BAB II LANDASAN TEORI

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Perpindahan Kalor Perpindahan panas adalah proses berpindahnya energi dari suatu tempat ke tempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan suhu di tempat – tempat tersebut. Perpindahan panas dapat berlangsung dengan beberapa cara seperti : 1. Perpindahan Panas Konduksi Merupakan proses perpindahan panas dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu rendah di dalam medium (padat, cair, dan gas) atau antara medium yang bersinggungan langsung. Jika terdapat suatu gradien suhu, maka menurut pengalama akan terjadi perpindahan dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah. Dapat dikatakan bahwa energi akan berpindah secara konduksi atau hantaran, laju perpindahan kalor dinyatakan sebagai :

= − . .  ⁄ ............................................................... ref. 1, hal. 2

Universitas Mercu Buana

6

TUGAS AKHIR

Dimana :

Teknik Mesin

= laju perpindahan kalor  ⁄

= gradien suhu kearah perpindahan kalor = konduktivitas thermal bahan = luas bidang perpindahan kalor

2. Perpindahan Panas Konveksi Merupakan proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan proses mencampur. Proses ini terjadi pada permukaan padat, cair dan gas. Aliran

Arus bebas U∞ T∞ U

q

Dinding

Gambar 2.1 perpindahan kalor konveksi dari suatu plat Ref. http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/105/jtptunimus-gdl-syamsudinr5219-2-bab2.pdf

Pada gambar 2.1 diatas Tw adalah suhu plat dan T∞ adalah suhu fluida. Apabila kecepatan di atas plat adalah nol, maka kalor hanya dapat perpindah dengan cara konduksi. Akan tetapi apabila fluida diatas plat bergerak dengan kecepatan tertentu, maka kalor perpindah


7

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

dengan cara konveksi, yang dimana gradien suhu bergantung dari laju fluida membawa kalor. Sedangkan laju perpindahan kalor dipengaruhi oleh luas permukaan perpindahan kalor (A) dan beda suhu menyeluruh antara permukan bidang dengan fluida yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

= ℎ. . (

−

) .................................................... ref. 1, hal. 11

Dimana h merupakan koefisian perpindahan panas konveksi. Untuk keadaan yang sederhana, koefisien perpindahan panas konveksi (h) dapat diperhitungkan secara analisis, sedangkan untuk keadan yang rumit, harus diperhitungkan dengan cara eksperiman atau percobaan. Perpindahan panas konveksi tergantung pada vikositas fluida, disamping ketergantunganya terhadap sifat – sifat termal fluida, seperti: konduktivitas termal, kalor spesifik, dan densitas. Hal ini disebabkan karena viskositas mempengaruhi laju perpindahan energi di daerah dinding. Ada dua jenis perpandahan panas konveksi, yaitu : a. Perpindahan panas konveksi alami Fenomena ini tejadi karena fluida yang terjadi karena pemanasan, berubah densitasnya, sehingga fluidanya bergerak. b. Perpindahan panas konveksi paksa Fenomena ini terjadi apabila sistim dimana fluida didorong oleh permukaan perpindahan kalor, atau melaluinya, fluida bergerak adanya faktor pemaksa. Sebagai gambaran adalah


8

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

fenomena perpindahan panas aliran atau di dalam pipa yang dinyatakan sebagai :

=

.

.

= ℎ. 2 . (

−

)

.................................... ref. 1, hal. 252 q

m.Cp Aliran 1

dx

Tb1

2 Tb2

L Gambar 2.2 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu limbak Ref. http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/105/jtptunimus-gdlsyamsudinr-5219-2-bab2.pdf

Angka Nusselt untuk aliran turbulen sepenuhnya adalah :

= 0,023

,

........................................... ref. 1, hal. 252

Dimana : n = nilai eksponen = 0,4 untuk pemanasan = 0,3 untuk pendinginan


9

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Angka Nusselt untuk aliran laminar sepenuhnya adalah :

,

= 3,66 +

,

( ⁄ ) [( ⁄ )

] ⁄

.......................... ref. 1, hal. 252

Dimana : d = diameter pipa L = panjang pipa Koevisien perpindahan panas konveksi dibantu oleh :

ℎ =

.

