MAKALAH SISTEM PENDINGIN MOTOR BAKAR
Disusun Oleh : Arif Widayuni 210005028
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL YOGYAKARTA
Sistem Pendingin Motor Bakar
Motor bakar berfungsi mengubah energi panas yang terkandung dalam bahan bakar menjadi energi mekanik (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 serangkaian komponen yang tergabung dalam suatu sistem pendinginan untuk menjaga mesin tetap pada suhu kerja. Sistem pendinginan motor bakar adalah serangkaian komponen dalam suatu sistem yang berfungsi untuk menjaga mesin pada temperatur kerja sehingga mesin dapat beroperasi maksimal dan mencegah terjadinya overheat. Sistem pendinginan terdiri dari bermacam jenis sesuai dengan komponen yang didinginkan dan kapasitas motor itu sendiri. Namun pada dasarnya sistem pendinginan pada motor bakar digolongkan menjadi : 1. Sistem Pendingin Jacket Water (JCW) 2. Sistem Pendingin Lube Oil Cooler (LOC) 3. Sistem Pendingin Intercooler (ICC) Sistem pendinginan Jacket Water adalah sistem pendinginan menggunakan medium air ataupun fluida coolant sebagai penyerap panas yang bersirkulasi melaui water jacket (mantel air) pada blok mesin dan kepala silinder. Selanjutnya medium yang telah menyerap panas dimasukan kedalam radiator untuk didinginkan. Setelah dingin medium tersebut bersirkulasi lagi untuk menyerap panas. Sedangkan proses pendinginan pelumas adalah
pelumas dari sump tank dipompa keluar
dengan menggunakan oil gear pump, lalu melalui filter masuk kedalam Oil Cooler dan untuk selanjutnya masuk kembali kedalam mesin melalui fine filter (filtrasi akhir), tetapi sebelumnya minyak pelumas melewati thermostat untuk mengatur batasan temperatur pelumas yang masuk kedalam mesin. Proses pendingin pada Intercooler Cooling (ICC) adalah udara yang akan masuk ke ruang bakar dibantu oleh turbo atau supercharger. Udara tersebut masuk ke Intercooler untuk didinginkan sebelum masuk ke ruang bakar untuk pembakaran. Intercooler digunakan untuk mendapatkan pasokan udara pembakaran bertemperatur rendah dengan kadar oksigen yang
tinggi, sehingga nantinya bahan bakar dapat terbakar sempurna di ruang bakar. Pada makalah saya ini tidak akan dibahas lebih jauh mengenai sistem pendingin intercooler dan sistem pendingin pelumas, hanya sistem pendingin jacket water .
1.Sistem Pendingin Jacket Water (JCW)
Sistem Pendinginan Jacket Water adalah suatu sistem pendinginan yang digunakan untuk menyerap panas yang dihasilkan dari panas pembakaran pada ruang bakar melalui saluran mantel air (Water Jacket), dengan medium air ataupun fluida coolant yang disirkulasi oleh pompa. Tujuan dari sistem ini adalah mengurangi panas berlebih yang dihasilkan oleh kerja mesin. Sehingga material komponen mesin tidak terjadi overheating , penyebab komponen atau spare part tertentu menjadi rusak. Umumnya sistem pendinginan Jacket Water bertanggung jawab untuk menjaga kestabilan temperatur komponen tertentu yaitu silinder linier dan silinder head. Silinder liner merupakan komponen tempat terjadi gesekan antara silinder liner dengan piston. Gerakan translasi piston menyebabkan panas ditambah dengan panas hasil pembakaran menyebabkan silinder liner menjadi sangat panas. Untuk melindungi panas yang berlebih dilakukan pendinginan silinder liner pada sisi luar dari ruang bakar dengan cara mengalirkan medium secara kontinyu. Silinder head memerlukan pendingin karena pada bagian bawahnya adalah ruang bakar dan juga tempat pertama keluarnya gas buang sebelum ke exhaust manifold . Dalam silinder head juga terdapat banyak komponen yang bergerak seperti gerakan rocker arm juga menambah panas yang terjadi sehingga sangat memerlukan pendinginan.
