Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Pendingin Mesin Induk
Pendingin adalah suatu media yang berfungsi untuk menyerap panas.
Panas tersebut didapat dari hasil pembakaran bahan bakar
didalam cylinder. pendinginan motor dimaksudkan untuk menjaga
kestabilan suhu pada bagian motor, sehingga tidak terjadi kenaikan suhu
yang terlalu tinggi sebagai akibat dari pembakaran bahan bakar di dalam
silinder dan gesekan yang terjadi. Pendinginan motor juga dimaksudkan
untuk mengurangi resiko terjadinya kerusakan.
Pendinginan pada motor induk sangat dibutuhkan karena temperatur
gas pembakaran di dalam silinder dapat mencapai kurang lebih 500°C.
Akibat dari proses pembakaran bahan bakar diruang pembakaran terjadi
secara berulang-ulang maka akan terjadi kenaikan suhu pada dinding
silinder, torak, katup dan beberapa bagian yang bergerak lainnya. Sebagian
terjadi proses pendinginan dari minyak lumas, terutama yang membasahi
bagian dinding silinder dan sebagian kecil minyak akan menguap dan
akhirnya akan ikut terbakar bersama bahan bakar. Oleh karena itu, perlu
mendapat pendinginan yang cukup agar temperaturnya tetap pada batas
yang telah ditentukan sesuai ketentuan buku petunjuk dan supaya operasi
mesin dapat berjalan dengan baik (Kurniawan, 2009).
Bagian atas silinder merupakan bagian atas yang terpanas dan
sebagian panas gas pembakaran itu dipindahkan secara langsung ke fluida
pendinginnya. Sedangkan untuk bagian bawah silinder, perpindahan panas
ke fluida pendingin terjadi secara tak langsung, jadi melalui torak dan
cincin torak. Jika pendinginan tidak dapat dilakukan dengan sebaik-
baiknya, maka temperatur dari setiap bagian silinder akan naik. Keadaan
tersebut akan mengakibatkan kerusakan dinding ruang bakar karena
terjadinya tegangan termal atau kerusakan katup-katup, puncak torak dan
6
kemacetan cincin torak. Di samping itu, minyak pelumas akan menguap
dan terbakar sehingga terjadi keausan cepat pada torak dan dinding
silinder, tetapi juga mengakibatkan gangguan kerja mesin.Beberapa mesin
kapal mempergunakan air laut sebagai fluida pendingin, tetapi pada
umumnya dipakai air yang telah dilunakkan untuk mencegah terjadinya
korosi serta endapan-endapan. Jika udara atmosfir dapat bertemperatur
dibawah 0°C, maka air pendingin biasanya dicampur dengan “ethylene
glycol” untuk mencegah pembekuan. Jadi, penambahan “ethylene glycol”
ke dalam air pendingin akan menurunkan titik beku dari fluida pendingin
tersebut. Apabila air pendingin sampai membeku, maka volume air akan
bertambah sehingga dapat merusak saluran-saluran air pendingin. Maka
dalam keadaan dimana dapat diperoleh ethylene glycol, sebaiknya air
dikeluarkan dari mesin seandainya ada kemungkinan terjadi pembekuan.
Ethylene glycol tersebut diatas juga bertitik didih tinggi, sehingga
perbedaan temperatur antara air pendingin di dalam radiator dengan udara
atmosfir dapat diperbesar dan ukuran radiator dapat diperkecil. Inilah
sebabnya mengapa ethylene glycol ditambahkan kepada air pendingin
motor bakar torak untuk pesawat terbang. Namun demikian, cara tersebut
di atas bukanlah satu-satunya usaha untuk memperkecil ukuran radiator.
Penambahan tekanan didalam sistem pendingin air, yang berarti
mempertinggi titik didih air, juga merupakan usaha memeperoleh ukuran
radiator yang lebih kecil. Sistem tersebut terakhir banyak digunakan pada
mesin-mesin kendaraan.
1. Perpindahan Panas (kalor)
Ada tiga cara perpindahan panas yaitu : secara konduksi , konveksi
dan radiasi:
a. Konduksi
Merupakan bagian yang penting dalam membawa panas melalui
dinding logam dan lapisan tipis dari gas dan air yang berhenti dan
bersinggungan dengan dinding (perpindahan panas melalui medium).
