Efisiensi Suhu Kerja Mesin Antara Pemakaian Water Pump Dan Tanpa Water Pump Pada Mesin Diesel Satu Silinder Merk Dong Feng S195
Atmaja Kurniadi (08320014) Mahasiswa PTM Otomotif IKIP Veteran Semarang Abstrak Teknologi permesinan modern makin dikenal masyarakat baik di desa maupun di kota. Salah satunya adalah teknologi produk permesinan di bidang pertanian yaitu Mesin diesel Dong Feng S195. Mesin diesel Dong Feng S195 metode pendinginannya menggunakan sirkulasi air secara perlahan – lahan, sistem ini kurang efektif karena tidak semua komponen mesin mendapatkan pendinginan yang memadai, juga meninggalkan titik – titik panas ( hot spot ). peneliti melaksanakan penelitian sistem pendinginan gravitasi dengan menambahkan water pump sentrifugal yang digerakkan langsung oleh mesin itu sendiri. Permasalahan dalam penelitian ini meliputi : (1) Mengetahui sejauh mana suhu kerja mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 yang sirkulasi air pendinginnya tanpa memakai water pump ( kondisi standart ), (2) Mengetahui sejauh mana suhu kerja mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 yang sirkulasi air pendinginnya memakai water pump ( modifikasi ), (3) Mengetahui ada tidaknya perbedaan suhu kerja mesin pada sirkulasi air pendingin mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195. Hasil penelitian di penggilingan padi “UD MAKMUR “ Patean Kendal Jawa tengah yaitu dengan pemakaian water pump pada mesin Dong Feng S195 menghasilkan suhu kerja mesin yang efisien sekitar 84oC dibandingkan dengan tanpa pemakaian water pump ( kondisi mesin standart ). Peneliti menyarankan untuk operasi mesin yang relatif lama ( lebih dari 360 menit ) agar memodifikasi sirkulasi air pendingin dengan pemakaian water pump. Sehingga suhu kerja mesin yang efisien dapat dipertahankan dan mencegah rusaknya komponen – komponen mesin akibat panas yang berlebihan. Kata Kunci : Water pump, mesin diesel Dong Feng
PENDAHULUAN Mesin Diesel DF S195 yang digunakan untuk penggilingan menggunakan pendinginan sirkulasi gravitasi. Sirkulasi gravitasi atau sirkulasi termosyfon, didasarkan pada kenyataan bahwa kalau air dipanaskan, maka densitinya berkurang dan cenderung untuk naik, partikel yang dingin tenggelam untuk menggantikan tempat partikel yang panas. Sirkulasi didapatkan kalau air dipanaskan pada satu titik dan didinginkan pada titik yang lain. Pendinginan gravitasi cukup sederhana dan banyak digunakan untuk mesin stasioner kecil dan traktor yang bekerja hanya beberapa jam, tetapi untuk mesin penggilingan harus bekerja dalam waktu yang lama dan kontinyu sehingga pendinginan sirkulasi gravitasi kurang sesuai, sehingga seringkali perlu menambahkan air pendingin karena suhu kerja mesin yang terlalu panas dan menguapkan air yang ada di mesin. Mesin Diesel DF S195 metode pendinginannya menggunakan sirkulasi air secara perlahan – lahan, cara seperti ini kurang efektif lantaran tidak semua komponen mesin mendapatkan porsi pendinginan
yang memadai. Selain itu sering meninggalkan titik panas ( hot spot ). Sebagai pengganti metode lama ini peneliti ingin meneliti hasil penggantian sistem pendinginan grafitasi dengan menambahkan water pump sentrifugal agar dihasilkan sirkulasi yang cepat tanpa menambah volume air pendingin. Cairan pendingin dalam volume sedikit bersirkulasi ke seluruh bagian mesin dalam kecepatan tinggi. Metode ini mampu menjamin seluruh permukaan komponen mesin mendapatkan pendinginan yang merata sehingga titik panas bisa dieleminir dan suhu kerja mesin dapat dipertahankan pada suhu kerja yang efisien.
