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.
- Profil Emisi: Analisis Kompromi (Trade-Off) NOx dan Jelaga
Tantangan terbesar dalam rekayasa propulsi maritim saat ini adalah memenuhi standar emisi yang ketat. Hasil simulasi memberikan visibilitas penuh terhadap kontur spesies kimia di dalam ruang bakar, membuktikan adanya kompromi klasik antara emisi gas Nitrogen Oksida (NOx) dan polutan berbasis karbon (Jelaga/Soot dan Hidrokarbon Tidak Terbakar/UHC).
a. Formasi Nitrogen Oksida (NOx) Pembentukan molekul NOx di dalam mesin diesel secara dominan mengikuti mekanisme termal Zeldovich, yang sangat reaktif dan sensitif terhadap suhu tinggi di atas 1700 Kelvin, durasi paparan suhu panas, dan ketersediaan oksigen.
- Visualisasi kontur suhu komputasional (temperature field) pada skenario injeksi 15 derajat BTDC menunjukkan zona-zona fokal dengan suhu ekstrem melebihi 2200 Kelvin, tepatnya di area sekitar pangkal lidah api semprotan diesel. Karena durasi pembakaran lebih lama, ikatan molekul nitrogen dari udara kompresi memiliki waktu yang cukup untuk terurai dan bereaksi dengan oksigen membentuk NOx. Hasil numerik mengonfirmasi bahwa skenario ini melampaui batasan emisi IMO Tier III dengan margin yang signifikan.
- Dengan memundurkan waktu injeksi ke 10 derajat dan 5 derajat BTDC, letak zona suhu puncak bergeser menjauhi pusat silinder dan nilai suhu maksimumnya berhasil diturunkan drastis (di bawah ambang batas pembentukan fokal termal NOx). Pengurangan suhu puncak ruang bakar ini sukses memotong laju kinetika reaksi nitrogen, sehingga total emisi NOx yang diekstraksi pada akhir simulasi (saat katup buang terbuka) menurun tajam dan berada dalam spektrum yang diizinkan oleh regulasi maritim.
b. Pembentukan Jelaga (Soot) dan Hidrokarbon Tidak Terbakar (UHC) Keberhasilan menurunkan emisi NOx dengan memundurkan waktu injeksi harus dibayar dengan peningkatan polutan karbon.
- Jelaga terbentuk pada area ruang bakar yang kaya bahan bakar (fuel-rich) namun miskin oksigen, umumnya di bagian inti dari pancaran semprotan diesel. Pada kondisi ideal (suhu ruang bakar tinggi), sebagian besar molekul jelaga yang terbentuk akan teroksidasi dan terbakar habis menjadi karbon dioksida sebelum proses pembuangan. Namun, pada skenario injeksi tertunda (5 derajat BTDC), suhu akhir di dalam ruang bakar menjadi lebih dingin karena pembakaran terlambat. Suhu yang lebih rendah ini tidak memberikan cukup energi untuk mengoksidasi secara tuntas rantai molekul jelaga yang telah terbentuk (late-cycle oxidation terhambat). Akibatnya, emisi partikulat jelaga meningkat.
- Fenomena yang sama berlaku pada Hidrokarbon Tidak Terbakar (UHC). Pada mesin dual-fuel, sebagian campuran gas metana dan udara cenderung terperangkap di celah-celah sempit (crevices) pada dinding silinder dan ring piston. Pada injeksi yang lambat, muka api (flame front) kehilangan momentum termalnya sebelum sempat mencapai area terluar silinder tersebut. Hal ini menyebabkan sisa gas alam metana tidak bereaksi dan keluar bersama gas buang, menimbulkan fenomena metana yang terlepas (methane slip). Metana adalah gas rumah kaca dengan potensi pemanasan global yang berkali-kali lipat lebih kuat dari karbon dioksida.
- Kesimpulan Fisis dari Hasil Diskusi Mengevaluasi temuan ini secara holistik menggarisbawahi realitas bahwa desain teknik bukanlah proses mencari kesempurnaan mutlak, melainkan optimalisasi parameter yang saling bertentangan (kompromi). Dalam konteks niat keberlanjutan (sustainability focus) pada kerangka DAI5, variasi waktu injeksi di 10 derajat BTDC muncul sebagai konfigurasi paling optimal. Pada pengaturan kalibrasi ini, desain berhasil menghindari suhu puncak perusak yang memicu emisi NOx yang sangat masif, sekaligus mempertahankan laju pelepasan energi yang cukup panas untuk menekan laju emisi polutan hitam (jelaga) dan lolosnya metana yang tidak terbakar ke atmosfer bumi.
