kompresor termodinamika

57
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 Thermodinamika Kompresor Page 1

Upload: aris-purwanto

Post on 23-Dec-2015

663 views

Category:

Documents


147 download

DESCRIPTION

p

TRANSCRIPT

Page 1: kompresor termodinamika

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

Page 2: kompresor termodinamika

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

Page 3: kompresor termodinamika

(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

Page 4: kompresor termodinamika

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

Page 5: kompresor termodinamika

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

Page 6: kompresor termodinamika

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

Page 7: kompresor termodinamika

Gambar 2. Klasifikasi Kompresor

Thermodinamika Kompresor Page 7

Page 8: kompresor termodinamika

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

Page 9: kompresor termodinamika

(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

Page 10: kompresor termodinamika

(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

Page 11: kompresor termodinamika

Gambar 6. Kompresor Kerja Tunggal 1 Tingkat Pendingin Udara

Gambar 7. Kompresor Kerja Tunggal 1 Tingkat Pendingin Air

Thermodinamika Kompresor Page 11

Page 12: kompresor termodinamika

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

Page 13: kompresor termodinamika

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

Page 14: kompresor termodinamika

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

Page 15: kompresor termodinamika

Gambar 12. Konstruksi Katup Cincin

Gambar 13. Konstruksi Katup Kanal

Gambar 14. Konstruksi Katup Kepak

Thermodinamika Kompresor Page 15

Page 16: kompresor termodinamika

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

Page 17: kompresor termodinamika

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

Page 18: kompresor termodinamika

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

Page 19: kompresor termodinamika

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

Page 20: kompresor termodinamika

Gambar 17. Sistem Pelumas Minyak Luar

Gambar 18. Sistem Pelumas Minyak Dalam

Thermodinamika Kompresor Page 20

Page 21: kompresor termodinamika

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

Page 22: kompresor termodinamika

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

Page 23: kompresor termodinamika

(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

Page 24: kompresor termodinamika

(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

Page 25: kompresor termodinamika

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

Page 26: kompresor termodinamika

a. Jika kompresi mengikuti hukum PVn = konstan,

Atau

b. Jika kompresi adalah adiabatis:

Atau

c. Jika kompresi adalah isotermal:

Thermodinamika Kompresor Page 26

Page 27: kompresor termodinamika

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

Page 28: kompresor termodinamika

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

Page 29: kompresor termodinamika

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

Page 30: kompresor termodinamika

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

Page 31: kompresor termodinamika

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

Page 32: kompresor termodinamika

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

Page 33: kompresor termodinamika

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

Page 34: kompresor termodinamika

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

Page 35: kompresor termodinamika

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

Page 36: kompresor termodinamika

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

Page 37: kompresor termodinamika

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

Page 38: kompresor termodinamika

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

Page 39: kompresor termodinamika

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

Page 40: kompresor termodinamika

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

Page 41: kompresor termodinamika

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

Page 42: kompresor termodinamika

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

Page 43: kompresor termodinamika

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

Page 44: kompresor termodinamika

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