1.1. Deskripsi Kompresor Kompresor adalah pesawat/ mesin yang berfungsi untuk memampatkan atau menaikkan tekanan udara atau fluida gas atau memindahkan fluida gas dari suatu tekanan statis rendah ke suatu keadaan tekanan statis yang lebih tinggi. Udara atau fluida gas yang diisap kompresor biasanya adalah udara/ fluida gas dari atmosfir walaupun banyak pula yang menghisap udara/ fluida gas spesifik dan bertekanan lebih tinggi dari atmosfir (kompresor berfungsi sebagai penguat atau booster). Kompresor ada pula yang mengisap udara/ fluida gas yang bertekanan lebih rendah daripada tekanan atmosfir yang biasa disebut pompa vakum.Dalam kehidupan modern seperti sekarang ini kompresor mempunyai kegunaan yang sangat luas dihampir segala bidang baik di bidang industri, pertanian, rumah tangga, dsb. Jenis dan ukuran nyapun beraneka ragam sesuai dengan pemakainya.Ketika sejumlah gas dikompresi/ dipadatkan kedalam volume yang lebih kecil, tekanan gas tersebut akan bertambah. Gas terkompresi yang berada dalam kondisi statis/ diam akan menampakkan energinya dalam bentuk tekanan ke segala arah. Ketika gas tersebut mengalir, sebagian energi dalam bentuk tekanan dikonversikan menjadi energi dalam bentuk kecepatan. Total energi dari gas yang mengalir merupakan fungsi dari kecepatan dan tekanannya. Ketika total energi tetap sama dan energi dalam bentuk kecepatan bertambah, maka energi dalam bentuk tekanan akan berkurang. Dengan melakukan kerja terhadap sesuatu objek, ini berarti bahwa kerja yang dilakukan telah menambah total energi dari objek tersebut. Kompresor yang melakukan kerja terhadap gas selanjutnya akan menambahkan atau menaikkan total energi gas tersebut.

1.2. Klasifikasi Kompresor Udara Kompresor terdapat dalam berbagai jenis dan model, tergantung pada volume dan tekanan yang dihasilkan. Istilah kompresor banyak dipakai untuk yang bertekanan tinggi, blower untuk yang bertekanan menengah rendah dan fan untuk yang bertekanan sangat rendah. Terdapat dua jenis dasar kompresor yaitu positive-displacement dan dinamik Yang termasuk kedalam kompresor positive-displacement yaitu kompresor reciprocating dan putar/ rotary. Sedangkan yang termasuk kedalam kompresor dinamik yaitu kompresor sentrifugal dan kompressor aksial. Kompresor torak terdiri atas sebuah piston yang bergerak kedepan dan ke belakang didalam suatu silinder yang mempunyai katup-katup hisap dan katup-katup buang (suction valve and discharge valve), sehingga berlangsung proses pemompaan. Kompresor sekrup dan kompresor sentrifugal semuanya menggunakan elemen-elemen yang berputar. Kompresor torak dan kompresor sekrup adalah mesin yang bergerak positif (positif displacement), sedangkan kompresor sentrifugal bekerja dengan memanfaatkan gaya sentrifugal.

Gambar 1.1. Jenis kompresorKompresor dapat diklasifikasikan atas dasar konstruksinya seperti diuraikan sebagai berikut :(1) Klasifikasi berdasar jumlah tingkat kompresi ( misal : satu tingkat, dua tingkat, , banyak tingkat) (2) Klasifikasi berdasarkan langkah kerja ( misal : kerja tunggal/ single acting dan kerja ganda/ double acting) (3) Klasifikasi berdasarkan susunan silinder khusus kompresor torak (misal: mendatar, tegak , bentuk V, bentuk bintang dan lawan imbang/ balans oposed)(4) Klasifikasi berdasarkan cara pendinginan (misal : pendinginan air dan pendinginan udara)(5) Klasifikasi berdasarkan transmisi penggerak (misal: langsung, sabuk V dan roda gigi) (6) Klasifikasi berdasarkan penempatannya (misal : permanen/ stationary dan dapat dipindah-pindah/ portable) (7) Klasifikasi berdasarkan cara pelumasannya (misal : pelumasan minyak dan tanpa minyak)

Ada juga yang mengklasifikasikan kompresor udara sebagai berikut :

