kompresor termodinamika
DESCRIPTION
pTRANSCRIPT
PENERAPAN THERMODINAMIKA PADA
KOMPRESOR
Riyanto, K2514055
Universitas Sebelas Maret
Abstrak
Termodinamika 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, kompresor
A. PENDAHULUAN
Termodinamika 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,
Thermodinamika Kompresor Page 1
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. PEMBAHASAN
1. 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 Thobi’ah, 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
Thermodinamika Kompresor Page 2
(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
Thermodinamika Kompresor Page 3
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
Thermodinamika Kompresor Page 4
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 ½ 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 :
Thermodinamika Kompresor Page 5
P1.V1 = P2.V2 = tetap ( p : kgf/cm2 atau Pa dan V : m3)
Udara Bertekanan dan Pemanfaatannya
Udara 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 sederhana
b). Pemeliharaan dan pemeriksaan mesin dan peralatandapat dilakukan dengan mudah
c). Energi dapat disimpan
d). Kerja dapat dilakukan dengan cepat
e). Harga mesin dan peralatan relatif lebih murah
f). 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.
Thermodinamika Kompresor Page 6
Gambar 2. Klasifikasi Kompresor
Thermodinamika Kompresor Page 7
Gambar 3. Klasifikasi Kompresor
Kompresor juga dapat diklasifikasikan atas dasar konstruksinya seperti diuraikan
sebagai berikut :
(1) Klasifikasi berdasar jumlah tingkat kompresi
( mis : satu tingkat, dua tingkat, … , banyak tingkat)
Thermodinamika Kompresor Page 8
(2) Klasifikasi berdasarkan langkah kerja
( mis : kerja tunggal/ single acting dan kerja ganda/ double acting)
(3) Klasifikasi berdasarkan susunan silinder “khusus kompresor torak” (mis: mendatar,
tegak, bentuk L,bentuk V, bentuk W, bentuk bintang dan lawanimbang/ balans oposed)
(4) Klasifikasi berdasarkan cara pendinginan
(mis : pendinginan air dan pendinginan uda`ra)
(5) Klasifikasi berdasarkan transmisi penggerak
(mis:langsung, sabuk V dan roda gigi)
(6) Klasifikasi berdasarkan penempatannya
(mis : permanen/ stationary dan dapat pindah-pindah/portable)
(7) Klasifikasi berdasarkan cara pelumasannya
(mis : pelumasan minyak dan tanpa minyak)
2. Konstruksi Kompresor
A. Kompresor Torak
Kompresor torak atau kompresor bolak-balik pada dasarnya adalah merubah
gerakan putar dari penggerak mula menjadi gerak bolak-balik torak/ piston. Gerakan ini
diperoleh dengan menggunakan poros engkol dan batang penggerak yang menghasilkan
gerak bolak-balik pada torak.Gerakan torak akan menghisap udara ke dalam silinder dan
memampatkannya. Langkah kerja kompresor torak hampir sama dengan konsep kerja
motor torak yaitu:
(1). Langkah Isap
Langkah isap adalah bila poros engkol berputar searah putaran jarum jam, torak
bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB). Tekanan negatif terjadi
pada ruangan di dalam silinder yang ditinggalkan torak sehingga katup isap terbuka oleh
perbedaaan tekanan dan udara terisap masuk ke silinder.
(2). Langkah Kompresi
Langkah kompresi terjadi saat torak bergerak dari TMB ke TMA, katup isap dan
katup buang tertutup sehingga udara dimampatkan dalam silinder.
Thermodinamika Kompresor Page 9
(3). Langkah Keluar
Bila torak meneruskan gerakannya ke TMA, tekanan di dalam silinder akan naik
sehingga katup keluar akan terbuka oleh tekanan udara sehingga udara akan keluar.
Gambar 4. Kompresor Kerja Tunggal
Gambar 5. Kompresor Kerja Ganda
Thermodinamika Kompresor Page 10
Gambar 6. Kompresor Kerja Tunggal 1 Tingkat Pendingin Udara
Gambar 7. Kompresor Kerja Tunggal 1 Tingkat Pendingin Air
Thermodinamika Kompresor Page 11
Gambar 8. Kompresor Kerja Ganda 1 Tingkat
Gambar 9. Kompresor Kerja Ganda 2 Tingkat Lawan Imbang
Beberapa bagian dari konstruksi kompresor udara jenis torak/ piston antara lain
meliputi silinder, kepela silinder, torak/ piston, batang torak, poros engkol, katupkatup,
kotak engkol dan alat-alat bantu. Berikut ini akan diuraikan beberapa bagian utama dari
kompresor torak.
Thermodinamika Kompresor Page 12
a) Silinder dan Kepala Silinder
Silinder mempunyai bentuk silindris dan merupakan bejana kedap udara dimana
torak bergerak bolak-balik untuk mengisap dan memampatkan udara. Silinder harus kuat
menahan beban tekanan yang ada. Silinder untuk tekanan kurang dari 50 kgf/cm2 (4.9
Mpa) pada umunya menggunakan besi cor sebagai bahan silindernya. Bagian dalam
silinder diperhalus sebab cincin torak akan meluncur pada permukaan dalam silinder.
