UNJUK KERJA MESIN DIESEL MITSUBISHI 4DR5 SEBAGAI PENGGERAK KAPAL PADA KONDISI TRIM

Transkripsi

1 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 UNJUK KERJA MESIN DIESEL MITSUBISHI 4DR5 SEBAGAI PENGGERAK KAPAL PADA KONDISI TRIM M. Rusydi Alwi, Syerly Klara & M. Amril Idrus Jurusan Teknik Perkapalan - Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, Sulsel Telp , dd2301@yahoo.com Abstrak Mesin diesel mobil banyak digunakan sebagai tenaga penggerak kapal. Sebagai land engine, apakah mesin diesel mobil bisa bekerja maksimal pada kondisi gelombang air laut dan cuaca buruk.sehingga perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui performa mesin diesel mobil pada variasi kemiringan yang dialami oleh kapal pada saat beroperasi di laut. Metode penelitian yang digunakan adalah bersifat eksperimental, yaitu menghitung performa mesin diesel dengan kondisi kemiringan berbeda. Kemiringan diasumsikan kondisi trim pada kapal. Pengujian dilakukan kondisi normal dan pada kemiringan 8, 15, 22, dan 29. Dari hasil perhitungan dan analisis diperoleh performa mesin pada kemiringan normal (0 ), dimana secara umum terjadi peningkatan performa yaitu efisiensi volumetris (ηvol) 84,702 %, penyerapan panas oleh pendingin mesin (Qap) 2,357 (kw), kehilangan panas gas buang (Qgb) 5,026 (kw), kerugian kalor mekanis (Qm) 0,540 (kw) dan daya efektif (Ne) 2,19 (kw). Pada kemiringan 8 nilai daya efektif (Ne) adalah 11,10 kw. Disarankan batas kemiringan maksimum mesin diesel Mitsubishi 4DR5 sebagai penggerak kapal adalah kemiringan 8. Kata Kunci Performa mesin diesel, kemiringan mesin, Mitsubishi 4DR5 PENDAHULUAN Mesin diesel sebagai mesin penggerak kapal dirancang khusus untuk penggunaan di kapal, yang dikenal sebagai marine use engine. Banyak penelitian dilakukan guna mengembangkan mesin diesel untuk digunakan pada industri perkapalan. Akan tetapi yang terjadi di lapangan khususnya pemilik kapal ikan di perairan Makassar, banyak yang menggunakan mesin diesel mobil yang telah dimodifikasi menyesuaikan instalasi mesin laut. Hal ini dilakukan untuk mengurangi biaya yang tinggi sebagai solusi untuk menekan biaya pembuatan kapal. Dari hasil wawancara dengan pemilik kapal dan nelayan di Pelabuhan Poetere dan Tempat Pelelangan Ikan Poetere diketahui bahwa mesin diesel mobil banyak digunakan sebagai tenaga penggerak kapal. Kemudahan dalam perawatan dan ketersediaan suku cadang di pasaran sebagai pertimbangan menggunakan mesin diesel mobil. Tetapi apakah mesin diesel mobil bisa bekerja maksimal pada kondisi cuaca yang buruk dan gelombang air laut yang terjadi di perairan Sulawesi Selatan, Laut Sulawesi, dan Selat Makassar bagian selatan yang tinggi maksimal gelombangnya 3-5 meter. Untuk mesin diesel laut dirancang untuk mampu beroperasi pada kondisi kemiringan mesin sampai

2 Uujuk Kerja Mesin Diesel Mitsubishi 4DR5 sebagai Penggerak Kapal pada Kondisi Trim Mesin Diesel (Marine dan Land Use) Prinsip kerja mesin diesel yang digunakan di laut maupun mesin diesel yang digunakan di darat sama saja, tidak ada perbedaan yang signifikan. Adapun letak perbedaannya antara lain: Material Mesin Material mesin diesel kapal laut dibuat lebih tangguh dibandingkan mesin darat, agar tidak mudah mengalami kerusakan ataupun keropos dimana bersinggungan dengan air laut yang mempunyai kadar garam yang tinggi dan mengandung unsur-unsur mineral dan biota laut perusak lainnya. Operasional Mesin Selama pengoprasiannya mesin diesel darat hanya mendapatkan getaran dari mesin itu sendiri ( Internal Vibration). Tidak demikian dengan halnya mesin diesel laut, selain mendapat getaran dari mesin juga mendapat gangguan dari badan kapal yang terkena ombak. Ombak yang dilalui kapal bisa membuat mesin mengalami kemiringan sampai 60. Kemiringan Mesin Dudukan mesin diesel harus dipasang dengan sebaik-baiknya karena apabila dudukannya lemah maka mesin diesel dan badan kapal akan bergetar. Mesin harus dipasang sedemikian rupa sehingga poros yang dihubungkan dengan propeller agak menurun sedikit di buritan indikasi ini disebut kemiringan. Akan lebih baik, bila tidak ada kemiringan atau kemiringannya sekecil mungkin tidak boleh melampaui 8. Kalau tidak demikian akan mengurangi daya dan kecepatan kapal akan berkurang. Serta dudukan mesinnya harus terletak tepat pada sumbu bantalan-bantalan yang dipasang tetap dan kuat pada pondasi mesin (Nakoela Soenarta dan Shoichi Furuhama, 2007). Maksimum 8 Gambar 1. Kemiringan mesin. (Sumber: Nakoela Soenarta dan Shoichi Furuhama, 2007) Performa Mesin Diesel Performa mesin adalah kemampuan mesin dalam melakukan putaran untuk menghasilkan tenaga atau power. Untuk mengetahui tingkat performa mesin, maka dapat dilihat dari 136

