Mesin diesel penggerak generator by 3rr0r

 

MESIN DIESEL PENGGERAK GENERATOR

A.   Deskrpsi

kebutuhan listrik diatas kapal sangat mutlak disamping digunakan sebagai alat penerangan, listrik juga digunakan sebagai tenaga penggerak dengan bantuan electromotor, baik untuk menggerakkan pompa-pompa maupun kepentingan lain seperti peralatan elektronik, alat-alat bongkar muat dan lain-lain.

Seperti halnya didarat, listrik diperoleh dan pembangkit berupa generator listrik induk dapat menghasilkan listrik generator diatas kapal, perlu digerakkan diputar dengan tenaga mekanik yang dapat berupa mesin uap (turbin uap) ataupun mesin diesel ataupun mesin diesel atau yang dikenal sebagai motor Bantu (auxiliary engine)

Dalam bab ini akan diuraikan secara singkat, fungsi dan cara kerja serta diesel tersebut seperti misalnya sistem pelumasan, pendinginan, bahan bakar dan penjalannya.

B.   Relevansi

Bab ini perlu dipelajari mengingat sangat pentingnya fungsi mesin diesel diatas kapal yang merupakan jantungnya kehidupan sehingga sangat mempengaruhi terhadap keselamatan kapal dan pelayaran dan fungsi kapal itu sendiri.

Kemampuan untuk dapat mengoperasikan, mengendalikan serta memelihara mesin disesel, tergantung dari tingkat pemahaman dasar terhadap mesin diesel itu sendiri

C.   Tujuan

Setelah selesai mengikuti proses pembelajaran bab ini, diharapkan siswa mampu

1.   menjelaskan mesin-mesin diesel dan prinsip kerjanya

2.   menjelaskan fungsi mesin diesel di atas kapal

3.   menjelaskan konstruksi dan bagian-bagian mesin diesel serta fungsinya 

4.   menjelaskan cara kerja serta cara mengoperasikan mesin diesel serta merawatnya

D.   Fungsi Mesin Diesel Bantu diatas Kapal.

Sebagai jantungnya kehidupan fungsi kapal, mesin diesel berfungsi sebagai penggerak generator listrik

Dengan berfungsinya mesin diesel sebagai penggerak generator, maka tenaga listrik akan dihasilkan yang selanjutnya tenaga listrik ini diperlukan untuk memungsikan sistem penunjang bekerjanya mesin induk, penerangan, domestic, komunikasi, dan lain-lain.

E.   Jenis mesin diesel

Dari prinsip kerjanya, mesin diesel dibedakan sebagai

1. mesin diesel 2 tak

            sesuai dengan namanya mesin ini menghasilkan langkah. Tenaga pada setiap 2 langkah kerjanya atau setiap satu putaran engkolnya. Kedua langkah dari siklus kerjanya disebut langkah kompresi (compression stroke) dan lsangkah powr stroke) atau ekspansi (expansion stroke) posisi langkah siklusnya dapat disimak pada gambar 2-1

Gambar  2-1

Engkol berputar dengan sekaligus menempatkan posisi torak dalam langkahnya pada posisi ekstemnya yaitu titik mati atas (top dead centre = TDC) dan titik mati bawah (bottom dead center = BDC) ditunjukan sebagai satu siklus dalam suatu diagram waktu (timing diagram).

Perhatikan proses yang terjadi dalam satu siklus :

1-2  Penyelesaian pembilasan,

Udara masuk silinder dan membilas udara gas buang dan mengisi mengisi kembali untuk pembakaran berikutnya. Disini kedua lobang pembuangan dan pembilasan terbuka

2-3  Selesai pembilasan

Lobang bilas tertutup dan sejumlah udara bilas barangkali ada yang bocor. Terbawa ke pembuangan.

3-4  Kompresi.

Lobang pembuangan tertutup dan udara yang terperangkap dalam sislinder dikompresikan pada lngkah naiknya piston sampai mencapai suhu yang cukup untuk menyalakan bahan bakar

4-5-6 Penyemprotan bahan bakar

Penyemprotan/pengabutan bahan bakar dan terjadi pembakaran karena kenaikan tekanan. Jangka waktu proses ini tergantung dari penyetelan pompa bahan bakar dan tenaga yang dihasilkan.