7
b. Konveksi
Bila cairan mempunyai suhu berbeda, kepadatan sebagian dari
suhu tinggi menjadi lebih kecil daripada yang bersuhu rendah
disekitarnya, dan cairan bagian suhu yang tinggi naik dan
mengalir.panas dipindahkan dengan gerakan ini disebut konveksi.
c. Radiasi
Sebuah unsur meradiasikan energi panas sendiri dalam bentuk
gelombang mangnet listrik sesuai dengan suhu.benda tersebut
mempunyai sifat meresap, radiasi panas dan penyimpanannya
sebagai energi panas. Pemindahan panas dihasilkan oleh radiasi
panas dan penyerapan disebut pemindahan panas radiasi.
Dari hasil pembakaran bahan bakar dalam silinder dapat
mencapai temperatur 500°C. Karena proses itu terjadi berulang-
ulang maka dinding silinder, kepala silinder, torak, katup dan
beberapa bagian lain akan menjadi panas. Sebagian dari minyak
pelumas terutama yang membasahi dinding silinder akan menguap
dan akhirnya terbakar bersama bahan bakar. Karena itu bagian
tersebut perlu mendapatkan pendinginan yang cukup agar
temperaturnya tetap berada dalam batas yang dibolehkan (
Kurniawan, 2009).
Proses pendinginan memerlukan fluida pendingin yang dialirkan
ke bagian-bagian dalam mesin diluar silinder. Motor diesel yang
besar memakai minyak pelumas untuk mendinginkan torak yaitu
dengan cara mengalirkan minyak pelumas melalui saluran di bawah
kepala torak. Perpindahan kalor dari gas pembakaran ke fluida
pendingin terjadi didalam alat penukar panas (kondensor) terjadi
menurut panas.
Dipandang dari segi pemanfaatan energi thermal gas
pembakaran proses pendingian itu merupakan kerugian energi.
8
Hanya 25 – 40% saja dari energi thermal tersebut yang diubah menjadi
energi mekanik, sebanyak 20 – 25% diserap oleh oleh fluida pendingin,
sedangkan kira-kira 40 – 50% terbawa keluar bersama-sama gas buang.
Sebagian besar energi thermal yang diserap oleh fluida pendingin mengalir
malalui kepala silinder dan saluran buang. Hanya sebagian kecil saja yang
diserap minyak pelumas. Kerugian thermal yang terbawa gas buang dapat
diperkecil dengan memanfaatkan energi gas buang tersebut misalnya
dipakai menggerakkan tubo supercharger.
2.2 Macam-Macam Sistem Pendinginan
Pada umumnya dikapal-kapal ada dua cara untuk mendinginkan
mesin utama maupun motor bantunya, yaitu dengan menggunakan Sistem
pendinginan secara langsung (terbuka) dan sistem pendinginan secara
tidak langsung (tertutup).
1. Sistem Pendinginan Langsung (Terbuka).
Sistem pendinginan langsung adalah sistem pendinginan yang
menggunakan satu media pendingin saja yakni dengan media pendingin air
laut. Proses pendinginannya dengan cara : air laut diambil dari katup
kingstone melalui filter dengan pompa air laut, kemudian air laut
disirkulasikan ke seluruh bagian-bagian mesin yang membutuhkan
pendinginan melalui pendingin minyak pelumas dan pendingin udara untu
mendinginkan kepala silinder, dinding silinder dan katup pelepas gas
kemudian air laut dibuang keluar kapal.
Filter-filter yang diadakan pada pipa penghisap air laut dan sea chest
berfungsi sebagai penghalau masuknya benda-benda asing seperti pasir
dan kotoran atau debu dari air laut yang dapat menyebabkan tersumbatnya
saluran pendingin.
Berikut ini dapat dilihat skema gambar dari sistem pendinginan
secara langsung (tertutup). Pada gambar 1 adalah sebagai berikut :
9
Gambar 1 Sistem pendinginan langsung mesin Induk
( Boentarto 1996 Operasi dan Pemeliharaan Mesin Kapal, Erlangga :Jakarta)
Keterangan :
1. Saringan laut (sea chest) 6. Tangki pendingin
2. Katup / valve 7. Thermometer
3. Saringan 8. Mesin induk
4. Pompa 9. Pipa buang
5. Katup pengaman
Bila ditinjau dari segi konstruksi sistem pendinginan langsung mempunyai
keuntungan yaitu lebih sederhana dan daya yang diperlukan untuk sirkulasi air
lebih kecil dibandingkan dengan sistem pendinginan tidak langsung. Selain itu
dapat menghemat pemakaian peralatan, karena pada sistem ini tidak memerlukan
tangki air dan tidak memerlukan banyak pompa untuk mensirkulasikan air
pendingin. Adapun kerugian dari sitem pendinginan langsung ini adalah pada
instalasi perpipaannya mudah sekali terjadi pengerakan (karat) karena air laut ini
bersifat korosif serta air pendingin sangat terpengaruh dengan temperatur air laut.
