Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh. Selamat siang Prof. Dai dan rekan-rekan mahasiswa/i sekalian.Perkenalkan, saya Muhammad Fikri Ashari Lubis, mahasiswa Teknik Perkapalan Universitas Indonesia angkatan 2022 dengan NPM 2206059004. Merupakan suatu kehormatan bagi saya dapat mengikuti mata kuliah Metode Numerik di bawah bimbingan Prof. Dai pada semester ini. Saya akan memfokuskan post ini untuk melanjutkan karya tulis ilmiah saya.
H. Hasil dan diskusi
Bagian ini menyajikan dan mendiskusikan temuan dari simulasi dinamika fluida komputasional (CFD) terhadap kinerja indikatif dan formasi emisi pada mesin propulsi utama kapal berjenis dual-fuel direct injection. Berdasarkan penerapan kerangka metodologi DAI5, diskusi difokuskan pada pemahaman fisik (physical interpretation) dari data numerik yang dihasilkan akibat variasi waktu injeksi (injection timing) bahan bakar pilot diesel, yaitu pada 15 derajat Sebelum Titik Mati Atas (BTDC), 10 derajat BTDC, dan 5 derajat BTDC. Analisis dibagi menjadi dua metrik utama: Kinerja Termal dan Dinamika Pembakaran, serta Profil Pembentukan Emisi Polutan.
- Kinerja Termal dan Dinamika Pembakaran
Dinamika pembakaran pada mesin dual-fuel sangat ditentukan oleh interaksi antara semprotan fase cair diesel dengan campuran fase gas (udara dan metana). Parameter utama yang dievaluasi dari hasil simulasi adalah grafik Tekanan Silinder terhadap Sudut Engkol (Cylinder Pressure vs. Crank Angle) dan Laju Pelepasan Panas (Heat Release Rate / HRR).
a. Pengaruh Waktu Injeksi terhadap Tekanan Silinder Puncak (Peak Cylinder Pressure) Hasil simulasi CFD menunjukkan korelasi yang kuat antara saat dimulainya penyemprotan bahan bakar diesel dengan kenaikan tekanan di dalam silinder.
- Pada skenario waktu injeksi paling awal (advanced timing) di 15 derajat BTDC, tekanan silinder puncak mencapai nilai tertinggi dibandingkan variasi lainnya. Secara fisik, memajukan waktu injeksi memberikan jeda waktu pencampuran (ignition delay) yang lebih lama antara tetesan pilot diesel dengan udara bersuhu tinggi sebelum api menyala. Hal ini menyebabkan jumlah bahan bakar yang terakumulasi dan siap terbakar menjadi sangat besar. Ketika penyalaan otomatis (auto-ignition) akhirnya terjadi, sejumlah besar bahan bakar terbakar secara serentak (premixed combustion phase). Fase pembakaran cepat ini menghasilkan lonjakan tekanan yang sangat curam dan tinggi. Meskipun skenario ini menghasilkan ekstraksi usaha yang besar pada piston, lonjakan tekanan yang terlalu ekstrem membawa risiko getaran tinggi dan ketukan mesin (knocking) yang dapat merusak integritas mekanis bantalan poros engkol (crankshaft bearing) pada mesin kapal.
- Sebaliknya, ketika waktu injeksi dimundurkan (retarded timing) mendekati 5 derajat BTDC, penyalaan terjadi ketika piston sudah sangat dekat, atau bahkan sedikit melewati, Titik Mati Atas. Kurva kenaikan tekanan silinder menjadi jauh lebih landai dan puncaknya lebih rendah. Hal ini terjadi karena sebagian besar pembakaran berlangsung pada saat volume ruang bakar mulai membesar seiring turunnya piston pada langkah ekspansi. Pembakaran menjadi lebih didominasi oleh fase difusi (diffusion combustion phase), di mana laju pembakaran dikendalikan oleh seberapa cepat oksigen dapat berdifusi ke dalam sisa-sisa area kaya bahan bakar. Operasi mesin menjadi lebih halus secara mekanis, namun daya indikatif yang dihasilkan mengalami sedikit penurunan dibandingkan pada injeksi awal. Skenario injeksi sedang di 10 derajat BTDC memberikan kompromi teknis yang seimbang, menjaga tekanan silinder agar tidak mencapai titik detonasi namun tetap memberikan tenaga ekspansi yang cukup kuat untuk mempertahankan efisiensi operasional kapal.
b. Perilaku Laju Pelepasan Panas (Heat Release Rate) Grafik Laju Pelepasan Panas memvalidasi analisis kurva tekanan di atas. Pada injeksi 15 derajat BTDC, HRR menampilkan puncak awal (first peak) yang sangat tajam dan tinggi, mengindikasikan reaksi kinetik yang agresif dari metana (gas alam) yang terpicu secara instan oleh letupan diesel. Pada variasi 5 derajat BTDC, kurva HRR lebih lebar dan landai, menunjukkan bahwa pelepasan energi panas berlangsung lambat dan berkelanjutan hingga jauh ke dalam siklus ekspansi. Pergeseran pelepasan energi ke akhir siklus ekspansi ini berpotensi meningkatkan suhu gas buang, yang pada praktiknya di kapal, dapat dimanfaatkan lebih lanjut oleh sistem pemulihan energi panas buang (Exhaust Gas Boiler atau economizer), meskipun efisiensi mesin utama itu sendiri sedikit menurun.
