BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Kompresor Kompresor dalam bahasa Inggris berarti pemampat, mengubah ukuran dari besar ke kecil dengan cara menekan. Kompresor merupakan mesin untuk memampatkan udara atau gas, mesin fluida yang mengubah uap refrigerant yang masuk pada suhu dan tekanan yang rendah menjadi uap bertekanan tinggi. Kompresor juga mengubah suhu refrigeran menjadi lebih tinggi akibat proses yang bersifat isentropik. Lawan kata dari kompresor adalah expander yang berarti pengembang. Karena kerjanya sebagai pemampat, maka material yang bisa dimampatkan harus compressible atau berbentuk gas. Secara umum, kompresor mengisap udara dari atmosfer, yang secara fisika merupakan campuran beberapa gas dengan susunan 78% Nitrogren, 21% Oksigen dan 1% Campuran Argon, karbon Dioksida, Uap Air, Minyak, dan lainnya. Namun ada juga kompressor yang mengisap udara atau gas dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfer dan biasa disebut penguat (booster). Sebaliknya ada pula kompresor yang menghisap udara atau gas bertekanan lebih rendah dari tekanan atmosfer dan biasanya disebut pompa vakum. Sebuah kompresor memiliki dua fungsi utama: 1) untuk memompa pendingin melalui sistem pendingin dan 2) untuk menekan gas pendingin dalam sistem sehingga dapat terkondensasi menjadi cair dan menyerap panas dari udara atau air yang sedang didinginkan atau dingin. Kompresor sering digunakan untuk: 1. Mengirim tenaga (berupa udara) untuk peralatan pneumatik dan peralatan pengangkat yang bekerja, secara pneumatik 2. Mengirim dan membagi-bagi gas seperti pada pipa-pipa gas dan bahan bakar cair 3. Menyediakan udara bertekanan tinggi seperti pada mesin otomotif 4. Meningkatkan sistem tekanan untuk membantu reaksi kimia
2.2 Jenis-Jenis Kompresor Kompresor dapat dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu possitivedisplacement dan dinamik. Pada jenis positive-displacement, sejumlah udara atau gas di- trap dalam ruang kompresi dan volumnya secara mekanik menurun, menyebabkan peningkatan tekanan tertentu kemudian dialirkan keluar. Pada kecepatan konstan, aliran udara tetap konstan dengan variasi pada tekanan pengeluaran (UNEP, 2006). Kompresor dinamik memberikan energi kecepatan untuk aliran udara atau gas yang kontinyu menggunakan impeller yang berputar pada kecepatan yang sangat tinggi. Energi kecepatan berubah menjadi energi tekanan karena pengaruh impeller dan volute pengeluaran atau diffusers. Pada kompresor jenis dinamik sentrifugal, bentuk dari sudu-sudu impeller menentukan hubungan antara aliran udara dan tekanan (atau head) yang dibangkitkan (UNEP, 2006).
Gambar 2.2 Jenis Kompresor
1. Kompresor Positive Displacement Kompresor ini tersedia dalam dua jenis: reciprocating dan putar/ rotary. a. Kompresor reciprocating
Di dalam industri, kompresor reciprocating (torak) paling banyak digunakan untuk mengkompresi baik udara maupun refrigerant. Prinsip kerjanya seperti pompa sepeda dengan karakteristik dimana aliran keluar tetap hampir konstan pada kisaran tekanan pengeluaran tertentu. Juga, kapasitas kompresor proporsional langsung terhadap kecepatan. Keluarannya, seperti denyutan.
