TUGAS AKHIR TEKNIK MESIN Universitas Mercu Buana 7 BAB II

TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Perpindahan Kalor
Perpindahan panas adalah proses berpindah nya energi dari suatu
tempat ketempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan suhu ditempat–
tempat tersebut. Perpindahan panas dapat berlangsung dengan beberapa cara
seperti:
1. Perpindahan Panas Konduksi
Merupakan proses perpindahan panas dari daerah yang bersuhu
tinggi kedaerah yang bersuhu rendah didalam medium (padat, cair, dan
gas) atau antara medium yang bersinggungan langsung.Jika terdapat
suatu gradien suhu,maka menurut pengalaman akan terjadi perpindahan
dari bagian bersuhu tinggi kebagian bersuhu rendah. Dapat dikatakan
bahwa energi akan berpindah secara konduksi atau hantaran, laju
perpindahan kalor dinyatakan sebagai :
= − . . ∂ ⁄∂ ............................................................... ref. 1, hal. 2
Universitas Mercu Buana
7
TUGAS AKHIR
Dimana :
TEKNIK MESIN
= laju perpindahan kalor(kJ/s)
∂ ⁄∂
= gradien suhu kearah perpindahan kalor
=konduktivitas thermal bahan(W/m. oC)
= luas bidang perpindahan kalor(m2)
2. Perpindahan Panas Konveksi
Merupakan proses transport energi dengan kerja gabungan dari
konduksi panas, penyimpanan energi dan proses mencampur. Proses ini
terjadi pada permukaan padat,cair dan gas.
Aliran
Arus bebas
U∞
T∞
U
q
Dinding
Gambar 2.1 perpindahan kalor konveksi dari suatu plat
Sumber : helmidadang.wordpress.com
Pada gambar 2.1 diatas Tw adalah suhu plat dan T∞ adalah suhu
fluida. Apabila kecepatan diatas plat adalah nol, maka kalor hanya
dapat perpindah dengan cara konduksi. Akan tetapi apabila fluida diatas
plat bergerak dengan kecepatan tertentu, maka kalor perpindah dengan
cara konveksi,yang dimana gradien suhu bergantung dari laju fluida
Universitas Mercu Buana
8
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
membawa kalor. Sedangkan laju perpindahan kalor dipengaruhi oleh
luas permukaan perpindahan kalor (A) dan beda suhu menyeluruh
antara permukan bidang dengan fluida yang dapat dirumuskan sebagai
berikut:
= . .(
−
Dimana:
) .................................................... ref. 1, hal. 11
= laju perpindahan kalor(kJ/s).
= Koefisien Perpindahan Panas Konveksi(W/m.oC).
dimana h merupakan koefisian perpindahan panas konveksi.Untuk
keadaan yang sederhana, koefisien perpindahan panas konveksi (h)
dapat diperhitungkan secara analisis, sedangkan untuk keadaan
yangrumit,harus
diperhitungkan
dengan
cara
eksperimen
atau
percobaan. Perpindahan panas konveksi tergantung pada vikositas
fluida, disamping ketergantunganya terhadap sifat – sifat termal fluida,
seperti : konduktivitas termal, kalor spesifik, dan densitas.
Hal
ini disebabkan
karena
viskositas
mempengaruhi
laju
perpindahan energi didaerah dinding.Ada duajenis perpindahan panas
konveksi,yaitu:
a. Perpindahan panas konveksi alami
Fenomena ini tejadi karena fluida yang terjadi karena
pemanasan,berubah densitasnya,sehingga fluidanya bergerak.
b. Perpindahan panas konveksi paksa
Universitas Mercu Buana
9
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Fenomena ini terjadi apabila sistim dimana fluida didorong
oleh permukaan perpindahan kalor,atau melaluinya, fluida bergerak
adanya faktor pemaksa. Sebagai gambaran adalah fenomena
perpindahan panas aliran atau didalam pipa yang dinyatakan
sebagai :
=
.
.
