Percobaan Kompresor torak

C. PRINSIP KERJA KOMPRESI UDARA

Proses kompresi udara yang terjadi pada kompressor torak dapat dijelaskan denganmenggunakan pendekatan seperti terlihat pada gambar 2. Torak memulai langkah kompresinya pada titik (1) diagram P-V, kemudian bergerak ke kiri dan udara dimampatkan hingga tekanan naik ke titik (2). Pada titik ini tekanan dalam silinder mencapai harga tekanan Pd yang lebih tinggi dari pada tekanan dalam pipa keluar (atau tangki tekan) sehingga katup keluar pada kepala silinder akanterbuka. Jika torak terus bergerak ke kiri, udara akan didorong keluar silinder pada tekanan tetap sebesar Pd. Di titik (3) torak mencapai titik mati atas, yaitu titik akhir gerakan torak pada langkah kompresi dan pengeluaran.

Gambar 1. Diagram P-V dari Kompressor

Sumber: Sularso dan Harno Tahara, Pompa dan Kompresor, PT. Paradnya Paramitha, Jakarta,1983

Pada Gambar 2 terlihat bentuk dan susunan konstruksi kompressor yang menjelaskan secara visual bahwa udara masuk melalui air intake filter diisap oleh torak sampai ke titik maksimum bawah.Sebelum masuk ke torak udara didalam kartel bersamaan diisap melalui pipa vacum, sehingga tidak terjadinya vacum di dalam kartel.Kemudian udara yang vacum di silinder keluar melalui pipa vacum.

Gambar 2. Kontruksi kompresor torak

Sularso dan Harno Tahara, Pompa dan Kompresor, PT. Paradnya Paramitha, Jakarta,1983

D. JENIS-JENIS KOMPRESSOR

Kompresor adalah suatu alat yang dapat dipergunakan untuk menghasilkan gas atau udara yang terkompresi atau bertekanan dengan cara memampatkannya, dan dikeluarkannya pada bagian discharge. Untuk itu, kompresor memerlukan gas atau udara sebagai bahan baku pembentuk gas atau udara bertekanan, dan ini diambil oleh kompresor lewat suction-nya, oleh karena itu kompresor juga berfungsi sebagai alat transportasi, dalam hal ini mampu menarik gas atau udara ke tempat lain. Kompresor yang beroperasi dengan tekanan gas masuk dibawah tekanan atmosfer dan dikompresi menjadi tekanan atmosfer atau lebih disebut kompresor vakum.

E. KLASIFIKASI KOMPRESSOR

Dapat digolong-golongkan atas beberapa, yaitu :

1.      Klasifikasi kompresor berdasarkan cara kompressi

a.                   Kompresor torak

Kompressor torak pada dasarnya bekerja dengan peralatan yang sederhana.Kompressor torak terdiri atas sebuah piston yang bergerak ke atas dan ke bawah dalam suatu silinder yang memiliki katup isap (suction valve) dan katup buang (discharge valve).

Gambar 3. kompresor torak

Sumbe;: http://ariefwahyupurwito.files.wordpress.com/2008/09/kompresor2.pdf

Pada saat beroperasi, sejumlah volume udara tertentu diisap ke dalam silinder. Udara tersebut ditekan menurut proses kompressi polytropik untuk menaikkan tekanan dan temperaturnya. Udara yang tertekan ini disalurkan melalui katup berpegas ke dalam reservoir.Bila tekanan silinder sedikit lebih tinggi dari tekanan sistem tersebut, pengeluaran udara berlangsung sampai torak mencapai titik mati atas.Setelah piston bergerak turun, terisap lagi sejumlah volume udara tertentu melalui katup isap (inlet).

b.                   Kompresor rotari

Rotor adalah bagian yang berputar di dalam stator. Rotor terdiri dari dua baling – baling (1) dan (4).Langkah hisap terjadi saat pintu masuk (2) mulai terbuka dan berakhir setelah pintu masuk tertutup, pada waktu pintu masuk sudah tertutup dimulai langkah tekan, sampai katup pengeluaran (5) membuka, sedangkan pada pintu masuk secara bersamaan sudah terjadi langkah hisap demikian seterusnya.

