Mesin kapal pada kapal kargo besar biasanya berupa mesin diesel dua langkah berkecepatan rendah yang berputar sekitar 60–130 rpm dan dibaut langsung ke poros baling-baling, sedangkan feri, kapal pesiar, kapal tunda, dan kapal lepas pantai sebagian besar menggunakan mesin diesel empat langkah berkecepatan menengah atau tinggi yang menyalurkan daya melalui kotak roda gigi atau menggerakkan generator. Mesin dua langkah unggul dalam efisiensi bahan bakar dan kesederhanaan pada daya yang sangat besar; mesin empat langkah unggul dalam ukuran yang ringkas, kepadatan daya, dan fleksibilitas.
Poin utama
- Mesin diesel kapal dikelompokkan menurut kecepatannya: kecepatan rendah (umumnya di bawah sekitar 300 rpm, hampir selalu dua langkah), kecepatan menengah (sekitar 300–1000 rpm), dan kecepatan tinggi (di atas sekitar 1000 rpm), dengan dua kelompok terakhir biasanya menggunakan mesin empat langkah.
- Mesin diesel dua langkah melakukan pembakaran setiap putaran; mesin empat langkah melakukan pembakaran setiap dua putaran.
- Mesin kapal dua langkah berukuran besar menggunakan desain kepala silang dengan pembilasan aliran searah dan dapat mencapai konsumsi bahan bakar spesifik efektif sekitar 170 g/kWh, mendekati efisiensi termal 50 persen.
- RTA96-C dua langkah dengan 14 silinder banyak disebut sebagai mesin torak terbesar, dengan daya terukur sekitar 80000 kW dan berat lebih dari 2300 ton.
- Kapal pesiar biasanya menggunakan propulsi diesel-elektrik: beberapa mesin berkecepatan menengah menggerakkan generator yang memasok daya ke motor propulsi listrik atau unit pod.
- Sejak 2020, peraturan IMO berdasarkan MARPOL Annex VI membatasi kandungan sulfur bahan bakar hingga 0.50 persen secara global dan 0.10 persen di kawasan pengendalian emisi, sehingga mendorong kapal beralih ke bahan bakar rendah sulfur, scrubber, atau LNG.
Jenis mesin kapal apa yang digunakan sebagian besar kapal?
Sebagian besar kapal komersial menggunakan mesin diesel, yang dipilih karena efisiensi termal, fleksibilitas bahan bakar, dan keandalannya. Ukuran dan kecepatan mesin bergantung pada jenis kapal dan cara penyaluran daya.
| Kelas mesin | Kecepatan umum | Siklus | Rentang daya umum | Penggunaan |
|---|---|---|---|---|
| Putaran rendah | ~60–130 rpm (unit besar) | Dua langkah, kepala silang | Beberapa MW hingga sekitar 80 MW | Kapal peti kemas, kapal curah, kapal tanker |
| Putaran menengah | ~300–1000 rpm | Empat langkah, piston batang | ~0.5–20 MW per mesin | Feri, kapal pesiar, kapal lepas pantai, kapal tunda besar, genset kapal |
| Putaran tinggi | Di atas ~1000 rpm | Empat langkah | Hingga beberapa MW | Kapal kerja, kapal patroli, feri cepat, kapal tunda kecil, genset bantu |
Definisi rentang kecepatan bervariasi menurut sumber dan produsen mesin, jadi anggap batas-batas tersebut sebagai perkiraan. Setiap kapal besar juga dilengkapi mesin bantu, biasanya genset empat langkah berkecepatan menengah atau tinggi, untuk memasok daya listrik di laut dan di pelabuhan.
Bagaimana cara kerja mesin diesel dua langkah?
Mesin diesel dua langkah menyelesaikan proses pemasukan, kompresi, usaha, dan pembuangan dalam satu putaran poros engkol, sehingga setiap silinder melakukan pembakaran setiap kali piston mencapai posisi teratas. Versi berukuran besar untuk kapal menggunakan sistem udara bilas yang dipasok turbocharger, bukan langkah pemasukan dan pembuangan yang terpisah.
- Langkah usaha — bahan bakar disemprotkan menjelang titik mati atas ke dalam udara yang dimampatkan hingga bersuhu tinggi, lalu menyala dan mendorong piston ke bawah.
- Pembuangan — menjelang akhir langkah ke bawah, katup buang yang dioperasikan secara hidraulis pada penutup silinder terbuka dan tekanan menurun.
- Pembilasan — piston membuka lubang-lubang pada liner silinder, dan udara bertekanan dari turbocharger serta penampung udara bilas mengalir ke atas melalui silinder, mendorong gas buang keluar melalui katup. Aliran satu arah ini disebut pembilasan aliran searah.
- Kompresi — lubang-lubang tertutup, katup buang menutup, dan piston yang bergerak naik memampatkan udara segar untuk siklus berikutnya.