= .2 . (
−
)
.................................... ref. 1, hal. 252
q
m.Cp
Aliran
1
dx
Tb1
2
Tb2
L
Gambar 2.2 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan
beda suhu limbak
sumber : chemicalengineersdaily.blogspot.com
Angka Nusselt untuk aliran turbulen sepenuhnya adalah :
= 0,022
,
........................................... ref. 1, hal. 252
Dimana : n = nilai eksponen
= 0,4 untuk pemanasan
Universitas Mercu Buana
10
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
= 0,3 untuk pendinginan
Angka Nusselt untuk aliran laminar sepenuhnya adalah :
,
= 3,66 +
,
( ⁄ )
[( ⁄ )
] ⁄
.......................... ref. 1, hal. 252
Dimana : d = diameter pipa(m).
L = panjang pipa(m).
Koevisien perpindahan panas konveksi dibantu oleh :
=
.
................................................................. ref. 1, hal. 260
3. Perpindahan Panas Radiasi
Merupakan proses perpindahan panas dari benda bersuhu tinggi
kebenda bersuhu rendah bila benda-benda itu terpisah didalam suatu
ruangan bahkan bila terdapat suatu ruang hampa diantara benda–benda
tersebut. Untuk radiasi diantara dua benda dapat dirumuskan :
=
.
. . (
−
) .......................................... ref. 1, hal. 13
Dimana : Fx = fungsi emisivitas
Fg = fungsi geometeri
A = luas permukaan bidang
σ = konstanta Stefan Boltzman (5,669 x 10-8 W / m2 K4)
Universitas Mercu Buana
11
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
4. Perpindahan Panas Gabungan
Dinding datar seperti pada gambar 2.2 dimana pada suatu sisinya
terdapat fluida panas A, dan pada sisi lainnya terdapat fluida B yang
lebih dingin. Perpindahankalor dinyatakan oleh :
=
. (
−
) = . ⁄∆ (
=
. (
−
) .......................................................... ref. 1, hal. 32
−
)
Proses perpindahan kalor dapat digambarkan dengan jaringan
tahanan seperti pada gambar 2.2. Perpindahan kalor gabungan dihitung
dengan jalan membagi beda suhu menyeluruh dengan jumlah tahanan
thermal:
=
.
∆
.................................................... ref. 1, hal. 32
.
.
TA
Fluida A
q
Fluida B
T1
T2
h1
h2
TB
Gambar 2.3 Perpindahan kalor gabungan melalui dinding datar
sumber : kadasyouth.wordpress.com
Universitas Mercu Buana
12
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Nilai 1/h. A digunakan untuk menunjukan tahanan konveksi.
Aliran kalor menyeluruh sebagai hasil gabungan proses konduksi dan
konveksi bisa dinyatakan dengan koevisien perpindahan kalor
menyeluruh U, yang dirumuskan dengan hubungan:
= . . ∆ (menyeluruh) .............................................. ref. 1, hal. 33
Dimana A adalah luas bidang aliran kalor, koofisien perpindahan
kalor menyeluruh adalah:
=
∆
........................................................... ref. 1, hal. 33
Sedangkan pada penukar kalor aliran silang, fluida yang mengalami
pertukaran panas berjalan secara menyilang satu sama lain. Dalam
penerapan nya penukar kalor air silang, banyak dipakai untuk
pemanasan dan pendinginan udara, gas atau air. Sebagai contoh adalah
radiator yang konstruksinya menggunakan saluran diantara sirip–sirip.
Dengan luas permukaan yang sangat besar persatuan volume yang
diwujudkan dalam bentuk konstruksi pipa dan sirip,maka akan
memungkinkan terjadinya kontak langsung dengan udara secara lebih
luas.
Universitas Mercu Buana
13
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Gambar 2.4 Contoh – contoh konfigurasi penukar kalor kompak
sumber : muhammadsyukur21.blogspot.com
Keterangan :
a. Penukar kalor tabung bersirip dengan tabung – tabung rata.
b. Penukar kalor bersirip bundar dalam satuan konfigurasi.
c dan d.
