BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Pendingin Mesin Induk

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Pendingin Mesin Induk

Pendingin adalah suatu media yang berfungsi untuk menyerap panas.

Panas tersebut didapat dari hasil pembakaran bahan bakar

didalam cylinder. pendinginan motor dimaksudkan untuk menjaga

kestabilan suhu pada bagian motor, sehingga tidak terjadi kenaikan suhu

yang terlalu tinggi sebagai akibat dari pembakaran bahan bakar di dalam

silinder dan gesekan yang terjadi. Pendinginan motor juga dimaksudkan

untuk mengurangi resiko terjadinya kerusakan.

Pendinginan pada motor induk sangat dibutuhkan karena temperatur

gas pembakaran di dalam silinder dapat mencapai kurang lebih 500°C.

Akibat dari proses pembakaran bahan bakar diruang pembakaran terjadi

secara berulang-ulang maka akan terjadi kenaikan suhu pada dinding

silinder, torak, katup dan beberapa bagian yang bergerak lainnya. Sebagian

terjadi proses pendinginan dari minyak lumas, terutama yang membasahi

bagian dinding silinder dan sebagian kecil minyak akan menguap dan

akhirnya akan ikut terbakar bersama bahan bakar. Oleh karena itu, perlu

mendapat pendinginan yang cukup agar temperaturnya tetap pada batas

yang telah ditentukan sesuai ketentuan buku petunjuk dan supaya operasi

mesin dapat berjalan dengan baik (Kurniawan, 2009).

Bagian atas silinder merupakan bagian atas yang terpanas dan

sebagian panas gas pembakaran itu dipindahkan secara langsung ke fluida

pendinginnya. Sedangkan untuk bagian bawah silinder, perpindahan panas

ke fluida pendingin terjadi secara tak langsung, jadi melalui torak dan

cincin torak. Jika pendinginan tidak dapat dilakukan dengan sebaik-

baiknya, maka temperatur dari setiap bagian silinder akan naik. Keadaan

tersebut akan mengakibatkan kerusakan dinding ruang bakar karena

terjadinya tegangan termal atau kerusakan katup-katup, puncak torak dan

6

kemacetan cincin torak. Di samping itu, minyak pelumas akan menguap

dan terbakar sehingga terjadi keausan cepat pada torak dan dinding

silinder, tetapi juga mengakibatkan gangguan kerja mesin.Beberapa mesin

kapal mempergunakan air laut sebagai fluida pendingin, tetapi pada

umumnya dipakai air yang telah dilunakkan untuk mencegah terjadinya

korosi serta endapan-endapan. Jika udara atmosfir dapat bertemperatur

dibawah 0°C, maka air pendingin biasanya dicampur dengan “ethylene

glycol” untuk mencegah pembekuan. Jadi, penambahan “ethylene glycol”

ke dalam air pendingin akan menurunkan titik beku dari fluida pendingin

tersebut. Apabila air pendingin sampai membeku, maka volume air akan

bertambah sehingga dapat merusak saluran-saluran air pendingin. Maka

dalam keadaan dimana dapat diperoleh ethylene glycol, sebaiknya air

dikeluarkan dari mesin seandainya ada kemungkinan terjadi pembekuan.

Ethylene glycol tersebut diatas juga bertitik didih tinggi, sehingga

perbedaan temperatur antara air pendingin di dalam radiator dengan udara

atmosfir dapat diperbesar dan ukuran radiator dapat diperkecil. Inilah

sebabnya mengapa ethylene glycol ditambahkan kepada air pendingin

motor bakar torak untuk pesawat terbang. Namun demikian, cara tersebut

di atas bukanlah satu-satunya usaha untuk memperkecil ukuran radiator.

Penambahan tekanan didalam sistem pendingin air, yang berarti

mempertinggi titik didih air, juga merupakan usaha memeperoleh ukuran

radiator yang lebih kecil. Sistem tersebut terakhir banyak digunakan pada

mesin-mesin kendaraan.

1. Perpindahan Panas (kalor)

Ada tiga cara perpindahan panas yaitu : secara konduksi , konveksi

dan radiasi:

a. Konduksi

Merupakan bagian yang penting dalam membawa panas melalui

dinding logam dan lapisan tipis dari gas dan air yang berhenti dan

bersinggungan dengan dinding (perpindahan panas melalui medium).

