BAB II DASAR TEORI Sistem Pendingin. Sistem pendingin adalah suatu rangkaian untuk mengatasi terjadinya overheating

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1. Sistem Pendingin Sistem pendingin adalah suatu rangkaian untuk mengatasi terjadinya overheating pada mesin agar mesin bisa bekerja secara stabil. Pada mesin, energi yang terkandung dalam bahan bakar diubah menjadi energi efektif melalui proses pembakaran. Proses pembakaran akan menghasilkan panas yang kemudian diubah menjadi tenaga mekanis Fungsi Sistem Pendingin Secara garis besar fungsi sistem pendingin suatu mesin dapat dibagi menjadi 3 yaitu: 1) Untuk mengurangi panas yang berlebihan pada mesin (overheating). 2) Untuk mempercepat pengapian temperatur kerja, serta mempertahankan temperatur mesin agar selalu pada temperatur kerja yang efisien (80-90 C). 3) Mencegah terjadinya keausan mesin. 6

2 Prinsip Sistem Pendingin Sistem pendinginan adalah suatu rangkaian untuk mengatasi terjadinya overheating (panas yang berlebihan) pada mesin agar mesin bisa bekerja secara stabil. Fungsi dari sistem pendinginan pada kendaraan dapat dibagi menjadi empat yaitu : Mencegah terjadinya overheating. Panas yang dihasilkan oleh pembakaran campuran bahan bakar dengan udara dapat mencapai temperatur sekitar 2500 o C pada ruang bakar. Panas yang cukup tinggi ini dapat merusak logam atau bagian lain yang digunakan pada motor, hal ini disebabkan karena logam dan minyak pelumas pada suhu yang tinggi akan merusak komponen-komponen pada mesin dan apabila motor tidak dilengkapi dengan sistem pendinginan dapat merusak bagian-bagian dari motor tersebut Mempertahankan temperatur motor. Temperatur motor harus dipertahankan, agar selalu pada temperatur kerja yang efisien. Hal ini dapat dilakukan dengan menyerap panas yang dihasilkan oleh proses pembakaran yang berlebihan, berputarnya kipas pendingin ketika mesin dalam kondisi panas, dan katup thermostat yang membuka dalam kondisi mesin pada suhu kerja Mempercepat motor mencapai temperatur kerja. Mempermudah pencapaian suhu kerja pada awal pengoperasian mesin. (Shopi Rismanandi. 2012) Memanaskan ruangan di dalam ruang penumpang. Pemanaskan ruangan di dalam ruang penumpang berlaku pada negara-negara yang mengalami musim dingin.

3 Jenis Sistem Pendingin Ada dua jenis sistem pendingin yang sering digunakan yaitu pendinginan udara (pendingin langsung) dan pendinginan air (pendinginan tidak langsung). Kedua cara di atas dapat menyerap panas sekitar 33% ke atmosfer (udara luar) melalui atau dengan daya konveksi, yaitu udara dihamburkan ke permukaan bahan logam yang panas. (blower Pendingin Udara (Pendingin Langsung) Panas dari mesin yang bekerja atau berputar, dilewatkan melalui sirip, rusuk, atau fins ke udara luar. Biasanya digunakan pada mesin satu silinder atau kendaraan berdaya kecil. Dasar penggunaan pada sistem pendinginan udara ini tergantung pada hal sebagai berikut: a. Perbedaan temperatur antara panas mesin dengan udara luar/sekitar. b. Luas permukaan dimana panas dikeluarkan atau disemburkan. c. Tingkat aliran udara pada permukaan yang dikenai. Penggunaan sistem pendinginan udara mempunyai keuntungan seperti bahan bakar hemat dan keausan silinder berkurang, tidak ada bahaya kerusakan karena pembekuan. Sistem pendinginan udara memiliki keburukan seperti suara mesin menjadi keras karena tidak menggunakan peredam suara dan pengontrolan suhu lebih sulit dibandingkan dengan sistem pendinginan air. (Daryanto. 1994)

4 9 Gambar 2.1 Sistem Pendingin Udara Pendinginan Air (Pendinginan Tidak Langsung) Panas dilewatkan atau ditransfer ke air disekitar ruang bakar dan silinder. Panas yang diserap oleh air pendingin akan menyebabkan naiknya temperatur air pendingin tersebut. Panas dari air ditransfer ke sirip radiator kemudian panas tersebut disemburkan ke udara, air kemudian kembali ke mesin. Dasar penggunaan/faktor yang menentukan tingkat pendinginan air adalah sebagai berikut yaitu perbedaan temperatur antara air dan udara, perbandingan aliran air, luas permukaan kisi-kisi radiator, perbandingan aliran udara. Sistem pendinginan air mempunyai keuntungan antara lain lebih aman, karena ruang bakar dikelilingi oleh pendingin (terutama air dengan adiktive dan anti beku). Sistem pendinginan air disamping lebih aman juga mempunyai keuntungan lain seperti sebagai peredam bunyi, air dingin yang panas dapat digunakan sebagai sumber panas untuk pemanas udara di dalam kendaraan. Pengontrolan suhu pendinginan dalam sistem ini lebih mudah dibandingkan dengan sistem pendinginan udara karena pada sistem pendinginan

