Radiator Spring
RADIATOR
BAB I
PENDAHULUAN
I.1.
Latar Belakang
Radiator memegang peranan penting dalam mesin otomotif (misalnya: mobil).
Radiator berfungsi untuk mendinginkan mesin. Pembakaran bahan bakar dalam
silinder mesin menyalurkan energi panas ke dalam bentuk tenaga putar. Tetapi energi
panas dari bahan bakar tidak sepenuhnya dapat dikonversikan ke dalam bentuk
tenaga. Hanya kurang lebih 25 % dari energi yang dikonversikan menjadi tenaga.
Kurang lebih 45 % dari energi panas hilang menjadi gas buang atau gesekan dan 30 %
diserap oleh mesin itu sendiri.
Panas yang diserap oleh mesin harus dikeluarkan ke udara sekeliling. Jika
tidak maka akan menyebabkan mesin menjadi kelebihan panas dan pada akhirnya
rusak. Sistem pendinginan dipasang untuk mendinginkan mesin agar tidak kelebihan
panas.
Pendinginan mesin biasanya menggunakan sistem pendinginan udara atau
sistem pendinginan air. Pada umumnya mesin otomotif menggunakan sistem
pendinginan air.
Sistem pendinginan air
lebih sulit dan lebih mahal dari pada sistem
pendinginan udara. Tetapi sistem pendinginan air mempunyai beberapa keuntungan.
Air pendingin mesin adalah aman sebab ruang pembakaran dikelilingi oleh air
pendingin (air ditambah macam-macam additive, dan juga anti beku), yang juga
sebagai peredam suara. Air pendingin yang panas dapat juga berfungsi sebagai
sumber panas pada pemanas udara.
Dilihat dari fungsi dan kegunaan radiator ini, maka pemilihan material untuk
radiator dan juga proses manufaktur radiator haruslah tepat agar diperoleh produk
radiator yang berkualitas dan berfungsi dengan baik dalam mendinginkan mesin.
I.2.
Batasan Masalah
Makalah ini dibatasi pada pemilihan material dan proses manufaktur radiator
mobil.
1
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
I.3.
Tujuan Penulisan
Makalah tentang radiator ini disusun dalam rangka memenuhi tugas mata
kuliah pemilihan material dan proses manufaktur di program pendidikan sarjana
ekstensi teknik mesin universitas Indonesia. Selain itu juga bertujuan agar mengerti
tentang pemilihan material yang sesuai dengan fungsi dan kegunaan radiator serta
proses manufakturnya dari raw material hingga jadi produk yang siap dipasarkan.
I.4.
Metode Penulisan
Makalah tentang pemilihan bahan dan proses manufaktur radiator ini disusun
berdasarkan studi literatur yaitu dengan penelusuran informasi dan data-data yang
diperlukan dari buku-buku dan layanan internet.
2
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
BAB II
TINJAUAN OBJEK
2.1 Deskripsi Radiator
Radiator adalah komponen / alat yang digunakan untuk mendinginkan
lingkungan kerja yang berada disekitarnya. Radiator menyerap panas lingkungan, lalu
didinginkan dengan bantuan media plat / air yang berada didalamnya. Para
pengembang property banyak yang menggunakan radiator sebagai penyejuk ruangan.
Radiator diinstal sedemikian rupa sebelum rumah di cor dengan beton.
Gambar 2.1 Penggunaan radiator
Pada bisnis property
Dalam makalah yang kami susun saat ini akan lebih memfokuskan pada pembahasan
tentang radiator yang digunakan pada mobil
Radiator pada mobil pada umumnya terpasang dibagian depan. Radiator berfungsi
untuk mendinginkan air yang menjadi panas setelah beredar dalam mantel air
pendingin pada mesin.
Yang
mempunyai
dua
tabung
air,
terletak
di
atas
dan
di
bawah.
Ditabung bagian atas terdapat lubang pengisian air, pipa pemasukan air dari mantel
pembuangan dan di tabung bagian bawah terdapat kran pembuangan air, dan pipa
penghubung kemesin.
Gambar 2.2 Radiator Mobil
3
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Radiator pada awalnya hanya berupa plastik yang mengelilingi pipa-pipa
tembaga atau kuningan yang berisi air yang mengalir didalamnya. Sekitar tahun 1920,
beberapa pabrikan kendaraan seperti General Motor, telah menganti pipa radiator
menjadi berbentuk oval, sehingga menjadikannya lebih efisien.
Setelah dimensi mesin bertambah besar dan panas, perusahaan mulai
menambahkan beberapa bagian seperti kipas, agar udara yang melalui melalui pipa
terjaga tetap konstan. Dan juga ditambahkan pompa air untuk mendorong air melalui
pipa-pipa tersebut. Sekarang, pabrikan mulai menggunakan cairan kimia anti-beku
kedalam plastik pendingin untuk mencegah kegagalan plastik pendingin pada saat
cuaca bersuhu rendah.
