Upload
others
View
14
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Pustaka
Cylinder head (kepala silinder) adalah bagian utama dari motor yang
berfungsi untuk menutup satu ujung cylinder dan berisikan katup tempat
udara dan bahan bakar diisikan dan gas buang di keluarkan. Ciri-ciri daripada
cylimder head (kepala silinder) adalah sebagai berikut :
1. Sebagai ruang pembakaran.
2. Terdapat lubang-lubang untuk saluran air pendingin mesin.
3. Terdapat ruang rongga untuk ruang pembakaran.
4. Terdapat lubang-lubang untuk tempat kedudukan nozzle
5. Terdapat lubang-lubang untuk tempat kedudukan katup masuk dan katup
buang serta mekanis katup.
6. Terdapat lubang untuk tempat kedudukan baut pengikat mesin.
7. Tempat kedudukan kaitan pengangkut mesin.
8. Tempat water jacket (mantel pendingin).
9. Sebagai tempat kelengkapan mekanisme katup.
10. Sebagai penutup blok cylinder.
11. Sebagai komponen untuk meletakkan komponen mesin lain seperti
mekanisme katup, manifold dan busi/injector kepala silinder.
8
Gambar 1. Kontruksi cylinder head
Bentuk dari cylinder head ada berbagai macam didasarkan pada
beberapa factor. Misalnya: factor berta, factor bentuk, factor bentuk
permukaan, dan factor mudah ditangani. Bentuk cylinder head adakalanya
dibuat bujur sangkar atau bulat yang dilengkapi dengan baut tap (journal)
serta beberapa lubang untuk tempat katup dan pipa-pipa cabang (manifold).
Baut-baut tap tersebut berfungsi sebagi tempat mengangkat cylinder head
pada saat dilakukan pembokaran. Katup-katup yang terdapat pada cylinder
head merupakan jalan untuk pemasukan udara bersih dan jalan keluar gas
bekas hasil pembakaran. (sunaryo Hary dalam buku Motor Diesel Penggerak
Kapal (33:1998)
2.2 Materi Bahan Dari Pembuatan Cylinder head
Cylinder head terbuat dari baja tuang dari paduan antara besi murni
dengan karbon sebesar 0,3 – 0,6 persen, memungkinkan baja untuk
dikeraskan sebagian dengan pengerjaan panas (head treatment) yang
sesuai, proses pengerjaan panas menaikkan kekuatan baja dengan proses
9
memanaskan bahan sampai suhu tertentu dan kemudian didinginkan
menurut cara tertentu. Pada waktu proses penuangan baja dipanaskan
dengan suhu yang tinggi C) kemudian dituangkan ke dalam suatu
cetakan dengandiberi tekanan.
Gambar 2. proses pengecoran cylinder head
(Sumber : Guangzhou Diesel Manual Book (2.23:1993)
2.3 Kelelahan Bahan Dari Logam cylinder head (kepala silinder)
Kelelehan bahan adalah suatu batasan akan tegangan logam yang
diijinkan angka-angka kelelehan suatu material logam tidak sama, hal ini
disebabkan oleh pabrik pembuatannya serta disesuaikan menurut kebutuhan
dan kegunaan masing-masing selain umur pemakaiannya yang telah lama,
tegangan yang diterima oleh material tersebut secara terus-menerus serta
temperatur yang berubah-ubah dengan menurunkan kekuatan beban sehingga
dapat terjadi keretakan. Sewaktu baja dipanaskan pada suhu diatas C
maka akan terjadi pembebasan sebagian kecil tegangan yang berada didalam
baja, hal itu menyebabkan berkurangnya sedikit kekerasan dan kekuatan baja.
10
Keretakan yaitu garis yang terbentuk pada suatu benda keras seperti logam
akibat dari menurunnya kekerasan dan ketahanan oleh deformasi. Deformasi
yaitu perubahan ukuran atau bentuk karena pengaruh beban yang dikenakan
padanya dan mempunyai kecepatan renggang yang tinggi maka bahan
umumnya akan mengalami keretakan akibat bahan dikenai beban tiba-tiba.
Deformasi ini dapat terjadi secara elastis dan secara plastis. Deformasi elastis
yaitu suatu perubahan segera hilang kembali apabila beban ditiadakan.
Deformasi plastis yaitu suatu perubahan bentuk yang tetap ada meskipun
beban pemberian suhu atau temperatur pendingin yang tepat akan dapat
membantu mengurangi timbulnya kelelahan bahan.
Sifat mekanis suatu logam adalah kemampuan atau kekakuan logam
untuk menahan beban yang di berikan, baik statis dan dinamis pada suhu
biasa,suhu tinggi maupun suhu di bawah C. Beban statis adalah beban
yang tetap baik besar maupun arahnya pada setiap saat, sedangkan beban
dinamis adalah beban yang besar dan arahnya berubah menurut waktu. Bahan
yang di bebani secara dinamis akan lelah dan retak, meskipun di bebani di
bawah kekuatan statis.
Kelelahan adalah gejala patah dari bahan di sebabkan oleh beban yang
berubah ubah. Kekuatan kelelahan suatu logam tegangan bolak balik tertentu
yang dapat di tahan oleh logam itu sampai banyak bailkan tertentu.
Semwntara itu batas kelelahan adalah tegangan bolak-balik tertinggi yang
dapat di tahan oleh logam itu sampai banyak balikan tak terhingga.
Kekerasan adalah ketahanan bahan terhadap deformasi plastis kaena
pembebanan setempat pada permukaan berupa goresan atau penekanan. Sifat
ini banayak hubungannya dengan sifat kekuatan, daya tahan, aus dan
kemampuan di kerjakan dengan mesin (mampu mesin). Apabila terjadi
deformasi elastis kemudian beban tersebut dihilangkan maka energy yang di
butuhkan untuk mengubah bentuk asal selalu lebih rendah daripada energy
11
yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk asal lebih rendah daripada energy
yang di butuhkan untuk deformasi elastis, karena penekanan atau tarikan
tersebut. Hal ini terjadi karenan adanya tahanan dalam. Tahanan dalam adalah
kemampuan logam untuk meredam beban atau getaran tiba-tiba. Apabila
terjadi deformasi plastis suhu yang tinggi atau getas panas maka mudah retak
karena deformasi yang di sebabkan adanya suatu beban pada suhu tertentu.
(Amanto Hary Dalam Buku Ilmu Bahan (22;1999)
2.4 Sistim pendinginan dari cylinder head (kepala silinder)
Sistem pendingin yang biasa di gunakan ada 2 macam, yaitu :
1. Sistem pendingin terbuka
Merupakan system pendingin yang langsung berhubungan dengan
air laut. Yang dimana air laut langsung masuk dan medinginkan
komponen yang akan didinginkan tanpa perantara.
2. Sistem pendingin tertutup.
Sistem pendingin yang menggunakan air tawar yang disirkulasikan
dalam suau komponen tertutup untuk mendinginkan komponen yang
perlu didinginkan. Kemudian air tawar tersebut didinginkan oleh air
laut, kemudian air tawar tersebut disirkulasikan kembali untuk
medinginkan komponen.
System ini dibagi menjadi dua yaitu :
a. Sistem independent
Yaitu, dimana air tawar yang di gunakan untuk mendinginkan
tiap-tiap komponen didinginkan secara terpisah, tidak bersama
dalam sebuah penukar panas.
12
b. Sistem terpusat
Yaitu, dimana air tawar yang digunakan untuk mendinginkan
komponen, di kumpulkan untuk didinginkan secara bersama, dalam
sebuah heat exchanger.
Sistim pendingin ini di desain dengan hanya mempunyai satu heat
exchanger yang didinginkan dengan air laut, sedangkan untuk cooler
yang lain termasuk jacket water, minyak pelumas, udara bilas,
dinginkan dengan air tawar yang bertemperatur rendah. Sistem
pending jenis ini sangat kecil peralatan yang berhubungan langsung
dengan air laut sehingga masalah korosi dapat dikurangi.
Dinding dalam cylinder head selalu dikenal panas dari
pembakaran karena itu jika cylinder head retak akibat tegangan dari
suhu yang tinggi. Hal yang mendasari mengapa pendinginan mesin
penting antara lain :
1) Pada umumnya material mesin akan bertambah besar atau
memuai dengan bertambahnya suhu. Bertambahnya suhu material
itu akan menyebabkan kerusakan akibat tekanan panas dari proses
pembakaran dalam cylinder head.
2) Makin besarnya panas mesin dapat menyebabkan suhu dari pada
gas buang sehingga mengakibatkan terjadinya ledakan.
3) Jika suhu cylinder head tinggi efisiensi volumetric dan tenaga
yang dihasilkan berkurang.
Suhu tinggi yang dihadapi oleh dinding dalam cylinder head
mempunyai kecenderungan untuk mempercepat penggaraman air
sehingga menimbulkan kerak. Kerak adalah perambatan panas
yang sangat buruk sehingga dinding yang diendapi kerak makin
kurang meneruskan kepada air pendingin dan akhirnya menjadi
13
dipanasi lebih (over head). Pemanasan lebih akan menurunkan
kekuatan bahan dan saat yang sama menimbulkan keretakan pada
cyclinder head.
Biasanya pendinginan diatas kapal dilaksanakan oleh air
tawar atau air laut. Suhu air yang baik pada jalan keluar system
pendingin adalah C untuk air tawar suhu terakhir pada
umumnya harus dibawah C. Pendingin dengan air bertujuan
mengurangi panas dari bagian mesin yang didinginkan, air yang
terpanaskan itu kemudian mengalir keluar dari blok motor menuju
alat pendingin (cooler), yang dipakai pada mesin kapal dikenal
adanya dua sistem pendinginan yaitu system pendingin terbuka
dan system pendingin tertutup.
Kedua jenis pendingin tersebut sudah tentu harus disesuaikan
dengan tujuan digunakan mesin tersebut atau dapat juga
didasarkan pada aspek yang lain. Misalnya : kontruksinya,
ukurannya, beratnya, perlengkapannya, pemakainnya dan
perawatannya.
Menurut P.Van Maanen Motor Diesel Kapal Jilid(1). Dalam
ruang pembakaran sebuah motor diesel akan terjadi suhu -
K ( - C) atau lebih pada sebuah waktu
pembakaran. Dinding ruang pembakaran tutup cylinder , bagian
atas torak, bagian atas lapisan cylinder, katup ruang disekitarnya.
Pintu buang akan menjadi sangat panas karena gas tersebut
untuk mencegah pengangguran besar dari kekuatan materi dan
perubahan bentuk secara teknis dari bagian mesin, maka bagian-
bagian tersebut harus didinginkan. (Karyanto, E, Teknik
14
Perbaikan, Penyetelan, Pemeliharaan, Trouble, Shooting Motor
Diesel (Cet. 3), 2001)
Bagian mesin berikut, dalam rangka pembakaran harus mendapatkan
pendinginan :
a. Bagian dari lapisan cylinder
b. Cylinder liner
c. Cylinder head
d. Katup gas buang
e. Injector
Sebagai bahan pendingin untuk mesin induk digunakan bahan sebagai
berikut :
1. Air laut
Air laut merupakan suatu barang yang mudah didapatkan disekitar
kapal. Tidak usah dibeli dan secara langsung diambil, sehingga pendinginan
memakai air laut tidak usah memakai system tertutup, air laut yang sehabis
mendinginkan langsung dibuang dan pendinginan selanjutnya kita ambil
saja. Pada umumnya air laut mengandung kadar garam yang tinggi
dibandingkan air tawar, maka dari itu air laut jarang sekali digunakan
langsung untuk mendinginkan mesin, dikhawatirkan bila langsung
menggunakan air laut tersebut mengkristal di dalam mesin sehingga lama-
kelamaan system pendinginnya akan buntu. Pada kapal-kapal sekarang
umunya pendinginnya memakai system pendingin tertutup, yaitu memakai
air tawar. Sedangkan air laut hanya digunakan untuk mendinginkan air
tawar tersebut pada pesawat-pesawat pendingin (cooler), ditinjau dari
ketersedianya secara berlimpah-limpah maka, air laut dapat dibuang ke laut
setelah digunakan sebagai bahan pendingin sehingga system pendingin
15
menjadi sederhana dalam penataanya. Meskipun memiliki sifat yang
menguntungkan tersebut diatas, air laut juga memiliki sifat yang tidak
menguntungkan seperti menjadi Kristal sewaktu dipanasi yang akan
membentuk kerak keras dibagian permukaan yang didinginka. Kerak
tersebut sangat keras sekali sehingga mengganggu proses perpindahan panas
yang membantu saluran pendingin yang sempit, disamping itu dengan kadar
Chlorida yang tinggi dari air laut, maka kemungkinan korosi dari motor
yang didinginkan menjadi besar.
Dengan alasan tersebut, maka air laut sebagai bahan pendingin secara
tidak langsung, terkecuali kadang-kadang untuk pendinginan udara bilas
dan. Dengan penggunaan material khusus, maka pendinginan dapat dijaga
terhadap korosi dan oleh karena itu suhu air pendinginan yang relatif rendah
pengendapan dengan kerak juga akan berkurang. Air laut selalu digunakan
sebagai bahan pendingin secara tidak langsung bahan pendingin (air tawar
atau minyak pelumas) yang diambil panas dari motor akan menyerahkan
panas tersebut melalui sebuah alat pemindah panas (alat pendingin) air ke
laut lagi.
Gambar 3. Diagram Pendingin Terbuka Saringan air laut (sea chest)
16
Cara Kerjanya yaitu :
Air laut diisap oleh pompa air laut dialirkan ke L.O (Cooler) untuk
mendinginkan minyak lumas mesin induk, kemudian mengalir inter cooler
untuk mendinginkan udara pembakaran pada mesin induk da pompa air laut
juga mengalirkan air laut untuk mendinginkan minyak lumas turbocharger
dan juga mendinginkan air tawar pendingin mesin induk fresh water cooler.
