Sistem Pendinginan Pada Mesin

Motor bakar dalam operasionalnya menghasilkan panas  yang berasal  dari pembakaran materi bakar dalam silinder. Panas yang dihasilkan tadi tidak dibuang jadinya komponen mesin yang bekerjasama dengan panas pembakaran akan mengalami kenaikan temperatur yang berlebihan dan merubah sifat-sifat serta bentuk dari komponen mesin tersebut. Sistem pendinginan  diperlukan untuk mencegah  terjadinya  perubahan  tersebut. Sistem pendinginan yang biasa digunakan pada motor bakar ada dua macam yaitu : (Maleev, 1982)

• 1. Sistem Pendinginan Udara (Air Cooling System)

Pada Sistem pendinginan jenis udara, panas yang dihasilkan dari pembakaran  gas  dalam  ruang bakar dan  silinder  sebagian  dirambatkan keluar dengan  menggunakan  sirip-sirip  pendingin  yang dipasangkan  di cuilan luar dari silinder dan ruang bakar. Panas yang dihasilkan ini selanjutnya diserap oleh udara luar yang mempunyai temperatur yang jauh lebih rendah daripada temperatur pada sirip pendingin. Bagian mesin yang mempunyai temperatur tinggi mempunyai sirip pendinginan yang lebih panjang daripada   sirip   pendingin   yang   terdapat   di   sekitar   silinder   yang bertemperatur lebih rendah. Udara yang berfungsi menyerap panas dari sirip-sirip pendingin harus berbentuk pedoman atau harus mengalir, hal ini dimaksudkan supaya temperatur udara sekitar sirip lebih rendah sehingga perembesan panas tetap berlangsung secara baik. Untuk membuat keadaan  itu  maka  aliran  udara harus dibentuk  dengan  jalan  menciptakan gerakan  relatif  antara sirip  dengan  udara.  Keadaan  ini sanggup  ditempuh dengan cara menggerakkan sirip pendingin atau udaranya. Ada dua kemungkinan: apabila sirip pendingin yang digerakkan berarti mesinnya bergerak  seperti  mesin  -mesin  yang digunakan  pada  sepeda motor secara umum. Untuk mesin-mesin yang secara konstruksi diam/stasioner dan mesin-mesin yang penempatannya sedemikian rupa sehingga sulit untuk mendapat pedoman udara, udara yang dibutuhkan diciptakan dengan cara dihembuskan  oleh  blower  yang  dihubungkan eksklusif  dengan poros engkol hasil putaran jawaban langkah kerja siklus motor bakar. Penghembusan udara oleh blower hasil putaran poros engkol juga akan membuat   pedoman   udara   yang  sebanding dengan   kecepatan  mesin sehingga   pendinginan   tepat   sanggup   terjadi   pada   mesin   tersebut. (Maleev, 1982)

• 2. Sistem pendinginan Air (Water Cooling System)

Sistem pendinginan air panas yang berasal dari pembakaran gas dalam ruang bakar dan silinder sebagian diserap oleh air pendingin yang bersirkulasi melalui dinding silinder dan ruang bakar. Keadaan ini sanggup terjadi lantaran  adanya  mantel air pendingin  (water jacket). Panas  yang diserap oleh air pendingin pada mantel-mantel air selanjutnya akan menaikkan temperatur air pendingin tersebut. Jika air pendingin itu tetap berada pada water jacket maka air itu cenderung akan mendidih dan menguap. Hal tersebut sangat merugikan, oleh lantaran itu untuk menghindarinya air tersebut disirkulasikan. Air yang mempunyai temperatur yang masih masbodoh dialirkan mengganti air yang mempunyai temperatur lebih panas dengan kata lain air yang lebih panas dialirkan keluar. (Maleev,

1982)

C.   Sirkulasi Pendingin Air
Sirkulasi Pendingin Air secara garis besar ada 2 macam, yaitu:

• 1. Sirkulasi Alam (Natural Circulation)

Sistem pendinginan pada sirkulasi jenis ini, akan terjadi dengan sendirinya yang  diakibatkan perbedaan  berat  jenis  air  panas  dengan  yang  masih dingin, dimana air yang telah panas berat jenisnya lebih rendah daripada air yang masih dingin. Contohnya motor diesel selinder tunggal-horisontal berpendingin air. Pada ketika air dalam tangki dipanaskan, maka air yang telah panas akan menempati cuilan atas dari tangki dan mendesak air yang berada di atasnya segera mengalir ke pipa, air yang mengalir memasuki cuilan bawah dari tangki dimana sesudah dipanaskan air akan mengalir ke atas. (Maleev, 1982)

