BAB I PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi dari waktu ke waktu mengalami kemajuan yang pesat pesat teruta terutama ma dalam dalam bidang bidang transpo transporta rtasi. si. Dalam Dalam bidang bidang ini manusi manusiaa terus terus melakukan melakukan berbagai berbagai inovasi inovasi untuk mengembangkan mengembangkan alat-alat transportas transportasii guna memenu memenuhi hi mobili mobilitas tas mereka mereka.. Alat Alat transpo transportas rtasii yang yang hemat hemat bahan bahan bakar bakar serta serta mempun mempunyai yai desain desain eksteri eksterior or dan interio interiorr yang yang bagus. bagus. Disamp Disamping ing harga harga beli beli kemudahan dalam penyediaan spare parts dan sevice menjadi satu pertimbanagn sendiri sendiri bagi konsumen dalam membeli membeli produk produk otomotif. otomotif. Untuk Untuk memaksimalk memaksimalkan an performa mesin dan konsumsi bahan baker yang hemat dalam mobil tidak terlepas dari unjuk kerja pendinginan mesin karena apabila unjuk kerja pendingin mesin beg begus us maka maka akan akan terda terdapa patt peng penghe hema mata tan. n. Dalam Dalam hal hal kons konsum umsi si daya daya yang yang diperlukan untuk proses pendinginan. Toyota Astra Step I (1996:3-29) menyatakan bahwa “Pendinginan pada mesin sngat penting dilakukan, dilakukan, hal ini dikarenakan dikarenakan pendingin pendinginan an itu memiliki beberapa manfaat.” Manfaat itu antara lain : 1.
Mencegah panas yang berlebihan dalam mesin
2.
Mengurangi keausan pada mesin
3.
Sebagai media pendingin mesin Sedang Sedangkan kan temperatu temperature re
air yang diguna digunakan kan sebagai sebagai media media pendin pendingin gin
mesin mempunyai fungsi yang tidak kalah pentingnya dengan pendinginan itu sendiri dimana temperature air yang digunakan sebagai media pendinginan, maka akan semakin baik hasil yang didapat dari dari pendinginan tersebut. Dapat dibuktikan dengan adanya berbagai macam cairan penambah/ coolant yang diproduksi oleh produsen, yang mempunyai titik didih yang lebih tinggi dari pada air biasa. Jarak kipas pendingin mempunyai pengaruh penting apalagi antara radiator dan kipas tidak diberi pelindung.
1
2 Ada bebera beberapa pa faktor faktor yang yang mempen mempengar garuhi uhi temper temperatur atur mesin. mesin. Tipe Tipe inti inti radiat radiator or pada pada sebuah sebuah kendar kendaraan aan dapat dapat mempen mempengar garuhi uhi temper temperatu aturr air radiat radiator or kend kendara araan an ters terseb ebut ut.. Tipe Tipe inti inti radi radiat ator or menu menuru rutt sirip sirip – siri sirip p pend pendin ingi gin n nya nya dibedakan menjadi dua macam; yaitu tipe plat ( plate fin type) dan tipe lekukan (currogated fin type ). Dimana tipe lekukan mempunyai kemampuan pendinginan yang lebih baik dari tipe plat karena tipe lekukan lekukan memiliki susunan pipa tunggal sehingga bentuknya lebih tipis dan lebih ringan sehingga pendinginannya lebih sempurna dari tipe plat. Faktor Faktor lainnya lainnya yang berpengaruh berpengaruh terhadap temperatur temperatur mesin adalah jarak bebas radiator dari kipas pendingin. Semakin jauh jarak bebas radiator dari kipas pendingin maka efektivitas pendinginannya akan semakin kurang sebaliknya bila semakin dekat jarak pemasangan radiator dari kipas pendingin maka efektivitas pendinginannya akan semakin baik. Jenis Jenis fluida fluida pengis pengisii radiat radiatorp orpun un juga juga dapat dapat mempen mempengar garuhi uhi temper temperatu atur r mesin. Jenis fluida pengisi radiator dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu air dan coolant . Radiat Radiator or yang yang menggu menggunak nakan an coolant sebagai sebagai fluida fluida pengisinya pengisinya memiliki efektivitas pendingin lebih baik, karena mempunyai titik didih lebih tinggi dari pada air. Dalam upaya untuk meningkatkan kerja pendinginan mesin kondisi dari bagian-bagian tersebut harus dalam keadaan sempurna. Dari uraian tersebut maka pen penul ulis is tert tertari arik k untu untuk k mela melaku kuka kan n pene peneli litia tian n deng dengan an judu judull “PEN “PENGA GARU RUH H PENAMBAHA PENAMBAHAN N RADIATOR RADIATOR COOLANT DAN JARAK BEBAS RADIATOR TERHADAP TEMPERATUR MESIN PADA MOBIL TOYOTA KIJANG 5K TAHUN 2000”.