7

b. Konveksi

Bila cairan mempunyai suhu berbeda, kepadatan sebagian dari

suhu tinggi menjadi lebih kecil daripada yang bersuhu rendah

disekitarnya, dan cairan bagian suhu yang tinggi naik dan

mengalir.panas dipindahkan dengan gerakan ini disebut konveksi.

c. Radiasi

Sebuah unsur meradiasikan energi panas sendiri dalam bentuk

gelombang mangnet listrik sesuai dengan suhu.benda tersebut

mempunyai sifat meresap, radiasi panas dan penyimpanannya

sebagai energi panas. Pemindahan panas dihasilkan oleh radiasi

panas dan penyerapan disebut pemindahan panas radiasi.

Dari hasil pembakaran bahan bakar dalam silinder dapat

mencapai temperatur 500°C. Karena proses itu terjadi berulang-

ulang maka dinding silinder, kepala silinder, torak, katup dan

beberapa bagian lain akan menjadi panas. Sebagian dari minyak

pelumas terutama yang membasahi dinding silinder akan menguap

dan akhirnya terbakar bersama bahan bakar. Karena itu bagian

tersebut perlu mendapatkan pendinginan yang cukup agar

temperaturnya tetap berada dalam batas yang dibolehkan (

Kurniawan, 2009).

Proses pendinginan memerlukan fluida pendingin yang dialirkan

ke bagian-bagian dalam mesin diluar silinder. Motor diesel yang

besar memakai minyak pelumas untuk mendinginkan torak yaitu

dengan cara mengalirkan minyak pelumas melalui saluran di bawah

kepala torak. Perpindahan kalor dari gas pembakaran ke fluida

pendingin terjadi didalam alat penukar panas (kondensor) terjadi

menurut panas.

Dipandang dari segi pemanfaatan energi thermal gas

pembakaran proses pendingian itu merupakan kerugian energi.

8

Hanya 25 – 40% saja dari energi thermal tersebut yang diubah menjadi

energi mekanik, sebanyak 20 – 25% diserap oleh oleh fluida pendingin,

sedangkan kira-kira 40 – 50% terbawa keluar bersama-sama gas buang.

Sebagian besar energi thermal yang diserap oleh fluida pendingin mengalir

malalui kepala silinder dan saluran buang. Hanya sebagian kecil saja yang

diserap minyak pelumas. Kerugian thermal yang terbawa gas buang dapat

diperkecil dengan memanfaatkan energi gas buang tersebut misalnya

dipakai menggerakkan tubo supercharger.

2.2 Macam-Macam Sistem Pendinginan

Pada umumnya dikapal-kapal ada dua cara untuk mendinginkan

mesin utama maupun motor bantunya, yaitu dengan menggunakan Sistem

pendinginan secara langsung (terbuka) dan sistem pendinginan secara

tidak langsung (tertutup).

1. Sistem Pendinginan Langsung (Terbuka).

Sistem pendinginan langsung adalah sistem pendinginan yang

menggunakan satu media pendingin saja yakni dengan media pendingin air

laut. Proses pendinginannya dengan cara : air laut diambil dari katup

kingstone melalui filter dengan pompa air laut, kemudian air laut

disirkulasikan ke seluruh bagian-bagian mesin yang membutuhkan

pendinginan melalui pendingin minyak pelumas dan pendingin udara untu

mendinginkan kepala silinder, dinding silinder dan katup pelepas gas

kemudian air laut dibuang keluar kapal.

Filter-filter yang diadakan pada pipa penghisap air laut dan sea chest

berfungsi sebagai penghalau masuknya benda-benda asing seperti pasir

dan kotoran atau debu dari air laut yang dapat menyebabkan tersumbatnya

saluran pendingin.

Berikut ini dapat dilihat skema gambar dari sistem pendinginan

secara langsung (tertutup). Pada gambar 1 adalah sebagai berikut :

9

Gambar 1 Sistem pendinginan langsung mesin Induk

( Boentarto 1996 Operasi dan Pemeliharaan Mesin Kapal, Erlangga :Jakarta)

Keterangan :

1. Saringan laut (sea chest) 6. Tangki pendingin

2. Katup / valve 7. Thermometer

3. Saringan 8. Mesin induk

4. Pompa 9. Pipa buang

5. Katup pengaman

Bila ditinjau dari segi konstruksi sistem pendinginan langsung mempunyai

keuntungan yaitu lebih sederhana dan daya yang diperlukan untuk sirkulasi air

lebih kecil dibandingkan dengan sistem pendinginan tidak langsung. Selain itu

dapat menghemat pemakaian peralatan, karena pada sistem ini tidak memerlukan

tangki air dan tidak memerlukan banyak pompa untuk mensirkulasikan air

pendingin. Adapun kerugian dari sitem pendinginan langsung ini adalah pada

instalasi perpipaannya mudah sekali terjadi pengerakan (karat) karena air laut ini

bersifat korosif serta air pendingin sangat terpengaruh dengan temperatur air laut.

2. Sistem Pendinginan Tidak Langsung (tertutup)

Sistem pendinginan tidak langsung menggunakan dua media pendingin,

10

yang digunakan adalah air tawar dan air laut. Air tawar dipergunakan untuk

mendinginkan bagian-bagian motor, sedangkan air laut digunakan untuk

mendinginkan air tawar, setelah itu air laut langsung dibuang keluar kapal dan air

tawar bersirkulasi dalam siklus tertutup. Sistem pendinginan ini mempunyai

efisiensi yang lebih tinggi dan dapat mendinginkan bagian-bagian motor secara

merata.

Gambar 2 Sistem Pendingin Tak Langsung

(Soeharto, 1991, Manajemen Perawatan Mesin, Jakarta)

Sistem pendinginan tidak langsung ini memiliki efisiensi yang lebih tinggi

dari pada sistem pendinginan langsung dan dapat mendinginkan secara merata.

Keuntungan lain yang didapat dari sistem pendingin ini adalah kecilnya resiko

terjadinya karat.

Kerugian sistem pendinginan tidak langsung adalah terlalu banyak

menggunakan ruangan untuk penempatan alat-alat utamanya, sehingga konstruksi

menjadi rumit. Daya yang dipergunakan untuk mensirkulasikan air pendingin

lebih besar, karena sistem ini menggunakna banyak pompa sirkulasi.

11

3. Macam-Macam Media Pendinginan.

Pada sistem pendinginan motor dapat dilakukan dengan beberapa media

pendingin, yaitu dengan media pendingin air, udara dan minyak.

a. Media Pendingin Air

Air merupakan media pendingin yang baik karena air dapat mengambil

1 kkal pada tiap kg dan tiap derajat celcius. Sedangkan volume dari 1 kg

air hanya 1 dm³.

1) Media Pendingin Air Tawar.

Media pendingin dengan menggunakan air tawar ini digunakan pada

system pendinginan tak langsung. Proses pendinginannya dilakukan

dengan proses pendinginan air tawar terlebih dahulu yang terletak di

tangki penampung air tawar dengan menggunakan air laut. Setelah

temperature air tawar pada tangki penampung menurun selanjutnya air

tawar disirkulasikan ke bagian-bagian mesin yang memerlukan

pendinginan, terutama ke bagian yang bergerak yang memiliki resiko

kerusakan besar (Lutfi, 2012).

Untuk menjaga agar proses pendinginan pada motor dapat berjalan

dengan lancar maka perlu diperhatikan sirkulasi pendinginan tersebut.

Biasanya akan terdapat karat yang terjadi akibat dari endapan-endapan

mineral yan terkandung di dalam air. Apabila ini dibiarkan terus-menerus,

maka seiring berjalannya waktu maka karat tersebut akan menyebabkan

tersumbatnya sirkulasi air pendingin.

2) Media Pendingin Air Laut.

Media pendingin dengan menggunakan air laut ini digunakan pada

sistem pendinginan secara langsung (terbuka). Proses pendinginannya

dengan mensirkulasikan air laut secara langsung ke bagian-bagian mesin

yang memerlukan pendinginan. Pada sistem pendinginan jenis ini

diperlukan bahan pencegah pembentukan korosi terutama pada bagian di

dalam blok silinder yang sering disebut zinc anode (Lutfi,2012)

12

3) Media Pendingin Udara

Udara adalah bahan pendingin yang buruk karena dalam 1 kg udara

atau kira-kira 0,77 m³ udara hanya dapat menerima 1 kJ tiap derajat

Celcius. Panas jenis udara ± 1 kJ / kg derajat celcius (Soeharto, 1991)