2. Sistem Pendinginan Tidak Langsung (tertutup)
Sistem pendinginan tidak langsung menggunakan dua media pendingin,
10
yang digunakan adalah air tawar dan air laut. Air tawar dipergunakan untuk
mendinginkan bagian-bagian motor, sedangkan air laut digunakan untuk
mendinginkan air tawar, setelah itu air laut langsung dibuang keluar kapal dan air
tawar bersirkulasi dalam siklus tertutup. Sistem pendinginan ini mempunyai
efisiensi yang lebih tinggi dan dapat mendinginkan bagian-bagian motor secara
merata.
Gambar 2 Sistem Pendingin Tak Langsung
(Soeharto, 1991, Manajemen Perawatan Mesin, Jakarta)
Sistem pendinginan tidak langsung ini memiliki efisiensi yang lebih tinggi
dari pada sistem pendinginan langsung dan dapat mendinginkan secara merata.
Keuntungan lain yang didapat dari sistem pendingin ini adalah kecilnya resiko
terjadinya karat.
Kerugian sistem pendinginan tidak langsung adalah terlalu banyak
menggunakan ruangan untuk penempatan alat-alat utamanya, sehingga konstruksi
menjadi rumit. Daya yang dipergunakan untuk mensirkulasikan air pendingin
lebih besar, karena sistem ini menggunakna banyak pompa sirkulasi.
11
3. Macam-Macam Media Pendinginan.
Pada sistem pendinginan motor dapat dilakukan dengan beberapa media
pendingin, yaitu dengan media pendingin air, udara dan minyak.
a. Media Pendingin Air
Air merupakan media pendingin yang baik karena air dapat mengambil
1 kkal pada tiap kg dan tiap derajat celcius. Sedangkan volume dari 1 kg
air hanya 1 dm³.
1) Media Pendingin Air Tawar.
Media pendingin dengan menggunakan air tawar ini digunakan pada
system pendinginan tak langsung. Proses pendinginannya dilakukan
dengan proses pendinginan air tawar terlebih dahulu yang terletak di
tangki penampung air tawar dengan menggunakan air laut. Setelah
temperature air tawar pada tangki penampung menurun selanjutnya air
tawar disirkulasikan ke bagian-bagian mesin yang memerlukan
pendinginan, terutama ke bagian yang bergerak yang memiliki resiko
kerusakan besar (Lutfi, 2012).
Untuk menjaga agar proses pendinginan pada motor dapat berjalan
dengan lancar maka perlu diperhatikan sirkulasi pendinginan tersebut.
Biasanya akan terdapat karat yang terjadi akibat dari endapan-endapan
mineral yan terkandung di dalam air. Apabila ini dibiarkan terus-menerus,
maka seiring berjalannya waktu maka karat tersebut akan menyebabkan
tersumbatnya sirkulasi air pendingin.
2) Media Pendingin Air Laut.
Media pendingin dengan menggunakan air laut ini digunakan pada
sistem pendinginan secara langsung (terbuka). Proses pendinginannya
dengan mensirkulasikan air laut secara langsung ke bagian-bagian mesin
yang memerlukan pendinginan. Pada sistem pendinginan jenis ini
diperlukan bahan pencegah pembentukan korosi terutama pada bagian di
dalam blok silinder yang sering disebut zinc anode (Lutfi,2012)
12
3) Media Pendingin Udara
Udara adalah bahan pendingin yang buruk karena dalam 1 kg udara
atau kira-kira 0,77 m³ udara hanya dapat menerima 1 kJ tiap derajat
Celcius. Panas jenis udara ± 1 kJ / kg derajat celcius (Soeharto, 1991)
Pada umumnya semua motor denga pendinginan udara silinder-
silinder dilengkapi dengan rusuk-rusuk pendingin. Rusuk-rusuk pendingin
ini memperbesar luas permukaan yang dapat menyerahkan panas kepada
udara pendingin.
b. Media Pendingin Minyak
Minyak lumas juga dapat dipakai sebagai pendingin, akan tetapi
minyak tersebut hanya dapat mengambil 0,4 kkal pada tiap kg dan tiap
derajat celcius. Sehingga kita harus menyediakan minyak yang cukup
banyak agar dapat mengeluarkan panas yang besarnya sama dengan media
pendingin air (Bentarto, 1996).
