MAKALAH MOTOR BAKAR DAN TENAGA PERTANIAN
SISTEM PENDINGINAN
Disusun Oleh :
Kelompok 4 Heri Siswanto Rizma Annisa Merlyn Karlina A. Ria Wijiati Ras Subhekti Hikmanto Catur Febrianto Dita Pujianti Atikah Nur M.
A1H011020 A1H011021 A1H011022 A1H011023 A1H011024 A1H011025 A1H011026 A1H011028
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS PERTANIAN PURWOKERTO 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, maka penyusunan ini dapat terselesaikan. Makalah ini berjudul “Sistem Pendinginan”. Makalah ini disusun sebagai salah satu syarat guna melengkapi tugas terstruktur dari mata kuliah Makalah Motor Bakar dan Tenaga Pertanian yang diampu oleh Abdul Mukhlis Ritonga, S.TP., M.Sc. Penyusun menyadari sepenuhnya bahwa makalah ini kurang dari sempurna dan masih banyak kekurangan, namun penyusun berharap Makalah ini bermanfaat bagi yang membutuhkan.
Purwokerto, April 2013
Penyusun
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Sistem pendinginan adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menjaga mesin supaya temperatur mesin dalam kondisi yang ideal. Sistem pendinginan perlu dan penting dilakukan. Berdasarkan neraca panas pada mesin maka fungsi pendinginan pada motor menjadi penting karena panas yang akan terserap oleh sistem pendinginan dapat mencapai 32 %. Bila mesin tidak didinginkan akan terjadi pemanasan yang lebih (overheating) dan akan mengakibatkan gangguan-gangguan seperti: a. Bahan akan lunak pada suhu tinggi. Contoh: torak yang terbuat dari logam paduan aluminium akan kehilangan kekuatannya (kira-kira sepertiganya) pada suhu tinggi (300 C), bagian atas torak akan berubah bentuk atau bahkan mencair. b. Ruang bebas (clearance) antara komponen yang saling bergerak menjadi terhalang bila terjadi pemuaian karena panas berlebihan. Misalnya torak akan memuai lebih besar (karena terbuat dari paduan aluminium) daripada blok silinder (yang terbuat dari besi tuang) sehingga gerakan torak menjadi macet. c. Terjadi tegangan termal, yaitu tegangan yang dihasilkan oleh perubahan suhu. Misalnya cincin torak yang patah, torak yang macet karena adanya tegangan tersebut. d. Pelumas lebih mudah rusak oleh karena panas yang berlebihan. Jika suhu naik sampai 250 C pada alur cincin, pelumas berubah menjadi karbon dan cincin torak akan macet sehingga tidak berfungsi dengan baik, atau cincin macet (ring stick). Pada suhu 500 ºC pelumas berubah menjadi hitam, sifat pelumasannya turun, torak akan macet sekalipun masih mempunyai ruang bebas.
e. Pembakaran tidak normal. Motor bensin cenderung untuk terjadi ketukan (knocking). Sebaliknya bila motor terlalu dingin akan terjadi masalah, yaitu pada motor bensin bahan bakar akan sukar menguap dan campuran udara bahan bakar menjadi gemuk. Hal ini menyebabkan pembakaran menjadi tidak sempurna. Pada motor diesel bila udara yang dikompresi dingin akan mengeluarkan asap putih dan menimbulkan ketukan dan motor tidak mudah dihidupkan. Selain itu, kalau pelumas terlalu kental, akan mengakibatkan motor mendapat tambahan tekanan dan uap yang terkandung dalam gas pembakaran akan terkondensasi pada suhu kira-kira 50C.
1.2 Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui segala hal tentang system pendinginan baik itu pengertian, macam-macam, mekanisme kerja, dan aplikasinya di kehidupan sehari-hari.
