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.