ANALISA PELEPASAN PANAS AIR PENDINGIN RADIATOR PADA ALAT UJI MESIN TOYOTA KIJANG 5K
TUGAS AKHIR Karya Ilmiah sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Universitas Mercu Buana
Oleh: Paulus Joko Winarno 0130312060
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCUBUANA 2008
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini : Nama
:
Paulus Joko Winarno
Nim
:
0130312-060
Jurusan
:
Teknik Mesin
Fakultas
:
Teknologi industri
Judul Skripsi :
ANALISA
PELEPASAN
PANAS
AIR
PENDINGIN
RADIATOR PADA ALAT UJI MESIN TOYOTA KIJANG 5K
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan skripsi saya yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata dikemudian hari penulisan skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan
terhadap
hasil
karya
orang
lain,
maka
saya
bersedia
mempertanggung jawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan.
Penulis
Paulus Joko W
i
LEMBAR PENGESAHAN ANALYSA PELEPASAN PANAS AIR PENDINGIN RADIATOR PADA ALAT UJI MESIN TOYOTA KIJANG 5K
DISUSUN OLEH : NAMA
: PAULUS JOKO WINARNO
NIM
: 0130312 - 060
JURUSAN
: TEKNIK MESIN Mengetahui
Pembimbing
( Ir. Yuriadi Kusuma, Msc )
Koordinator Tugas Akhir
( Nanang Ruhyat,ST.MT )
ii
ANALYSA PELEPASAN PANAS AIR PENDINGIN RADIATOR PADA ALAT UJI MESIN TOYOTA KIJANG 5K
Abstrak
Tujuan dari penulisan skripsi ini adalah untuk mengetahui besarnya panas mesin yang dapat dilepas oleh air pendingin pada radiator, pada saat mesin stasioner ( idling ) dan pada rpm mesin yang bervariatif dengan me-non aktifkan ac. Disini penulis juga menjelaskan komponen – komponen system pendinginan dari segi fungsi dan cara kerjanya. Dan menjelaskan secara garis besar mengenai trouble shooting dan cara mengatasinya.
iii
KATA PENGANTAR
Salam Sejahtera Dalam Nama Tuhan Yesus Kristus Dengan Memanjatkan Puji Syukur atas segala kebaikan Dan berkat kesehatan yang telah diberikanNya, Puji Tuhan penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “ANALYSA PELEPASAN PANAS AIR PENDINGIN RADIATOR PADA ALAT UJI MESIN TOYOTA KIJANG 5K” Pembuatan skripsi ini tidak lepas dari pihak yang nanti akan disebutkan dalam lembar ucapan terima kasih. Selama penulis menempuh pendidikan di Fakultas Teknologi industri, jurusan Teknik Mesin, sejak semester ke tujuh penulis telah memikirkan ide untuk memikirkan sebuah topik yang akan dituangkan didalam skripsi. Tentu tidak memudah memikirkannya, dengan berbekal minat di bidang otomotif yang sesuai dengan profesi penulis sebagai teknisi otomotif disalah satu ATPM terbesar di Indonesia, penulis terus menggali beberapa ide yang kemudian dikembangkan yang disusun menjadi skripsi. Demikian kata pengantar ini dibuat, dan tentunya penulis sangat menyadari bahwa skripsi ini masih kurang sempurna, untuk itu penulis meminta maaf yang sedalam-dalamnya.Tetapi walau masih banyak terdapat kekurangan, penulis berharap skripsi ini bisa dijadikan acuan untuk melakukan analysa yang lebih komplek dengan pemikiran-pemikiran yang baru. Sekian dan Syaloom. Penulis
Paulus Joko W
iv
DAFTAR ISI Halaman Pernyataan .............................................................................................i Halaman Pengesahan ABSTRAK
.................................................................................ii
.......................................................................................................iii
KATA PENGANTAR ...........................................................................................iv UCAPAN TERIMA KASIH DAFTAR ISI
................................................................................v
......................................................................................................vii
DAFTAR GAMBAR
...........................................................................................ix
DAFTAR GRAFIK
............................................................................................x
BAB I PENDAHULUAN
................................................................................1
1.1
Latar Belakang
.....................................................................1
1.2
Tujuan Penulisan
.....................................................................2
1.3
Pembatasan Masalah .....................................................................2
1.4
Metode Penulisan
1.5
Jadwal Pelaksanaan .....................................................................3
1.6
Sistematika Penulisan
BAB II TEORI DASAR
.....................................................................2
.........................................................4
................................................................................8
2.1
Prinsip-prinsip Perpindahan Panas .............................................8
2.2
Sistem Pendinginan ...................................................................11
2.3
Sistem Pendingin Air ...................................................................13 2.3.1
2.4
Type Thermostat pada Water In-let ......................14
Komponen-komponen Sitem Pendinginan Air
...................15
viii
2.4.1
Water Jacket .........................................................15
2.4.2
Water Pump (pompa air)
2.4.3
Radiator
2.4.4
Tutup Radiator (cap radiator) .................................21
..................................16
.........................................................17
2.4.4.1 Cara Kerja Relief Valve
...............22
2.4.4.2 Cara Kerja Vacuum Valve....................22 2.4.5
Thermostat
.........................................................23
2.4.6
Kipas Pendingin
.............................................24
2.4.6.1 Kipas Pendingin dengan Penggerak Belt.....25 2.4.6.2 Kipas Pendingin dengan Motor Listrik..........25 BAB III PENELITIAN DAN PERHITUNGAN .......................................................28 3.1
Persiapan Penelitian ..................................................................28
3.2
Pengambilan data
..................................................................29
3.2.1
Lamanya Temperatur Kerja Dicapai ......................................31
3.2.2
Konsumsi Bahan Bakar
3.2.3
Massa Laju Aliran Air pada Sistem Pendinginan.....................33
..................................................32
3.3
Rangkuman Data
..................................................................34
3.4
Hasil Pelepasan Panas Radiator.................................................35
BAB IVANALYSA DAN TROUBLE SHOOTING
..........................................38
4.1 Permasalahan Yang sering terjadi pada Sistem Pendinginan dan Cara Mengatasinya......................................................................................38 4.2 Trouble Shooting ...............................................................................40 LAMPIRAN
......................................................................................................45
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Beberapa Perangkat Sistem Pendinginan Mesin.