Gambar 4. kompresor rotari

Sumber: http://www.bangun3.com/elektrikal/kompresor

Keuntungankompresor rotari

1.      Karena setiap putaran menghasilkan langkah – langkah hisap dan tekan secara bersamaan, maka momen putar lebih merata akibatnya getaran/kejutan lebih kecil.

2.      Ukuran dimensinya dapat dibuat lebih kecil & menghemat tempat.
Kerugian :

3.      Sampai saat ini hanya dipakai untuk sistem AC yang kecil saja sebab pada volume yang besar, rumah dan rotornya harus besar pula dan kipas pada rotor tidak cukup kuat menahan gesekan.

c.                   Kompresor sentrifugal

Kompressor ini melayani system refrigrasi yang berkapasitas antara 200 hingga 10.000 kW. Konstruksi kompressor ini sama dengan pompa sentrifugal. Fluida memasuki mata impeller yang berputar dan kemudian dilemparkan ke arah lingkaran luar impeller dengan gaya sentrifugal. Sudu-sudu impeller meninggalkan putaran tersebut dan membangkitkan tekanan.Dari impeller ini gas mengalir dari sudu-sudu penghambur atau ke ruang spiral (volute), dimana sejumlah energi kinetic diubah menjadi tekanan.Kompressor ini dapat dibuat dengan satu roda bila diinginkan perbandingan tekanan yang rendah.Walaupun mesin-mesin bertingkat ganda, kompressor ini bekerja dengan kompressi adiabatik, dengan efisiensi antara 70 % sampai 80 %.

Gambar 5. kompresor sentrifugal

Sumber: http://www.google.co.id/imglanding?q=kompresor+sentrifugal&hl

d.             Kompresor sekrup/screw

Kompressor sekrup terdiri dari dua rotor yaitu rotor jantan dan rotor betina.Uap refrigran memasuki satu ujung kompressor (di puncak) dan meninggalkan kompressor dari ujung yang lain (di bawah).Pada posisi isap, terbetuk ruang hampa sehingga uap mengalir kedalamnya.Sesaat sebelum uap interlobe tersebut meninggalkan lubang pemasukan, rongga tersebut telah dipenuhi oleh gas.Bila putaran terus berlanjut, gas yang terkurung digerakkan mengelilingi rumah kompressor.Pada putaran selanjutnya terjadi penangkapan kuping rotor jantan oleh lekuk rotor betina, sehingga memperkecil volume rongga dan menekan gas tersebut. Pada saat tertentu dalam proses kompressi katup buang terbuka, sehingga dengan penangkapan kuping lebih lanjut, gas yang tertekan keluar melalui katup buang tersebut./

Gambar 6. kompresor screw

Sumber:http://www.aircoolertechnology.com/screw_compressor.jpg

e.                   Kompresor scroll

Prinsip dasar kompresi kompresor scroll adalah interaksi antara fixed scroll (scroll yg tdk bergerak) dengan orbiting scroll (scroll yg bergerak). Kedua scroll ini saling bersinggungan identik satu sama lain tetapi berbeda sudut 180 derajat. Orbit dari scroll yg bergerak akan mengikuti path/jalur yg dibentuk oleh scroll yg tdk bergerak. Keduanya bersinggungan berdasarkan gaya sentrifugal. Ruang kompresi terbentuk dari mulai bagian luar sampai ke bagian dalam dimana volume ruang kompresi semakin diperkecil, akibatnya tekanan menjadi naik dan pada akhir kompresi, refrigerant keluar dari bagian tengah kedua scroll tersebut.

Cara kerja:

Refrigerant gas bertemperatur rendah dan bertekanan rendah (warna biru) masuk dari bagian suction ke ruang kompresor. Refrigerant ini kemudian bersinggungan dgn motor kompresor yg temperaturnya lebih tinggi sehingga terjadi aliran kalor dari motor ke refrigerant. Refrigerant ini kemudian masuk ke intake kompresor untuk memulai proses kompresi. Refrigerant yg terperangkap di ruang scroll kemudian dikompresikan untuk kemudian dikeluarkan dari bagian tengah scroll.

Pada saat proses kompresi, tekanan dan temperatur refrigerant berangsur2 naik karena volume ruang kompresi semakin diperkecil.
Refrigerant yg sudah bertekanan dan bertemperatur tinggi ini (warna merah) kemudian keluar dari kompresor melalui pipa discharge.Di bagian discharge terdapat valve disc yg berfungsi untuk mencegah tekanan balik dari discharge/condenser pada saat kompresor mati. Valve disc berfungsi seperti check valve/katup satu arah.

Diantara ruang discharge dan suction terdapat pressure relief valve yg berfungsi untuk membuang tekanan dari bagian discharge ke bagian suction jika terjadi tekanan yg berlebihan.

Pelumas yg berada dibagian bawah berdasarkan gaya centrifugal naik ke bagian atas untuk melumasi bagian2 yg bergerak melalui saluran yg ada dibagian shaft compressor

Gambar 7. kompresor scroll

Sumber: http://teachintegration.wordpress.com/hvac-forum/basic/kompresor-hermetic-scroll/

2.      Kompresor yang digolongkan atas dasar tekanannya.

Kompresor atas golongan dibagi atas 3, yaitu :

a.       Kompresor(pemampat) dipakai untuk jenis yang bertekanan tinggi.

Gambar 8. kompresor bertekanan tinggi

b.      Blower (peniup) dipakai untuk bertekanan rendah.

 

Gambar  9 .blower

Sumber:http://www.aircoolertechnology.com/blower.jpg

c.       Fan (kipas) dipakai untuk yang bertekanan sangat rendah.

 

Gambar 10. fan

Sumber: http://i599.photobucket.com/albums/tt71/Rachmat_F/350px-Turbocharger.jpg

3.      Kompresor yang digolongkan atas dasar pemampatanya.

a.         Jenis Turbo

Jenis turbo menaikan tekanan dan kecepatan gas-gas dengan gaya sentrifugal yang ditimbulkan oleh impeler atau dengan gaya angkat (lift) yang ditimbulkan oleh sudu.

1.                   Jenis Perpindahan

Jenis perpindahan menaikkan tekanan dengan memperkecil atau memafaatkan volume gas yang dihisap ke dalam silinder atau stator oleh torak atau sudu. Jenis perpindahan ini dibagi 2 macam, yaitu :

a.     Jenis putar (rotary)

                        Jenis ini dibagi atas beberapa, yaitu :

1.             Kompresor Sekrup.

Kompresor sekrup termasuk jenis kompresor perpindahan positif yang tergolong macam kompresor putar (rotary), dimana kompresor sekrup cenderung dipakai daripada kompresor torak.

Gambar 11. kompresor sekrup

Sumber:http://www.aircoolertechnology.com/screw_compressor.jpg

2.             Kompresor Sudu Luncur

Gambar 12. kompresor sudu luncur

Sumber: http://i599.photobucket.com/albums/tt71/Rachmat_F/350px-Turbocharger.jpg

3.             Kompresor Roots

 

Gambar 13. kompresor roots

Sumber: http://i599.photobucket.com/albums/tt71/Rachmat_F/350px-Turbocharger.jpg

b.    Jenis Bolak-balik

Kompresor torak ( reciprocating compressor ). Kompresor torak atau kompresor bolak-balik pada dasarnya dibuat sedemikian rupa sehingga gerakan putar dari penggerak mula diubah menjadi gerakan bolak-balik.Gerakan ini diperoleh dengan menggunakan gerak bolak-balik pada torak. Gerakan ini akan menghisap gas atau udara ke dalam silinder dan memampatkannya. Kenaikkan yang terjadi disebabkan adanya pengurangan atau pengecilan volume yang dilakukan pleh piston.Kompresor ini umumnya dipakai untuk menghasilkan gas atau udara tekanan tinggi, tetapi dengan kapasitas yang rendah.

 

Gambar 14. kompresor bolak-balik

Sumber: http://lib.atmajaya.ac.id/default.aspx?tabID=151996

4.      Kompresor yang digolongkan atas dasar Konstruksinya

Berdasarkan atas ini dibagi atas berbagai macam, yaitu :

1.                  Berdasarkan Jumlah Tingkat Kompresis, yaitu: Satu Tingkat, Dua Tingkat,dan banyak Tingkat.

Gambar 15. kompresor banyak tingkat

Sumber: http://sulthonyusuf.blogspot.com/2010/01/turbin-gas-1.html

2.                       Berdasarkan Langkah Kerja, yaitu: Kerja Tunggal (Single Acting), Kerja Ganda    (Double Acting).

