KOMPRESOR DEFINISI KOMPRESOR

Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida mampu mampat, yaitu gas atau udara. tujuan meningkatkan tekanan dapat untuk mengalirkan atau kebutuhan proses dalam suatu system proses yang lebih besar.

Kompressor adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Secara umum biasanya mengisap udara dari atmosfer, yang secara fisika merupakan campuran beberapa gas dengan susunan 78% Nitrogren, 21% Oksigen dan 1% Campuran Argon, Carbon Dioksida, Uap Air, Minyak, dan lainnya. Namun ada juga kompressor yang mengisap udara/ gas dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfer dan biasa disebut penguat (booster). Sebaliknya ada pula kompressor yang menghisap udara/ gas bertekanan lebih rendah dari tekanan atmosfer dan biasanya disebut pompa vakum.

Fungsi dari sebuah kompresor adalah untuk menaikkan tekanan suatu gas, tekanan gas dapat dinaikkan dengan memaksakan untuk mengurangi volumenya. Ketika volumenya dikurangi, tekanannya naik. Sebuah kompresor “positive displacement”, memaksa gas dengan cara ini.

JENIS-JENIS KOMPRESORDalam kehidupan modern seperti sekarang ini kompresor mempunyai kegunaan yang sangat luas dihampir segala bidang baik di bidang industri, pertanian, rumah tangga, dsb. Jenis dan ukurannyapun baraneka ragam sesuai dengan pemakainya.

Klasifikasi kompresor dapat digolong-golongkan atas beberapa, yaitu :A. Kompresor yang digolongkan atas dasar tekanannya.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 pemampatannya kompresor dapat dibagi atas 2, yaitu :1. Jenis TurboJenis 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 PerpindahanJenis 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)• Kompresor Ulir Putar (Rotary Screw Compressor)• Lobe• Vane• Liquid Ring• Scrollb. Jenis Bolak-balik1. Kompresor Piston Aksi Tunggal

2. Kompresor Piston Aksi Ganda3. Kompresor Piston Diagfragma

C. Kompresor yang dibagi atas dasar Konstruksinya.Berdasarkan atas ini dibagi atas berbagai macam, yaitu :1. Berdasarkan Jumlah Tingkat Kompresi, 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, Bentuk–V, 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 Penempatannya, yaitu: Permanen (stationery), dapat dipindahkan (portable).7. Berdasarkan Cara Pelumasannya, yaitu: Pelumas Minyak, Tanpa Minyak.

Secara umum kompresor dibagi menjadi dua jenis yaitu dinamik dan perpindahan positif. dapat dilihat dalam bagan seperti dibawah ini.

Gambar 1. Jenis-jenis Kompresor

I. KOMPRESOR POSITIVE DISPLACEMENTJika suatu gas / udara di dalam sebuah ruangan tertutup diperkecil volumenya, maka gas / udara tersebut akan mengalami kompresi. Kompressor yang menggunakan azas ini disebut kompressor jenis displacement. Kompresor ini tersedia dalam dua jenis: reciprocating dan putar/ rotary.

1. Kompresor reciprocating (Piston)Di dalam industri, kompresor reciprocating 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. Penampang melintang kompresor reciprocating (King, Julie)

Kompresor reciprocating tersedia dalam berbagai konfigurasi; terdapat empat jenis yang paling banyak digunakan yaitu:1. Reciprocating horizontal,2. Reciprocating vertical, digunakan untuk kapasitas antara 50 – 150 cfm.3. Reciprocating horizontal balance-opposed, digunakan pada kapasitas antara 200 – 5000 cfm untuk desain multitahap dan sampai 10,000 cfm untuk desain satu tahap.4. Reciprocating tandem..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.

Gambar 3. Gambaran kompresor multi tahap (King, Julie)

