RADIATOR

BAB I

PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang

Alat penukar panas atau Heat Exchanger (HE) 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 berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadi karena adanya kontak, baik antara fluida terdapat dinding yang memisahkannya maupun keduanya bercampur langsung (direct contact). Penukar panas sangat luas dipakai dalam industri seperti kilang minyak, pabrik kimia maupun petrokimia, industri gas alam, refrigerasi, pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alat penukar panas adalah radiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin ke udara sekitar.

Radiator sebagai sistem pendinginan yang berfungsi untuk menurunkan temperatur pada mesin, karena mesin dapat menghasilkan efisiensi kerja yang baik pada temperatur mesin sekitar 80⁰ C sampai dengan 90⁰ C. Berdasarkan tujuan untuk mempelajari lebih mendalam tentang aplikasi Heat Exchanger yang sering digunakan di keseharian manusia, maka penulis mengambil judul “Aplikasi Heat Exchanger pada Radiator”. 

B.       Rumusan Masalah

Berkaitan dengan subpokok-subpokok yang akan dikaitkan dengan aplikasi Heat Exchanger, yaitu radiator sebagai bagian dari kehidupan manusia, sehingga akan ada rumusan masalah sebagai berikut:

a.       Apa definisi radiator ?

b.      Apa saja komponen dan bagian-bagian dari radiator ?

c.       Bagaimana cara kerja radiator?

d.      Bagaimana hubungan prinsip kerja radiator dengan sistem Heat Exchanger ?

C.      Tujuan dan Manfaat

1.      Mengetehaui definisi radiator.

2.      Mengetahui komponen dan bagian-bagian dari radiator.

3.      Mengetahui cara kerja radiator .

4.      Mengetahui hubungan prinsip kerja radiator dengan sistem Heat Exchanger.

BAB II

LANDASAN TEORI

Unit penukar kalor adalah suatu alat untuk memindahkan panas dari suatu fluida ke fluida yang lain. Sebagian besar dari industri-industri yang berkaitan dengan pemprosesan selalu menggunakan alat ini, sehingga alat penukar kalor ini mempunyai peran yang penting dalam suatu proses produksi atau operasi. Salah satu tipe dari alat penukar kalor yang banyak dipakai adalah Shell and Tube Heat Exchanger. Alat ini terdiri dari sebuah shell silindris di bagian luar dan sejumlah tube (tube bundle) di bagian dalam, dimana temperatur fluida di dalam tube bundle berbeda dengan di luar tube (di dalam shell) sehingga terjadi perpindahan panas antara aliran fluida didalam tube dan di luar tube. Adapun daerah yang berhubungan dengan bagian dalam tube disebut dengan tube side dan yang di luar dari tube disebut shell side.

Pemilihan yang tepat suatu alat penukar kalor akan menghemat biaya operasional harian dan perawatan. Bila alat penukar kalor dalam keadaan baru, maka permukaan logam dari pipa-pipa pemanas masih dalam keadaan bersih. Tetapi setelah alat beroperasi beberapa lama maka terbentuklah lapisan kotoran atau kerak pada permukaan pipa tersebut. Tebal tipisnya lapisan kotoran tergantung dari fluidanya. Adanya lapisan tersebut akan mengurangi koefisien perpindahan panasnya. Harga koefisien perpindahan panas untuk suatu alat penukar kalor selalu mengalami perubahan selama pemakaian. Batas terakhir alat dapat berfungsi sesuai dengan perencanaan adalah saat harga koefisien perpindahan panas mencapai harga minimum.

BAB III

PEMBAHASAN

A.      Definisi Radiator

Radiator adalah komponen atau alat yang digunakan untuk mendinginkan lingkungan kerja yang berada di sekitarnya. Radiator menyerap panas lingkungan, lalu didinginkan dengan bantuan media plat atau air yang berada didalamnya. Radiator memegang peranan penting dalam mesin otomotif (misalnya: mobil).