Dinding bagian luar silinder diberi siripsirip untuk memperluas permukaan
sehingga lebih cepat/kuat memancarkan panas yang timbul dari proses kompresi di dalam
silinder. Kompresor dengan pendingin air diperlengkapi dengan selubung air di dinding
luar silinder. Kepala silinder terbagi menjadi dua bagian, satu bagian sisi isap dan satu
bagian sisi tekan. Sisi isap dilengkapi dengan katup isap dan sisi tekan dilengkapi dengan
katup tekan. Pada kompresor kerja ganda terdapat dua kepala silinder, yaitu kepala
silinder atasdan kepala silinder bawah. Kepala silinder juga harus menahan tekanan
sehingga bahan pembuatnya adalah besi cor. Bagian dinding luarnya diberi sirip-sirip
pendingin atau selubung air pendingin.
b) 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 dan getaran. Cincin torak
dipasangkan pada alur-alur torak dan berfungsi sebagai perapat antara torak dan dinding
silinder. Jumlah cincin torak bervariasi tergantung perbedaan tekanan sisi atas dan sisi
bawah torak. Pemakaian 2 s.d. 4 cincin torak biasanya dipakai pada kompresor dengan
tekanan kurang dari 10 kgf/cm2. Pada kompresor tegak dengan pelumasan minyak, pada
torak dipasangkan sebuah cincin pengikis minyak yang dipasang pada alur terbawah.
Sedangkan pada kompresor tanpa pelumasan, cincin torak dibuat dari bahan yang
spesifik yaitu karbon atau teflon.
Thermodinamika Kompresor Page 13
Gambar 10. Konstruksi torak kompresor bebas minyak
c) Katup-Katup
Katup-kstup pada kompresor membuka dan menutup secara otomatis tanpa
mekanisme penggerak katup. Pembukaan dan penutupan katup tergantung dari perbedaan
tekanan yang terjadi antara bagian dalam dan bagian luar silinder. Jenis-jenis katup yang
biasa digunakan adalah jenis katup pita, katup cincin, katup kanal dan katup kepak.
Gambar 11. Konstruksi Katup Pita (Reed Valve)
Thermodinamika Kompresor Page 14
Gambar 12. Konstruksi Katup Cincin
Gambar 13. Konstruksi Katup Kanal
Gambar 14. Konstruksi Katup Kepak
Thermodinamika Kompresor Page 15
d) Poros Engkol dan Batang Torak
Poros engkol dan batang torak mempunyai fungsi utama untuk mengubah gerakan
putar menjadi gerak bolak-balik. Secara konstruksi, poros engkol dan batang torak
kompresor hampir sama dengan yang terdapat pada motor bakar. Ujung poros engkol
berhubungan dengan transmisi daya dari sumber penggerak. Poros engkol dan batang
torak biasa terbuat dari baja tempa.
e) Kotak Engkol
Kotak engkol adalah sebagai blok mesinnya kompresor yang berfungsi sebagai
dudukan bantalan engkol yang bekerja menahan beban inersia dari masa yang bergerak
bolak-balik serta gaya pada torak. Pada kompresor dengan pelumasan minyak kotak
engkolsekaligus sebagai tempat/ bak penampung minyak pelumas.
f) Pengatur Kapasitas
Volume udara yang dihasilkan kompresor harus sesuai dengan kebutuhan. Jika
kompresor terus bekerja maka tekanan dan volume udara akan terus meningkat melebihi
kebutuhan dan berbahaya terhadap peralatan. Untuk mengatur batas volume dan tekanan
yang dihasilkan kompresor digunakan alat yang biasa disebut pembebas beban
(unloader). Pembebas beban dapat digolongkan menurut azas kerjanya yaitu : pembebas
beban katup isap, pembebas beban celah katup, pembebas beban trotel isap dan
pembebas beban dengan pemutus otomatis. Pembebas beban yang difungsikan untuk
memperingan beban pada waktu kompresor distart agar penggerak mula dapatberjalan
lancar dinamakan pembebas beban awal.
Adapun ciri-ciri, cara kerja, dan pemakaian berbagai jenis pembebas beban
tersebut di atas adalah sebagai berikut.
(1). Pembebas beban katup isap
Jenis ini sering dipakai pada kompresor kecil atau sedang. Cara ini menggunakan
katup isap di mana plat katupnya dapat dibuka terus pada langkah isap maupun langkah
kompresi sehingga udara dapat bergerak keluar masuk silinder secara bebas melalui
katup ini tanpa terjadi kompresi. Hal ini berlangsung sebagai berikut.
Thermodinamika Kompresor Page 16
Gambar 15. Kerja pembebas beban katup isap
Jika kompresor bekerja maka udara akan mengisi tangki udara setringga tekanannya
akan naik sedikit dcmi sedikit. Tekanan ini disalurkan kc bagian bawah katup pilot dari
pembebas behan. Jika tekanan di dalam tangki udara masih rendah, maka katup akan
tetap tertutup karena pegas atas dari katup pilot dapat mengatasi tekanan tersebut. Namun
jika tekanan di dalam tangki udara naik sehingga dapat mengatasi gaya pegas tadi maka
katup isap akan didorong sampai terbuka.
Udara tekan akan mengalir melalui pipa pembebas beban dan menekan torak
pembebas beban pada tutup silinder ke bawah. Maka katup isap akan terbuka dan operasi
tanpa beban mulai. Selama kompresor bekerja tanpa beban, tekanan di dalam tangki
udara akan menurun terus karena udara dipakai sedangkan penambahan udara dari
kompresor tidak ada. Jika tekanan turun melebihi atas maka gaya pegas dari katup pilot
akan mengalahkan gaya dari tekanan tangki udara.
Maka katup pilot akan jatuh, laluan udara tertutup, dan tekanan di dalam pipa
pembebas beban menjadi sama dengan tekanan atmosfir. Dengan demikian torak
pembebas beban akan terangkat oleh gaya pegas, katup isap kembali pada posisi normal,
dan kompresor bekerja mengisap dan memampatkan udara.
(2). Pembebas beban dengan pemutus otomatik
Jenis ini dipakai untuk kompresor-kompresor yang relatip kecil, kurang dari 7,5 kW.
Di sini dipakai tombol tekanan (pressure switch) yang dipasang di tangki udara. Motor
penggerak akan dihentikan oleh tombol tekanan ini secara otomatik bila tekanan udara di
dalam tangki udara melebihi batas tertentu. Sebaliknya jika tekanan di dalam tangki
udara turun sampai di bawah batas minimal yang ditetapkan, maka tombol akan tertutup
dan motor akan hidup kembali. Pembebas beban jenis ini banyak dipakai padakompresor
Thermodinamika Kompresor Page 17
kecil sebab katup isap pembebas beban yang berukuran kecil agak sukar dibuat. Selain
itu motor berdaya kecil dapat dengan mudah dihidupkan dan dimatikan dengan tombol
ekanan
g) Pelumasan
Bagian-bagian kompresor torak yang memerlukan pelumasan adalah bagian-bagian
yang saling meluncur seperti silinder, torak, kepala silang, metal-metal bantalan batang
enggerak dan bantalan utama. Tujuan pelumasan adalah untuk mencegah keausan,
merapatkan cincin torak dan paking, mendinginkan bagian-bagian yang saling bergesek,
dan mencegah pengkaratan. Pada kompresor kerja tunggal yang biasanya dipergunakan
sebagai kompresor berukuran kecil, pelumasan kotak engkol dan silinder disatukan.
Sebaliknya kompresor kerja ganda yang biasanya dibuat untuk ukuran sedang dan
besar dimana silinder dipisah dari rangka oleh paking tekan, maka harus dilumasi secara
terpisah. Dalam hal ini pelumasan untuk silinder disebut pelumasan dalam dan
pelumasan untuk rangkanya disebut pelumasan luar. Untuk kompresor kerja tunggal yang
berukuran kecil, pelumasan dalam maupun pelumasan luardilakukan secara bersama
dengan cara pelumasan percik atau dengan pompa pelumas jenis rocla gigi. Pelumasan
percik, menggunakan tuas pemercik minyak yang dipasang pada ujung besar batang
penggerak.
Tuas ini akan menyerempet permukaan minyak di dasar kotak engkol sehingga
minyak akan terpercik ke silinder dan bagian lain dalam kotak engkol. Metoda pelumasan
paksa menggunakan pompa roda gigi yang dipasang pada ujung poros engkol. Putaran
poros engkol akan diteruskan ke poros pompa ini melalui sebuah kopling jenis Oldham.
Minyak pelumas mengalir melalui saringan minyak oleh isapan pompa. Oleh pompa
tekanan minyak dinaikkan sampai mencapai harga tertentu lalu dialirkan ke semua
bagianyang memerlukan melalui saluran di dalam poros engkol dan batang penggerak.
Thermodinamika Kompresor Page 18
Gambar 16. Pelumasan Paksa
Sebuah katup pembatas tekanan untuk membatasi tekanan minyak dipasang pada
sisi keluar pompa roda gigi. Kompresor berukuran sedang dan besar menggunakan
pelumasan dalam yang dilakukan dengan pompa minyak jenis plunyer secara terpisah.
Adapun pelumasan luarnya dilakukan dengan pompa roda gigi yang dipasang pada ujung
poros engkol. Pompa roda gigi harus dipancing sebelum dapat bekerja. Untuk itu
disediakan pompa tangan yang dipasang paralel dengan pompa roda gigi. Pada jalur pipa
minyak pelumas juga perlu dipasang rele tekanan. Rele ini akan bekerja secara otomatis
menghentikan kompresor jika terjadi penurunan tekanan minyak sampai di bawah batas
minimum. Jika pompa mengisap udara. karena tempat minyak kosong ataupermukaannya
terlalu rendah maka rele akan bekerja dan kompresor berhenti.
Thermodinamika Kompresor Page 19
Gambar 17. Sistem Pelumas Minyak Luar
Gambar 18. Sistem Pelumas Minyak Dalam
Thermodinamika Kompresor Page 20
h) Peralatan Pembantu
Untuk dapat bekerja dengan sempurna, kompresor diperlengkapi dengan beberapa
peralatan pembantu yang antara lain adalah sebagai berikut.
(1) Saringan udara
Jika udara yang diisap kompresor mengandung banyak debu maka silinder dan cincin
torak akan cepataus bahkan dapat terbakar. Karena itu kompresor harus iperlengkapi
dengan saringan udara yang dipasang pada sisi isapnya. Saringan yang banyak dipakai
saat ini terdiri dari tabung-tabung penyaring yang berdiameter 10 mm dan panjangnya 10
mm.
Tabung ini ditempatkan di dalam kotak berlubang-lubang atau keranjang kawat, yang
dicelupkan dalam genangan minyak. Udara yang diisap kompresor harus mengalir
melalui minyak dan tabung yang lembab oleh minyak. Dengan demikian jika ada debu
yang terbawa akan melekat pada saringan sehingga udara yang masuk kompresor
menjadi bersih. Aliran melalui saringan tersebut sangat turbulen dan arahnya membalik
hingga sebagian besar dari partikel-partikel debu akan tertangkap di sini.
Gambar 19. Saringan udara tipe genangan minyak
(2) Katup pengaman
Katup pengaman harus dipasang pada pipa keluar dari setiap tingkat kompresor.
Katup ini harns membuka dan membuang udara ke luar jika tekanan melebihi 1,2 kali
tekanan normal maksimum dari kompresor. Pengeluaran udara harus berhenti secara
tepat jika tekanan sudah kembali sangat dekat pada tekanan normal maksimum.
Thermodinamika Kompresor Page 21
Gambar 20. Katup Pengaman
(3) Tangki udara
Tangki udara dipakai untuk menyimpan udara tekan agar apabila ada kebutuhan
udara tekan yang berubah-ubah jumlahnya dapat dilayani dengan lancar. Dalam hal
kompresor torak di mana udara dikeluarkan secara berfluktuasi, tangki udara akan
memperhalus aliran. Selain itu, udara yang disimpan di dalam tangki dara akan
mengalami pendinginan secara pelan-pelan an uap air yang mengembun dapat terkumpul
di dasar tangki untuk sewaktu-waktu dibuang. Dengan demikian udara yang disalurkan
ke pemakai selain sudah dingin, juga tidak lembab.
Gambar 21. Unit Kompresor dengan Tangki Udara
(4) Peralatan Pembantu
Kompresor untuk keperluan-keperluan khusus sering dilengkapi peralatan bantu
antara lain : peredam bunyi, pendingin akhir, pengering, menara pendingin dan
sebagainya sesuai dengan kebutuhan spesifik yang dibutuhkan sistem.
Thermodinamika Kompresor Page 22
(5) Peralatan pengaman yang lain
Kompresor juga memiliki alat-alat pengaman berikut ini untuk menghindari dari
ecelakaan. alat penunjuk tekanan, rele tekanan udara dan rele tekanan minyak
Jenis penggerak dan transmisi daya Penggerak kompresor pada umumnya
memakai motor listrik atau motor bakar torak.
(1) Motor Listrik
Motor listrik pada umumnya diklasifikasikan menjadi dua yaitu motor induksi dan
motor sinkron. Motor induksi mempunyai faktor daya daya dan effisiensi lebih rendah
dibanding dengan motor sinkron. Arus awal induksi juga sangat besar. Namun motor
induksi s.d. 600 kW masih banyak dipakai karena harganya yang relatif murah dan
pemeliharaannya mudah. Motor listrik induksi terdapat 2 jenis yaitu jenis sangkar bajing
(squirel-cage) dan jenis rotor lilit (wound rotor). Motor listrik tipe sangkar bajing lebih
banyak digunakan karena mudah pemeliharaannya. Motor listrik jenis sinkron
mempunyai faktor daya dan effisiensi yang tinggi, namun harganya mahal, sehingga jika
pemakaian daya tidak merupakan faktor yang sangat menentukan, motor jenis ini
jarangdigunakan. Motor ini banyak digunakan pada industri yang membutuhkan tekanan
udara yang besar. Karakteristik starter pada motor listrik bermacammacam tergantung
pada momen awal, kapasitas sumber tenaga (listrik) yang ada dan pengaruh arus awal
pada sistem distribusi daya yang ada. Berikut tabel karakteristik start beberapa motor
listrik.
Karakteristik start motor listrik
Thermodinamika Kompresor Page 23
(2) Motor Bakar Torak
Motor bakar biasa dipergunakan sebagai penggerak kompresor bila tidak tersedia
sumber listrik di tempat pemasangan kompresor, atau memang diinginkan sebagai
kompresor portable. Motor bensin biasa digunakan pada daya s.d. 5.5 kW, sedangkan
untuk daya yang lebih besar biasa digunakan motor diesel. Daya dari motor penggerak,
baik motor listrik maupun motor bakar harus ditransmisikan ke poros kompresor untuk
supaya kompresor bekerja. Beberapa transmisi daya pada penggerak motor listrik antara
lain :
V-belt, kopling tetap dan rotor terpadu, sedangkan pada penggerak motor bakar
transmisi daya menggunakan Vbelt, kopling tetap dan atau kopling gesek. V-belt atau
sabuk-V mempunyai keuntungan putaran kompresor dapat dipilih bebas sehingga dapat
dipakai motor putaran tinggi, namun memiliki kerugian daya akibat slip antara puli dan
sabuk serta memerlukan ruangan yang besar untuk pemasangan. Transmisi model ini
banyak digunakan pada kompresor kecil dengan daya kurang dari 75 kW.
Kopling tetap mempunyai effisiensi yang tinggi serta pemeliharaannya lebih mudah,
namun transmisi ini memerlukan motor dengan putaran rendah yang umumnya harganya
mahal. Transmisi daya model ini hanya dipakai jika memeng diperlukan daya yang besar
antara 150 kW s.d. 450 kW. Rotor terpadu merupakan penggabungan poros engkol
kompresor dengan poros motor penggerak sehingga konstruksinya kompak, tidak banyak
memerlukan ruang dan pemeliharaannya lebih mudah. Namun transmisi daya model ini
memerlukan desain motor penggerak yang khusus. Kopling gesek digunakan untuk
memungkinkan motor dapat distart tanpa beban dengan membuka kopling. Kerugian
transmisi daya model ini adalah memerlukan kopling yang besar untuk kompresor
dengan fluktuasi (perubahan) momen puntir yang besar.
Penentuan Spesifikasi
Angka terpenting dalam mencermati spesifikasi kompresor adalah laju volume gas yang
dikeluarkan dan tekanan kerjanya. Jika kedua faktor itu sudah ditentukan, daya kompresor
dihitung dengan pendekatan contoh perhitungan daya yang telah diuraikan di depan.
Penentuan Spesifikasi Kompresor Udara
Perhitungan daya kompresor
Thermodinamika Kompresor Page 24
Daya yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor dapat dihitung sebagaimana contoh
berikut:
Misal : kompresor torak satu tingkat dengan effisiensi volumetris 63%, piston displacement 7.94
m3/min memampatkan udara standar menjadi 7 kgf/cm2 (g). Jika effisiensi adiabatik
keseluruhan ± 70%, berapakah daya
motor penggerak kompresor?
Q = V . Qth
Q = (0.63) (7.94)
Q = 5 m3/ min
untuk memampatkan 1 m3/min udara standar menjadi 7 kgf/cm2 (g) dengan kompresor 1 tingkat
menurut tabel memerlukan daya adiabatik teoritis 4.7074 kW, sehingga laju volume udara total
sebesar 5 m3/min akan diperlukan daya sebesar
Lad = 5 x 4.7074 = 23.5 kW
dengan effisiensi adiabatik total sebesar 70% maka dayaporos yang diperlukan kompresor adalah
:
Ls = Lad / ad = 23,5 / 0,7 = 33,6 kW
Single Stage Compressor tanpa Clearance
Operasi kompresor ini dapat dilihat pada gambar 1. Kompresi akan mengikuti kurva 1-2.
Kerja yang dilakukan per siklus adalah = W
Gambar 22.Kurva p-v
Thermodinamika Kompresor Page 25
a. Jika kompresi mengikuti hukum PVn = konstan,
Atau
b. Jika kompresi adalah adiabatis:
Atau
c. Jika kompresi adalah isotermal:
Thermodinamika Kompresor Page 26
Atau
Single Stage Kompresor dengan Clearance
Kerja yang dilakukan per siklus apabila hukum kompresi dan ekspansi mengikuti :
Gambar 23.Diagram p-v dengan clearance
W = luas daerah 1-2-3-4
= (luas daerah A-1-2-B) – (luas daerah A-4-3-B)
Thermodinamika Kompresor Page 27
Indicated Horse Power
Bila N menyatakan kecepatan poros engkol, maka jumlah langkah kerja (Nw) adalah:
Nw = N untuk kompresor aksi tunggal
Nw = 2N untuk kompresor aksi ganda
IHP=W x jumlahlangkah kerja4500
Bila W diambil dari persamaan b, maka disebut adiabatic h.p. dan jika W diambil dari
persamaan c, maka dinamakan isothermal h.p. Indicated horse power (IHP) biasa juga dikenal
sebagai air horse power
(AHP). Daya yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor disebut shaft horse power (SHP)
atau brake horse power (BHP). Jadi dalam suatu kompresor BHP selalu lebih besar daripada
IHP.
Efisiensi Kompresor
Efisiensimekanik= indicated HPBrake HP
Efisiensi isotermal= isotermal work doneindicated work done
Ini biasa juga disebut sebagai indicated isothermal efficiency, compressor efficiency atau
compression efficiency.
Efisiensi isotermal kesekuruhan= isotermal HPshaft HP
efisiensi adiabatis keseluruhan=adiabatis HPshaft HP
efisiensi volumetrik= volume of free air deliveredVolume sapuantorak
Thermodinamika Kompresor Page 28
Free air delivered (FAD) dipergunakan untuk menyatakan volume udara pada tekanan dan
temperatur masuk ke dalam kompresor.
Kompresor Bertingkat Banyak
Dalam suatu kompresor bertingkat banyak, udara mula-mula masuk ke dalam silinder
tekanan rendah/low pressure cylinder (LP cylinder) untuk dimampatkan. Kemudian udara tadi
masuk ke dalam silinder bertekanan menengah/intermediate pressure cylinder untuk
dimampatkan lagi. Akhirnya udara tersebut dikompresikan lagi ke dalam silinder bertekanan
tinggi/high pressure cylinder (HP cylinder) untuk di delivery. Dengan mengabaikan clearance
dan kemudian menggunakan hukum untuk kompresi :
pvn = konstan
Kita dapat memperoleh suatu diagram p-v untuk suatu kompresor dua tingkat seperti gambar
dibawah.
Pendinginan antara sempurna atau copmplete intercooling adalah ketika udara yang
meninggalkan intercooler (T3) adalah sama dengan temperatur udara atmosfir awal (T1). Dalam
hal ini, titik 3 terletak pada kurva isotermal seperti yang ditunjukkan gambar a.
Pendinginan antara tidak sempurna adalah jika udara yang meninggalkan intercooler (T3) lebih
tinggi dari temperatur udara atmosfir awal. Dalam hal ini, titik 3 terletak pada sisi kanan kurva
isotermal seperti yang ditunjukkan gambar b.
Gambar 24. Pendinginan antara udara
Thermodinamika Kompresor Page 29
Kerja kompresor dua tingkat :
a. Pada pendinginan antara tidak sempurna
b. Pada pendinginan sempurna
Untuk mengurangi kerja, udara didinginkan setelah dikompresi oleh kompresor. Jika P2
adalah tekanan menengah , maka :
Untuk tiga tingkat :
Jadi untuk x tingkat berlaku :
Untuk satu tingkat :
Thermodinamika Kompresor Page 30
Kerja minimum dengan intercooling :
Untuk dua tingkat :
Untuk tiga tingkat :
Untuk x tingkat :
efisiensi volumetrik keseluruhan= volume udara yangdibuang pada tekanan dan suhu masukvolume langkah silinder tekanan rendah
efisiensi volumetrik absolut= volume udara yangdibuang pada NTPvolume langkah silinder teknanrendah
B. Kompresor Rotari
Thermodinamika Kompresor Page 31
Jenis-jenis Kompresor Rotari
Ada berbagai jenis koompresor rotari, berikut ini jenis-jenis yang sering digunakan:
1. Root blower compressor.
2. Vane blower compressor.
3. Kompresor blower sentrifugal.
4. Kompresor aliran aksial.
Dua jenis pertama dikenal sebagai “kompresor perpindahan positif” (positive displacement
compressors), sedangkan dua lainnya dikenal dengan 'kompresor perpindahan non-positif'.
Root Blower Compressor
Gambar 25. Root Blower Compressor
Sebuah kompresor blower root (root blower compressor), dalam bentuk yang paling
sederhana, terdiri dari dua rotor dengan lobe (sudu) yang berputar dan mempunyai saluran
masuk dan buang. Cara kerja kompresor ini mirip dengan cara kerja pompa roda gigi. Terdapat
berbagai desain dari roda, namun umumnya kompresor mempunyai dua atau tiga lobe. Namun
prinsip kerjanya sama, seperti yang ditunjukkan pada gambar (a) dan (b).
Lobe di desain sedemikian sehingga kedap udara (rapat) pada titik singgung dengan
rumahnya.Ketika rotor berputar, udara pada tekanan atmosfir terperangkap pada ruang yang
terbentuk antara lobe dan rumahnya. Gerakan berputar dari lobe akan membuang udara yang
terperangkap ke receiver (penampung udara). Sehingga makin banyak udara yang masuk ke
receiver maka makin naik tekanannya, yang pada akhirnya tekanan tinggi akan dihasilkan oleh
receiver.
Menarik untuk diketahui bahwa ketika lobe berputar dan saluran keluar terbuka, udara
(bertekanan tinggi) dari receiver mengalir kembali ke ruang kompresor dan tercampur dengan
Thermodinamika Kompresor Page 32
udara yang terperangkap. Aliran balik berlanjut sampai tekanan di ruang lobe sama dengan
tekanan di receiver.
Kerja teoritis untuk mengkompresi udara adalah :
dimana: p1 = tekanan udara masuk
p2 = tekanan udara keluar
g = indkes adiabtiak udara
v1 = volume udara yang di kompresi
dan kerja sebenarnya
efisiensi blower root:
dimana r adalah rasio tekanan (p2 / p1). Daya yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor
dapat dihitung dari kerja yang dilakukan.
Catatan:
1. Kadang-kadang udara dengan tekanan tinggi diperoleh dengan menempatkan dua atau
lebih blower root dalam susunan seri, dan dengan menggunakan pendingin antara
diantara masing-masing tingkat.
2. Udara dibuang empat kali dalam satu putaran jika rotornya terdiri dari dua lobe. Dengan
cara yang sama, udara dibuang enam kali dalam satu putaran jika rotornya terdiri dari 3
lobe.
Thermodinamika Kompresor Page 33
Kompresor Vane Blower
Kompresor Vane Blower adalah bentuk paling sederhana kompresor rotari dimana
dimana terdiri dari sebuah piringan berputar secara eksentrik di dalam sebuah rumah kompresor
kedap udara dangan saluran masuk dan keluar. Piringan mempunyai beberapa slot (umumnya 4
sampai 8) yang mempunyai vane. Ketika rotor memutar piring, vane tertekan ke arah rumah
kompresor karena gaya sentrifugal, membentuk kantong udara.
Gambar 26. Kompresor Vane Blower
Energi mekanik diberikan ke piringan oleh sumber dari luar. Ketika piring berputar,
udara terperangkap di dalam kantong yang terbentuk antaravane dan rumah kompresor. Pertama-
tama, gerak putar vane mengkompresi udara, ketika vane yang berputar membuka saluran
masuk, sejumlah udara (di bawah tekanan tinggi) mengalir kembali ke dalam kantong dengan
cara yang sama dengan kompresor root blower. Sehingga tekanan udara, yang terperangkap di
dalam kantong, pertama-tama meningkat karena volume yang berkurang dan kemudian dengan
aliran balik udara. Kemudian udara dilepaskan ke receiver oleh rotasi vane. Terakhir, udara
tekanan tinggi dilepaskan oleh receiver.
Aliran Balik Pada Kompresor Udara Perpindahan Positif
Pada kompresor blower jenis root atau jenis vane, ketika lobe atau vane berputar dan
membuka saluran keluar, sebagian udara tekanan tinggi dar i receiver mengalir balik ke
ruang/kantong antara lobe dengan rumah kompresor atau vane dengan rumah kompresor. Udara
balik dari receiver ini bercampur dengan udara terperangkap dari sisi hisap sampai tekanan di
kantong sama dengan tekanan di receiver. Karena itu tekanan udara yang dilepaskan ke receiver
dari kantong udara adalah sama dengan tekanan udara di receiver. Proses aliran balik udara
adalah proses irreversible dan disebut kompresi ireversibel.
Thermodinamika Kompresor Page 34
Gambar 27. Diagram p-v kompresor udara
Perlu dicatat bahwa kenaikan tekanan pada kompresor blower root semata-mata disebabkan
oleh aliran balik, dan proses ini dijelaskan pada gambar (a). Kenaikan tekanan pada kompresor
blower vane terjadi pertama-tama karena kompresi dan kemudian karena aliran balik, seperti
ditunjukkan oleh gambar (b). Kompresor blower root hanya ada di dunia akademik saja, namun
kompresor blower vane telah digunakan, tetapi tidak terlalu sukses. Misalkan sebuah kompresor
blower vane mengkompresi udara seperti yang ditunjukkan oleh gambar (b).
Misal p1 = tekanan masuk udara
p2 = tekanan keluar udara
pd = tekanan pada titik 3
γ = indeks adiabatik udara
v1 = volume udara yang dikompresi
Kerja yang dilakukan karena kompresi (1-3) :
Dan kerja karena aliran balik (3-2) :
Thermodinamika Kompresor Page 35
Kerja total yang dilakukan :
W = W1 + W2
Efisiensi blower vane :
Catatan : harga v2 dan Pd pada persamaan (ii) dapat dicari dari persamaan :
Kompresor Sentrifugal
Kompresor blower sentrifugal adalah bentuk sederhana dari kompresorsentrifugal,
dimana terdiri dari sebuah rotor (impeller) dengan sejumlahsudu (vane) lengkung terpasang
secara simetris. Rotor berputar di dalamrumah siput kedap udara dengan saluran masuk dan
keluar udara. Casing(rumah kompresor) di desain sehingga energi kinetik udara dirobah ke
energi
tekanan sebelum meninggalkan casing seperti ditunjukkan oleh gambar.
Gambar 28. Kompresor sentrifugal
Energi mekanik diberikan ke rotor dari sumber eksternal. Ketika rotorberputar,
kompresor menghisap udara melalui matanya, meningkattekanannya karena gaya sentrifugal dan
Thermodinamika Kompresor Page 36
mendorong udara mengalir melaluidifuser. Tekanan udara terus meningkat ketika melalui
difuser. Akhirnyaudara bertekanan tinggi di buang ke receiver. Udara masuk ke impellersecara
radial dan meninggalkan impeller secara aksial.
Kerja Pada Kompresor Sentrifugal
Persamaan untuk kerja atau daya yang diperlukan bagi kompresor udaratorak dapat
digunakan untuk kerja dan daya pada kompresor rotari.
Kerja kompresor rotari:
Dimana p1 = tekanan awal udara
v1 = volume awal udara
T1 = temperatur awal udara
p2, v2, T3 = variabel yang sama untuk keadaan akhir
m = massa udara yang dikompresi per menit
Thermodinamika Kompresor Page 37
n = indeks politropik
γ = indeks adiabatik
Cp = kalor spesifik pada tekaan konstan
J = ekuivalen kalor kalor
Segitiga Kecepatan Pada Sudu Bergerak Kompresor Sentrifugal
Seperti kita ketahui bahwa udara memasuki kompresor sentrifugal secararadial dan
meninggalkan kompresor secara aksial. Lebih jauh, sudu dandifuser didesain sedemikian
sehingga udara memasuki dan meninggalkankompresor secara tangensial untuk mengurangi efek
kejutan di sisi masukdan keluar.Misalkan udara memasuki sudu pada C dan keluar pada D
seperti ditunjukkan oleh gambar
Gambar 29. Segitiga kecepatan kompresor sentrifugal
Kemudian kita gambar segitiga kecepatan pada sisi masuk dan keluarsudu seperti yang
ditunjukkan oleh gambar .
Misalkan: Vb = kecepatan linier sudu bergerak pada sisi masuk (BA)
V = kecepatan absolut udara memasuki sudu (AC)
Vr = kecepatan relatif udara terhadap sudu bergerak padasisi masuk (BC).
Merupakanperbedaan vektor antaraVb dan V.
Vf = kecepatan aliran pada sisi masuk
θ = sudut antara kecepatan relatif (Vr) dengan arah geraksudu
Vb1, V1, Vr1, Vf1, f = variabel yang bersesuaian untuk sisi keluar
Thermodinamika Kompresor Page 38
Udara memasuki sudu sepanjang AC dengan kecepatan V. Karena udaramemasuki sudu
secara tegak lurus (secara radial) terhadap arah gerak sudumaka kecepatan aliran (Vf) sama
dengan kecepatan udara (V). Selanjutnya,kecepatan pusar (whirl) pada sisi masuk menjadi nol.
Kecepatan linier ataukecepatan rata-rata sudu (Vb) digambarkan oleh BA arah dan
besarnya.Panjang BC mewakili kecepatan relatif (Vr) udara terhadap sudu. Udaramengalir di
permukaan sudu dengan kecepatan relatif (Vr1) yang ditunjukkan
oleh garis DE.
Kecepatan absolut udara (V1) ketika meninggalkan sudu ditunjukkan olehDF membentuk
sudut β dengan arah gerak sudu. Komponen tangensial V1(diwakili oleh FG) disebut kecepatan
pusar pada sisi keluar (Vw1).Komponen aksial V1 (diwakili oleh DG) disebut kecepatan aliran
sisi keluar
(Vf1).
Misalkan w = berat udara yang dikompresi oleh kompresor, kg/s. Sesuai dengan hukum Newton
kedua, gaya pada arah gerak sudu:
F = massa aliran udara/sec ´ perubahan kecepatan pusar
¿ wg
x Vw+Vw 1=w . Vw 1g
dan kerja yang dilakukan pada arah gerak sudu:
W = gaya x jarak
¿ w . Vw1g
xVb 1 kgm /sec
Daya yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor dapat dicariseperti
biasanya, dengan persamaan:
P= kerja yang dilakukan dalam kgm /s75
¿ w . Vw1 xVb 1g x 75
hp
Thermodinamika Kompresor Page 39
Catatan :
1. Dalam satuan SI, rumus untuk daya adalah:
P=w.V w1×V b1 Watt
2. Kecepatan sudu pada sisi masuk dan sisi keluar dapat diperoleh
dengan rumus:
Vb= π DN60
Vb 1=π D 1 N60
dimana D dan D1 adalah diameter dalam dan diameter luar impeller.
3. Pada kondisi ideal (dengan kata lain untuk kerja maksimum) Vw1 = Vb1 , makakerja
ideal:
¿ wg
x V2w1 ¿ w
gxV2
b1
Kompresor Aliran Aksial
Dalam bentuk yang sederhana, kompresor aliran aksial terdiri darisejumlah baris sudu
putar yang terpasang pada drum yang berputar. Drumberputar di dalam casing yang kedap udara
dimana terdapat barisan sududiam, seperti ditunjukkan oleh gambar.
Gambar 30. Kompresor aliran aksial
Thermodinamika Kompresor Page 40
Energi mekanik diberikan oleh poros yang berputar yang memutar drum.Udara masuk dari
sisikompresor. Ketika drum berputar, udara mengalirdiantara stator dan rotor. Ketika udara
mengalir dari satu pasangan stator danrotor, udara mengalami kompresi, dan begitu seterusnya.
Udara dlepaskan dibagian katup keluar dalam keadaan tekanan tinggi.
C. UNJUK KERJA KOMPRESOR
Efisiensi suatu mesin secara umum adalah rasio kerja yang dilakukandengan energi yang
diberikan. Kriteria efisiensi termodinamik kompresortorak adalah isotermal dan kompresor
sentrifugal adalah isentropik. Berikutini akan dibicarakan efisiensi untuk kedua jenis kompresor
ini.
Efisiensi Kompresor Torak
Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa kriteria efisiensitermodinamik kompresor torak
adalah isotermal. Namun secara umum,efisiensi-efisiensi berikut perlu untuk diketahui.
1. Efisiensi Isotermal (atau efisiensi kompresor)
Adalah rasio kerja (atau daya) yang diperlukan untuk mengkompresi udara secara isotermal
terhadap kerja sebenarnya yang diperlukan. Secaramatematik dirumuskan:
2. Efisiensi Isotermal Keseluruhan
Adalah rasio daya kuda isotermal terhadap daya kuda poros atau dayakuda brake (brake horse
power) dari motor atau mesin yang diperlukan olehkompresor. Secara matematik dirumuskan:
¿ dayakuda isotermaldayakuda poros atau BHPmotor
BHP = Brake Horse Power (Daya Kuda Brake)
Thermodinamika Kompresor Page 41
3. Efisiensi Mekanik
Adalah rasio daya kuda indikated terhadap daya kuda poros atau dayakuda brake
mesinpenggerak. Secara matematik dirumuskan:
4. Efisiensi Adiabatik
Adalah rasio daya kuda adiabatik terhadap daya kuda untuk menggerakkan kompresor. Secara
matematik dirumuskan:
5. Efisiensi Volumetrik
Adalah rasio volume udara bebas yang dilepaskan per langkah terhadapvolume sapuan piston.
Efisiensi volumetrik pada kompresor torak berbedaantara kompresor dengan clearance dan tanpa
clearance.
Catatan: Karena sulit untuk memvisualisasikan kondisi NTP. udara sapuan,kondisi yang banyak
digunakan adalah mendefinisikan efisiensi volumetrik sebagairasio volume udara sebenarnya
yang dihisap oleh kompresor terhadap volumesapuan piston.
Efisiensi Kompresor Sentrifugal
1. Efisiensi Isentropik (atau efisiensi kompresor)
Adalah rasio kerja (atau daya) yang dibutuhkan untuk mengkompresiudara secara isentropik
terhadap kerja aktual yang dibutuhkan untukmengkompresi udara untuk rasio tekanan yang
sama.
Secara matematik, dirumuskan:
Thermodinamika Kompresor Page 42
dimana, h2' = enthalpi udara pada sisi keluar untuk kompresi isentropik.
h2 = enthalpi udara pada sisi keluar untuk kompresi aktual.
h1' = enthalpi udara pada sisi masuk.
T2' , T2 , T1 = temperatur pada titik yang bersesuaian.
2. Efisiensi Politropik
Adalah rasio kerja (atau daya) yang dibutuhkan untuk mengkompresiudara secara politropik
terhadap kerja aktual yang dibutuhkan untukmengkompresi udara untuk rasio tekanan yang
sama.
Secara matematik, dirumuskan:
dimana, γ = rasio kalor spesifik
n = indeks politropik
C. PENUTUP
Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja
dari suatu sistem.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.
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.Kompresordapat
diklasifikasikan berdasarkan jumlah tingkat kompresi, berdasarkan langkah kerja,
berdasarkan susunan silinder “khusus kompresor torak”, berdasarkan cara pendinginan,
berdasarkan transmisi penggerak, berdasarkan penempatannya, berdasarkancara
pelumasannya. Analisis thermodinamika yang ada pada kompresor dapat diterapkan pada
perhitungannya yaitu seperti kecepatan aliran, Daya, Efisiensi, dan lain-lain.
Thermodinamika Kompresor Page 43
D. DAFTAR PUSTAKA
F. Praptono.1993. Pompa dan Kompresor.Yogyakarta:FPTK IKIPYogyakarta.
Khuriati,Ainie.2007.Buku Ajar Thermodinamika.Semarang:FMIPA UNDIP.
Hamid, Ahmad Abu.2007.Kalor dan Thermodinamika.Yogyakarta:FMIPA UNY.
Sularso, Haruo Tahara.2004.Pompa dan Kompresor.Jakarta:PT. PradnyaParamita.
Sutjiatmo, Indera Nurhadi.1981.Kompresor.Jakarta : Depdikbud.
Yunus, Asyari D.Mesin Konversi Energi.Jakarta:Universitas Darma Persada.
Thermodinamika Kompresor Page 44