Gambar 1.2
Jadwal Penelitian Pabrikasi cut-way.
Gambar 1.3
Metode Penelitian yang diterapkan
Gambar 2.1
Perpindahan panas Konduksi
Gambar 2.2
Diagram Keseimbangan Panas
Gambar 2.3
Sirkulasi Air ketika masih Dingin
Gambar 2.4
Sirkulasi Air ketika Air menjadi Panas
Gambar 2.5
Water Jacket
Gambar 2.6
Water Pump
Gambar 2.7
Down Flow Type Radiator
Gambar 2.8
Cross Flow Type Radiator
Gambar 2.9
Komponen-komponen Radiator
Gambar 2.10
Fin Tube pada Radiator
Gambar 2.11
Plate Fin Type
Gambar 2.12
Corrugated Fin Type
Gambar 2.13
Corrugated Fin Type
Gambar 2.14
Cap Radiator
Gambar 2.15
Relief Valve Bekerja
Gambar 2.16
Vacum Valve Bekerja
Gambar 2.17
Thermostat Tanpa By-pass Valve
x
Gambar 2.18
Thermostat Dengan By-pass Valve
Gambar 2.19
Sistem Kipas Pendingin dengan Penggerak V-belt
Gambar 2.20
Kipas pendingin dengan Penggerak Motor Listrik
Gambar 2.21
Aliran Listrik saat Mesin temperature Rendah
Gambar 2.22
Aliran Listrik saat Mesin temperature Tinggi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1
Hasil Pengambilan Data
DAFTAR GRAFIK
Grafik 3.1
Waktu yang diperlukan untuk mencapai Temperatur Kerja Mesin
Grafik 3.2
Konsumsi BBM pada tiap-tiap rpm mesin
Grafik 3.3
Massa Laju Aliran Air Pendingin
Grafik 3.4
Pelepasan Panas yang dapat dilepas radiator
xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Sistem pendinginan sangat diperlukan pada setiap mesin kendaraan,
yang fungsinya untuk menjaga temperature mesin selalu pada temperature kerja yang ideal. Untuk menjaga temperature itu pada system pendinginan diperlukan beberapa komponen pendukung seperti radiator, thermostat, water pump, tutup radiator, kipas pendingin, water jacket. Bila salah satu dari komponen diatas tidak bekerja secara normal, maka mesin akan mengalami over heating ( panas yang berlebih ). Panas yang berlebih akan menimbulkan kerja mesin yang tidak normal. Pengaruh yang paling fatal menyebabkan kendaraan mogok dan mesin akan mengalami kerusakan pada silinder head yang melengkung, sehingga terjadi loss kompresi (kehilangan tekanan pada tiap silinder di mesin). Disini penulis hanya akan membahas salah satu komponen system pendinginan yaitu radiator. Tentang berapa waktu yang dibutuhkan oleh mesin untuk mencapai temperature kerja ideal dan berapa besar pelepasan panas yang dilakukan oleh radiator, sehingga temperature ideal dapat dijaga, serta konsumsi bahan bakar yang digunakan untuk mencapai temperature kerja pada tiap-tiap putaran mesin yang diberikan pada mesin tersebut.
1
Gbr 1.1 Beberapa perangkat sistem pendinginan mesin 1.2
Tujuan Penulisan Dalam penulisan tugas akhir ini penulis akan menjelaskan komponen-
komponen system pendinginan pada mesin bensin serta fungsi dan cara kerjanya pada masing-masing komponen.
1.3
Pembatasan Masalah Dalam penulisan ini, penulis membatasi pembahasan masalah pada
waktu yang diperlukan oleh mesin untuk memperoleh temperature kerja ideal yaitu 80 s/d 900C, untuk mengetahui besarnya pelepasan panas yang telah dilepas oleh radiator, waktu yang dibuthkan untuk mencapai temperature kerja ideal, serta konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan pada tiap putaran mesin yang diberikan.
1.4
Metode Penulisan Metode penulisan yang dilakukan untuk menyelesaikan tugas akhir ini
terdiri dari beberapa tahapan, diantaranya : a. Metode referensi, dilakukan oleh penulis guna memperoleh referensi data yang bersifat teoritis.
2
b. Metode observasi, dilakukan dengan praktek dan pengamatan langsung pada mesin bensin dan mengumpulkan data. c. Shearing dengan beberapa dosen termasuk dosen pembimbing, instruktur dan juga teman-teman di bengkel untuk tambahan referensi penulisan tugas akhir ini.
1.5
Jadwal Pelaksanaan Berdasarkan metode penelitian dan pengambilan data, analysa yang
penulis lakukan secara garis besar terdiri dari beberapa tahap dibawah ini: 1.
Persiapan penelitian dalam study kasus, yang mencakup aktivitas penentuan
tujuan
dalam
penelitian,mencari
landasan
teori,
indentifikasi
variable-variabel penelitian serta indentifikasi elemen-
elemen dari setiap variable penelitian study kasus sistim pendinginan mesin tersebut. 2. Study
pengamatan
terhadap
komponen-komponen
system
pendinginan mesin serta karakteristik dari material yang digunakan oleh komponen-komponen tersebut. 3. Pengambilan data terhadap temperature yang terjadi pada system pendinginan, terutama pada saat mesin belum bekerja sampai mesin bekerja pada beban maksimal. Pengambilan data dilakukan pada air pendingin yang terdapat diradiator, waktu, serta jumlah konsumsi bahan bakar. 4. Pabrikasi pembuatan cut-way yang dilakukan oleh vendor yang ahli dalam bidang ini, kendali dan perintah ada pada penulis agar hasil sesuai dengan laporan yang dibuat.
