Kupas Free Piston Linear Engine, Dosen ITS Bakal Raih Guru Besar

Prof Ir Aguk Zuhdi Muhammad Fathallah MEng PhD, dalam orasinya menyoroti bagaimana teknologi hybrid bisa mencapai potensi maksimal jika dikombinasikan dengan free piston linear engine. Teknologi permesinan transportasi sudah berkembang dengan sangat pesat. Guna menghemat energi dan bahan bakarnya, sudah banyak kendaraan yang mengadopsi teknologi hybrid.

Dosen yang kerap disapa Aguk ini menjelaskan, konsep dari free piston linear engine adalah untuk mengurangi kerugian mekanik yang diatasi dengan menghilangkan gerakan putar atau rotasi. Pada combustion engine yang konvensional, gerak piston masih didorong melalui perputaran poros engkol.

Sedangkan pada free piston linear engine, geraknya akan lurus dan terfokus pada siklus balik. “Karena tidak ada gerak berputar ini, maka output energi listriknya akan lebih besar,” terang Aguk dosen Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Selasa (30/3/2021).

Free piston linear engine dibagi menjadi tiga, pertama yaitu single piston yang memiliki satu ruang bakar dan satu piston. Pada single piston perlu merancang kerja balik pada siklus berikutnya. Selanjutnya dual piston, yang didesain dengan ruang bakar berlawanan arah. “Berlawanan arah ini sehingga bisa saling memberikan siklus balik,” kata Aguk.

Yang terakhir dan yang paling sering digunakan sekarang yaitu opposed piston. Kebalikan dengan dual piston, ada dua piston yang saling berlawanan tetapi hanya ada satu ruang bakar tanpa ada kepala silindernya. Piston akan menghasilkan gas buang, yang nantinya akan menggerakan turbin dan menghasilkan energi.

Free piston linear engine ini, lanjut Aguk, cocok digunakan pada mesin yang tidak memerlukan energi putar seperti pada penggerak kompresor, generator listrik, dan kendaraan hybrid. Sekarang, teknologi hybrid sudah banyak diadopsi oleh kendaraan darat. Teknologi ini memberikan keuntungan yang besar terutama dalam perjalanan jarak jauh.

Sumber energi kendaraan hybrid secara otomatis akan berganti antara baterai dan bensin. Mesin akan mengisi baterai jika bahan bakar tidak dimanfaatkan, seperti saat macet. “Kemudian saat baterai penuh, energi akan diambil dari baterainya,” papar lelaki kelahiran 19 Mei 1956 ini.

Selain transportasi darat, transportasi laut pun sudah kerap menggunakan teknologi hybrid dengan electric propulsion system. Dengan sistem ini, menurut peraturan IMO Annex VI akan lebih menguntungkan dari sisi propulsi, polusi udara, dan hemat bahan bakar karena semuanya akan lebih bisa dikendalikan mengingat kapal juga memerlukan tenaga listrik untuk sistem-sistem di atas kapal.

Dibandingkan menggunakan satu generator besar untuk menggerakan propeler, dengan teknologi hybrid akan disediakan beberapa generator yang hanya akan dinyalakan sesuai kebutuhan. Generator juga akan berguna untuk mengisi baterai, yang mana nanti keduanya akan menyalakan sistem di atas kapal. “Dengan teknologi hybrid, kapal tidak akan mengandalkan baterai atau generator saja,” kata Aguk yang lahir di Magetan.

Lulusan S1 Teknik Mesin ITS ini pun telah melakukan riset terkait free piston linear engine sejak tahun 2007. Risetnya diawali dengan mengamati free piston linear engine dengan single piston yang masih penggeraknya menggunakan spring (pegas). Saat mesin diamati lewat aplikasi dengan kecepatan 60 radius per menit (rpm), ditemukan bahwa terdapat momentum angular (momentum sudut) pada piston akibat gesekan antara piston dengan dinding silinder.

“Momentum angular akan menyebabkan piston berputar, dan akan sangat mengganggu proses pembilasan (scavenging) pada mesin dua langkah. Karena pada saat tertentu, akan terjadi miss fire dan mesin bisa mati seketika,” papar Aguk.

Melalui trial and error, akhirnya Aguk mengembangkan model baru yaitu semi free piston linear engine dengan metode reverse engineering. Pada semi free piston linear engine ini, piston diberikan pasak pada porosnya untuk menghilangkan momentum angular yang akan menyebabkan piston berputar.

Desain yang dikembangkan oleh alumni S3 Teknik Mesin Universiti Malaysia Pahang ini pun menggunakan sistem dual piston dan two stroke. Dalam hal ini, piston akan bergerak secara linear ke kanan dan kiri akibat terjadi pembakaran di satu sisi.

Berdasarkan riset yang telah dilakukannya ini, dengan bahan bakar yang sama output energi yang dihasilkan semi free piston linear engine bisa meningkat hingga 24 persen dibandingkan mesin konvensional.

Penelitian yang masih berupa simulasi ini direncanakan untuk diterapkan pada teknologi hybrid di berbagai transportasi darat dan laut. “Dengan kombinasi tersebut, selain output energi yang besar, kendaraan juga akan lebih hemat energi,” pungkas Aguk.(tok/ipg)