Gambar 2.3 Penampang melintang kompresor reciprocating Kompresor reciprocating tersedia dalam berbagai konfigurasi; terdapat empat jenis yang paling banyak digunakan yaitu horizontal, vertical, horizontal balance-opposed, dan tandem. Jenis kompresor reciprocating vertical digunakan untuk kapasitas antara 50 – 150 cfm. Kompresor horisontal balance opposed digunakan pada kapasitas antara 200 – 5000 cfm untuk desain multitahap dan sampai 10,000 cfm untuk desain satu tahap (Dewan Produktivitas Nasional, 1993). Kompresor udara reciprocating biasanya merupakan aksi tunggal dimana penekanan dilakukan hanya menggunakan satu sisi dari piston. Kompresor yang bekerja menggunakan dua sisi piston disebut sebagai aksi ganda. Sebuah kompresor dianggap sebagai kompresor satu tahap jika keseluruhan penekanan dilakukan menggunakan satu silinder atau beberapa silinder yang parallel. Beberapa penerapan dilakukan pada kondisi kompresi satu tahap. Rasio kompresi
yang terlalu besar (tekanan keluar absolut/ tekanan masuk absolut) dapat menyebabkan suhu pengeluaran yang berlebihan atau masalah desain lainnya. Mesin dua tahap yang digunakan untuk tekanan tinggi biasanya mempunyai suhu pengeluaran yang lebih rendah (140-160oC), sedangkan pada mesin satu tahap suhu lebih tinggi (205-240oC). Untuk keperluan praktis sebagian besar plant kompresor udara reciprocating diatas 100 horsepower/ Hp merupakan unit multi tahap dimana dua atau lebih tahap kompresor dikelompokkan secara seri Udara biasanya didinginkan diantara masing-masing tahap untuk menurunkan suhu dan volum sebelum memasuki tahap berikutnya (UNEP, 2006). Kompresor udara reciprocating tersedia untuk jenis pendingin udara maupun pendingin air menggunakan pelumasan maupun tanpa pelumasan, mungkin dalam bentuk paket, dengan berbagai pilihan kisaran tekanan dan kapasitas. Prinsip kerja kompresor torak adalah sebagai berikut: • Tenaga mekanik dari penggerak mula ditransmisikan melalui poros engkol dalam bentuk gerak rotasi dan diteruskan ke kepala silang (cross head) dengan perantaraan batang penghubung (connecting rod). • Pada kepala silang gerakan rotasi diubah menjadi gerak translasi yang diteruskan ke torak melalui batang torak (piston rod). • Gerakan torak bolak balik dalam silinder mengakibatkan perubahan volume dan tekanan sehingga terjadi proses pemasukan, kompresi, dan pengeluaran. Secara sederhana prinsip kerja, perubahan tekanan dan volume dalam suatu kompresor torak Simplex Single Acting dapat diuraikan dalam bentuk diagram P-V sebagai berikut :
Gambar 2.4 Diagram P-V Kompresor Torak (reciprocating)
Torak (reciprocating) memulai langkah kompresi pada titik (1), torak bergerak kekiri dan gas dimampatkan sehingga tekanannya naik ketitik (2). Pada titik ini tekanan di dalam silinder mencapai harga tekanan Pd yang lebih tinggi dari pada tekanan di dalam pipa keluar, sehingga katup keluar pada kepala silinder akan terbuka. Jika torak bergerak terus kekiri, gas akan didorong keluar silinder pada tekanan tetap sebesar Pd. Dititik (3) torak mencapai titik mati atas, yaitu titik akhir gerakan torak pada langkah kompresi dan pengeluaran. Pada waktu torak mencapai titik mati atas ini, antara sisi atas torak dan kepala silinder masih ada volume sisa yang besarnya = Vc. Volume ini idealnya harus sama dengan nol agar gas dapat didorong seluruhnya keluar silinder tanpa sisa. Namun dalam praktiknya harus ada jarak (clearance) di atas torak agar tidak membentur kepala silinder. Selain itu juga harus ada lubang-lubang laluan pada katup-katup. Karena adanya volume sisa ini ketika torak mengakhiri langkah kompresinya, di atas torak masih ada sejumlah gas dengan volume sebesar Vc dan tekanan sebesar Pd. Jika kemudian torak memulai langkah isapnya (bergerak kekanan), katup isap tidak dapat terbuka sebelum sisa gas di atas torak berekspansi sampai tekanannya turun dari Pd menjadi Ps. Katup isap baru mulai terbuka dititik (4) ketika tekanannya sudah mencapai tekanan isap Ps. Disini pemasukan gas baru mulai terjadi dan proses pengisapan ini berlangsung sampai
titik mati bawah (1). Dari uraian di atas dapat dilihat bahwa volume gas yang diisap tidak sebesar volume langkah torak sebesar Vs melainkan lebih kecil, yaitu hanya sebesar volume isap antara titik mati bawah (1) dan titik (4). Proses kompresi gas pada kompresor torak dapat dilakukan menurut tiga cara yaitu dengan proses isotermal, adiabatik reversible, dan politropik.
1. Kompresi Isotermal Bila suatu gas dikompresikan, maka ini berarti ada energi mekanik yang diberikan dari luar kepada gas. Energi ini diubah menjadi energi panas sehingga temperatur gas akan naik jika tekanan semakin tinggi. Namun, jika proses ini dibarengi dengan pendinginan untuk mengeluarkan panas yang terjadi, sehingga temperatur dapat dijaga tetap dan kompresi ini disebut dengan kompresi isotermal (temperatur tetap). Proses isotermal mengikuti hukum Boyle, maka persamaan isotermal dari suatu gas sempurna adalah:
Proses kompresi ini sangat berguna dalam analisis teoritis, namun untuk perhitungan kompresor tidak banyak kegunaannya. Pada kompresor yang sesungguhnya, meskipun silinder didinginkan sepenuhnya adalah tidak mungkin untuk menjaga temperatur yang tetap dalam silinder. Hal ini disebabkan oleh cepatnya proses kompresi (beberapa ratus sampai seribu kali permenit) di dalam silinder.