................................................................. ref. 1, hal. 260

3. Perpindahan Panas Radiasi Merupakan proses perpindahan panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah bila benda – benda itu terpisah di dalam suatu ruangan bahkan bila terdapat suatu ruang hampa diantara benda – benda tersebut. Untuk radiasi diantara dua benda dapat dirumuskan :

=

.

. . (

−

) .......................................... ref. 1, hal. 13

Dimana : Fx = fungsi emisivitas Fg = fungsi geometeri A = luas permukaan bidang σ = konstanta Stefan Boltzman (5,669 x 10-8 W / m2 K4)


10

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

4. Perpindahan Panas Gabungan Dinding datar seperti pada gambar 2.2 dimana pada suatu sisinya te rdapat luida panas A, dan pada sisi alinnya terdapat fluida B yang lebih dingin. Perpindahan kalor dinyatakan oleh :

=ℎ . (

−

) = . ⁄∆ (

=ℎ . (

−

) .......................................................... ref. 1, hal. 32

−

)

Proses perpindahan kalor dapat di gambarkan dengan jaringan tahanan seperti pada gambar 2.2. Perpindahan kalor gabungan dihitung dengan jalan membagi beda suhu menyeluruh dengan jumlah tahanan thermal :

= .

∆

.................................................... ref. 1, hal. 32 .

.

TA Fluida A q

Fluida B T1

T2

h1

h2

TB Gambar 2.3 Perpindahan kalor gabungan melalui dinding datar Ref. http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/105/jtptunimus-gdlsyamsudinr-5219-2-bab2.pdf


11

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Nilai 1/h. A digunakan untuk menunjukan tahanan konveksi. Aliran kalor menyeluruh sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi bisa dinyatakan dengan koevisien perpindahan kalor menyeluruh U, yang dirumuskan dengan hubungan :

= . . ∆ (menyeluruh) .............................................. ref. 1, hal. 33

Dimana A adalah luas bidang aliran kalor, koofisien perpindahan kalor menyeluruh adalah :

=

∆

........................................................... ref. 1, hal. 33

Sedangkan pada penukar kalor aliran silang, fluida yang mengalami pertukara panas berjalan secara menyilang satu sama lain. Dalam penerapannya penukar kalor air silang, banyak dipakai untuk pemanasan dan pendinginan udara, gas atau air. Sebagai contoh adalah radiator yang konstruksinya menggunakan saluran diantara sirip–sirip. Dengan luas permukaan yang sangat besar persatuan volume yang diwujudkan dalam bentuk konstruksi pipa dan sirip, maka akan memungkinkan terjadinya kontak langsung dengan udara secara lebih luas.


12

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.4 Contoh – contoh konfigurasi penukar kalor kompak Ref. http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/105/jtptunimus-gdlsyamsudinr-5219-2-bab2.pdf

Keterangan : a. Penukar kalor tabung bersirip dengan tabung – tabung rata. b. Penukar kalor bersirip bundar dalam satuan konfigurasi. c dan d.

Menggambarkan cara

lain untuk

mendapatkan

luas

permukaan yang sangat besar pada kedua sisi penukar kalor.