Gambar 1.2. Klasifikasi kompresor

1.3. Azas Pemampatan Fluida Gas atau UdaraKompresor adalah pesawat/ mesin yang berfungsi untuk memampatkan atau menaikkan tekanan udara atau fluida gas atau memindahkan fluida gas dari suatu tekanan statis rendah ke suatu keadaan tekanan statis yang lebih tinggi. Udara atau fluida gas yang diisap kompresor biasanya adalah udara/ fluida gas dari atmosfir walaupun banyak pula yang menghisap udara/ fluida gas spesifik dan bertekanan lebih tinggi dari atmosfir (kompresor berfungsi sebagai penguat atau booster). Kompresor ada pula yang mengisap udara/ fluida gas yang bertekanan lebih rendah daripada tekanan atmosfir yang biasa disebut pompa vakumPemampatan fluida gas dapat dijelaskan dengan hukum Pascal yaitu tekanan yang dikenakan pada satu bagian fluida dalam wadah tertutup akan diteruskan ke segala arah sama besar.

Gambar 2.1. Kompresi fluidaGb. 1 menunjukkan dimana fluida ditempatkan dalam silinder dengan luas penampang A dan panjang langkahnya l dan dikompresi dengan gaya F melalui sebuah piston sehingga tekanan fluida didalam silinder adalah :

p = Keterangan : p = tekanan (kg / cm 2) F = gaya (kg) A = luas penampang (cm2)(Sumber : Sularso dan Haruo Tahara, 2006)

Tekanan ini akan diteruskan ke semua titik dalam silinder dengan sama besar.Jika fluida mempunyai volume awal V dan kemudian mengecil menjadi V akibat kompresi regangan volumetrisnya adalah V/V, sedangkan tekanannya dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :p = K= K (jika A = tetap)Keterangan :K = modulus bulk (curah) fluida, kPa

V = volume akhir (cm3) V = volume awal (cm3)

Modulus bulk (K) pada gas berdasarkan persamaan di atas dapat dinyatakan sebagai berikut :K == k . pKeterangan :k : perbandingan panas jenis pada volume tetap dan tekanan tetap (cp/cv) dari gas p : tekanan mutlak gas, kPaUntuk kasus seperti Gambar 1, k p dapat dinyatakan sebagai berikut :

k p= Sehingga energi regangan U dapat ditulis sebagai berikut :

U=A dp =

Jadi besarnya energi yang disimpan dalam proses pemampatan gas tergantung pada kenaikan tekanan p dan harga k. Besarnya energi yang tersimpan pada proses pemampatan zat padat, cair dan gas dengan volume ( A x l ) yang sama, ditunjukkan pada tabel 1.1 sebagai berikut, yaitu hargadan Tabel 1.1. Energi yang tersimpan pada proses kompresiZat padat : baja kerasZat cair : airGas : udara

Rumus(1.1)(1.3)(1.5)

8x104 kgf/m2(780 x 104 kPa)

8x104 kgf/m2(780 x 104 kPa)p7x104 kgf/m2(690 x 104 kPa)

E8x104 kgf/m2(206 x 1010 kPa)K8x104 kgf/m2(206 x 1010 kPa)p1

104 kgf/m2(98 x 104 kPa)

1,5x10-2 kgf/m2(14,7 kPa)

15 kgf/m2(1470 kPa)

p28x104 kgf/m2(780 x 104 kPa)

K1,4

5x104 kgf/m2(490 x 104 kPa)

Dari harga-harga yang dipaparkan di atas nyatalah bahwa harga untuk fluida gas jauh lebih besar daripada yang lain. Hal itu menunjukkan bahwa fluida gas mempunyai kemampuan besar untuk menyimpan energi persatuan volume dengan menaikkan tekanannya.