Karena melakukan pembakaran setiap putaran dan beroperasi pada kecepatan rendah, mesin dua langkah berkecepatan rendah dapat dikopel langsung ke baling-baling besar dengan pitch tetap tanpa kotak roda gigi. Sebagian besar dapat langsung dibalik arah putarannya: untuk bergerak mundur, mesin dihentikan lalu dihidupkan kembali dengan arah putaran berlawanan.
Mengapa mesin kapal besar menggunakan desain kepala silang?
Pada mesin kepala silang, batang piston terhubung ke kepala silang yang bergeser di dalam pemandu, dan batang penghubung menghubungkan kepala silang ke poros engkol. Desain ini mencegah beban samping bekerja pada liner silinder dan memisahkan silinder dari karter, sehingga oli pelumas silinder dan oli sistem dapat dioptimalkan secara terpisah. Kekurangannya adalah tinggi mesin: mesin kepala silang jauh lebih tinggi daripada mesin piston batang dengan daya serupa.
Apa perbedaan mesin diesel kapal empat langkah?
Mesin diesel empat langkah menggunakan langkah pemasukan, kompresi, usaha, dan pembuangan yang terpisah, sehingga setiap silinder melakukan pembakaran setiap dua putaran. Katup pada kepala silinder mengendalikan pertukaran gas, dan piston terhubung langsung ke batang penghubung (desain piston batang).
Mesin kapal empat langkah beroperasi lebih cepat, sehingga menghasilkan daya lebih besar dibandingkan ukuran dan beratnya. Hal ini menjadikannya pilihan yang sesuai ketika tinggi dan panjang ruang mesin terbatas, seperti pada feri, kapal pemasok lepas pantai, dan kapal tunda. Kecepatannya yang lebih tinggi berarti mesin ini biasanya menggerakkan baling-baling melalui kotak roda gigi reduksi, sering kali menggunakan baling-baling dengan pitch yang dapat diatur, atau menggerakkan generator dalam instalasi diesel-elektrik.
| Fitur | Dua langkah berkecepatan rendah | Empat langkah berkecepatan menengah/tinggi |
|---|---|---|
| Frekuensi pembakaran | Setiap putaran | Setiap dua putaran |
| Hubungan ke baling-baling | Penggerak langsung, tanpa kotak roda gigi | Kotak roda gigi reduksi atau diesel-elektrik |
| Ukuran per kW | Besar dan berat | Ringkas |
| Efisiensi bahan bakar | Tertinggi di antara semua mesin kapal | Tinggi, sedikit lebih rendah pada daya yang sama |
| Pertukaran gas | Lubang-lubang liner dan katup buang | Katup masuk dan buang |
| Redundansi | Biasanya satu mesin utama | Umumnya menggunakan beberapa mesin |
| Jenis kapal yang umum | Kapal kargo samudra | Feri, kapal pesiar, kapal tunda, kapal lepas pantai |
Mesin apa yang menggerakkan kapal kargo, peti kemas, dan pesiar?
Mesin kapal kargo dan peti kemas hampir selalu berupa satu mesin dua langkah berkecepatan rendah karena kapal-kapal ini beroperasi pada kecepatan tetap selama berminggu-minggu dan bahan bakar merupakan biaya operasi terbesarnya. Mesin kapal pesiar biasanya terdiri dari beberapa mesin empat langkah berkecepatan menengah dalam konfigurasi diesel-elektrik.
- Mesin kapal peti kemas — satu mesin dua langkah berukuran besar, sering kali dengan 8–12 silinder pada kapal terbesar, yang menggerakkan satu baling-baling besar dengan pitch tetap. Kapal peti kemas terbesar telah menggunakan mesin kelas RTA96-C, yang dalam konfigurasi 14 silinder memiliki diameter silinder 960 mm, panjang langkah 2500 mm, dan daya terukur sekitar 80000 kW.
- Kapal pengangkut curah dan tanker — menggunakan mesin dua langkah berputaran rendah yang serupa, biasanya dengan diameter silinder dan jumlah silinder yang lebih kecil.
- Mesin kapal pesiar — biasanya terdiri atas empat hingga enam mesin berputaran menengah yang memasok jaringan kelistrikan bersama. Motor listrik menggerakkan poros atau pod azimut, dan jumlah mesin yang beroperasi disesuaikan dengan beban untuk menjaga efisiensi, sementara daya untuk fasilitas akomodasi berasal dari instalasi yang sama.
- Kapal feri dan kapal lepas pantai — menggunakan mesin empat langkah berputaran menengah atau tinggi melalui kotak roda gigi, terkadang dalam konfigurasi diesel-elektrik atau hibrida.
Kapal feri yang lebih kecil dan kapal pesisir menggunakan mesin berputaran tinggi dengan daya ratusan hingga beberapa ribu kW. Sebagai contoh, SC33W1000CA2 ditawarkan dengan kotak roda gigi terintegrasi dalam rentang 680–1100 hp, jenis mesin yang digunakan pada proyek propulsi kapal feri penumpang.
Bahan bakar apa yang digunakan mesin kapal, dan bagaimana dengan LNG?