II. ISI
2.1 Pengertian Sistem Pendinginan Motor bakar berfungsi mengubah energi panas yang terkandung dalam bahan bakar menjadi tenaga gerak. Dari panas yang dihasilkan ini, kira-kira 25% digunakan sebagai tenaga penggerak, kira-kira 45% hilang terbawa gas buang dan hilang akibat gesekan-gesekan, sedangkan sisanya kira-kira 30% diserap oleh bagian-bagian motor itu sendiri. Panas yang diserap ini harus segera dibuang untuk menghindari panas yang berlebihan (over heating) yang dapat mengakibatkan mesin menjadi rusak,. Untuk itu diperlukan sistem pendingin mesin dengan media air atau udara untuk menstabilkan suhu kerja mesin antara 80-100 OC. Sistem pendinginan adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menjaga mesin supaya temperatur mesin dalam kondisi yang ideal. Mesin pembakaran dalam maupun luar melakukan proses pembakaran untuk menghasilkan energi dan dengan mekanisme mesin diubah menjadi tenaga gerak. Mesin bukan instrumen dengan efisiensi sempurna, panas hasil pembakaran tidak semuanya terkonversi menjadi energi, sebagian terbuang melalui saluran pembuangan dan sebagian terserap oleh material di sekitar ruang bakar. Mesin dengan efisiensi tinggi memiliki kemampuan untuk konversi panas hasil pembakaran menjadi energi yang diubah menjadi gerakan mekanis, dengan hanya sebagian kecil panas yang terbuang. Mesin selalu dikembangkan untuk mencapai efisiensi tertinggi, tetapi juga mempertimbangkan faktor ekonomis, daya tahan, keselamatan serta ramah lingkungan. 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 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.
2.2 Macam-macam Sistem Pendinginan Berdasarkan fluida pendingin, pendingin yang biasa digunakan pada engine kendaraan dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu sistem pendingin air dan sistem pendingin udara. 2.2.1 Sistem Pendingin Air Sistem pendingin air memiliki konstruksi yang lebih rumit dibanding pendingin udara, akan tetapi memiliki banyak kelebihan dibanding pendingin udara, diantaranya mesin menjadi relatif aman karena disekeliling silinder dikelilingi oleh air pendingin, air juga bisa meredam bunyi yang berlebihan dalam mesin, dan air juga bisa dijadikan pemanas ruangan di dalam ruang kemudi (khusus di Negara yang memiliki musim dingin).
Gambar 1. Sistem Pendingin Air
Cara kerja a. Bila mesin dingin Saat mesin masih dingin sirkulasi air pendingin hanya terjadi didalam mesin saja, tanpa melalui radiator, ini dikarenakan adanya thermostat yang masih menutup saat mesin dingin, jadi air yang mestinya kedalam radiator tertutup oleh thermostat dan akan melewati saluran bypass untuk kembali bersirkulasi kedalam mesin, proses ini juga bertujuan untuk mempercepat mesin mencapai suhu kerja normal yaitu sekitar 80-90 oC. b. Bila mesin panas Saat mesin sudah panas dan melebihi temperatur kerja maka thermostat akan terbuka dan saluran bypass akan tertutup sehingga air yang sudah panas akan dialirkan kedalam radiator untuk selanjutnya didinginkan oleh kipas dan laju kendaraan itu sendiri, selanjutnya cairan pendingin yang sudah didinginkan didalam radiator kembali dialirkan kedalam mesin untuk kembali mendinginkan mesin, begitu seterusnya sampai temperature kembali turun hingga thermostat kembali menutup, begitu seterusnya proses ini berulang.