1.4. Dasar Dasar Kompresi Gas 1.4.1. Sifat-sifat Fisik Udaraa. Susunan Udara Seperti diketahui, udara terdiri dari campuran beberapa jenis gas. Secara kasar udara dapat dikatakan bahwa udara terdiri dari 1 bagian volume oksigen (O2) dan 4 bagian volume nitrogen (N2) yang tercampur secara seragam. Gas-gas yang lain terdapat dalam jumlah yang sangat sedikit. Selain itu juga terdapat uap air didalam atmosfir. b. Berat Jenis Udara Berat jenis udara bervariasi tergantung pada tekanan dan temperaturnya. Asumsi yang sering digunakan pada kondisi isap kompresor yaitu :- Temperatur = 20oC - Tekanan mutlak = 760 mm Hg (0,1013 Mpa)- Kelembaban relatif = 65%- Berat jenis = 1,204 kgf / m3 (11,807 N/m3)c. Panas Jenis Udara Panas jenis udara merupakan panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg zat sebesar 1o C . Panas jenis ada 2 yaitu :- Panas jenis pada tekanan konstanPanas jenis pada tekanan konstan yaitu jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas tersebut sebesar 1o C. Panas jenis ini biasanya diberi lambang Cp, dimana untuk udara besarnya Cp = 0,24 kcal/ (kgoC) = 1,005 kJ/ (kgoC).- Panas jenis pada volume konstanPanas jenis pada tekanan volume yaitu jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas tersebut sebesar 1o C. Panas jenis ini biasanya diberi lambang Cv, dimana untuk udara besarnya Cv = 0,17 kcal/ (kgoC) = 0,712 kJ/ (kgoC).d. Rasio panas jenisRasio panas jenis merupakan perbandingan antara panas jenis pada tekanan konstan dengan panas jenis pada tekanan volume yang biasa diberi lambang k. Untuk udara besarnya k = 1,401.e. Kelembaban udara Kelembaban udara merupakan derajat kekeringan atau kebasahan udara di atmosfer. Kelembaban udara dibedakan menjadi 2 yaitu- Kelembaban mutlak merupakan berat uap air didalam 1m3 udara. - Kelembaban relatif merupakan perbandingan antara kelembaban udara lembab dengan kelembaban mutlak udara jenuh pada temperatur yang sama dikalikan 100%.1.4.2. Teori Kompresi Gas a. Hubungan antara tekanan dan volume Jika gas dikompresikan atau diekspansikan pada temperatur tetap, maka tekanannya akan berbanding terbalik dengan volumenya. Pernyataan ini disebut dengan Hukum Boyle yang dinyatakan dalam rumus :P1V1 = P2V2 = tetapb. Hubungan antara temperatur dan volume Pada tekanan tetap, volume gas berbanding lurus dengan temperatur mutlaknya. Pernyataan ini disebut dengan Hukum Charles yang dinyatakan dalam rumus :

c. Persamaan keadaan Hukum Boyle dan Hukum Charles dapat digabungkan menjadi Hukum Boyle-Charles yang dinyatakan dalam rumus:p V= m R T

p v = R T ( v = )

( v =)

konstanKeterangan :p = tekanan absolut (Pa) V = volume gas (m3) T = temperatur mutlak(oK)

= berat jenis N/m3m = berat gas (N)

1.4.3. Proses Kompresi Gas Kompresi gas dapat dilakukan dengan 3 cara yaitu dengan : a. Kompresi Isothermal (Temperatur Tetap)Jika suatu gas dikompresi maka tekanannya akan meningkat, namun jika kompresi diikuti dengan pendinginan untuk mengeluarkan panas temperaturnya dapat dijaga agar konstan. Hal ini disebut Kompresi Isothermal yang dinyatakan dalam rumus : P v = tetapP1V1 = P2V2Proses ini hanya digunakan dalam analisa teoritis. Pada kenyataannya meskipun didinginkan, masih ada kenaikan temperatur udara.b. Kompresi AdiabatikJika suatu 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 proses adiabatik yang dinyatakan dalam rumus :P vk = tetapP1v1k = P2v2k = tetap

dimana Proses ini hanya digunakan dalam analisa teoritis. Pada kenyataannya meskipun silinder diisolasi, masih ada panas yang keluar dari gas atau masuk kedalam gas.c. Kompresi PolitropikKompresi pada kompresor bukan merupakan proses isothermal atau proses adiabatik melainkan proses kompresi pada kompresor ada diantara keduanya yang disebut kompresi politropik yang dinyatakan dalam rumus :P vn = tetapP1v1n= P2v2n= tetap dimana untuk kompresor n= 1< n < k = 1,25-1,35

1.4.4. Perubahan Temperatur Pada saat terjadi kompresi, temperatur gas dapat berubah tergantung pada jenis proses yang dialami. a. Proses IsothermalDalam proses ini temperatur dijaga tetap sehingga tidak berubah. b. Proses AdiabatikPada proses ini tidak ada panas yang keluar atau masuk kedalam silinder sehingga seluruh kerja mekanis yang diberikan akan dipakai untuk menaikkan temperatur gas. Temperatur gas keluar kompresor dinyatakan dalam rumus :

Td = TsKeterangan :T = temperatur mutlak (oK)Pd/Ps = perbandingan kompresi gas m = jumlah tingkat :1,2,3,....

c. Proses Politropik Pada proses ini sebagian panas yang muncul dikeluarkan melalui pendinginan. Temperatur gas keluar kompresor dinyatakan dalam rumus :

Td = Ts n = indeks politropis

1.5. Udara Bertekanan dan PemanfaatannyaUdara bertekanan yang dihasilkan kompresor mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan tenaga listrik dan hidrolik, yang antara lain adalah : konstruksi dan operasi mesin serta fasilitasnya adalah sangat sederhana, pemeliharaan dan pemeriksaan mesin dan peralatan dapat dilakukan dengan mudah, energi dapat disimpan. Selain itu kerja dapat dilakukan dengan cepat, harga mesin dan peralatan relatif lebih murah, kebocoran udara yang dapat terjadi tidak membahayakan dan tidak menimbulkan pencemaran. Pemanfaatan udara bertekanan sangat banyak dan bervariasi, terutama sebagai sumber tenaga. Pada praktik dilapangan penggunaan udara bertekanan digolongkan menurut gaya dan akibat yang ditimbulkannya, seperti diuraikan dalam Tabel 1.2.Pemilihan kompresor udara pada pemakaian perlu memperhatikan dan memahami karakteristik, konstruksi dan model kompresor udara serta faktor-faktor pendukungnya. Contoh-contoh pemakaian kompresor yang sesuai diperlihatkan pada Tabel 1.3.Tabel 1.2. Contoh-contoh pemakaian udara

Tabel 1.3. Contoh-contoh penggunaan dan pemilihan kompresor

2.1. Pompa dan Sistim Pemompaan Sistim pemompaan bertanggung jawab terhadap hampir 20% kebutuhan energi listrik dunia dan penggunaan energi dalam operasi pabrik industri tertentu berkisar 25-50% (US DOE, 2004).Pompa memiliki dua kegunaan utama yaitu:a). Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer bawah tanah ke tangki penyimpan air). b). Mensirkulasikan cairan sekitar sistim (misalnya air pendingin atau pelumas yang melewati mesin-mesin dan peralatan)Komponen utama sistim pemompaan yaitu: a) Pompa b) Mesin penggerak: motor listrik, mesin diesel atau sistim udara c) Pemipaan, digunakan untuk membawa fluida d) Kran, digunakan untuk mengendalikan aliran dalam sistim e) Sambungan, pengendalian dan instrumentasi lainnya f) Peralatan pengguna akhir, yang memiliki berbagai persyaratan (misalnya tekanan, aliran) yang menentukan komponen dan susunan sistim pemompaan. Contohnya adalah alat penukar panas, tangki dan mesin hidrolik.

Gambar 2.1. Sistem pemompaan dalam sebuah industri

2.2. Klasifikasi PompaPompa hadir dalam berbagai ukuran untuk penggunaan yang luas. Pompa-pompa dapat digolongkan menurut prinsip operasi dasarnya seperti pompa dinamik atau pompa pemindahan positif.

Gambar 2.2. Berbagai jenis pompa

Pada prinsipnya, cairan apapun dapat ditangani oleh berbagai rancangan pompa. Jika berbagai rancangan pompa digunakan, pompa sentrifugal biasanya yang paling ekonomis diikuti oleh pompa rotary dan reciprocating. Walaupun, pompa perpindahan positif biasanya lebih efisien daripada pompa sentrifugal, namun keuntungan efisiensi yang lebih tinggi cenderung diimbangi dengan meningkatnya biaya perawatan.

2.3. Pompa perpindahan positif Pompa perpindahan positif dikenal dengan caranya beroperasi: cairan diambil dari salah satu ujung dan pada ujung lainnya dialirkan secara positif untuk setiap putarannya. Pompa perpindahan positif digunakan secara luas untuk pemompaan fluida selain air, biasanya fluida kental. Pompa perpindahan positif selanjutnya digolongkan berdasarkan cara perpindahannya yaitu: a) Pompa Reciprocating jika perpindahan dilakukan oleh maju mundurnya jarum piston. Pompa reciprocating hanya digunakan untuk pemompaan cairan kental dan sumur minyak. b) Pompa Rotary jika perpindahan dilakukan oleh gaya putaran sebuah gir, cam atau baling baling dalam sebuah ruangan bersekat pada casing yang tetap. Pompa rotary selanjutnya digolongkan sebagai gir dalam, gir luar, lobe, dan baling-baling dorong dll. Pompa pompa tersebut digunakan untuk layanan khusus dengan kondisi khusus yang ada di lokasi industri. Pada seluruh pompa jenis perpindahan positif, sejumlah cairan yang sudah ditetapkandipompa setelah setiap putarannya. Sehingga jika pipa pengantarnya tersumbat, tekanan akan naik ke nilai yang sangat tinggi dimana hal ini dapat merusak pompa.