Sistem pendinginan pada mobil berfungsi untuk menurunkan temperatur pada mesin yang terjadi dari proses pembakaran. Proses pembakaran selanjutnya akan menghasilkan tenaga mekanis yang kemudian akan menggerakkan mesin. Akibat lain dari proses pembakaran adalah adanya panas yang apabila tidak didinginkan akan merusak komponen dari mesin itu sendiri. Sistem pendinginan (cooling system) adalah suatu rangkaian untuk mengatasi terjadinya over heating pada mesin agar tetap bekerja secara optimal. Hasil pembakaran pada motor bakar yang menjadi tenaga mekanis hanya sekitar 23%, sebagian panas keluar menjadi gas bekas dan sebagian lagi hilang melalui proses pendinginan.

Radiator berfungsi untuk mendinginkan mesin. Pembakaran bahan bakar dalam silinder mesin menyalurkan energi panas ke dalam bentuk tenaga putar. Tetapi energi panas dari bahan bakar tidak sepenuhnya dapat dikonversikan ke dalam bentuk tenaga. Hanya kurang lebih 25 % dari energi yang dikonversikan menjadi tenaga. Kurang lebih 45 % dari energi panas hilang menjadi gas buang atau gesekan dan 30 % diserap oleh mesin itu sendiri. Panas yang diserap oleh mesin harus dikeluarkan ke udara sekeliling. Jika tidak maka akan menyebabkan mesin menjadi kelebihan panas dan pada akhirnya rusak. Sistem pendinginan dipasang untuk mendinginkan mesin agar tidak kelebihan panas. Pendinginan mesin biasanya menggunakan sistem pendinginan udara atau sistem pendinginan air.

Pada umumnya mesin otomotif menggunakan sistem pendinginan air. Sistem pendinginan air  lebih sulit dan lebih mahal dari pada sistem pendinginan udara. Tetapi sistem pendinginan air mempunyai beberapa keuntungan. Air pendingin mesin adalah aman sebab ruang pembakaran dikelilingi oleh air pendingin (air ditambah macam-macam additive, dan juga anti beku), yang juga sebagai peredam suara. Air pendingin yang panas dapat juga berfungsi sebagai sumber panas pada pemanas udara. Dilihat dari fungsi dan kegunaan radiator ini, maka pemilihan material untuk radiator dan juga proses manufaktur radiator haruslah tepat agar diperoleh produk radiator yang berkualitas dan berfungsi dengan baik dalam mendinginkan mesin.

Add caption

Dalam paper yang kami susun ini akan lebih memfokuskan pada pembahasan tentang radiator yang digunakan pada mobil. Radiator pada mobil pada umumnya terpasang dibagian depan. Radiator berfungsi untuk mendinginkan air yang menjadi panas setelah beredar dalam mantel air pendingin pada mesin. Yang mempunyai dua tabung air, terletak di atas dan di bawah. Ditabung bagian atas terdapat lubang pengisian air, pipa pemasukan air dari mantel pembuangan dan di tabung bagian bawah terdapat kran pembuangan air, dan pipa penghubung ke mesin.

B.       Komponen dan Bagian Radiator

1.         Bagian-Bagian Radiator

a.       Tabung air atas (upper tank), berfungsi sebagai penampung air sebelum air masuk kedalam kisi-kisi (tube) radiator.

b.      Tabung air bawah (lower tank), berfungsi sebagai penampung air dari kisi-kisi (tube) radiator.

c.       Sambungan selang atas, berfungsi sebagai jalan masuk air ke radiator.

d.      Sambungan selang bawah, berfungsi sebagai jalan keluar air dari radiator.

e.       Kisi-kisi (tube), dengan memiliki konstruksi pipih dan memanjang diharapkan air dapat mentransferkan panasnya dengan efisien.

f.       Sirip-sirip (fin), berfungsi untuk membuat turbulensi udara disekitar kisi-kisi (tube) agar pendinginan air lebih efisien.

g.      Tutup radiator, berfungsi untuk menutup radiator serta mengatur dan menaikan tekanan dalam sistem pendingin.

h.      Kran pembuang (drain cock), berfungsi untuk membuang air yang ada didalam radiator.