B.
Identifikasi Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang diatas, maka dalam penelitian ini dapat diidentifikasikan berbagai masalah yang timbul berkaitan dengan penelitian ini, yaitu faktor-faktor yang berpengaruh terhadap pendinginan radiator. Faktor-faktor tersebut adalah sebagai berikut : 1.
Fluida pen peng gisi Rad Radiiator
3 2.
Jara Jarak k bebas ebas kipas ipas pen pendin dingin gin
3.
Tipe inti radiator
4.
Dime Dimens nsii dan dan sudu sudutt sud sudu u kip kipas as pend pendin ingi gin n
5.
Jenis ki kipas pe pendingin
6.
Keke Kekenc ncan angg ggan an puli puli peng pengge gera rak k pom pompa pa air air
7.
Kead Keadaa aan n pip pipaa – pip pipa pen pengh ghub ubun ung g
8.
Perba rbandingan ali aliran ud udara
9.
Luas Luas perm permuk ukaa aan n kisi kisi-k -kis isii radi radiat ator or
10.
Perbeda Perbedaan an temper temperatu aturr antar antaraa air air dan dan udara udara
C.
Pembatasan Masalah
Agar penelitian ini tidak menyimpang dari masalah yang diteliti maka masalah dalam penelitian ini dibatasi hanya pada pengaruh penambahan Radiator
Coolant dan jarak bebas radiator terhadap temperatur mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000.
D.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah, identifikasi masalah dan pembatasan masalah, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: 1. Adak Adakah ah peng pengar aruh uh vari varias asii pena penamb mbah ahan an radi radiat ator or coolant pada radiator radiator terhadap temperatur mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000? 2. Adak Adakah ah peng pengar aruh uh vari varias asii jara jarak k beba bebass pend pendin ingi gina nan n radi radiat ator or terh terhad adap ap temperatur mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000? 3. Adakah Adakah interak interaksi si antara antara variasi variasi penamb penambaha ahan n radiator radiator coolant pada radiator dan jarak bebas radiator terhadap temperatur mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000? 4. Manaka Manakah h interak interaksi si antara antara varias variasii penamba penambahan han coolant pada radiator dan jarak bebas radiator yang paling minimal terhadap temperatur mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000?
4 E.
Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut, 1. Ada tidaknya tidaknya pengaruh pengaruh variasi variasi penamb penambahan ahan radiator radiator coolant pada radiator terhadap temperature mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000. 2. Ada tidaknya tidaknya pengaruh pengaruh variasi variasi jarak jarak bebas radiator radiator terhada terhadap p temperat temperature ure mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000. 3. Ada tidakny tidaknyaa pengar pengaruh uh bersama bersama (interak (interaksi si )antara )antara varias variasii penamb penambaha ahan n radiator coolant pada radiator dan jarak bebas radiator terhadap temperature mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000. 4. Interak Interaksi si antara antara varias variasii penamba penambahan han radia radiator tor coolant pada radiator dan jarak bebas bebas radiator yang paling paling minimal minimal terhadap terhadap temperature temperature mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000.
F.
Manfaat Penelitian
1. Manf Manfaa aatt Teor Teorit itis is a.
Menambah ilmu pengetahuan bagi peneliti dan para pembaca
tentang pengaruh variasi penambahan coolant pada radiator dan jarak bebas radiator terhadap temperatur mesin pada mobil Toyota Kijang 5K tahun 2000. b.
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan kontribusi bagi
pengemban pengembangan gan bidang bidang konversi konversi energi khususnya khususnya dalam bidang bidang mekanika mekanika fluida dan perpindahan panas terkhusus lagi dalam pengembangan rekayasa otomotif.
2. Man Manfaat faat pra prak ktis tis a. Sebaga Sebagaii pertim pertimban bangan gan dan perban perbandin dingan gan bagi pengemba pengembanga ngan n penelit penelitian ian sejenis di masa mendatang. b. Sebaga Sebagaii bahan bahan referensi referensi dan informa informasi si bagi Program Program Pendidi Pendidikan kan Teknik Teknik Mesin Mesin Jurus Jurusan an Pendid Pendidika ikan n Teknik Teknik Kejuru Kejuruan an Fakult Fakultas as Keguru Keguruan an dan Ilmu Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret.