3
5. Penyusunan laporan akhir yang mencakup analysa dan penarikan kesimpulan dan saran. Pada tahap ini akan disusun hasil yang didapat dari penelitian sehingga bisa menghasilkan laporan study kasus dari system pendinginan. Tabel dari Metodologi penelitian dapat dilihat pada halaman 7 dan jadwal penelitian dan pabrikasi pembuatan cut-way dapat dilihat pada halaman 6 1.6
Sistematika Penulisan Untuk memudahkan penulisan dari analisa yang dilakukan, penulis
membuat sistematika penulisan berdasarkan data yang didapat sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN Pada bab ini menuliskan tentang latar belakang penulisan, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan, jadwal penulisan serta sistematika penulisan.
BAB II
TEORI DASAR Berisi tentang teori dasar system pendinginan mesin konvensional serta fungsi dan cara kerja dari komponen-komponen dari system pendinginan mesin tersebut.
BAB III
PENELITIAN DAN PERHITUNGAN Menguraikan tahap penelitian yang dilakukan, data yang diperoleh dan hasil dari perhitungan mengenai pelepasan panas pada radiator.
4
BAB IV
ANALISA DAN TROUBLE SHOOTING Berisikan permasalahan dan penanggulangan masalah dari sistem pendinginan mesin.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Berisikan kesimpulan dan saran, dari analisis dan pengujian pelepasan panas radiator, waktu dan konsumsi bahan bakar yang digunakan.
5
Tujuan penelitian:studi khasus sistim pendinginan
Indentifikasi Variabelvariabel penelitian : -
Studi Dokumentasi,obyek penelitian :pustaka,website/intern et,seminar
Indentifikasi material komponen
Landasan teori
Identifikasi Penentuan kendaraan yang digunakan
Observasi obyek penelitian
Survey Lokasi Pabrikasi & penempatan lokasi
Pemilihan material komponen
Penentuan waktu penelitian
Pabrikasi cutway
Verifikasi hasil penelitian
Saran Dan Perbaikan
Hasil Pengujian dan KendalaKendala
Perakitan komponen system pendinginan (radiator)
Gambar 1.3 Metodologi Penelitian yang di terapkan
7
BAB II TEORI DASAR 2.1
PRINSIP- PRINSIP PERPINDAHAN PANAS Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai perpindahan energi dari
daerah yang satu ke daerah yang lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah – daerah tersebut. Ada tiga jenis perpindahan panas yang dikenal, yaitu: a.
Perpindahan Panas Konduksi Adalah prosese dimana panas mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat,cair atau gas) atau antara medium- medium yang berbeda
dan
bersinggungan
secara
langsung.
Ilustrasi
perpindahan panas konduksi dapat dilihat pada gambar 2.1.
T panas
T dingin L
x Gbr 2.1 Perpindahan Panas Konduksi Rumus perpindahan panas konduksi adalah: q=A. K ( Tpanas – Tdingin ) L q=__T__ L / K.A
8
R = _L__ A.K
Dimana: q
:Laju aliran panas dengan cara ikonduksi
A
:Luas perpindahan panas dengan konduksi
K
:Koefisien perpindahan panas konduksi
L
:Panjang lintasaqn panas
Tpanas :Temperatur dari bagian yang panas/lebih tinggi (K) Tdingin :Temperatur dari bagian yang dingin/lebih rendah(K) R
b.
:Tahanan termal
Perpindahan Panas Konveksi. Proses perpindahan panas dengan kerja gabungan dari knduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat, cair dan gas. Rumus perpindahan panas koveksi: q = h . A . T Dan R = __1__ H.A Dimana: q
:Laju aliran panas konveksi (W)
A
:Luas perpindahan panas konveksi
9
T
:Beda temperature dari bagian permukaan dengan temperature lokasi (K)
c.
h
:Konduktifitas thermal konveksi rata-rata (W/m2K)
R
:Tahanan thermal untuk konveksi (K/W)
Perpindahan Panas Radiasi Proses perpindahan panas yang mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah bila benda itu terpisah di dalam ruangan, bahkan bila terhadap ruang hampa diantara benda-benda tersebut. Panas radiasi dipancarkan oleh suatu benda dalam bentuk kumpulan (batch) energi yang terbatas atau quanta. Rumus perpindahan panas radiasi: q = i . . A . (T1- T2) Dimana: I
:Emisitas
:5,67 . 10-8 (Watt/m2C4), besar dinamakan konstanta Stefan Boltzman
d.
A
:Luas perpindahan panas radiasi (m2)
T
:Suhu permukaan (K)
Q
:Laju aliran panas radiasi (W)
Perpindahan Panas Pada Radiator Panas yang dilepas oleh cairan pendingin pada radiator dapat dihitung dengan persamaan: •
q = m. cp.T
10
•
q = m. cp.(T2 – T1) Dimana:
2.2
q
:Laju perpindahan panas oleh cairan pendingin (W)
• m
:Massa cari cairan pendingin tiap detik (kg/s)
cp
:Kapasitas panas yang masuk(J/kg0C)
T1
:Temperatur cairan panas yang masuk (0C)
T2
:Temperatur cairan panas yang keluar (0C)
SISTEM PENDINGINAN Pada mesin bahan bakar dibakar di dalam silinder untuk mengubah dari
energi panas ke dalam tenaga gerak. Tetapi energi panas yang dihasilkan tidak semuanya dirubah kedalam tenaga. Hanya kira-kira 25% tenaga yang dimanfaatkan secara efektif. Kira-kira sebesar 45% lainnya hilang saat gas buang atau gesekan dan 30% diserap oleh mesin itu sendiri Panas yang diserap oleh mesin harus dibuang ke udara dengan segera, sebab bila tidak mesin akan terlalu panas dan dapat mempercepat keausan. Maka system pendingin dilengkapi di dalam mesin untuk pendinginan dan mencegah panas yang berlebihan. Umumnya mesin didinginkan oleh system pendingin udara atau system pendingin air. Mesin mobil banyak menggunakan system pendingin dengan air. Referensi: Pada mesin bensin hanya 23% sampai 28% energi panas dari hasil pembakaran bahan baker didalam silinder yang dimanfaatkan secara
11
efektif sebagai tenaga. Sedangkan sisanya terbuang dalam beberapa bentuk seperti diperlihatkan dibawah ini.