6 - 7 Ekxpansi.

Selesai dengan pembakaran gas panas berekspansi dan mendorong piston kebawah dan merubah tenaga pembakaran (panas) menjadi usaha (work) di piston.

7 - 8 Pembungan gas buang.

Lobang pembuangan terbuka dan gas buang keluar ke manifold gas buang, tekanan dalam silinder jatuh dengan cepat.

8-1  Pembilasan.

Lobang pembilasan terbuka dan udara bersih masuk medesak sisa-sisa gas buang.

1- dst kembali siklus selanjutnya

b. Mesin diesel 4 tak

Mesin diesel 4 tak adalah mesin diesel yang langkah usahanya dihasilkan pada langkah torak yang ke ampat atau pada 2 putaran poros engkol terjadi satu langkah usaha.

Diatas kapal, jenis mesin diesel yang digunakan untuk penggerak generator adalah dari jenis 4 tak ini. Adapun proses kerja dari tiap langkah dapat dilihat pada gambar 2 – 2 yaitu siklus 4  tak.

Langkah–langkah piston  disebut : langkah kompresi (compression stroke), langkah tenaga / usaha (power stroke atau expansion stroke), langkah buang (exhaust stroke) dan langkah pengsian (aspirating atau induction stroke)

Perhatian gambar 2-2 :

1-2 :  Penyelesaian langkah pengisian (aspiration)

2-3    Kompresi

Kelep udara masuk tertutup, udara dalam silinder ditekan mencapai suhu untuk pembakaran bahan bakar.

3-4-5 Pengabutan bahan bakar

Pembakaran dilakukan sesuai dengan kenaikan tekanan. Jangka waktunya diatur dengan penyetelan pompa bahan bakar

5-6 usaha / tenaga (ekspansi).

Selesai pembakaran, tekanan gas pembakaran mendorong piston kebawah.

Gambar  2 - 2

6-7-8  Pembuangan.

Katup buang terbuka piston mengusir gas buang keluar pada langkah keatasnya langkah keatasnya.

8-9-10 Overlap.

Kelep udara masuk terbuka sementara katup buang masih terbuka. Proses ini ditingkatkan dengan supercharger atau mesin putaran tinggi

10-1 pengisian katup buang tertutup piston mengisap udara bersih sepanjang langkah kebawahnya

1- dst ke siklus berikutnya.

Mesin diesel 4 tak sebagai penggerak generator

Tenaga mesin diesel diatas kapal antara yang terkecil sekitar 30 KW sampai 1,5 MW.

Pemindahan gerak (prime mover) biasanya menggunakan kopling langsung ke generatornya, namun sering juga dengan menggunakan rodagila (flywheel) yang biasanya bergigi untuk memungkinkan dapat diputar dengan tangan pada rodagila juga kita jumpai tanda-tanda kapan piston berada dibagian atas (tom deda centre = TDC) dalam silinder

Gambar  2 – 4

Generator dapat menghasilkan arus AC dan mungkin jua DC walaupun yang terakhir sudah jarang dijumpai pada kapal-kapal yang dibangun setelah pertengahan tahuan 1960 an.

Jenis mesin diesel yang digunakan diatas kapal dimungkinkan dari:

a.   mesin diesel kecepatan medium (medium speed engine).

-   putaran : antar 300-1.000 rpm

-   kecepatan torak antara 6, 5, 9, 5 m / detik

-   penggunaan biasanya untuk kapal-kapal niaga

-   konfigurasi mesin :

*   tegak berderet (in line)  gambar 2. 3

     jumlah silsinder darim motor jenis ini dari 3, 4, 6 dan 8 bahkan ada yang 9 buah

·      v (vee)-gambar 2. 4

·      jumlah silinder dari motor jenis ini bervarisi dari 12 atau 16 buah tekanan efektif rata-rata (brake mean effectif pressure-bmep) : 10-20 bar

Gambar  2-4

b.   mesin diesel kecepatan tinggi (hig spedd engine) :

-   putaran : 1.000 rpm keatas

-   kesepakatan torak 9,5 m/detik keatas.