TINJAUAN PUSTAKA Mesin diesel dong feng S 195 adalah jenis mesin pembakaran dalam ( Internal Combustion Engine ), yaitu mesin panas yang di dalamnya energi kimia dari pembakaran dilepaskan di dalam silinder mesin. Mesin diesel merk Dong Feng S195 merupakan jenis mesin 4 langkah. Dalam mesin 4 langkah, selama empat langkah torak atau dua putaran poros engkol, torak dan silinder bekerja sebagai pompa yang mengeluarkan hasil pembakaran dari pembakaran daur sebelumnya dan mengisi silinder dengan udara segar. Proses mesin diesel empat langkah / empat tak adalah sebagai berikut :
Langkah Isap ( Intake Stroke ) Pada langkah isap, udara dimasukkan ke dalam silinder, torak membentuk kevakuman di dalam silinder, torak bergerak dari titik mati atas ( TMA ) menuju ke titik mati bawah ( TMB ). Terjadinya kevakuman ini bersamaan dengan terbukanya katup isap dan memungkinkan udara segar masuk ke dalam silinder, sedangkan katup buang dalam posisi tertutup selama langkah isap.
Langkah Kompresi ( Compression Stroke ) Pada langkah kompresi, torak bergerak dari titik mati bawah ( TMB ) menuju ke titik mati atas (TMA). Pada saat ini kedua katup yaitu katup isap dan katup buang tertutup, udara yang diisap selama langkah isap ditekan sampai tekanannya sekitar 30 kg/cm2 dengan temperatur sekitar 500 0 – 800 0C ( Toyota,1992:243 ). Langkah Pembakaran ( Expansion Stroke ) Udara yang terdapat di dalam silinder didorong ke dalam ruang bakar pada bagian atas torak, pada saat ini kedua katup yaitu katup isap dan katup buang pada posisi tertutup dan pada akhir langkah pembakaran, ignition nozzle terbuka dan menyemprotkan bahan bakar ke dalam ruang bakar dan campuran udara dan bahan bakar selanjutnya terbakar oleh panas yang dibangkitkan oleh tekananPanas dan tekanan naik secara mendadak dan bahan bakar terbakar dengan sangat cepat Energi pembakaran mengekspansikan gas dengan sangat cepat dan torak terdorong ke bawah. Gaya yang mendorong torak ke bawah diteruskan ke batang torak dan poros engkol dan diubah menjadi gerak putar untuk memberi tenaga mesin. Langkah Buang ( Exhaut Stroke ) Pada saat torak menuju titik mati bawah ( TMB ), katup isap masih dalam kondisi tertutup, katup buang mulai membuka dan gas pembakaran dikeluarkan melalui katup buang dan pada saat torak bergerak keatas gas akan terbuang habis pada saat torak mencapai titik mati atas ( TMA ), dan setelah itu proses dimulai lagi dengan langkah isap. Selama mesin menyelesaikan empat langkah ( isap, kompresi, pembakaran, dan buang ) poros engkol berputar dua kali dan menghasilkan satu kali tenaga, ini disebut dengan siklus motor diesel. Sistem Pendingin Pendinginan pada mesin diesel merupakan hal yang merugikan bila ditinjau dari penggunaan panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar di dalam silinder yang bertujuan untuk menghasilkan panas yang kemudian digunakan untuk menghasilkan tenaga mekanis. Namun demikian apabila mesin tidak dilengkapi dengan sistem pendinginan maka mesin tersebut tidak dapat bekerja