Gambar Sistem Pendingin Jacket Water
Skema Kerja Sistem Pendinginan Jacket Water
Pada umumnya skema kerja sistem pendinginan Jacket Water terdiri dari 2 fase, yaitu : 1. Fase Pemanasan Ketika mesin baru akan dihidupkan (biasanya di pagi hari), suhu air pada radiator berkisar pada suhu ruang yaitu sekitar 23°C. Ketika mesin dinyalakan, air yang berada di dalam blok mesin bersirkulasi dengan bantuan waterpump melewati selang by-pass tanpa melewati radiator. Hal ini dikarenakan lubang air menuju radiator masih ditutup oleh termostat, sementara itu lubang by-pass yang letaknya berseberangan dengan lubang menuju radiator terbuka memungkinkan waterpump mengalirkan air yang keluar dari blok mesin untuk kembali masuk ke dalam blok mesin, oil cooler dan cylinder head. Fase ini disebut sebagai fase pemanasan dimana air yang bersirkulasi di dalam blok mesin sengaja tidak di dinginkan agar suhu kerja mesin, berkisar di 85-90°C cepat tercapai. 2. Fase Pendinginan Ketika mesin mencapai suhu kerja, temperatur air pada sistem sirkulasi fase pendinginan pun naik hingga 85-90°C. Ketika air dengan temperatur tersebut sampai ke rumah thermostat, thermostat yang oleh pabrikan di-set untuk membuka pada suhu antara 85-90°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 waterpump untuk memompa air dari dalam radiator untuk menjaga temperatur kerja dari mesin tersebut. Air yang keluar dari blok mesin masuk ke radiator untuk didinginkan. Didalam radiator air tersebut dialirkan melalui pipa radiator yang tersusun rapat (bersentuhan) dengan kisi-kisi atau sirip radiator dengan tujuan panas air yang melewati pipa radiator dapat berpindah secara konduksi ke sirip radiator. Selanjutnya pipa raiator dan sirip-sirip radiator didinginkan dengan bantuan tiupan angin dari fan, baik mekanik maupun elektrik. Disaat mesin berkerja pada putaran rendah, suhu kerja mesin turun dari 85°C, maka otomatis si thermostat kembali menutup untuk menjaga
temperatur air tidak berkurang dari suhu kerja mesin, dan akan membuka kembali ketika suhu tersebut tercapai kembali.
Gambar Skema Aliran Air Radiator
Komponen Sistem Pendinginan Jacket Water
Adapun komponen-komponen Jacket Water terdiri dari : 1. Radiator Berfungsi untuk mendinginkan cairan pendingin yg telah menjadi panas setelah melewati komponen mesin. Radiator terdiri dari tabung atas dan bawah yg dihubungkan dengan pipa tertutup rapat dengan sirip-sirip yang berfungsi untuk mengalirkan sekaligus mendinginkan air pendingin.
Gambar Radiator
2. Tutup Radiator Tutup radiator dilengkapi dengan tutup radiator yang bertekanan dan menutup radiator dengan rapat. tutup radiator dilengkapi dengan 2 buah katup yaitu katup vakum dan katup tekan. Tutup radiator ini berfungsi untuk menaikkan titik didih cairan pendingin dan menjaga agar volume air pendingin selalu tetap.
Gambar Tutup Radiator 3. Thermostat Pada umumnya efesiensi kerja mesin akan maksimal jika suhu kerja mesin pada 80-93°C. Thermostat berfungsi untuk mempercepat tercapainya suhu kerja mesin saat mesin masih dingin dan mempertahankan mesin selalu pada suhu kerjanya. Thermostat dipasang antara radiator dan sirkuit pendingin (silinder block dan silinder head). Thermostat bekerja seperti katup otomatis yang bekerja berdasarkan panas, dimana pada waktu dingin katup akan menutup dan pada waktu panas katup akan membuka.
Gambar Thermostat
4. Kipas (Impeler) Radiator didinginkan oleh aliran udara luar yang mengalir melewati sirip-siripnya. Pada saat kendaraan berhenti aliran udara tidak akan cukkup untuk mendinginkan radiator. Untuk mengatasi hal ini maka dibelakang radiator dipasang kipas pendingin untuk membantu agar aliran udara selalu cukup untuk mendinginkan radiator. Ada 2 jenis kipas yang sering digunakan pada kendaraan yaitu kipas yang digerakan oleh motor listrik dan kipas manual yang digerakan oleh poros engkel mesin itu sendiri melalui talli kipas/V-belt.
Gambar Kipas Radiator
5. Tangki Cadangan (Reservoir Tank) Reservoir Tank dihubungkan ke radiator melaui selang overflow. Reservoir Tank ini berfungsi untuk menjaga agar volume air pendingin selalu stabil.
Gambar Tangki Reservoir
6. Pompa Air (Water Pump) Berfungsi untuk mensirkulasikan air pendingin dengan tekanan. Pompa yang digunakan umumnya adalah type sentrifugal. Pompa ini digerakan oleh poros engkel melalui tali kipas(v-belt). Pada bagian kepala pompa merupakan dudukan tempat pemasangan kipas pendingin radiator.