5 10 terdapat thermostat, pendinginan lebih merata, suhu kerja lebih cepat tercapai karena adanya thermostat yang akan bekerja pada waktu suhu mesin rendah. Sistem pendinginan air juga mempunyai kerugian antara lain lebih rumit dan lebih mahal dibandingkan dengan sistem pendingin udara. Cara kerja dari sistem pendinginan air adalah sebagai berikut : a. Air pendingin dalam mantel pendingin yang menyelubungi silinder-silinder dalam blok silinder dan kepala silinder akan menyerap panas yang dihasilkan mesin saat beroperasi. b. Mantel pendingin silinder berhubungan dengan tangki radiator bagian atas dan mantel pendingin blok silinder berhubungan dengan tangki radiator bagian bawah. c. Air yang telah panas didalam mantel dialirkan ke radiator untuk didinginkan. d. Pendinginan dilakukan oleh udara yang mengalir melalui kisi-kisi radiator. Aliran udara diperoleh dengan bantuan kipas yang digerakkan oleh motor listrik atau dengan memanfaatkan putaran mesin melalui pulley dan belt. ( Gambar 2.2. Sistem Pendingin Air

6 Komponen - Komponen Sistem Pendingin Gambar 2.3. Sistem pendinginan Komponen sistem pendingin digunakan dalam sistem pendingin air terdiri dari beberapa komponen ( antara lain : Radiator Radiator berfungsi sebagai alat untuk mendinginkan air pendingin yang menyerap panas dari mesin dengan cara membuang panas tersebut melalui sirip-sirip radiator. Air dari radiator tersebut dikirim ke bagian yang didinginkan melalui selang radiator, baik dari radiator ke blok silinder ataupun dari blok silinder ke radiator

7 12 Gambar 2.4. Radiator. Konstruksi radiator terdiri dari : a. Tangki Atas Tangki atas berfungsi untuk menampung air panas dari mesin. Tangki ini juga dilengkapi dengan lubang pengisian, pipa pembuangan dan saluran masuk air dari mesin. Pipa pembuangan berhubungan dengan tangki reservoir untuk membuang kelebihan air sehingga tidak terdapat gelembung air dalam sistem. b. Inti Radiator Inti radiator berfungsi untuk membuang panas dari air ke udara agar temperatur menjadi lebih rendah dari sebelumnya. Inti radiator terdiri dari pipa-pipa air untuk mengalirkan air dari tangki atas ke tangki bawah dan sirip-sirip pendingin untuk membuang panas air yang ada pada pipa.

8 13 c. Tangki Bawah Tangki bawah berfungsi untuk menampung air yang telah didinginkan oleh inti radiator dan selanjutnya disalurkan ke mesin melalui kerja pompa. Selain itu tangki bawah juga berhubungan dengan saluran pembuangan air pada saat dilakukan pengurasan air radiator. (Yudi Prasetyo, 2006) Tutup Radiator Tutup radiator setiap kendaraan mobil pasti memiliki tutup radiator atau Radiator Cup. Benda ini kecil dan sederhana namun fungsinya sangat luar bisa. Dan jika terjadi kegagalan atau kerusakan pada benda ini akibatnya bisa sangat fatal. Fungsi utama dari tutup radiator ini adalah menutup lubang pengisian coolant atau air radiator. Disamping fungsi utamanya, tutup radiator memliki fungsi tambahan yang jauh lebih kompleks dibandingkan fungsi utamanya. Yaitu sebagai penjaga tekanan didalam ruang sirlkulasi air dan sebagai pengatur aliran air dari dan menuju tabung reservoir. Tutup radiator menjaga tekanan di dalam ruang sirkulasi air atau coolant. Tekanan tertinggi yang diperbolehkan didalam ruang sirkulasi dibutuhkan agar titik didih air dapat di tinggikan. Misalnya : titik didih normal air pada tekanan udara ambient normal adalah C, namun dengan adanya tekanan lebih tinggi di dalam ruang sirkulasi maka temperatur dapat mencapai angka yang lebih tinggi sebelum air radiator mendidih dan menguap dari mesin. Sebagai contoh kita ambil saja contoh extreme, dengan adanya tekanan 0.9 bar didalam ruang sirkulasi air maka air dapat mencapai angka C

9 14 Fungsi tutup radiator antara lain : a. Penutup radiator agar tidak terjadi kebocoran. b. Membuat sistem menjadi bertekanan sehingga dapat mencegah terjadinya penguapan air dalam sistem (fungsi relief valve) dan mempercepat pencapaian suhu kerja mesin. c. Untuk mengurangi tekanan apabila tekanan di dalam sistem berlebihan sehingga dapat mencegah kerusakan dari bagian sistem. d. Mengalirkan air dari radiator ke penampung atau reservoir dan memasukkan kembali pada saat tekanan dalam radiator turun (fungsi katub vacum). Gambar 2.5. Tutup Radiator Gambar 2.6. Tutup Radiator

10 Pompa Air Pompa air berfungsi untuk mensirkulasikan air pendingin dari radiator ke silinder mesin. Pompa air yang digunakan dalam sistem pendingin Isuzu Panther adalah pompa tipe sentrifugal yang akan dipasangkan pada bagian depan blok silinder. Gerak putar pompa diperoleh dari putaran poros engkol melalui pully yang dihubungkan dengan belt. Kelebihan dari pompa air mesin Isuzu Panther adalah mempunyai tekanan yang tinggi. Kerugiannya apabila terjadi kerusakan maka harus dilakukan penggantian satu unit pompa, sehingga jenis pompa ini tidak boleh dilakukan pembongkaran. Dalam pemasangannya pada kepala silinder, pompa ini dilengkapi dengan gasket yang berguna untuk mencegah terjadinya kebocoran air pendingin. Gambar 2.7. Pompa air

11 16 Bagian-bagian pompa dari air : a. Poros (shaft) Merupakan komponen utama pada pompa dimana bagian depannya dihubungkan dengan puli untuk mendapatkan tenaga dari putaran poros engkol sedangkan bagian belakang dihubungkan dengan impeler pompa. b. Impeler Impeler berfungsi untuk membuat perbedaan tekanan pada saat pompa bekerja. Pada mesin Isuzu Panther menggunakan sudu impeler yang berlawanan dengan arah putarnya, hal ini bertujuan untuk menciptakan aliran yang sempurna tanpa adanya kavitasi. c. Water Pump seal Water pump seal berfungsi untuk mencegah kebocoran air dari sistem pendingin pada poros pompa Kipas Pendingin Untuk memastikan aliran udara yang benar melalui inti radiator dan sekitar mesin, pasangkan kipas dengan engkol mesin dan roda-roda puli. Kipas ini terdiri dari sebuah daun atau bilah yang terbuat dari baja tipis atau bahan plastik. Ketika baling-baling berputar, bilah (blade) menggerakan udara ke dalam unit mesin. Kipas mempunyai tiga hal yang tidak menguntungkan yaitu : a. Berisik. b. Menyerap tenaga mesin sebesar 2-3 tenaga kuda (TK). c. Dalam keadaan panas atau dingin pendinginan tetap diperlukan, ketika mesin dinyalakan dalam kondisi dingin, kipas angin dengan segera menyebarkan udara dan menambah waktu pemanasan.

12 17 Bilah kipas yang fleksibel terbuat dari plastik sehingga ketika kecepatan bertambah apabila sudut bilah digerakan oleh tekanan udara. Metode ini mempunyai efek sebagai berikut: a. Operasinya tenang pada saat mesin berkecepatan lebih tinggi. b. Sedikit tenaga yang diserap dengan kecepatan tinggi, bilah yang rata menggantikan sedikit udara dan untuk itu sedikit usaha diperlukan untuk memutar kipas. c. Bilah plastik berbentuk lempeng, untuk mengurangi aliran udara di atas mesin dan juga beban ditempatkan pada mesin oleh kipas. Gambar 2.8 Kipas Tangki Cadangan Tangki cadangan (reservoir tank) dihubungkan ke radiator dengan selang over flow. Apabila temperatur dan tekanan air pendingin naik menyebabkan cairan pendingin berekspansi. Saat tekanan dan volume melebihi kemampuan kerja tutup radiator maka cairan pendingin yang berlebihan akan dikirim ke reservoir. Apabila temperatur turun, maka cairan pendingin yang ada di dalam tangki cadangan akan kembali ke radiator. Hal ini untuk mencegah terbuangnya cairan pendingin saat diperlukan agar jumlahnya tetap.

13 18 Pada Isuzu Panther menggunakan reservoir tank berbahan dasar plastik dan berwarna putih, hal ini dimaksudkan untuk memudahkan dalam pengecekan volume air pendingin dalam radiator. Gambar 2.9. Fungsi Reservoir Tank Selang Radiator Berfungsi sebagai penghubung antara radiator dengan blok mesin. Ada dua selang diradiator. Upper hose berfungsi mengalirkan air panas ke radiator. Sedangkan lower hose untuk menyalurkan air yang sudah didinginkan kembali kemesin.