Awalnya radiator mengunakan pipa berdiameter 1⁄2 inchi. Pada tahun 1940,
pabrikan Ford mulai bereksperimen mengunakan pipa yang lebih besar. Permasalahan
muncul ketika diameter pipa yang digunakan bertambah besar maka dinding pada pipa
harus lebih tebal untuk mencegah kebengkokan pada saat diberi tekanan. Hal ini
menyebabkan radiator bertambah berat tetapi membuatnya lebih efisien.
Pada tahun 1970, pabrikan kendaraan bereksperimen mengunakan radiator
yang berinti banyak, serta bereksperimen terhadap ukuran dan ketebalan pipa.
Beberapa pabrikan bahkan ada yang mencoba mengunakan plastik untuk membuat
radiator menjadi ringan. Dan sekarang beberapa kendaraan menggunakan radiator
berbahan aluminium yang lebih ringan dan dengan desain lebih baik.
3
Bagian-bagian Radiator
1
7
1. Tabung air atas (upper tank)
2. Tabung air bawah (lower tank)
3. Sambungan selang atas
5
4. Sambungan selang bawah
5. Kisi-kisi ( tube )
6
6. Sirip-sirip ( fin )
7. Tutup radiator
8. Kran pembuang (drain cock)
2
8
4
Gambar 2.3 Bagian-bagian Radiator
4
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
1. Tabung air atas (upper tank), berfungsi sebagai penampung air sebelum
air masuk kedalam kisi-kisi (tube) radiator.
2. Tabung air bawah (lower tank), berfungsi sebagai penampung air dari
kisi-kisi (tube) radiator.
3. Sambungan selang atas, berfungsi sebagai jalan masuk air ke radiator.
4. Sambungan selang bawah, berfungsi sebagai jalan keluar air dari
radiator.
5. Kisi-kisi (tube), dengan memiliki konstruksi pipih dan memanjang
diharapkan air dapat mentransferkan panasnya dengan efisien.
6. Sirip-sirip (fin), berfungsi untuk membuat turbulensi udara disekitar kisi-
kisi (tube) agar pendinginan air lebih efisien.
7. Tutup radiator, berfungsi untuk menutup radiator serta mengatur dan
menaikan tekanan dalam sistem pendingin.
8. Kran pembuang (drain cock), berfungsi untuk membuang air yang ada
didalam radiator.
Thermostat
Thermostat bekerja dengan memanfaatkan tekanan yang disebabkan oleh fluida
(cairan) panas dari dalam jaket pendingin mesin. Ketika tekanan naik, pegas pada
thermostat akan tertekan dan membuka saluran menuju radiator, sehingga fluida
panas tersebut akan masuk ke radiator dan didinginkan. Fluida dingin dalam radiator
masuk ke jaket pendingin dengan cara menekan vakum valve thermostat.
Gambar 2.4 Thermostat
Gambar 2.5 Cara kerja thermostat
5
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Tutup radiator
Untuk mendapatkan efek pendinginan yang lebih baik, maka perbedaan suhu antara
udara luar dengan suhu air pendingin dalam radiator haruslah besar, dengan
menggunakan tutup radiator.
Didalam tutup radiator terdapat relief valve atau klep relief dan vacuum valve atau klep
vakum yang mengatur agar tekanan dalam radiator tidak lebih dari 1 atmosfer (atm)
dan air mendidih dalam radiator diatas 100 derajat celcius.
Gambar 2.6 Tutup Radiator
1.
Relief valve atau klep relief mempunyai fungsi untuk membuang kelebihan
tekanan dalam radiator, bila telah melewati batas tekanan yang ditentukan
oleh pabrik.
Gambar 2.7 Relief valve
2.
Gambar 2.8 Vacuum Valve
Sedangkan vacuum valve atau klep vakum mempunyai fungsi untuk
menyamakan tekanan di dalam radiator dengan tekanan udara luar, apabila
suhu air pendingin dalam radiator turun sampai dibawah titik didihnya.
6
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Tangki Resevoir
Sistem pendingin radiator dilengkapi dengan tangki reservoir. Tangki tersebut
diletakkan dekat dengan radiator yang mempunyai fungsi untuk memperbesar
ekspansi air pendingin selama mesin bekerja.
Prinsip kerja dari tangki reservoir adalah “ Bila suhu air pendingin dalam radiator naik,
maka air akan mengalir dari tangki reservoir kedalam radiator dan akan mengalir
kembali kedalam tangki reservoir bila suhu air dalam radiator turun”.
Gambar 2.9
Tangki Reservoir
2.2 Pemilihan Material
Faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan material adalah karakteristik
material tersebut. Dengan mengetahui karakteristiknya, maka dapat diketahui
kelebihan dan kekurangan material tersebut sehingga kita dapat menentukan material
yang sesuai dengan fungsi dan tujuan produk yang ingin dicapai. Radiator sebagai alat
penukar panas akan selalu menerima beban panas dari mesin yang akan didinginkan.