Pada motor diesel, penggunaan minyak lumas hanya untuk melumasi
bagian yang bergesekan seperti gesekan pada torak, poros engkol,
bantalan, dan lain-lain. Bila ditinjau dari segi penyerapan panas, maka
media pendingin minyak lumas memiliki lebih kecil dan rendah dibanding
media pendingin air. Minyak lumas digunakan sebaga media pendinginan
permukaan yang panas dengan cara disemprotkan atau dialirkan pada
bagian tersebut. Selain itu juga dapat digunakan untuk melumasi bagian-
bagian yang saling bergesekan agar tidak cepat aus.
4 Komponen Sistem Pendinginan Langsung ( terbuka).
Beberapa komponen yang sering dipakai dalam sistem pendinginan
langsung (pendinginan terbuka) diantaranya sebagi berikut :
1. Saringan/Filter
Saringan ini berfungsi untuk menyaring kotoran
13
Gambar 3 Filter
(Harsanto, 1984, Motor Bakar. Djambatan)
2. Pompa
Pompa air laut berfungsi untuk menghisap air laut dan menekan air
kedalam sistem, selanjutnya disirkulasikan agar dapat melakukan
pendinginan. Pada umumnya motor dikapal menggunakan pompa air laut jenis
sentrifugal, yang digerakkan dengan perantaraan puli (belt),sehingga poros
pompa akan berputar dengan arah yang sama. Motor jenis ini biasanya
manggunakan jenis pompa torak dan pemasangan pompa tidak boleh lebih
tinggi dari tangki persediaan air, tetapi pompa harus lebih rendah dari
permukaan air didalam tangki, sehingga air dapat masuk keujung pipa hisap.
Ada pompa yang dapat digunakan mesirkulasikan air pendingin yaitu jenis
pompa sentrifugal.
(1). Pompa Sentrifugal
Pompa yang sering digunakan di kapal adalah jenis pompa sentrifugal.
Pompa sentrifugal yang digerakan oleh mesin mampu balik langsung,
Misalnya seperti yang digunakan untuk penggerak kapal, biasanya
mempunyai sudu radial lurus dan rumahan yang konsentris . Efisien pompa
semacam ini lebih rendah daripada pompa yang dirancang untuk berputar
dalam satu arah saja, terutama karena bentuk dari rumahannya. Untuk
mendapatkan tekanan dan kapasitas yang sama, maka kecepatan impeller
harus ditingkatkan, dibandingkan dengan pompa biasa. Beberapa mesin kapal
14
mampu balik langsung mempunyai pompa sentrifugal biasa yang berputar
selalu dalam arah yang sama. Pompa semacam ini disambungkan ke mesin
oleh roda gigi pembalik khusus yang poros penggeraknya berputar dalam arah
yang sama, kemanapun juga arah putaran poros penggerak.
Gambar 4 Pompa Centrifugal
(Sumanto. 2000, Dasar – Dasar Mesin Pendinngin. Edisi Pertama Cetakan Kedua.
Andi Offset. Yogyakarta.)
6. Komponen Sistem Pendinginan Tidak Langsung (tertutup)
Pada prinsipnya komponen-komponen yang terdapat pada sistem
pendinginan tak langsung sama dengan komponen yang terdapat pada sistem
pendinginan langsung, hanya saja ada beberapa komponen tambahan yang
digunakan karena disesuaikan dengan jenis media yang digunakan untuk proses
pendinginan yaitu : air laut dan air tawar.
Beberapa komponen-komponen tambahan antara lain sebagai berikut :
1. Tangki Persediaan Air Tawar (Tangki Ekspansi).
15
Air dalam sistem pendinginan akan berekspansi apabila suhunya
naik sehingga akan terjadi kelebihan air, dan kelebihan air ini akan
ditempatkan pada tempat yang tertinggi di saluran air pendingin supaya
tekanan pada sistem selalu tetap dan mencegah kantong uap/udara pada
sistem pendingin. Besarnya tangki persediaan air tawar tergantung pada
kapasitas pada sistem tersebut. Biasanya persediaan air tawar pada setiap
kapal paling sedikit 5-10% dari keperluan.
2. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)
Alat ini berfungsi untuk mendinginkan air tawar yang bersirkulasi
dalam sistem pendinginan. Pada motor-motor jenis lain untuk
mendinginkan air tawarnya menggunakan radiator dengan udara sebagai
media pendinginnya, sedangkan pada motor diesel yang digunakan di
kapal-kapal, alat pendingin air tawar biasanya berbentuk cangkang dan
tabung (shell and tube) dengan air laut sebagai media pendinginnya.