BAB II LANDASAN TEORI A. Tinj Tinjau auan an Pust Pustak aka a
1.
Sistem Pendingin Mesin
Toyota Astra Step 1 (1996:3-29) menyatakan bahwa “Hanya kira-kira 25% energi yang dimanfaatkan secara efektif 45% lainnya hilang saat gas buang atau gese geseka kan n dan dan 30% 30% dise disera rap p oleh oleh mesi mesin n itu itu send sendir iri. i.”” RS.N RS.Nor orth thop op (199 (1991: 1:14 149) 9) menyatakan bahwa “energi panas yang dibuang melalui emisi gas buang sebanyak 36%, hilang akibat gesekan dan memanaskan memanaskan minyak pelumas sebanyak sebanyak 7% dan sisanya sekitar 33% hilang diserap oleh sistem pendinginan mesin.” a.
Sist Sistem em Pend Pendin ingi gin nan Mesi Mesin n 1)
Sist Sistem em Pend Pendin ingi gina nan n Uda Udara ra
Sist Sistem em pend pendin ingi gina nan n udara udara meng menggu guna naka kan n hemb hembus usan an udar udaraa pada pada siri siripp-si sirip rip pendingin mesin yang dibuat pada bagian silinder dan kepala silinder, panas yang timbul pada mesin tersebut akan dirambatkan pada bagian sirip dan kemudian dibuang bersama udara yang sedang mengalir pada disela-sela sirip pendingin.
Gambar.1 Cara Kerja Sistim Pendingin Udara 52
53 (R.S Northop, 1997:160) 2)
Sis Sistem tem Pen Pendi din ngin gin Air Air
Sistem pendinginan air menggunakan fluida pendingin untuk membantu proses pendinginan pada mesin. Fluida tersebut dialirkan melalui mantel jacket yang terdapat terdapat pada blok silinder mesin. Fluida menyerap panas kemudian dialirkan ke radi radiat ator or untu untuk k didi diding ngin inka kan n deng dengan an kipa kipas. s. Syst System em pend pendin ingi gin n air air bias biasan anya ya dilengkapi dengan pengontrol suhu dan tekanan agar suhu mesin selalu stabil sesuai dengan suhu kerja mesin.
Gambar.2 Cara Kerja Sistim Pendingin Air (Toyota Astra Step 1:3-29) Bagian-bagian dari sistem pendingin air antara lain : (a) (a)
Wate Wa terr Jakc Jakcke ket, t, temp tempat at sirk sirkul ulas asii air air pend pendin ingi gin n dala dalam m mesi mesin, n, terd terdap apat at disekeliling lubang silinder dan kepala silinder.
(b) (b)
Radi Radiat ator or,, meru merupa paka kan n suat suatu u alat alat penu penuka karr pana panass dima dimana na aliran aliran flui fluida da pana panass (air) bersilangan tegak lurus dengan arah aliran fluida dingin (udara) dan kedua fluida tersebut tidak bercampur. Kedua fluida tersebut hanya mengalir sekali dalam dalam saluran penukar penukar panas atau biasa disebut disebut single pass. pass. Bagian utama radiator adalah inti radiator yang berupa sirip-sirip dan berkas pipa yang disusun diantara sirip-sirip tersebut. Fluida yang keluar dari mesin berupa air panas mengalir kedalam inti radiator yang terdiri dari tabungtabung yang mempunyai sirip-sirip pendingin radiator. Menurut bentuk intinya, radiator dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :
54 1)
Inti radiator tipe plat
2)
Inti radiator tipe currogated (lekukan)
3)
Inti radiator tipe SR (sinle row)
Gambar.3 Bentuk Inti Radiator (Toyota Astra Step 1:3-32) Disamping menurut bentuk intinya, radiator juga dibedakan menurut arah aliran airnya, yaitu : 1)
Radiator dengan arah aliran ke bawah, yaitu radiator
dengan pipa-pipa air tersusun vertikal. 2)
Radi Radiat ato or den dengan gan arah arah alir aliran an melin elinta tang ng,, yaitu aitu radi radiat ato or
dengan pipa-pipa air tersusun horisontal. (c)
Kipas Kipas Radiat Radiator, or, berfu berfungs ngsii untuk untuk memperc mempercepat epat aliran aliran udara udara melewa melewati ti bagian bagian inti radiator, dengan mengalirnya mengalirnya udara melewati inti radiator radiator berarti panas pada air akan dibawa oleh udara yang mengalir tersebut.