Gambar Pompa Air Radiator
7. Slang Radiator Slang radiator adalah komponen yang berfungsi sebagai pipa atau slang yang menghubungkan aliran air pendingin antara radiator dan blok mesin atau kepala silinder. Slang radiator biasanya terbuat dari bahan elastis berupa ka ret yang tahan panas.
Gambar Slang Radiator
8. Kran Radiator Pada bagian bawah radiator terdapat saluran pembuangan yang berfungsi untuk membuang endapan kotoran dari medium atau cairan pendingin dan kootoran lainya pada sistem pendinginan yang dapat menggangu sirkulasi air. Jadi, kran radiator berfungsi menutup saluran pembuangan radiator. Untuk pembuangan endapan biasanya dilakukan secara manual dengan membuka kran radiator.
Gambar Tutup Kran Radiator
2.Sistem Pendingin Pelumas ( L ube Oil Coolin g )
Umunya sistem pendingin Jacket Water hanya bertanggung jawab menjaga temperatur komponen yang tidak bergerak seperti silinder linier blok mesin dan kepala silinder. Sedangkan komponen yang bergerak seperti crankshaft , camshaft , rocker arm, valve, piston, conecting root dan komponen begerak lainya juga mengalami kenaikan temperatur yang tinggi karena gesekan akibat kerja mesin. Biasanya temperatur panas pada komponen tersebut diserap oleh oli, sehingga selain sebagai pelumas, oli juga berfungsi sebagai media pendingin atau penyerap panas. Maka oli juga mengalami kenaikan temperatur yang tinggi yang dapat mempengaruhi viskositas sehingga pelumasan jadi kurang baik dan komponen bergerak yang terlumasi oli bisa rusak karena overheating. Sehingga diperlukan juga sistem pendinginan oli (lube oil cooling). Sistem pendingin oli biasanya terhubung dengan sistem pendingin Jacket Water karena medium atau media pendingin oli berasal dari sirkulasi air pada radiator. Berikut adalah rangkaian sistem pendingin oli :
Gambar oil cooler yang terhubung jacket water cooler
Skema Sistem Pendingin Pelumas
Pada sistem pelumasan, oli biasanya dipompa dengan oil pump untuk bersirkulasi kembali ke ruang mesin untuk pelumasan. Oli biasanya didinginkan terlebih dahulu di oil cooler / heat exchanger . Oli yang bertemperatur tinggi dari ruang mesin masuk kedalam pipa didalam oil cooler . Didalam oil cooler di sekeliling pipa tersebut terdapat ruang sirkulasi air biasanya berebentuk tabung. Pipa saluran oli dan ruang sirkulasi air didalam oil cooler tidak terhubung sehingga oli dan air tidak bercampur. Panas dari oli yang melewati pipa oil cooler diserap oleh sirkulasi air yang dipompa oleh water pump sehingga temperatur oli turun dan siap disirkulasikan ke ruang mesin untuk pelumasan. Air yang keluar dari oil cooler selanjutnya dipompa ke radiator untuk didinginkan, setelah didinginkan selanjutnya air tersebut disirkulasikan lagi ke water jacket dan oil cooler untuk pendinginan oli dan mesin begitu seterusnya.
Gambar Oil Cooler
3.Sistem Pendingin Intercooler (ICC)
Pada motor bakar yang menggunakan turbo atau supercharger maka pasokan udara yang masuk ke ruang bakar di supply oleh governor dan turbo tersebut. Turbo atau supercharger digerakkan oleh tekanan gas buang sisa pembakaran yang menggerakkan turbin pada turbo. Melalui rotor putaran tersebut diteruskan ke putaran turbin blower, turbin blower menghisap udara luar untuk supply udara ke ruang bakar. Pasokan udara dari turbo bertemperatur cukup tinggi, sehingga kadar oksigennya pun kurang. Alhasil pembakaran di ruang bakar kurang sempurna karena kurang oksigen pada udara pembakaran di ruang bakar. Sehingga diperlukan intercooler yang berfungsi mendinginkan dan memampatkan udara
untuk pembakaran sehingga udara yang masuk ke ruang bakar
bertemperatur rendah dengan kadar oksigen tinggi dan nantinya pembakaran bahan bakar di ruang bakar bisa sempurna. Intercooler berbentuk seperti radiator dengan saluran dan sirip-sirip pendingin, hanya saja intercooler digunakan untuk mendinginkan udara udara dari turbo sebelum masuk ke ruang bakar. Prosese pendinginanya juga menggunakan tekanan angin (udara bebas) dari luar dan sirkulasi air radiator pada lantai atau dinding intercooler untuk menyerap kalor pada udara yang akan masuk kedalam ruang bakar. Biasanya intercooler dipasang di bagian depan kendaraan untuk sirkulasi udara yang baik.
Gambar kerja Intercooler