Pada umumnya semua motor denga pendinginan udara silinder-

silinder dilengkapi dengan rusuk-rusuk pendingin. Rusuk-rusuk pendingin

ini memperbesar luas permukaan yang dapat menyerahkan panas kepada

udara pendingin.

b. Media Pendingin Minyak

Minyak lumas juga dapat dipakai sebagai pendingin, akan tetapi

minyak tersebut hanya dapat mengambil 0,4 kkal pada tiap kg dan tiap

derajat celcius. Sehingga kita harus menyediakan minyak yang cukup

banyak agar dapat mengeluarkan panas yang besarnya sama dengan media

pendingin air (Bentarto, 1996).

Pada motor diesel, penggunaan minyak lumas hanya untuk melumasi

bagian yang bergesekan seperti gesekan pada torak, poros engkol,

bantalan, dan lain-lain. Bila ditinjau dari segi penyerapan panas, maka

media pendingin minyak lumas memiliki lebih kecil dan rendah dibanding

media pendingin air. Minyak lumas digunakan sebaga media pendinginan

permukaan yang panas dengan cara disemprotkan atau dialirkan pada

bagian tersebut. Selain itu juga dapat digunakan untuk melumasi bagian-

bagian yang saling bergesekan agar tidak cepat aus.

4 Komponen Sistem Pendinginan Langsung ( terbuka).

Beberapa komponen yang sering dipakai dalam sistem pendinginan

langsung (pendinginan terbuka) diantaranya sebagi berikut :

1. Saringan/Filter

Saringan ini berfungsi untuk menyaring kotoran

13

Gambar 3 Filter

(Harsanto, 1984, Motor Bakar. Djambatan)

2. Pompa

Pompa air laut berfungsi untuk menghisap air laut dan menekan air

kedalam sistem, selanjutnya disirkulasikan agar dapat melakukan

pendinginan. Pada umumnya motor dikapal menggunakan pompa air laut jenis

sentrifugal, yang digerakkan dengan perantaraan puli (belt),sehingga poros

pompa akan berputar dengan arah yang sama. Motor jenis ini biasanya

manggunakan jenis pompa torak dan pemasangan pompa tidak boleh lebih

tinggi dari tangki persediaan air, tetapi pompa harus lebih rendah dari

permukaan air didalam tangki, sehingga air dapat masuk keujung pipa hisap.

Ada pompa yang dapat digunakan mesirkulasikan air pendingin yaitu jenis

pompa sentrifugal.

(1). Pompa Sentrifugal

Pompa yang sering digunakan di kapal adalah jenis pompa sentrifugal.

Pompa sentrifugal yang digerakan oleh mesin mampu balik langsung,

Misalnya seperti yang digunakan untuk penggerak kapal, biasanya

mempunyai sudu radial lurus dan rumahan yang konsentris . Efisien pompa

semacam ini lebih rendah daripada pompa yang dirancang untuk berputar

dalam satu arah saja, terutama karena bentuk dari rumahannya. Untuk

mendapatkan tekanan dan kapasitas yang sama, maka kecepatan impeller

harus ditingkatkan, dibandingkan dengan pompa biasa. Beberapa mesin kapal

14

mampu balik langsung mempunyai pompa sentrifugal biasa yang berputar

selalu dalam arah yang sama. Pompa semacam ini disambungkan ke mesin

oleh roda gigi pembalik khusus yang poros penggeraknya berputar dalam arah

yang sama, kemanapun juga arah putaran poros penggerak.

Gambar 4 Pompa Centrifugal

(Sumanto. 2000, Dasar – Dasar Mesin Pendinngin. Edisi Pertama Cetakan Kedua.

Andi Offset. Yogyakarta.)

6. Komponen Sistem Pendinginan Tidak Langsung (tertutup)

Pada prinsipnya komponen-komponen yang terdapat pada sistem

pendinginan tak langsung sama dengan komponen yang terdapat pada sistem

pendinginan langsung, hanya saja ada beberapa komponen tambahan yang

digunakan karena disesuaikan dengan jenis media yang digunakan untuk proses

pendinginan yaitu : air laut dan air tawar.