Gambar 16. kompresor kerja tunggal

Sumber: http://www.bangun3.com/elektrikal/kompresor

Gambar 17. kompresor kerja ganda

Sumber:http://ariefwahyupurwito.files.wordpress.com/2008/09/kompresor2.pdf

3. Berdasarkan Susunan Silinder, yaitu: Mendatar, Tegak, Bentuk–L, Bentuk V,    Bentuk–W, Bentuk Bintang, Lawan Berimbang (Balance Oposed).

4. Berdasarkan Cara Pendingin, yaitu, Pendingin Air, Pendingin Udara.

Gambar 18. kompresor pendinginan air

Sumber: http://sholikhin.staff.uii.ac.id/?p=6

Gambar 19. Kompresor pendinginan udara

Sumber: http://jakartacity.olx.co.id/sewa-compressor-rental-kompresor-air

5.             Berdasarkan Transmisi Penggerak, yaitu: Langsung, Sabuk–V, Roda Gigi.

Gambar 20. kompresor transmisi sabuk-V

Sumber: http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRAqiXUGy0E

6. Berdasarkan Penempatanya, yaitu: Permanen (stationery), dapat dipindahkan (portable).

Gambar 21. kompresor stationer

sumber:http://4.bp.blogspot.com/portable.jpg

Gambar 22. kompresor portable

Sumber:http://www.suspensionconnection.com/ima_portable_compressor.jpg

7. Berdasarkan Cara Pelumasannya, yaitu: Pelumas Minyak, Tanpa Minyak. Dalam hal ini yang akan dibicarakan hanya mengenai kompresor jenis bolakbalik yaitu: Kompresor Sekrup.

            Dimana kompresor Sekrup ini dibagi atas 2 macam, yaitu :

1.    Kompresor Sekrup Injeksi Minyak.

            Pada kompresor ini minyak dalam jumlah yang cukup besar injeksi ke dalam pasangan alur rotar yang sedang saling berkait pada proses kompresi.

            Adapun maksudnya adalah :

a. Untuk mendinginkan udara yang sedang mengalami kompresi agar proses kompresinya berjalan secara isotermal.

b. Untuk merapatkan celah antara alur-alur rotar yang berkait dengan dinding rumah sehingga kebocoran dapat dikurangi

c. Untuk menggerakkan rotar beratur cekung oleh rotor beralur cembung denganmemberikan pelumasan yang cukup.

            Kompresor sekrup jenis injeksi minyak mempunyai tiga keistimewaanseperti tersebut di atas sedangkan konstruksinya sederhana.Biasanya kompresor inidigerakkan oleh motor listrik 2 katub atau 4 katub yang dihubungkan langsung dengan rotor yang bersalur cembung.Sebagian bantalan rotor dipakai bantalan rolatau bantalan bola kontak sudut.

            Udara yang diisap melalui saringan isap masuk ke dalam kompresor melalui brotel isap setelah dimanfaatkan lalu dialirkan bersama minyak injeksi ke dalam pemisahan minyak lalu disalurkan melalui katup cegah pengatur tekanan.Minyak di dalam penampung selanjutnya didinginkan oleh pendingin minyak lalu diinjeksikan kembali ke dalam kompresor oleh pompa roda gigi yang dihubungkan langsung dengan ujung poros rotor kompresor.