Untuk itu dibutuhkan material yang memiliki sifat fisik dan mekanis sesuai dengan
beban kerjanya.
2.2.1 Sifat Fisik Material
1. Density
Density adalah perbandingan berat material terhadap volumenya. Density
material menentukan beberapa sifat mekanik bahan diantaranya specific
strength dan specific stiffness. Untuk menentukan pemilihan material radiator
perlu dipilih material dengan density rendah dengan pertimbangan berat total
produk dan biaya.
2. Melting point
Melting point suatu material tergantung pada energi yang digunakan untuk
melepaskan ikatan-ikatan atom material tersebut. Sedangkan untuk material
alloy melting point juga tergantung pada komposisi partikel penyusunnya.
Informasi melting point material penting diketahui pada pemilihan material
7
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
radiator. Melting point menginformasikan batas suhu yang dapat diterima oleh
material tersebut sebelum berubah fasa dari padat menjadi cair. Sehingga,
semakin tinggi melting point maka semakin baik material tersebut digunakan
sebagai material radiator. Material yang digunakan harus mampu menahan
beban termal yang tinggi sehingga apabila suhu radiator mencapai/melampaui
batas temperatur kerja material tersebut tidak meleleh.
3. Thermal expansion
Sebagian besar material padat akan memuai apabila dipanaskan dan
berkontraksi apabila didinginkan. Perubahan panjang material padat akibat
perubahan temperature, secara matematik ditulis :
Dimana : lo= Panjang awal material
Lf= Panjang akhir material
To= Temperatur awal
Tf=Temperatur akhir
Sedangkan αl disebut linear coefficient of thermal expansion, variabel tersebut
mengindikasikan pemuaian material ketika dipanaskan.
Sifat thermal expansion dimaksudkan untuk mengetahui titik muai dan titik
kontraksi material pada suhu tertentu. Ketika radiator menerima beban termal
yang tinggi maka material radiator tersebut harus memiliki titik muai yang
rendah supaya bentuk atau konstruksi radiator tersebut tidak mengalami
perubahan.
4. Specific heat
Material padat akan meningkat temperaturnya apabila dipanaskan dengan
menyerap sejumlah energi. Sifat tersebut dinamakan heat capacity yaitu
kemampuan suatu material untuk menyerap panas dari lingkungan dengan
menyerap sejumlah energi untuk menghasilkan kenaikan suhu sebesar 1
derajat. Secara matematik, heat capacity terdapat pada persamaan berikut :
8
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Keterangan :
C = Heat capacity
(J/mol-K atau Kal/mol-K)
dQ = Energi yang diserap
dT = Perubahan suhu
Sedangkan specific heat (c) menunjukkan heat capacity persatuan massa
(J/kg-K, Kal/g-K, Btu/Lb-0F)
Radiator yang baik harus memiliki kemampuan menyerap panas yang baik dari
lingkungan dalam hal ini suhu tinggi yang berasal dari mesin. Untuk itu
diperlukan material radiator yang memiliki sifat specific heat yang baik.
Semakin tinggi specific heat suatu material, maka semakin besar pula suhu
yang dapat diserap oleh material tersebut.
5. Thermal conductivity
Konduksi termal merupakan fenomena perpindahan panas dari substansi
bersuhu tinggi ke suhu yng lebih rendah. Sifat tersebut menunjukkan
kemampuan
suatu
material
untuk
memindahkan
panas
atau
disebut
konduktifitas termal. Besarnya panas yang dipindahkan ditunjukkan pada
persamaan berikut :
Dimana :
q = aliran panas (Btu/ft2-h)
k = konduktifitas termal (W/m-K) atau (Btu/ft-h-0F)
Thermal conductivity merupakan sifat yang penting pada proses heat transfer.
Dengan nilai thermal conductivity yang baik maka semakin besar pula suhu
yang dapat ditransfer oleh suatu material. Material yang akan dipilih untuk
radiator harus memiliki thermal conductivity yang baik sehingga panas yang
diserap dari mesin bisa dialirkan melalui material tersebut yang pada akhirnya
dilepas menuju lingkungan yang bertemperatur lebih rendah.
9
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
2.2.2 Sifat Mekanik Material
1. Yield strength
Pada umumnya suatu struktur didesain agar memiliki deformasi elastic yang
baik ketika menerima beban stress. Salah satu fenomena mekanik yang
penting dalam hal ini adalah yielding yaitu kekuatan tarik material sebelum
mengalami deformasi plastis. Secara jelas peristiwa tersebut digambarkan
pada grafik Stress-strain dibawah ini.