3 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 beberapa parameter, diantaranya: Daya Efektif, Konsumsi bahan bakar, Konsumsi bahan bakar spesifik, Efisiensi volumetric, Efisiensi panas efektif, Penyerapan panas oleh pelumas, Penyerapan panas oleh radiator, Kehilangan panas ke panas gas buang, Kerugian mekanis dan Kalor masuk total (Wiranto, Arismunandar, 1981). Daya Efektif (Ne) Daya efektif dirumuskan sebagai parameter yang menunjukkan kinerja mesin dalam membangkitkan daya pada berbagai kondisi operasi yang diberikan. Adapun daya efektif dapat diketahui melalui persamaan berikut (Koichi, 2002). Ne =.л...( / ).. (1) dimana, Pe = Tekanan efektif rata-rata (kg/cm 2 ) r = jari-jari silinder (cm 3 ) L = Panjang langkah torak (m) a = Jumlah siklus per putaran n = Jumlah putaran poros per menit Konsumsi Bahan Bakar (FC) Jumlah bahan bakar yang dikonsumsi oleh mesin per satuan waktu (FC) dapat diketahui dengan cara menghitung waktu yang diperlukan untuk menghabiskan bahan bakar pada volume tertentu (Maleev, 1989). FC =. (2) dimana, ρbb = Kerapatan Massa bahan bakar (kg/m 3 ) VBB = Kecepatan aliran konsumsi bahan bakar (kg/detik) = Waktu pemakaian bahan bakar (detik) tbb Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) dinyatakan dalam jumlah bahan bakar yang dibutuhkan mesin dalam satuan waktu untuk menghasilkan daya sebesar 1 kw. Konsumsi bahan bakar spesifik ( Specific Fuel Consumption) adalah ukuran nilai ekonomis suatu mesin dalam penggunaan bahan bakar (Maleev, 1989). SFC = (3) 137

4 Uujuk Kerja Mesin Diesel Mitsubishi 4DR5 sebagai Penggerak Kapal pada Kondisi Trim Penyerapan Panas oleh Air Pendingin Mesin (QAP) Siklus kerja cooler bersirkulasi menyerap panas yang keluar dari mesin dengan menggunakan media air sebagai pendingin mesin tersebut. Dan begitu selanjutnya selalu bersirkulasi secara terus menerus. Besarnya kalor yang diserap oleh pendingin mesin dapat dihitung dengan persamaan: QAP =. ( ) (4) Kehilangan Panas ke Gas Buang Panas ke gas buang merupakan hasil dari proses siklus kerja dari mesin diesel, yaitu pengeluaran hasil dari pembakaran (langkah buang) melalui saluran gas buang yang dimana hasil tersebut berasal dari reaksi kimia dari elemen tertentu dari bahan bakar setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen. Adapun kehilangan panas ke gas buang dapat dihitung dengan persamaan: QGB =(Mud + MBB) CvGB (TGB T1) (5) dimana, Mud = Massa udara dalam silinder (kg) MBB= Massa bahan bakar dalam silinder (kg) TGB = Suhu gas buang keluar ( o K) T1 = Suhu udara suplai ( o K) CvGB= Panas jenis gas buang (kj/kg o K) Kerugian Mekanis Energi yang hilang akibat kerugian lain diantaranya disebabkan oleh gesekan, konveksi, konduksi, serta untuk menggerakkan alat alat bantu. Besarnya kerugian mekanis dapat dihitung menggunakan persamaan: QM = Qmtot - (Ne + QAP + QGB) (6) Prosedur Percobaan Penelitian dilakukan pada mesin diesel Mitsubishi 4DR5 di Laboratorium Permesinan Kapal Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Makassar. Pada penelitian ini, dilakukan pengujian performa mesin pada berbagai kondisi kemiringan. Mesin diesel Mitsubishi 4DR5 diuji pada kondisi normal (0 ), kemiringan 8 ;15 ; 22 dan 29 pada putaran mesin 926 rpm, 1854 rpm dan 2773 rpm. Kemiringan mesin diasumsikan sebagai kondisi trim haluan pada kapal. Data Mesin Percobaan: Merk Mesin Type Mesin : Mitsubishi : 4DR5 138

