KOMPRESOR DAN SISTIM UDARA TEKAN

I. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan mahasiswa diharapkan dapat:

1. Mengenal bagian-bagian kompresor dan sistem udara tekan

2. Dapat mengoperasikan kompresi di Laboratorium Utilitas

3. Dapat menghitung secara langsung efisiensi isotermal kompresor

II. ALAT YANG DIGUNAKAN

Kompresor

III. DASAR TEORI

Bila tekanan fluida mampu mampat dinaikkan secara adiabatik, suhu

fluida juga naik. Kenaikan suhu menimbulkan beberapa kerugian, karena volume

spesifik fluida naik bersama suhu, kerja yang diperlukan untuk memampatkan

satu pon fluida akan menjadi lebih besar jika kompresi dilakukan secara isotermal.

3.1 Prinsip Kerja

Kompresor adalah peralatan mekanik yang digunakan untuk memberikan

energi kepada fluida gas/udara, sehingga gas/udara dapat mengalir dari suatu

tempat ke tempat lain secara kontinyu.

Penambahan energi ini bisa terjadi karena adanya gerakan mekanik,

dengan kata lain fungsi kompresor adalah mengubah energi mekanik (kerja) ke

dalam energi tekanan (potensial) dan energi panas yang tidak berguna.

Sedangkan kompresor sentrifugal, termasuk dalam kelompok kompresor

dinamik adalah kompresor dengan prinsip kerja mengkonversikan energi

kecepatan gas/udara yang dibangkitkan oleh aksi/gerakan impeller yang berputar

dari energi mekanik unit penggerak menjadi energi potensial (tekanan) di dalam

diffuser. 

3.2 Karakteristik 

Karakteristik kompresor sentrifugal secara umum sebagai berikut :

- Aliran discharge uniform.

- Kapasitas tersedia dari kecil sampai besar.

- Tekanan discharge dipengaruhi oleh density gas/udara.

- Mampu memberikan unjuk kerja pada efisiensi yang tinggi dengan

beroperasi pada range tekanan dan kapasitas yang besar.

3.3 Bagian Utama Dan Fungsinya 

Kompresor terdiri dari beberapa bagian yang fungsinya satu dengan yang

lain saling berhubungan, diantaranya adalah : 

a. Bagian Statis

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. Inle

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 erosi.

Guide vane di tempatkan pada bagian depan eye impeller 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.

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).

Diffuser berfungsi untuk merubah energi kecepatan yang keluar dari

discharge impeller menjadi energi potensial (dinamis). Untuk multi stage

dipasang diantara inter stage impeller.abirinth Seal

Labirinth seal digunakan untuk menyekat pada daerah :

- Shaft dan diafragma sebagai shaft seal.

- Casing dan shaft sebagai casing seal.

Return bend sering juga disebut crossover yang berfungsi membelokan

arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk pada

stage/impeller berikutnya. Return bend di bentuk oleh susunan diafragma

yang dipasang dalam casing.

Return channel adalah saluran yang berfungsi memberi arah aliran gas dari

return bend masuk ke dalam impeller 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.

Diafram 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.

 

b. Bagian Dinamis

Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeller dan

meneruskan daya dari pengerak ke impeller. Untuk penempatan impeller

pada shaft di gunakan pasak (key) dan pada multi stage, posisi pasak di

buat selang-seling agar seimbang. 

Sedangkan jarak antar stage dari impeller 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 impeller.

Impeller berfungsi untuk menaikan kecepatan gas dengan cara berputar,

sehingga menimbulkan gaya. Hal ini menyebabkan gas masuk/mengalir

dari inlet tip (eye impeller) ke discharge tip. Karena adanya perubahan

jari-jari dari sumbu putar antara tip sudu masuk dengan tip sudu keluar

maka terjadi kenaikan energi kecepatan.

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.

Pada kompresor sentrifugal terdapat dua jenis bearing, yaitu :

- digunakan untuk mendukung beban dengan arah radial (tegak lurus

poros)

-digunakan untuk mendukung beban kearah aksial (sejajar poros).

Oil film seal merupakan salah satu jenis seal yang digunakan dalam

kompresor. Oil film seal terdiri dari satu atau dua seal ring.

Pada seal jenis ini diinjeksikan minyak (oil) sebagai penyekat/perapat (seal

oil) antara kedua seal ring yang memiliki clearence sangat kecil terhadap

shaft. Tekanan masuk seal oil dikontrol secara proporsional berdasarkan

perbedaan tekanan sekitar 5 psi diatas tekanan internal gas dan perbedaan

tekanan oil-gas selalu dipertahankan.