2.4. Pompa DinamikPompa dinamik juga dikarakteristikkan oleh cara pompa tersebut beroperasi: impeler yang berputar mengubah energi kinetik menjadi tekanan atau kecepatan yang diperlukan untuk memompa fluida. Terdapat dua jenis pompa dinamik yaitu : a) Pompa sentrifugal merupakan pompa yang sangat umum digunakan untuk pemompaan air dalam berbagai penggunaan industri. Biasanya lebih dari 75% pompa yang dipasang di sebuah industri adalah pompa sentrifugal. b) Pompa dengan efek khusus terutama digunakan untuk kondisi khusus di lokasi industri. 2.5. Cara Kerja Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal merupakan salah satu peralatan yang paling sederhana dalam berbagai proses pabrik. Gambar 8 memperlihatkan bagaimana pompa jenis ini beroperasi: a) Cairan dipaksa menuju sebuah impeler oleh tekanan atmosfir, atau dalam hal jet pump oleh tekanan buatan. b) Baling-baling impeler meneruskan energi kinetik ke cairan, sehingga menyebabkan cairan berputar. Cairan meninggalkan impeler pada kecepatan tinggi. c) Impeler dikelilingi oleh volute casing atau dalam hal pompa turbin digunakan cincin diffuser stasioner. Volute atau cincin diffuser stasioner mengubah energi kinetik menjadi energi tekanan.

Gambar 2.3. Lintasan aliran cairan pompa sentrifugal

2.6. Contoh Pelayanan PompaA. Air minum Pompa-pompa penyedia air mempunyai berbagai ukuran dari yang besar untuk perkotaan sampai yang kecil untuk gedung dan rumah tangga. Dalam praktek penyediaan air,terdapat empat macam cara yaitu :1. Penyediaan air langsung dari pipa air kota Dalam hal ini, air dari pipa perusahaan air minum kota disalurkan langsung kedalam gedung ke segala titik pemakaian. Jadi tekanan yang diperlukan langsung dari pusat perusahaan air minum. (Gambar 2.4a).2. Penyediaan air dengan tangki atasCara ini dipakai jika penyaluran air langsung ke titik tertentu yang memerlukan didalam gedung tak dapat dilakukan karena tekanannya kurang tinggi. Untuk mengatasi hal ini sebuah tangki atas harus dipasang di puncak gedung. Dari tangki ini air di bagikan ke berbagai titik.(Gambar 2.4b).3. Penyediaan air dengan tangki tekan Cara ini dipergunakan jika air dari perusahaan air minum kota tidak cukup tekanan nya untuk mencapai titik-titik yang tinggi didalam gedung. Dalam hal ini sebuah tangki tekanan yang berupa bejana tertutup, dipasang didekat pompa. Air dari reservoir dipompa ke dalam tangki tekanan ini kemudian disalurkan ke segala penjuru dengan tekanan udara yang terkurung di bagian atas tangki. (Gambar 2.4c dan d).4. Penyediaan air dengan pompa penguat Sistem ini tidak menggunakan tangki atas maupun tangki tekan, jadi air langsung dipompa dari reservoir ke titik-titik pemakai.

Gambar 2.4. Berbagai macam penyediaan air

B. Pelayanan Pusat Tenaga1. Pompa air pengisi ketelPompa ini berfungsi untuk memasukkan air pengisi kedalam ketel yang bertekanan tinggi. Karena itu pompa ini harus bertekanan tinggi dan tahan temperatur tinggi. Untuk kapasitas besar dan tekanan tinggi dipergunakan pompa pengisi ketel jenis tromol (Gambar 2.5). Jenis tromol ini terdiri dari sebuah tromol yang berfungsi sebagai bejana penahan tekanan dan sebuah pompa yang diletakkan didalamnya.

Gambar 2.5. Konstruksi sebuah pompa diffuser bertingkat banyak dengan rumah berbemtuk tromol2. Pompa KondensatPompa ini dipakai untuk mengalirkan air yang diembunkan didalam kondenser ke pompa air pengisi ketel. Karena air diambil dari kondenser yang bertekanan rendah (dibawah tekanan atmosfer) maka jenis pompa yang sering dipakai yaitu pompa jenis tromol sumuran untuk memperoleh NPSH yang cukup pada impeler tingkat pertama. (Gambar 2.6)

Gambar 2.6. Pompa jenis tromol sumuran3. Pompa sirkulasi airPompa ini mengalirkan air pendingin ke kondenser. Biasanya diperlukan pompa yang diameter keluar yang besar karena debit yan gdialirkan cukup besar. Untuk ini sering dipakai pompa aliran campuran poros tegak. Jika air pendingin harus dialirkan melalui menara pendingin head yang diperlukan menjadi lebih tinggi sehingga pompa yang digunakan yaitu jenis pompa volut isapan ganda.