2. Kompresi Adiabatik
Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk kedalam gas. Proses semacam ini disebut adiabatik. Dalam praktiknya proses ini tidak pernah terjadi secara sempurna karena isolasi terhadap silinder tidak pernah dapat sempurna pula. Namun proses adiabatik reversible sering dipakai dalam pengkajian teoritis proses kompresi. Hubungan antara tekanan dan volume dalam proses adiabatic dapat dinyatakan dalam persamaan:
Jika rumus ini dibandingkan dengan rumus kompresi isotermal dapat dilihat bahwa untuk pengecilan volume yang sama, kompresi adiabatic akan menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dari pada proses isotermal. Karena tekanan yang dihasilkan oleh kompresi adiabatik lebih tinggi dari pada kompresi isotermal untuk pengecilan volume yang sama, maka kerja yang diperlukan pada kompresi adiabatik juga lebih besar.
3. Kompresi Politropik Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isotermal, karena ada kenaikan temperatur, namun juga bukan proses adiabatik karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses kompresi yang
sesungguhnya, ada di antara keduanya dan disebut kompresi politropik. Hubungan antara P dan v pada proses politropik dapat dinyatakan dengan persamaan:
Pada kondisi dimana tidak dilakukan pendinginan pada ruang kompresi (kompresor sentrifugal pada umumnya), maka harga n > k. Bila ada pendinginan pada ruang kompresi (pada kompresor torak), maka harga n terletak antara 1< n < k. Perhitungan dapat dilakukan baik dengan pendekatan kondisi adiabatik reversible maupun kondisi politropik.
b. Kompresor Putar/ Rotary Kompresor rotary mempunyai rotor dalam satu tempat dengan piston dan memberikan pengeluaran kontinyu bebas denyutan. Kompresor beroperasi pada kecepatan tinggi dan umumnya menghasilkan hasil keluaran yang lebih tinggi dibandingkan kompresor reciprocating. Biaya investasinya rendah, bentuknya kompak, ringan dan mudah perawatannya, sehingga kompresor ini sangat popular di industri. Biasanya digunakan dengan ukuran 30 sampai 200 hp atau 22 sampai 150 kW (UNEP, 2006). Jenis dari kompresor putar adalah:
Kompresor lobe (roots blower)
Kompresor ulir (ulir putar helical-lobe, dimana rotor putar jantan dan betina bergerak berlawanan arah dan menangkap udara sambil mengkompresi dan bergerak kedepan.
Jenis baling-baling putar/ baling-baling luncur, ring cairan dan jenis gulungan. Kompresor ulir putar menggunakan pendingin air. Jika pendinginan sudah
dilakukan pada bagian dalam kompresor, tidak akan terjadi suhu operasi yang ekstrim pada bagian-bagian yang bekerja. Kompresor putar merupakan kompresor
kontinyu, dengan paket yang sudah termasuk pendingin udara atau pendingin air. Karena desainnya yang sederhana dan hanya sedikit bagian-bagian yang bekerja, kompresor udara ulir putar mudah perawatannya, mudah operasinya dan fleksibel dalam pemasangannya. Kompresor udara putar dapat dipasang pada permukaan apapun yang dapat menyangga berat statiknya (UNEP, 2006).
Gambar 2.5 Kompresor Ulir (UNEP, 2006)
2. Kompresor Dinamis Kompresor udara sentrifugal merupakan kompresor dinamis, yang tergantung pada transfer energi dari impeller berputar ke udara. Rotor melakukan pekerjaan ini dengan mengubah momen dan tekanan udara. Momen ini dirubah menjadi tekanan tertentu dengan penurunan udara secara perlahan dalam difuser statis. Kompresor udara sentrifugal adalah kompresor yang dirancang bebas minyak pelumas. Gir yang dilumasi minyak pelumas terletak terpisah dari udara dengan pemisah yang menggunakan sil pada poros dan ventilasi atmosferis (UNEP, 2006). a. Kompresor Sentrifugal Kompresor Sentrifugal merupakan kompresor yang bekerja kontinyu, dengan sedikit bagian yang bergerak lebih sesuai digunakan pada volum yang besar dimana dibutuhkan bebas minyak pada udaranya. Kompresor udara sentrifugal menggunakan pend ingin air dan dapat berbentuk paket khususnya paket yang termasuk after-cooler dan semua control.
Kompresor ini dikenal berbeda karakteristiknya jika dibandingkan dengan mesin reciprocating. Perubahan kecil pada rasio kompresi menghasilkan perubahan besar pada hasil kompresi dan efisiensinya. Mesin sentrifugal lebih sesuai diterapkan untuk kapasitas besar diatas 12,000 cfm (UNEP, 2006). Prinsip kerja kompresor sentrifgal adalah “ Energi mekanik dari unit penggerak (energi putar) yang diteruskan pada impeler akan memberikan gaya sentrifugal kepada udara atau gas sehingga memperbesar energi kinetiknya”. Energi kinetik yang dimiliki gas atau udara kemudian dirubah menjadi energi potensial (tekanan) didalam diffuser dengan cara memperlambat laju kecepatan udara dan gas. Energi potensial akhir keluar merupakan tekanan discharge dari kompresor sentrifugal tersebut.