2.2 Alat Penukar Kalor Alat penukar panas atau Heat Exchanger adalah alat yang digunakan untuk memindahkan panas dari sistem ke sistem lain tanpa perpindahan massa dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagai pendingin. Biasanya, medium pemanas dipakai adalah air yang dipanaskan sebagai fluida panas dan air biasa sebagai air pendingin (cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agar perpindahan panas antar fluida dapat


13

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct contact). Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil dimana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar. Tipe aliran di dalam alat penukar panas ini ada 4 macam aliran, yaitu : 1. Counter current flow (aliran berlawanan arah) 2. Paralel flow/co current flow (aliran searah) 3. Cross flow (aliran silang) 4. Cross counter flow (aliran silang berlawanan) Jenis – jenis penukar panas antara lain : 1. Penukar panas pipa rangkap (double pipe heat exchanger) Salah satu jenis penukar panas adalah susunan pipa ganda. Dalam jenis penukar panas dapat digunakan berlawanan arah aliran atau arah aliran, baik dengan cairan panas atau dingin cairan yang terkandung dalam ruang annular dan cairan lainnya dalam pipa.

Gambar 2.5 Penukar panas jenis pipa rangkap Ref. http://beck-fk.blogspot.com/2012/05/alat-heat-exchanger.html


14

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

2. Penukar panas cangkang dan buluh ( shell and tube heat exchanger ) Alat penukar panas cangkang dan buluh terdiri atas suatu bundel pipa yang dihubungkan secara parallel dan ditempatkan dalam sebuah pipa mantel (cangkang ). Fluida yang satu mengalir di dalam bundel pipa, sedangkan fluida yang lain mengalir di luar pipa pada arah yang sama, berlawanan, atau bersilangan.

Gambar 2.6 Penukar panas jenis cangkang dan buluh Ref. http://beck-fk.blogspot.com/2012/05/alat-heat-exchanger.html

3. Penukar Panas Plate and Frame ( plate and frame heat exchanger ) Alat penukar panas pelat dan bingkai terdiri dari paket pelat – pelat tegak lurus, bergelombang, atau profil lain. Pemisah antara pelat tegak lurus dipasang penyekat lunak ( biasanya terbuat dari karet ) terdapat lubang pengalir fluida.


15

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.7 Penukar panas jenis plate and Frame Ref. http://beck-fk.blogspot.com/2012/05/alat-heat-exchanger.html

4. Adiabatic wheel heat exchanger Jenis penukar panas ini menggunakan intermediate cairan atau toko yang solid untuk menahan panas, yang kemudian pindah ke sisi lain dari penukar panas akan dirilis. 5. Pillow plate heat exchanger Pelat bantal memungkinkan untuk pendinginan di hampir daerah seluruh permukaan tangki, tanpa sela yang akan terjadi antara pipa dilas ke bagian luar tangki. Pelat bantal dibangun menggunakan lembaran tipis dari logam-spot dilas ke permukaan selembar tebal dari logam. Pelat tipis dilas dalam pola teratur dari titik-titik atau dengan pola serpentin garis las. Setelah pengelasan ruang tertutup bertekanan dengan kekuatan yang cukup untuk menyebabkan logam tipis untuk tonjolan di sekitar lasan, menyediakan ruang untuk cairan penukar panas mengalir, dan menciptakan penampilan yang karakteristik bantal membengkak terbentuk dari logam.


16

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

6. Dynamic scraped surface heat exchanger Tipe lain dari penukar panas disebut "(dinamis) besot permukaan heat exchanger". Ini terutama digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan tinggi viskositas produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi. 7. Phase – change heat exchanger Selain pemanasan atau pendinginan cairan hanya dalam satu fasa, penukar panas dapat digunakan baik untuk memanaskan cairan menguap (atau mendidih) atau digunakan sebagai kondensor untuk mendinginkan uap dan mengembun ke cairan. Pada pabrik kimia dan kilang, reboilers digunakan untuk memanaskan umpan masuk untuk menara distilasi sering penukar panas . Distilasi set – up biasanya menggunakan kondensor untuk mengkondensasikan uap distilasi kembali ke dalam cairan. Pembangkit tenaga listrik yang memiliki uap yang digerakkan turbin biasanya menggunakan penukar panas untuk mendidihkan air menjadi uap.