Sehubungan dengan kondisi operasi tidak selalu konstan, maka untuk

mempertahankan perbedaan tekanan antar seal oil dan gas dapat sesuai dengan

kondisi operasi, digunakan overhead tank.

Sistem overhead tank adalah memasang tanki penampung seal oil dengan

ketinggian tertentu diatas kompresor dan level seal oil dalam tanki dikontrol

melalui level control operated valve, kemudian tekanan gas stream dimasukan

kedalam tanki melalui bagian atas (top) sehingga memberikan tekanan pada

permukaan seal oil.

Dengan sistem overhead tank, maka head static seal oil secara otomatis dapat

menyesuaikan dengan kondisi operasi kompresor, sehingga perbedaan tekanan

oil-gas proses dapat dipertahankan konstan.

Gambar berikut menunjukan sistim overhead tank untuk seal oil pada oil film

shaft seal with cylindrical bushing.

Unjuk kerja kompresor sentrifugal berkaitan dengan beberapa parameter utama,

yaitu :

Head

Efisiensi

Kapasitas

Daya

Untuk dapat mengetahui harga masing-masing parameter berdasarkan kondisi

operasi, maka digunakan berbagai rumus perhitungan dan proses pendekatan.

Kompresor sentrifugal didalam proses kerjanya dapat ditinjau dengan

menggunakan dua pendekatan :

1. Proses adiabatic (isentropic), yaitu proses dengan menggunakan asumsi

ideal, dimana proses berlangsung pada entropi konstan (tidak ada panas

yang masuk dan keluar) meskipun pada kenyataannya energi panas tidak

bisa dirubah secara keseluruhan menjadi kerja, karena ada kerugian.

2. Proses Politropik adalah proses kerja aktual yang dihasilkan oleh

kompresor itu sendiri.

1. Head

1.1 Head isentropik

Head isentropik adalah kerja per satuan massa yang diperlukan oleh

kompresor pada proses isentropic. 

1.2. Head Politropik

Head politropik adalah kerja per satuan massa yang diperlukan oleh

kompresor pada proses polytropik reversible dengan kondisi gas masuk dan

keluar kompresor yang sama.

2. Efisiensi

2.1. Efisiensi isentropik

Effisiensi isentropic adalah perbandingan antara head isentropic dengan

head aktual.

2.2. Effisiensi Politropik

Efisiensi politropik dari sebuah kompresor merupakan perbandingan

antara head politropik dengan head isentropik.

3. Kapasitas

Kapasitas kompresor sentrifugal dapat dinyatakan dalam berbagai bentuk

seperti :

- Inlet volume flow (ICFM) atau actual inlet volume flow (ACFM).

- Standard inlet volume flow (SCFM) pada kondisi standard yaitu pada

tekanan 14,7 psia dan suhu 60oF = 520o R.

- Mass flow rate : kapasitas yang dihitung dalam laju aliran massa dengan

satuan lbm/minute.

3.4 Parameter Yang Mempengaruhi Unjuk Kerja 

Unjuk kerja kompresor centrifugal dipengaruhi oleh beberapa

parameter, antara lain sebagai berikut :

1. Pengaruh Suhu Gas Masuk (T1)

Bila suhu gas masuk naik menyebabkan :

Kerapatan massa gas menurun pada kapasitas yang sama.

Laju aliran massa yang dihasilkan menurun.

Daya yang dibutuhkan oleh kompresor naik.

Pressure ratio menurun.

Begitu pula sebaliknya.

2. Pengaruh Tekanan Gas Masuk (P1)

Pada kompresor yang beroperasi pada putaran konstan dan laju

aliran volume yang sama, maka penurunan tekanan gas masuk

menyebabkan :

Laju aliran gas keluar kompresor turun.

Tekanan gas keluar kompresor turun.

Kebutuhan daya kompresor turun.

Untuk menjaga tekanan gas keluar kompresor yang konstan, maka

kompresor diharuskan beroperasi dengan putaran tinggi, akibatnya daya

yang dibutuhkan oleh kompresor bertambah.

3. Pengaruh Jenis Gas (S.G)

Bila jenis gas berubah komposisinya dan spesific gravity (S.G) gas

turun menyebabkan :

Laju aliran massa menurun.

Daya yang dibutuhkan kompresor menurun.

4. Pengaruh Faktor Kompresibelitas (Z)

Faktor kompresibelitas gas sangat dipengaruhi oleh

jenis/komposisi gas dan tekanan dan temperatur.

Bila Z naik dan kapasitas konstan menyebabkan :

Daya yang diperlukan kompresor naik.

Pressure ratio menurun.

Dan begitu pula sebaliknya.

5. Pengaruh Putaran Kompresor (n)

Perubahan putaran kompresor akan berpengaruh banyak terhadap

karakteristik kompresor.

Dengan kenaikan putaran kompresor mengakibatkan :

Naiknya kapasitas/laju aliran massa sebanding dengan kenaikan

putarannya.

Naiknya head yang sesuai dengan perbandingan putaran pangkat 2.

Naiknya kebutuhan daya yang diperlukan sesuai dengan

perbandingan putaran pangkat 3.

Dan begitu pula sebaliknya.

6. Pengaruh Perubahan Diameter Luar Impeler (D2)

Perubahan ukuran diameter luar impeler mempunyai pengaruh

yang sama dengan perubahan putaran. Bila ukuran diameter luar impeler

diperbesar dimana kompresor beroperasi pada putaran tetap, maka

menyebabkan :

Kenaikan kapasitas sebanding dengan perbandingan kenaikan

diameter.

Kenaikan head sebanding dengan perbandingan kenaikan diameter

impeler pangkat 2.

Kenaikan daya yang diperlukan kompresor sesuai dengan

perbandingan kenaikan diameter impeller pangkat 3.

Dan begitu pula sebaliknya.

7. Pengaruh Laju Aliran Massa (m)

Pada kondisi awal yang sama, maka kenaikan laju aliran massa

mengakibatkan :

Kenaikan tenaga yang diperlukan kompresor. Dan begitu pula

sebaliknya.

IV. PROSEDUR KERJA

1. Membuka semua aliran keluar kompresor yang menuju ke sistem

pengguna

2. Menghidupkan kompresor

3. Mencatat tekanan masuk yang terdapat pada indikator tekanan bagian

masuk

4. Mencatat tekanan keluar yang terdapat indikator tekanan bagian keluar

5. Mencatat laju alir udara pada flow meter

6. Menghitung efisiensi kompresor

V. DATA PENGAMATAN

Tabel 1. Pengamatan Perlakuan

1 lb/in2 = 6,895 kPa

Tabel 2. Spesifikasi alat kompresor.

Tipe House Power Displacement Max Pressure Tank size

Kompresor Hp Kw Cs/m L/m Psig Kg/cm2 Liter galon

7 EIO3 10 7,5 43 1217 188 13 230 60

Tabel 3. Konversi

Pmasuk (P1)(lb/in2) Kpa Pkeluar (P2)(lb/in2) Kpa

24 165,48 10 68,95

40 275,8 20 137,9

54 372,33 50 344,75

110 758,45 100 689,5

VI. PERHITUNGAN

1 kPa = 0,00986 atm

1 atm =1 atm x1 Kpa

0,00986 atm= 101,4199 kPa

RunWaktu

( menit )

Parameter yang dicatat Efisiensi

(%)Pmasuk(P1)(lb/in2) Pkeluar(P2)(lb/in2)

1 2 24 10 8,067

2 4 40 20 4,032

3 6 54 50 2,688

4 8 110 100 2,016

Tekanan awal ( Po ) = Tekanan udara yang masuk

= 1 atm

= 101,4199 kPa = 101,42 kPa

Volume tangki kompresor = 230 liter = 230 dm3 = 0,23 m3

Udara masuk kompresor ( T1 ) = 29oC

α = CpCv

→ Cp = Cv + R

= 5 R2

+R

= 7 R2

=75=1,4

a. Kapasitas Kompressor

Pada Run 1, t = 2 menit

T2

T1

=[ P2

P1 ]α−1 /α

P2

P1

=[T 2

T 1 ]α /α−1

68,95 kPa165,48 kPa

=[ T2

T1 ]1,4 /1,4−1

0,41667 ¿ [T2

T1 ]3,5

T2

T1

=(0,416667 )1/3,5

T2

T1

=0,779

T2 = 0,779 x 29oC

T2 = 22,5822oC

Maka :

Q1=Pmax−Pmin

Po

xVt

x (273+T2

273+T1)

¿ 758,45−165,48101,42

x0,23m3

2menitx

(273+22,5822 ) K(273+29 ) K

= 5,8467 x 0,115 x 0,9787

= 0,65 m3/menit

Pada Run 2, t = 4 menit

T2

T1

=[ P2

P1 ]α−1 /α

P2

P1

=[T 2

T 1 ]α /α−1

137,9 kPa275,8 kPa

=[ T2

T1 ]1,4 /1,4−1

0,5 ¿ [T2

T1 ]3,5

T2

T1

=(0,5 )1 /3,5

T2

T1

=0,8203

T2 = 0,8203 x 29oC

T2 = 23,79oC

Maka :

Q2=Pmax−Pmin

Po

xVt

x ( 273+T2

273+T1)

¿ 758,45−165,48101,42

x0,23m3

4menitx

(273+23,79 ) K(273+29 ) K

= 5,8467 x 0,0575 x 0,9827

= 0,3304 m3/menit

Pada Run 3, t = 6 menit

T2

T1

=[ P2

P1 ]α−1 /α

P2

P1

=[T 2

T 1 ]α /α−1

344,75 kPa372,33 kPa

=[ T2

T1 ]1,4 /1,4−1

0,926 ¿ [T2

T1 ]3,5

T2

T1

=(0,926 )1/3,5

T2

T1

=0,9783

T2 = 0,9783 x 29oC

T2 = 28,36oC

Maka :

Q3=Pmax−Pmin

Po

xVt

x ( 273+T2

273+T1)

¿ 758,45−165,48101,42

x0,23m3

6menitx

(273+28,36 ) K(273+29 ) K

= 5,8467 x 0,0383 x 0,998

= 0,2234 m3/menit

Pada Run 4, t = 8 menit

T2

T1

=[ P2

P1 ]α−1 /α

P2

P1

=[T 2

T 1 ]α /α−1

689,5 kPa758,45 kPa

=[ T2

T1 ]1,4 /1,4−1

0,91 ¿ [T2

T1 ]3,5

T2

T1

=(0,91 )1 /3,5

T2

T1

=0,9734

T2 = 0,9734 x 29oC

T2 = 28,23oC

Maka :

Q4=Pmax−Pmin

Po

xVt

x ( 273+T 2

273+T 1)

¿ 758,45−165,48101,42

x0,23m3

8menitx

(273+28,23 ) K(273+29 ) K

= 5,8467 x 0,0288 x 0,9974

= 0,1678 m3/menit

Kapasitas Kompresor Rata-rata

¿Q1+Q 2+Q3+Q 4

4

¿(0,65+0,3303+0,2234+0,1678 )m3/menit

4

= 0,342875 m3/menit

b. Daya Kompresor

Karena Ws tidak dipengaruhi oleh waktu, maka usaha yang

digunakan untuk koefisien bernilai sama.

W s=α xPmin xV

α−1x [( Pmax

Pmin)

1,4−1/1,4

−1]¿ 1,4 x165,48 kPa x 0,23 m3

1,4−1x [( 758,45 kPa

165,48 kPa )1,4−1 /1.4

−1]= 133,2114 x 0,545

= 72,59 KJ

Maka Daya Kompresor

Pada Run 1, t = 2 menit = 120 detik

P1=W s

t

¿ 72,59 KJ120 dtk

¿0,605 KJ /dtk

= 0,605 KW

Pada Run 2, t = 4 menit = 240 detik

P2=W s

t

¿ 72,59 KJ240 dtk

¿0,3024 KJ /dtk

= 0,3024 KW

Pada Run 3, t = 6 menit = 360 detik

P3=W s

t

¿ 72,59 KJ360 dtk

¿0,2016 KJ /dtk

= 0,2016 KW

Pada Run 4, t = 8 menit = 480 detik

P4=W s

t

¿ 72,59 KJ480 dtk

¿0,1512 KJ /dtk

= 0,1512 KW

Daya Kompresor Rata-Rata

¿(0,605+0,3024+0,2016+0,1512 ) KW

4

¿0,31505 KW

c. Efisiensi Kompresor

Pada Run 1

η1=PPraktek

Pteori

x 100%

¿ 0,605 KW7,5 KW

x100 %

¿8,067 %

Pada Run 2

η2=PPraktek

P teori

x 100%

¿ 0,3024 KW7,5 KW

x 100 %

¿4,032 %

Pada Run 3

η3=PPraktek

P teori

x 100%

¿ 0,2016 KW7,5 KW

x100 %

¿2,688 %

Pada Run 4

η4=PPraktek

Pteori

x100%

¿ 0,1512 KW7,5 KW

x 100 %

¿2,016 %

Efisiensi Kompresor Rata-Rata

¿P praktek

P teori

x 100 %

¿ 0,31505 KW7,5 KW

x100 %

¿4,2 %

VII. ANALISA PERCOBAAN

Untuk Percobaan kali ini, kami melakukan percobaan mengenai

kompresor dan sistem udara tekan yang bertujuan agar kami dapat

mengenal bagian-bagian kompresor dan sistem udara tekan,

mengoperasikan kompresor. Kompresor merupakan peralatan mekanik

yang digunakan untuk mengalirkan fluida gas/udara dari suatu tempat ke

tempat lain berdasarkan perbedaan tekanan. Sedangkan sistem udara tekan

merupakan sistem udara yang dihasilkan dari proses kompresi

(pemampatan) gas oleh kompresor.

Komponen utama kompresor yaitu katup searah, peti gasket, piston

dan cincin piston, mantel air pendingin dan roda daya. Sistem udara tekan

pada kompresor juga terdapat bagian filter yang berguna untuk mencegah

debu masuk kompresor, supaya alat tidak mudah mengalami kerusakan

akibat debu yang menyelubungi komponen alat.

Berdasarkan data pengamatan dan perhitungan yang dilakukan,

didapatkan kapasitas dan daya kompresor denngan cara mengamati nilai

tekanan masuk dan tekanan keluar. Kemudian dengan rumus-rumus

menghitung kapasitas kompresor, daya kompresor dan efisiensi kompresor

dapat diketahui bahwa semakin lama waktu sistem pemampatan gas, maka

akan semakin besar parameter tekanan yang didapat. Namun ini tidak

berlaku dengan efisiensi kompresor bahwa semakin lama waktu sistem

pemampatan gas, efisiensi kompresor akan semakin kecil, dimana efisiensi

dapat dibandingkan dengan daya kompresor praktek-teori. Lalu

didapatkan lah nilai kapasitas kompresor sebesar 0,342879 m3/menit.

Kapasitas kompresor adalah nilai maksimal massa persatuan waktu suatu

kompresor dapat menampung dan mengalirkan suatu fluida gas/udara.

Sedangkan daya kompresor rata-rata diperoleh senilai 0,31505 KW yaitu

usaha persatuan waktu yaitu usaha yanng dilakukan kompresor persatuan

waktu. Dan efisiensi kompresor rata-rata sebesar 4,2 %.

VIII. KESIMPULAN

Setelah melakukan percobaan ini, dapat disimpulkan :

- Kompresor adalah peralatan mekanik yang digunakan untuk

mengalirkan fluida gas/udara berdasarkan perbedaan tekanan dari

suatu tempat ke tempat lain.

- Sistem udara tekan merupakan sistem udara yang dihasilkan dari

proses kompresi (pemampatan) gas oleh kompresor.

- Kapasitas kompresor rata-rata = 0,342879 m3/menit

Daya kompresor rata-rata = 0,31505 KW

Efisiensi kompresor rata-rata = 4,2 %

- Semakin lama kompresor bekerja maka tekanan akan semakin

meningkat dan daya yang diberikan akan semakin menurun.

DAFTAR PUSTAKA

Tim. 2013. Penuntun Praktikum Utilitas. Palembang: Politeknik Negeri

Sriwijaya.

http://rifkyanindika-fkm10.web.unair.ac.id/artikel_detail-50314-Catatan

%20Kuliah-Kompresor%20Sentrifugal.html

http://lexlugersianturi0.blogspot.com/2012/11/sistem-kerja-kompresor.html

GAMBAR ALAT

Kompresor

LAPORAN TETAP UTILITAS

“KOMPRESOR DAN SISTIM UDARA TEKAN”

Oleh :Kelompok 3

Dedek Okta Wijaya (061130400292)Dzaar Alghiffari (061130400293)Fitrie Cantate Simangunsong (061130400296)Mariani Sihombing (061130400302)M. Nur Arifin (061130400303)Putri Pratiwi (061130400306)Sherren Devykha Yandha (061130400310)Yati (061130400312)

5 KA

Dosen Pembimbing:Ir. H. M. Yerizam, M.T.

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYAPALEMBANG

2013

LAPORAN TETAP UTILITAS

“WATER TREATMENT”

Oleh :Kelompok 3

Dedek Okta Wijaya (061130400292)Dzaar Alghiffari (061130400293)Fitrie Cantate Simangunsong (061130400296)Mariani Sihombing (061130400302)M. Nur Arifin (061130400303)Putri Pratiwi (061130400306)Sherren Devykha Yandha (061130400310)Yati (061130400312)

5 KA

Dosen Pembimbing:Ir. A. Husaini, M.T.

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYAPALEMBANG

2013