Bagian-Bagian Sistem Pendingin Air Bagian-bagian sistem pendinginan air yang penting dan perlu dipelihara/diservis adalah: Radiator, tutup radiator, pompa air, kipas, katup termostat, dan tangki reservoir.
a. Radiator
Gambar 2. Radiator Radiator pada sistem pendinginan berfungsi untuk mendinginkan air atau membuang panas air ke udara melalui sisrip-sirip pendinginnya. Konstruksi radiator terdiri dari: 1)
Tangki atas Tangki atas berfungsi untuk menampung air yang telah panas dari mesin. Tangki atas dilerngkapi dengan lubang pengisian, pipa pembuangan dan saluran masuk dari mesin. Lubang pengisian harus ditutup dengan tutup radiator. Pipa pembuangan untuk mengalirkan kelebihan air dalam sistem pendinginan yang disebabkan oleh ekspansi panas dari air keluar atau ke tangki reservoir. Saluran masuk ditempatkan agak keujung tangki atas.
2)
Inti radiator (radiator core) Inti radiator berfungsi untuk membuang panas dari air ke udara agar suhu air lebih rendah dari sebelumnya. Inti radiator terdiri dari pipa-pipa air untuk mengalirka air dari tangki atas ke tangki bawah dan sisrip-sirip pendingin untuk membuang panas air dalam pipapipa air. Udara juga dialirkan diantara sirip-sirip pendingin agar pembuangan panas secepat mungkin. Warna inti radiator dibuat
hitam agar pepindahan panas radiasi dapat terjadi sebesar mungkin. Besar kecilnya inti radiator tergantung pada kapasitas mesin dan jumlah pipa-pipa air dan sisrip-siripnya 3)
Tangki bawah Tangki bawah berfungsi untuk menampung air yang telah didinginkan oleh inti radiator dan selanjutnya disalurkan ke mesin melalui pompa. Pada tangki bawah juga dipasangkan saluran air yang berhubungan dengan pompa air dan saluran pembuangan untuk membuang air radiator pada saat membersihkan radiator dan melepas radiator.
b. Tutup Radiator
Gambar 3. Tutup Radiator Tutup radiator berfungsi untuk menaikkan titik didih air pendingin dengan jalan menahan ekspansi air pada saat air menjadi panas sehingga tekanan air menjadi lebih tinggi daripada tekanan uadar luar. Di samping itu pada sistem pendinginan tetrutup, tutup radiator berfungsi untuk mempertahankan air pendingin dalam sistem meskipun dalam keadaan dingin atau panas. Untuk maksud tersebut tutup radiator dilengkapi dengan katup pengatur tekanan (relief valve) dan katup vakum.
Cara kerja katup-katup pada tutup radiator adalah sebagai berikut: Pada saat mesin dihidupkan suhu air pendingin segera naik dan akan menyebabkan kenikan volume air sehingga cenderung keluar saluran pengisian radiator. Keluarnya air tersebut ditahan oleh katup pengatur tekanan sehingga tekanan naik. Kenaikan tekanan akan menaikkan titik didih air yang berarti mempertahankan air pendingin dalam sistem. Bila kenaikan suhu sedemikian rupa sehingga menyebabkan kenaikan volume air yang berlebihan, tekanan air akan melebihi tekanan yang diperlukan dalam sistem. Karenya air akan mendesak katup pengatur tekanan untuk membuka dan air akan keluar melalui katup ini ke pipa pembuangan. Pada saat suhu air pendingin turun akan terjadi penurunan volume, yang akan menyebabkan terjadinya kevakuman dalam sistem yang selanjutnya akan membuka katup vakum sehingga dalam sistem tidak terjadi kevakuman lagi. Sistem yang menggunakan tangki reservoir, kevakuman akan diisi oleh air sehingga air dalam sistem akan tetap. Bila sistem tidak menggunakan tangki reservoir maka yang masuk adalah udara.
Gambar 4. Radiator dengan tangki reservoir
c. Pompa Air Pompa air berfungsi untuk menyirkulasikan air pendingin dengan jalan membuat perbedaan tekanan antara saluran isap dengan saluran tekan pada pompa. Pompa air yang biasa digunakan adalah pompa sentrifugal. Pompa air ini digerakkan oleh mesin dengan bantuan tali kipas (“V” belt) dan puli dengan perbandingan putaran antara pompa air dengan mesin sekitar 0,9 sampai 1,3. Hal ini dimaksudkan agar dapat mengalirkan air pendingin sesuai dengan operasi mesin.