Kompresor Piston (Bolak-balik) terdiri dari 3 jenis.1. Kompresor Piston Aksi TunggalKompresor piston dengan hanya mempunyai satu silinder, dengan gerakan torak yang bolak balik di dalamnya.2. Kompresor Piston Aksi GandaKompresor piston dengan mempunyai jumlah silinder lebih dari satu, dibuat dengan maksud untuk memperoleh kapasitas yang lebih besar atau tekanan yang lebih besar.3. Kompresor DiafragmaKompresor diafragma ini termasuk ke dalam jenis kompresor torak. Penempatan torak dipisahkan dengan ruangan penyedotan oleh sebuah diafragma. Udara pada proses ini tidak akan masuk dan berhubungan langsung dengan bagian-bagian yang bergerak resiprok. Oleh karena itu udara selalu dijaga dan bebas dari oli. Kompresor jenis ini banyak digunakan dalam industri bahan makanan, industri farmasi dan kmia.Prinsip kerja dari kompresor ini ialah dengan cara mengatur katup masukan udara dan diisap oleh torak yang gerakannya naik turun sesuai dengan bentuk katup. Hal ini akan terjadi terus menerus sampai tekanan yang ada di dalam bak penampung telah sesuai dengan kebutuhanBeberapa 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 to 160oC), sedangkan pada mesin satu tahap suhu lebih tinggi (205 to 240oC). Untuk keperluan praktis sebagian besar plant kompresor udara reciprocating di atas 100 horsepower/ Hp merupakan unit multi tahap dimana dua atau lebih tahap kompresor dikelompokkan secara seri.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.

2. Kompresor Putar/ RotaryKompresor 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. Jenis dari kompresor putar adalah:1. Kompresor ulir (ulir putar helical-lobe), dimana rotor putar jantan dan betina bergerak berlawanan arah dan menangkap udara sambil mengkompresi dan bergerak kedepan2. Kompresor lobe (roots blower)3. Jenis sirip (Vane) atau Jenis baling-baling putar/ baling-baling luncur.4. Ring cairan (Liquid Ring)5. Gulungan (Scroll)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

Gambar 4. Gambaran kompresor ulir

II. KOMPRESOR DINAMISKompresor dinamis terbagi ke dalam 2 jenis :1. Kompresor SentrifugalKompresor 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.

Ketika sebuah objek benda diputar dalam gerak melingkar, benda tersebut akan cenderung terlempar keluar dari pusat lingkaran.

Gambar 5. Benda Melingkar

Satu cara untuk menambah energi kepada fluida adalah dengan memutar fluida tersebut dalam arah melingkar. Gaya yang mengakibatkan sebuah objek terlempar keluar dalam gerak melingkar disebut gaya sentrifugal.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. Sentrifugal merupakan kompresor yang bekerja kontinyu, dengan sedikit bagian yang bergerak; lebih sesuai digunakan pada volum yang besar dimana dibutuhkan bebas minyak pada udaranya.

Gambar 6. Gambaran kompresor sentrifugal (King, Julie)

Kompresor udara sentrifugal menggunakan pendingin 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.

Prinsip Kerja Kompresor SentrifugalImpeller terbuat dari dua buah pelat yang dipisahkan oleh rangkaian sudu. Pada saat impeller berputar, sudu akan mendorong udara didalam impeller untuk bergerak

Gambar 7. Blades and Plates

Gambar 8. Perputaran impellerKarena tidak ada gaya sentripetal yang bekerja, putaran akan mendorong molekul udara untuk terlempar keluar dari titik pusat impeller. Kecenderungan udara atau gas untuk bergerak keluar dari pusat impeller merupakan kecenderungan dari gaya sentrifugal. Pada saat impeller berputar, ia akan menggerakkan gas menuju bagian terluar dari impeller dan mengakibatkan kecepatan gas tersebut bertambah.Bertambahnya kecepatan untuk menjauhi titik pusat impeller akan menciptakan daerah yang bertekanan rendah pada pusat impeller tersebut, yang pada akhirnya akan mengizinkan lebih banyak gas untuk memasuki impeller. Impeller melakukan kerja terhadap gas. Kerja akan dikonversikan kedalam energi yang gas akan dapatkan dalam bentuk tekanan dan kecepatan. Pada saat meninggalkan impeller, gas akan diarahkan melalui jalur yang disebut diffuser. Radius/jari-jari diffuser lebih besar daripada radius impeller dimana pola aliran gas yang melalui diffuser akan berbentuk spiral yang besar.

Gambar 9. Diffuser

Karena pola aliran menjadi lebih besar dan tidak ada pengaruh langsung yang dilakukan oleh sudu impeller, kecepatan gas akan berkurang sementara tekanan gas menjadi bertambah. Diffuser mengkonversi kecepatan menjadi tekanan yang bertambah besar. Gas yang telah melewati diffuser selanjutnya akan memasuki volute. Didalam volute, pengkonversian kecepatan menjadi tekanan terus berlanjut.

Gambar 10. Kerja impeller dan diffuser (sederhana)

2. Kompresor AxialKompresor 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.

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. StagingSelama 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. IntercoolingPengendali 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 EfficiencySecara 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 ConsumptionYang 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.

PENGKAJIAN KOMPRESOR DAN SISTIM UDARA TEKANKapasitas kompresorKapasitas 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.Kapasitas kompresor biasanya dinyatakan dengan volume gas yang diisap per satuan waktu (m3/jam)1. Kompresor torak secara teori kapasitas kompresor dapat dinyatakan sebagai :V = (π/4) x D2 x L x z x n x 60 ( m3/jam)Ket :D = diameter silinder (m)

L = panjang langkah torak (m)Z = jumlah silinderN = jumlah putaran poros per menit2. Kompresor putarV = (π/4) x (D2 – d2) x L x z x n x 60 ( m3/jam)Ket :D = diameter dalam dari silinder rumah (m)d = diameter luar dari silinder rotor (torak berputar) (m)L = panjang langkah torak (m)Z = jumlah silinderN = jumlah putaran poros per menit

Proses KompresiAda tiga macam proses kompresi yaitu :1. Kompresi IsotermalDalam proses kompresi udara selalu timbul panas, proses penghilangan/pembuangan panas oleh pendingin air dengan cepat secepat panas itu timbul maka akan diperoleh proses isothermal. Proses ini mengikuti hokum Boyle, pada kenyataannya proses isotermis ini tidak mungkin diperoleh karena tidak mungkin membuang panas dengan cepat.2. Kompresi PolitropikDalam kompresi politropik temperature gas setelah kompresi lebih tinggi daripada temperature gas pada awal langkah kompresai, meskipun selama proses tersebut berlangsung terjadi perpindahan kalor dari silinder ke sekitarnya.3. Kompresi AdiabatikProses kompresi adiabatic adalah proses kompresi tanpa perpindahan kalor dari gas dan sekitarnya, yaitu dengan jalan memberikan isolasi panas secara sempurna pada dinding silinder. Dengan kompresi adiabatic, temperature gas akan naik dan lebih tinggi dari pada kenaikan yang terjadi dengan kompresi politropikProses kompresi di dalam kompresor, dalam kenyataannya bukanlah kompresi adiabatic maupun kompresi isothermal, akan tetapi kompresi politropik. Namun, karena prosesnya mendekati kompresi adiabatic, maka dalam perhitungan dengan menggunakan diagram muller proses kompresi tersebut dianggap adiabatic.

Pengkajian kapasitas kompresorKompresor 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.

PRAKTEK PERAWATANPraktek perawatan yang baik dan benar akan secara dramatis meningkatkan efisiensi kinerja sistim kompresor. Berikut adalah beberapa tip untuk operasi dan perawatan yang efisien bagi sistim udara tekan di industri:• Pelumasan: Tekanan minyak pelumas kompresor harus secara visuil diperiksa setiap hari, dan saringan minyak pelumasnya diganti setiap bulan.• Saringan Udara: Saringan udara masuk sangat mudah tersumbat, terutama pada lingkungan yang berdebu. Saringan harus diperiksa dan diganti secara teratur.• Traps Kondensat: Banyak sistim memiliki traps kondensat untuk mengumpulkan dan (untuk traps yang dipasang dengan sebuah kran apung) me nguras kondensat dari sistim. Traps manual harus secara berkala dibuka dan ditutup kembali untuk menguras fluida yang terakumulasi, traps otomatis harus diperiksa untuk me mastikan bahwa tidak ada kebocoran udara tekan.• Pengering Udara: Udara kering merupakan energi yang intensif. Untuk pengering yang didinginkan, periksa dan ganti saringan awal secara teratur karena pengering tersebut seringkali memiliki lintasan kecil dibagian dalamnya yang dapat tersumbat oleh bahan pencemar. Pengering regeneratif memerlukan sebuah penyaring penghilang minyak pada saluran masuknya, karena mereka tidak dapat berfungsi dengan baik jika minyak pelumas dari kompresor membalut bahan penyerap airnya. Suhu pengeringan yang baik harus dijaga dibawah 100°F untuk menghindari peningkatan pemakaian bahan penyerap airnya, yang harus diganti lagi setiap 3 – 4 bulan tergantung pada laju kejenuhan.