a. Heat Balance dan Heat Transport
Tergantung pada ukuran, prinsip kerja dan sistem pembakaran , mesin diesel mengkonversi bahan bakar yang di suplai sampai dengan 30% - 40% (wikipedia). Selain rugi konversi yang di timbulkan selama pembakaran berlangsung, sisa persentase dari rugi-rugi adalah panas yang di lepaskan ke lingkungan, terutama pada bagian exhaust dan sistem pendingin. Sedangkan rugi akibat konveksi dan radiasi panas dari permukaan mesin ke lingkungan nilainya relatif kecil (persentase kecil) . Pada cooling system (sistem pendingin), selain karena pemindahan panas dari komponen mesin, lubrikasi oleh oli dan intercooler juga termasuk pada sistem pendingin. Tujuan dari cooling system pada pendingin adalah :
Menurunkan temperatur komponen-komponen engine yang terdapat pada ruang bakar (piston, head cylinder, dan cylinder liner) sampai pada temperatur yang cukup untuk komponen-komponen tersebut dapat mempertahankan kekuatannya.
Mengurangi keausab yang di timbulkan dari gesekan antara cylinder liner dan piston.
Menjaga nilai viskositas oli pelumas karena karakteristik oli dapat berubah pada temperatur tertentu.
Meningkatkan performa mesin dengan cara charging yang lebih baik (intercooler).
Mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi buang. Meningkatkan effisiensi kompresor turbocharger. Menjaga keamanan mesin.
Pada dasarnya, jenis cooling sistem dibagi atas: 1. liquid cooling
2. air cooling
Jenis sistem pendingin bergantung pada level daya yang dapat dihasilkan dan tipe penggunaan. Dipasaran biasanya air cooling system digunakan pada mesin-mesin diesel kapasitas rendah seperti mesin diesel untuk konstruksi bangunan, pertanian, dan berbagai mesin diesel yang berperan sebagai komponen pendukung.
Sedangkan liquid cooling system digunakan pada mesin diesel yang berkapasitas besar seperti kendaraan bermesin diesel dan pembangkit listrik tenaga diesel.
Karena makalah ini membahasa\ mengenai sistem pendingin pada pembangkit listrik tenaga diesel maka pembahasan jenis cooling system adalah liquid cooling.
Pada pemgbangkit listrik tenaga diesel, Cooling system terdiri dari pompa pendingin, spray ponds, water treatment, filtrasi, dan Penyambungan pipa kerja pendingin.
Tujuan dari sistem pendinginan adalah untuk membawa panas dari silinder mesin agar menjaga suhu silinder dalam batas aman. Panas yang berlebih tidak berguna bagi kinerja mesin, oleh karena itu, panas berlebih tersebut harus dibuang dari ruangan silinder. Jikap panas tidak dibuang dapa
menyebabkan masalah seperti nilai viskositas oli pelumas menjadi berubah karena film pada oli menjadi pecah yang berakibat pada dinding silinder, kepala piston, kepala silinder dan cylinder liner.
Biasanya pembangkit listrik tenaga diesel menggunakan air yang di sirkulasikan dengan bantuan pompa pada bagian cylinder jacket mesin. Air yang keluar dari cylinder jacket akan memiliki temperatur yang tinggi sehingga perlu didinginkan oleh spray ponds (air di semprotkan pada cooling tower) yang nantinya air dapat di sirkulasikan kembali karena panas yang dibawa oleh air telah dibuang ke lingkungan.
Air pendingin harus dijaga temperaturnya, karena apabila terlalu renda dapat menyebabkan oli tidak menyebar dengan baik sehingga berakibat terjadi keausan pada bagian silinder dan piston. Sedangkan apabila temperatur terlalu tinggi, dapat menyebabkan struktur molekul oli pelumas cepat rusak. Oleh karena itu, temperatur air pendingin (water cooling) harus dijaga pada temperature tertentu sekitar 700C dan kebutuhan air pendingin sekatar 2-4 liter pre bhp per menit. Hal ini dimungkinkan juga untuk memanfaatkan panas dari air pendingin yang telah keluar dari cylinder jacket untuk dipergunakan pada pengolahan air seperti menghilangkan pembentukan kotoran sekala kecil pada air, zeolite lebut, dan pengolahan debu soda kapur.