Gambar 5. Konstruksi pompa air Pompa ini terdiri dari: (a) Poros, (b) Impeller, dan (c) Water seal d. Kipas Pendingin Kipas berfungsi untuk mengalirkan udara pada inti radiator agar panas yang terdapat pada inti radiator dapat dipancarkan ke udara dengan mudah. Kipas pendingin dapat berupa kipas pendingin biasa (yang diputarkan oleh mesin) atau kipas pendingin listrik. Kipas pendingin biasa digerakkan oleh putaran puli poros engkol. Poros kipas biasa sama dengan poros pompa air sehingga putaran kipas sama dengan putaran pompa.
Gambar 5. Penggerak kipas dengan motor listrik Pada kipas pendingin listrik digerakkan oleh motor listrik akan menghasilkan efisiensi pendinginan yang lebih baik (terutama pada kecepatan rendah dan beban berat) dan membantu pemanasan awalair pendingin yang lebih cepat, penggunaan bahan bakar yang lebih hemat, dan mengurangi suara berisik. Adapun cara kerja kipas pendingin listrik sebagai berikut:
Gambar 6. Cara kerja kipas pendingin listrik Bila suhu air pendingin dibawah 83 ºC temperature switch ON dan relay berhubungan dengan masa. Fan relay coil terbuka dan motor tidak bekerja. Bila suhu air pendingin di atas 83 ºC, temperature switch akan OFF dan sirkuit relay ke masa terputus. Fan relay tidak bekerja, maka kontak poin merapat dan kipas mulai bekerja.
e. Katup Termostat Katup termostat berfungsi untuk menahan air pendingin bersirkulasi pada saat suhu mesin yang rendah dan membuka saluran adri mesin ke radiator pada saat suhu mesin mencapai suhu idealnya. Katup termostat biasanya dipasang pada saluran air keluar dari mesin ke radiator yang dimaksudkan agar lebih mudah untuk menutup saluran bila mesin dalan keadaan dingin dan mebuka saluran bila mesin sudah panas.
Gambar 7. Katup Termostat Ada 2 tipe termostat, yaitu tipe bellow dan tipe wax. Kebanyakan termostat yang digunakan adalah tipe wax. Di samping itu termostat tipe wax ada yang menggunakan katup by pass dan tidak menggunakan katup by pass. Cara kerja katup termostat adalah sebagai berikut: Pada saat suhu air pendingin rendah katup tertutup atau saluran dari mesin ke radiator terhalang oleh wax (lilin) yang belum memuai. Bila suhu air pendingin naik sekitar 80 sampai dengan 90 derajat Celcius maka lilin akan memuai dan menekan karet. Karet akan berubah bentuk dan menekan poros katup. Oleh karena posisi poros tidak berubah maka maka karet yang sudah berubah tersebut akan membawa katup untuk membuka.
Gambar 8. Katup termostat pada saat suhu 80-90 ºC
Gambar 9. Termostat dengan katup by pass Untuk menghindari terjadinya tekanan air yang tinggi pada saat katup termostat tertutup, pada saluran di bawah katup dibuatkan saluran ke pompa air yang dikenal dengan saluran pintas (by pass).
Gambar 10. Termostat dengan katup by pass pada saat dingin Cara kerja katup by pass pada termostat dapat dilihat pada sistem pendingin mesin pada saat dingin dan panas.
Gambar 11. Termostat dengan katup by pass pada saat panas
Cara Kerja Sistem Pendinginan Air pendingin bersirkulasi di water jacket untuk mendinginkan mesin yang panas itu. Ketika air pendingin telah panas maka air pendingin itu akan masuk ke radiator setelah melalui thermostat yang mengaturnya. Di radiator air pendingin yang panas itu akan didinginkan oleh kipas radiator dan siripsirip radiator dan ketika proses pendinginan telah selesai maka akan menuju kembali ke mesin untuk mendinginkan mesin. Pompa air mempercepat proses pendinginan itu.