(d) (d)
Pomp Pompaa Air, Air, bergu berguna na agar agar air air pend pendin ingi gin n mesi mesin n yang yang berad beradaa dida didala lam m wate water r jacket dan radiator dapat bersirkulasi dengan cepat.
(e) (e)
Selan Selang g Kare Karet, t, diguna digunaka kan n untu untuk k meng menghu hubu bung ngka kan n anta antara ra wate waterr jack jacket et dan radiator, biasanya selang karet yang dipasang sebanyak dua buah.
55 (f)
Thermo Thermosta stat, t, merupa merupakan kan sebu sebuah ah katup katup yang yang dapat dapat beker bekerja ja berdas berdasark arkan an suhu suhu air pendingin, thermostat ini dipasang pada saluran air keluar dari mesin menuju ke radiator
(g) (g)
Tutu Tutup p Radi Radiat ator or,, Radi Radiat ator or pada pada umum umumny nyaa tela telah h dilen dilengk gkap apii deng dengan an tutu tutup p radiat radiator or
yang yang bert bertek ekan anan an
yang yang memu memung ngki kink nkan an
naik naikny nyaa
temp tempera eratu tur r
pendingin menjadi 1000C tanpa mendidih. Penggunaan tutup radiator yang bertekenanan menyebabkan menyebabkan pendinginan radiator bertambah dan membuat membuat perbedaan temperatur antara udara luar dan cairan pendingin. Fungsi tutup radiator ( pressure cap) adalah agar titik didih cairan pendingin mesin menjadi meningkat dan dapat menghindarkan kantong-kantong uap air didalam water jacket khusus nya di daerah dekat ruang bakar. Bila uap air terbentuk maka mesin akan menjadi terlalu panas (overheat).
Gambar.4 Tutup Radiator (Toyota Astra Step 1:3-32) b.
Cara Kerja Cara kerja dari sistem pendingin air, yaitu : 1)
Bila mesin masih dalam keadaaan dingin
Ketika thermostat dalam keadaan menutup untuk mencegah mengalirnya air dari water jacket ke radiator, maka bagian impeler masih tetap berputar untuk mensirkulasikan air pada water jacket melalui saluran bypass.
56 Gambar.5 Cara Kerja Sistim Pendingin Air dalam Keadaan Dingin (Toyota Astra Step 1:3-30)
2)
Bila Bila mesi mesin n dal dalam am kead eadaan aan pan panas as
Setelah mesin menjadi panas, thermostat terbuka dan katup bypass tertutup dalam bypass sirkuit. Cairan pendingin setelah menjadi panas di dalam water jacket yang menyerap panas dari mesin kemudian disalurkan ke radiator untuk didinginkan dengan kipas dan hembusan udara dengan adanya gerakan maju kendaraan itu sendir sendiri. i. Cairan Cairan pendin pendingin gin yang yang sudah sudah dingin dingin kemudi kemudian an diteka ditekan n kembal kembalii oleh oleh pompa air ke water jacket.
Gambar. 6 Cara Kerja Sistim Pendingin Air Dalam Keadaan Panas (Toyota Astra Step 1:3-30)
57 2, Radiator Coolant Radiator Coolant atau cairan pendingin merupakan bahan tambah air pada radiator dengan beberapa fungsi. Fungsi radiator coolant antara lain untuk mencegah karat, membantu proses pendinginan agar suhu mesin selalu dalam keadaan keadaan stabil (suhu kerja). Oleh karena karena itu air pada radiator harus ditambah dengan cairan pendingin agar pada radiator tidak mudah berkarat yang akhirnya akan mengurangi kinerja dari radiator itu sendiri dalam mensta menstabil bilkan kan suhu suhu mesin. mesin.Ban Banyak yak produs produsen en yang yang mereko merekomen mendas dasika ikan n bahwa bahwa cairan cairan ini dapat dapat bertah bertahan an sampai sampai 50.000 50.000 km.Umu km.Umurr pemaka pemakaian ian coolant sangat bergantung pada kemampuannya mencegah karat.Ethylene glycol dan phosphor adlah bahan kimia yang biasa dipakai dalam cairan pen pendi ding ngin in seba sebaga gaii canp canpur uran an penc penceg egah ah kara karat. t.sa sala lah h satu satu cara cara untu untuk k mencegah mencegah pemakaian pemakaian radiator radiator yang sudah sudah kadaluarsa kadaluarsa adalah mengecek mengecek kadar pH (derjat keasaman) cairan ini. Derajat keasaman ini harus lebih dari angka 7.Penggunaan coolant dan air dengan perbandingan 50 :50 sudah cukup baik untuk mencegah karat, dan mencegah agar temperature temperature cairan tidak lebih dari 130 C.Namun, penggunaan cairan dan air dengan perba perbandi ndinga ngan n 70:30 70:30 adalah adalah yang yang terbai terbaik. k. Kandun Kandungan gannya nya lebih lebih efektif efektif untuk mencegah karat dan mencegah agar temperature cairan tidak lebih dari 100 C. Berbagai jenis radiator coolant atau cairan pendingin pendingin yang beredar di pasaran seperti: (a )
Dex Cool Cool Coolan antt mere merek k Dex Dex Cool Cool dike dikelu luar arka kan n oleh oleh Gene Genera rall Moto Motor r
(Ame (Ameri rika ka Seri Serika kat) t)ya yang ng menj menjam amin in caira cairan n pend pendin ingi ginn nnya ya akan akan dapa dapatt digunakan untuk 160.000 km atau 5 tahun pemakaian. Cairan ini sengaja dibe diberi ri warna warna jing jingga ga untu untuk k memb membed edak akan an deng dengan an mode modell lama lama yang yang berwarna hijau .
(b)
Toyota Super Long Life Coolant (SLLC) Toyot Toyotaa Super Super Long
Life Life Coolant Coolant (SLLC) (SLLC) sudah sudah dicamp dicampur ur di
pabrik pembuatnya (50 % pendingin dan 50% air deionisasi),jadi tak perlu
58 mena menamb mbah ahka kan n air air saat saat meng mengga gant ntia iata taup upun un mean meanam ambah bah SLLC SLLC pada pada kendar kendaraan aan.. Jarak Jarak pengga pengganti ntian an yang yang berlak berlaku u untuk untuk SLLC SLLC adalah adalah setiap setiap 80.000 km atau 48 bulan pemakaian . Tabel 1. Data Pemakaian Toyota Super Long Life Coolant Tipe Transmisi Pendingin mesin
Tipe Kapasitas
Termostat Warna Jarak Penggantian
°
C
Tem.Pembukaan Pertama
Berikutnya
MT
AT
Toyota (SLLC) 7.8*1 7.0* 1
Toyota (LLC)
80-84 Pink 160.000km
7.3*2
Merah Setiap 40.000kmatau 24 bulan , mana yang kebuh dulu
Setiap 80.000km
Sumber : Buku Pedoman Service Toyota 2002
(c )
Top 1 Coolant Radiator Top 1 Coolant Radiator diproduksi oleh Top 1 (Amerika Serikat)
pad padaa tahu tahun n 1996 1996,P ,Pro rode dese sen n menj menjam amin in cair cairan an pend pendin ingi ginn nnya ya mamp mampu u dipergunakan untuk 160.000 km atau sekitar 4 tahun pemakaian. Top 1 Coolan Coolantt Radiat Radiator or diberi diberi warna warna hijau
karena karena cairan cairan ini mengand mengandun ung g
phosp phosphor hor yang yang bergun bergunaa untuk untuk menceg mencegah ah karat karat pada pada radiat radiator or dan blok blok mesinn mesinnya. ya. Top 1 Coolan Coolantt Radiato Radiatorr harus harus dicamp dicampur ur dengan dengan air untuk untuk mencapai umur pemakaian yang dijamin oleh produsen.
2.
Kipas Kipa s Pendingi Pend ingin n
Kipas pendingin berfungsi membantu proses pendinginan pada radiator. Kipas pendingin berada dibelakang radiator dan digerakkan oleh poros engkol melalui tali kipas atau dengan motor listrik. Kipas pendingin ada dua macam, yaitu :
59 (1)
Kipas aksial Kipa Kipass aksi aksial al adal adalah ah kipa kipass yang yang arah arah puta putara rann nnya ya tega tegak k luru luruss terh terhad adap ap porosnya,biasanya kipas ini digunakan pada tekanan yang rendah, volume yang yang besar besar dan tanpa tanpa mempun mempunyai yai sistem sistem pemasu pemasukan kan.. Contoh Contoh dari dari kipas kipas aksial adalah : propeler,tube aksial,baling-baling aksial
Gambar.7 Bentuk-bentuk Kipas Aksial (Engineering Cookbook, 1999:7)
(2) Kipas centrifugal centrifugal/radial /radial Kipas centrifugal/radial adalah kipas yang arah putarannya sejajar terhadap porosnya,biasanya digunakan pada tekanan yang lebih tinggi dan memiliki sistem pemasukan. Contoh dari kipas radial adalah : airfoil,blower
Gambar.8 Bentuk–bentuk Kipas Radial (Engineering Cookbook, 1999:6 )
60 3.
Perpind Per pindaha ahan n Panas Pana s
Perbedaan suhu diantara zat yang satu dengan zat yang lain menyebabkan perpi perpinda ndahan han panas, panas, perpin perpindah dahan an panas panas pada pada radiat radiator or mesin mesin diawali diawali dengan dengan penyerapan panas pada silinder oleh air pendingin. Air panas tersebut dialirkan ke radiat radiator or melalu melaluii pipa pipa vertik vertikal al yang yang dileng dilengkap kapii sirip sirip pendin pendingin gin menuju menuju dasar dasar radiator kemudian dialirkan lagi menuju mesin. Proses perpindahan panas ada 3 : 1) Radiasi Perpindahan panas secara pancaran, melalui gelombang elektromagnetis tanpa terg tergan antu tung ng ada ada tida tidakn knya ya medi mediaa anta antara ra bend bendaa pene peneri rima ma panc pancar aran an pana panass tersebut. 2) Konduksi Perpindahan panas secara hantaran, dari suatu bagian benda padat ke bagian lain dari benda padat yang sama, ciri-cirinya antara lain : a. Pemanasan akibat difusi panas antara molekul b. Perlu medium (padat) c. Medium diam 3) Konveksi Perpindahan panas secara aliran, antara benda padat dengan medium perantara zat cair atau gas, dengan ciri-cirinya antara lain : a. Panas berpindah terbawa aliran b. Perlu medium medium (cair, gas) c. Medium bergerak 4.
Perpindahan Perpin dahan Panas dalam Radiator
Arm Armento ento (197 (1979) 9),, Men Menegaz egazzi zi dan Trapi rapi (199 (1996 6) ( Rudi Rudi S. (199 (1999) 9))) mengemukakan bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi unjuk kerja dari sistem pendinginan, seperti tipe dari sistem pendinginan, dimensi dari water jacket, tipe dari coolant, thermostat, radiator, penutup tekanan, kondisi dari sirip kipas, dan unjuk kerja dari pompa air pendingin Pompa air pendingin memegang peranan
61 penting penting dalam sistem sistem pendingin. pendingin. Dalam membuang membuang panas yang yang terjadi dalam mesin kendaraan, kendaraan, besarnya besarnya panas yang dapat dibuang sangat tergantung tergantung pada jumlah atau banyaknya media pendingin yang dialirkan. Berbagai macam analisis dan penelitian yang berkaitan dengan perpindahan panas yang menggunakan fin and tube heat exchanger telah banyak dilakukan guna menentukan metode analisis yang tepat serta memberikan kemudahan dalam memprediksi koefisien perpindahan panas. Berbagai penelitian pendahuluan yang dilakukan beberapa orang peneliti yang dilaporkan kembali oleh Indra Mamad Gandidi (2001) dan Ximenes (1981) melaporkan hasil eksperimen untuk koefisien perpindahan panas dalam susunan satu dan dua baris pipa oval pada penukar panas panas sirip sirip plat plat yang yang menunj menunjukk ukkan an bentuk bentuk geomet geometri ri bulat, bulat, diseli diselidik dikii bahwa bahwa penur penuruna unan n koefis koefisien ien panas panas berkur berkurang ang secara secara dramat dramatis is dibelak dibelakang ang pipa-p pipa-pipa ipa dibandingkan dengan konfigurasi oval. Rosman et. al. (1984) secara eksperimen menentukan koefisien perpindahan panas global dan lokal, menggunakan analogi perpindahan panas dan massa untuk susuna susunan n satu satu dan dua baris baris pipa pipa bulat, bulat, diikut diikutii dengan dengan perhit perhitung ungan an numeri numeriss distribusi temperatur sirip dan efisiensi sepanjang sirip. Hasilnya menunjukkan bah bahwa wa konf konfig igur uras asii dua dua bari bariss lebi lebih h efisi efisien en dari dari susu susuna nan n satu satu bari baris. s.
Untu Untuk k
menget mengetahu ahuii seberap seberapaa jauh jauh pengar pengaruh uh dari dari geomet geometri ri sirip sirip terhada terhadap p koefis koefisien ien perpindah perpindahan an panas konveksi konveksi pada radiator, Rudi S. (1999) (1999) melakukan melakukan penelitian penelitian secara eksperimental eksperimental dengan dengan cara merubah merubah geometri geometri sirip untuk mendapatka mendapatkan n aliran udara yang melewati inti radiator supaya lebih berputar. Hasil yang didapat menunjukkan peningkatan koefisien perpindahan panas konveksi radiator.