dengan baik. Secara garis besar fungsi sistem pendinginan dapat dibagi menjadi tiga : Fungsi yang pertama adalah untuk mengurangi panas yang dihasilkan dari pembakaran mencapai temperatur 500 0C. Panas yang cukup tinggi dapat melelehkan logam atau bagian lain yang digunakan pada mesin untuk menjamin kerja mesin itu sendiri Fungsi yang kedua adalah untuk mempertahankan temperatur mesin agar selalu pada temperatur kerja yang paling efisien pada semua keadaan kerja mesin. Biasanya temperatur kerja mesin adalah sekitar 80 0C sampai 90 ¬¬0C. Pada saat bagian – bagian mesin mencapai temperatur ini, bagian – bagian tersebut memuai sehingga clearance pada masing – masing bagian menjadi tepat. Disamping itu akan menjamin kerja mesin yang maksimum dan hasil emisi gas buang yang minimum
Fungsi yang ketiga adalah untuk mempercepat mesin mencapai temperatur kerjanya, karena untuk mencegah terjadinya keausan yang berlebihan, kerja mesin yang kurang baik, emisi gas buang yang berlebihan dan lain – lain. Hal ini dapat terjadi karena pada saat mesin bekerja pada temperatur yang dingin temperatur dinding silinder juga dingin sehingga pengkompresian udara di dalam silinder tidak maksimum, sehingga kabut bahan bakar tidak terbakar sempurna dan gas buang banyak mengandung emisi yang merugikan. Karena alasan tersebut diatas maka pada saat mesin hidup temperatur kerja mesin harus segera dicapai. Kerangka Berpikir Mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 metode pendinginannya menggunakan sirkulasi gravitasi. Metode ini kurang efektif untuk kerja mesin yang lama dan kontinyu, karena sering menambahkan air pendingin akibat panas mesin yang berlebihan. Panas ini akan menguapkan minyak pelumas sehingga komponen mesin dapat rusak. Pada saat yang sama, suhu tinggi setempat dalam bagian tertentu dari mesin dapat menyebabkan tegangan berlebihan dan meretakkan bagian ini Suhu kerja mesin yang menggunakan pendinginan penguapan diperbolehkan mencapai suhu 100 – 120 0C. Operator menggunakan air yang belum mendapatkan perlakuan ( untreath ) yang selalu mengandung larutan garam dan kotoran, maka suhu harus dijaga cukup rendah untuk mencegah mengendapnya kotoran dan timbulnya kerak, sehingga dapat merubah batas suhu di atas lebih rendah Pemakaian water pump sentrifugal, diharapkan semua komponen mesin mendapatkan pendinginan yang memadai, sehingga suhu tinggi setempat dapat dihilangkan dan suhu yang efisien dapat dipertahankan, sehingga diduga ada perbedaan suhu kerja mesin antara pemakaian water pump dan tanpa water pump pada sirkulasi air pendingin terhadap mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195. Hipotesis Berdasarkan landasan teori dan kerangka berpikir di atas maka hipotesis dalam penelitian ini adalah : Ada perbedaan suhu kerja mesin antara pemakaian water pump dan tanpa pemakaian water pump pada sirkulasi air pendingin mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 sehingga didapat efisiensi kerja baik darin ketahanan mesin maupun kemampuan kerja.