Menggambarkan
cara lain untuk mendapatkan luas
permukaan yang sangat besar pada kedua sisi penukar
kalor.
2.2 Heat Balance
Suatu massa atur adalah sistem yang mengandung zat yang telah
dispesifikasikan, jadi, massanyandiketahui dan tetap. Sesuai dengan
pembahasan sebelumnya, energi suatu massa atur dapat diubah dengan
perpindahan energi, sebagai panas maupun sebagai kerja, dan kedua cara ini
sajalah yang mungkin terjadi. Massa atur dan lingkunganya membentuk
sistem yang di isolasi, energi totalnya harus tetap konstan. Apabila energi dari
Universitas Mercu Buana
14
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
salah satunya bertambah, energi yang lainya harus berkurang dengan jumlah
yang sama. Perpindahan energi sedemikian hanya dapat berlangsung dangan
mekanisme perpindahan panas dan kerja.
Masukan energi total ke dalam massa atu harus tepat menjadi kenaikan
energi di dalam massa atur, pernyataan aljabar bagi tata buku ini disebut
Kesetimbangan Energi. Dengan notasi sistem dan berbagai simbol pada
gambar 2.23, Kesetimbangan Energi adalah.
●
W+Q
Pertambahan energy yang
terkandung
Masukan energy
Keterangan :
W
: Jumlah perpindahan energi (J/s).
Q
: Jumlah perpindahan Energi Sebagai Kalor(Joule).
●
(Notasi
ΔE
=
ΔE = Eakhir - Eawal
Δ
selalu
berarti
“akhir
dikurangi
awal’’,
yaitu
suatu
peratambahan’’). Dapat pula dilakukan analisa massa atur bagi proses
infinitesimal. Dan untuk hal sedemikian, balans.
●
W+
Q
Masukan energy
Keterangan :
=
E
Pertambahan energy yang
terkandung
W : Jumlah perpindahan energi (J/s).
Q : Jumlah perpindahan Energi Sebagai Kalor(Joule).
Universitas Mercu Buana
15
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Di sini W dan Q menyatakan jumlah infinitesimal ke dalam massa atur,
dan E menyatakan peningkatan infinitesimal dari energi di dalam massa atur
(notasi,
selalu berarti ‘’pertambahan infinitesimal dari sesuatu notasi
berarti jumlah infinitesimal dari sesuatu’’).
2.3 Alat Penukar Kalor
Alat penukar panas atau Heat Exchanger adalah alat yang digunakan
untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan
massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin.
Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai
fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water).Penukar
panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat
berlangsung secara efisien.Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak,
baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya
bercampur langsung (direct contact).Salah satu contoh sederhana dari alat
penukar panas adalah radiator mobil dimana cairan pendingin memindahkan
panas mesin ke udara sekitar.Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4
macam aliran,yaitu :
1. Counter current flow (aliran berlawanan arah)
2. Paralel flow/co current flow (aliran searah)
3. Cross flow (aliran silang)
Universitas Mercu Buana
16
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
4. Cross counter flow (aliran silang berlawanan)
Jenis–jenis penukar panas antara lain :
1. Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger)
Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda.Dalam
jenis penukar panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah
aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung
dalam ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa.
Gambar 2.5 Penukar panas jenis pipa rangkap
Sumber : beck-fk.blogspot.com
2. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tube heat exchanger )
Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel
pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah
pipa mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel
pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang
sama, berlawanan, atau bersilangan.
Universitas Mercu Buana
17
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Gambar 2.6 Penukar panas jenis cangkang dan buluh
Sumber : http://senangnya-berbagi-info.blogspot.com
3. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger )
Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat
tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak
lurus dipasang penyekat lunak ( biasanya terbuat dari karet )terdapat
lubang pengalir fluida.