-   merupakan mesin pendatang baru buat kapal-kapal niaga, walaupun telah lama dipergunakan pada kapal-kapal perang, dimana ratio tenaga tingginya dibanding dengan beratnya sangat menguntungkan

     - b.m/e/p.: sekitar 10 bar

Catatan :

1. dibandingkan dengan mesin diesel kecepatan rendah (slow running engine rpm dibawah 300 rpm ) mesin diesel kecepatan menengah mempunyai kelebihan yaitu mempunyai ratio yang lebih besar dalam hal tenaga /berat dan tenaga /ukuranny. Disamping itu, mesin diesel kecepatan menengah juga cenderung lebih sedikit biaya awal pada tingkat tenaga yang sama

2.    dengan ukuran dan berat yang lebih kecil, mesin diesel jenis vee mempunyai tenaga yang lebih besar dibandingkan mesin diesel jenis in-line

F.    KONSTRUKSI DASAR

Untuk semua jenis mesin tegak (in-line, bagian-bagian pokok struktur mesin terlihat pada gambar 2.5 :

bagian atas luar :

- Cylinder head

Pada cylinder head dipasang :

1.   katup-katup masuk (inlet valve) dan buang (outlet valve)

2.   saluran masuk udar bersih (air inlet)

3.   saluran keluar gas buang (exhaust gas outlet )

4.   pengabut (injector)

5.   klep keaman (safety valve

6.   katup udar penjalan (air starting valve)

7.   saluran air pendingin (keluar/masuk)

8.   keran cerat/ keran indicator (indicator cock)

Bagian tengah :

-          Cylinder block ini terdapat ruangan pendingin yang dibangun bersama dengan cilynder liner

-          Cylinder liner

Pada dinding cilynder liner terdapat alur dan lobang laluan minyak lumas

-          piston dan kelengkapannya (gambar  2 – 5 piston dan kelengkapannya, gambar 2-6 penampang piston)

Gambar  2 – 5  dan kelengkapan

untuk bekerjanya, piston terdiri dari :

-          pistonnya sendiri

-          compression ring (4 buah), terpasang pada groove (lihat gambar 2-7) pegas torak (piston ring) ini berfungsi untuk menghasilkan kompresi pada langkah kompresinya.

-          Oil scrapperring (2 buah), terpasang pada grove pegas ini digunakan sebagai penahan minyak lumas bahwa piston tidak terbawah keatas torak (ke ruang pembakaran)

-          Piton pin (gidgeon pin) gudgeon pin ini berfungsi sebagai penghubung sekaligus poros antara

batang torak (piston rod) dengan piston

-          Piston rod

-          Bagian tengah bawah

-          Crankcase yang dileengkapi dengan relief valve

-          Bed plate, dimana terpasang rumah bantalan utama

-          Main bearing

-          Main shaft

-          Crankweb

-          Crankpin

-          Cranpink bearing

Catatan : langkah ini sangat berbeda dengan kerja 2 tak dimana pada satu putaran menghasilkan langkah tenaga.

Secara bergantian sesuai dengan firing order dan konstruksi pipi engkol dan poros engkol masing-masing silinder, maka langkah tenaga memutar poros utama (main shaft) yang selanjutnya digunakan memutar generator melalui flywheel.

G.   PEMBUKAAN DAN PENUTUPAN KATUP

Gerakan membuka dan menutup katup dilakukan oleh susunan penggerak yang terdiri dari :

1.   Rocker arm atau valve gear. Rocker arm ini mempunyai dua ujung yang salah satunya (tepat) bersentuhan dengan ujung batang katup (valve stem) sementara ujung lainya bersentuhan dengan push rod. (lihat gambar 2-8)

2.    Pushrod (batang penekang), gerakan batang ini keatas kebawah, ujung bagian atas menyentuh rockeram sementara ujung bawah menyentuh cam dan  campshaft. Gerakan keatas pushrod terjadi saat ujung bawahnya terdorong oleh cam yang mengakibatkan menekan katup sehingga terjadi pembukaan katup.