Air yang berada di dalam tangki pada mesin disamakan dengan air yang berada pada mantel-mantel air. Panas diambil dari panas hasil pembakaran di dalam silinder. Radiator digunakan untuk mengubah temperatur air pendingin yang panas menjadi lebih dingin, maka sebagai pembuang panas air yang berada di dalam mantel-mantel air dipanaskan oleh hasil pembakaran di dalam ruang bakar dan silinder sehingga air tadi akan menyerap panas dan temperaturnya akan naik menimbulkan turunnya berat jenis sehingga air tadi akan didesak ke atas oleh air yang masih masbodoh dari radiator. Air yang panas akan mengalir dengan sendirinya ke cuilan atas radiator dimana selanjutnya temperaturnya akan turun alasannya yaitu sudah dibuang sebagian oleh radiator. Pada ketika yang bersamaan dengan turunnya air pada radiator juga terjadi pembuangan panas yang besar sehingga mempercepat turunnya air pada radiator. Turunnya air akan mendesak air yang telah panas dari mesin keradiator cuilan atas.

• 2. Sirkulasi dengan tekanan

Sirkulasi jenis ini hampir sama dengan sirkulasi jenis pedoman hanya saja pada sirkulasi ini ditambahkan tekanan untuk mempercepat terjadinya sirkulasi air pendingin, pada sistem ini ditambahkan pompa air. Pompa air ini  ada  yang  ditempatkan  pada  saluran  antara  radiator  dengan  mesin dimana air yang mengalir ke mesin ditekan oleh pompa, ada juga yang ditempatkan pada jalan masuk antara mesin dengan radiator.

Sirkulasi jenis ini banyak digunakan pada mesin-mesin kendaraan beroda empat lantaran sanggup berlangsung dengan tepat dan air yang berada di dalam mantel-mantel air tetap dalam keadaan penuh tanpa ada gelembung udara. Pada sirkulasi jenis ini kecenderungan air untuk mendidih sangatlah kecil sekali lantaran tekanannya melebihi tekanan atmosfir yang berarti titik didihnya akan berada jauh diatas 100°C. (Maleev, 1982)

D.   Cara Kerja Radiator

Sistem sirkulasi sistem pendingin mesin dengan medium air yaitu sebagai berikut: Ketika mesin gres akan dihidupkan (biasanya di pagi hari), suhu air pada radiator berkisar pada suhu ruang yaitu sekitar 23 0C. Ketika mesin dinyalakan, air yang berada di dalam blok mesin bersirkulasi dengan tunjangan pompa  (water  pump)  melewati  selang  by  pass  tanpa  melewati  radiator. Karena lubang air menuju radiator masih ditutup oleh termostat, sementara itu lubang by pass yang letaknya berseberangan dengan lubang menuju radiator terbuka memungkinkan water pump mengalirkan air yang keluar dari blok mesin untuk kembali masuk ke dalam blok mesin untuk mendinginkan

silinder,  oli  mesin  dan  kepala  silinder.  Fase  ini  disebut  sebagai  fase pemanasan dimana air yang bersirkulasi di dalam blok mesin sengaja tidak di dinginkan supaya suhu kerja mesin, berkisar di 850-900 C cepat tercapai.

Ketika mesin mencapai suhu kerja, temperatur air pada sistem sirkulasi fase pendinginan  pun  naik hingga  850-900   C.  Ketika  air  dengan  temperatur tersebut hingga ke rumah thermostat, thermostat yang oleh pabrikan diset untuk membuka pada suhu antara 850-900 C membuka, sehingga memungkinkan air dari blok mesin masuk ke radiator. Dengan membukanya thermostat, ujung dari thermostat tersebut menutup lubang by pass yang berseberangan dengan jalur keluar air. Dengan tertutupnya lubang by pass tersebut juga memungkinkan pompa air (water pump) untuk memompa air dari dalam radiator untuk menjaga temperatur kerja dari mesin tersebut. Air yang keluar dari blok mesin masuk ke radiator untuk didinginkan dengan tunjangan tiupan angin dari fan, baik mekanik maupun elektrik. Fase ini disebut fase pendinginan. Di ketika mesin berkerja pada putaran rendah, suhu kerja mesin turun dari 85 °C, maka otomatis thermostat kembali menutup untuk menjaga temperatur air tidak berkurang dari suhu kerja mesin, dan akan membuka kembali ketika suhu tersebut tercapai kembali. Kedua fase ini berpindahan secara bergantian bergantung dari temperatur mesin itu sendiri. (fahrurroziteknologi.blogspot.com).