5.
Prisip Dasar Alat Penukar Panas
Penuka Penukarr panas panas (heat (heat exchan exchanger ger)) adalah adalah alat yang yang diguna digunakan kan untuk untuk mengub mengubah ah temper temperatu aturr fluida fluida dengan dengan cara memper mempertuk tukark arkan an panasn panasnya ya dengan dengan fluida lainnya. Penukar panas umumnya berupa peralatan dimana dua jenis fluida yang yang berbed berbedaa temper temperatur aturnya nya dialirk dialirkan an didala didalamny mnyaa dan saling saling bertuk bertukar ar panas panas melalu melaluii bidang bidang-bi -bidan dang g perpin perpindah dahan an panas panas atau atau dengan dengan cara kontak kontak langsu langsung ng
62 (bercampur). Kontak tersebut akan menyebabkan terjadinya proses perpindahan panas dari fluida yang bertemperatur tinggi ke fluida yang bertemperatur rendah, sehingga prinsip kerja dari penukar panas adalah mekanisme perpindahan panas dari satu fluida ke fluida yang lain. Bidang-bidang perpindahan panas tersebut umumnya berupa dinding pipa-pipa atau sirip-sirip yang dipasangkan pada pipa. Panas atau kalor yang dapat dipindahkan diantara kedua fluida tersebut, besarnya tergantung pada kecepatan aliran fluida, arah aliran, sifat-sifat fisik fluida, kondisi permukaan permukaan dan luas bidang penukar panas, serta beda temperatur temperatur diantara diantara kedua fluida. Dalam aliran fluida dikenal dua jenis aliran yaitu aliran laminar dan aliran aliran turbul turbulen. en. Aliran Aliran lamine laminerr sifatn sifatnya ya tenang tenang,, kecepa kecepatan tannya nya rendah rendah dimana dimana semua partikel-partike partikel-partikelnya lnya mempunyai mempunyai sifat aliran yang seragam. Pada aliran turbulen masing-masing partikel mempunyai arah dan kecepatan yang berbeda dan tidak seragam, sehingga setiap partikel menyentuh permukaan atau dinding aliran aliran.. Dengan Dengan demiki demikian an kesemp kesempata atan n fluida fluida mengam mengambil bil panas panas pada pada dindin dinding g salura saluran n lebih lebih besar.
Pada Pada penuka penukarr panas panas selalu diingin diinginkan kan agar aliranny alirannyaa
turbulen, sehingga kapasitas perpindahan panasnya meningkat. Aliran turbulen dapat diperoleh dengan cara membuat laluan yang berliku-liku, membuat dinding permukaan kasar, atau dengan memperbesar kecepatan aliran fluida. Bersamaan dengan dengan peningkatan peningkatan kapasitas perpindahan perpindahan panas tersebut, maka gesekan gesekan atau tumbukan dengan dinding saluran akan meningkat. Sedang Sedangkan kan ketimb ketimbang angan an energi energi dalam dalam radiat radiator or dapat dapat didesk dideskrip ripsik sikan an sebagai berikut. Satu fluida pada penukar panas akan berfungsi sebagai fluida panas panas yang yang akan akan melepa melepaska skan n sebagi sebagian an energi energinya nya dalam dalam bentuk bentuk panas panas kepada kepada fluida fluida dingin. Apabila Apabila fluida dalam pipa bertindak bertindak sebagai sebagai fluida panas panas (air), maka maka fluida fluida dalam dalam siripsirip-sir sirip ip (fin) (fin) bertin bertindak dak sebaga sebagaii fluida fluida dingin dingin (udara) (udara).. Terj Terjad adin inya ya perb perbed edaa aan n temp temper erat atur ur anta antara ra sisi sisi masu masuk k deng dengan an sisi sisi kelu keluar ar menunjukkan adanya fenomena tersebut. Q = m.cp.( T inlet – T
outlet
)……………………………….(4)
dengan : m = laju aliran massa (kg.s-1)
63 cp = panas spesifik (J.kg-1.0C-1) Tinlet = temperatur fluida masuk ( 0C) Toutlet = temperatur fluida keluar (0C) Dengan mengetahui jenis fluida yang mengalir, laju aliran massa serta tingka tingkatt keadaa keadaan n awal awal dan keadaan keadaan akhir akhir dari dari fluida fluida terseb tersebut ut maka maka kita kita dapat dapat membuat membuat suatu kesetimbangan kesetimbangan energi dan menghitung menghitung banyaknya banyaknya energi yang berpindah. Untuk fluida panas (air) yang mempunyai temperatur awal lebih tinggi dari pada temperatur akhir dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar.9 Kesetimbangan (Ir.Subroto,MT. & Ir.Sartono Putro, 2003:11) Besarnya energi yang dilepaskan : Q in = Q lepas + Q out Q lepas = Q in - Q out Q lepas = m a . cpa . T am - m a . cpa . Tak Q lepas = m a . cpa [ T am – Tak ]……………………………(5) Sistem Sistem pendin pendingin ginan an pada pada motor motor bakar, bakar, khusus khususnya nya pada pada motor motor bakar bakar torak merupakan bagian yang penting. Motor tidak dapat beroperasi lama bila sist sistem em
pend pendin ingi gina nann nnya ya
tida tidak k
beke bekerj rjaa
deng dengan an
baik baik..