Gambar 2.10 Grafik stress-strain
2. Tensile strength
Agar terjadi deformasi plastis, setelah terjadi yielding diperlukan stress agar
mencapai titik maksimumnya.
Pada titik tersebut
terjadi stress maksimum
sebelum terjadi perpatahan pada material. Hal tersebut diperlihatkan pada
grafik berikut :
Gambar 2.11
Grafik tensile strength material
10
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
2.3
Proses manufaktur
2.3.1
Rolling
Rolling adalah proses pengurangan ketebalan benda kerja dengan cara
memberikan gaya tekan melalui alat roll. Untuk jenis flat rolling dihasilkan dua macam
produk yaitu plat dan sheet. Untuk plat ketebalannya lebih dari 6 mm sedangkan sheet
ketebalan minimumnya sebesar 1 mm. Proses flat rolling dapat dibagi kedalam 2 jenis
pengerjaan yaitu hot rolling dan cold rolling. Pada hot rolling, saat di rol material
dipanaskan diatas temperatur rekristalisasi. Hal ini dimaksudkan untuk memperbaiki
struktur material agar ukuran grain lebih homogen dan lebih kecil sehingga bisa
memperbaiki kekuatan material terutama sifat ductility nya. Sedangkan pada cold
rolling material di rol pada temperatur ruangan dengan menghasilkan permukaan sheet
yang lebih halus dari pada dengan pengerjaan hot rolling.
Gambar 2.12 Efek hot rolling terhadap perubahan struktur material
2.3.2
Sheet Metal Forming
Sheet metal forming merupakan salah satu proses manufaktur sheet metal
untuk menghasilkan bentuk yang dikehendaki. Beberapa proses yang termasuk sheet
metal forming diantaranya shearing dan bending.
Shearing merupakan proses forming dengan cara memotong bagian sheet
dengan punching sehingga didapat bentuk yang sesuai dengan bentuk punchnya.
Terdapat bemacam-macam jenis proses shearing dalam pengerjaan sheet metal
diantaranya :
a. Blanking
Pada proses ini sheet metal di punch sesuai dengan bentuk yang dikehendaki
sehingga terpisah dengan sheet metal asalnya.
11
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
b. Die cutting
Proses ini terdiri dari berbagai macam jenis diantaranya :
1. Perforating ; yaitu punching untuk menghasilkan beberapa lubang sekaligus
pada sheet metal
2. Parting ; yaitu pemotongan sheet metal menjadi beberapa bagian.
3. Notching ; yaitu membuang bagian sheet metal dengan cara di punch.
4. Lancing ; yaitu memotong bagian sheet metal tanpa membuang bagian material
tersebut.
Gambar 2.13 Shearing process
c. Slitting
Slitting yaitu memotong permukaan sheet dan memberikan bentuk pada bagian
tersebut.
Gambar 2.14 Slitting sheet metal
d. Niblling
Nibling yaitu proses pemotongan sheet dengan cara di punch secara bolak-
balik dengan arah yang lurus terhadap sheet dan dilakukan secara cepat.
2.3.3
Bending
Bending merupakan proses forming dengan membengkokkan benda kerja.
Pada proses bending terdapat parameter yang dinamakan minimum bend radius.
12
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Parameter ini menunjukkan jarak radius bending yang menimbulkan retak pada benda
kerja. Mininum bend radius berhubungan dengan ketebalan material (thickness),
ketebalan tersebut menunjukkan pula radius terkecil pada saat bending sheet tanpa
mengalami keretakan.
Tabel 2.1 Minimum bend radius material pada temperatur ruang
Gambar 2.15 Grafik hubungan antara minimum bend radius terhadap tensil
2.3.4
Brazing
Brazing adalah proses penyambungan ( Joining ) dengan cara memanaskan
Filler sampai titik leburnya. Dengan gaya kapilaritas, Filler tersebut mengisi celah-celah
sambungan material. Metal filler dipanaskan hingga mencapai titik lebur sebesar 4500
C sedangkan temperatur kerja brazing harus dibawah titik lebur material yang akan
disambung. Kekuatan brazing bergantung pada desain sambungan dan adhesivitas
antar muka benda kerja dan fillernya.
Gambar 2.16 (a) benda kerja sebelum dibrazing (b) benda kerja sesudah dibrazing
13
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
2.3.5
Soldering
Soldering
memiliki
prinsip
kerja
yang
sama
dengan
brazing,
yang
membedakannya adalah temperatur kerja soldering lebih rendah dari pada brazing.
Tabel 2.2 Jenis filler solder dan aplikasinya
2.3.6
Surface treatment
Surface treatment digunakan untuk melindungi permukaan komponen agar
tidak terjadi perubahan sifat dan karakteristik. Untuk sheet metal, surface treatment
diperlukan untuk meningkatkan ketahanan material terhadap korosi dan oksidasi.
