunyer terputar pada sumbunya.

Pada gambar 18.3 terlihat bahwa dengan terpuarnya plunyer hasil pompa dapat diatur.

Pada gambar 18.3a plunyer berada dalam kedudukan terbawa minyak mengalir keruang

selinder diatas plunyer hingga penuh. Pada gambar 18.3b langkah desak mulai. Pada

gambar 18.3c plunyer berada dalam kedudukan dimana torehan berbentuk sekrup

berhubungan dengan lubang isap kanan dalam silinder pompa.

Akibatnya tekanan desak mendadak turun, katup desak menutup dan penyemprotan

berakhir. Pada gambar 18.3c terlihat berapa besar adanya langkah desak efektif pada

keadaan ini. Pada gambar 18.3d plunyer terputar kekanan melalui suatu sudut pada

sumbunya. Pada gambar 18.3e langkah desak efektif mulai pada gambar 18.3f ternyata,

bahwa bagian bawah torehan bentuk sekrup membuat lagi hubungan antara ruang hisap

dan ruang desak pompa, sehingga penyemprotan berakhir. Langkah desak efektif kini

adalah lebih kecil, yang berarti hasil berkurang. Pada gambar 18.3g plunyer terputar

begitu jauh kekanan, sehingga alur aksial dalam kepala plunyer berada berhadapan

dengan lubang hisap kanan. Kini terdapat hubungan langsung antara ruang hisap dan

ruang desak pompa, sehingga pompa tidak dapat mendesak.

Penggerakan pompa bahan bakar.

Gambar 18.4 adalah gambaran penggerakan pompa, bubungan bahan bakar menekan

plunyer ke atas dengan perantara rol pendorong. Pendorong berguna sebagai peluncur

untuk mencegah plunyer mendapat gaya samping. Dengan perantaraan tuas plunyer dapat

ditekan ke atas dengan tangan. Pemompaan dengan tangan ini di perlukan jika seluruh

sistemharus diisi kembali dengan minyak, umpamanya setelah selesai pemasangannya.

Dengan perantara kait blokir tuas untuk pemompaan dengan tangan dapa disatukan. Maka

pompa dalam keadaan tidak bekerja.

Saringan bahan bakar.

Pompabahan bakar harus dilindungi dari kerusakan dan keausan akibat geseran. Pompa

bahan bakar tedapat dalam bidang penutup bentuk silinder. Untuk menghidarinya dari

kerusakan, mimyak bahan bakar harus bebas dari kotoran padat, seperti pasir halus dan

logam. Untuk memeroleh kemurnian minyak, dipergunakan saringan bahan bakar.

Konstruksi saringan bahan bakar yang banyak dipakai digambarkan pada gambar 18.5.

Sebagai bahan saringan dipergunakan bulu kempa atau suatu jenis kertas tertentu, yang

ditempatkan dalam tabung berlubang-lubang dan sebuah ayakan halus yang terbuat dari

kasa tembaga.

V. DIAGARAM TEKANAN ISI SUATU MOTOR DIESEL EMPAT TAK DENGAN

PENGABUT TEKAN.

Diagaram tekenen isi teoritis.

Gambar 19.1 adalah gambar diagram tekenan isi teoritis suatu moor diesel empat tak.

Pengisapan udara pembakaran diumpamakan dengan garis isap 1-2. Di kala langkah ini

tekanan dalam silinder + 0,05 bar lebih rendah daripada tekanan atmosfer. Pada saat

langkah kompresi tekanan naik, lihat garis kompresi 2-3. Pembakaran berlangsung

sebagaian dengan ledakan dan sebagaian menurut proses tekanan tetap. Fase ledak

pembakaran digambarkan dengan garis pembakaran 3-4 dan fase tekanan tetap dengan

garis pembakaran 4-5. Gas pembakran berekspansi menurut garis ekspansi 5-6.

Penurunan tekanan mendadak pada pembukaan katup pembuangan digambarkan dengan

garis 2-6. Pendesakan gas bekas keluar digambarkan dengan garis pembuangan 2-1. Di

kala lankah pembuangan tekanan dalam silinder 10,05 bar lebih tinggi dari tekanan

atmosfer. Kerja guna atau kerja indikator iap proses kerja diumpamakan dengan luas

antara: 2-3-4-5-6-2

Gbr. 19.1

P4 = P5 4 5

P3 3

P6 6

P1 = P2 1 2

Garis nol 0

Isi langkah V1

V2 = V6

Ruang bakar V1 = V2 = V6

Diagram tekan isi teoritis suatu motor diesel empat tak

Gbr. 19.2

Diagram tekan isi praktis suatu motor diesel empat tak

VI. MOTOR DIESEL DUA TAK.

Umum : Motor diesel dua tak dilengkapi dengan pompa pembilas tersendiri, yang

memberi udara sebanyak yang diperlukan untuk pembilasan yang baikdan untuk

pengisian silinder kerja. Pompa pembilas menghisap udara, mengkompresi udara itu

hingga tekanan 1,10 sampai 1,15 bar dan mengalirkannya ke saluran udara pembilas yang

terdapat disepanjang semua silinder motor. Lubang pembilas tiap silinder dihubungkan

kepada saluran udara pembilas tersebut.

