Materi Pembelajaran Sistem Pendinginan

URAIAN

Pada mesin bahan bakar dibakar di dalam silinder untuk merubah energi panas ke dalam tenaga gerak. Tapi energi panas yang dihasilkan tidak semuanya dirubah ke dalam tenaga. Hanya kira-kira 25% energi 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 menjadi terlalu panas dan dapat mempercepat keausan. Maka sistem pendingin dilengkapi didalam mesin untuk pendinginan dan mencegah panas yang berlebihan (Over Heating).

Umumnya mesin didinginkan oleh sistem pendingin udara atau sistem pendingin air. Mesin mobil banyak menggunakan sistem pendingin air.

REFERENSI

Pada mesin bensin hanya 23 – 28 % energi panas dari hasil pembakaran bahan bakar di dalam silinder yang dimanfaatkan secara efektif sebagai tenaga. Sedangkan sisanya terbuang dalam beberapa bentuk

Kegunaan Pendinginan

1. Menyerap panas pada bagian-bagian mesin/motor sehingga mengurangi keausan dan kerusakan.
2. Untuk mendapatkan temperatur kerja mesin/motor yang tepat dan merata

Macam-macam Sistem Pendinginan

1. Pendinginan Udara

Gambar 1.  Pendinginan Udara

a). Cara Kerja

Panas yang ditimbulkan oleh mesin/motor dipindahkan ke dinding silinder dan melalui sirip-sirp menuju ke udara luar. Untuk meningkatkan efisiensi pendinginan, maka permukaan bidang pendinginan diperluas melalui konstruksi sirip-sirip.

b). Penggunaan Sistem Pendinginan Udara

• Kebanyakan kendaraan ringan, motor-motor unit kecil.
• Mesin VW lama, Deutch Diesel.

c). Sifat yang menonjol

• Konstruksi mesin sederhana
• Suara motor keras akibat getaran sirip-sirip karenan hembusan angin
• Pendinginan tidak merata, bagian yang langsung terkena angin/udara mendapat pendinginan yang lebih
• Jarang ada gangguan dan perawatan ringan.

2. Pendinginan Air Sirkuit Pompa

Gambar 2. Pendinginan Air Sirkuit Pompa

Sistem pendingin air lebih rumit dan selain itu biayanya lebih mahal dibanding dengan sistem 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 bunyi. Air pendingin yang panas dapat juga digunakan sebagai sumber panas untuk pemanas udara di dalam kendaraan.

a). Sifat Yang Menonjol

• Pendinginan air lebih merata dibandingkan dengan  pendinginan udara
• Temperatur kerja motor tetap konstan
• Gangguan lebih sering terjadi
• Perawatan sistem pendinginan air lebih rumit.

b) Penggunaan Sistem Pendinginan Air

• Mesin mobil roda 4 (mesin bensin dan mesin diesel)
• Alat Berat
• Mesin motor roda 2 (motor kecil)

c) Konstruksi

Sistem pendingin air dilengkapi oleh water jacket, pompa air, radiator, thermostat, kipas, selang karet dan lain-lain.

d). Cara Kerja

Mesin/Motor Dingin Sampai Temperatur Kerja

Mesin/motor dihidupkan, maka terjadi proses pembakaran di dalam silinder yang berulang-ulang, temperatur mesin dan air pendingin semakin meningkat. Bersamaan dengan itu, pompa air berputar, maka terjadi sirkulasi air hanya di dalam rongga blok motor dan kepala silinder. Air tidak dapat bersirkulasi melewati radiator, karena termostat masih tertutup. Oleh karena sirkulasi air hanya di dalam mesin/motor dan air tidak didinginkan radiaitor, maka mesin/motor dan air menjadi cepat panas, cepat mencapai temperatur kerja (80°C s.d 1000 C).