14 19 Gambar Selang radiator Water Jacket Berfungsi sebagai saluran-saluran tempat air mengalir di blok mesin ini dinamakan water jacket. Gambar Water jacket

15 Thermostat Berfungsi untuk mempercepat tercapainya suhu kerja mesin pada saat mesin masih dingin dan juga berfungsi untuk mempertahankan mesin pada selalu suhu kerjanya ( antara C ). Thermostat biasanya dipasang antara radiator dan sirkuit pendingin ( silinder blok dan silinder heat ). Thermostat biasanya bekerja seperti katup otomatis yang bekerja berdasarkan panas, dimana pada waktu dingin katup akan menutup dan pada waktu panas katup akan membuka. Gambar Thermostat 2.6 Tekanan Tekanan merupakan gaya yang bekerja pada suatu bidang per satuan luas bidang tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan, sedangkan gaya yang diberikan pada bidang tekanan disebut gaya tekan. Satuan internasional (SI) tekanan adalah pascal (Pa). Satuan ini dinamai sesuai dengan nama ilmuwan Prancis, Blaise Pascal. Secara matematis tekanan dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.

16 21 Tekanan (p) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya (F) per satuan luas (A). p = \frac{f}{a} P : Tekanan dengan satuan pascal ( Pressure ) F : Gaya dengan satuan newton ( Force ) A : Luas permukaan dengan satuan m2 ( Area ) Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan dari suatu cairan atau gas. Satuan tekanan dapat dihubungkan dengan satuan volume (isi) dan suhu. Semakin tinggi tekanan di dalam suatu tempat dengan isi yang sama, maka suhu akan semakin tinggi. Hal ini dapat digunakan untuk menjelaskan mengapa suhu di pegunungan lebih rendah dari pada di dataran rendah, karena di dataran rendah tekanan lebih tinggi. Akan tetapi pernyataan ini tidak selamanya benar atau terkecuali untuk uap air, uap air jika tekanan ditingkatkan maka akan terjadi perubahan dari gas kembali menjadi cair. (dikutip dari wikipedia : kondensasi). Rumus dari tekanan dapat juga digunakan untuk menerangkan mengapa pisau yang diasah dan permukaannya menipis menjadi tajam. Semakin kecil luas permukaan, dengan gaya yang sama akan dapatkan tekanan yang lebih tinggi. (Dwiyono Hari Utomo. 1999) Tekanan udara dapat diukur dengan menggunakan barometer. Saat ini atau sebelumnya unit tekanan rakyat adalah sebagai berikut : Atmosfer (atm) Manometric unit : sentimeter, inci, dan milimeter merkuri (torr)

17 22 Templat : Jangkar Tinggi kolom air yang setara, termasuk milimeter (mm H2O), sentimeter (cm H2O), meter, inci, dan kaki dari air. Adat unit : tidur, ton-force (pendek), Ton-force (lama), pound-force, ons-force, dan poundal inci per persegi Ton-force (pendek), dan ton-force (lama) per inci persegi, Psi (pound per square inch) Non-SI unit metric : Bar, decibar, milibar Kilogram - force, atau kilopond, per sentimeter persegi (tekanan atmosfer), gram-force dan ton - force (ton-force metrik) per sentimeter persegi, Barye (dyne per sentimeter persegi), kilogram - force dan ton-gaya per meter persegi. sthene per meter persegi (pieze). 2.7 Hukum Pascal Pengertian Hukum Pascal : Suatu hukum dalam ilmu fisika yang berhubungan langsung dengan jat cair dan gaya gaya yang ada padanya Bunyi Hukum Pascal : Suatu Tekanan yang diberikan pada suatu zat cair di dalam suatu wadah/ruang yang tertutup, maka akan diteruskan kesegala arah dan sama besar. Tekanan yang bekerja pada fluida statis dalam ruang tertutup akan di teruskan kesegala arah dngan sama rata, artinya besaran tekanan yang menekan wadah sama besar di setiap tempat. Hal ini di kenal sebagai prinsip pascal dengan persamaan :

18 23 Rumus Hukum Pascal : Keterangan : P = Tekanan Yang Diharuskan (N/M 2 ) F 1 = Gaya tekan Permukaan 1 (N) F 2 = Gaya Tekan Permukaan 2 (N) A 1 = Luas Penampang Permukaan 1 (M) A 2 = Luas Penampang Permukaan 2 (M) P1 = P2 Maka Atau jika beban yang akan di angkat berupa gaya berat maka : = F1 Dengan F1 = gaya tekan (missal Pada Dongkrak) N