Berd Berdas asar arka kan n
flui fluida da
pendinginnya sistem pendinginan motor bakar torak dapat dibedakan antara motor bakar dengan pendingian air dan motor bakar dengan pendinginan udara. Pada motor bakar dengan pendinginan air, air pendingin dialirkan melalui kepala dan dinding silinder serta bagian lainnya yang perlu didinginkan. Air akan menyerap panas dari bagian-bagian tersebut, kemudian mengalir meninggalkan blok mesin menuju menuju radiator. radiator. Dengan Dengan bantuan bantuan kipas udara, udara dihembusk dihembuskan an melalui melalui siripsiripsirip pendingin pendingin tersebut. tersebut. Jadi air pendingin pendingin disini disini tidak berhubungan berhubungan langsung langsung
64 dengan dengan atmosf atmosfir. ir. Sistem Sistem pendin pendingin ginan an seperti seperti ini disebu disebutt sistem sistem pendin pendingin ginan an tertutup. Sedangkan Sedangkan prestasi radiator adalah kemampuan kemampuan dari radiator tersebut tersebut untuk melepaskan panas dari air ke udara yang mengalir disekitarnya dengan laju aliran massa air dan udara tertentu persatuan waktu. Prestasi radiator dapat dicari deng dengan an meng mengam amat atii kead keadaa aan n masu masuk k dan dan kelu keluar ar flui fluida da dari dari sist sistem em sert sertaa mengasumsikan bahwa alirannya merata dan mantap. Untuk menentukan prestasi radiator diperlukan parameter –parameter antara lain sebagai berikut : 1. Laju Laju alir aliran an mass massaa air, air, m 2. Temp Temper eratu aturr air air masu masuk, k, Tam 3. Temp Temper eratu aturr air air kel kelua uar, r, Tak 4. Temp Temper eratu aturr udara udara ruan ruanga gan n Untuk menganalisa parameter-parameter yang diperlukan dalam prestasi radi radiat ator or yang yang akan akan dica dicari ri pada pada peng penguj ujia ian n ini, ini, maka maka dipe diperl rluk ukan an pers persam amaa aan n persamaan sebagai berikut : 1. Jumlah panas panas yang dilepas oleh air ( Qa ) Dala Dalam m kead keadaan aan tuna tunak, k, besa besarn rnya ya pana panass yang yang dile dilepa pass oleh oleh air air dapa dapatt dihitung dengan persamaan dibawah ini : Qa = m a . cpa . [ T am – Tak ]…………………………………(6) dengan : m a = laju aliran massa air (kg.s-1) cpa = panas jenis pada temperatur air rata-rata (KJ.kg-1.0C-1) ,sedangkan m a = Va . ρa . A…………………………………………….(7) dengan : A = luas penampang (m2) Va = kecepatan aliran fluida (m.s-1) ρa
= massa jenis air pada temperatur air rata-rata (kg.m-3)
65 6.
Jarak Bebas Radiator
Efek pendinginan yang maksimal terjadi pada jarak pemasangan radiator terhadap kipas pendingin yang berdekatan, hal ini timbul dikarenakan volume udara yang dihasilkan oleh kipas pendingin akan semakin besar jarak pemasangan radiator itu sendiri berpengaruh pada proses pendinginan. Hal ini dapat ditunjukkan pada grafik dibawah ini :
Gambar .10 Ilustrasi Jarak Pemasangan Radiator (Fank P Belir,1997:6.9) 1.