METODE PENELITIAN Dalam penelitian ini menggunakan populasi homogen yaitu mesin diesel Dong Feng S 195 dengan jumlah dua buah mesin yang karakteristiknya sama dengan pemakaian water pump dan tanpa pemakaian water pump. Sampling adalah bagian bagian dari anggota populasi yang diteliti dalam penelitian ini adalah suhu kerja mesin diesel dengan pemakaian water pump dan tanpa pemakaian water pump dengan teknik non random dengan sistem quota sampling atau ditentukan oleh peneliti. Langkah Eksperimen Pelaksanaan eksperimen dilakukan dalam dua tahap, yaitu :
6.1
Tahap I ( penelitian dilakukan tanpa pemasangan water pump ) atau dalam keadaan standart ( lihat lampiran 9. )
6.1.1
Pasangkan thermometer kaca pada selang keluar air pendingin
6.1.2
Start mesin selama 5 menit untuk mengkondisikan mesin siap kerja
6.1.3
posisikan knob speed lever pada putaran 2000 rpm selama 360 menit
6.1.4
Masukkan beban penggilingan padi, yaitu padi kering giling sebanyak 600 kg (6 kwintal)
6.1.5
Tiap interval 15 menit catat suhunya pada lembar observasi
6.1.6
Tiap interval 15 menit catat suhunya pada lembar observasi
6.1.7
Matikan mesin dan biarkan dingin
6.1.8
Pelaksanaan eksperimen dilakukan sebanyak 5 kali
6.2
Tahap II ( penelitian dilakukan dengan pemasangan water pump ) atau dalam keadaan modifikasi ( lihat lampiran 8. )
6.2.1
Pasangkan thermometer kaca pada selang keluar air pendingin
6.2.2
Start mesin selama 5 menit untuk mengkondisikan mesin siap kerja
6.2.3
Posisikan knob speed lever pada putaran 2000 rpm selama 360 menit
6.2.4
Masukkan beban penggilingan yaitu padi kering giling sebanyak 600 kg ( 6 kwintal )
6.2.5
Tiap interval 15 menit, catat suhunya pada lembar observasi
6.2.6
Matikan mesin dan biarkan dingin
6.2.7
Pelaksanaan eksperimen dilakukan sebanyak 5 kali
6.3 Alat Pengambilan Data Dalam pelaksanaan pengujian ini, setiap tahap pengujian dilakukan sebanyak 5 kali dan dicatat dalam lembar observasi di bawah ini :
Suhu Air Pendingin ( 0C )
No. Subyek
1 2 3
X1
X2
4 5 Analisa Data Pada penelitian ini terdapat satu variabel bebas dan dua variabel terikat yang masing – masing terdiri dari lima perlakuan, maka untuk membuktikan adanya perbedaan pemakaian water pump dan tanpa pemakaian water pump pada sirkulasi air pendingin terhadap suhu kerja mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 digunakan analisis data yang meliputi : Analisis Rerata Untuk menjawab pertanyaan No. 1 dan No. 2 digunakan analisis rerata, rumus untuk uji reratanya adalah sebagai berikut :
f1 x11
X1
f1 x 2 2 f1
X2
f1
Keterangan :
X 1 dan X 2 = rata – rata suhu kerja mesin f1 x11
= jumlah nilai suhu kerja mesin tanpa pemakaian water pump
f1 x2 2
= jumlah nilai suhu kerja mesin dengan menggunakan water pump
f1
= jumlah subyek
Uji – t Uji t digunakan untuk membedakan suhu kerja mesin di dalam dua perlakuan yaitu menggunakan water pump dan tanpa water pump dengan menggunakan rumus :
SX 1
SX 2
X 112 X 11 n n 1
n
2
2
n
2
X 2 22 X 22 n n 1
2
X1 X 2
t
SX 1 n1
2
SX 2 n2
2
Keterangan :
X 1 = rerata suhu kerja mesin tanpa pemakaian water pump
X 2 = rerata suhu kerja mesin dengan pemakaian water pump SX12 dan SX22 = standart deviasi
X 112 = jumlah kuadrat nilai suhu kerja mesin tanpa pemakaian water pump
X 212 = jumlah kuadrat nilai suhu kerja mesin dengan pemakaian water pump n1
= jumlah perlakuan suhu kerja mesin tanpa pemakaian water pump
n2
= jumlah perlakuan suhu kerja mesin dengan pemakaian water pump
Kemudian t hitung dikonsultasikan dengan t tabel dengan taraf signifikasi 5 %, jika t hitung > t tabel, kesimpulan ada perbedaan suhu kerja mesin antara pemakaian water pump dan tanpa water pump pada sirkulasi air pendingin mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195.
