BAB VII PENDINGINAN MOTOR
Pendinginan adalah suatu media (zat) yang berfungsi untuk menurunkan panas. Panas tersebut didapat dari hasil pembakaran bahan bakar didalam silinder. Sebagaimana diketahui bahwa terjadinya pembakaran bahan bakar di dalam silinder antara lain misalnya dengan menggunakan pengabut tekan, adalah adanya kombinasi dari : a. Tekanan udara akhir kompresi = 35 – 40 bar b. Suhu udara akhir kompresi 550 – 600o C c. Tekanan bahan bakar keluar pengabut = 250 – 400 kg / cm (ditentukan pabrik pengabut mesin) dengan kecepatan = 200m / det. Suhu yang terjadi saat pembakaran mencapai 1400 o C – 1600o C, akibat suhu pembakaran yang begitu tinggi, maka panas pembakaran ini akan merambat secara pancaran (Radiasi) keseluruh material disekitar ruang pembakaran mengakibatkan material – material tersebut menderita suhu tinggi, yang bila tidak didinginkan akan menjadi lunak untuk mempertahankan kekuatan bahan tersebut, maka diperlukan pendinginan, namun yang perlu diperhatikan bahwa penyerapan panas pembakaran oleh air pendingin + 20 – 25% justru mengurangi kalori yang dihasilkan oleh panas pembakaran, dimana kalori tersebut justru diperlukan untuk menghasilkan tenaga dari motor itu sendiri Atau dengan kata lain, karena material – material perlu didinginkan sehingga motor terserap oleh air pendingin, dilain pihak justru panas tersebut diperlukan untuk produk tenaga inetor. Berarti dalam saat yang bersamaan, disatu pihak kita ingin mempertahankan kekuatan material (life time), dilain pihak tenaga motor tetap dipertahankan tinggi. Karenanya mendinginkan mateial – material tersebut diatur jalan batas – batas yang diizinkan sesuai design (Rencana) pabrik pembuat mesin karena : a. Mesin yang terlalu panas (overheating), mengakibatkan kelemahan material, sehingga membawa dampak terhadap life time (daya tahannya) b. Mesin yang terlalu dingin (under heating), mengakibatkan terjadi proses pembakaran yang tidak sempurna karena komposisi bahan bakar antara lain seperti belerang (sulpkur) akan bereaksi dengan udara membentuk kerak – kerak diruang pembakaran, yang lama kelamaan kerak – kerak tersebut berkumpul disekitar piston ring (cincin torak), mengakibatkan piston ring macet dan patah reaksi kimia tersebut di atas adalah: S+O2 SO2. Danjuga akibat pembakaran tidak sempurna, maka tenaga motor akan berkurang,
1.1 TUJUAN PENDINGINAN Tujuan dari pendinginan sebagaimana diuraikan diatas adalah untuk: a. Ketahanan material ditinjau dari segi life timenya.\ b. Mengurangi keausan karena pengaruh gesekan (misalnya gesekan piston ring dengan liner) c. Mencegah terjadinya overheating, mengakibatkan kelemahan material. d. Mempertahankan suhu pendinginan normal sesuai ketentuan motor (patrik), sehingga tenaga motor dapat dipertahankan stabil, karena berpengaruh terjadinya pembakaran sempurna. e. Pelumasan lebih baik, tidak cepat encer (viscosity stabil) 1.2 Bagian – Bagian Yang Didinginkan Bagian – bagian yang didinginkan sekitar ruang pembakaran adalah : a. b. c. d. e. f.
Kepala silinder (cylinder head) Lapis silinder (cylinder liner) Torak (piston) Katup buang (exhaust volve) Rumah tertin gas buang Pengabut (injector)
Untuk mendinginkan kepala silinder maka air pendingin masuk melalui saluran didalam kepala silinder. Air pendingin ini sekali gas akan mendinginkan katup buang, katup udara start, katup keamanan dan pengabut. Untuk mendinginkan dinding sel , dimana air pendingin masuk cylinder jacket (mantel silinde), namun yang perlu diperhatikan jangan sampai air pendingin ini bocor baik pada silinder head ataupun pada cylinder liner, karena air pendingin yang bocor akan tercampur dengan pelumas didalam carter (terkontaminasi), ssehingga viscosity (kekentalan) dari minyak pelumas tercemar. Untuk mendinginkan torak, maka air pendingin masuk kedalam torak melalui pipa – pipa telescope dari dalam carter, begitu juga air pendingin masuk kedalam rumah terbin gas buang, sehingga terbin tersebut menjadi dingin.