Gambar 2.8 Penukar panas jenis Phase – change heat exchanger Ref. http://beck-fk.blogspot.com/2012/05/alat-heat-exchanger.html


17

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

2.3 Sistem Pendinginan Mesin Proses pembakaran yang berlangsung terus menerus dalam mesin mengakibatkan mesin dalam kondisi temperatur yang sangat tinggi. Temperatur sangat tinggi akan mengakibatkan desain mesin menjadi tidak ekonomis, sebagian besar mesin juga berada di lingkungan yang tidak terlalu jauh dengan manusia sehingga menurunkan faktor keamanan. Temperatur yang sangat rendah juga tidak terlalu menguntungkan dalam proses kerja mesin. Sistem pendinginan digunakan agar temperatur mesin terjaga pada batas temperatur kerja yang ideal. Prinsip pendinginan adalah melepaskan panas mesin ke udara, tipe langsung dilepaskan ke udara disebut pendinginan udara (air cooling), tipe menggunakan fluida sebagai perantara disebut pendinginan air. MacamMacam Sistem Pendingin, yaitu : 1. Sistem Pendinginan Udara a. Pendinginan oleh aliran udara secara alamiah. Pada sistem ini panas yang dihasilkan oleh pembakaran gas dalam ruang bakar sebagian dirambatkan keluar dengan menggunakan siripsirip 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.


18

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.9 Pendinginan Udara Secara Alamiah Ref. http://dimasp-30.blogspot.com/

b. Pendinginan oleh tekanan udara Udara yang menyerap panas dari sirip – sirip pendingin harus berbentuk aliran atau udaranya harus 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 sepeda motor. Pada mesin stasioner aliran udaranya diciptakan dengan cara menghembuskannya melalui blower yang dihubungkan langsung dengan poros engkol menunjukkan pendinginan udara menggunakan kipas atau blower yang terpasang pada roda gila (flywheel fan). Agar aliran udara pendingin lebih dapat mendinginkan sirip – sirip digunakan pengarah.


19

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.10 Kipas udara pada roda gila Ref. http://otomotif.web.id/image/1.34.jpg

2. 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: a. Sirkulasi alamiah atau Thermo – siphon b. 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. Agar air yang panas dapat dingin, maka sebagai pembuang panas dipasangkan radiator. 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


20

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

kipas yang berfungsi untuk mengalirkan udara pada radiator agar panas pada radiator dapat dibuang atau diserap udara. Pada sirkulasi dengan tekanan pada prinsipnya sama dengan sirkulasi alam, tetapi untuk mempercepat terjadinya sirkulasi maka pada sistem dipasang pompa air.

2.4 Komponen Sistem Pendingin Air Pada mobil yang menggunakan bahan bakar sebagai sumber tenaga, pasti menghasilkan panas. Hal tersebut normal, yang tidak normal adalah bila panas tersebut menjadi terlalu panas sehingga dapat menggangu kinerja mesin (overheating). Ciri – cirri overheating adalah knocking atau menggelitik sampai dengan mesin mobil menjadi mati. Idealnya mesin mobil bekerja pada suhu 80 – 90 derajat celcius, dibawah itu juga tidak bagus karena mesin menjadi terlalu dingin atau overcooling dan kerja mesin menjadi tidak efisien. Dan jelas kuncinya ada di perawatan, berikut ini adalah komponen – komponen yang harus diperhatikan dan dirawat pada sistem pendinginan mobil.

Gambar 2.11 Sistem pendingin kendaraan mobil Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendingin-padamobil.html


21

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

1. Waterpump Waterpump atau pomp air bertugas menyalurkan air dari radiator ke mesin dan dari mesin ke radiator. Biasanya terbuat dari alumunium, dan ditempatkan di bagian kepala silinder.