HASIL PENELITIAN Dari data hasil penelitian, diketahui suhu kerja mesin diesel Dong Feng S195 pada kondisi percobaan selama 360 menit ( diambil dari operasi mesin setiap harinya ) dengan pemakaian water pump, dengan spesifikasi air pendingin 200 liter. Dari pengambilan data selama 5 hari, dengan mengukur suhu air pendingin dengan thermometer kaca skala 0 sampai 110 0C didapatkan suhu, 84 0C, 86 0C, 82 0C, 85 0C, 84 0C. Kemudian diambil reratanya yaitu 84,2 0C. Kedua suhu kerja mesin tanpa pemakaian water pump pada sirkulasi air pendingin dengan volume air pendingin 200 liter, waktu kerja 360 menit. diketahui suhu kerja mesin diesel Dong Feng S195 pada kondisi percobaan selama 360 menit ( diambil dari operasi mesin setiap harinya ) tanpa pemakaian water pump, dengan spesifikasi air pendingin 200 liter. Dari pengambilan data selama 5 hari, dengan mengukur suhu air pendingin dengan thermometer kaca skala 0 sampai 110 0C didapatkan suhu, 97 0C, 97 0C, 96 0C, 99 0C, 97 0C. Diambil reratanya yaitu 97 0C. Perbedaan suhu kerja mesin dengan pemakaian water pump dan tanpa water pump dengan volume air pendingin 200 liter dan waktu kerja 360 menit pada mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 Dari data hasil penelitian diketahui ada perbedaan suhu kerja mesin dengan pemakaian water pump dan tanpa pemakaian water pump dengan volume air pendingin 200 liter, waktu kerja 360 menit pada mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195. Dari kedua perlakuan yaitu dengan pemakaian water pump menghasilkan suhu rerata 84,20C dan tanpa pemakaian water pump menghasilkan suhu rerata 97,2 0C. maka untuk mengetahui perbedaan suhu kerja mesin digunakan Uji – t. Dari hasil analisis diperoleh data yang menyatakan ada perbedaan yang signifikan terhadap suhu kerja mesin dengan pemakaian water pump dan tanpa pemakaiaan water pump dengan volume air pendingin 200 liter, waktu kerja 360 menit pada mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 dengan taraf signifikasi 5 % menghasilkan t hitung 11,59. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa ada perbedaan suhu kerja mesin dengan pemakaian water pump dan tanpa pemakaian water pump dengan volume air pendingin 200 liter, waktu kerja 360 menit pada mesin diesel satu silinder merk
Dong Feng S195 secara signifikan, sehingga hipotesis yang menyatakan ada perbedaan suhu kerja mesin sehingga didapat efisiensi kerja selama 365 menit, diterima. Pembahasan Hasil Penelitian Dari data yang diperoleh dari hasil penelitian ternyata pemakaian water pump dan tanpa pemakaian water pump menghasilkan suhu kerja mesin yang berbeda, yaitu 84,2 0C dengan pemakaian water pump dan 97,2 0C tanpa pemakaian water pump (lihat lampiran hal 58). Dari kedua variasi tersebut ternyata suhu kerja mesin yang rendah adalah dengan pemakaian water pump. Sedangkan suhu kerja mesin yang tertinggi adalah 97,2 0C yaitu sirkulasi air pendingin tanpa pemakaian water pump. Sedangkan suhu kerja mesin yang paling efisien pada semua keadaan adalah sekitar 80 0C sampai 90 0C. Sebagian dari panas yang ditimbulkan selama pembakaran mengalir dari gas ke dinding silinder sehingga menaikkan suhunya. Pada saat yang sama, suhu tinggi setempat dalam bagian tertentu dari mesin akan bertambah akibat gesekan antara berbagai permukaan yang bersinggungan, terutama antara torak dan cincin torak dengan dinding silinder. Panas tersebut merambat dan harus dibuang melalui media air pendingin. Jika tidak dilakukan pembuangan panas ini, maka suhu dalam logam akan mulai mendekati suhu gas pembakaran saat meninggalkan silinder mesin. Konduksi memerankan bagian yang penting dalam membawa panas melalaui dinding logam dan lapisan tipis antara gas dan air yang berhenti dan bersinggungan dengan dinding Menggunakan metode sirkulasi paksa atau menggunakan water pump panas yang harus dibuang yang berada di dinding silinder dan permukaan komponen yang lain akan lebih cepat keluar dari mesin dan menurunnya suhu di dalam mesin. Sirkulasi air yang cepat memudahkan panas keluar melalui media pendinginnya dan frekuensi pengeluaran panasnya akan lebih cepat dan kontinyu. Di sisi lain dengan sirkulasi yang cepat semua komponen mesin mendapatkan pendinginan yang memadai dan memungkinkan titik – titik panas ( hot spot ) yang menempel pada komponen mesindapat bersirkulasi dengan cepat, karena didorong keluar dari mesin dan tertampung di tangki penampungan. Dengan demikian pengukuran suhu air pendingin didapatkan hasil yang lebih rendah.