5 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 Jumlah Silinder Type Mesin Tenaga Efektif Putaran Maksimum : 4 in line : 4 langkah : 80 hp : rpm Pengujian dilakukan dengan tahapan sebagai berikut: Tahap Persiapan Mempersiapkan peralatan percobaan. Mengatur kemiringan dudukan mesin. Mengamati temperatur ruangan. Menghidupkan mesin dan memanaskannya selama kurang lebih 5 menit sebelum percobaan. Tahap Pengujian Mengatur putaran mesin diesel. Dalam percobaan ini, digunakan 3 variasi putaran, yaitu 926 rpm (bukaan 25 % throttle mesin), 1854 rpm (bukaan 50 % throttle mesin) dan 2773 rpm (bukaan 75 % throttle mesin). Mengatur volume bahan bakar yang digunakan. Dalam percobaan ini, digunakan 16 cm 3 bahan bakar minyak diesel. Menghitung waktu pemakaian bahan bakar. Mengamati temperatur gas buang. Mengamati kotak udara. Mengamati temperatur dan tekanan minyak pelumas. Mengamati temperatur masuk dan temperatur keluar air radiator Mengulangi percobaan sesuai prosedur di atas sebanyak 3 kali untuk data yang lebih akurat. Mencatat hasil pengamatan dalam tabel. Tahap Analisis Setelah seluruh data yang diperlukan telah didapatkan, maka dilanjutkan pada tahap pengolahan data dan analisis. Dengan menggunakan rumus empiris kemudian didapatkan nilai Daya efektif, Konsumsi bahan bakar, Konsumsi bahan bakar spesifik, Efisiensi volumetris, Penyerapan panas oleh pendingin mesin, Kehilangan panas ke gas buang, Penyerapan panas oleh pelumas, Kerugian mekanis, Kalor masuk total dan Neraca kalor. Hasil Perhitungan Tabulasi hasil perhitungan dari Daya efektif (Ne), Konsumsi bahan bakar ( FC), Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), Efisiensi volumetris (ηvol), Panas yang diserap air pendingin (QAP) Kehilangan panas ke gas buang (Q GB), Panas yang diserap minyak pelumas (Q oil) Kerugian mekanis (QM), Kalor masuk total (Qmtot) pada setiap kondisi kemiringan mesin dapat dilihat pada tabel-tabel berikut: 139

6 Uujuk Kerja Mesin Diesel Mitsubishi 4DR5 sebagai Penggerak Kapal pada Kondisi Trim Tabel 1. Daya efektif (Ne) dan efisiensi termal efektif ( te) Kemiringan Daya Efektif (kw) 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm (Sumber: Hasil Pengelolaan data) te Tabel 2. Konsumsi bahan bakar (FC) dan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) Kemiringan FC (kg/h) SFC (kg/kw h) 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm (Sumber: Hasil Pengelolaan data) Tabel 3. Panas yang diserap air pendingin (QAP) dan panas yang diserap gas buang (QGB) Kemiringan Q AP (kw) Q GB (kw) 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm (Sumber: Hasil Pengelolaan data) Tabel 4. Efisiensi volumetris (ηvol) dan panas yang diserap minyak pelumas (Qoil) Kemiringan Efisiensi Volumetris η vol (%) Q oil (kw) 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm (Sumber: Hasil Pengelolaan data) 140