 Mesin/Motor Pada Temperatur Kerja

Setelah mesin/motor mencapai temperatur kerja, maka termostat membuka, sehingga sirkulasi air tidak hanya di dalam mesin, tetapi melewati termostat, slang bagian atas, radiator, slang bagian bawah, pompa air dan ke dalam mesin, termostat dan seterusnya. Akibatnya panas air pada radiator akan berpindah ke sirip-sirip radiator dan terus berpindah ke udara yang melewati radiator. Dengan sirkulasi air yang terus menerus melewati radiator dan didinginkan oleh udara yang lewat, maka temperatur air dan mesin/motor akan terjaga tidak melebihi batas panas temperatur kerja. Kipas menjamin kecukupan aliran udara yang melewati radiator (udara mengalir dari depan ke arah kendaraan).

PENTING…! Jangan menghidupkan mesin dengan thermostat tidak terpasang. Sirkuit bypass akan selalu terbuka, menyebabkan air pendingin melalui bypass radiator dimana air pendingin tersebut didinginkan. Hal itu akan mengakibatkan mesin menjadi panas berlebihan (Over Heating).

KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM PENDINGIN AIR

1. RADIATOR

Gambar radiator

Radiator mendinginkan cairan pendingin yang telah menjadi panas setelah melalui saluran water jacket. 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 slang ke reservoir tank sehingga air pendingin atau uap yang berlebihan dapat ditampung. Lower tank dilengkapi outlet dan kran penguras.

Inti radiator (radiator core) terdiri dari pipa-pipa yang dapat dilalui air pendingin dari upper tank ke lower tank. Selain itu juga dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin fungsinya untuk menyeap panas dari cairan pendingin. Radiator letaknya di depan kendaraan, sehingga radiator dapat didinginkan oleh gerakan dari kendaraan itu sendiri.

INTI RADIATOR

Inti radiator (radiator core) terdiri dari pipa-pipa dimana cairan pendingin melaluinya dari upper ke lower tank. Juga dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin (fin). Panas cairan pendingin pertama dipindahkan (diserap) ke sirip-sirip, yang didinginkan oleh kipas dan udara akibat gerakan dari kendaraan, yang mengalir melalui sirip-sirip pada saat kendaraan sedang bergerak.

Ada 2 tipe inti radiator, yang perbedaannya tergantung model pada sirip-sirip pendinginannya. Tipe plate (flat fin type) dan tipe lekukan (currogated fin type). Beberapa kendaraan modern menggunakan versi terbaru, yaitu tipe lekukan, dari radiator tipe SR. Inti radiator bertipe radiator SR hanya mempunyai susunan pipa tunggal (single row) sehingga bentuk keseluruhannya menjadi tipis dan ringan dibandingkan dengan radiator biasa.

2. TUTUP RADIATOR

Gambar tutup radiator

Tutup radiator berfungsi untuk menaikkan tekanan air didalam sistem pendinginan. Pada temperatur kerja, air sistem pendinginan bertekanan 80-kPa (0.8-1.2bar). Dengan tekanan air melebihi tekanan atmosfir, lebih 80-120kPa (0.8-1.2bar), maka titik didih air pendingin dapat naik mencapai 120 derajat Celcius, maka sistem pendinginan menjadi lebih aman, karena air tidak cepat mendidih.

a. Cara kerja tutup radiator:

1) Mesin Panas

Saat mesin/motor hidup dan menjadi panas (mencapai temperatur kerja), maka temperatur dan tekanan air pendinginan akan naik dan volume air mengembang, maka katup pelepas hermostat akan membuka pada tekanan ‘teknik’ 80-120kPa (0.8-1.2bar), maka air akan mengalir ke tangki reservoir sampai berhenti ketika katup pelepas tutup kembali pada tekanan air dalam radiator turun dibawah 80-120kPa (0.8-1.2bar).

2) Mesin Dingin

Ketika mesin/motor dimatikan, maka semakin lama temperatur mesin dan juga air akan semakin turun bahkan mencapai temperatur udara luar. Akibatnya volume air pendingin semakin menyusut dan berkurang, maka akan terjadi ruang kosong dan vakum (dibawah tekanan atmosfir) diatas permukaan air pendingin dalam radiator, maka katup vakum termostat akan membuka, akibatnya air pendingin dalam tangki reservoir yang bertekanan atmosfir akan mengalir (terisap) masuk memenuhi ruang dalam radiator, bersamaan dengan proses tersebut kevakuman diatas air dalam radiator semakin hilang dan katup vakum kembali tertutup.

b. Kerusakan dan Gangguan Karena Tutup Radiator

• Bila katup pelepas tidak rapat, maka tekanan sistem pendinginan kurang, sehingga temperatur didih air rendah, artinya air cepat mendidih.
• Bila katup pelepas tidak membuka, tekanan sistem pendinginan terlalu tinggi, akibatnya slang air mengembang / meledak.
• Bila katup vakum tidak membuka, akan timbul vakum pada saat motor menjadi dingin , akibatnya slang-slang air akan mengempis.