Gambar 2.12 Waterpump Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendinginpada-mobil.html

2. Radiator Radiator

ini

merupakan

tempat

dimana

air

didinginkan

menggunakan jasa hembusan angin dari depan. Makanya letaknya biasanya didepan moncong mobil, komponen ini terbuat dari aluminium atau tembaga dengan banyak sekat dan didalamnya terdapat puluhan jalur air. Sekat fungsinya untuk menangkap angin dan jalur air yang banyak supaya air lebih terpecah dan cepat didinginkan. Pada komponen inilah air dari mesin yang panas disalurkan ke radiator dan setelah dingin kembali masuk kedalam mesin dengan bantuan pompa air.


22

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.13 Radiator Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendinginpada-mobil.html

3. Kipas Radiator Dipasang di belakang radiator pada sisi paling dekat ke mesin adalah satu atau dua kipas listrik di dalam perumahan yang dirancang untuk melindungi jari-jari dan untuk mengarahkan aliran udara. Ini fans yang ada untuk menjaga aliran udara melalui radiator saat kendaraan akan lambat atau berhenti dengan mesin menyala. Jika ini fans berhenti bekerja, setiap kali Anda berhenti, suhu mesin akan mulai naik. Pada sistem lama, kipas terhubung ke depan pompa air dan akan berputar setiap kali mesin itu berjalan karena digerakkan oleh sabuk kipas bukan sebuah motor listrik. Dalam kasus ini, jika driver akan melihat mesin mulai berjalan panas di berhenti dan pergi mengemudi, pengemudi mungkin menempatkan mobil di netral dan putaran mesin untuk menghidupkan kipas angin cepat yang membantu mendinginkan mesin.


23

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.14 Kipas Radiator Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendinginpada-mobil.html

4. Tekanan Topi dan Cadangan Tangki Sebagai pendingin menjadi panas, mengembang. Karena sistem pendingin tertutup, ekspansi ini menyebabkan peningkatan tekanan dalam sistem pendingin, yang normal dan bagian dari desain. Ketika pendingin berada di bawah tekanan, suhu di mana cairan mulai mendidih jauh lebih tinggi. Tekanan ini, ditambah dengan titik didih lebih tinggi dari etilena glikol, memungkinkan pendingin untuk mencapai suhu aman lebih dari 250 derajat. Tutup tekanan radiator adalah perangkat sederhana yang akan mempertahankan tekanan dalam sistem pendinginan sampai titik tertentu. Jika tekanan menumpuk lebih tinggi dari titik tekanan yang ditetapkan, ada katup pegas dimuat, dikalibrasi dengan benar Pounds per inci persegi (psi), untuk melepaskan tekanan.


24

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.15 Tekanan Topi dan Cadangan Tangki Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendinginpada-mobil.html

5. Thermostat Thermostat hanyalah sebuah katup yang mengukur suhu pendingin dan, jika itu cukup panas, terbuka untuk memungkinkan pendingin mengalir melalui radiator. Jika pendingin tidak cukup panas, aliran ke radiator diblokir dan cairan diarahkan ke sistem bypass yang memungkinkan pendingin untuk kembali langsung kembali ke mesin.

Gambar 2.16 Thermostat Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendinginpada-mobil.html


25

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

6. Sistem Bypass Ini adalah bagian yang memungkinkan pendingin untuk memotong radiator dan kembali langsung kembali ke mesin. Beberapa mesin menggunakan selang karet, atau tabung baja tetap. Di mesin lain, ada cast dalam bagian dibangun ke dalam pompa air atau depan perumahan. Dalam kasus apapun, ketika termostat tertutup, pendingin diarahkan untuk melewati ini dan disalurkan kembali ke pompa air, yang mengirimkan pendingin kembali ke mesin tanpa didinginkan oleh radiator.

