Prinsip Kerja Sistem Pendinginan Mesin

1.  Kegiatan Belajar 1   

a. Tujuan kegiatan Belajar 1

1)  Siswa dapat menjelaskan alasan diperlukannya sistem pendinginan  mesin

2)  Siswa dapat menjelaskan 2 macam sistem pendinginan mesin

3)  Siswa dapat menjelaskan proses pendinginan pada mesin l

            

b. Uraian Materi 1

1)  Sistem Pendinginan Mesin Sangat diperlukan

Menurut neraca panas, pada motor bakar hanya akan diperoleh sekitar 25 persen hasil pembakaran bakar yang dapat diubah menjadi energi mekanik. Sebagian besar panas akan keluar melalui gas buang (kira-kira 34 persen), melalui sistem pendinginan (kira-kira 32 persen) dan sisanya akan melalui kerugian pemompaan dan gesekan.

 

Gambar 1. Neraca panas pada mesin

        Berdasarkan neraca panas di atas maka fungsi pendinginan pada motor menjadi penting, karena panas yang akan terserap oleh sistem pendinginan dapat mencapai 32 persen.

Bila mesin tidak didinginkan akan terjadi pemanasan yang lebih (overheating) dan akan mengakibatkan gangguan- gangguan sebagai berikut:

a)  Bahan akan lunak pada suhu tinggi. Contoh: torak yang terbuat dari logam paduan aluminium akan kehilangan kekuatannya (kira-kira sepertiganya) pada suhu tinggi (300ºC), 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 ºC 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:

a)  Pada motor bensin bahan bakar akan sukar menguap dan campuran udara bahan bakar m,enjadi gemuk. Hal ini menyebabkan pembakaran menjadi tidak sempurna.

b)  Pada motor diesel bila udara yang dikompresi dingin akan mengeluarkan asap putih dan menimbulkan ketukan dan motor tidak mudah dihidupkan.

c)  Kalau pelumas terlalu kental, akan mengakibatkan motor mendapat tambahan tekanan

d)  Uap yang terkandung dalam gas pembakaran akan terkondensasi pada suhu kira-kira 50 ºC

2)     Macam Sistem Pendinginan

a)    Sistem Pendinginan Udara

(1) Pendinginan oleh aliran udara secara alamiah.

Pada sistem ini panas yang dihasilkan oleh pembakaran gas dalam ruang bakar sebagian dirambatkan keluar dengan menggunakan sirip-sirip pendingin (cooling fins) 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. Pendinginan Udara Secara Alamiah

(2)  Pendinginan oleh tekanan udara

Udara yang menyerap panas dari sirip-sirip pendingin harus berbentuk aliran atau udaranya hrus 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 Gambar 3 menunjukkan pendinginan udara menggunakan kipas/blower yang terpasang pada roda gila (flywheel fan), yang dianggap tidak efisien karena tanpa pengarah aliran (shroud). Agar aliran udara pendingin lebih dapat mendinginkan sirip-sirip digunakan pengarah (Gambar 4)

Gambar 3. Kipas udara pada roda gila

Gambar 4. Kipas pada roda gila dengan pengarah aliran

b)  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 pendinginan air ini air harus bersirkulasi. Adapun sirkulasi air dapat berupa 2 (dua) macam, yaitu:

(1)   Sirkulasi alamiah/Thermo-syphon

(2)   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 (Gambar 5). Agar air yang panas dapat dingin, maka sebagai pembuang panas dipasangkan radiator (Gambar 6). 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.

Gambar 5.Prinsip sirkulasi alamiah         Gambar 6. Sirkulasi alamiah  di mesin

                         Pada sirkulasi dengan tekanan pada prinsipnya sama dengan sirkulasi alam, tetapi untuk mempercepat terjadinya sirkulasi maka pada sistem dipasang pompa air (Gambar 7)

Gambar 7. Sirkulasi dengan tekanan

3)    Proses Pendinginan Pada Mesin

Pada mesin bensin ataupun pada mesin diesel proses pendinginan tergantung pada sistem pendinginan yang digunakan. Pada pendinginan udara, panas akan berpindah dari dalam ruang bakar melalui kepala silinder, dinding silinder dan piston secara konduksi. Selanjutnya yang melalui dinding dan kepala slinder, panas akan berpindah melalui sirip-sririp (fins) dengan cara konveksi ataupun radiasi di luar silinder.

Pada pendinginan air secara alamiah, proses perpindahan panas/pendinginan melalui perubahan massa jenis air yang menurun karena panas selanjutnya air akan berpindah secara alamiah berdasarkan rapat massa sehingga terjadi sirkulasi alamiah untuk pendinginannya. Untuk mempercepat pembuangan panas pada sistem pendinginan air dipasangkan radiator. Melalui radiator ini  panas akan dibuang ke udara melalui sirip-sirip radiator. Pada pendinginan air dengan tekanan, sirkulasi akan dipercepat oleh putaran kipas pompa sehingga sirkulasi air pada sistem ini akan lebih baik.

c.   Rangkuman 1

1.    Sistem pendinginan diperlukan dalam mesin bensin dan diesel dengan alasan panas pembakaran dari ruang bakar harus dikeluarkan sebesar 32 persen. Bila tidak ada sistem pendinginan yang baik akan menimbulkan dampak: bahan logam akan kehilangan kekuatan bahkan dapat mencair, ruang bebas antara komponen yang bergerak akan terhalang, timbul tegangan termal, dan kemampuan pelumas akan turun

2.    Sistem pendinginan dapat digolongkan menjadi sistem pendinginan udara (alamiah dan tekanan pompa) dan sistem pendinginan air (alamiah dan pemompaan)

3.    Proses pendinginan pada mesin berupa perpindahan panas melalui torak, silinder dan kepala silinder secara konduksi selanjutnya panas akan berpindah secara konveksi melalui sirip-sirip ke udara, sedangkan pada pendinginan air, panas akan berpindah melalui air yang bersirkulasi baik secara alamiah atau paksa. Pada sistem pendinginan air dipasangkan radiator yang berfungsi untuk mempercepat pembuangan panas ke udara.