Beberapa komponen-komponen tambahan antara lain sebagai berikut :

1. Tangki Persediaan Air Tawar (Tangki Ekspansi).

15

Air dalam sistem pendinginan akan berekspansi apabila suhunya

naik sehingga akan terjadi kelebihan air, dan kelebihan air ini akan

ditempatkan pada tempat yang tertinggi di saluran air pendingin supaya

tekanan pada sistem selalu tetap dan mencegah kantong uap/udara pada

sistem pendingin. Besarnya tangki persediaan air tawar tergantung pada

kapasitas pada sistem tersebut. Biasanya persediaan air tawar pada setiap

kapal paling sedikit 5-10% dari keperluan.

2. Alat Penukar Panas (Heat Exchanger)

Alat ini berfungsi untuk mendinginkan air tawar yang bersirkulasi

dalam sistem pendinginan. Pada motor-motor jenis lain untuk

mendinginkan air tawarnya menggunakan radiator dengan udara sebagai

media pendinginnya, sedangkan pada motor diesel yang digunakan di

kapal-kapal, alat pendingin air tawar biasanya berbentuk cangkang dan

tabung (shell and tube) dengan air laut sebagai media pendinginnya.

Gambar 5 Alat penukar panas tipe tabung

(Jauhari,2012,Sistem Pendingin Motorad diesel,http://www.bppp-

tegal.com/v1/index.php?option=com_content&view=article&id=228:siste

m-pendinginan-motor-diesel&catid=44:artikel&Itemid=85)

2.3 Bagian-Bagian yang Didinginkan

Sistem pendinginan pada motor induk akan mengalami

pemindahan panas melalui air pendingin, ini sangat besar pengaruhnya

terhadap panas yang berguna pada pembakaran pada silinder. Panas pada

16

motor induk sebagian besar dihasilkan dari proses pembakaran di dalam

silinder. Pembakaran akan berlangsung dalam ruang bakar sehingga

apabila proses pembakaran berlangsung maka bagian silinder akan

menjadi panas sekali. Sedangkan untuk bagian bawah silinder,

perpindahan panas ke media pendingin tidak secara langsung melainkan

melalui torak dan cincin torak. Apabila pendinginan berlangsung tidak

baik maka temperature dari setiap silinder akan naik. Keadaan tersebut

akan mengakibatkan kerusakan pada dinding silinder dan ruang bakar,

sehingga terjadi kerenggangan karena terlalu panas. Disamping itu minyak

pelumas pun akan menguap dan terbakar akibatnya terganggu kinerja

mesin. Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka bagian-bagian yang perlu

didinginkan adalah sebagai berikut :

1. Silinder

2. Kepala silinder

3. Katup

4. Bantalan-bantalan

5. Tempat-tempat yang timbul panas karena gesekan adalah kepala

silinder dan dinding silindernya.

2.4 Proses Kerja Sistem Pendingin

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.

Bila mesin tidak didinginkan maka akan terjadi pemanasan yang

lebih atau yang sering disebut dengan overheating dan akan

mengakibatkan gangguan- gangguan sebagai berikut:

1. Bahan akan lunak pada suhu tinggi.

17

Contoh: torak yang terbuat dari logam paduan aluminium akan

kehilangan kekuatannya pada suhu tinggi (300ºC), bagian atas

torak akan berubah bentuk atau bahkan mencair.

2. Ruang bebas antara komponen yang saling bergerak menjadi

terhalang bila terjadi pemuaian karena panas berlebihan.

Misalnya torak akan memuai lebihbesar (karena terbuat dari

paduan aluminium) daripada blok silinder (yang terbuat dari

besi tuang) sehingga gerakan torak menjadi macet.

3. Terjadi tegangan termal, yaitu tegangan yang dihasilkan oleh

perubahan suhu. Misalnya cincin torak yang patah, torak yang

macet karena adanya tegangan tersebut.

4. 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).

1. Macam - macam sirkulasi air

Gambar 6 Sirkulasi Air Pendingin Dengan Tekanan

(Sumanto. 2000, Dasar – Dasar Mesin Pendingin. Edisi Pertama Cetakan

Kedua. Andi Offset. Yogyakarta)

2. Proses Pendinginan Pada Mesin

Pada mesin bensin ataupun pada mesin diesel proses pendinginan

tergantung pada sistem pendinginan yang digunakan. Pada pendinginan

18

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 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.