Gambar 2.6 Gambaran kompresor sentrifugal (UNEP, 2006)
b. Kompresor Aksial Kompresor ini memiliki prinsip kerja seperti jenis rotari yaitu system udara alir dan cocok sebagai penghantar udara yang besar. Kompresor aliran ada yang dibuat arah masukannya udara secara aksial dan ada yang radial. Keadaan udara dirubah dalam satu roda turbin atau untuk lebih mengalirkan kecepatan udara. Energi kinetik yang ditimbulkan diubah ke energi yang berbentuk tekanan. Pada komporesor aliran aksial, udara mendapatkan percepatan oleh sudut yang terdapat pada rotor alirannya ke arah aksial.
Percepatan yang ditimbulkan oleh kompresor aliran radial berasal dari ruangan ke ruangan berikutnya secara radial. Pada lubang masukan pertama udara dilemparkan keluar menjauhi sumbu dan oleh dinding ruangan dipantulkan dan kembali mendekati sumbu. Dari tingkat pertama masuk lagi ketingkat berikutnya, sampai beberapa tingkat yang dibutuhkan. Disini nosel masuk berfungsi mengarahkan dan mempercepat aliran gas atau udara ke dalam sudu pengarah. Dari sudu pengarah, gas akan masuk ke sudu putar yang akan menambahkan energi ke daam gas. Sudu tetap berfungsi sebagai difuser dan pembelok arah aliran ke deretan sudu gerak pada tingkat berikutnya. Biasanya beberapa deret pertama dari sudu tetap dapat diatur untuk penggunaan mesin diluar kondisi rancangan, sedangkan sebagian besar sudu tetap adalah fixed. Sudu tetap pada tingkat terakhir berfungsi sebagai sudu pembebas olakan sebelum aliran gas atau udara lewat nosel sisi keluar. Kompresor ini umumnya dipakai untuk kapasitas yang besar tetapi dengan tekanan yang tidak terlalu tinggi. Beberapa kriteria seleksi untuk berbagai jenis kompresor terlihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.1 Kriteria Seleksi Umum untuk Kompresor
Tabel 2.2 Perbandingan Untuk Beberapa Jenis Kompresor Yang Penting
2.3 Klasifikasi Kompresor Klasifikasi kompresor dapat digolong-golongkan atas beberapa, yaitu : a. Kompresor yang digolongkan atas dasar tekananya. Kompresor atas golongan dibagi atas 3, yaitu : 1. Kompresor (pemampat) dipakai untuk jenis yang bertekanan tinggi.
2. Blower (peniup) dipakai untuk bertekanan rendah. 3. Fan (kipas) dipakai untuk yang bertekanan sangat rendah.
b. Atas dasar pemampatanya kompresor dapat dibagi atas 2, yaitu : 1. Jenis Turbo Jenis turbo menaikan tekanan dan kecepatan gas-gas dengan gaya sentrifugal yang ditimbulkan oleh impeler atau dengan gaya angkat (lift) yang ditimbulkan oleh sudu. 2. Jenis Perpindahan Jenis perpindahan menaikkan tekanan dengan memperkecil atau memafaatkan volume gas yang dihisap ke dalam silinder atau stator oleh torak atau sudu. Jenis perpindahan ini dibagi 2 macam, yaitu : a. Jenis putar (rotary) Jenis ini dibagi atas beberapa, yaitu : - Kompresor Sekrup - Kompresor Sudu Luncur - Konpresor Roots b. Jenis Bolak-balik
c. Kompresor yang dibagi atas dasar Konstruksinya. Berdasarkan atas ini dibagi atas berbagai macam, yaitu : 1.
Berdasarkan Jumlah Tingkat Kompresis, yaitu: Satu Tingkat, Dua Tingkat, dan banyak Tingkat.
2.
Berdasarkan Langkah Kerja, yaitu: Kerja Tunggal (Single Acting), Kerja Ganda (Double Acting).
3. Berdasarkan Susunan Silinder, yaitu: Mendatar, Tegak, Bentuk–L, BentukV, Bentuk–W, Bentuk Bintang, Lawan Berimbang (Balance Oposed). 4. Berdasarkan Cara Pendingin, yaitu, Pendingin Air, Pendingin Udara. 5. Berdasarkan Transmisi Penggerak, yaitu: Langsung, Sabuk–V, Roda Gigi. 6.
Berdasarkan
Penempatanya,
dipindahkan (portable).
yaitu:
Permanen
(stationery),
dapat
7. Berdasarkan Cara Pelumasannya, yaitu: Pelumas Minyak, Tanpa Minyak.
2.4 Bagian-Bagian Kompresor Kompresor terdiri dari beberapa bagian utama yang fungsinya satu dengan yang lain saling berhubungan, diantaranya adalah : 1. Bagian statis a. Casing Casing merupakan bagian paling luar kompresor yang berfungsi :
Sebagai pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar.
Sebagai pelindung dan penumpu/pendukung dari bagian-bagian yang bergerak.
Sebagai tempat kedudukan nozel suction dan discharge serta bagian diam lainnya. b. Inlet Wall Inlet wall adalah diafram (dinding penyekat) yang dipasang pada sisi
suction sebagai inlet channel dan berhubungan dengan inlet nozle. Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka meterialnya harus tahan terhadap abrasive dan korosi. c. Guide Vane Guide vane di tempatkan pada bagian depan eye impeler pertama pada bagian suction (inlet channel). Fungsi utama guide vane adalah mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi yang merata. Konstruksi vane ada yang fixed dan ada yang dapat di atur (movable) posisi sudutnya dengan tujuan agar operasi kompresor dapat bervariasi dan dicapai effisiensi dan stabilitas yang tinggi. d. Eye Seal Eye seal ditempatkan di sekeliling bagian luar eye impeller dan di tumpu oleh inlet wall. Eye seal selalu berbentuk satu set ring logam yang mengelilingi wearing ring impeller. Berfungsi untuk mencegah aliran balik dari gas yang keluar dari discharge impeller (tekanan tinggi) kembali masuk ke sisi suction (tekanan rendah).
f. Diffusser Diffuser berfungsi untuk merubah energi kecepatan yang keluar dari discharge impeler menjadi energi potensial (dinamis). Untuk multi stage dipasang diantara inter stage impeler. g. Return Bend Return bend sering juga disebut crossover yang berfungsi membelokan arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk pada stage/ impeler berikutnya. Return bend di bentuk oleh susunan diafragma yang dipasang dalam casing. h. Return Channel Return channel adalah saluran yang berfungsi memberi arah aliran gas dari return bend masuk ke dalam impeler berikutnya. Return channel ada yang dilengkapi dengan fixed vane dengan tujuan memperkecil swirl (olakan aliran gas) pada saat masuk stage berikutnya sehingga dapat memperkecil vibrasi. i. Diafragma Diafragma adalah komponen bagian dalam kompresor yang berfungsi sebagai penyekat antar stage dan tempat kedudukan eye seal maupun inter stage seal. Dengan pemasangan diafragma secara seri, akan terbentuk tiga bagian penting, yaitu diffuser, return bend, dan return channel. Diafragma ditempatkan didalam casing dengan hubungan tongue-groove sehingga mudah dibongkar pasang.
2. Bagian Dinamis a. Shaft dan Shaft Sleeve Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeler dan meneruskan daya dari pengerak ke impeler. Untuk penempatan impeler pada shaft di gunakan pasak (key) dan pada multi stage, posisi pasak di buat selang-seling agar seimbang. Sedangkan jarak antar stage dari impeler di gunakan shaft sleeve, yang berfungsi sebagai pelindung shaft terhadap pengaruh korosi, erosi dan abrasi dari aliran dan sifat gas dan untuk penempatan shaft seal diantara stage impeler. b. Impeler
Suatu impeler berfungsi untuk menambah kecepatan (velocity) gas dengan memutar sekeliling garing pusat (center line) dan menyebabkan gas bergerak dari inlet wheel sampai ke tip (discharge), perbedaan gerak dari sumbu putar inlet wheel dan dishcarge menyebabkan naiknya energi kinetik dengan akibat naiknya kecepatan gas. Impeler adalah bagian dari rotor kompresor yang memberikan tambahan energi kinetik pada fluida gas melalui sudu-sudunya (blade). c. Bantalan (Bearing) Bantalan (bearing) adalah bagian internal kompresor yang berfungsi untuk mendukung beban radial dan aksial yang berputar dengan tujuan memperkecil gesekan dan mencegah kerusakan pada komponen lainnya.
2.5 Komp onen Kompresor Mesin kompresor terdiri dari beberapa bagian
yang saling
berhubungan. Bagian ini satu sama lain saling menunjang dalam proses kompresi udara. Komponen dari kompresor tersebut diantaranya adalah: a. Drain Valve Salah satu perangkat penting dari sebuah kompresor adalah drain valve. Perangkat ini merupakan bagian yang mengatur tekanan udara yang terdapat
dalam
tabung
penyimpanan
kompresor.
Dalam
tabung
penyimpanan udara, biasanya terdapat air yang merupakan efek dari perbedaan suhu udara dalam tabung dengan suhu ruangan. Air ini dapat dibuang melalui perangkat ini. Selain itu kotoran yang ikut masuk ke dalam tabung juga dapat dikeluarkan dengan alat ini. b. Fluid Cooler Akibat proses kompresi yang dialakukan oleh mesin kompresor, suhu pada mesin kompresor menjadi tinggi. Apabila suhu ini dibiarkan begitu saja, tidak menutup kemungkinan akan mengakibatkan terjadinya ledakan, yang diakibatkan oleh overheat pada mesin kompresor. Untuk mengatasi hal tersebut, maka pada mesin kompresor biasanya sudah terdapat sebuah mekanis, untuk menurunkan suhu pada mesin kompresor. Alat tersebut adalah fluid cooler. Selain mengendalikan suhu mesin
kompresor, alat ini juga dapat mendinginkan dan mengont rol suhu tekanan udara yang dihasilkan oleh kompresor. c. Hose Untuk menggunakan udara bertekanan yang telah terisimpan dalam tabung penyimpanan kompresor, kita membutuhkan selang khusus. Selang ini digunakan untuk mengalirkan
udara bertekanan tersebut seh ingga
dapat digunakan setiap saat. Biasanya selang ini mempunyai kemampuan untuk menahan tekanan yang terdapat pada udara tersebut.
Selang ini
pada umumnya terbuat dari karet dengan panjang yang bervariasi. Selang karet ini ada yang berbentuk spiral, namun ada juga yang berbentuk lurus, yang digulung pada gulungan khusus untuk selang kompresor. d. Hose Fitting Untuk menghubungkan hose dengan mesin kompresor, digunakan sebuah alat yang terpasang pada pangkal dari hose yang kita gunakan. Alat tersebut lazim disebut hose fitting. Alat ini menghubungkan hose dengan Ball valve yang terpasang pada kompresor. Hose fitting ini terpasang pada hose dengan menggunakan pressure tools, sehingga tidak mudah
terlepas
walaupun
diberikan
tekanan
yang
tinggi.
Untuk
menghubungkan hose fitting dengan ball valve, pada hose fitting ini terdapat draft dalam yang sesuai dengan draft yang ada pada ball valve. Selain terpasang pada bagian pangkal, untuk menghubungkan hose dengan ball valve, hose fitting juga terdapat pada bagian uj ung dari hose. Fungsi hose fitting yang terpasang pada bagian ujung ini adalah untuk menghubungkan hose dengan perangkat lain yang kita gunakan, seperti pistol angin maupun alat sejenis lainnya. e. Ball Valve Untuk menghubungkan kompresor dengan hose melalui hose fitting, diperlukan alat khusus. Alat tersebut adalah ball valve. Selain untuk menghubungkan kompresor dengan hose maupun hose fitting, ball valve juga berfungsi untuk mengatur pengeluaran udara bertekanan dari dalam kompresor. Pada ball valve terdapat bola yang berlubang di tengahnya.
Bola ini dapat diputar dengan menggunakan tuas yang terdapat pada bagian atas ball valve. Apabila posisi lubang bola searah dengan arah ball valve (terbuka), maka udara akan keluar menuju hose. Namun apabila lubang pada bola dalam ball valve ini mempunyai posisi yang tidak searah (tertutup), maka udara bertekanan yang terdapat pada kompresor tidak akan keluar menuju hose. f. Filters Setiap mesin mempunyai satu bagian yang mempunyai fungsi sebagai penyaring. Pada kompresor, filter yang digunakan terdiri dari dua jenis, yaitu filter udara dan filter oli. Filter udara mempunyai fungsi untuk menyaring udara yang masuk ke dalam intake kompresor. Seperti kita ketahui bahwa udara disekitar kita sebenarnya tercampur dengan debu dan kotoran lain. Filter ini mempunyai fungsi untuk mencegah debu dan kotoran tersebut masuk ke dalam kompresor. Biasanya filter ini dipasang pada bagian yang menghubungkan intake kompresor dengan ’dunia luar’. Filter udara ini harus sering dibersihkan untuk mendapatkan hasil kerja yang maksimal pada kompresor. Filter oli pada dasarnya mempunyai sistim kerja yang sama dengan filter udara. Fungsi dari filter oli ini adalah untuk menyaring minyak pelumas yang digunakan untuk melumasi bagian dari mesin kompresor. Hal ini akan semakin menambah kinerja dari kompresor dalam melakukan kompresi udara. g. Pressure Gauge Seringkali kita ingin mengetahui berapa tekanan udara yan g terdapat pada tabung penyimpanan kompresor. Namun kita tidak mungkin mengetahuinya tanpa ada alat bantu yang memudahkan kita mengetahui berapa tekanan udara yang tersimpan dalam tabung kompresor. Alat tersebut dikenal dengan nama pressurre gauge. Pada pressure gauge terdapat angka-angka yang menunjukkan jumlah tekanan dalam tabung penyimpanan. Satuan yang terdapat pada pressure gauge ini ada dua macam, yaitu psi dan bar. Kedua ukuran tekanan udara ini mempunyai
perbandingan angka masing- masing, tergantung satuan tekanan yang mana yang biasa kita gunakan. h. Pressure Switch Untuk menghubungkan pressure gauge dengan kompresor, terdapat sebuah alat lain yang bernama pressure switch. Selain berfungsi sebagai penghubung antara kompresor dengan pressure gauge, pressure switch juga
mempunyai
fungsi
sebagai
pemutus
tenaga
yang
digunakan
kompresor apabila kapasitas tabung penyimpanan telah mencapai batas yang sudah ditentukan. Hal ini lebih ditujukan untuk menghindari terjadinya overloaded pada tabung penyimpanan. Selain untuk memutus arus listrik, pressure switch juga berfungsi sebagai sensor untuk menyalakan kembali kompresor apabila jumlah tekanan udara dalam tabung penyimpanan sudah mencapai titik minimum tekanan yang ditentukan. Dalam alat ini juga terdapat pengatur tekanan, baik itu tekanan maksimal maupun tekanan minimal, yang tersimpan dalam tabung sesuai keinginan kita. i. Safety Valve Adakalanya kita menginginkan tekanan kompresor yang cukup tinggi, tanpa memperhitungkan kapasitas dari tabung pengaman. Pada s aat tekanan dalam kompresor sudah melebihi batas maksimal, maka akan ada alat yang secara otomatis mengeluarkan kembali tekanan udara tersebut, hingga ke titik aman. Alat ini biasa disebut safety valve. Dengan adanya safety
valve
ini,
maka
kemungkinan
terjadinya
ledakan
tabung
penyimpanan kompresor dapat dihindari. Titik maksimal pada safety valve ini juga dapat diatur sesuai dengan keinginan kita, melalui pressure switch. j. Receiver Tank Untuk menyimpan udara yang sudah dikompresi oleh mesin kompresor, diperlukan sebuah tempat yang mampu menahan besarnya tekanan dari udara tersebut. Tempat penyimpanan ini biasa dikenal dengan nama receiver tank. Model dari receiver tank biasanya berbentuk tabung dengan ukuran yang
bervariasi, tergantung dari kapasitas yang mampu ditampungnya. Sedangkan posisi receiver tank pada kompresor ada yang vertikal, dan ada juga yang dipasang secara horisontal. Biasanya receiver tank ini terbuat dari pelat baja yang dilapisi dengan lapisan khusus anti karat, dan dicat dengan warna yang sesuai dengan kompresornya. Pada receiver tank biasanya terdapat juga drain valve. Drain valve ini berfungsi sebagai pembuang air yang terdapat dalam receiver tank sebagai akibat dari kompresi udara yang dilakukan oleh kompresor. Kapasitas dari receiver tank berkisar antara 80 galon sampai dengan 8000 galon, tergantung model dari kompresor yang menyertainya.
2.6 Prinsip Kerja Kompresor Mesin kompresor udara memiliki prinsip kerja yang sudah terorganisir dengan baik. Prinsip kerja kompresor merupakan satu kesatuan yang saling mendukung, sehingga kompresor dapat bekerja dengan maksimal. Prinsip kerja dari sebuah kompresor biasanya terbagi menjadi empat prinsip utama, yaitu: 1. Staging Selama proses kerja kompresor, suhu dari mesin kompresor menjadi tinggi dan meningkat sesuai dengan tekanan yang terdapat dalam kompresor tersebut. Sistim ini lebih dikenal dengan nama polytopic compression. Jumlah tekanan yang terdapat pada kompresor juga meningkat seiring dengan peningkatan dari suhu kompresor itu sendiri. Kompresor mempunyai kemampuan untuk menurunkan suhu tekanan udara dan meningkatkan efisiensi tekanan udara. Tekanan udara yang dihasilkan oleh kompresor mampu mengendalikan suhu dari kompresor untuk melanjutkan proses berikutnya. 2. Intercooling Pengendali panas, atau yang lebih dikenal dengan intercooler merupakan salah satu langkah penting dalam proses kompresi udara. Intercooler mempunyai fungsi untuk mendinginkan tekanan udara yang terdapat dalam tabung kompresor, sehingga mampu digunakan untuk keperluan lainya. Suhu yang dimiliki oleh tekanan udara dalam kompresor ini biasanya lebih tinggi jika dibandingkan
dengan suhu ruangan, dengan perbedaan suhu berkisar antara 10°Fahrenheit (sekitar -12°Celcius) sampai dengan 15°Fahrenheit (sekitar -9°Celcius). 3. Compressor Displacement and Volumetric Efficiency Secara teori, kapasitas kompresor adalah sama dengan jumlah tekanan udara yang dapat ditampung oleh tabung penyimpanan kompresor. Kapasitas sesungguhnya dari kompresor dapat mengalami penurunan kapasitas. Penurunan ini dapat diakibatkan oleh penurunan tekanan pada intake, pemanasan dini pada udara yang masuk ke kompresor, kebocoran, dan ekspansi volume udara. Sedangkan yang dimaksud dengan volumetric efficiency adalah rasio antara kapasitas kompresor dengan compressor displacement. 4. Specific Energy Consumption Yang dimaksud dengan specific energy consumption pada kompresor adalah tenaga yang digunakan oleh kompresor untuk melakukan kompresi udara dalam setiap unit kapasitas kompresor. Biasanya specific energy consumption pada kompresor ini dilambangkan dengan satuan bhp/100 cfm.