3.    Campshaft. Merupakan sebuah poros yang dilengkapi dengan cam yang diatur untuk masing-masing push rod tiap silinder dan sesuai dengan firing order Putaran campshaft ini terjadi karena dihubungkan dengan poros mesin melalui liming gear, atau tirming chain.

Proses Pembakaran

Penyemportan bahan bakar secara pengabutan pada saat proses pembakaran yang terjadi dalam silinder, dilakukan oleh pengabut (injector) yang tekanan dan aliran bahan bakar dilakukan oleh pompa bahan bakar tekanan tinggi yang salah satu dan jenis  Bosch. Oleh karena jenis  ini paling banyak digunakan dimesin diesel pada umumnya maka sering pompa tekanan tinggi ini disebut sebagai bosch pump,  walaupun ada jenis-jenis lain seperti jenis pump bahan bakar yang dikembangkan oleh Sulzer atau lainnya.

Seperti halnya gerakan katup, maka pompa tekanan tinggi yang terdiri dari beberapa pompa untuk setiap pengabut di masing-masing silinder gerakannya atau pemompaannya juga diatur dengan fining order oleh camsahaft.

Penamapang  masing – masing pompa bahan bakar tekanan tinggi dapat dilihat pada gambar 2 – 9

Bagian – bagian pompa :

1.      Rol (cam follower) yang siap disentuh kan dengan cam bahan bakar (fuel  cam)

2.      Plunger kerja tunggal  dengan langkah tetap Plunger ini dibetuk alur bahan bakar yang dipompakan ke pengabut. Pengaturan inid apat dilakukan dengan memutar posisi plunger.

3.      Pegas (helicar spring) yang mempertahankan agar cam follower tetap bersinggungan dengan fuel cam.

4.      Rack, alat ini berfungsi untuk mengatur posisi plunger, yang pada akhirnya akan berfungsi  mengatur sedikit banyaknya bahan bakar yang  dikabutkan yang pada gilirannya akan mengatur putaran mesin. Pengaturan rack dengan system mekanik dilakukan oleh handle bahan –bahan bakar.

5.      Saluran masuk (inlet dan saluran kely=uar (discharge)

Gambar 2 – 10 memperlihatkan proses pemompaan jenis bosch tersebut

Pada gambar 2 – 10 (a), plunyer E berada pada posisi terendah dari langkahnya dan bahan bakar masuk ke barrel lewat kedua lobang ruang isap. Pada gerakan naiknya, bahan bakar terdesak kembali melalui lobang-lobang tersebut sampai sebatas posisi (b), dimana bagian ujung plunyer menutup medua lobang tersebut.

Bahan bakar yang terperangkap diatas plunyer, pada gerakan namun selanjutnya akan mendesak dan membuka katup tekan (delivery valve) yang dipasang dibagian atas barrel. Tekanan bahan bakar oleh kenaikan langkah plunger dan ynag menyebabkan terangakatnya katupbuang tersebut, membawa bahan bakar masuk kesaluran bahan bakar menuju ke pengabut (injector).

Pada (c) pingiran helicar plunyer membuka hubungan bagian lekukan helical dan lobang keluar, maka selesailah pemompaan.

Pompa-pompa ini bekerkja pada tekan hingga 176 kg/cm2 atau 211 kg/cm2 volume pemompaan tiap pompa diatur oleh reck yang merubah titik awal atau akhir pemompaan. Rack ini dihubungkan dengan poros pengatur ke genorever (regulator).

Penyemprotan (injection) dilakukan 150 sebelum TDC dan berlangsung sampai 350 sudut engkol. (crank angle) pembakaran akan berlangsung selama jangka waktu tersebut.