7. Kepala Paking, Gasket, dan Intake Manifold Semua mesin pembakaran internal memiliki blok mesin dan satu atau dua kepala silinder. Dalam rangka untuk menutup blok ke kepala, kita menggunakan paking kepala. Gasket kepala memiliki beberapa hal yang dibutuhkan untuk menutup melawan. Hal utama adalah tekanan pembakaran pada silinder masing – masing. Minyak dan pendingin harus mengalir dengan mudah antara blok dan kepala dan itu adalah tugas dari paking kepala untuk menjaga cairan dari bocor keluar atau ke dalam ruang pembakaran, atau satu sama lain dalam hal ini. Sebuah paking kepala khas biasanya terbuat dari lembaran logam yang lembut yang dicap dengan pegunungan yang mengelilingi semua titik kebocoran. Ketika kepala ditempatkan di blok, paking kepala terjepit di antara mereka.


26

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.17 Kepala Paking, Gasket, dan Intake Manifold Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendinginpada-mobil.html

8. Heater Inti Pendingin panas juga digunakan untuk menyediakan panas untuk interior kendaraan bila diperlukan. Ini adalah sistem sederhana dan lurus ke depan yang meliputi inti pemanas, yang terlihat seperti kecil versi radiator, terhubung ke sistem pendingin dengan sepasang selang karet. Satu selang pendingin membawa panas dari pompa air ke inti pemanas dan selang lainnya pendingin kembali ke atas mesin. Biasanya ada katup kontrol pemanas di salah satu selang untuk memblokir aliran pendingin ke dalam inti pemanas ketika penyejuk udara maksimum disebut untuk. Sebuah kipas, disebut blower, menarik udara melalui inti pemanas dan mengarahkan melalui saluran pemanas untuk interior mobil.


27

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.18 Heater Inti Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendinginpada-mobil.html

9. Selang Ada beberapa selang karet yang membentuk pipa untuk menghubungkan komponen-komponen sistem pendingin. Selang utama disebut selang radiator atas dan bawah. Kedua selang sekitar 2 inci dan diameter pendingin langsung antara mesin dan radiator. Dua selang tambahan, disebut selang pemanas, pendingin pasokan panas dari mesin ke inti pemanas. Ini selang sekitar 1 inci diameter. Salah satu selang mungkin memiliki katup kendali pemanas dipasang di garis untuk memblokir pendingin panas dari memasuki inti pemanas ketika AC diatur untuk max – dingin. Sebuah selang kelima, disebut selang bypass, digunakan untuk mengedarkan pendingin melalui mesin, melewati radiator, ketika termostat ditutup. Beberapa mesin tidak menggunakan selang karet. Sebaliknya, mereka mungkin menggunakan tabung logam atau memiliki bagian built-in di perumahan depan.


28

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Gambar 2.19 Selang Radiator Ref. http://tholibs.blogspot.com/2013/05/komponen-sistem-pendinginpada-mobil.html

2.5 Prinsip Kerja Sistem Pendinginan Air Pada sistem pendinginan air terdapat dua jenis sirkulasi yang digunakan untuk mendinginkan mesin, yaitu : sirkulasi alam dan sirkulasi tekan. Pada sirkulasi alam, prinsip kerjanya mengikuti sifat air. Sedangkan pada sirkulasi tekan, untuk mengalirkan air pendingin menggunakan bantuan pompa air (water pump). Sirkulasi tekan banyak digunakan pada mesin-mesin sekarang, karena proses sirkulasi air yang lebih cepat dan penggunaan radiator yang lebih kecil. Adapun cara kerja dari sistem pendinginan air adalah sebagai berikut : 1. Saat Mesin Hidup Saat mesin dihidupkan dan belum mencapai temperatur kerja mesin, penyerapan panas oleh air pendingin belum diperlukan. Sirkulasi air hanya disekitar kantong air karena adanya termostat yang belum membuka saat temperatur air pendingin belum mencapai suhu kerja. Air pendingin pada kantong-kantong air yang dipompa akan mengalir


29

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

melalui saluran by pass, sehingga akan kembali lagi ke kantongkantong air. Air pendingin yang berada pada sistem pendingin akan selalu cenderung panas. Saat suhu mesin melebihi suhu optimal, maka termostat akan membuka dan air yang berada pada kantong-kantong air akan mengalir menuju radiator untuk didinginkan, sedangkan air yang dingin pada radiator akan mengantikan air pada kantong air untuk mendinginkan mesin. 2. Saat Mesin Mati Saat mesin dimatikan, maka air pendingin yang berada pada kantong air akan terus menyerap panas dari mesin. Saat mesin telah dingin, temperatur dan volume cairan pendingin akan berkurang dan membentuk ruangan vakum dalam radiator. Ketika terjadi kevakuman tersebut, maka vacum valve pada tutup radiator akan membuka secara otomatis, yang kemudian akan menghisap udara segar ataupun air dalam tanki cadangan untuk menganti kevakuman dalam radiator.

2.6 Metode Perhitungan NTU Dan MLTD 1. Number of Transfer Unit atau NTU Metode

efektivitas

mempunyai

beberapa

keuntungan

untuk

menganalisis perbendingan berbagai jenis penukar kalor dalam memilih jenis

yang

terbaik

untuk melaksanakan pemindahan kalor tertentu.

Efektifitas penukar kalor (heat exchanger effectiveness) didefinisikan sebagai berikut :


30

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

∆ (

=

)

................ ref. 1, hal. 499

Perpindahan kalor yang sebenarnya (actual) dapat dihitung dari energi yang dilepaskan oleh fluida panas atau energi yang diterima oleh fluida dingin untuk penukar kalor aliran lawan arah :

=

(

−

)

=

(

−

) ................................................... ref. 1, hal. 499

Dimana : q = perpindahan panas m = laju aliran massa Ch = kalor spesifik fluida panas Cc = Kalor spesifik fluida dingin Th1 = suhu masuk fluida panas Th2 = suhu keluar fluida panas Tc1 = suhu masuk fluida dingin Tc2 = suhu keluar fluida dingin

Untuk menentukan perpindahan kalor maksimum bagi penukar kalor itu harus dipahami bahwa nilai maksimum akan didapat bila salah satu fluida mengalami perubahan suhu sebesar beda suhu maksimum yang terdapat dalam penukar kalor itu, yaitu selisih antara suhu masuk fluida panas dan fluida dingin. Fluida yang mungkin mengalami beda suhu


31

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

maksimum ini ialah yang nilai mc – nya minimum, karena neraca energi mensyaratkan bahwa energi yang diterima oleh fluida yang satu mesti sama dengan energi yang dilepas oleh fluida yang satu lagi. Jika fluida yang mempunyai nilai mc yang lebih besar yang dibuat mangalmi beda suhu maksimum, maka tentu fluida yang satu lagi akan harus mengalami suhu yang lebih besar dari maksimum, dan ini tidak dimungkinkan. Jadi perpindahan kalor maksimum yang mungkin dinyatakan sebagai :

=(

)

(

−

) .......................... ref. 1, hal. 499

Jika fluida dingin adalah fluida minimum, maka :

=

................................................................................. ref. 1, hal. 499

2. Log Mean Temperature difference atau LMTD Fluida dapat mengalir dalam aliran sejajar maupun aliran lawan arah, dan profil suhu. Perpindahan kalor dalam susunan pipa ganda dapat dihitung memakai rumus :

= . .∆

..................................................................... ref. 1, hal. 490

Dimana : U = koefisien perpindahan kalor menyeluruh A = luar permukaan perpindahan kalor yang sesuai dengan definisi U


32

TUGAS AKHIR

Teknik Mesin

Tm = beda suhu rata-rata yang tepat untuk digunakan dalam penukar kalor

Jadi rumus perhitungan Log Mean Temperature difference atau LMTD, yaitu :

= . .

........................................................................ ref. 1, hal. 490

Dimana nilai LMTD didapat dari rumus sebagai berikut :

=

∆

−∆ ∆ ln (∆ )

=∆

=

(

) ( (


)⁄ (

) )

.................................... ref. 1, hal. 491

33

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents