Sistem Pendingin Intercooler

Rancang Bangun Intercooler dan sistim pendinginnya

Dari percobaan pendahuluan dengan perangkat supercharger, diperoleh temperatur udara maksimum yang keluar dari supercharger dan masuk ke dalam silinder ± 117°C. Direncanakan intercooler yang mampu menurunkan temperatur keluaran supercharger sebesar 30°C. Dimensi intercooler yang direncanakan ditunjukkan dalam Gambar 3.

Untuk menjaga efektivitas intercooler, digunakan radiator ekstra (memanfaatkan kondensor AC) yang dilengkapi dengan fan dan pompa air eksternal. Sebagai fluida pendingin digunakan larutan aquades + ethylene glycol dengan konsentrasi 50% dengan tujuan untuk meningkatkan titik didih fluida pendingin

Pengujian

• Uji performa motor dilakukan di laboratorium Motor Bakar, Jurusan Teknik Mesin, UK Petra dengan menggunakan dinamometer rem air (water brake dynamometer). Susunan peralatan uji ditunjukkan pada 
• Pengujian untuk kondisi sistim yang berbeda selalu diawali pada kondisi atmosferik yang kurang lebih sama (pudara ± 1,017 bar, truang ± 31°C, dan RH ± 60%.2. Hasil dan Pembahasan

Pada Gambar 5 dan 6 ditunjukkan pola yang berbeda antara temperatur dan tekanan udara yang masuk ke dalam silinder. Temperatur udara yang masuk ke dalam silinder cenderung lebih rendah pada putaran tinggi (Gambar 5), sedangkan tekanan cenderung semakin meningkat (Gambar 6). Peningkatan temperatur pada putaran lebih rendah disebabkan karena meningkatnya friksi internal dengan bertambahnya beban pada motor. Peningkatan tekanan yang terjadi pada putaran lebih tinggi disebabkan karena meningkatnya kecepatan pergerakan piston di dalam silinder. Temperatur udara rata-rata meningkat sebesar 89,86% (dalam kisaran antara 70°C sampai dengan 120°) dengan penambahan supercharger pada sistim. Hal ini terutama disebabkan karena meningkatnya tumbukan antar molekul udara yang merupakan bagian dari proses pemampatan udara. Dengan menambahkan intercooler ke dalam sistim peningkatan temperatur akibat proses pemampatan dapat ditekan menjadi 43,37%, atau terjadi penurunan temperatur udara termampatkan sebesar 46,49%.

Terjadi peningkatan tekanan udara rata-rata sebesar 40,01% akibat proses pemampatan udara melalui supercharger. Dengan adanya penambahan intercooler ke dalam sistim, sehingga terjadi penurunan temperatur udara termampatkan, maka peningkatan tekanan keluaran supercharger turun menjadi 36,55%, atau terjadi penurunan tekanan sebesar 3,46%.

Karena kerugian tekanan akibat pendinginan udara melalui intercooler yang terjadi relatif kecil (3,46%) dibandingkan penurunan temperaturnya (46,49%), maka terjadi peningkatan nisbah kerapatan udara termampatkan dengan adanya penambahan intercooler. Hal ini dapat diartikan bahwa disamping terjadi peningkatan massa udara (karena proses pemampatan dengan supercharger), juga terjadi peningkatan kerapatan udara (karena proses pendinginan udara termampatkan oleh intercooler). Dengan meningkatnya massa dan kerapatan udara, semakin banyak jumlah oksigen yang dapat dimanfaatkan untuk melangsungkan proses pembakaran di dalam ruang bakar. 

Pada kurva daya dan torsi Vs putaran (Gambar 7 dan 8) ditunjukkan terjadi peningkatan daya dan torsi rata-rata pada berbagai tingkat kecepatan masing-masing sebesar 10,06% dengan menambahkan supercharger pada sistim. Jika temperatur udara yang masuk kedalam silinder setelah proses pemampatan diturunkan dengan menambahkan intercooler pada sistim, daya dan torsi rata-rata pada berbagai tingkat kecepatan dapat ditingkatkan lagi, masing-masing sebesar 19,46% dan 19,02%. Berdasarkan persamaan gas ideal (persamaan 1) yang menyatakan bahwa massa udara berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan temperaturnya, maka dengan meningkatkan tekanan udara masukan, massa udara yang masuk akan semakin besar dan pada gilirannya akan meningkatkan kuantitas oksigen yang dapat dimanfaatkan untuk melakukan proses pembakaran menjelang akhir langkah kompresi. Pada sisi lain, dengan meningkatkan tekanan udara masukan serta menurunkan temperatur udara termampatkan melalui perangkat intercooler akan semakin meningkatkan kerapatan udara masukan, dan pada gilirannya akan semakin meningkatkan derajat pengisian silinder (efisiensi volumetrik). Dengan asumsi variabel-variabel lain pada persamaan 8 dan 9 konstan, meningkatnya efisiensi volumetrik motor akan menghasilkan peningkatan daya kuda rem (bhp) dan torsi pada motor. Disamping itu dengan memampatkan udara yang masuk ke dalam silinder, periode persiapan pembakaran akan dipersingkat. 

Pada kurva konsumsi bahan bakar spesifik Vs putaran (Gambar 9), ditunjukkan terjadi penurunan konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata sebesar 12,79% dengan penambahan supercharger. Jika temperatur keluaran supercharger diturunkan dengan perangkat intercooler, konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata turun sebesar 19,43%. Hal ini terjadi karena dengan meningkatnya massa dan kerapatan udara yang masuk ke dalam silinder, semakin banyak oksigen yang dapat bereaksi dengan bahan bakar untuk berlangsungnya proses pembakaran sehingga pembakaran dapat berlangsung jauh lebih efisien. Kondisi ini mampu mereduksi produk hidrokarbon yang tak terbakar pada gas buang, sebagai biang borosnya konsumsi bahan bakar.

Pada Gambar 10 ditunjukan bahwa dengan memampatkan udara masukan ke dalam silinder terjadi peningkatan efisiensi termal sebesar 14,86% dengan penambahan supercharger. Jika intercooler ditambahkan pada sistim, efisiensi termal dapat ditingkatkan lagi menjadi 23,03%. Efisiensi termal berbanding terbalik· Penggunaan supercharger tanpa intercooler, meningkatkan temperatur udara rata-rata sebesar 89,86% walaupun dihasilkan peningkatan tekanan udara masuk rata-rata 40,01% 

· Dengan penambahan intercooler, peningkatan temperatur udara rata-rata dapat ditekan menjadi 43,37%. Walaupun tekanan udara hasil pemampatan turun menjadi 36,55%, tetapi masih cukup efektif untuk meningkatkan kinerja motor secara keseluruhan.

• Tanpa intercooler, rata-rata terjadi peningkatan daya keluaran poros, torsi dan efisiensi termal masing-masing sebesar 10,06%, 10,06% dan 14,86%, sedangkan penurunan rata-rata konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 12,79%.
• Dengan penambahan intercooler, rata-rata terjadi peningkatan daya keluaran poros, torsi dan efisiensi termal masing-masing sebesar 19,46%, 19,02% dan 23,03%, sedangkan penurunan rata-rata konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 19,43%.

Saran

Karena penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium, perlu dipikirkan penempatan perangkat supercharger dan instalasi sistim pendinginnya di dalam ruang kompartemen mesin agar tidak terpengaruh udara panas di kompartemen mesin. 

Pengujian dilakukan dengan metode putaran variabel melalui proses penambahan beban secara bertahap. Diawali pada putaran 3000 RPM dengan pembebanan bertahap pada interval putaran 200 RPM, sampai tercapai putaran 1400 RPM. Pada tiap tahap pembebanan diperoleh data pengukuran: putaran,(RPM), beban, (Newton), waktu untuk mengkonsumsi 50 ml bahan bakar pada gelas ukur (sekon), aliran balik bahan bakar (ml), temperatur dan tekanan udara masuk ke dalam silinderefisiensi termal motor, sehingga meningkatkan konsumsi bahan bakar spesifik [7], suatu kondisi yang sangat tidak diharapkan dalam mengatasi kelangkaan dan mahalnya harga bahan bakar, serta permasalahan yang berkaitan dengan pencemaran udara. 

Untuk mengatasi permasalahan dalam mengadopsi sistim induksi paksa pada motor pembakaran dalam, tanpa menurunkan nisbah kompresi yang harus mengorbankan efisiensi termal, digunakan suatu penukar kalor yang disebut dengan intercooler guna menurunkan temperatur udara termampatkan