2.   Komponen Radiator

a.     Thermostat

Thermostat bekerja dengan memanfaatkan tekanan yang disebabkan oleh fluida (cairan) panas dari dalam jaket pendingin mesin. Ketika tekanan naik, pegas pada thermostat akan tertekan dan membuka saluran menuju radiator, sehingga fluida panas tersebut akan masuk ke radiator dan didinginkan. Fluida dingin dalam radiator masuk ke jaket pendingin dengan cara menekan vakum valve thermostat.

Termostat semacam katup otomatis yang bekerja atas dasar pengaruh suhu air pendingin dan biasanya dipasangkan di dalam saluran air yang keluar dari kepala silinder. Termostat sangat peka terhadap kotoran. Thermostat dapat seketika berhenti bekerja karena tertahan debu, kotoran ataupun kerikil. Dalam keadaan dingin maka thermostat akan menutup untuk mempercepat proses pemanasan mesin mencapai suhu ideal. Pada suhu sekitar 91 derajat celcius, thermostat akan mulai terbuka dan membiarkan cairan mengalir menuju radiator untuk didinginkan. Setelah mencapai suhu sekitar 103 derajat celcius, maka thermostat akan terbuka penuh dan memungkinkan lebih banyak cairan mengalir menuju radiator agar proses pendinginan lebih cepat tercapai.

b.      Tutup Radiator

Untuk mendapatkan efek pendinginan yang lebih baik, maka perbedaan suhu antara udara luar dengan suhu air pendingin dalam radiator haruslah besar, dengan menggunakan tutup radiator. Didalam tutup radiator terdapat relief valve atau klep relief dan vacuum valve atau klep vakum yang mengatur agar tekanan dalam radiator tidak lebih dari 1 atmosfer (atm) dan air mendidih dalam radiator diatas 100 derajat celcius.

Relief valve atau klep relief mempunyai fungsi untuk membuang kelebihan tekanan dalam radiator, bila telah melewati batas tekanan yang ditentukan oleh pabrik.

Sedangkan vacuum valve atau klep vakum mempunyai fungsi untuk menyamakan tekanan di dalam radiator dengan tekanan udara luar, apabila suhu air pendingin dalam radiator turun sampai dibawah titik didihnya.

c.       Tangki Reservoir

Sistem pendingin radiator dilengkapi dengan tangki reservoir. Tangki tersebut diletakkan dekat dengan radiator yang mempunyai fungsi untuk memperbesar ekspansi air pendingin selama mesin bekerja. Prinsip kerja dari tangki reservoir adalah “ Bila suhu air pendingin dalam radiator naik, maka air akan mengalir dari tangki reservoir kedalam radiator dan akan mengalir kembali kedalam tangki reservoir bila suhu air dalam radiator turun”.

d.      Water Pump

Disebut pompa cairan radiator, berfungsi mensirkulasikan cairan radiator dari silinder block lalu head untuk mengambil panas lalu cairan masuk ke radiator utk dibuang panasnya. Pompa ini bekerja terus-menerus selama mesin bekerja, ada yang menggunakan putaran poros engkol atau crankshaft, ada juga meminta putaran noken as atau camshaft, bahkan ada pula yang memakai pompa elektris yang diputar oleh aki.

Pompa air ini menggunakan type pompa sentrifugal yang menggunakan sudu-sudu atau propeler untuk menimbulkan tekanan atau head energy agar dapat bersirkulasi ke seluruh lintasan selang radiator.

Bagian-bagian dari Water Pump :

1.        Poros (shaft)

Merupakan komponen utama pada pompa dimana bagian   depannya dihubungkan dengan puli untuk mendapatkan tenaga dari putaran poros engkol sedangkan bagian belakang dihubungkan dengan impeler pompa. 

2.        Impeler

Impeler berfungsi untuk membuat perbedaan tekanan pada saat pompa bekerja.

3.      Water Pump seal

Water pump seal berfungsi untuk mencegah kebocoran air dari sistem pendingin pada poros pompa.

4.      Thermo Sensor

Suatu piranti yang membaca suhu cairan yang keluar dari silinder head atau mesin dan akan mau masuk ke radiator. Penempatan ini dimaksudkan agar suhu yang dibaca merupakan suhu panas yang terjadi di silinder head. Pembacaan suhu ini langsung terkoneksi ke speedometer, sehingga pengemudi dapat mengetahui kondisi panas mesin motornya. Bisa terbaca garis-garis tebal, atau juga angka.

e.       Thermo Switch

Suatu piranti saklar yang menyambungkan aliran arus baterei ke kipas radiator. Sebagaimana kita tahu di atas bahwa kipas radiator hanya bekerja saat suhu mesin dianggap panas, yaitu saat suhu radiator diatas 100 derajad celcius. Termoswitch ini yang mengontrol kapan kipas harus diputar.

f.       Mantel Pendingin

Mantel pendingin pada mesin mengelilingi silinder-silinder dan kepala silinder, yang berfungsi untuk mendinginkan bagian-bagian pendingin silinder dan ruang bakar secara efektif. Mantel pendingin pada kepala silinder dan blok silinder berhubungan langsung dengan tangki radiator bagian atas.

C.      Cara Kerja Radiator

Motor bensin dan motor diesel akan bekerja paling baik, bila air pendingin yang mengalir itu memiliki temperature 70⁰ sampai 80⁰ C (kejadian gas dan pembakaran sebaik mungkin pada motor bensin, minyak pelumas yang menjadi lebih encer oleh pengembunan bahan bakar minimal). Pelumasan juga akan bekerja paling baik pada suhu tersebut.

Pertama-tama, cairan akan dipompakan memasuki silinder block lalu naik ke atas silinder head untuk mengambil atau menyerap panas mesin akibat pembakaran. Lalu keluar melalui selang radiator menuju termostat sebagai pengatur debit aliran, lalu melewati termo sensor untuk dibaca panasnya, kemudian masuk ke radiator dari sisi atas, kemudian mengalir ke pipa-pipa kapiler kecil sampai ke bawah.

Panas mesin ini berpindah ke cairan melalui proses konveksi, lalu merambat ke dinding pipa-pipa kecil radiator dan terjadilah perambatan konduksi ke seluruh kisi-kisi. Lalu dari kisi-kisi akan menyalurkan panas ke udara sekitar, bahkan saat suhu panas, udara akan dipaksa oleh kipas untuk bertumbukan atau bersinggungan dengan kisi-kisi radiator.

Selama proses diatas berjalan sesuai kerjanya dan cairan dalam keadaan penuh, maka mesin akan bekerja di suhu yang stabil, sehingga menghasilkan power yang maksimal di berbagai kondisi panas mesin.

Mantel pendingin mengelilingi silinder-silinder dan kepala silinder yang merupakan bagian kombinasi blok silinder dan kepala silinder. Mantel pendingin berfungsi untuk mendinginkan bagian-bagian silinder dan ruang bakar secara efektif karena bagian-bagian ini cepat sekali menjadi panas.

Mantel pendingin pada kepala silinder dan blok silinder dibuat sedemikian rupa sehingga dapat berhubungan satu dengan lainnya, mantel pendingin kepala silinder berhubungan dengan tangki radiator bagian atas dan mantel pendingin blok silinder berhubungan dengan tangki radiator bawah.         

Dalam sistem pendinginan akan dikenal istilah over heating yang merupakan suatu keadaan bahwa mesin bekerja dengan panas suhu yang melampaui batas. Hal tersebut akan menyebabkan kinerja mesin tidak stabil bahkan cenderung ngedrop. Beberapa sebab yang dapat menyebabkan over heating yaitu :

1.      Mesin mengalami modifikasi ekstrem dengan rasio kompresi tinggi. Seperti motor yang mulanya ber cc 125 menjadi 200cc.. Yang ber-rasio kompresi 10,7: 1 menjadi 15 : 1.

2.      Volume air kurang. Bisa di akibatkan karena kebocoran air di sistem pemasangan, volume air yang kurang ini menyebabkan kemampuan menyerap panas kurang.

3.      Lubang pipa dalam radiator tersumbat. Hal ini bisa terjadi jika menggunakan air sebagai cairan radiator.. Dikarenakan air terdapat unsur, magnesium, kalium atau kalsium… Sehingga direkomendasikan memakai cairan khusus dari pabrikan yang sudah dilengkapi dengan anti karat dan anti beku.