Gambar 12. Cara kerja sistem pendingin
Pemeliharaan/Servis Sistem Pendingin Air a. Pemeliharaan/servis Radiator dan tutup radiator. Bagian-bagian radiator dapat dilihat pada gambar 13.
Gambar 13. Bagian-bagian radiator Pemeriksaan dan Perbaikan radiator dilakukan sebagai berikut: 1) Pemeriksaan pipa-pipa dan bagian yang disolder pada tangki atas dan bawah dari kemungkinan bocor, kalau perlu diperbaiki atau diganti 2) Periksa sirip dan inti radiator dan perbaiki sirip yang menghambat saluran air dengan menggunakan obene pipih (Gambar 14)
Gambar 14. Perbaikan radiator
3) Bila yang tersumbat dari intinya melebihi 20 persen radiator harus diganti 4) Periksalah slang radiator dan jika ternya rusak atau keras harus diganti 5) Periksalah katup pengatur pada tutup radiator dan katup vakum dari kemungkinan pegasnya yang lemah atau dudukannya kurang rapat. Jika katup membuka pada tekanan di bawah harga spesifikasi atau ada kerusakan lain , tutup radiator harus diganti (Gambar 15)
Gambar 15. Pemeriksaan tutup radiator b. Pemeliharaan/servis Pompa air Untuk
servis
membersihkan,
pompa
mengganti
air
dilakukan
seal-seal
dengan
yang
bocor,
membongkar, memastikan
kerapatannya dan merakit kembali. Untuk memahami pompa air dapat dilihat bagian-bagian pompa air seperti gambar 16.
Gambar 16. Bagian-bagian Pompa air
c. Pemeliharaan/servis Termostat Untuk menservis termostat dilakukan dengan cara: (a) membuka termostat dari sistem pendinginan, (b) memeriksa termostat dengan cara: menaruh termostat pada tempat yang berisi air (lihat gambar 24). Periksalah suhu saat pembukaan katup dengan jalan manikkan suhu air sedikit demi sedikit. Termostat harus diganti bila ternyata terdapat kerusakan, (c) mamasang kembali termostat pada sistem.
Gambar 17. Pemeriksaan termostat dan contoh spesifikasinya 2.2.2 Sistem Pendingin Udara Sistem pendingin udara yang digunakan pada engine diambil langsung oleh udara melalui sirip-sirip pendingin. Kemudian diserap oleh udara luar yang temperaturnya jauh lebih rendah. Konstruksi dan jumlah sirip
pendingin tergantung besar kecilnya engine dan kecepatan perpindahan kalor dari sirip-sirip pendingin ke udara. Sirip-sirip ini dipasangkan di sekeliling silinder dan kepala silinder. Udara yang menyerap panas dari sirip-sirip pendingin harus bersirkulasi agar udara di sekitar sirip-sirip pendingin temperaturnya tetap rendah.
Gambar 18. Sistem Pendingin Udara Pada pendingin udara ini, hembusan udara mejadi lebih cepat pada saat kendaraan berjalan atau dilakukan oleh sebuah kipas. Konstruksi engine dengan pendingin udara disbanding pendingin air mempunyai keuntungan antara lain: a.
Konstruksi lebih sederhana.
b.
Harga relatif lebih murah.
c.
Perawatan relatif tidak ada.
Namun demikian juga mempunyai kerugian antara lain: a.
Pendingin tidak merata.
b.
Suara engine keras karena adanya getaran dari sirip-sirip pendingin.