Pada gambar 2-11 ditunjukan beberapa posisi pompa bahan bakar type bosh. Posisi 1 plunger pada posisi di mana bahan bakar yang masuk melalui c selain mengsih penuh bagian hekica plunyer, juga langsung mengalir keluar posisi 2 alad posisi dimana plunger dengan alur yang tetap sebagaimana posisi 1 berada pada titik dimana alur helical plunger berhubungan dengan lobang keluar jadi posisi ini adalah akhir pemompaan pada posisi penuh.

posisi 3 adalah dimana plunyer diputar (oleh rack) 900  ke kanan dan bahan bakarmasuk kedalam ruang pompa sementara dalam perjalanan naiknya penghasilan pemompaan selesai sebelum posisi plunyer dipaling atas, karena dari posisi helikalnya yang sudah berhubungan dengan lobang keluar,

posisi 5 adalah dimana pada saat yang sama seperti satu dan tiga tetapi pemompaan yang terkecil karena posisi helikalnya.

Pengabutan bahan bakar

Agar memperoleh pembakaran yang sempurna, dimana pada saat yang tepat sejumlah bahan bakar terbakar habis pada suhu dan tekanan yang tepat dengan rasio bahan bakar dan udara yang tepat pula, maka bahan bakar perlu dikabutkan untuk keperluan itu. Pengabutan dilakukan oleh pengabut (injector) yang dapat dilihat konstruksinya pada gambar 2-12.

Seperti yang nampak pada gambar, pengabut atau injector lengakp ini terdiri dari :

1. (valve body atau juga disebut pemegang nozzle=nozzle holder)
   badan ini berisi susunan komponen-komponen pengabut, disamping itu terdpaat saluran bahan bakar dari saluran masuk dan menuju ke ujung pengabut
2. Pegas katup (valve spring)

Pegas ini digunkaan untuk memberikan atau membangkitkan tekanan pengabut yang dapat diatur kekuatannya dengan pengaturan mur kompresi (compression nut = spring cap nut).

3. Dowel
   Dowel (pantek) adalah komponen yang berfungsi sebagai penghubung kunci. Agar kedudukuan nozzle dan valve body tepat.
4. Nozzle
   Ada jenis pengabut yang memisahkan bagian ini yaitu nozzle body dan nozzle tip. Pada nozzle inilah tempat terjadinya pengabutan
5. valve needle (nozzle valve) komponen ini berfungsi sebagai katup dan oleh adnya pegas, ia selalu dalalm keadaan tertutup rapat kecuali bila ada tekanan bahan bakar yang mengangkatnya.
6. pengikut (nut)

      Pengikat ini digunakan untuk mengikat susnan nozzle (atau nozzle tip dengan valve body).

H.   SYSTEM PELUMASAN

      Bagian-bagian yang perlu dilumasi dari mesin diesel ini adalah :

1.    silinder liner yang berfungsi mencegah terjadinya keausan akibat gesekan antara pegas torak (piston ring) dengan permukaan bagian dalam liner

2.    bantalan-bantalan (bearings), tempat duduknya poros-poros

3.    bush-bush, tempat duduknya pin

Untuk pelumasan silinder liner terdiri dari 2 cara, bagian atas tempat terjadinya pembakaran dilakukan secara tekan dengan menggunakan lubricator aparat, sementara bagian bawah menggunkaan cara percik (splash) seperti nampak pada gambar 2-13 Untuk pelumasan bantalan-bantlaan dan bush-bush, dilakukan dengan cara pelumasan tekan menggunakan pompa minyak lumas, yang dihubungkan dengan putaran mesin.

Sistem pelumasan tekan ini disamping adany filter, cooler dan indicator tekanan pelumasan, dilengkapi juga dengan pompa awal (primpin pump) yang digunkan saat akan mestrat mesin (sebelum pompa utamanya jalan) yang digunakan sebagai pelumasan awal.

I.      PENDINGIN

Pendinginan dilakukan terhadap :

1.    cilynder block dan cylinder head

2.    piston

3.    udara bilas untuk mesin diesel yang menggunkan turbo-charger.