Gbr 2.2 Diagram keseimbangan panas Keterangan diagram: *Energi mekanis yang dihasilkan dari energi panas sebesar 23 – 28% *Kehilangan panas karena pendinginan sebesar 32% *Kehilangan panas melalui gas buang sebesar 34% *Kehilangan panas untuk menggerakkan mekanisme mesin sebesar 6% *Kehilangan panas karena pemompoaan torak sebesar 3%
Pada keseimbangan panas ini jika factor kehilangan panas jumlahnya sangat besar misalnya kehilangan panas akibat pendinginan dimana temperature air pendingin tidak pernah mencapai temperature idealnya yaitu 80 s/d 900C, maka daya efektif yang dihasilkan akan kecil. Sebaliknya jika kehilangan panas jumlahnya sangat kecil, maka secara teoritis daya efektif yang dihasilkan akan besar. Dalam kenyataannya bila kehilangan panas sangat kecil, maka akan mengakibatkan mesin terlalu panas dan akan merusak komponen-komponen mesin terutama yang berhubungan dengan panas pembakaran sehingga operasi dari mesin tidak normal.
12
Dalam hal merubah energi panas menjadi energi mekanis tidak semua panas dapat dirubah menjadi energi mekanis melainkan hanya sebagian saja, selebihnya energi panas tadi hilang melalui beberapa proses misalnya melalui proses pendinginan dan sebagainya. Apabila energi panas yang diberikan yaitu pada saat terjadi pembakaran dikurangi energi panas yang hilang dan selanjutnya dibandingkan dengan energi panas yang diberikan, maka perbandingan ini selanjutnya akan daya guna dari energi panas tersebut yang biasanya disebut efesiensi panas. Misalkan, energi panas yang diberikan adalah Q1 dan energi panas yang hilang adalah Q2, maka ensrgi panas yang berubah menjadi energi mekanis adalah Q1 – Q2, selanjutnya efesiensi panas akan;
th = Q1 ― Q2 x 100% Q1 Pada motor bensin biasanya efesiensi panas berkisar antara 23% sampai dengan 28% dan untuk motor diesel berkisar antara 29% sampai dengan 38%. Semakin besar efesiensi panas dari suatu motor, maka semakin besar pula kemampuan dari motor tersebut.
2.3
SISTEM PENDINGINAN AIR Sistem pendingin air lebih rumit dan selain itu biayanya lebih mahal
dibanding dengan pendingin udara. Tapi mempunyai banyak keuntungan. Mesin dengan pendingin air lebih aman, sebab ruang bakar dikelilingi oleh pendingin (terutama air dengan additive dan anti beku), juga bertindak sebagai peredam
13
bunyi. Air pendingin yang panas dapat juga digunakan sebagai sumber panas untuk memanaskan udara didalam kendaraan. Berdasarkan letak thermostat, ada dua sitem pendinginan, pertama yaitu yang letak termostatnya pada saluran air masuk (water inlet) dan type lainnya dipasang pada saluran keluar (water outlet) 2.3.1
Tipe Termostat Pada Water Inlet Air pendingin mengalir melalui sirkuit by pass dikomtrol oleh bypass valve
sesuai temperature air pendingin. 1. Ketika air pendingin masih dingin Bila temperature air masih rendah, thermostat menutup dan bypass valve membuka. Air pendingin dipompa ke blok silinder dan kepala silinder oleh pompa air (water pump), selanjutnya melalui sirkuit bypass dan kembali ke pompa air.
Gbr 2.3 Sirkulasi Air Ketika Mesin Masih Dingin 2. Ketika air pendingin menjadi panas Bila temperature air pendingin menjadi tinggi, maka thermostat membuka dan by pass valve menutup. Air yang telah menjadi panas
14
mengalir ke radiator untuk didinginkan. Selanjutnya melalui thermostat dan kembali ke pompa .
Gbr 2.4 Sirkulasi Air Ketika Air Menjadi Panas 2.4
KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM PENDINGINAN AIR
2.4.1
WATER JACKET Water jacket adalah ruangan yang berada pada block mesin yang
mengelilingi silinder-silinder didalam mesin. Air pendingin menyerap panas yang dialami mesin dan membawanya ke dalam radiator agar temperatur pada air pendingin tadi dapat berkurang untuk menjaga temperature kerja mesin dalam suhu ideal.
15
Gbr 2.5 Water jacket
2.4.2
Water pump ( pompa air ) Berfungsi untuk memompakan cairan pendingin melalui system pendingin
dan system heater dengan tekanan. Poros pompa (pump shaft) menggunakan mechanical seal untuk keluarnya air pendingin dari mesin. Bila cairan bocor dari mechanical seal, maka air akan melalui lubang-lubang pump body yang terdapat diantara bantalan dan mechanical seal. Uap keluar melalui mekanikal seal dan juga melalui lubang pump body. Ini untuk mencegah dari kerusakan pada bantalan dari cairan pendingin atau uap. Ada beberapa jenis pompa air yang dapat dibongkar, tetapi ada beberapa model yang tidak dapat dibongkar.
16
Gbr 2.6 Water Pump (pompa air) 2.4.3
Radiator Radiator adalah suatu alat penukar panas (kalor) dari suatu media ke
media lain yang digunakan untuk menjaga temperature mesin dengan cara sirkulasi untuk mempertahankan temperature mesin ideal (80-900C). Radiator berfungsi untuk mendinginkan cairan pendingin yang telah menjadi panas setelah melalui water jacket. Berdasarkan arah aliran airnya, radiator dibagi menjadi 2 jenis: 1. Down Flow Type Pada jenis ini posisi tangki berada pada bagian atas dan bawah sehingga air mengalir secara vertical yaitu dari atas ke bawah
17
Gbr 2.7 Down Flow Type Radiator
2
Cross Flow Type Pada type ini, tangki berada pada sisi kiri dan kanan. Sehingga air mengalir secara horizontal.