Mesin dua langkah besar dirancang untuk membakar minyak bakar berat, dan banyak yang masih menggunakannya dengan scrubber gas buang, sementara yang lain menggunakan minyak bakar berkadar sulfur sangat rendah atau minyak diesel kapal untuk memenuhi batas sulfur MARPOL Annex VI. Kapal berbahan bakar LNG menggunakan mesin bahan bakar ganda yang dapat beralih antara gas dan bahan bakar cair.
Mesin dua langkah berbahan bakar ganda memiliki dua konsep utama: injeksi gas bertekanan tinggi, yang membakar gas dalam siklus diesel, dan pemasukan gas bertekanan rendah, yang membakar campuran yang telah dicampur sebelumnya dalam siklus Otto dengan sedikit bahan bakar cair sebagai pemicu penyalaan. LNG hampir sepenuhnya mengurangi sulfur oksida dan partikulat serta mengurangi CO2, meskipun pelepasan metana yang tidak terbakar harus dikendalikan. Produsen mesin juga menawarkan mesin yang dapat menggunakan metanol dan sedang mengembangkan desain berbahan bakar amonia seiring upaya sektor pelayaran mencapai target gas rumah kaca IMO.
Emisi nitrogen oksida diatur melalui batas Tier IMO. Tier III, yang berlaku di kawasan pengendalian emisi NOx yang ditetapkan untuk kapal yang dibangun setelah tanggal terkait, biasanya memerlukan reduksi katalitik selektif atau resirkulasi gas buang saat beroperasi dengan diesel.
Apa artinya bagi pembeli mesin propulsi kapal yang lebih kecil?
Untuk sebagian besar kapal yang lebih kecil daripada kapal kargo samudra, pilihan utamanya adalah antara mesin empat langkah berputaran menengah dan tinggi yang dipadukan dengan kotak roda gigi kapal. Mesin yang lebih besar dan berputaran lebih rendah umumnya bertahan lebih lama pada beban kontinu; mesin berputaran lebih tinggi menghemat bobot dan ruang.
- Kapal tunda, kapal keruk, dan kapal kerja berat sering memadukan mesin kelas 1000 kW, seperti mesin utama CW6250ZLC-1N atau V12 12M33C1000-15, dengan kotak roda gigi tugas berat.
- Kapal penangkap ikan dan kapal kerja pesisir biasanya menggunakan mesin berputaran tinggi 100–400 kW, sebagaimana dibahas dalam panduan pembelian mesin diesel kapal kami.
- Genset bantu pada kapal apa pun mengikuti peringkat ISO 8528, sedangkan peringkat mesin propulsi kapal biasanya didasarkan pada kondisi acuan ISO 3046 dengan definisi tugas dari produsen.
MARS memasok mesin propulsi kapal dan kotak roda gigi dalam kelas-kelas ini serta dapat menguji mesin sebelum pengiriman dengan laporan tertulis dan video. Untuk membandingkan pilihan bagi suatu kapal, kirimkan detail kapal dan tugas operasinya.
Pertanyaan yang sering diajukan
Apa mesin kapal terbesar di dunia?
Mesin diesel dua langkah RTA96-C dengan 14 silinder banyak disebut sebagai mesin torak terbesar, dengan daya nominal sekitar 80000 kW (sekitar 107000 hp) dan bobot lebih dari 2300 ton. Generasi mesin yang lebih baru dari para pemberi lisensi utama memiliki peringkat daya yang sebanding.
Mengapa kapal menggunakan mesin dua langkah?
Mesin dua langkah berputaran rendah merupakan mesin paling hemat bahan bakar yang tersedia pada daya sangat tinggi, dan putarannya cukup rendah untuk langsung menggerakkan baling-baling besar tanpa kotak roda gigi. Untuk kapal yang beroperasi pada kecepatan tetap selama pelayaran panjang, hal ini menghemat bahan bakar dan mengurangi kerumitan.
Seberapa cepat mesin kapal berputar?
Mesin kapal dua langkah besar biasanya beroperasi pada sekitar 60–130 rpm pada daya nominal. Mesin empat langkah berputaran menengah beroperasi pada sekitar 300–1000 rpm, sedangkan mesin berputaran tinggi di atas sekitar 1000 rpm.
Mesin apa yang digunakan kapal pesiar?
Sebagian besar kapal pesiar modern menggunakan instalasi diesel-elektrik dengan beberapa mesin empat langkah berputaran menengah yang menggerakkan generator, serta motor listrik atau pod yang menggerakkan baling-baling. Beberapa kapal pesiar yang lebih baru beroperasi dengan LNG menggunakan mesin bahan bakar ganda.
Apakah mesin kapal merupakan mesin diesel?
Sebagian besar demikian. Mesin diesel dan bahan bakar ganda menggerakkan sebagian besar armada niaga dunia, sedangkan turbin gas, turbin uap, dan sistem listrik baterai hanya digunakan untuk aplikasi khusus tertentu.