Suhu gas buang yang keluar dari ruang pembakaran langsung diterima oleh sudu – sudu jalan (terbin blade), yang berarti panas bersentuhan langsung dengan sudu – sudu jalan ini. Selain itu panas ini akan merambat melalui Rotor (panas) terbin kearah blower side, sehingga sudu – sudu dari blower akan menderita panas, yang berarti udara yangserap melalui blower ini dimasukan kedalam silinder melalui katup masuk (pada motor 4 takt) atau melalui lobang bilas (pada motor 2 takt), udara yang panas ini mengakibatkan akan menimbulkan pembakaran yang tidak sempurna dalam silinder, karena udara yang panas akan mempengaruhi kerenggangan molekul – molekul udara yang sebagian besar terdiri dari molekul – molekul oksigen (O2) sehingga terjadilah pembakaran yang tidak sempurna seperti yang disebutkan diatas tadi.
1.3 Jenis Zat Pendingin Secara umum media pendingin dikelompokan dalam : a. Zat Cair (seperti : air laut, air tawar, dan pelumas) b. Udara c. Pelumas Keuntungan zat cair sebagai bahan pendingin adalah : a. Zat cair selalu ditambah melalui expensi tank atau melalui radiator karena berkurang akibat penguapan – penguapan atau kebocoran – kebocoran b. Zat cair sukar didapat (baca air tawar) c. Zat cair lebih mahal d. Perawatan zat cair lebih banyak e. Bila water scal bocor, pelumas tercemar (kontaminasi)
Air Laut Penggunaan air laut sebagai air pendingin kita jumpai pada motor – motor sungai / danau, motor boot dll. Bila menggunakan air laut maka kita mengenal dengan mesin pendingin terbuka, yang maksudnya suatu sistem pendinginan dimana tidak terjadi sirkulasi air pendingin, tapi air pendingin dihisap oleh pompa pendingin dari laut, diteruskan ke motor, dan langsung dibuang kelaut kembali. Yang perlu diperhatikan pada sistem ini, adalah suhu air buangan keluar motor jangan melebihi 120 F, karena pada suhu tersebut, air laut akan terurai
membentuk lapisan – lapisan kerak yang disebut batu – batu ketel yang mengganggu perpindahan panas. Keuntungan menggunaan air laut sebagai air pendingin : a. Gampang didapat selama masih menggunakan marine engine. b. Panas jenis air laut besar, sehingga per satuan volume dapat ditampung panas yang lebih besar.
Kerugiannya : a. Pada saat tertentu akan terbentuk batu ketel yang merugikan. b. Air laut lebih banyak mengandung udara yang mempercepat korosive material
Air Tawar Air tawar yang dimaksud disini bisa berasal dari : a. Air sungai , air sumur, air danau b. Air distilasi (penyulingan) c. Air hujan Penggunaan air tawar sebagai air pendingin kita jumpai pada motor – motor ukuran tenaga menengah dan tenaga besar (sulzer,HAN) untuk penggunaan air tawar kita mengenal dengan sistem pendingin tertutup , yang maksudnya suatu sistem pendinginan dimana terjadi pecar terus menerus sirkulasi air pendingin dimulai dari pompa air pendingin menekannya kebagian seluruh motor, keluar dari motor ditekan ke crobr air tawar, kemudian kembali diresap oleh pompa pendumpin xcada terus menerus. Di jelasnya air tawar tersebut tidak dibuang ke laut. Adapun air laut hanya berfungsi sebagai pendingin air tawar dalam coobr air tawar (fres water coobr), dimana pompa air laut mengisap air laut, ditekan ke coobr air tawar dan selanjutnya dibuang ke laut kembali. Kalau kita bicara dengan penukaran panas (Heat Exchanger) maka dibedakan atas : a. b. c. d. e.
Mendinginkan air disebut : coobr atau radiator Mendinginkan uap disebut : condenser Mendinginkan gas disebut : evaporator Mendinginkan minyak disebut : coobr Mendinginkan udara disebut : coobr
Bila menggunakan air tawar sebagai air pendingin motor maka harus diperhatikan beda suhu air pendingin masuk dan keluar motor rata-rata 5-100 C atau dengan kata lain air pendingin masuk motor sehingga maksimal 65o C, karena bila suhu air pendingin terlalu rendah seperti yang diuraikan sebelumnya akan terjadi. a. Pembakaran tidak sempurna, berarti tenaga motor kecil b. Terbentuknya kerak mengakibatkan piston ring macet c. Terjadinya tepangan material, mengakibatkan material retak Keuntungan air tawar sebagai air pendingin adalah : a. Air tawar tidak mengakibatkan material menjadi korosif b. Tidak terbentuk batu ketel pada suhu tertentu (1600oF) c. Efek pendinginan lebih baik Kerugian : a. Air tawar sulit didapat terutama untuk marine engine b. Harga air tawar lebih mahal. c. Air tawar tercampur pelumas dalam carter, bila bocor yang mempengaruhi viscosity pelumas
Minyak Pelumas Minyak pelumas juga dapat dipakai sebagai zat pendingin, banyak digunakan pada motor tenaga menengah dan tenaga besar (Fiat, Gotervekan, Bolres). Untuk mendinginkan torak. Minyak pelumas masuk kedalam torak melalui pipa-pipa teleskope dalam carter dengan 2 aliran pipa (1 buah pipa masuk dan 1 buah lagi pipa tekar), pelumas masuk melalui Connecting Rod (batang penggerak) diteruskan ke Piston Rod (batang torak) selanjutnya masuk torak dan mendinginkannya. Minyak pelumas disamping fungsinya sebagai pelumas, juga berfungsi sebagai pendinginan. Yang perlu diperhatikan bila menggunakan pelumas sebagai pendinginan torak, maka viscosity (kekentalan) pelumas agar dipertahankan baik, agar dicapai fungsi pendinginan yang baik pula, karena pelumas yang encer mempengaruhi sifat baka (adhesi) dari pelimas itu sendiri yang mengakibatkan fungsi pendinginan tidak tercapai secara baik.
Keuntungan pelumas sebagai pendinginan torak : a. Bila pelumas bocor, tidak bermasalah terhadap pelumas dalam carter mesin b. Tidak akan terbentuk batu – batu ketel seperti halnya pada pendinginan menggunakan air laut. Kerugian : a. Efek pendinginan kurang begitu baik b. sukar didapat c. harga lebih mahal UDARA Udara yang dipakai pendinginan motor hanya di jumpai pada pesawat – pesawat terbang dan sepeda – sepeda motor saja, sedang untuk marine engine jarang dijumpai. Udara hanya dapat mendinginkan sebagian kecil dari bagian – bagian motor seperti cylinder liner (lapis silinder), sedangkan mendinginkan katup buang praktis tidak dicapai. Udara mendinginkan lapis silinder secara merambat dari luar ke dinding silinder. Disebelah luar dinding silinder dibentuk rusuk – rusuk pendingin berupa sirip – sirip, sehingga aliran udara akan lebih lama beredar di sekitar sirip – sirip ini, sehingga efek pendinginan dicapai baik atau sirip – sirip tersebut mempengaruhi positif terhadap fungsi pendinginanya. Keuntungan udara sebagai zat pendingin adalah : a. Setiap saat gampang didapat. b. Zat pendingin tidak perlu dibeli. Kerugian a. Bila udara panas (karena jalan macet), efek pendingin terganggu atau kurang baik b. di daerah khatulistiwa suhu udara cukup tinggi Pada pendinginan tertutup (lihat gambar 32) dimana air tawar didinginkan oleh air laut Fresh Water Cooler, air tawar diluar pipa – pipa pendingin sementara air laut dalam pipa – pipa pendingin pompa pendingin air laut mengisap air laut dari sea chest, sebelum mendinginkan air tawar terlebih dahulu mendinginkan minyak lumas di lub. Oil cooler, selanjutnya baru mendinginkan air tawar di fresh water cooler. Air tawar keluar dari mesin sudah panas, suhunya + 65 oC, karena air tawar menyerap panas dari panas pembakaran bahan bakar dalam silinder motor, suhu air
tawar tersebut harus didinginkan hinga suhu air pendingin (air tawar) masuk mesin kurang lebih ± 55 o C. Kekurangan air tawar pendingin (karen a kebocoran – kebocoran) dapat ditambah langsung menggunakan expensian tank yang terletak diatas mesin.
Gambar 32
Gambar 33
Gambar 34
Pada gambar 33, diperlihatkan sistem pendingin terbuka, dimana sebagai air pendingin digunakan air laut langsung yang dihisap dari sea water box, setelah mendinginkan mesin, air laut tersebut langsung dibuang kelaut lagi pada sistem pendinginan ini, efek pendinginan kurang baik karena air laut mengandung kadar garam yang mengakibatkan material CORROSIVE dan juga mengandung endapan – endapan / batu ketel sebagai isolasi untuk penyerapan.
Gambar 35
Pada gambar 35, diperlihatkan pendinginan Piston menggunakan air tawar, dimana air Tawar pendingin mendinginkan bagian Dalam piston. Air pendingin masuk ke Dalam piston melalui pipa – pipa telescope setelah mendinginkan piston air tawar pendingin keluar piston melelui pipa telescop juga.
Keuntungan -
Efek pendinginan lebih baik Harga air tawar lebih murah Konstruksi telescope pipa sederhana
Kerugian -
Water scal bocor, pelumas carter tercemar
Sedangkan pada gambar 36, untuk mendinginkan dalam piston digunakan minyak pelumas
Gambar 36 Prinsipnya sama dengan sistem air tawar juga, dimana minyak pelumas masuk dan keluar piston melalui pipa – pipa telescope, Keuntungan sistem ini adalah: Bila air scal bocor, sehingga pelumas Bocor tidak bermasalah, karena akan Bercampur dengan pelumas mesin Kerugiannya Harga pelumas lebih mahal dari pada air tawar.