Gambar 2.7 Penukar panas jenis plate and Frame
Sumber :senangnya-berbagi-info.blogspot.com
4. Adiabatic wheel heat exchanger
Universitas Mercu Buana
18
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Jenis penukar panas ini menggunakan intermediate cairan atau
toko yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi
lain dari penukar panas akan dirilis.
5. Pillow plate heat exchanger
Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah
seluruh permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas
ke bagian luar tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran
tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar tebal dari
logam.Pelattipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola
serpentin garis las. Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan
dengan kekuatan yang cukup untuk menyebabkan logam tipis untuk
tonjolan di sekitar lasan, menyediakan ruang untuk cairan penukar
panas mengalir, dan menciptakan penampilan yang karakteristik bantal
membengkak terbentuk dari logam.
6. Dynamic scraped surface heat exchanger
Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan
heat exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau
pendinginan dengan tinggi viskositas produk, proses kristalisasi,
penguapan tinggi dan fouling aplikasi.
7. Phase–change heat exchanger
Selain pemanasan atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa,
penukar panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan
menguap (atau mendidih) atau digunakan sebagai kondensor untuk
mendinginkan uap dan mengembun ke cairan. Pada pabrik kimia dan
Universitas Mercu Buana
19
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan umpan masuk untuk
menara distilasi sering penukar panas .Distilasi set–up biasanya
menggunakankondensor
untuk
mengkondensasikan
uap
distilasi
kembali ke dalam cairan.Pembangkit tenaga listrik yang memiliki uap
yang digerakkan turbin biasanya menggunakan penukar panas untuk
mendidihkan air menjadi uap.
Gambar 2.8 Penukar panas jenis Phase–change heat exchanger
Sumber : gasproses.blogspot.com dan senangnya-berbagi-info.blogspot.com
2.4 Sistem Pendinginan Mesin
Proses pembakaran yang berlangsung terus menerus dalam mesin
mengakibatkan mesin dalam kondisi temperatur yang sangat tinggi.
Temperatur sangat tinggi akan mengakibatkan desain mesin menjadi tidak
ekonomis, sebagian besar mesin juga berada di lingkungan yang tidak terlalu
jauh dengan manusia sehingga menurunkan faktor keamanan. Temperatur
yang sangat rendah juga tidak terlalu menguntungkan dalam proses kerja
Universitas Mercu Buana
20
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
mesin. Sistem pendinginan digunakan agar temperatur mesin terjaga pada
batas temperatur kerja yang ideal.
Prinsip pendinginan adalah melepaskan panas mesin ke udara, tipe
langsung dilepaskan ke udara disebut pendinginan udara (air cooling), tipe
menggunakan fluida sebagai perantara disebut pendinginan air.MacamMacam Sistem Pendingin, yaitu :
1. Sistem Pendinginan Udara
a. Pendinginan oleh aliran udara secara alamiah.
Pada sistem ini panas yang dihasilkan oleh pembakaran gas dalam
ruang bakar sebagian dirambatkan keluar dengan menggunakan siripsirip pendingin (coolingfins) yang dipasangkan di bagian luar silinder
(Gambar 2). Pada tempat yang suhunya lebih tinggi yaitu pada ruang
bakar diberi sirip pendingin yang lebih panjang daripada sirip
pendingin yang terdapat di sekitar silinder yang suhunya lebih
rendah.
Gambar 2.9 Pendinginan Udara Secara Alamiah
Sumber : dimasp-30.blogspot.com
b. Pendinginan oleh tekanan udara
Universitas Mercu Buana
21
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Udara yang menyerap panas dari sirip–sirip pendingin harus
berbentuk aliran atau udaranya harus mengalir agar suhu udara di
sekitar sirip tetap rendah sehingga penyerapan panas tetap
berlangsung
sempurna.Hal
ini
dapat
dicapai
dengan
jalan
menggerakkan sirip pendingin atau udaranya.Bila sirip pendingin
yang digerakkan atau mesinnya bergerak seperti pada sepedamotor.
