kompresor termodinamika

Download kompresor termodinamika

Post on 23-Dec-2015

73 views

Category:

Documents

30 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

p

TRANSCRIPT

PENERAPAN THERMODINAMIKA PADA KOMPRESOR

Riyanto, K2514055Universitas Sebelas Maret

AbstrakTermodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan kerja yang menyebabkan perubahansuatu zat. Kajian Termodinamika secra formal dimulai sejak abad ke-18 walaupun berbagai aspek thermodinamika telah dipelajari sejak dahulu kala. Prinsip dan metode thermodinamika digunakan oleh para insinyur untuk merancang mesin-mesin pembakaran internal, pembangkit enrgi nuklir dan konvensionl, sistem pengondisi udara, sistem penggerak propulsi roket dan kendaraan darat, sistem magnet dan listrik serta sistem termolistrik. Dalam kehidupan sehari-hari kita dapat menjumpai berbagai alat yang menerapkan prinsip thermodinamika yaitu seperti mesin uap, motor bakar, kompresor, dan lain-lain.Kompresoradalah 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.Kompresor dapat diklasifikasikan berdasarkan jumlah tingkat kompresi, berdasarkan langkah kerja, berdasarkan susunan silinder khusus kompresor torak, berdasarkan cara pendinginan, berdasarkan transmisi penggerak, berdasarkan penempatannya, berdasarkancara pelumasannya.

Kata kunci : thermodinamika, aplikasi thermodinamika, kompresorA. PENDAHULUANTermodinamika merupakan bagian dari cabang Fisikayaitu Termofisika (Thermal Physics). Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem.Termodinamika juga dapat diartikan sebagai ilmu yang menjelaskan kaitan antara besaran fisis tertentu yang menggambarkan sikap zat di bawah pengaruh kalor. Prinsip dan metode thermodinamika digunakan oleh para insinyur untuk merancang mesin-mesin pembakaran internal, pembangkit energi nuklir dan konvensional, sistem pengkondisi udara, sistem penggerak propulsi roket, sistem magnet dan listrik, dan sistem termolistrik. Dalam kehidupan sehari-hari banyak sekali alat yang menggunakan prinsip thermodinamika yaitu seperti pesawat terbang, mesin uap,mesin carnot, dispenser, kompresor, motor bakar, dan lain-lain.Dalam artikel ini hanya akan dijelaskan mengenai aplikasi thermodinamika pada kompresor. Kompresoradalah 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. Kompresor banyak sekali ditemukan dalam kehidupan sehari-hari terutama di bengkel. Namun, kebanyakan orang belum mengetahui tentang prinsip thermodinamika yang ada pada kompresor tersebut. Oleh karena itu, dengan adanya artikel ini diharapkan dapat membantu menambah pengetahuan pembaca tentang thermodinamika, penerapan thermodinamika, dan analisis thermodinamika pada kompresor.

B. PEMBAHASAN1. Pengertian Termodinmika

Termodinamika merupakan bagian dari cabang Fisika yang namanya Termofisika (Thermal Physics). Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem. Termodinamika hanya mempelajari besaran-besaran yang berskala besar (makroskopis) dari sistem yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Besaran-besaran yang berskala kecil (mikroskopis) dipelajari dalam Teori Kinetik Gas (Kinetic Theory of Gas) atau Fisika Statistik (Statistical Physics).

Termodinamika juga dapat diartikan sebagai ilmu yang menjelaskan kaitan antara besaran fisis tertentu yang menggambarkan sikap zat di bawah pengaruh kalor. Besaran fisis ini disebut koordinat makroskopis sistem. Kaitan atau rumus yang menjelaskan hubungan antar besaran fisis diperoleh dari eksperimen dan kemudian dapat digunakan untuk meramalkan perilaku zat di bawah pengaruh kalor. Jadi, Termodinamika merupakan ilmu yang berlandaskan pada hasil-hasil eksperimen.

Termodinamika dalam arti sempit merupakan salah satu ranting dari Ilmu Alam, Ilmu Thobiah, atau Fisika yang mempelajari materi yang ada dalam keadaan setimbang terhadapperubahan temperatur, tekanan, volume, dan komposisi kimia. Termodinamika didasarkan pada empat konsepsi empiris, yaitu: hukum ke nol, pertama (yang berkaitan dengan kerja suatu sistem), kedua, dan ketiga Termodinamika. Oleh karena itu, sebagian ahli menyatakan, Termodinamika merupakan ranting Fisika yang mempelajari hubungan antara kalor dan kerja.

Ada dua pendapat mengenai pemanfaatan Termodinamika. Versi pertama datang dari Fisikawan dan Kimiawan. Mereka lebih condong menggunakan Termodinamika untuk meramalkan dan menghubungkan pelbagai sifat zat di bawah pengaruh kalor dan mengembangkan data termodinamis. Versi kedua berasal dari para Insinyur (Engineer). Mereka lebih condong menggunakan data termodinamis dan gagasan dasar ketetapan energi serta produksi entropi untuk menganalisis perilaku sistem yang kompleks.

Secara umum Termodinamika dapat dimanfaatkan untuk: 1).Menjelaskan kerja beberapa sistem termodinamis. 2).Menjelaskan mengapa suatu sistem termodinamis tidak bekerja sesuai dengan yang diharapkan. 3).Menjelaskan mengapa suatu sistem termodinamis sama sekali tidak mungkin dapat bekerja. 4).Landasan teoritis para Insinyur perencana dalam mendisain suatu sistem termodinamis; misalnya: motor bakar, pompa termal, motor roket, pusat pembangkit tenaga listrik, turbin gas, mesin pendingin, kabel transmisi superkonduktor, LASER daya tinggi, dan mesin pemanas surya.

Termodinamika memusatkan perhatiannya pada faham mengenai: 1).Ketetapan energi. 2).Ketetapan entropi, dalam arti, proses yang menghasilkan entropi mungkin dapat terjadi, namun proses yang menghapuskan entropi mustahil terjadi. 3).Entropi yang dapat digunakan untuk menentukan jumlah daya berguna maksimum yang dapat diperoleh dari berbagai sumber energi untuk melakukan kerja.

2. Aplikasi Thermodinamika

Prinsip dan metode thermodinamika digunakan oleh para insinyur untuk merancang mesin-mesin pembakaran internal, pembangkit energi nuklir dan konvensional, sistem pengkondisi udara, sistem penggerak propulsi roket, sistem magnet dan listrik, dan sistem termolistrik. Dalam kehidupan sehari-hari banyak sekali alat yang menggunakan prinsip thermodinamika yaitu seperti pesawat terbang, mesin uap,mesin carnot, dispenser, kompresor, motor bakar, mesin pendingin (AC, Kulkas), kipas angin, mesin diesel, thermometer, mesin cuci, heater,pembangkit daya sederhana, boiler, dan lain-lain.

3. Thermodinamika Pada Kompresor

A. Prinsip Pengkompresian Fluida Gas/ Udara

Kompresoradalah 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 dihisap 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. Pemampatan 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 1. Kompresi fluida

Perhatikan Gb. 1 dimana fluida ditempatkan dalam silinder dengan luas penampang A dan panjang langkahnya l dan dikompresi dengan gaya F melalui sebuah piston, sehingga tekanan fluida di dalam silinder adalah :

P= F/A

Hubungan antara tekanan dan volume gas dalam proses kompresi dapat diuraikan sebagai berikut. Jika selama kompresi, temperatur gas dijaga tetap(isothermal) maka pengecilan volume menjadi kali dan akan menaikkan tekanan 2 kali. Jadi pada proses kompresi isothermal tekanan akan berbanding terbalik dengan volume. Pernyataan ini disebut dengan hukum Boyle yangdinyatakan dengan persamaan :

P1.V1 = P2.V2 = tetap ( p : kgf/cm2 atau Pa dan V : m3)

Udara Bertekanan dan PemanfaatannyaUdara bertekanan yang dihasilkan kompresor mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan tenaga listrik dan hidrolik, yang antara lain adalah :

a). Konstruksi dan operasi mesin serta fasilitasnya adalahsangat sederhanab). Pemeliharaan dan pemeriksaan mesin dan peralatandapat dilakukan dengan mudahc). Energi dapat disimpand). Kerja dapat dilakukan dengan cepate). Harga mesin dan peralatan relatif lebih murahf). Kebocoran udara yang dapat terjadi tidakmembahayakan dan tidak menimbulkan pencemaran

Pemanfaatan udara bertekanan sangat banyak dan bervariasi, terutama sebagai sumber tanaga.Pemilihan kompresor udara pada pemakaian perlu memperhatikan dan memahami karakteristik, konstruksi dan model kompresor udara serta faktor-faktor pendukungnya.

B. Klasifikasi dan Konstruksi Kompresor Udara

1. Klasifikasi Kompresor

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. Ditinjau dari cara pemampatan (kompresi) udara, kompresor terbagi dua yaitu jenis perpindahan dan jenis turbo. Jenis perpindahan adalah kompresor yang menaikkan tekanan dengan memperkecil atau memampatkan volume gas yang diisap ke dalam silinder atau stator oleh torak atau sudu, sedangkan jenis turbo menaikkan tekanan dan kecepatan gas dengan gaya sentrifugal yang ditimbulkan oleh impeller atau dengan gaya angkat (lift) yang ditimbulkan oleh sudu. Klasifikasi kompresor udara dapat dicermati pada Gb. 2 berikut.

Gambar 2. Klasifikasi Kompresor

Gambar 3. Klasifikasi Kompresor

Kompresor juga dapat diklasifikasikan atas dasar konstruksinya seperti diuraikan sebagai berikut :

(1) Klasifikasi