Terdapat tiga sistem untuk mendinginkan kembali air yang panas agar air dapat bersirkulasi dengan kontinyu.
1. Open System (direct evaporation)
2. Closed System ( menggunakan eat excanger dan sirkulasi refrigrant sekunder)
3. Rasiators
(a) Direct air cooling (b) Indirect system (natural circulation)
(c) Indirect cooling dengan sirkulasi air dibantu oleh pompa
(d) Non-circulating cooling system dengan air
Gambar 2.4 Perbedaan metode untuk sistem pendinginan mesin
a) Direct air cooling
Metode pendinginan udara langsung menggunakan sirip yang dicor pada bagian kepala silinder untuk meningkatkan permukaan yang terkena kontak dengan udara. Udara untuk pendinginan sirip, dapat diperoleh dari blower atau kipas angin yang diputar oleh mesin. Gerakan relatif udara ke mesin dapat digunakan untuk mendinginkan mesin seperti dalam kasus mesin sepeda motor. Pendingin udara langsung biasanya digunakan pada mesin industri kecil, mesin sepeda motor.
b) Indirect system (natural circulation)
Sistem pendinginan tidak langsung dapat menggunakan sirkulasi alam (thermosyphon) atau sirkulasi paksa pada air. Dalam thermosyphon tersebut, fenomena perubahan densitas air karena perubahan suhu menyebabkan air bersirkulasi dalam sistem. Seperti air yang didinginkan dalam radiator akan turun sementara air panas di jaket akan naik dan mengalir ke bagian atas radiator. Sistem ini sederhana, namun kemampuan menyirkulasikan air kecil dan hanya dapat memberikan tingkat sirkulasi yang lambat, oleh karena itu, sistem ini memerlukan memerlukan elemen pendinginan yang lebih besar. kadang- kadang tangki air dengan kapasitas yang cukup digunakan sebagai pengganti radiator untuk memberikan sistem pendinginan thermosypon.
c) Indirect cooling dengan sirkulasi air dibantu oleh pompa Pada sistem ini, air dingin dipaksa bersirkulasi melewati Cylinder Jacket dengan bantuan pompa yang biasanya dipasang pada frame mesin dan mendapatkan daya dari poros engkol. Air panas dikirim ke perangkat pendinginan, misalnya cooling tower atau spray ponds, yang nantinya diambil lagi untuk sirkulasi setelah
didinginkan. Sistem ini adalah yang paling banyak digunakan dalam unit berukuran besar dan menengah.
Terdapat dua jenis water coling system pada pembangkit listrik tenaga diesel yaitu :
a) Open or single circuit system
Pada sistem ini, pompa menyedot air dari kolam pendingin dan memompa air ke dalam cylinder jacket. Setelah bersirkulasi melalui cylinder jacket, air dikembalikan ke wadah pendingin. Sistem ini dapat menyebabkan korosi dalam cylinder jacket karena gas terlarut dalam air pendingin.
b) Closed or double circuit system
Dalam sistem ini, refrigrant primer dibuat untuk mengalir melalui heat excanger. Refrigrant primer membawa panas dari cylinder jacket, dan panas tersebut dipindakan ke refrigrant sekunder atau air melalui heat excanger. Kondisi ini berlangsung secara terus menerus seingga terjadi kesetimbangan thermal pada mesin. Sistem ini mengurangi resiko terjadinya korosi pada bagian cylinder jacket, karena korosi kemungkinan besar terjadi pada bagian wadah atau eat exchanger.
Pada pembangkit listrik tenaga diesel di laboratorium Teknik Konversi Energi, Sistem pendinginan menggunakan jenis Closed /
double circuit system. Berdasarkan Manual book mesin diesel