Pada mesin stasioner aliran udaranya diciptakan dengan cara
menghembuskannya melalui blower yang dihubungkan langsung
dengan poros engkol menunjukkan pendinginan udara menggunakan
kipas atau blower yang terpasang pada roda gila(flywheel fan). Agar
aliran udara pendingin
lebih dapat
mendinginkan sirip–sirip
digunakan pengarah.
Gambar 2.10 Kipas udara pada roda gila
Sumber : warungoto.blogspot.com
2. Sistem Pendinginan Air
Pada sistem ini sebagian panas dari hasil pembakaran dalam ruang
bakar diserap oleh air pendingin setelah melalui dinding silinder. Oleh
karena itu di luar silinder dibuat mantel air (water jacket). Pada sistem
Universitas Mercu Buana
22
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
pendinginan air ini air harus bersirkulasi. Adapun sirkulasi air dapat
berupa 2 (dua) macam, yaitu:
a. Sirkulasi alamiah atau Thermo–siphon
b. Sirkulasi dengan tekanan
Pada sistem pendinginan air dengan sirkulasi alamiah, air
pendingin akan mengalir dengan sendirinya yang diakibatkan oleh
perbedaan massa jenis air yang telah panas dan air yang masih dingin.
Agar air yang panas dapat dingin, maka sebagai pembuang panas
dipasangkan radiator. Air yang berada dalam mantel air dipanaskan
oleh hasil pembakaran sehingga suhunya naik, sehingga massa
jenisnya akan turun dan air ini didesak ke atas oleh air yang masih
dingin dari radiator. Agar pembuangan panas dari radiator terjadi
sebesar mungkin maka pada sistem pendingin dilengkapi juga dengan
kipas yang berfungsi untuk mengalirkan udara pada radiator agar
panas pada radiator dapat dibuang atau diserap udara.
Pada sirkulasi dengan tekanan pada prinsipnya sama dengan
sirkulasi alam, tetapi untuk mempercepat terjadinya sirkulasi maka
pada sistem dipasang pompa air.
2.5 Komponen Sistem Pendingin Air
Pada mobil yang menggunakan bahan bakar sebagai sumber tenaga,
pasti menghasilkan panas.Hal tersebut normal, yang tidak normal adalah bila
panas tersebut menjadi terlalu panas sehingga dapat menggangu kinerja
Universitas Mercu Buana
23
TUGAS AKHIR
mesin
TEKNIK MESIN
(overheating).
Ciri–cirri
overheating
adalah
knocking
atau
menggelitiksampai dengan mesin mobil menjadi mati. Idealnya mesin mobil
bekerja pada suhu 80–90 derajat celcius, dibawah itu juga tidak bagus karena
mesin menjadi terlalu dingin atau overcooling dan kerja mesin menjadi tidak
efisien.Dan jelas kuncinya ada di perawatan, berikut ini adalah komponen–
komponen yang harus diperhatikan dan dirawat pada sistempendinginan
mobil.
Gambar 2.11 Sistem pendingin kendaraan mobil
Sumber : doyock-online.blogspot.com
1. Waterpump
Waterpump atau pomp air bertugas menyalurkan air dari radiator
ke mesin dan dari mesin ke radiator. Biasanya terbuat dari alumunium,
dan ditempatkan di bagian kepala silinder.
Gambar 2.12 Waterpump
Universitas Mercu Buana
24
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Sumber : http://tm.tangomotor.com/prestashop/234-large/water-pumpkijang-grand-kapsul.jpg
2. Radiator
Radiator
ini
merupakan
tempat
dimana
air
didinginkan
menggunakan jasa hembusan angin dari depan. Makanya letaknya
biasanya didepan moncong mobil, komponen ini terbuat dari
aluminium atau tembaga dengan banyak sekat dan didalamnya terdapat
puluhan jalur air.Sekat fungsinya untuk menangkap angin dan jalur air
yang banyak supaya air lebih terpecah dan cepat didinginkan.Pada
komponen inilah air dari mesin yang panas disalurkan ke radiator dan
setelah dingin kembali masuk kedalam mesin dengan bantuan pompa
air.