Gambar 19. Kipas pada roda gila tanpa pengaruh aliran dan dengan pengarah aliran Pendinginan ini banyak digunakan pada sepeda motor. Untuk mengefektifkan pendinginan udara banyak dijumpai dengan menambah suatu kipas yang digerakkan langsung oleh poros engkol. Jika engine dihidupkan, maka kipas akan ikut berputar, sehingga udara menuju sudut-sudut hantar ke sirip-sirip kepala silinder dan blok silinder. Dengan menggunakan kipas ini maka pendingin akan lebih merata disbanding yang tidak memakai kipas, cara ini digunakan pada sepeda motor. Contoh: vespa, Suzuki jet cooled (RC), Yamaha force 1 dan beberapa mobil, contohnya: VW lama (safari, combi dan kodok).
2.3 Aplikasi Sistem Pendinginan 2.3.1 Sistem Pendingin pada AC Dalam sistem AC pendingin udara, menggunakan refrigerant sebagai media pendingin ruangan. Sistem ini merupakan sistem yang dipakai pada skala ruangan yang lebih kecil, seperti rumah, perkantoran sekala kecil, atau ruang-ruang kontrol yang memerlukan perlakuan khusus dalam hal
temperatur/ suhu. Dan jenis yang umum digunakan. Jenis ini kurang cocok untuk pendinginan ruangan yang besar, karena disamping ruangan yang dibutuhkan sangat besar, terutama outdoor, juga dalam pengoperasiannya lebih mahal. Termasuk sistem indirect cooling (pendinginan tidak langsung), dimana proses pendinginan menggunakan air sebagai media, yang diproses oleh AHU (air handling unit) atau FCU. Sistem pendinginan melalui air sebagai media, digunakan pada gedung-gedung besar, seperti mall. Bandara atau perkantoran yang besar. Sistem ini dalam operasionalnya lebih efisien diibandingkan dengan menggunakan refrigerant secara langsung, tetapi investasi awal yang sangat mahal. 2.3.2 Sistem Pendingin pada Motor Sistem pendinginan motor menggunakan prinsip pemindahan panas secara konduksi, konveksi dan radiasi. Panas diserapsecara konduksi dari metal disekeliling silinder, dari katup, dari kepala silinder menuju cairan pendingin. Permukaan logam dengan cairan pendingin terjadi perpindahan panas secara konveksi dan didalam cairan pendingin terjadi sentuhan dan perpindahan panas, sehingga air menjadi panas dalam kantong-kantong air pendingin, yang terletak didalam blok silinder. 2.3.3
Sistem Pendingin pada Diesel Motor diesel penggerak generator yang banyak dipakai di lapangan, umumnya motor diesel selinder tunggal-horisontal berpendingin air. Sirkulasi air pendingin menggunakan sistem sirkulasi alam atau dengan sirkulasi air pendingin tidak menggunakan pompa sirkulator (water pump). Sirkulasi jenis ini berlangsung karena adanya perbedaan berat jenis air pendingin akibat rambatan panas yang diterima dari blok silinder.
2.3.4
Sistem Pendingin pada Mobil Mobil
diperlukan
sistem
pendinginan
yangberfungsi
untuk
menurunkan temperatur pada mesin, karena mesin dapat menghasilkan efesiensi kerja yang baik pada temperature mesin sekitar 800 C sampai dengan 850 C
III. PENUTUP
3.1 Kesimpulan Sistem pendinginan adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menjaga mesin supaya temperatur mesin dalam kondisi 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. Berdasarkan fluida pendingin, pendingin yang biasa digunakan pada engine kendaraan dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu sistem pendingin air dan sistem pendingin udara. Aplikasi sistem pendingin dapat kita temukan pada kehidupan sehari-hari misalnya pada AC, mobil, diesel, motor, dll.
3.2 Saran Sebagai mahasiswa Teknik Pertanian, kita harus mengetahui sistem-sistem pada motor bakar dan tenaga pertanian, salah satunya yaitu sistem pendingin. Semoga dengan adanya makalah ini dapat menambah wawasan mahasiswa tentang sistem pendingin.
DAFTAR PUSTAKA http://www.bppptegal.com/v1/index.php?option=com_content&view=article&id=228:sistem-pendinginanmotor-diesel&catid=44:artikel&Itemid=85