7 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 Tabel 5. Kerugian kalor mekanis (QM) dan kalor masuk total (Qmtot) Kemiringan FC (kg/h) SFC (kg/kw h) 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm 926 rpm 1854 rpm 2773 rpm (Sumber: Hasil Pengelolaan data) BAHASAN Daya Efektif (Ne) Daya efektif (Ne) adalah parameter yang menunjukkan kinerja mesin untuk membangkitkan daya pada berbagai kondisi operasi yang diberikan Daya Efektif (kw) Putaran Mesin (rpm) Normal 0 Kemiringan 8 Kemiringan 15 Kemiringan 22 Kemiringan 29 Gambar 2. Grafik hubungan daya efektif (Ne) dengan putaran mesin. Dari grafik di atas terlihat bahwa daya efektif (Ne) pada putaran 926 rpm cenderung menurun. Hal ini dipengaruhi oleh kemiringan mesin, tekanan efektif rata-rata (Pe) dan kerja yang dihasilkan per siklus dalam silinder (W). Mesin diesel pada kondisi miring akan menambah beban kerja mesin sehingga menurunkan daya yang dihasilkan Sedangkan pada putaran 1854 rpm dan 2773 rpm daya yang dihasilkan tiap kemiringan sedikit berbeda terutama pada kemiringan 15 tapi nilai yang dihasilkan tetap cenderung menurun. Konsumsi Bahan Bakar (FC) Konsumsi bahan bakar ( FC) adalah jumlah bahan bakar yang dikonsumsi oleh mesin per satuan waktu. 141

8 Uujuk Kerja Mesin Diesel Mitsubishi 4DR5 sebagai Penggerak Kapal pada Kondisi Trim FC (kg/h) Putaran Mesin (rpm) Normal 0 Kemiringan 8 Kemiringan 15 Kemiringan 22 Kemiringan 29 Gambar 3. Grafik hubungan konsumsi bahan bakar (fc) dengan putaran mesin. Konsumsi bahan bakar (FC) pada putaran 926 rpm, menunjukkan pada kondisi normal (0 ) nilai FC paling tinggi dibandingkan kemiringan yang lainnya. Pengaruh kemiringan mesin terhadap konsumsi bahan bakar (FC) yang dihasilkan mengalami penurunan. Hal ini dipengaruhi oleh waktu (t bb) yang digunakan untuk menghabiskan bahan bakar (V bb). Semakin lama waktu yang digunakan maka semakin kecil nilai konsumsi bahan bakar (FC) Sedangkan pada putaran 1854 rpm dan 2773 rpm; tiap kenaikan kemiringan maka terjadi penurunan nilai konsumsi bahan bakar (FC). Pada tiap kenaikan putaran mesin, mengalami peningkatan konsumsi bahan bakar (FC). Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Konsumsi bahan bakar spesifik ( SFC) adalah ukuran nilai ekonomis suatu mesin dalam penggunaan bahan bakar. Pada gambar 4 terlihat bahwa nilai konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) pada putaran 926 rpm menunjukkan bahwa pengaruh variasi kemiringan mesin terhadap konsumsi bahan bakar (FC) yang dihasilkan meningkat. Yaitu semakin tinggi kemiringan mesin maka semakin besar nilai konsumsi bahan bakar spesifiknya. Nilai SFC pada kemiringan normal (0 ) adalah 0,402 kg/kw.h, kemiringan 8 sebesar 0,427 kg/kw.h, kemiringan 15 sebesar 0,435 kg/kw.h, kemiringan 22 sebesar 0,415 kg/kw.h dan kemiringan 29 sebesar 0,440 kg/kw.h. Pengaruh kemiringan terhadap konsumsi bahan bakar spesifik ( SFC) menunjukkan bahwa semakin tinggi kemiringan mesin maka semakin besar jumlah bahan bakar yang digunakan. 142

9 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni SFC (kg/kw H) Normal 0 Kemiringan 8 Kemiringan 15 Kemiringan 22 Kemiringan 29 Putaran Mesin (rpm) Gambar 4. Grafik hubungan konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) dengan putaran mesin. Penyerapan Panas Oleh Pendingin Mesin ( QAP ) Penyerapan panas oleh pendingin mesin (Q AP) dapat diartikan perubahan panas yang terjadi pada siklus kerja pendingin mesin, dimana pendingin mesin atau radiator menggunakan kipas dan udara yang berlawanan dengan arah mobil untuk mendinginkan radiator dan bersirkulasi terus menerus. Q ap (kw) Putaran Mesin (rpm) Normal 0 Kemiringan 8 Kemiringan 15 Kemiringan 22 Kemiringan 29 Gambar 5. Grafik hubungan penyerapan panas oleh pendingin mesin (Q AP) dengan putaran mesin. Penyerapan panas oleh pendingin mesin (Q AP) pada tiap kemiringan cenderung menurun. Hal ini disebabkan oleh volume air pendingin (V ap), temperatur keluar dan temperatur masuk air radiator, dimana semakin besar kemiringan mesin maka semakin rendah penyerapan panas oleh pendingin mesin (Q AP) yang dihasilkan. Penyebab lain karena pompa pendingin mesin yang terdapat mengalami kemiringan sehingga menyulitkan memompa air pendingin untuk bersirkulasi dari mesin ke radiator. 143