KESIMPULAN Sirkulasi air pendingin pada mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 dengan volume air pendingin 200 liter, waktu 360 menit dengan pemakaian water pump menghasilkan suhu kerja mesin rata – rata yaitu 84,2 0C. Sirkulasi air pendingin pada mesin diesel satu silinder merk Dong Feng S195 dengan volume air pendingin 200 liter, waktu 360 menit tanpa pemakaian water pump menghasilkan suhu kerja mesin rata – rata yaitu 97,2 0C. Dari hasil penelitian maka efisiensi suhu kerja didapat oleh mesin diesel yang menggunakan water pump dengan lama waktu kerja sampai dengan 6 jam atau lebih dengan suhu kerja 84oC. Sedangkan
tanpa menggunakan water pump suhu efisiensi suhu kerja didapat pada pada 180 manit suhu maksimal 90o C. Sedangkan tanpa menggunakan water pump atau dengan mengandalkan sirkulasi gravitasi atau termosfon suhu tinggi yang menempel di dinding silinder lebih lambat keluar dari mesin dan otomatis suhu di dalam mesin akan meningkat. Di sisi lain walaupun mesin berputar cepat sirkulasinya tetap lambat terutama kalau perbedaan suhunya kecil, misalnya pada beban ringan. Pada beban berat maka panas dan air di dalam jaket dapat mendidih sehingga air sebagai media pendingin suhunya akan meningkat. Oleh karena itu air yang digunakan pada sirkulasi ini harus sedapat mungkin dipisahkan dari partikel – partikel yang mudah mengendap dan menjadi kerak sehingga pemakaian air pendingin harus mendapatkan perlakuan ( treatment ). Dengan keadaan tersebut panas yang berada di mesin tidak bisa langsung dibuang keluar sehingga akan meningkatkan suhu air pendinginnya, oleh karena itu pada pengukuran suhunya akan lebih tinggi.
DAFTAR PUSTAKA Haruo Tahara, 2000. Pompa dan Kompresor. Jakarta : Paradnya Paramita Maleeve, 1991. Operasi dan Pemeliharaan Mesin Diesel. Jakarta : Airlangga Purwa Darminta, 1987. Kamus Umum Bahasa Indonesia. Jakarta : Balai Pustaka Sudjana, 1992. Desain dan Analisis Eksperimen. Bandung : Tarsito Sutrisno Hadi, 1990. Metodologi Research. Yogyakarta : Andi Offset Sularso, 1987. Elemen Mesin. Jakarta : Paradnya Paramita Toyota Astra Motor, 1992. Training Manual Step I. Jakarta : PT. Toyota Astra Motor Service Division _______, 1994. Training Manual Diesel Engine Step II. Jakarta : PT. Toyota Astra Motor The People’s RRC, 1995. Operation Manual DF S195. RRC Umaryadi, 2007. Pengetahuan Dasar Teknik Mesin. Surakarta : Yudhistira Wardan Suyanto, 1989. Teori Motor Bensin. Jakarta : Erlangga
Wiranto Arismunandar, 1986. Diesel Putaran Tinggi. Jakarta : Paradnya Paramita