Gambar 5 Alat penukar panas tipe tabung
(Jauhari,2012,Sistem Pendingin Motorad diesel,http://www.bppp-
tegal.com/v1/index.php?option=com_content&view=article&id=228:siste
m-pendinginan-motor-diesel&catid=44:artikel&Itemid=85)
2.3 Bagian-Bagian yang Didinginkan
Sistem pendinginan pada motor induk akan mengalami
pemindahan panas melalui air pendingin, ini sangat besar pengaruhnya
terhadap panas yang berguna pada pembakaran pada silinder. Panas pada
16
motor induk sebagian besar dihasilkan dari proses pembakaran di dalam
silinder. Pembakaran akan berlangsung dalam ruang bakar sehingga
apabila proses pembakaran berlangsung maka bagian silinder akan
menjadi panas sekali. Sedangkan untuk bagian bawah silinder,
perpindahan panas ke media pendingin tidak secara langsung melainkan
melalui torak dan cincin torak. Apabila pendinginan berlangsung tidak
baik maka temperature dari setiap silinder akan naik. Keadaan tersebut
akan mengakibatkan kerusakan pada dinding silinder dan ruang bakar,
sehingga terjadi kerenggangan karena terlalu panas. Disamping itu minyak
pelumas pun akan menguap dan terbakar akibatnya terganggu kinerja
mesin. Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka bagian-bagian yang perlu
didinginkan adalah sebagai berikut :
1. Silinder
2. Kepala silinder
3. Katup
4. Bantalan-bantalan
5. Tempat-tempat yang timbul panas karena gesekan adalah kepala
silinder dan dinding silindernya.
2.4 Proses Kerja Sistem Pendingin
Sistem pendinginan diperlukan dalam mesin bensin dan diesel
dengan alasan panas pembakaran dari ruang bakar harus dikeluarkan
sebesar 32 persen. Bila tidak ada sistem pendinginan yang baik akan
menimbulkan dampak: bahan logam akan kehilangan kekuatan bahkan
dapat mencair, ruang bebas antara komponen yang bergerak akan
terhalang, timbul tegangan termal, dan kemampuan pelumas akan turun.
Bila mesin tidak didinginkan maka akan terjadi pemanasan yang
lebih atau yang sering disebut dengan overheating dan akan
mengakibatkan gangguan- gangguan sebagai berikut:
1. Bahan akan lunak pada suhu tinggi.
17
Contoh: torak yang terbuat dari logam paduan aluminium akan
kehilangan kekuatannya pada suhu tinggi (300ºC), bagian atas
torak akan berubah bentuk atau bahkan mencair.
2. Ruang bebas antara komponen yang saling bergerak menjadi
terhalang bila terjadi pemuaian karena panas berlebihan.
Misalnya torak akan memuai lebihbesar (karena terbuat dari
paduan aluminium) daripada blok silinder (yang terbuat dari
besi tuang) sehingga gerakan torak menjadi macet.
3. Terjadi tegangan termal, yaitu tegangan yang dihasilkan oleh
perubahan suhu. Misalnya cincin torak yang patah, torak yang
macet karena adanya tegangan tersebut.
4. Pelumas lebih mudah rusak oleh karena panas yang berlebihan.
Jika suhu naik sampai 250 ºC pada alur cincin, pelumas
berubah menjadi karbon dan cincin torak akan macet sehingga
tidak berfungsi dengan baik, atau cincin macet (ring stick).
1. Macam - macam sirkulasi air
Gambar 6 Sirkulasi Air Pendingin Dengan Tekanan
(Sumanto. 2000, Dasar – Dasar Mesin Pendingin. Edisi Pertama Cetakan
Kedua. Andi Offset. Yogyakarta)
2. Proses Pendinginan Pada Mesin
Pada mesin bensin ataupun pada mesin diesel proses pendinginan
tergantung pada sistem pendinginan yang digunakan. Pada pendinginan
18
udara, panas akan berpindah dari dalam ruang bakar melalui kepala
silinder, dinding silinder dan piston secara konduksi. Selanjutnya yang
melalui dinding dan kepala slinder, panas akan berpindah melalui sirip-
sririp dengan cara konveksi ataupun radiasi di luar silinder. Pada
pendinginan air secara alamiah, proses perpindahan panas/pendinginan
melalui perubahan massa jenis air yang menurun karena panas selanjutnya
air akan berpindah secara alamiah berdasarkan rapat massa sehingga
terjadi sirkulasi alamiah untuk pendinginannya. Untuk mempercepat
pembuangan panas pada sistem pendinginan air dipasangkan radiator.
Melalui radiator ini panas akan dibuang ke udara melalui sirip-sirip
radiator. Pada pendinginan air dengan tekanan, sirkulasi akan dipercepat
oleh putaran kipas pompa sehingga sirkulasi air pada sistem ini akan lebih
baik.