10 Uujuk Kerja Mesin Diesel Mitsubishi 4DR5 sebagai Penggerak Kapal pada Kondisi Trim Kehilangan Panas ke Gas Buang (QGB) Kehilangan panas ke gas buang (QGB) merupakan hasil kalor dari proses siklus kerja dari mesin yaitu pengeluaran hasil pembakaran melalui saluran gas buang yang mana hasil tersebut berasal dari reaksi kimia elemen tertentu dari bahan bakar setelah dinyalakan dan dinyalakan dengan oksigen. Q GB (kw) Normal 0 Kemiringan 8 Kemiringan 15 Kemiringan 22 Kemiringan 29 Putaran Mesin (rpm) Gambar 6. Grafik hubungan penyerapan panas ke gas buang (Q GB) dengan putaran mesin. Nilai kehilangan panas ke gas buang (Q GB) menunjukkan bahwa semakin besar nilai temperatur gas buang maka kehilangan panas ke gas buang (Qgb) juga akan semakin besar. Pada grafik di atas menunjukkan persentase naik-turun juga disebabkan oleh panas gas buang. Pengaruh variasi kemiringan mesin terhadap kehilangan panas ke gas buang (QGB) yang dihasilkan mengalami peningkatan. Kerugian Mekanis (QM) Kerugian mekanis (Q M) adalah energi yang hilang akibat kerugian lain diantaranya disebabkan oleh gesekan, konveksi, konduksi, serta untuk menggerakkan alat alat bantu. Q M (kw) Putaran Mesin (prm) Normal 0 Kemiringan 8 Kemiringan 15 Kemiringan 22 Kemiringan 29 Gambar 7. Grafik hubungan kerugian mekanis (Q M) dengan putaran mesin. 144

11 Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013 Kerugian mekanis ( QM) pada setiap putaran menunjukkan bahwa semakin tinggi kemiringan mesin maka semakin tinggi nilai dari kerugian mekanis ( QM). hal ini disebabkan karena kalor penyerapan panas oleh kehilangan panas ke gas buang (QGB) yang tinggi sehingga mengakibatkan banyaknya energi yang terbuang sia-sia. Batasan Kemiringan Maksimum Mesin Diesel Mitsubishi 4DR5 Dengan pertimbangan nilai daya efektif (Ne), kerugian mekanis (Q M), Panas yang diserap air pendingin (Q AP) dan Kehilangan panas ke gas buang (Q GB) pada kemiringan 15, kemiringan 22 dan kemiringan 29 menunjukkan performa mesin diesel Mitsubishi 4DR5 tidak stabil dibandingkan pada kemiringan normal (0 ) dan kemiringan 8. Dan yang paling penting ialah pertimbangan bahwa mesin diesel darat hanya mempunyai satu alat pompa minyak pelumas sehingga apabila mesin mengalami kemiringan yang tingginya >8 maka dikhawatirkan dapat mengganggu performa mesin bahkan mesin bisa mengalami mati secara mendadak (shut down immediately). SIMPULAN Unjuk kerja mesin pada kemiringan normal (0 ), secara umum terjadi peningkatan yaitu efisiensi volumetris (ηvol) 84,702%, penyerapan panas oleh pendingin mesin (Qap) 2,357 kw, kehilangan panas gas buang (Qgb) 5,026 kw, kerugian kalor mekanis (Qm) 0,540 kw dan daya efektif (Ne) 2,19 kw. Dari hasil perhitungan pada berbagai kondisi kemiringan mesin dengan variasi putaran mesin diperoleh bahwa unjuk kerja terbaik mesin diesel Mitsubishi 4DR5 sebagai penggerak kapal pada kemiringan 8 dengan Daya Efektif (Ne) 11,10 kw. DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, Wiranto & Tsuda, Koichi, (1997), Motor Diesel Putaran Tinggi, Cetakan ke-8, Pradnya Paramita, Jakarta. Boentarto, (1994), Praktek Keterampilan Motor Deisel, Solo: Aneka Maleev, V. L., (1945), Internal Combustion Engine 2nd Edition, USA : McGraw- Hill Book Company Maleev, V. L., (1991), Operasi Dan Pemeliharaan Mesin Diesel, Jakarta : Erlangga Rabiman dan Arifin, Zainal, (2011), Sistem Bahan Bakar Motor Diesel, Yogyakarta : Graha Ilmu Soenarta, Nekoela dan Furuhama, Shoichi, (2002), Motor Serba Guna, Jakarta : Pradnya Paramitha 145

12 Uujuk Kerja Mesin Diesel Mitsubishi 4DR5 sebagai Penggerak Kapal pada Kondisi Trim 146