Kemudian air laut dibuang keluar kapal dan proses ini terjadi secara terus
menerus.
Keuntungan dan kerugian pendinginan terbuka:
1) System cukup sederhana tidak memerlukan tangki ekspansi, cooler
sehingga biaya berkurang.
2) Media pendingin atau air laut selalu tersedia.
3) Pada suhu lebih dari 50º C akan terjadi kerak garam yang akan
mempersempit pipa.
4) Resiko terhadap korosi sangat besar sehingga motor akan cepat rusak.
5) Resiko berlayar di daerah dingin maka pengaturan suhu air masuk motor
sulit diatur karena suhu air laut terlalu rendah sehingga Cylinnder dapat
retak karena perbedaan suhu.
2. Air tawar
Air tawar diatas kapal selalu diusahakan penggunaannya dalam siklus
tertutup untuk dapat digunakan berulang kali. Karena disisi lain harganya
yang mahal dan bisa mencegah terjadinya korosi ataupun pembentukan kerak
pada bagian dinding besi. Siklus tertutup tersebut terdiri dari ruang pendingin
dari bagian motor yang harus didinginkan juga saluran, kran penutup, pompa,
dan pesawat pendingin.
17
Telah dibahas bagaimana lapisan cyilinder dari berbagai motor dapat
didinginkan dan kontruksinya yang diterapkan untuk mencegah tegangan
panas tinggi yang diakibatkan karena pendinginan tersebut. Untuk
pendinginan dari sebuah motor diesel suatu system terdiri dari pipa, pompa
dan pendinginan pada bagian mesin. Sistem tersebut sering berbentuk
kompleks karena baik motor induk maupun motor bantu dihubungkan
keduanya.
Agar menjadi jelas, maka seluruh sistem terdiri dari bagian air laut
diluar badan kapal dan bagian air tawar. Didalam motor akan ditampung
panas pendinginan oleh air tawar yang mengalir dalam sirkuit tertutup.
Selanjutnya air laut akan menyerap panas dari air tawar tersebut.
Gambar 4. Diagram Pendinginan Tertutup
Keterangan :
a. Bak air tawar
b. Bejana pendingin
c. Pompa untuk air tawar
d. Pompa untuk air laut
e. Saringan
f. Saluran buang untuk air laut
g. Saluran pemasuk untuk permukaan air rendah
h. Saluran masuk untuk permukaan air yang tinggi (keruh)
18
Cara kerjanya yaitu :
Air tawar pendingin mesin induk diisap oleh pompa pendingin air tawar
dari tanki ekspansi kemudia air tawar tersebut didinginkan oleh air laut pada
fresh water cooler kemudian fresh water cooler yang sudah didinginkan
tersebut mendinginkan cylinder heat air tawar tersebut diisap kembali oleh
pompa pendingin air tawar.
Kontak ini bisa terganggu bila ada yang menghalangi yaitu :
a. Kotoran-kotoran
b. Lumpur yang ikut terhisap
c. Garam bisa terjadi karena air laut dipanaskan dan bisa terjadi pengkristalan
d. Minyak timbul dari kebocoran yang terhubung langsung dengan air
pendingin
e. Karat terjadi karena terus menerus terkena air laut
f. Gelembung udara
Kotoran-kotoran ini berasal dari bawaan-bawaan dari air sendiri dari
kebocoran-kebocoran minyak dan karat-karat. Semuanya ini membuat
lapisan-lapisan yang mengurangi penyerapan panas. Dari masalah itulah
timbul kejadian yang perlu diperhatikan seperti temperature pendingin naik,
kinerja mesin menururun dan mesin mudah panas. Hal ini yang
menyebabkan terjadinya keretakan pada cylinder heat dan sebaiknya semua
masalah yang berada diatas tersebut harus diperhatikan secara visual dan
pengecekan lainnya, agar tidak terjadi hal seperti itu lagi.
Kuntungan dan kerugian pendinginan tertutup:
1) Dengan media air tawar maka resiko terhadap korosi dapat dicegah
dan dihindari.
2) Pengaturan suhu masuk dan suhu keluar dari air pendingin lebih
mudah diatur melalui cooler.
19
3) Dapat dipastikan air yang masuk ke mesin induk selalu bersih
tanpa lumpur dan kotoran. Sehingga aman dari penyumbatan.
4) Perawatannya lebih mudah.
5) Kerugiannya ketergantungan terhadap persediaan air tawar pendingin
(Fresh Water Generator).
6) Konstruksi rumit karena memerlukan perlengkapan ekspansi tank atau
maupun cooler sehingga biaya perawatan lebih mahal.