3. TANGKI CADANGAN (RESERVOIR TANK)

Tangki reservoir

Tangki cadangan (reservoir tank) dihubungkan ke radiator dengan slang overflow. Bila volum cairan pendingin berekspansi disebabkan naiknya temperatur, maka cairan pendingin yang berlebihan dikirim ke tangki cadangan. Bila temperatur turun, maka cairan pendingin yang ada di dalam tangki cadangan akan kembali ke radiator. Ini untuk mencegah terbuangnya cairan pendingin dan untuk menjamin agar dapat mengirimkan cairan pendingin saat diperlukan penambahan secara tetap.

4. POMPA AIR

Gambar water pump

Pompa air (water pump) mengirim cairan pendingin melalui sistem pendingin dengan tekanan. Umumnya yang banyak digunakan adalah tipe pompa sentrifugal (centrifugal pump). Pompa air ditempatkan dibagian depan blok silinder dan digerakkan oleh tali kipas (V-belt), V ribbed belt atau timing belt.

5. THERMOSTAT

Gambar thermostat

Temperatur cairan pendingin tergantung dengan mesin. Pada umumnya efisiensi operasi mesin yang tertinggi, adalah bila temperaturnya kira-kira pada 80 – 90 derajat celcius. Sangat penting sekali bahwa temperatur yang cepat mencapai batas optimal (yang paling baik) secepat mungkin setelah mesin hidup.

Panasnya tidak boleh menurun, terutama dalam musim dingin. Thermostat dirancang untuk mempertahankan temperatur cairan pendingin dalam batas yang diizinkan.

Thermostat adalah semacam katup yang membuka dan menutup secara otomatis sesuai temperatur cairan pendingin. Thermostat dipasang antara radiator dengan sirkuit pendingin mesin. Bila temperatur pendingin rendah, katup menutup untuk mencegah agar air tidak masuk ke radiator. Bila temperatur meningkat katup akan membuka dan dengan demikian cairan pendingin mengalir ke radiator.

Thermostat dioperasikan oleh wax sealed yang ada di dalam silinder, volume wax ini berubah disebabkan oleh temperatur. Perubahan volume dalam wax menyebabkan silinder bergerak turun atau naik mengakibatkan katup membuka dan menutup.

Thermostat dilengkap dengan jiggle valve yang digunakan untuk mengalirkan air dari sistem pendingin saat menambahkan cairan pendingin ke dalam sistem.

a. Cara Kerja Thermostat

Bila suhu air pendingin rendah, aliran air ke radiator ditutup termostat / terputus. Jika suhu air pendingin mencapai mulai » 80°C s.d 1000 C, termostat terbuka dan air mengalir ke radiator

b. Kerusakan dan Gangguan Termostat

a). Termostat Tidak Dipasang

Jika termostat tidak terpasang atau rusak dalam kondisi selalu terbuka, maka motor tidak dapat cepat mencapai temperatur kerja, oleh karena meskipun air masih dingin tetapi dapat bersirkulasi melewati radiator, maka air pendingin menjadi tetap relatif dingin sehingga tidak dapat membantu air pendingin dan mesin/motor cepat panas mencapai temperatur kerja. Hal ini dapat merugikan umur motor, juga pemakaian bahan bakar menjadi boros. Termostat yang rusak harus diganti baru karena tidak dapat diperbaiki.

b). Termostat Rusak Tertutup

Jika termostat rusak dan dalam kondisi tetap tertutup, maka mesin/motor cepat mencapai temperatur kerja seperti halnya ketika termostat dalam kondisi baik, tetapi karena setelah air atau mesin/motor mencapai temperatur kerja dan air panas tidak dapat bersirkulasi melewati termostat dan radiator, maka air panas yang terjebak di dalam blok motor dan kepala silinder dalam kondisi tidak dapat didinginkan oleh udara yang melewati radiator, maka mesin/motor menjadi semakin panas dan akhirnya terjadi panas berlebih (overheating), akibatnya mesin/motor macet dan komponen mesin rusak

6. KIPAS PENDINGIN

Radiator didinginkan oleh udara luar. Tetapi pendinginannya belumlah cukup bila kendaraan tidak bergerak. Kipas pendingin (cooling fan) bertujuan untuk menambah pendinginan. Kipas pendingin ditempatkan dibelakang radiator. Kipas pendingin digerakkan oleh poros engkol melalui tali kipas (belt) atau dengan motor listrik.

Sistem Kipas Pendingin digerakkan oleh Belt

Kipas pendingin jenis ini digerakkan terus-menerus oleh poros engkol melalui tali kipas. Kecepatan kipas berubah sesuai dengan kecepatan mesin. Bila mesin berputar dengan kecepatan tinggi, kipas juga berputar dengan cepat dan putaran ini menambah tahanan pada saat yang sama. Ini menyebabkan kehilangan tenaga dan menimbulkan bunyi pada kipas.

Kopling fluida (sealed silicone oil) biasanya dipasangkan antara pompa air dan kipas pendingin untuk mengatasi problem seperti tersebut diatas.

Tali kipas penggerk kipas pendingin digerakkan oleh V-belt atau dengan tali kipas yang bergigi (ribbed belt).

Sistem Kipas Pendingin digerakkan oleh Motor Lisrik

Kipas pendingin digerakkan oleh motor listrik. Motor listrik ini menerima sinyal dan sensor temperatur pendingin yang dikirimkan dari kepala silinder. Ketika temperatur meningkat pada suatu tingkat yang ditetapkan, sinya ini merangsang motor relay menggerakkan motor, dan kemudian menggerkkan kipas pendingin. Kipas pendingin hanya bekerja jika dibutuhkan. Ini berarti bahwa mesin dapat mencapai temperatur operasi yang optimal dengan lebih cepat. Selain itu juga membantu mengurangi penggunaan bensin dan bunyi kipas.

Kipas pendingin umumnya digerakkan oleh tali kipas (belt). Unit bagian lainnya pada mobil seperti Pompa air, Alternator, Pompa Power Steering, dan pendingin kompresor juga digerakkan oleh tali kipas (belt) atau tali kipas yang bergigi (V-Ribbed Belt). Belt sangat sederhana sekali dalam pemindahan tenaga karena tidak dibutuhkan pelumasan.

7. V-Belt

Tali kipas (belt) sudah digunakan beberapa tahun yang lalu sampai sekarang. Disebut V-belt sebab mempunyai bagian yang terpotong berbentuk V yang menambah efisiensi penambahan tenaga. V-belt umumnya terdiri dari karet sintetis, tetron atau penguat lainnya dan dilapisi dengan kanvas pada kedua sisinya. V-Belt tipe COG dengan gigi semi – elliptical adalah salah satu jenis dari V-Belt.

V RIBBED Belt

Tali kipas secara bertahap diganti dengan tali kipas yang bergigi (V Ribbed belt) yang mempunyai penampang yang tampak pada gambar. Tebal keseluruhannya kurang dari V- belt. V ribbed belt mempunyai bentuk rusuk V – shaped rib pada bagian sisi pulley.

Mereka mempunyai efisiensi pemindahan tenaga yang besar dan panas yang tinggi, tahan lama dibanding dengan V-belt serta berkurangnya bidang gesek sehingga mengurangi panas.

PENTING…!!! Bila menservis V-Belt dan V Ribbed belt, perhatikan bahwa belt harus mempunyai ketegangan yang benar. Bila belt kendor akan menyebabkan bunyi dan slip. Bila terlalu keras akan merusak puli dan bantalan poros. Oleh karena itu stel tegangan sesuai ukuran yang disarankan dengan menggunakan Tension Gauge