Proses kerja motor diesel dua tak.

1. Langkah kerja.

Sesaat sebelum mencapai puncak torak pengabut menyemprotkan bahan bakar dalam

keadaan kabut kedalam udara pembakaran yang sangat panas (gambar 20.1a). Di kala

pembakaran dan ekspansi gas berikutnya terjadi kerja mekanik di atas torak. Segera

setelah sisi atas torak mencapai sisi atas lubang pembuangan, pengeluaran gas bekas

dimulai. Jika sisi atas torak mencapai sisi atas lubang pembilas, maka pembilasan dimulai

(gambar 20.1c). Dalam gambar 20.1d libang pembilas dan lubang pembuangan terbuka

seluruhnya. Udara pembilas yang mengalir kedalam silinder melalui lubang pembilas,

mendesak gas bekas melalui lubang pembuangan kedalam saluran pembuangan.

2. Langkah kompresi.

Selama bagaian pertama dari langkah ini pembilasan berlangsung terus sehingga sisi atas

torak menutup lubang pembersihan (gambar 20.1e). Sesaat kemudian lubang pembuangan

juga tertutup dan kompresi sesengguhnya dimualai (gambar 20.1f). Pada saat kompresi

tekanan naik hingga +32 bar dan temperatur naik hingga 550oC. Setelah penyemprotan

bahan bakar, tekanan pada waktu pembakaran menjadi 45-50 bar.

3. Diagram tekanan isi teoritis suatu motor diesel dua tak dengan pengabutan tekan.

Gbr. 20.2 3 4

Lubang pembuangan

2

Lubang pembilasan

5

Garis atmosfer 6 7

Garis nol

Vc Vs

Diagram tekan isi teoritis suatu motor diesel dua tak

Titik 3 diumpamakan permulaan langkah keluar, garis 3-4 mengumpamakan fase tekanan

tetap dari pembakaran. Ekspasi gas digambarkan antara titik 4 dan 5. Lubang

pembuangan membuka setelah mencapai titik 5, lubang pembilas membuka pada titik 6.

Permulaan langkah masuk pada titik 7, setelah itu lubang pembilas menutup pada titik 6.

Penutupan lubang pembuangan dan permulaan kompresi sesungguhnya berada pada titik

1. Kompresi berakhir jika keadaan untuk titik 2 tercapai. Setelah bahan bakar

disemprotkan, fase pertama pembakaran berlangsung dengan ledakan yang diumpamakan

dengan garis 2-3.

VII. DAYA DAN PEMAKAIANBAHAN BAKAR TEKANAN RATA-RATA

PERCOBAAN MOTOR BAKAR SPESIFIK.

Tekanan rata-rata.

Tekanan rata-rata pm adalah suatu tekanan gas tetap dalam khayalan. Bila tekana itu

bekerja pada torak selama seluruh langkah kerja, akan melakukan kerja yang sama

dengan kerja tekanan gas yang berubah-ubah. Untuk menentukan tekanan rata-rata

panjang diagram indikator pertama-tama digagi dalam 20 bagaian (Gbr. 21.1).

selanjutnya dari tiap ordinat diukur berapa panjangnya antara garis kompresi dan garais

ekspansi dan kemudian dijumlahkan. Dalam diagram sesungguhnya jumlah itu adalah

sebesar 145 mm. Jadi panjang rata-rata- tiap ordinat adalah 145 mm : 20 = 7,25 mm.

Menurut skala tekanan rata-rata indisir pm =7,25 bar. Tinggi rat-rata dapat juga diperoleh

dengan membagi luas diagram dengan panjang AB. Luas lalu selanjutnya ditentukan

dengan planimeter atau kertas millimeter.

Gbr. 21.1

0

20 SKALA TEKANAN 1 BAR = 1 MM.

A B

C

Daya.

Contoh soal :

Diketahui dari salah satu silinder suatu motor diesel dua tak dengan delapan silinder,

waktu pengambilan diagram motor berjalan dengan 112 putaran/menit. Garis tengah

silinder adalah 750 mm dan langkah torak 1500 mm.

Ditanyakan : Berapakah daya indikatornya ?

Penyelesaian : Diumpamakan tekanan rata-rata untuk semua silinder adalah sama maka

daya indikator menjadi :

P1.2 = Z.Pm.i.1/4d2S.n

Pm.i = 7,25 bar

n = 112/menit = 112/m : 60s = 1,87 putaran /detik.