4.      Kipas tidak bekerja atau rusak. Sehingga panas berlebih ini tidak mendapat support pendinginan.

D.    Hubungan Prinsip Kerja Radiator dengan Sistem Heat Exchanger

Radiator merupakan salah satu alat pendingin mesin kendaraan. Prinsip kerja radiator selalu terjadi perpindahan panas. Seperti pada proses berpindahnya panas silinder ke air sirkulasi. Perpindahan panas tersebut mengalir secara konveksi. Jadi, dalam hal ini terjadi konveksi paksa. Ingat bahwa proses konveksi melibatkan fluida (dalam kasus ini di wakili oleh air) sebagai penghantar panas. Lalu perpindahan panas dari pipa-pipa kecil radiator ke kisi-kisi radiator mengalir secara konduksi.

Dalam radiator mengalami banyak proses mulai dari panas dari silinder head yang berpindah ke air sirkulasi kemudian panas dari air berpindah ke pipa-pipa radiator lalu ke kisi radiator kemudian masuk radiator untuk didinginkan kemudian keluar lagi untuk menuju ke silinder untuk mengambil panas. Proses kerja radiator merupakan aplikasi dari Heat Exchanger (Unit Penukar Panas) karena terjadi perpindahan panas secara konveksi dan konduksi dalam cara kerjanya.

BAB III

PENUTUP

A.      Kesimpulan

Radiator adalah komponen atu alat yang digunakan untuk mendinginkan lingkungan kerja yang berada di sekitarnya. Radiator menyerap panas lingkungan, lalu didinginkan dengan bantuan media plat/air yang berada didalamnya. Radiator merupakan sistem pendinginan pada mobil berfungsi untuk menurunkan temperatur pada mesin yang terjadi dari proses pembakaran.

Bagian-Bagian Radiator adalah tabung air atas, tabung air bawah, sambungan selang atas, sambungan selang bawah, kisi-kisi, sirip-sirip, tutup radiator,  dan kran pembuang. Komponen Radiator adalah thermostat, tutup radiator, tangki reservoir, water pump, thermo switch, dan mantel pendingin.

Cara kerja Radiator, cairan akan dipompakan memasuki silinder block lalu naik ke atas silinder head untuk mengambil atau menyerap panas mesin akibat pembakaran. Lalu keluar melalui selang radiator menuju termostat sebagai pengatur debit aliran, lalu melewati termo sensor untuk dibaca panasnya, kemudian masuk ke radiator dari sisi atas, kemudian mengalir ke pipa-pipa kapiler kecil sampai ke bawah. Panas mesin ini berpindah ke cairan melalui proses konveksi, lalu merambat ke dinding pipa-pipa kecil radiator dan terjadilah perambatan konduksi ke seluruh kisi-kisi. Lalu dari kisi-kisi akan menyalurkan panas ke udara sekitar, bahkan saat suhu panas, udara akan dipaksa oleh kipas untuk bertumbukan atau bersinggungan dengan kisi-kisi radiator.

Proses kerja radiator merupakan aplikasi dari Heat Exchanger (Unit Penukar Panas) karena radiator merupakan Heat Exchanger jenis Cooler  terjadi perpindahan panas dari sistem ke sistem lainnya secara konveksi dan konduksi.

B.       Saran

1.      Sebagai peserta didik, seharusnya kita mengetahui bagian dan komponen salah satu aplikasi Heat Exchanger pada Radiator yang merupakan sistem pendingin.

2.      Sebagai peserta didik, sebaiknya kita mengetahui dan paham bagaimana cara kerja radiator yang merupakan aplikasi dari Heat Exchanger.

DAFTAR PUSTAKA

Daryanto.2000.Tip Otomotif.Jakarta:2000

                .2002.Reparasi Sistem Pendinginan Mobil.Jakarta:Bumi Aksara

                .2008.Teknik Pemeliharaan Mobil. Jakarta:Bumi Aksara

www.avframa.blogspot.com (Diakses 28 November 2013)

www.masnilala.blogspot.com (Diakses 28 November 2013)

www.mobilku.org (Diakses 28 November 2013)

www.modul-radiator.pdf (Diakses 28 November 2013)