E.   Komponen - Komponen Sistem Pendinginan Air

Sistem pendinginan air mempunyai bagian-bagian yang bekerja secara integrasi satu dengan yang lainnya, komponen-komponen tersebut akan bekerja untuk mendukung kerja sistem pendinginan air, antara lain :

• 1. Radiator

Radiator yaitu alat yang berfungsi untuk mendinginkan air yang telah menyerap panas dari mesin dengan cara membuang panas air tesebut melalui sirip-sirip pendinginnya. (Suprapto, 1999)

Konstruksi radiator terdiri dari:

a. Tangki atas
b. Inti radiator
c. Tangki Bawah
d. Tutup Radiator

Gambar: Konstruksi radiator

• 2. Pompa Air

Alat ini berfungsi untuk mensirkulasikan air pendingin dengan jalan membuat perbedaan tekanan antara jalan masuk isap dengan jalan masuk tekan yang terdapat pada pompa. Jenis pompa air yang digunakan ialah pompa air sentrifugal.  Pompa  ini  dapat  berputar  karena  digerakkan  oleh  mesin melalui tali kipas (V - Belt). (Suprapto, 1999)

Gambar 2. Pompa air

• 3. Kipas

Kipas berfungsi untuk mengalirkan udara pada inti radiator supaya panas yang  terdapat  pada  inti radiator  dapat  dirambatkan  dengan  mudah  ke udara. Pemasangan kipas biasanya dibagian depan dari poros pompa air sehingga putaran kipas sama dengan putaran pompa air yang selanjutnya menimbulkan pedoman udara sesuai dengan putaran mesin. Untuk menyesuaikan  antara  kecepatan putar  dari  mesin  dengan  kecepatan pengaliran udara yang sanggup menyerap panas dari radiator, maka besar dan jumlah daun kipas dibentuk sesuai dengan kebutuhan mesin untuk menghasilkan angin. (Remling, 1981)

Kipas pada konstruksi yang lain ada kalanya digerakkan memakai motor listrik, hal ini untuk mencegah terjadinya over cooling. Kerja dari motor listrik ini tergantung pada temperatur air pendingin yang mengatur pedoman arus listrik dari baterai ke motor. Cara kerja dari sistem ini ialah apabila temperatur air pendingin naik mencapai 93° maka arus listrik akan mengalir yang menimbulkan kipas akan berputar, dalam proses kerjanya sistem ini dilengkapi dengan relay dan water temperatur switch sebagai kontrol pengendalinya. Efek pendinginan yang maksimal terjadi pada jarak pemasangan  radiator  terhadap kipas pendingin  yang berdekatan ,halini timbul dikarena kanvolume udara yang dihasilkan oleh kipas pendingin akan semakin besar. Jarak pemasangan radiator itu sendiri besar lengan berkuasa pada proses pendinginan. (Suprapto, 1999)

Gambar:Kipas

• 4. Katup Termostat

Secara ideal air pendingin bersirkulasi apabila suhu ideal mesin telah dicapai, dengan kata lain apabila air pendingin dibentuk bersirkulasi pada suhu masih rendah maka suhu air pendingin  sukar mencapai idealnya. Untuk  tujuan  tersebut  maka  pada  sistem  pendingin  dilengkapi  dengan katup thermostat yang berfungsi sebagai penahan air pendingin pada suhu rendah dan membuka jalan masuk air pendingin dari mesin ke radiator dan ke mesin pada ketika mesin telah mencapai suhu idealnya. Pemasangan katup ini biasanya pada jalan masuk air keluar dari mesin ke radiator yang dimaksudkan supaya lebih gampang untuk melaksanakan proses kerjanya. Cara kerja dari katup thermostat ini ialah pada ketika air pendingin suhunya masih rendah katup akan tetap pada posisi tertutup apabila temperatur air pendingin mulai naik sekitar 80°C hingga dengan 90°C lilin di dalam katup thermostat akan memuai dan menekan karet, keadaan ini akan mengubah  bentuk  dan  menekan  poros  katup  sehingga  akan membuat posisi   katup   menjadi   terbuka.   Untuk   mengatasi   tekanan   air   yang berlebihan pada ketika katup thermostat masih tertutup, maka dibuatkan jalan masuk pintas (by pass passage) ke jalan masuk pompa air. (Remling, 1981)

Gambar: . Katup thermostat

• 5. Mantel Pendingin

Mantel pendingin sanggup digambarkan secara sederhana sebagai sebuah ruangan yang berada disekeliling silinder mesin dan kepala silinder mesin. Keberadaan cuilan ini berfungsi untuk mendinginkan silinder dan kepala silinder mesin. Proses pertukaran panas berlangsung pada cuilan ini, dimana panas yang berada pada silinder dan kepala silinder mesin akan diserap oleh air yang bersirkulasi melewati cuilan mantel air ini. Mantel pendingin ini secara konstruksi bekerjasama dengan tangki radiator. (Maleev, 1982)

F.   Cairan Pendingin

Fluida atau cairan pendingin yang biasa digunakan ialah air. Fluida ini dalam proses pendinginan akan bergerak atau disirkulasikan untuk mengambil panas yang berasal dari pembakaran materi bakar dalam silinder mesin yang kemudian akan didinginkan pada radiator. Namun sebagai media penyerap panas, air ini mempunyai beberapa imbas yang merugikan, antara lain:

1. Air nantinya akan menimbulkan endapan kotoran pada jalan masuk pendingin dan water jacket, kerusakan itu sanggup berbentuk korosi/karat yang dalam jangka waktu yang relatif usang akan menimbulkan kerusakan.
2.  Air  mempunyai  sifat  akan  membeku  pada  temperatur  yang  rendah, keadaan ini tentunya akan menimbulkan sirkulasi mengalami gangguan atau masalah.
3.  Air juga berpotensi mengandung kapur yang sanggup menimbulkan endapan dalam pipa-pipa radiator. Keadaan ini tentunya akan menimbulkan penyumbatan pipa-pipa tersebut.

G.   Efektifitas Radiator

Metode perhitungan pada penelitian ini mengunakan rumus metode efektifitas pendinginan. Metode efektifitas mempunyai beberapa laba untuk menganalisa perbandingan banyak sekali jenis penukar kalor dalam menentukan jenis yang  terbaik  untuk  melaksanakan  pemindahan  kalor  tertentu. Efektifitas penukar kalor (Heat Exchange Effectiveness) didefinisikan sebagai berikut :

(Holman, 1999)

Untuk perpindahan kalor yang sebetulnya (actual) sanggup dihitung dari energi yang dilepaskan oleh fluida panas/energi yang diterima oleh fluida masbodoh untuk penukar kalor pedoman lawan arah.

Untuk  menentukan  perpindahan  kalor  maksimum  bagi  penukar  kalor  itu harus dipahami bahwa nilai maksimum akan didapat jikalau salah satu fluida mengalami  perubahan  suhu  sebesar  beda  suhu maksimum  yang  terdapat dalam penukar kalor itu, yaitu selisih suhu masuk fluida panas dan fluida dingin.

Fluida yang mungkin mengalami beda suhu maksimum ini ialah yang laju pedoman fluida dinginnya minimum, syarat keseimbangan energi bahwa energi yang diterima oleh fluida yang satu mesti sama dengan energi yang dilepas oleh fluida yang lain. Jika fluida yang mengalami nilai laju pedoman fluida dinginnya lebih besar yang dibuat, maka mengalami beda suhu yang lebih besar dari maksimum, dan ini tidak dimungkinkan. Makara perpindahan kalor yang mungkin dinyatakan sebagai:

Perhitungan   efektifitas   dengan   fluida   yang   mengatakan   nilai   fluida pendingin yang minimum, untuk penukar kalor lawan arah maka:

Secara umum efektifitas sanggup dinyatakan secara umum sebagai:

Jika fluida masbodoh yaitu fluida minimum, maka:

Penyederhanaan rumus di atas dilakukan dengan alasan bahwa penelitian ini hanya  mengambil  data menurut  suhu  yang  bekerja  tanpa memperhitungkan nilai m (laju pedoman massa) dan c (kalor spesifik).

H.  ALIRAN FLUIDA

Fluida yaitu suatu zat yang sanggup mengalir sanggup berupa cairan atau gas. Pemakaian mekanika kepada medium kontinu, baik benda padat maupun fluida yaitu didasari pada aturan gerak Newton yang digabungkan dengan aturan gaya yang sesuai. 

Salah  satu  cara  untuk  menjelaskan  gerak  suatu  fluida  adalah  dengan membagi -bagi fluida tersebut menjadi elemen volume yang sangat kecil yang sanggup dinamakan partikel fluida dan mengikuti gerak masing-masing partikel ini.  Suatu  massa  fluida  yang  mengalir  selalu  dapat dibagi-bagi  menjadi tabung aliran, jikalau pedoman tersebut yaitu tunak, waktu tabung-tabung tetap tidak berubah bentuknya dan fluida yang pada suatu ketika berada didalam sebuah tabung akan tetap berada dalam tabung ini seterusnya. Kecepatan pedoman di dalam tabung pedoman yaitu sejajar dengan tabung dan mempunyai besar berbanding terbalik dengan luas penampangnya. (wikipedia prinsip bernoulli)

Debit  aliran  yang  dipergunakan  untuk  menghitung  kecepatan  aliran  yang melalui jalan masuk terbuka dimana rumus debit aliran.

Q  = A . v    ...........................................(8)

Dimana :         Q yaitu debit pedoman (m3/s)

v yaitu kecepatan pedoman (m/s) 

A yaitu luas penampang (m2)

Diasumsikan luas penampang permukaan yaitu dinding radiator

Sumber http://ilmuteknikmesinindonesia.blogspot.com

Share this post