Sejarah Mesin Kapal

Sejarah Mesin Kapal

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

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.