Adapun jenis surface treatment yang umum dikenal diantaranya :
a. Coating
b. Electroplating
c. Anodizing
2.4 Analisa Ekonomi
Pada operasi manufaktur, desain dan manufaktur yang ditentukan berdasarkan
spesifikasi dan sifat teknis merupakan salah satu aspek dalam kegiatan produksi.
Dengan tujuan memenuhi market target, maka harus dilakukan juga analisa ekonomi
agar diperoleh faktor harga produk yang sekompetitif mungkin terhadap produk lain
yang sejenis.
Dalam melakukan analisa ekonomi, faktor biaya yang menjadi pertimbangan
diantaranya :
a. Material cost
b. Tooling cost, diantaranya biaya pembuatan alat, dies, mold, cetakan.
14
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
c. Fixed cost, diantaranya biaya energi, bahan bakar, pajak, asurasi, modal,
termasuk depresiasi dan interest.
d. Capita cost, diantaranya modal berupa lahan, bangunan, mesin.
2.5 Pertimbangan Lingkungan
Kegiatan industri yang terus mengalami kemajuan pada satu abad terakhir ini
telah menimbulkan efek buruk bagi lingkungan. Masalah lingkungan seperti
pencemaran oleh limbah pabrik dan pemanasan global telah menjadi topik utama
untuk dicari solusinya. Untuk itu perlu diupayakan analisa mengenai dampak
lingkungan, terhadap produk,
desain,
material
yang
digunakan dan proses
manufakturnya. Adapun langkah-langkah penting sebagai petunjuk untuk mengurangi
dampak lingkungan yang diakibatkan kegiatan industri, diantaranya :
a. Mengurangi material limbah dengan memperbaiki desain produksi dan
mengurangi jumlah material yang digunakan.
b. Melakukan riset dan pengembangan produk dan teknologi manufaktur yang
ramah lingkungan.
c. Mengurangi penggunaan material berbahaya pada produk maupun proses
produksinya.
d. Melakukan penanganan limbah dengan benar
e. Melakukan perbaikan terhadap proses daur ulang, waste treatment, dan
penggunaan ulang material.
15
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
BAB III
PEMILIHAN MATERIAL DAN PROSES MANUFAKTUR
RADIATOR
3.1 Pertimbangan Faktor Teknik Radiator
3.1.1 Pemilihan Material Radiator
Pemilihan material yag sesuai dengan fungsi benda yang akan diproduksi
menentukan kualitas maupun kinerja benda yang akan diproduksi. Berikut ini
disertakan tabulasi dari bermacam-macam jenis material yang akan dipilih
sebagai maerial radiator.
Tabel 3.2 Sifat mekanik material pada temperatur ruang
16
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Berdasarkan tabel diatas kita dapat mengetahui beberapa sifat fisik material
yang dapat digunakan sebagai material untuk radiator. Akan tetapi, berdasarkan fungsi
utama radiator sebagai alat penyerap kalor maka sifat thermal conductivity material
adalah dasar utama pertimbangan saat memilih material radiator.
Thermal conductivity
Specific heat
Aluminium, Copper, Tungten, Magnesium,
Titanium, Plastic, Wood
Melting point
Density
All material
Gambar 3.1 Diagram piramid pemilihan material
Pada puncak piramida tersebut terpilih dua jenis material sebagai material yang
akan digunakan sebagai material radiator. Cu dan Al memiliki sifat fisik yang baik
terutama sifat koduktifitas termalnya. Hal ini sesuai dengan fungsi utama radiator
dimana materialnya harus memiliki kemampuan transfer panas yang baik. Akan tetapi,
17
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
untuk pemilihan material yang lebih presisi dari ke dua jenis material tersebut perlu
dianalisa lebih jauh dengan mempertimbangkan faktor lainnya.
Dari tabel properti material sebelumnya dapat kita lihat bahwa secara umum Cu
dan Al memiliki properti fisik dan mekanik dengan keunggulan dan kelemahan masing-
masing. Yang harus di pertimbangkan lebih lanjut adalah mengetahui material
paduannya sehingga dapat diketahui sifat-sifat khusus dari kedua material tersebut.
Agar dapat dipilih material yang baik maka kita harus mengetahui paduan dari kedua
jenis material tersebut beserta sifat-sifatnya. Adapun jenis-jenis paduan Cu dan Al
adalah sebagai berikut :
Tabel 3.3 Sifat dan aplikasi copper alloy dan brass alloy
Untuk bahan tube radiator, material paduan yang digunakan adalah aluminium
alloy jenis AA 3003/7072 dan brass alloy UNS C26000. Secara garis besar sifat
material dari kedua material tersebut dapat dilihat pada tabel berikut :
18
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Perbandingan penggunaan material tembaga dengan aluminium
1. Pertimbangan sifat untuk material tube dan fin radiator
Tabel 3.5 Sifat fisik dan mekanik aluminium alloys dan brass untuk material tube
Sedangkan untuk material fin radiator digunakan aluminium AA 7072 dan brass
UNS C14300.
