Antara Coolant - Radiator - Mesin

Hahhh, baru aj mau menikmati perjalanan keluar kota, eh tiba – tiba malah dikagetkan dengan kejadian “mobil mengeluarkan asap”. Seketika perjalanan dihentikan, lalu mas driver keluar dan menghampiri bagian depan mobil ( bonet kali ya nama lainnya ), kemudian membuka tutup mobil bagian depan lalu asap-pun semakin banyak keluar, hah…., mana dimobilnya rusak dijalan yang gak ada tanda – tanda kehidupan lagi, wah cari penyakit aj nih. Lalu si mas driver ngomong, “wah mungkin ini air radiatornya nih yang habis”, trus saya cuma menyahut, “ooooooo, diisi lagi aj mas”, “ditunggu lebih dingin sedikit mesinnya mas”, balas si mas driver. Setelah menunggu beberapa saat lamanya “agar sedikit lebih dingin serta asap hilang ” lalu tutup ( cap ) radiator dibuka lalu keluar lah semacam uap. Air radiator direservoir juga udah gak keliatan alias udah mau habis . “Wah ini harus diisi lagi ni “kata si mas driver, lha mau diisi pakai apa ? air bersih gak ada, air botol kemasan juga tinggal dikit, alhasil pakai “air darurat”. Kebetulan ada parit kecil, nah terpaksa deh pakai air itu, saya berfikir, wah gila juga ya pakai air parit yang warnanya “agak kekuning-kuningan”, tidak jernih, trus turbiditinya tinggi ( kira – kira aja, soalnya banyak partikelnya, kalau penasaran  cek aj pakai turbiditymeter kalau gak salah nama alatnya, ambil sampel airnya dalam wadah khusus bentuknya silinder mungkin panjangnya kira – kira 7-9 cm, trus masukkin deh wadah tersebut ke dalam alat turbiditymeter tersebut, pencet sana pencet sini, tunggu beberapa saat lalu keluar deh hasilnya ).

Saya nanya “gak apa- apa mas ?” si driver menjawab “ ya mau bagaimana lagi darurat mas , entar besok dikuras trus diganti dengan air yang bersih , “, lalu saya pun menyahut “oooooo”. O iya mesin mobilnya adalah mesin diesel, trus si driver ngomong gini nih “ mudah – mudahan saja deksel nya gak apa – apa “ , itu yang diucapkannya kalau saya gak salah. Trus mobil coba distarter lagi, dan mesin pun kembali menyala ( kayak api aj pakai istilah menyala , hehehe ) dan dibiarkan beberapa saat. Setalah dirasa cukup aman, perjalanan kemudian dilanjutkan lagi. Di dalam mobil saya nanya, “ mas coolant buat radiator biasanya pakai yang merek apa  ? “,  si driver jawab, “ saya pakai air kemasan botol mas ?”, oooo, gak apa – apa tho mas ?” tanya saya, “bagus mas “, jawab si driver, “masa sih mas ?”, kata saya, “iya”. Jawab si mas driver. Hmmm perasaan bukannya ada fluida khusus , kadang – kadang warnanya , ada kuning ,merah, hijau ,eh ni driver kok malah  air kemasan botol. Pikiran saya menerawang jauh....

Mesin mobil adalah jenis internal combustion engine, yang katanya dibuku – buku sih temperatur nya dapat mencapai 2500 ^oC ( saya sendiri belum pernah ngukur, tapi kalau pengen tau, coba aj dihitung secara kasar pakai Hysys, masukin aj tu semua komponen yang terlibat, asumsi kan saja pembakaran sempurna, trus kira – kira kan saja excess air nya, trus kira – kira kan saja senyawa dominan fuelnya, lalu ambil reactor pada Pallette, lalu reactor nya dikondisikan secara adiabatis, ntar kalau semua udah hijau keluar sendiri deh hasilnya, salah gak ya ? heheheh kalau salah jangan diikuti, ntar bisa ngawur lagi ). Nah itu kan panas sekali, makanya itu mesin butuh pendinginan. Umumnya cara mendinginkannya atau mungkin kita dapat menggunakan istilah menyerap panas mesin kali ya, adalah dengan menggunakan fluida cair atau biasa disebut juga dengan Coolant. Fluida tersebut dilewatkan pada tempat khusus kalau gak salah mantel namanya,mantel tersebut mengelilingi silinder atau torak, karena air atau fluida cair tersebut menyerap panas dari hasil pembakaran maka temperature fluida tersebut naik,  sehingga perlu didinginkan kembali agar fluida tersebut dapat digunakan kembali, jadi proses ini merupakan siklus. Make-up fluida cair perlu ditambahkan juga untuk menjaga agar ketersediaan fluida cair tersebut .

Fluida yang telah mengalami kenaikan temperature tersebut didinginkan di radiator. Dengan demikian,  radiator dapat juga disebut sebagai alat penukar panas ( heat exchanger ), namun tipenya adalah compact heat exchanger, contoh lain dari compact HE adalah plate & frame HE.

Gambar di atas adalah bentuk umum dari radiator mobil. Beberapa literatur menyatakan bahwa penamaan radiator agak sedikit “menyesatkan”, hehehehe kayak aliran sesat aja. Kita tahu bahwa perpindahan panas terjadi dalam tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Pada radiator perpindahan panas lebih didominasi dengan cara  konveksi Perpindahan panas secara konveksi sendiri dapat dibagi menjadi dua yaitu yaitu konveksi bebas ( free convection ) dan konveksi paksa ( forced convection ), pada radiator forced convection lebih pas . Perpindahan panas konveksi lebih cepat dari pada konduksi.

Fluida atau air yang temperaturenya meningkat tadi didinginkan di radiator dengan menggunakan udara sebagai media pendinginnya ( aplikasi ini mirip dengan air cooler, yang menggunakan udara sebagai media pendinginnya ). Biasanya tepat didepan ( front ) radiator dipasang fan atau kipas yang menghembuskan angin melewati kisi – kisi ( istilah lainnya adalah fin atau extended surface ) tube. Seberapa banyak panas yang dapat diserap atau dilepas dapat dijabarkan oleh dua persamaan umum yaitu :

Q = MCpΔT

Q = UAΔT_mtd

Dengan dua persamaan diatas kita dapat melihat variable apa saja yang dapat mempengaruhi proses perpindahan panas pada radiator. Fin atau sirip akan mempengaruhi nilai A ( area perpindahan panas ), dengan semakin besar A maka makin banyak panas yang dapat diserap atau dilepas. Kecepatan fan dalam menghembuskan udara juga berpengaruh terhadap besarnya panas yang ditransfer. Temperature udara sangat bervariasi tergantung tempat, untuk iklim tropis seperti di Indonesia mungkin range temperaturenya adalah kira – kira 28 – 32 ^oC. Jika ΔT pada persamaan pertama bernilai kecil, maka jalan untuk meningkatkan perpindahan panas adalah dengan menaikkan M dan Cp ( heat capacity ). Fan, pompa, dapat menaikkan nilai M, sementara Cp , tergantung dari jenis fluida yang digunakan.

Heat capacity atau Cp didefinisikan sebagai panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature sistem sebesar 1 derajat, satuan umum ( dalam SI ) Cp adalah kJ/kg K, berarti disini terdapat panas yang diserap oleh fluida. Dengan semakin besar nilai Cp, maka Q yang dapat diserap akan semakin besar pula. Dengan ΔT yang sama, namun dengan nilai Cp yang berbeda, maka akan menghasilkan nilai Q yang berbeda pula, oleh karena itu pemilihan jenis coolant menjadi sangat penting. Disamping itu pula coolant yang baik tidak  hanya dapat atau mampu menyerap panas dengan baik tetapi juga tidak menyebabkan korosi maupun scaling. Proses- proses perpindahan panas rentan terhadap pembentukan scaling, korosi, maupun fouling. Penggunaan air sebagai coolant mungkin akan memberikan dampak atau resiko terhadap area perpindahan panas, apalagi jika air tersebut tidak memenuhi standar sebagai media pendingin, misalnya kandungan ion Ca²⁺, Mg²⁺ yang tinggi dapat menyebabkan scaling, jika area perpindahan panas semakin kecil, ditambah lagi dengan terjadinya kebocoran pada pipa atau tube coolant sehingga menyebabkan hilangnya sebagian massa coolant, maka dapat mengakibatkan mesin menjadi overheat. Nah jadi berhati – hatilah dalam memilih coolant buat mobil kesayangan anda, lakukan pengecekan rutin level fluida coolant pada reservoirnya, cek juga kisi – kisi radiator apakah terdapat lumpur atau material lain yang menutupi kisi – kisi tersebut  dan satu lagi yang amat penting adalah  jangan lupa tutup rapat – rapat cap ( pressure cap ) radiator mobil anda, biar fluidanya  gak kemana – mana, hehe.

Sumber :

• Frank Kreith, Prinsip – Prinsip Perpindahan Panas Edisi Ketiga, 1997, Erlangga
• SK Dogra & S Dogra, Kimia Fisik dan Soal – Soal, 1990, UI Press