4.    minyak lumas

Pendinginan terhadap silinder block dan cylinder head, dilakukan dengan sistem pendinginan tertutup, dimana air tawar sebagai media pendingin utama (primer) yang setelah mengambil panas mesin, kemudian didinginkan dicooler (cooler Bantu air tawar pendingin mesin penggerak generator atau A.E.L.O. cooler)

pendingin terhadap piston dilakukan dengan menggunakan sistem pelumasan tekan, yang dengan tekanan tingginya, selain masuk ke celah-celah (clearance) bantalan-bantalan atau bush-bush, juga masuk ke saluran batang torak dan saluran gudgeon pin selanjutnya masuk kesaluran didalam piston (lihat gambar 2-6)

Untuk-untuk kapal modern, sistem pendinginan dilakukan dua tingkat pendinginan suhu tinggi (hig temperature cooling sistem), dimana cooler untuk turbocharge / intercooler, LO cooler semua didinginkan oleh air tawar dan pendinginan suhu rendah (low temperatur cooling sistem) mendinginkan air tawar pendingin.

J.    CARA MENJALANKAN MESIN

Untuk menjalankan mesin yang bertujuan untuk memutar generator perlu langkah-langkah berikut :

1.    Yakin bahwa “turn” telah bebas.

2.    Check kondisi minyak lumas.

3.    Yakin bahwa system pendingin air tawar telah siap.

4.    Lakuakan pelumasan awal, sampai tekanan menunjuk pada kondisi memenuhi.

5.    Buka katup indicator (indicator cock)

6.    Siapkan sistim udara penjalan

7.    Lakukan pembersihan sisa-sisa gas dalam selinder dengan menstart tanpa memasukkan bahan-bakar (Blow up).

8.    Tutup indicator cock.

9.    Start mesin pada kondisi bahan bakar minimal.

10. Sesudah jalan, atur bahan bakar dan putar sesuai dengan normalnya.

11. Check suhu-suhu, tekanan minyak lumas dan matikan system penjalan.

K.   RINGKASAN

1.    Sebagai penggerak generator diatas kapal, pada umumnya digunakan mesin diesel 4 Tak, baik yang in line maupun vee.

2.    Konstruksi mesin terdiri bagian yang tak bergerak dan bagian-bagian yang bergerak

3.    Bagian-bagian yang bergerak memerlukan pelumasan, baik dengan sistim percik (splash) maupun dengan sistim tekan.

4.    System pendingin dilakukan terhadap selinder blok, termasuk pendingin selinder liner serta selinder head dan juga piston.

5.    System bahan bakar yang menunjang proses pembakaran dalam selinder mulai dari pompa bahan bakar tekanan tinggi dan dikabutkan melewati injector.

6.    Untuk start mesin perlu langkah-langkah yang benar (sesuai prosedur)

L.    PERTANYAAN.

1.    Jelaskan fungsi mesin diesel bantu (Auxeliary engine) diatas kapal dan mengapa keberadaannya dinyatakan fital.

2.    Jelaskan langkah kerja mesin 4 Tak, bandingkan dengan mesin 2 Tak.

3.    Sebutkan komponen-komponen yang terpasang pada Cylinder head: jelaskan fungsinya.

4.    Jelaskan fungsi pegas pada pengabut (Injektor)

5.    Sebutkan bagian-bagian pokok pompa bahan bakar tekanan tinggi dan jelaskan fungsinya.

6.    Jelaskan dengan menggukan gambar skematik, cara kerja pompa “Bosch”.

7.    Jelaskan apa fungsi timing gear.

8.    Jelaskan fungsi air pilot valve.

9.    Jelaskan bagaimana katup-katup, baik isap maupun buang dapat bekerja.

10. Sebutkan nama dan fungsi pegas yang dipasang pada torak (piston)

11. Bagaimana menyusun pegas torak sehingga menghasilkan fungsi maksimal.

12. Jelaskan bagaimana pendinginan terhadap menghasilkan fungsi maksimal.

13. Jelaskan apa yang dimaksud dengan pelumasan splash? Dimana anda jumpai?

14.  Jelaskan apa yang dimaksud dengan pelumasan awal? Kapan dilakukan?