Gambar 2.13 Radiator
Sumber : http://www.kiosban.com/wpcontent/uploads/2011/11/radiator1.jpg
3. Kipas Radiator
Universitas Mercu Buana
25
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Dipasang di belakang radiator pada sisi paling dekat ke mesin
adalah satu atau dua kipas listrik di dalam perumahan yang dirancang
untuk melindungi jari-jari dan untuk mengarahkan aliran udara. Ini fans
yang ada untuk menjaga aliran udara melalui radiator saat kendaraan
akan lambat atau berhenti dengan mesin menyala. Jika ini fans berhenti
bekerja, setiap kali Anda berhenti, suhu mesin akan mulai naik. Pada
sistem lama, kipas terhubung ke depan pompa air dan akan berputar
setiap kali mesin itu berjalan karena digerakkan oleh sabuk kipas bukan
sebuah motor listrik. Dalam kasus ini, jika driver akan melihat mesin
mulai berjalan panas di berhenti dan pergi mengemudi, pengemudi
mungkin menempatkan mobil di netral dan putaran mesin untuk
menghidupkan kipas angin cepat yang membantu mendinginkan mesin.
Gambar 2.14 Kipas Radiator
Sumber : www.jagatreview.com
4. Tekanan Topi dan Cadangan Tangki
Sebagai pendingin menjadi panas, mengembang.Karena sistem
pendingin tertutup, ekspansi ini menyebabkan peningkatan tekanan
dalam sistem pendingin, yang normal dan bagian dari desain.Ketika
pendingin berada di bawah tekanan, suhu di mana cairan mulai
Universitas Mercu Buana
26
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
mendidih jauh lebih tinggi.Tekanan ini, ditambah dengan titik didih
lebih tinggi dari etilena glikol, memungkinkan pendingin untuk
mencapai suhu aman lebih dari 250 derajat.
Tutup tekanan radiator adalah perangkat sederhana yang akan
mempertahankan tekanan dalam sistem pendinginan sampai titik
tertentu. Jika tekanan menumpuk lebih tinggi dari titik tekanan yang
ditetapkan, ada katup pegas dimuat, dikalibrasi dengan benar Pounds
per inci persegi (psi), untuk melepaskan tekanan.
Gambar 2.15 Tekanan Topi dan Cadangan
Sumber : blognyamitra.wordpress.com dan harapansatria.blogspot.com
5. Thermostat
Thermostat hanyalah sebuah katup yang mengukur suhu pendingin
dan, jika itu cukup panas, terbuka untuk memungkinkan pendingin
mengalir melalui radiator. Jika pendingin tidak cukup panas, aliran ke
radiator diblokir dan cairan diarahkan ke sistem bypass yang
memungkinkan pendingin untuk kembali langsung kembali ke mesin.
Universitas Mercu Buana
27
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Gambar 2.16 Thermostat
Sumber : www.parts4engines.com
6. Sistem Bypass
Ini adalah bagian yang memungkinkan pendingin untuk memotong
radiator dan kembali langsung kembali ke mesin.Beberapa mesin
menggunakan selang karet, atau tabung baja tetap. Di mesin lain, ada
cast dalam bagian dibangun ke dalam pompa air atau depan perumahan.
Dalam kasus apapun, ketika termostat tertutup, pendingin diarahkan
untuk melewati ini dan disalurkan kembali ke pompa air, yang
mengirimkan pendingin kembali ke mesin tanpa didinginkan oleh
radiator.
7. Kepala Paking, Gasket, dan Intake Manifold
Semua mesin pembakaran internal memiliki blok mesin dan satu
atau dua kepala silinder.Dalam rangka untuk menutup blok ke kepala,
Universitas Mercu Buana
28
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
kita menggunakan paking kepala. Gasket kepala memiliki beberapa hal
yang dibutuhkan untuk menutup melawan.Hal utama adalah tekanan
pembakaran pada silinder masing–masing. Minyak dan pendingin harus
mengalir dengan mudah antara blok dan kepala dan itu adalah tugas
dari paking kepala untuk menjaga cairan dari bocor keluar atau ke
dalam ruang pembakaran, atau satu sama lain dalam hal ini.
Sebuah paking kepala khas biasanya terbuat dari lembaran logam
yang lembut yang dicap dengan pegunungan yang mengelilingi semua
titik kebocoran. Ketika kepala ditempatkan di blok, paking kepala
terjepit di antara mereka.
Gambar 2.17Kepala Paking, Gasket, dan Intake Manifold
Sumber : www.elise-shop.com
8. Heater Inti
Pendingin panas juga digunakan untuk menyediakan panas untuk
interior kendaraan bila diperlukan. Ini adalah sistem sederhana dan
lurus ke depan yang meliputi inti pemanas, yang terlihat seperti kecil
versi radiator, terhubung ke sistem pendingin dengan sepasang selang
karet. Satu selang pendingin membawa panas dari pompa air ke inti
Universitas Mercu Buana
29
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
pemanas dan selang lainnya pendingin kembali ke atas mesin.Biasanya
ada katup kontrol pemanas di salah satu selang untuk memblokir aliran
pendingin ke dalam inti pemanas ketika penyejuk udara maksimum
disebut untuk.Sebuah kipas, disebut blower, menarik udara melalui inti
pemanas dan mengarahkan melalui saluran pemanas untuk interior
mobil.
Gambar 2.18 Heater Inti
Sumber : www.quickheater.com
9. Selang
Ada beberapa selang karet yang membentuk pipa untuk
menghubungkan komponen-komponen sistem pendingin.Selang utama
disebut selang radiator atas dan bawah.Kedua selang sekitar 2 inci dan
diameter pendingin langsung antara mesin dan radiator.Dua selang
tambahan, disebut selang pemanas, pendingin pasokan panas dari mesin
ke inti pemanas.Ini selang sekitar 1 inci diameter. Salah satu selang
mungkin memiliki katup kendali pemanas dipasang di garis untuk
memblokir pendingin panas dari memasuki inti pemanas ketika AC
diatur untuk max–dingin. Sebuah selang kelima, disebut selang bypass,
digunakan untuk mengedarkan pendingin melalui mesin, melewati
Universitas Mercu Buana
30
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
radiator, ketika termostat ditutup.Beberapa mesin tidak menggunakan
selang karet. Sebaliknya, mereka mungkin menggunakan tabung logam
atau memiliki bagian built-in di perumahan depan.
Gambar 2.19 Selang Radiator
2.6 Aditif Coolant (Cairan Ethylene).
Fluida kerja umum yang digunakan didalamsistem pendingin air adalah
air apabila air pada sistem pendingin terlalu panas, akan mengakibatkan blok
silinder rusak. Oleh karena itu diperlukan suatu bahan aditif yang dapat
meningkatkan titik didih dari air.
Additive Coolant pada pembuangan panas radiator dilakukan untuk
meningkatkan kerja dan efisiensi motor diesel dengan membuang panas
berlebih pada motor, degan konsentrasi additive coolant yang bervariasi
diharapkan diperoleh komposisi yang tepat konsentrasi coolant pada radiator
yang mampu membuang panas terbaiknya. Bahan aditif yang sering
digunakan :
a. Metil alkohol
Universitas Mercu Buana
31
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Apabila metanol dicampur dengan konsentrasi tepat dengan air,
metanol jarang disukai karena dapat menurunkan titik didih menjadi 82⁰C
sehingga menyebabkan terjadinya penguapan ketika motor beroperasi
lama. Sehingga dapat membahayakan kendaraan.
b. Glycol
Kebanyakan aditif yang terbuat dari etilen Glycol (C2H6O2) atau
propylene Glycol (C3H8O2), Etilen glycol pada saat mencapai titik beku
tidak berlangsung menjadi es, tetapi menghasilkan kristal es yang kecil
yang tidak menghasilkan kerusakan pada motor. Berdasarkan para peneliti
sebelumnya penggunaan aditif sebanyak 25% volume akan menurunkan
titik beku air sampai -12.2⁰C, dan menaikan titik didih air sampai 110⁰C.
dan penggunaan 33.3% volume akan menurunkan titik beku air sampai
120⁰C. Konsentrasi yang berbeda disarankan untuk suhu yang berbedabeda.
Aditif yang digunakan dalam motor harus bisa menurunkan titik beku air
dan menaikan titik didih air. Air murni beku pada suhu 0⁰C sedangkan aditif
murni titik beku -19⁰C.
Bahan aditif radiator mempunyai fungsi:
a. Menaikan titik didih air sehingga penguapan dapat dicegah dan laju
pembuangan panas akan lebih baik
b. Aditif mengandung zat untuk mencegah korosi pada sistem pendingin
sehingga perpindahan panas diantara air dengan logam akan lebih baik.
c. Aditif juga berfungsi sebagai pelumas untuk bantalan pompa. Meskipun
banyak keuntungan yang ditawarkan oleh aditif untuk kendaraanterutama
pada bagian sistem pendingin, namun bahan aditif yang berbahan dasar
Universitas Mercu Buana
32
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
etilen glycol. Merupakan zat kimia beracun dan jika terurai akan
menghasilkan asam oxilic dan juga bisa menyebabkan karatan. Sehingga
penggunaanya harus dijaga dan aditif yang digunakan harus diganti
sebelum terurai. Hal yang perlu diperhatikan adalah waktu pencampuran
aditif harus mengikuti petunjuk penggunaan yang terdapat pada label
additive coolant tersebut. Dalam penelitian ini bahan aditif yang
digunakan adalah merek prestone
Gambar 2.20 Cairan Ethylene (Aditif Coolant)
2.6. Prinsip Kerja Sistem Pendinginan Air
Pada sistem pendinginan air terdapat dua jenis sirkulasi yang
digunakan untuk mendinginkan mesin, yaitu : sirkulasi alam dan sirkulasi
tekan. Pada sirkulasi alam, prinsip kerjanya mengikuti sifat air.Sedangkan
pada sirkulasi tekan, untuk mengalirkan air pendingin menggunakan bantuan
pompa air (water pump).Sirkulasi tekan banyak digunakan pada mesin-mesin
sekarang, karena proses sirkulasi air yang lebih cepat dan penggunaan
radiator yang lebih kecil.Adapun cara kerja dari sistem pendinginan air
adalah sebagai berikut :
1. Saat Mesin Hidup
Universitas Mercu Buana
33
TUGAS AKHIR
TEKNIK MESIN
Saat mesin dihidupkan dan belum mencapai temperatur kerja
mesin, penyerapan panas oleh air pendingin belum diperlukan.Sirkulasi
air hanya disekitar kantong air karena adanya termostat yang belum
membuka saat temperatur air pendingin belum mencapai suhu kerja.
Air pendingin pada kantong-kantong air yang dipompa akan mengalir
melalui saluran by pass, sehingga akan kembali lagi ke kantongkantong air.
Air pendingin yang berada pada sistem pendingin akan selalu
cenderung panas. Saat suhu mesin melebihi suhu optimal, maka
termostat akan membuka dan air yang berada pada kantong-kantong air
akan mengalir menuju radiator untuk didinginkan, sedangkan air yang
dingin pada radiator akan mengantikan air pada kantong air untuk
mendinginkan mesin.
2. Saat Mesin Mati
Saat mesin dimatikan, maka air pendingin yang berada pada
kantong air akan terus menyerap panas dari mesin. Saat mesin telah
dingin, temperatur dan volume cairan pendingin akan berkurang dan
membentuk ruangan vakum dalam radiator. Ketika terjadi kevakuman
tersebut, maka vacum valve pada tutup radiator akan membuka secara
otomatis, yang kemudian akan menghisap udara segar ataupun air
dalam tanki cadangan untuk menganti kevakuman dalam radiator.
Universitas Mercu Buana
34