Tabel 3.6 Sifat fisik dan mekanik aluminium alloys dan brass untuk material fin
Pada kedua tabel diatas dapat dilihat bahwa density Al lebih rendah dari pada
Cu. Hal ini menunjukkan bahwa Al lebih ringan dari pada Cu. Sehingga berdasarkan
factor berat, Al lebih unggul dari pada Cu. Adapun hubungan antara density dan
strength material dapat dilihat dalam bubling chart berikut.
19
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Gambar 3.2 Grafik strength terhadap density metal
Pada tabel terlihat bahwa berdasarkan perbandingan tensil strenghtnya , brass
lebih unggul dari pada Al. Dengan perbandingan kekuatan tersebut dinding tube
material yang menggunakan brass bisa dibuat lebih tipis dan mengurangi berat total
radiator.
Tabel 3.7 Perbandingan sifat fisik dan mekanik cu, br dan Al
untuk fin dan tube material radiator
Sedangkan untuk material tube radiator diketahui bahwa thermal conductivity Al
lebih besar dari pada brass. Akan tetapi dengan perbandingan nilai strengthnya, brass
masih lebih unggul dari pada Al. Pada buble chart berikut dapat dilihat juga nilai
strength brass dan Al terhadap maksimum service temperaturnya. Chart tersebut
menunjukan bahwa pada teperatur yang lebih tinggi strength brass masih lebih unggul
dari pada Al.
20
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Gambar 3.3 Grafik strength terhadap maximum service temperatur metal
3.1.2 Proses Manufaktur Radiator
Proses manufaktur radiator terdiri dari beberapa tahap. Dalam pembuatan
elemen radiator yaitu fin dan tube nya dijelaskan sebagai berikut :
1. Pembuatan tube
a. Bending sheet
Kisi-kisi (tube), dibuat dari paper thin brass yang dibengkokkan dengan mesin
roller bending hingga berbentuk flat tube.
(a)
(b)
Gambar 3.4 (a) Proses sheet rolling (b) bending sheet tube
21
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
b. Coating flat tube
Hal ini dilakukan untuk melapisi tube dengan timah yang pada proses
selanjutnya dilakukan soldering. Flat tube dicelupkan pada cairan timah panas hingga
menutupi seluruh permukaan tube.
Gambar 3.5 Coating tube dengan hot molten lead
c. Hardening flat tube
Tube yang sudah terlapisi timah dilewatkan pada air dingin untuk menjaga
lapisan timahnya agar tetap melekat pada permukaan tube.
d. Cutting flat tube
Flat tube yang telah di coating dan diproses dengan air dingin, kemudian di
potong dengan cutter machine sesuai dengan panjang tube yang diinginkan (± 76 cm).
Gambar 3.6 Tube cutting
Gambar 3.7 Slitting fin radiator
2. Pembuatan Fin
a. Slitting
Fin radiator dengan tebal 1,5 mm dibuat dari tembaga melalui roller mesin fin
mil untuk membuat celah-celah pada copper sheet. Celah-celah ini berfungsi untuk
mempercepat proses pendinginan.
22
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
b. Bending
Setelah proses slitting, fin radiator dibuat zig-zag dengan cara bending.
Selanjutnya rangkaian fin tersebut di potong-potong sesuai dengan panjang yang di
kehendaki.
(a)
(b)
Gambar 3.8 (a) Dies bending (b) bending sheet fin
3. Header
Pembuatan header dilakukan dengan cara :
a. Nibbling
Sheet tembaga diproses
dengan cara nibbling pada mesin punch sesuai
dengan pola yang telah dibuat sebelumnya. Dalam satu sheet bisa dibuat beberapa
sheet header. Kemudian sheet yang telah di bentuk dilepaskan dari sheet utama
secara manual.
Gambar 3.9 Niblling sheet header
23
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
b. Pressing
Gambar 3.10 Sheet header
Setelah pembuatan sheet header, maka proses selanjutnya lembaran-lembaran
tersebut dibentuk dengan cara dibengkokkan dengan menggunakan mesin press.
c. Punching
Header radiator yang telah terbentuk kemudian dilubangi yang ukuran
lubangnya disesuaikan dengan ukuran tube. Header tersebut dipunch (perforating)
hingga menghasilkan lubang-lubang.
Gambar 3.11 Punching slot tube pada header
4. Upper tank dan lower tank
Pada proses pembuatan upper dan lower tank radiator, terlebih dahulu dibuat
dies sesuai dengan bentuk tank yang dikehendaki. Setelah dies dibuat maka dapat
dilakukan pressing sheet pada dies sehingga dihasilkan bentuk dan volume tank
radiator.
24
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Gambar 3.12 Proses press untuk tank radiator
5. Perakitan fin dan tube radiator
Fin dan tube radiator di susun kemudian ditekan oleh mesin press dan di ikat
agar konstruksinya tidak berubah. Fin dan tube yang telah dirakit tersebut dipasangkan
header pada tube-tubenya hingga tahap selanjutnya, yaitu proses joining.
Gambar 3.13 Fin dan tube setelah dirakit
6. Joining fin, tube dan header radiator
Sebelum masuk proses joining, permukaan radiator yang telah dirakit
dibersihkan dari kotoran. Kemudian radiator tersebut di oven dengan suhu 3500 C
hingga timah yang melekat pada tube meleleh dan yang tersisa hanya timah pada
rongga-rongga sambungan. Dalam proses tersebut selain untuk melelehkan timah
pada tube juga berfungsi sebagai soldering dari bagian-bagian radiator.
(a)
(b)
Gambar 3.14 (a) Cleaning surface (b) Fin dan tube radiator setelah soldering
25
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
7. Soldering
Untuk menghasilkan kekuatan konstruksi yang lebih baik, sambungan antara
tube dan header harus di solder ulang. Soldering dilakukan dengan cara mencelupkan
bagian header dan tube kedalam timah panas. Selanjutnya adalah menyambung upper
dan lower tank pada tiap headernya dengan cara brazing. Setelah itu pipa saluran
masuk dan saluran keluar pada radiator dipasang dengan cara brazing.
(a)
(b)
(c)
Gambar 3.15 (a) Soldering header dan tube radiator (b) Brazing pada tank radiator
(c) Brazing pada pipa intake
8. Finishing
Finishing radiator adalah memberi perlakuan pada permukaan radiator dengan
cara electrophoretic coating. Tujuan dari treatment ini adalah untuk meningkatkan
ketahanan material dari korosi dan oksidasi sehingga radiator bisa bertahan lama.
Proses ini juga sekaligus memberikan warna pada permukaan radiator. Proses
electrophoretic coating ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
26
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Gambar 3.16 Proses electrophoretic coating bath
Pada saat proses electrophoretic coating, cat film menempel secara alami pada
permukaan radiator. Permuakaan yang telah tertutupi cat menyebabkan isolasi listrik
pada permukaan radiator sehingga cat tidak bisa lagi menempel pada permukaan
radiator.
Setelah proses electrophoretic coating, radiator yang telah tertutupi cat
kemudian di oven pada suhu 1500-1700C. Setelah proses oven kemudian coating
radiator di treatment pada temperature rendah untuk mengasilkan kualitas coating
yang lebih baik.
Dibandingkan dengan proses spray painting, electrophoretic coating memiliki banyak
keunggulan yaitu electrophoretic coating memiliki efisiensi coating surface yang tinggi
95%-99% karena dapat melapisi permukaan radiator yang sulit dijangkau sedangkan
dengan spray painting hanya mampu melapisi permukaan 30%-50% saja.
(a)
(b)
Gambar 3.17 (a)Electroproratic coated (b) Spray painting
27
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
3.2 Pertimbangan Faktor Ekonomi
1. Biaya material
Berdasarkan data London Metal Exchange (LME) sampai akhir tahun 1996
harga copper chatode 37% lebih tinggi daripada aluminium batangan dimana harga
copper cathode sebesar 96 cent dan 70 cent untuk aluminium batangan. Sedangkan
untuk jenis copper/ brass radiator strip dan aluminium radiator strip didapat perbedaan
harga yang cukup tinggi. Perbedaan harga tersebut mencapai 4% dimana copper
brass strip lebih murah dari pada aluminium strip.
2. Analisa biaya terhadap energy content
Perbedaan biaya terhadap energy content material brass/copper dan aluminium
dapat dilihat pada chart dibawah ini. Terlihat bahwa brass dan copper memiliki energy
content yang relatif sama sehingga biayanya pun sama diantara keduanya. Tetapi
apabila keduanya dibandingkan dengan aluminium, aluminium memiliki energy content
lebih tinggi sehingga biaya produksinya pun lebih tinggi dari pada brass dan copper.
Gambar 3.18
Grafik energy content material
terhadap biaya
3. Analisa biaya produksi terhadap kekuatan bahan
Pada chart dibawah ini dapat dilihat bahwa dengan kekuatan material yang
relatif sama antara brass, copper dan aluminium, area harga brass dan copper relative
lebih murah dari pada aluminium.
28
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Gambar 3.19 Grafik biaya terhadap kekuatan metal
4. Analisa biaya produksi terhadap kemampuan daur ulang material
Biaya yang dikeluarkan untuk daur ulang material mempengaruhi harga bahan
baku radiator. Semakin tinggi biaya produksi daur ulang maka akan semakin
tinggi pula biaya yang keluarkan untuk membeli atau memproses bahan baku.
Berdasarkan chart dibawah, kemampuan daur ulang copper dan aluminium
sama baiknya. Sehingga biaya yang dikeluarkan pun relatif sama. Tetapi dari
segi biaya, copper lebih rendah dari pada aluminium. Sedangkan brass,
dengan harga yang relatif sama dengan copper dan aluminium kemampuan
daur ulang brass lebih kecil dari pada kedua material lainnya.
29
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
Gambar 3.20 Grafik biaya terhadap kemampuan daur ulang material
5. Analisa harga pada proses joining
Joining core radiator dapat dilakukan melalui dua proses yaitu soldering dan
brazing. Dibawah ini terdapat grafik yang menunjukkan perbandingan harga antara
soldering dan brazing core radiator.
Gambar 3.21 Grafik biaya material terhadap biaya joining per radiator core
Sebagai contoh perbandingan pada tanggal 30 desember 2006 harga
aluminium adalah 70 cent/Lb. Sedangkan cu adalah 96 cent/Lb. diperoleh biaya
30
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
brazing per core sebesar Al = $ 8,53 per core dan Cu = $ 8,17 per core dengan
menghasilkan berat core yang sama. Harga tersebut berbeda jauh apabila
menggunakan proses soldering. Karena untuk material Cu dengan harga material dan
dimensi core yang sama membutuhkan material solder yang lebih banyak sehingga
mempengaruhi tingginya biaya pada proses tersebut. Selain keunggulan dari faktor
biaya, proses brazing juga dapat mengurangi berat core radiator sekitar 30%-40% dari
pada menggunakan proses soldering.
3.3 Pertimbangan Faktor Lingkungan
Material Al dan Cu secara umum memiliki kemampuan daur ulang yang baik
(recyclability) berdasarkan metal statistik Amerika dari tahun 1981-1991 total daur
ulang Cu adalah 37% lebih banyak dari pada Al. Pada negara lainnya data metal
statistik mengenai recyclability Al dan Cu dapat dilihat pada tabel berikut.
Tahun
Wilayah
Cu Al
37%> Cu -
Eropa barat 53% 25%
Jepang 55% 31%
USA
1981-1991
Tabel 3.8 Data statistik daur ulang Copper dan Aluminium
Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa cu dapat di daur ulang lebih baik dari
pada Al sehingga lebih ramah terhadap lingkungan.
31
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
•
Berdasarkan data London Metal Exchange (LME) sampai akhir tahun 1996,
perbedaan harga antara Al dengan Copper Brass
mencapai 4% dimana
copper brass strip lebih murah dari pada aluminium strip.
•
Berdasarkan energy content, brass dan copper memiliki energy content yang
relatif sama sehingga biayanya pun sama diantara keduanya. Tetapi apabila
keduanya dibandingkan dengan aluminium, aluminium memiliki energy content
lebih tinggi sehingga biaya produksinya pun lebih tinggi dari pada brass dan
copper.
•
Berdasarkan buble chart hubungan biaya dengan kekuatan material, ketiga
jenis logam tersebut memiliki kekuatan yang relatif sama antara brass, copper
dan aluminium, area harga brass dan copper relatif lebih murah dari pada
aluminium.
•
Berdasarkan bubble chart hubungan biaya dengan kemampuan daur ulang,
disimpulkan bahwa kemampuan daur ulang copper dan aluminium sama
baiknya. Sehingga biaya yang dikeluarkan pun relatif sama. Tetapi dari segi
biaya, copper lebih rendah dari pada aluminium. Sedangkan brass, dengan
harga yang relatif sama dengan copper dan aluminium kemampuan daur ulang
brass lebih kecil dari pada kedua material lainnya.
•
Berdasarkan perbandingan harga pada proses joining, disimpulkan bahwa
Cu dengan harga material dan dimensi core yang sama membutuhkan material
solder yang lebih banyak sehingga mempengaruhi tingginya biaya pada proses
tersebut. Selain keunggulan dari faktor biaya, proses brazing juga dapat
mengurangi berat core radiator sekitar 30%-40% dari pada menggunakan
proses soldering.
Dari 5 point diatas dapat kita simpulkan bahwa, secara garis besar material
radiator yang paling banyak memiliki keunggulan adalah copper / brass jika
dibandingkan dengan material aluminium. Sehingga copper / brass bisa dijadikan
sebagai pilihan utama material radiator.
32
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA
RADIATOR
4.2 Kritik dan saran
Pada karya tulis ini banyak dijumpai kekurangan maupun kesalahan baik dalam
tulisan maupun isi dari makalahnya. Untuk itu perlu dilakukan perbaikan analisa
yang lebih mendalam mengenai pemilihan material radiator dan tata cara
penulisan makalahnya.
Penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran sebagai feed back
(umpan balik) tentang penyusunan makalah yang kami buat agar dihasilkan
karya tulis yang lebih baik.
33
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA