Kompresor Torak

KOMPRESOR TORAK Oleh : Sidiq Adhi Darmawan

A.

PENDAHULUAN

Kompresor adalah mesin yang digunakan untuk memampatkan udara atau gas. Kompresor udara biasanya menghisap udara dari atmosfir. Namun ada pula yang menghisap udara atau gas yang bertekanan lebih tinggi daripada tekanan atmosfir. Karena berfungsi sebagai pemampat, maka fluida kerja dari kompresor harus bersifat compressible. Di sinilah yang membedakan antara kompresor dengan pompa. Kompresor bekerja dengan fluida yang compressibel , sedangkan pompa bekerja dengan fluida incompressible. Fluida compressible setelah melewati kompresor maka sifatnya akan berubah yaitu volumenya kecil, tekanan besar, kelembaban naik dan suhu naik. Sedangkan fluida compressible setelah melewati pompa maka sifatnya tidak berubah. Kompresor mempunyai kegunaan yang sangat lua hampir segala bidang baik di bidang industri, pertanian, rumah tangga, dan sebagainya. Selain itu jenis dan ukurannya pun beraneka ragam

sesuai

dengan

pemakaiannya.

Sebagai

contoh

penggunaan

kompresor

untuk

menggerakkan mesin pneumatik di suatu pabrik.

Secara umum kompresor dibedakan menjadi dua yaitu : 1.

Kompresor Kerja Positif ( Positive Displacement Compressor )

Kompresor kerja posistif adalah kompresor yang mengkompresi energi dari energi mekanik berupa gerakan piston / torak menjadi energi tekanan pada udara. Contoh kompresor kerja positif adalah kompresor torak. Kompresor kerja po sitif dibagi menjadi : a. Kompresor Kerja Bolak – Balik ( Reci Reci procati ng Compre Compr essor )

Kompresor ini disebut juga kompresor torak, karena dilengkapi dengan torak yang bekerja bolak – balik. Pemasukan udara diatur oleh katub masuk dan dihisap oleh torak yang gerakannya menjauhi katub, prinsip kerja dari kompresor ini menyerupai mesin 4 langkah dimanan terdapat katub hisap dan katub buang. Pada saat terjadi pengisapan, tekanan udara di dalam silinder mengecil, sehingga udara luar akan masuk ke dalam silinder secara alami. Pada saat gerak kompresi, torak bergerak dari titik mati bawah ke 1

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

titik mati atas sehingga udara di atas torak akan ditekan sampai udara tersebut memiliki tekanan yang tinggi, selanjutnya udara bertekanan tersebut dimasukkan ke dalam tabung penyimpan udara

Gambar 1. Prinsip Kerja Kompresor Torak

b. Kompresor Rotary

Kompresor rotary merupakan salah satu jenis kompresor yang beroperasi yang beropera si pada kecepatan tinggi dan umumnya menghasilkan keluaran (tekanan) yang lebih tinggi dibandingkan kompresor kerja bolak – compresor ). – balik ( reciprocating compresor ).

2.

Kompresor Dinamik ( Non Positive Displacement Compressor)

Kompresor dinamik adalah kompresor yang mengkonversi energi dari energi potensial fluida ( udara ) menjadi energi kinetik berupa putaran impeller lalu menjadi energi tekan udara. Contoh kompresor dinamik adalah kompresor sentrifugal dan kompresor aksial. 1. Kompresor Sentrifugal

Kompresor sentrifugal merupakan kompresor dinamis yang bergantung pada transfer energi dari impeler yang berputar. Kompresor serntrifugal memiliki elemen berputar yang sederhana, terpasang pada poros yang dihubungkan ke motor penggerak. Prinsip kerja kompresor sentrifugal hampir sama dengan pompa sentrifugal. 2


Mula – mula impeler berputar sehingga menaikkan kecepatan udara / gas, kemudian udara dengan kecepatan yang tinggi itu akan masuk ke diffuser. Pada diffuser udara mengalamai perubahan energi kinetik menjadi energi tekan. Pada kompresor sentrifugal satu tingkat kenaikan tekanan yang dihasilkan kecil, agar lebih besar kemudian digunakan kompresor sentrifugal bertingkat dengan pendinginan. Proses kompresi untuk kompresor bertingkat banyak sama seperti kompresor torak.

Gambar 2. Kompresor Sentrifugal

2. Kompresor Axial

Pada kompresor aliran axial, udara akan mendapat percepatan oleh sudu yang terdapat pada rotor dan arah alirannya ke arah axial yaitu searah (sejajar) dengan sumbu rotor. Jadi pengisapan dan penekanan udara terjadi saat rangkaian sudu – sudu pada rotor itu berputar secara cepat. Putaran cepat ini mutlak diperlukan untuk mendapatkan aliran udara yang mempunyai tekanan yang diinginkan.

3


B.

PRINSIP KERJA KOMPRESOR TORAK

1. Prinsip kerja kompresor torak adalah sebagai berikut: 

Tenaga mekanik dari penggerak mulai ditransmisikan melalui poros engkol dalam bentuk gerak rotasi dan diteruskan ke kepala silang (cross head) dengan perantaraan batang penghubung (connecting rod). rod).



Pada kepala silang gerakan rotasi diubah menjadi gerak translasi yang diteruskan ke torak melalui batang torak (piston torak (piston rod).



Gerakan torak bolak balik dalam silinder mengakibatkan perubahan volume dan tekanan sehingga terjadi proses pemasukan, kompresi, dan pengeluaran.

Gambar 3. Diagram P-V Kompresor Torak Torak 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.

4


Pada waktu torak mencapai titik mati atas ini, anatara 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 lubanglubang 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). Atau secara riil dapat dijelaskan sebagai berikut cara kerja kompresor torak :

Langkah pertama adalah langkah hisap, torak bergerak ke bawah oleh tarikan engkol. Di dalam ruang silinder tekanan menjadi negatif di bawah 1 atm ( dibawah tekanan atmosfer), katup hisap terbuka karena perbedaan tekanan dan udara terhisap. Kemudian torak bergerak keatas, katup hisap tertutup dan udara dimampatkan. Karena tekanan udara mampat, katup ke luar menjadi terbuka, dan udara akan keluar.

( i ) Isap : Bila poros engkol berputar dalam arah panah, sehingga torak bergerak ke bawah oleh tarikan engkol. Maka terjadilah terjadilah tekanan negatif ( di bawah tekanan te kanan atmosfir a tmosfir ) di dalam silinder, dan katup isap terbuka oleh perbedaan tekanan, sehingga udara terhisap. (i) 5


( ii ) Kompresi : Bila torak bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas, maka katup isap akan menutup dan udara di dalam silinder dimampatkan.

( ii )

( iii ) Kompresi : Bila torak bergerak ke atas, tekanan di dalam silinder akan naik. Maka katup keluar akan terbuka oleh tekanan udara, dan udara akan keluar

( iii ) Gambar 4. Kerja Kompresor Kerja Tunggal Untuk sistem kerja kompresor kerja ganda sebagai berikut : Proses kerja kompresor kerja ganda tidak berbeda jauh dengan kerja tunggal. Pada kerja ganda, setiap gerakan terjadi sekaligus langkah penghisapan dan pengkompresian. Dengan kerja ganda, kerja kompresor menjadi lebih efisien.

Gambar 5. Kompresor Kerja Ganda 6


2. Proses Kompresi Gas

Proses kompresi gas pada kompresor torak dapat dilakukan menurut tiga cara yaitu dengan proses isotermal, adiabatik reversible, dan politropolik. 2.1 Kompresi Isotermal

Bila suatu gas dikompresikan. Maka ini berarti ada energi mekanik yang diberikan dari luar kepada gas. Energi ini diubah menjadi energi pannas sehingga temperatur gas akan naik jika tekananan 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 ada lah:

P . v = tetap Atau

P1 . v1 = P2 . v2 Dimana : P : Tekanan absolut v : Volume spesifik

Proses kompresi ini sangat berguna dalam analisis teoritis, namun untuk perhitungan kompresor tidak banyak kegunaannya. Pada kompresor yang sesungguhnya, meskipun selinder 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.

7


Gambar 6. Proses Kompresi Isotermal

2.2 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 adiabtaik reversible sering dipakai dalam pengkajian teoritis prpses kompresi. Hubungan antara tekanan dan volume dalam proses adiabatic dapat dinyatakan dalam persamaan : k

P . v = tetap Atau k

k

P1 . v1 = P2 . v2 = tetap 

=

 

Dimana : k

: Ratio panas jenis, untuk udara k = 1,4

C p : Panas jenis pada tekanan tetap Cv : Panas jenis pada volume tetap 8


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 adiabatic lebih tinggi dari pada kompresi isotermal untuk pengecilan volume yang sama, maka kerja yang diperlukan pada kompresi adiabatic juga lebih besar.

Gambar 7. Proses Kompresi Adiabatik

2.3 Kompresi Politropik

Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isotermal, karena ada kenaikan temperatur, namun juga bukan proses adiabtaic karena aada 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: n

P . v = tetap Atau n

n

P1 . v1 = P2. V2 = tetap Dimana : n : Indek politropik 9


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.

C. BAGIAN – BAGIAN KOMPRESOR TORAK

Berikut ini adalah gambaran umum mengenai kompresor torak :

Gambar 8. Gambaran Umum Kompresor Torak

Adapun bagian – bagian kompresor torak sebagai berikut : 1. Silinder dan Kepala Silinder

Silinder berbentuk silindris berfungsi sebagai tempat bergeraknya bolak - balik piston dan sebagai tempat untuk menampung sementara udara yang dihisap dan tempat dilakukannya proses pengompresian udara. Silinder untuk tekanan kurang dari 50 kgf/cm2 (4.9 Mpa) pada umunya menggunakan besi cor sebagai bah an silindernya.

10


Gambar 9. Kompresor Kerja Tunggal Satu Tingkat ( Jenis Pendingin Udara )

2. Torak dan Cincin Torak

Torak merupakan komponen yang betugas untuk melakukan kompresi terhadap udara/ gas, sehingga torak harus kuat menahan tekanan dan panas. Torak juga harus dibuat seringan mungkin untuk mengurangi gaya inersia inersia dan getaran. Pada kompresor tegak dengan pelumasan minyak, pada torak dipasangkan sebuah cincin pengikis minyak yang dipasang pada alur terbawah. Sedangkan kompresor tanpa pelumasan, cincin torak dibuat dari bahan yang spesifik yaitu karbon atau teflon.

Gambar 10. Torak Kompresor Bebas Minyak 11


3. Katup

Katup isap dan katup keluar yang dipergunakan pada kompresor dapat membuka dan menutup sendiri sebagai akibat dari perbedaan tekanan yang terjadi antara bagian dalam dan bagian luar silinder. Katup – katup ini membuka dan menutup untuk setiap langkah bolak – – balik dari torak.

Gambar 11. Katup Pita ( Reed ( Reed Valve )

Gambar 12. Katup Kanal

Gambar 13. Katup Kepak

Gambar 14. Katup Cincin

12


4. Poros Engkol dan Batang Torak

Poros engkol dan batang torak mempunyai fungsi utama untuk mengubah gerakan putar menjadi gerakan bolak - balik. 5. Kotak Engkol

Kotak engkol adalah sebagai blok mesinnya kompresor yang berfungsi sebagai dudukan bantalan engkol yang bekerja menahan beban inersia dari da ri masa yang bergerak bolak-balik serta gaya pada torak. 6. Pengatur Kapasitas

Laju volume udara yang dihasilkan oleh kompresor harus disesuaikan dengan jumlah udara yang diperlukan. Jika kompresor dibiarkan berjalan sedangkan udara yang dihasilkan tidak dipakai secara maksimal maka tekanan akan naik melebihi batas yang ditentukan dan bisa berbahaya. Oleh karena itu kompresor dilengkapi dengan alat yang disebut pembebas beban ( unloader unloa der ). Alat ini dapat mengatur volume udara yang dihisap sesuai dengan laju aliran keluar yang dibutuhkan

D. APLIKASI KOMPRESOR DALAM KEHIDUPAN KEHIDUPAN

Dalam kehidupan sehari-hari banyak ditemui penggunaan kompresor, antara lain : 1. Pengisi udara pada ban sepeda sepeda atau atau mobil 2. Sebagai penyemprot kotoran pada bagian-bagian mesin 3. Rem pada bis bis dan kereta api 4. Pintu pneumatik pada pada bis dan kereta kereta api 5. Pemberi udara pada aquarium 6. Kipas untuk penyejuk udara 7. Blower untuk peniup tungku 8. Fan ventilator 9. Udara tekan pada pengecatan 10. Pengangkat mobil pneumatis 13


11. Transportasi gas solid dengan pneumatik p ada industri kimia 12. Kendali otomatik pada pembakar dalam ketel uap. Selain itu contoh penerapan sistem kerja pada kompresor torak paling sederhana, yaitu pada pompa ban sepeda atau mobil, prinsip kerja ko mpresor dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika torak pompa ditarik keatas, tekanan di bawah silinder akan turun sampai di bawah tekanan atmosfer sehingga udara akan masuk melalui celah katup hisap yang kendur. Katup terbuat dari kulit lentur, dapat mengencang dan mengendur dan dipasang pada torak. Setelah udara masuk pompa kemudian torak turun kebawah dan menekan udara, sehingga volumenya menjadi kecil.

Tekanan menjadi naik terus sampai melebihi tekanan di dalam ban, sehingga udara mampat dapat masuk ban melalui katup

(pentil).

Karena

diisi

udara

mampat terusmenerus, tekanan di dalam ban menjadi naik. Jadi jelas dari contoh tersebut,

proses

pemampatan

terjadi

karena perubahan volume pada udara yaitu lebih kecil dari kondisi awal

Gambar 15. Pompa Ban

Dari contoh pemakaian kompresor seperti di atas, terlihat bahwa kompresor digunakan secara luas mulai dari rumah tangga sampai industri besar. Penggunaan udara bertekanan mempunyai kelebihan dibandingkan dengan listrik atau hidrolik dalam hal-hal berikut ini: 1.

Konstruksi dan operasi mesin sangat sederhana .

2.

Pemeliharaan dan pemeriksaan mesin dapat dilakukan dengan mudah. mudah.

3. Energi dapat disimpan 4.

Kerja dapat dilakukan dengan cepat 14


5.

Harga mesin dan peralatan relatif murah

6.

Kebocoran udara yang sering terjadi tidak membahayakan.

E. GANGGUAN – GANGGUAN PADA KOMPRESOR Surge

Surge terjadi bilamana compressor dalam operasinya tidak mempunyai cukup flow ( volume gas yang mengalir ). Pada saat itu, gas yang ada di pipa keluaran (discharge piping) dapat mengalir balik menuju kompresor untuk sesaat. Kondisi ini akan menyebabkan getaran tinggi dan merusak bearing serta seal kompresor. Kebanyakan kompresor hanya mampu menahan surge beberapa kali saja sebelum mengalami kerusakan. Surge dapat disebabkan meningkatnya permintaan head sistem padahal flow yang ada tidak mencukupi. Atau dengan kata lain, kebutuhan pengeluaran lebih besar daripada pemasukan, sehingga aliran pemasukannya (flow) tidak dapat mengejar kebutuhan pengelurannya (head). Kondisi di lapangan dimana gas compressor comp ressor diperlukan untuk gas lift, juga sifat (nature) flowrate dari sumur-sumur gas sampai ke system menyebabkan flowrate berubah-ubah, tidak steady, dan tidak dapat diprediksi dengan tepat, bahkan dapat terjadi kondisi dimana tidak ada aliran yang memasuki kompresor. Hal-hal tersebut diatas dapat menyebabkan surge. Untuk mengantispasi kekurangan flow maka pada sistem gas kompresor diperlukan recycle valve, valve, kadang disebut surge control valve atau anti surge valve. Bila aliran yang masuk (suction) ke kompresor berkurang maka recycle valve (anti surge valve) akan membuka sehingga sebagian gas keluaran (discharge) kompresor akan mengalir ke suction untuk membantu menambah flow suction tersebut. Berikut ada contoh diagram penggunaan pe nggunaan sistem anti surge valve :

15


Gambar 16. Contoh Diagram Penggunaan Pen ggunaan Sistem Anti Surge Valve Pada diagram PFD, PFD, P&ID di atas, maupun pada kondisi di lapangan sesungguhnya, sesungguhnya, maka akan didapat recycle piping mengarah ke scrubber seperti gambar diatas (garis yang berwarna merah), tidak langsung ke suction kompresor. Recycle piping tidak boleh langsung dialirkan ke suction kompresor akan tetapi harus dilewatkan dulu ke scrubber hal ini disebabkan karena : apabila gas mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah (gas mengalami expansi) maka akan terjadi penurunan temperature (temperature drop). Apabila sejumlah gas yang berada dalam ruangan yang kecil (pressure tinggi) maka molekul gas tersebut akan saling bergesekan sehingga temperature-nya menjadi tinggi. Bila pada ruangan yang lebih besar (pressure lebih rendah) maka gesekan molekulnya akan berkurang sehingga temperaturenya lebih rendah. Jadi bila gas dari tekanan tinggi (dalam hal ini discharge pressure) kemudian di-recycle ke tekanan lebih rendah (dalam hal ini suction pressure), gas akan mengalami penurunan temperatur. Penurunan temperatur tersebut tergantung pada komposisi gas dan differential pressurenya (perbedaan pressure tinggi mula-mula dan pressure rendah tujuan). Jika penurunan temperature 16


tersebut sangat rendah, gas akan berkondensasi dan terbentuklah uap cairan bahkan hydrate. Hal ini akan membahayakan compressor sehingga recycle piping tersebut diarahkan ke upstream (sebelum) scrubber untuk memisahkan uap air sehingga gas yang akan memasuki kompresor dalam keadaan bersih.

17


Kompresor Torak

Recommend Documents