Gbr 2.8
Cross Flow Type Radiator
Radiator terdiri dari tangki air bagian atas (upper water tank), tangki air bagian bawah (lower water tank) dan radiator core pada bagian tengahnya. Cairan pendingin masuk ke upper tank dari selang atas (upper hose). Upper tank dilengkapi dengan tutup radiator untuk menambah air pendingin. Selain itu juga dihubungkan dengan selang ke reservoir tank sehingga air pendingin atau uap
18
yang berlebihan dapat ditampung. Lower tank dilengkapi dengan outlet dan kran penguras. Inti radiator core (radiator core) terdiri dari pipa-pipa yang dapat dialiri air pendingin dari upper tank ke lower tank. Selain itu juga dilengkapi sirip-sirip pendingin yang fungsinya untuk menyerap panas dari cairan pendingin. Radiator letaknya didepan kendaraan, sehingga air dalam radiator dapat didinginkan oleh gerakan dari kendaraan itu sendiri selain dari kipas (fan) pendingin.
Gbr 2.9 Komponen-komponen Radiator Inti radiator (radiator core) terdiri dari pipa-pipa dimana cairan pendingin melaluinya dari upper ke lower tank. Juga dilengkapi sirip-sirip pendingin (fin). Panas cairan pendingin pertama-tama diserap ke sirip-dirip, yang didinginkan oleh kipas dan udara akibat gerakan dari kendaraan, yang mengalir melalui siripsirip pada saat kendaraan sedang bergerak.
19
Gbr 2.10 Fin dan Tube pada radiator
Ada 2 type inti radiator (radiator core), yang perbedaannya tergantung dari model pada sirip-sirip pendinginnya. Type plate (flat fin type) (Gbr 2.8) dan tipe lekukan (currogated fin type) (Gbr
2.9). Beberapa kendaraan modern
menggunakan model terbaru, yaitu tipe lekukan dari radiator tipe SR (Gbr 2.10). Inti radiator tipe radiator SR ini hanya mempunyai susunan pipa tunggal (single row) sehingga bentuk keseluruhannya menjadi tipis dan ringan dibandingkan dengan radiator biasa.
Gbr 2.11 Plate Fin Type
Gbr 2.12 Corrugated Fin Type
20
Gbr 2.13 Corrugated Fin Type
2.4.4
Tutup Radiator (Cap Radiator) Pada umumnya
radiator dilengkapi dengan tutup radiator
yang
bertekanan dan menutup rapat pada radiator. Ini memungkinkan naiknya temperature pendingin 1000C tanpa terjadi mendidih. Penggunaan tutup radiator yang bertekanan (pressure cap) diutamakan sebab efek pendinginan radiator bertambah dan membuat perbedaan suhu antara udara luar dan cairan pendingin. Ini berarti ukuran radiator akan berkurang (menjadai tipis) tanpa mengurangi pendinginan yang diperlukan.
Gbr 2.14 Cap Radiator
21
2.4.4.1 Cara Kerja Relief Valve Bila volume pendingin bertambah saat temperature mulai naik, maka tekanan juga akan bertambah. Bila tekanan naik hingga mencapai 0,3-1,0kg/cm2 pada 110 – 1200C relief valve akan membuka dan membebaskan kelebihan tekanan melalui overflow pipe.
Gbr 2.15 Relief Valve Bekerja 2.4.4.2 Cara Kerja Vacuum Valve Temperatur cairan pendingin berkurang setelah mesin berhenti dan membentuk ruangan vacuum didalam radiator. Vacuum valve akan membuka secara otomatis untuk menghisap udara segar mengganti kevakuman dalam radiator, kemudian cairan pendingin dalam radiator pada tekanan atmosfir bila mesin sudah benar-benar menjadi dingin.
Gbr 2.16 Vacuum Valve Bekerja
22
2.4.5
Thermostat Temperatur cairan pendingin tergantung dengan mesin. Pada umumnya efesiensi operasi mesin yang tertinggi, adalah bila temperaturnya kira-kira pada 800- 900C (176- 1940F). Sangat penting sekali bahwa temperature yang cepat mencapai batas optimal (yang paling baik) secepat mungkin setelah mesin hidup. Panasnya (suhunya) tidak boleh menurun, terutama pada musim dingin. Thermostat dirancang untuk mempertahankan temperature cairan pendingin pada batas yang diizinkan. Thermostat adalah semacam katup yang membuka dan menutup secara otomatis sesuai temperature cairan pendingin. Thermostat dipasang antara radiator dan sirkuit pendingin mesin. Bila temperature pendingin rendah, katup menutup untuk mencegah agar air tidak masuk ke radiator. Bila temperature meningkat katup akan membuka dan dengan demikian cairan pendingin mengalir ke radiator. Ada dua macam thermostat, type yang menggunakan bypass valve dan yang tanpa bypass valve.
Gbr 2.17 Thermostat Tanpa Bypass Valve
23
Gbr 2.18 Thermostat Dengan Bypass Valve
Thermostat dioperasikan oleh wax sealed yang ada didalam silinder, volume wax ini berubah-ubah disebabkan oleh temperature. Perubahan wax menyebabkan silinder didalam thermostat bergerak naik turun menyebabkan katup membuka atau menutup. Pada thermostat juga dilengkapi dengan jiggle valve yang berfungsi untuk mengalirkan air saat melakukan penambahan Jumlah air pendingin. Catatan:
Pada mesin yang letak thermostatnya horizontal, jiggle valve diposisikan menghadap keatas.
Pada waktu mengganti air pendingin, setelah radiator terisi air harus dilakukan air bleed (membuang angin) dari system pendingin.
2.4.6
Kipas Pendingin Radiator didinginkan oleh udara luar. Tetapi pendinginannya belum cukup saat kendaraan tidak bergerak. Kipas pendingin bertujuan untuk menambah pendinginan. Kipas pendingin diletakkan dibelakang radiator.
24
Kipas pendingin bergerak oleh poros engkol (crank shaft) melalui tali kipas (belt) atau menggunakan motor listrik. 2.4.6.1 Kipas Pendingin yang digerakkan oleh Belt. Kipas pendingin jenis ini digerakkan terus menerus oleh crank shaft melalui tali kipas. Kecepatan kipas berubah-ubah sesuai putaran mesin, dan hal tersebut belum mencukupi saat mesin berputar lambat. Ketika mesin berputar pada kecepatan tinggi, kipas juga berputar dengan cepat. Hal ini menambah tahanan pada saat yang sama, menyebabkan kehilangan tenaga dan bunyi pada tali kipas.
