Sebelum kita dapat memahami kerja dari sistem AIP, kita perlu memahami arti dari beberapa istilah rekayasa.
- Closed Cycle Engine: Sebuah mesin panas di mana substansi bekerja terus dan tidak perlu pengisian.
- Steam Turbine: Sebuah jenis turbin di mana jet uap kecepatan tinggi digunakan untuk memutar bilah turbin yang pada gilirannya memutar poros. Poros dapat dihubungkan ke alternator untuk menghasilkan listrik atau baling-baling untuk menggerakkan kapal / kapal selam.
- Working fluid: Ini adalah gas bertekanan atau cairan yang digunakan untuk menyerap / memancarkan energi dalam sistem termodinamika.
- Scrubbing: Proses mengeluarkan gas-gas tertentu dari knalpot dengan menggunakan bahan kimia yang tepat dalam scrubber.
Jenis-jenis sistem AIP adalah
- Closed Cycle Diesel Engines (Mesin Diesel Siklus Tertutup)
- Closed Cycle Steam Turbines (Turbin Uap Siklus tertutup)
- Sterling Cycle Engines (Mesin Siklus Sterling)
- Fuel Cellsv (Sel bahan bakar)
Closed Cycle Diesel Engines
Teknologi ini melibatkan menyimpan pasokan oksigen dalam kapal selam dalam rangka untuk menjalankan mesin diesel saat terendam. Oksigen cair (LOX) disimpan dalam tangki di kapal selam dan dikirim ke mesin diesel untuk pembakaran.
Karena mereka perlu untuk mensimulasikan konsentrasi oksigen di atmosfer untuk mesin menjalankan aman tanpa semakin merusak, oksigen dicampur dengan gas inert (biasanya argon) dan kemudian dikirim ke mesin. Gas buang didinginkan dan digosok untuk mengekstrak setiap oksigen sisa dan argon dan gas yang tersisa dibuang ke laut setelah dicampur dengan air laut. Argon yang diekstrak dari gas buang tersebut kembali dikirim ke dalam mesin diesel setelah dicampur dengan oksigen.
Tantangan utama dengan teknologi ini adalah penyimpanan oksigen cair dengan aman di kapal selam. Kapal selam Soviet yang menggunakan teknologi ini pada tahun 1960 membuktikan mereka untuk menjadi sangat rentan terhadap kebakaran dan kemudian dihentikan penggunaannya.
AIP Closed Cycle Diesel Engines tidak banyak dipilih untuk kapal selam modern meskipun relatif lebih murah dan menyederhanakan logistik dengan menggunakan bahan bakar diesel standar.
Closed Cycle Steam Turbines
Turbin uap menggunakan sumber energi untuk memanaskan air dan mengubahnya menjadi uap guna menjalankan turbin. Dalam kapal selam bertenaga nuklir, reaktor menyediakan panas dalam rangka untuk mengubah air menjadi uap. Namun dalam Closed Cycle Steam Turbines konvensional, sumber energi non-nuklir digunakan untuk melakukan hal yang sama. MESMA (Modul d’Energie Sous-Marine AUTONOME / Otonomi Submarine Energi Module) yang dibangun Prancis adalah satu-satunya sistem seperti ini yang tersedia dan itu menggunakan etanol dan oksigen sebagai sumber energi.
Pembakaran etanol dan oksigen di bawah tekanan tinggi digunakan untuk menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan adalah kerja fluida digunakan untuk menjalankan turbin. Pembakaran tekanan tinggi memungkinkan knalpot karbon dioksida dikeluarkan ke laut pada kedalaman apapun tanpa memanfaatkan kompresor.
Keuntungan dari MESMA itu adalah output daya yang lebih tinggi dibandingkan dengan alternatif yang memungkinkan kecepatan air tinggi tapi kelemahan utama adalah efisiensi yang lebih rendah.
Juga tingkat konsumsi oksigen dikatakan sangat tinggi dan sistem ini sangat kompleks. Kelemahan ini membuat beberapa angkatan laut memilih sterling siklus dan sel bahan bakar alternatif.
Sterling Cycle Engines
Sebuah Sterling Cycle Engines adalah mesin siklus tertutup dengan kerja fluida yang permanen yang terdapat dalam sistem. Sebuah sumber energi yang digunakan untuk memanaskan fluida kerja ini, pada gilirannya menggerakkan piston dan menjalankan mesin. Mesin ini digabungkan ke generator, yang menghasilkan listrik dan tenaga baterai. Sumber energi yang digunakan di sini biasanya LOX sebagai oksidator dan solar, yang dibakar untuk menghasilkan panas untuk kerja fluida. knalpot kemudian menggosok dan dilepaskan ke air laut.
Keuntungan menggunakan mesin Sterling adalah mudah ketersediaan bahan bakar diesel dan biaya pengisian bahan bakar rendah bila dibandingkan dengan Sel Bahan Bakar. Mereka juga lebih tenang dibandingkan MESMA dan karenanya disukai oleh Jepang untuk kelas Soryu mereka, kelas Gotland dan Vstergotland Swedia dan kelas Yuan China.
Kelemahan utama adalah bahwa mereka relatif bising ketika dibandingkan dengan Fuel Cells karena kehadiran sejumlah besar bagian yang bergerak. Mereka juga besar bila dibandingkan dengan sel bahan bakar. Kedalaman operasi dari sebuah kapal selam menggunakan Sterling AIP terbatas pada 200 m ketika AIP bergerak.
Fuel Cells
Fuel Cell adalah sebuah perangkat yang mengubah energi kimia menjadi listrik. Hal ini dilakukan dengan menggunakan bahan bakar dan pengoksidasi. Sebuah sel bahan bakar khas mengkonversi hidrogen (fuel) dan oksigen (oksidator) menjadi listrik, dengan air dan panas dirilis sebagai oleh-produk.
Hal ini dilakukan oleh sel elektrolit yang terdiri dari dua elektroda, positif (anoda) dan yang lainnya negatif (katoda), dipisahkan oleh penghalang elektrolit. Reaksi antara katoda dan anoda menghasilkan arus listrik, yang digunakan untuk mengisi baterai. Suatu katalis kimia digunakan untuk mempercepat reaksi.
Asam Fosfat Fuel Cells (PAFC) dan Sel Proton Exchange Membrane Fuel (PEMFC) saat ini digunakan di kapal selam. Jerman dikatakan sebagai pemimpin dunia dalam mengembangkan AIP jenis ini, yang didukung oleh sejumlah besar pesanan ekspor yang mereka terima.
Prancis sedang mengembangkan Fuel Cells generasi baru sebagai penerus MESMA milik mereka. India adalah negara lain yang sedang mengembangkan Fuel Cell AIP untuk diintegrasikan pada kapal selam mereka.
Fuel Cells menjadi teknologi AIP paling canggih dan disukai saat ini. Hal ini karena keuntungan utama yang mereka tawarkan dalam hal ketenangan dan pembangkit listrik. Mereka berkontribusi pada stealthiness dari sub karena Fuel Cell hampir tidak ada bagian yang bergerak, yang secara signifikan mengurangi kebisingan kapal selam.
Fuel Cell dapat mencapai efisiensi lebih dari 80% dalam keadaan tertentu. Mereka juga dapat ditingkatkan dengan mudah ke ukuran besar atau kecil tergantung pada berat perpindahan dari kapal selam.
Sistem ini lebih mudah daripada mengembangkan sistem yang berbeda untuk masing-masing kelas kapal selam. Hidrogen Fuel Cell juga sangat ramah lingkungan karena mereka tidak menghasilkan asap knalpot, yang pada gilirannya menghilangkan kebutuhan untuk memiliki knalpot scrubbing dan mesin pembuangan khusus. Satu-satunya kelemahan adalah bahwa mereka mahal dan kompleks.