2.7 Kapasitas Kompresor Kapasitas refrigeransi dari sebuah mesin refrigeransi tergantung pada kemampuan
kompresor
memenuhi
jumlah
gas
refrigeran
yang
perlu
disirkulasikan. Kapasitas kompresor adalah debit penuh aliran gas yang ditekan dan dialirkan pada kondisi suhu total, tekanan total, dan diatur pada saluran masuk kompresor. Debit aliran yang sebenarnya, bukan merupakan nilai volum aliran yang tercantum pada data alat, yang disebut juga pengiriman udara bebas/ free air del ivery (FAD) yaitu udara pada kondisi atmosfir di lokasi tertentu. FAD tidak sama untuk setiap lokasi sebab ketinggian, barometer, dan suhu dapat berbeda untuk lokasi dan waktu yang berbeda. Kompresor yang sudah tua, walupun perawatannya baik, komponen bagian dalamnya sudah tidak efisien dan FAD nya kemungkinan lebih kecil dari nilai rancangan. Kadangkala, faktor lain seperti perawatan yang buruk, alat penukar panas yang kotor dan pengaruh ketinggian juga cenderung mengurangi FAD nya. Untuk memenuhi kebutuhan udara, kompresor yang tidak efisien
mungkin harus bekerja dengan waktu yang lebih lama, dengan begitu memakai daya yang lebih dari yang sebenarnya dibutuhkan. Pemborosan daya tergantung pada persentase penyimpangan kapasitas FAD. Sebagai contoh, kran kompresor yang sudah rusak dapat menurunkan kapasitas kompresor sebanyak 20 persen. Pengkajian berkala terhadap kapasitas FAD untuk setiap kompresor harus dilakukan untuk memeriksa kapasitas yang sebenarnya. Jika penyimpangannya lebih dari 10 persen, harus dilakukan perbaikan. Metoda ideal pengkajian kapasitas kompresor adalah melalui uji nosel dimana nosel yang sudah dikalibrasi digunakan sebagai beban, untuk membuang udara tekan yang dihasilkan. Alirannya dikaji berdasarkan suhu udara, tekanan stabilisasi, konstanta orifice, dll. Kapasitas kompresor biasanya dinyatakan dengan volum gas yang diisap per satuan waktu (m3/jam). 1. Untuk kompresor torak, secara teori kapasitas kompresor dapat dinyatakan sebagai : V = (π/4) x D2 x L x z x n x 60 (m3/jam) dimana, D = diameter silinder (m) L = panjang langkah torak (m) z = jumlah silinder n = jumlah putaran poros per menit 2. Untuk kompresor putar (positif) lihat juga gambar 1.7
Gambar 2.7 Volume langkah torak dari kompresor putar
dimana, D = diameter dalam dari silinder rumah (m) d = diameter luar dari silinder torak berputar (m) t = tebal silinder (m) z = jumlah silinder n = jumlah putaran rotor per menit
2.8 Efisiensi Kompresor Beberapa pengukuran kompresor yang biasa digunakan adalah: efisiensi volumetrik, efisiensi adiabatik, efisiensi isotermal, dan efisiensi mekanik. Efisiensi adiabatik dan isotermal dihitung sebagai daya isotermal atau adiabatik dibagi oleh konsumsi daya aktual. Gambar yang diperoleh menunjukan efisiensi keseluruhan kompresor dan motor penggerak.
1.3.1 Efisiensi isotermal Efisiensi isotermal = Daya masuk aktual terukur / Daya Isotermal. Daya isotermal (kW) = P1 x Q1 x loger/36,7. dimana, P1= Tekanan mutlak masuk kg/ cm2 Q1= Udara bebas terkirim/ FAD, m3/jam. r = Perbandingan tekanan P2/P1 Perhitungan daya isotermal tidak menyertakan daya yang diperlukan untuk mengatasi gesekan dan biasanya memberikan efisiensi yang lebih rendah dari efisiensi adiabatis. Nilai efisiensi yang dilaporkan biasanya efisiensi isotermal. Hal ini merupakan bahan pertimbangan yang penting dalam memilih kompresor berdasarkan nilai efisiensi yang dilaporkan. 1.3.2 Efisiensi Volumetrik
Dalam prakteknya, panduan yang paling efektif dalam membandingkan efisiensi kompresor adalah konsumsi daya spesifik, yaitu kW/volum debit aliran, yang dapat digunakan untuk berbagai kompresor.
2.9 Analisa Termodinamika Pada Kompresor Kerja spesifik ideal adalah kalor spesifik yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor ideal (Wk 1-2). Sedangkan kerja kompresor aktual adalah kalor spesifik yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor dengan memperhatikan efisiensi kompresor karena pada dasarnya kompresor tidak pernah bekerja secara isentropis. Effisiensi kompresor merupakan perbandingan antara kerja kompresor pada siklus ideal dengan kerja kompresor sebenarnya, yaitu :
Dengan menentukan effiensi kompresor menurut [lit 13, hal 198] untuk kompresor aksial berharga 0,85 – 0,90 dan untuk kompresor sentrifugal 0,80.