Gbr 2.19 Sistem Kipas Pendingin dengan Penggerak Belt 2.4.6.2 Kipas Pendingin yang digerakkan oleh Motor Listrik. Kipas pendingin listrik (electric cooling fan) menghasilkan efesiensi pendinginan yang lebih baik (terutama pada kecepatan rendah dan beban berat), dan membantu pemanasan awal air pendingin yang lebih cepat, penggunaan bahan baker lebih hemat dan mengurangi bunyi.
25
Gbr 2.20 Kipas Pendingin dengan Motor Listrik Cara Kerja 1.Temperatur air pendingin rendah (Dibawah 830C atau 1810F) Temperatur switch ON dan relay berhubungan dengan massa. Fan relay coil terbuka, motor tidak bekerja.
Gbr 2.21 Aliran Listrik saat Mesin Temperatur Rendah 2. Temperatur air pendingin tinggi (Diatas 930C atau 1990F) Switch temperature pendingin OFF atau sirkuit relay ke massa terputus. Fan relay coil tidak bekerja, maka kontak point merapat dan motor kipas mulai berputar.
26
Gbr 2.22 Aliran Listrik saat Mesin Temperatur Tinggi
27
BAB III PENELITIAN DAN PERHITUNGAN
3.1
Persiapan Penelitian Ada beberapa persiapan yang dilakukan penulis untuk melakukan penelitian pada system pendinginan mesin Toyota Kijang 7k tahun 1997, dengan kapasitas mesin 1800cc. Persiapan yang dilakukan antara lain: 1. Mempersiapkan kendaraan yang akan digunakan untuk penelitian dan pengumpulan data. 2. Mengisi radiator dengan air pendingin sampai batas maksimal sesuai kebutuhan mesin. 3. Menyediakan alat tulis dan tabel yang berisikan daftar data yang akan diambil. 4. Menyediakan bahan bakar (premium) dan gelas ukur untuk mengetahui jumlah konsumsi bahan bakar yang digunakan dalam satu kali proses untuk mencapai temperature kerja ideal mesin. 5. Menyediakan stop watch untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan oleh mesin untuk mencapai temperature kerja ideal. 6. Mempersiapkan alat Laser Radiation untuk mengetahui temperature pada
engine
block
ketika mencapai
temperature kerja,
dan
temperature pada slang radiator serta temperature pada saluran gas buang (knalpot). 7. Mempersiapkan thermometer untuk mengetahui temperature ruang saat pengambilan data berlangsung. 8. Kapasitas pompa air (water pump) 140 l per menit pada 2500rpm.
28
3.2
Pengambilan Data Waktu pengambilan data oleh penulis dilakukan secara teliti, untuk memperoleh hasil data yang seakurat mungkin. Cara pengambilan data tersebut diantaranya: 1.
Kondisi mesin kendaraan tanpa beban (kondisi a/c off dan kendaraan
dalam
keadaan
diam).
Tetapi
penulis
melakukan pengambilan data pada rpm (putaran mesin) yang variatif ; 800; 900; 1000; 1100; 1200rpm. Untuk mengetahui waktu yang diperlukan untuk mencapai temperature kerja ideal mesin tersebut. Putaran mesin diketahui dari pembacaan tachometer pada kendaraan yang digunakan. 2.
Data
waktu
yang
didapat,
diperoleh
mulai
engine
dihidupkan tanpa beban dan diakhiri ketika thermostat pada
system
pendinginan
membuka
dengan
menggunakan stop watch. Kondisi ini dapat diketahui ketika temperature pada slang masuk dari radiator (terdapat pada bagian atas radiator) temperature panasnya bertambah dengan tiba-tiba. Tahap ini dilakukan untuk mengetahui T1, T2, Waktu kerja ideal tercapai. Dan T diperoleh dengan mengurangi T2 – T1. 3.
Tmax (t) diperoleh dari lamanya temperature kerja dicapai pada tiap-tiap rpm mesin yang ditentukan. Waktu ini diambil dengan menggunakan stopwatch.
29
4.
Banyaknya konsumsi bahan bakar yang digunakan pada tiap-tiap rpm untuk mencapai temperatur kerja ideal, diperoleh dengan menggunakan gelas ukur.
5.
Temperatur ruang (sekitar) diambil dengan menggunakan thermometer ruang.
6.
Temperatur
dari
sisa
pembakaran
diambil
dengan
menggunakan Laser Radiation dengan mengarahkan sinar laser pada alat ke pipa knalpot gas buang. 7.
m(massa
cairan
pendingin
diperoleh
dengan
menggunakan rumus: V2 = S2 V1 S1 V2 = V1 x S2 S1 Dimana: V : Volume air yang dapat dialirkan( l/min) S
: Kecepatan putaran mesin (rpm)
Dibawah ini adalah data yang diperoleh penulis: 1 2 3 Rpm/n T1 (0C) T2 (0C) T(0C) Tmax (t) Konsumsi BB Truang(0C)
4
5
800 900 1000 1100 1200 47,6 47,6 47,6 47,6 47,6 70 70 70 70 70 22,4 22,4 22,4 22,4 22,4 08:02,23 07:56,02 07:40,21 07:38,34 07:25,08 157ml 182ml 204ml 232ml 246ml 34
32
32,5
34
33
Texhaust( C)
137,2
137,2
137,2
137,2
137,2
m(massa cairan pendingin)l/mnt
44,8
50,4
56
61,6
67,2
0
Tabel 3.1 Hasil Pengambilan Data.
30
3.2.1
Lamanya temperatur kerja dicapai.
08:03.8 07:55.2 waktu (t)
07:46.6 07:37.9 07:29.3
Tmax (t)
07:20.6 07:12.0 07:03.4 800
900
1000
1100
1200
Rpm mesin
Rpm/n Tmax (t)
800 8:02,23
900 1000 1100 1200 07:56,02 07:40,21 07:38,34 07:25,08
Grafik 3.1 Data waktu yang diperlukan untuk mencapai temperature kerja mesin Pengambilan data diatas diambil secara akurat dengan menggunakan stopwatch. Waktu dimulai pada saat kendaraan mulai distart hingga kondisi thermostat membuka. Kondisi thermostat membuka ini menunjukkan bahwa temperature kerja sudah dicapai. Kondisi kendaraan awal pada temperature ruang (temperature sekitar), dan kendaraan belum dihidupkan (kondisi mesin dingin).
31
3.2.2
Konsumsi bahan bakar Konsumsi BB(ml)
250
BB (ml)
200 150 100 50 0 800
900
1000
1100
1200
Rpm mesin
Rpm/n Konsumsi BB
Grafik 3.2
800 157ml
900 182ml
1000 204ml
1100 232ml
1200 246ml
Data konsumsi BB Pada Tiap-tiap Rpm.
Pengambilan data diatas berdasarkan jumlah bahan bakar yang digunakan pada tiap-tiap rpm mesin yang telah ditentukan oleh penulis. Bahan bakar ditampung pada sebuah botol yang sebelumnya diukur dengan menggunakan gelas ukur. Botol yang berisi bahan bakar digunakan untuk menghidupkan mesin dengan cara diinfus. Setelah mesin mencapai temperature kerja ideal, mesin dimatikan dan bahan bakar yang tersisa diukur kembali untuk mengetahui jumlah bahan bakar yang digunakan. Semakin tinggi rpm mesin yang diberikan , konsumsi bahan bakarnya juga semakin banyak untuk mencapai temperature kerja ideal.
32
3.2.3
Massa Laju Aliran Air Pada Sistem Pendinginan
m(massa cairan pendingin)
70 60 L/minut
50 40 30
m(massa cairan pendingin)
20 10 0 800
900
1000
1100
1200
Rpm mesin Rpm/n m(massa cairan pendingin)l/mnt
Grafik 3.3
800 44,8
900 50,4
1000 56
1100 61,6
1200 67,2
Data Masa Laju Aliran Air Pendingin
Data diatas diperoleh dengan menggunakan rumus yang ada dan disesuaikan dengan putaran mesin pada temperature air 700C. Kapasitas aliran air pada pompa air (water pump) adalah 140l setiap menit pada 2500rpm.
33
3.3
Rangkuman Data • Laju aliran massa air ( m ) pada temperature 700C dengan kapasitas pompa 140l/m pada 2500rpm, maka hasil pada table dapat diperoleh dengan rumus: V2 = S2 V1 S1 V2 = V1 x S2 S1 Dimana: V
: Volume air yang dapat dialirkan( l/min)
S
: Kecepatan putaran mesin (rpm)
Pada 800rpm =140 x 800 2500 =140 x 0,32 = 44,8l/min Pada 900rpm = 140 x 900 2500 = 140 x 0,36 = 50,4l/min Pada 1000rpm = 140 x 1000 2500 = 140 x 0,4 = 56l/min Pada 1100rpm = 140 x 1100 2500 = 140 x 0,44 = 61,6l/min
34
Pada 1200rpm = 140 x 1200 2500 = 140 x 0,48 = 67,2l/min 1 Rpm (n) 800 Massa laju aliran air 44,8 (l/min)
3.4
2 900 50,4
3 1000 56
4 1100 61,6
5 1200 67,2
Hasil Pelepasan Panas Pada Radiator Dari hasil pengambilan data yang dilakukan penulis, pelepasan panas yang terjadi di radiator dapat diketahui dengan menggunakan rumus: • Q = m.Cp.T • Q = m.Cp (T2 – T1) Dimana: Q
:Laju perpindahan panas oleh cairan pendingin (W)
• m
:Massa cari cairan pendingin tiap detik (kg/s)
cp
:Kapasitas panas yang masuk(J/kg0C)
T1
:Temperatur cairan panas yang masuk (0C)
T2
:Temperatur cairan panas yang keluar (0C)
Sehingga dapat diketahui besarnya pelepasan panas yang terjadi di radiator pada beberapa rpm yang dijelaskan dibawah ini: Pada 800Rpm Pelepasan panas pada radiator adalah : • Q = m.Cp.T
35
• Q = m.Cp (T2 – T1) Q = 44,8 .700C ( 700C – 47,60C ) Q = 44,8. 700C.22,40C Q = 70246,4W Pada 900Rpm Pelepasan panas pada radiator adalah : • Q = m.Cp.T • Q = m.Cp (T2 – T1) Q = 50,4.700C ( 700C – 47,60C ) Q = 50,4. 700C.22,40C Q = 79027,2W Pada 1000Rpm Pelepasan panas pada radiator adalah : • Q = m.Cp.T • Q = m.Cp (T2 – T1) Q = 56.700C ( 700C – 47,60C ) Q = 56.700C.22,40C Q = 87808W Pada 1100Rpm Pelepasan panas pada radiator adalah : • Q = m.Cp.T • Q = m.Cp (T2 – T1)
36
Q =61,6.700C ( 700C – 47,60C ) Q = 61,6.700C.22,40C Q =96588,8W Pada 1200Rpm Pelepasan panas pada radiator adalah : • Q = m.Cp.T • Q = m.Cp (T2 – T1) Q =67,2.700C ( 700C – 47,60C ) Q = 67,2.700C.22,40C Q =105369,6W Pelepasan panas (Q)
120000 100000 Watt
80000 60000 40000 20000 0 800
900
1000
1100
1200
Rpm mesin
Dibawah ini table dan grafik hasil pelepasan panas pada beberapa rpm yang digunakan untuk analysa data:
Rpm Pelepasan panas (Q) Grafik 3.4
1 800 70246,4
2 900 79027,2
3 1000 87808
4 1100 96588,8
5 1200 105369,6
Pelepasan Panas yang dapat dilepas radiator
37
BAB IV ANALYSA DAN TROUBLE SHOOTING
4.1
Permasalahan Yang Sering Terjadi Pada Sistem Pendinginan dan Cara mengatasinya. Masalah yang sering terjadi biasanya adalah: Over Heating ( mesin terlalu panas ) Gejala-gejala dan kemungkinan sebab: 8.
Kekurangan pendinginan
9.
Tali kipas kendor
10.
Tali kipas basah karena minyak atau rusak
11.
Thermostat rusak
12.
Pompa air tidak bekerja
13.
Saluran pendinginan tersumbat
14.
Waktu pengapian tidak tepat
15.
Rem mengunci
Cara mengatasi: 1
Tambah air pendingin dan periksalah dari kebocoran
2
Stel tali kipas
3
Ganti tali kipas
4
Ganti Thermostat
5
Perbaiki pompa ( bila perlu ganti )
6
Bersihkan radiator dan water jacket
7
Stel waktu pengapian
8
Bersihkan dan stel rem
38
Over Cooling ( mesin terlalu dingin ) Gejala-gejala dan kemungkinan sebab: 1
Thermostat rusak
2
Udara terlalu dingin
Cara mengatasi: 1
Ganti Thermostat
2
Tutuplah radiator
Air pendingin habis Gejala-gejala dan kemungkinan sebab: 1
Radiator bocor
2
Hubungan slang longgar atau rusak
3
Pompa air bocor
4
Gasket kepala silinder bocor
5
Kepala silinder atau blok silinder retak
6
Mesin bekerja pada suhu yang terlampau tinggi
Cara mengatasi: 1
Radiator diperbaiki
2
Hubungan slang dipererat ( bila perlu ganti )
3
Pompa air diperbaiki ( bila perlu ganti )
4
Kencangkan baut kepala silinder ( bila perlu ganti gasket kepala silinder )
5
Kepala silinder atau blok silinder diganti
6
Selidiki sebab-sebab terjadinya over heating
39
Terdapat bunyi pada sistem pendinginan Gejala-gejala dan kemungkinan sebab: 1
Bearing pompa air rusak
2
Daun kipas pompa longgar atau bengkok
3
Tali kipas rusak
Cara mengatasinya:
4.2
1
Ganti bearing assy
2
Daun kipas dipererat, diperbaiki atau diganti
3
Ganti tali kipas
Trouble Shooting Berdasarkan isi yang dibuat oleh penulis, trouble yang timbul pada sistem pendinginan adalah mesin mengalami “OVER COOLING” Over cooling ini menyebabkan waktu yang diperlukan untuk mencapai temperatur kerja ideal cukup lama. Mengakibatkan konsumsi bahan bakar menjadi
boros
karena
bahan
bakar
cukup sulit
terbakar
yang
menyebabkan kandungan HC ( Hidro Carbon ) dan CO ( Carbon Monoksida) pada gas buang tinggi. Yang dimaksud sulit terbakar disini dikarenakan butiran-butiran bahan bakar yang masuk dari karburator keruang bakar masih sangat besar, karena temperature pada dinding blok silinder belum mencapai temperature kerja ideal. Panas yang ada pada dinding blok silinder belum mampu mempengaruhi bentuk butiran bahan bakar menjadi molekulmolekul yang kecil agar mudah terbakar oleh percikan bunga api busi.
40
Penyebab dari over cooling itu sendiri adalah kerja dari thermostat tidak sempurna, pada kondisi ini thermostat dalam kondisi membuka. Untuk mengatasinya, thermostat harus diganti untuk mencapai temperatur kerja yang ideal dalam waktu yang tidak terlalu lama.
41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
KESIMPULAN Berdasarkan pengujian dan pengamatan yang dilakukan pada mesin kijang 5k, pada putaran mesin 800rpm, 900rpm, 1000rpm, 1100rpm dan 1200rpm dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1.
Semakin besar rpm pada mesin, semakin besar pula pelepasan panas yang dilakukan oleh radiator. Dan semakin besar rpm mesin, temperatur kerja ideal mesin dapat dengan cepat dicapai.
2
Semakin besar rpm mesin juga mengakibatkan konsumsi bahan bakar semakin besar untuk mencapai suhu kerja, tetapi ketika temperatur kerja tercapai konsumsi bahan bakar akan cenderung lebih efisien dan tenaga yang dihasilkan oleh kendaraan besar. Hal ini disebabkan panas pada blok mesin yang mengakibatkan bahan bakar teratomisasi menjadi molekul-molekul yang kecil, sehingga bahan bakar mudah terbakar seluruhnya. Proses ini juga mengurangi kadar HC pada gas buang kendaraan.
3
Pelepasan panas oleh air yang terdapat pada radiator harus dijaga konstant agar mesin tidak mengalami over heating.
42
5.2
SARAN Perawatan berkala pada kendaraan sangat penting untuk menjaga agar kendaraan selalu dalam keadaan puncak, atau selalu siap bila sewaktu – waktu akan digunakan. Baik itu dari bagian mesin, electrical, chasis dan pemindah daya (transmisi dan roda-roda). Perawatan berkala biasanya dilakukan setiap 5 bulan sekali atau 10.000km.
43
DAFTAR PUSTAKA
1.
Thermal Manual of Submerged Combustion, Thermal Research & Engineering Corp., Conshohocken, PA 1961
2.
“ECLIPSE
COMBUSTION
ENGINEERING
GUIDE”,
Edition
efe825’7/98.Rockford,Illionis 61103. 3.
Training Manual, Vol 1 Gasoline Engine Step 2. seri MEI 1994. PT.TOYOTA – ASTRA MOTOR
4.
NEW STEP 1 TRAINING MANUAL, Vol 2 ©1995 PT TOYOTA-ASTRA MOTOR.
44
LAMPIRAN 1.
Thermometer Ruang
Untuk mengetahui temperature sekitar atau suatu ruang dengan skala “0C”
45
2.
Gelas Ukur
Berfungsi ukur mengukur Jumlah bahan bakar yang digunakan
46
3.
Tachometer
Untuk mengetahui putaran mesin yang digunakan pada tiap-tiap pengambilan data.
47
4.
Laser Radiation
Berfungsi untuk mengetahui temperature suatu media atau benda dengan cara mengarahkan sinar x ray pada media atau benda yang diinginkan.
48
1. Effect of Blower Speed on Flow, Pressure and Power Consumption a. Flow vs. Speed: The flow rate (V) changes in direct ratio to the speed (S) V2 S2 V1 S1 Example:Ablower operating at 1750 rpm (S1) delivers 1000 cfm (V1). How many cfm (V2) will it deliver if speed is increased to 3500 rpm (S2)? V2 V1 x S2 1000 x 3500 2000 cfm S1 1750