 

Gambar  23. Kompressor sekrup injeksi minyak

2. Kompresor Sekrup Bebas Minyak

Disini ditunjukkan kmpresor 2 tingkat dimana rotor yang beralur cembungpada tingkat-I dan tingkat-II mempunyai empat gigi.Rotor ini digerakkan melaluiroda gigi peningkat putaran.Rotor yang beralur cekung mempunyai 6 gigi dan beralur cembung mempunyai 4 gigi. Kedua rotor ini berputar dalam arah berlawanan dengan perbandingan putaran 2 : 3 yang diperoleh melalui sepasang roda gigi. Rotorditumpu kedua ujungnya oleh bantalan radial. Salah satu ujungnya diberi bantalanaksial untuk menahan gaya aksial yang timbul dari perbedaan tekanan udara yangbekerja pada kedua ujung rotor. Celah antara puncak gigi rotor dinding dalam rumah dibuat tetap, sedangkan celah antara kedua rotor dapat di jaga tetap dengan menyesuaikan kelonggaran pasangan roda gigi.Jadi karena tidak ada sentuhan antara gigi dengan gigi rotor maupun antara kedua rotor dengan rumah maka tidak diperlukan pelumasan.Untuk merapatkan poros pada rumah (agar kebocoran udaradapat dicegah).Dipergunakan perapat labirin yang terbuat dari cincin-cincin karbon.       

Untuk mencegah minyak terisap ke dalam rumah, poros diperlengkapi dengan paking penyapu minyak diantara bantalan dan paking poros.Sebahagian minyak pelumas mengalir melalui sebuah lubang pada ujung poros rotor melalui rongga tengah rotor untuk mendinginkan rotor.Kompresor sekrup bebas minyak bekerja dengan putaran tinggi sampai beberapa ribu rpm untuk menghindari performansi yang buruk karena kebocoran melalui kelonggaran-kelonggaran yang ada.Putaran tinggi ini dapat dicapai dengan menggunakan roda gigi peningkatan putaran.

Udara dikompresikan sampai tekanan menengah oleh kompresor tingkat pertama, kemudian didinginkan di pendingin antara.Pada tingkat ke 2 udara dikompresikan lebih lanjut sampai tekanan keluar dan didinginkan lagi kependingin akhir.Pada pipa keluar dipasang katup cegah. Berbeda dengan jenis injeksi minyak,komprensi ini tidak mempergunakan minyak diantara rotornya sehingga udara yangdihasilkan akan bersih dan bebas minyak.

 

Gambar 24. Kompresor Sekrup Bebas Minyak

Sumber: http://beatifulminders.blogspot.com/2009/03/refrigeration-compressor-performance.html

Digolongkan kedalam tekanan letak yang dapat dicapai kompresor dibagi menjadi :

1. Pompa vacum, mengangkat gas dari ruangan bertekanan lebih tinggi
2. Ventilator : untuk tekanan lebih rendah sampai 0,5 bar
3. Kompresor tekanan rendah untuk tekanan lebih sampai 12 bar
4. Kompresor tekanan tinggi untuk tekanan lebih sampai 500 bar
5. kompresi tekanan tinggi untuk tekanan lebih sampai 500 – 1200 bar

F.       TEORI TRANSMISI

Sistem transmisi, dalam otomotif, adalah sistem yang berfungsi untuk konversi torsi dan kecepatan (putaran) dari mesin menjadi torsi dan kecepatan yang berbeda-beda untuk diteruskan ke penggerak akhir. Konversi ini mengubah kecepatan putar yang tinggi menjadi lebih rendah tetapi lebih bertenaga, atau sebaliknya. Torsi tertinggi suatu mesin umumnya terjadi pada sekitar pertengahan dari batas putaran mesin yang diijinkan, sedangkan kendaraan memerlukan torsi tertinggi pada saat mulai bergerak. Selain itu, kendaraan yang berjalan pada jalan yang mendaki memerlukan torsi yang lebih tinggi dibandingkan mobil yang berjalan pada jalan yang mendatar. Kendaraan yang berjalan dengan kecepatan rendah memerlukan torsi yang lebih tinggi dibandingkan kecepatan tinggi. Dengan kondisi operasi yang berbeda-beda tersebut maka diperlukan sistem transmisi agar kebutuhan tenaga dapat dipenuhi oleh mesin.

1.    Transmisi langsung menggunakan poros atau as merupakan transmisi yang paling sederhana and digunakan unutk menyalurkan tenaga pada jarak yang dekat and posisi yang segaris antara poros motor penggerak dengan poros mesin yang digerakkan.  Transmisi poros langsung banyak digunakan pada pompa air seperti gambar berikut ini.

2.    Transmisi sabuk-puli (belt and pulley) Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan transmisi langsung. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya yang lain dapat diterapkan, di mana sebuah sabuk luwes dibelitkan sekeliling puli pada poros.

Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk-V karena mudah penanganan­nya dan harganyapun murah.Kecepatan sabuk direncanakan untuk 10 sampai 20 (m/s) pada umumnya, dan maksimum sampai 25 (m/s).Daya maksimum yang dapat ditransmisikan kurang lebih sampai 500 (kW).

Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium.Tenunan tetoron atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar (Gambar 5.1).Sabuk-V dibelitkan di keliling alur puliyang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang sedang membelit pada puli ini mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Bebrapa tipe sabuk V

3.    Transmisi rantai-sproket (chain and sprocket) digunakan untuk transmisi tenaga pada jarak sedang. Kelebihan dari transmisi ini dibanding dengan transmisi sabuk-puli adalah dapat digunakan unutk mennyalurkan daya yang lebih besar seperti diuraikan berikut ini. Sketsa rantai dan sproket diperlihatkan pada Gambar 5.17.

Kelebihan:

·      Transmisi tanpa slip >>> perbandingan putaran tetap

·      Dapat meneruskan daya besar

·       Keausan kecil pada bantalan

·      Jarak poros menengah (antara belt dan gear) 

Kekurangan:

·      Tdk dapat dipakai utk kecepatan tinggi (max. 600 m/min)

·      Suara dan getaran tinggi

·       Perpanjangan rantai karena keausan pena dan bus

Sproket :

·      Bentuk S dan U, bahan:baja kar

·      Jumlah gigi min. 13 dan max. 114 

·      Perbandingan putaran max. 10/1

·      Sudut kontak rantai dan sproket >120^o

4.    Transmisi roda gigi (gears), roda gigi digunakan untuk mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat serta jarak yang ralatif pendek. Roda gigi dapat berbentuk silinder atau kerucut. Transmisi roda gigi mempunyai keunggulan dibandingkan dengan sabuk atau rantai karena lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan tepat, dan daya lebih besar. Kelebihan ini tidak selalu menyebabkan dipilihnya roda gigi di samping carayang lain, karena memerlukan ketelitian yang lebih besar dalam pembuatan, pemasangan, maupun pemeliharaannya.

G.      APLIKASI

Kompressor merupakan alat yang berguna untuk mengalirkan udara atau gas. Dimana fungsi ini sangat diperlukan dalam berbagai bidang. Beberapa aplikasi kompressor antara lain :

1. Pada Bidang Otomotif

a.       Pengkompressian udara untuk dimasukkan dalam reservoir yang akan digunakan untuk pengisian ban kendaraan.

b.      Untuk pengecatan semprot (dyco) pada dinding mobil, kapal laut, pesawat dll.

c.       Sebagai pengering dan pembersih dalm perbengkelan.

2. Pada Bidang Industri

a.                   Dalam industri minuman botol dimana udara dalam botol dihampakan dengan daya isap kompressor.

b.                  Industri pertambangan gas, gas akan diisap dengan kompressor untuk ditampung dalam reservoir dan untuk dilanjutkan pada aplikasi lainnya.

c.                   Dalam pertambangan juga digunakan dalam pengeboran hidrolik dengan menggunakan gas yang bertekanan dari kompressor yang menekan mata bor.

3. Aplikasi Lainnya

a.                   Digunakan dalam sistem pengkondisian udara untuk menaikkan temperature dan tekanannya.

b.                  Digunakan dalam mekanisme turbo charge untuk memperbesar udara yangmasuk ke silinder.

c.                   Digunakan dalam sistem pembangkitan listrik seperti pada PLTU dan PLTG.

d.                  Penyedia udara tekan untuk peralatan pneumatik pada pertambangan, peleburan logam, dan pada industri otomotif.

e.                   Pada industri kimia mempunyai daerah pemakaian yang luas yaitu untuk memampatkan gas nitrogen, asam, dan nitrat.

f.                   Pada industri petrokimia, untuk memampatkan dan mensirkulasikan semua jenis gas.

g.                  Pada industri soda, asam nitrat dan klor sebagai kompressor gas sintesa untuk maoniak dan methanol pada instalasi besar.

h.                  Sebagai kompressor gas CO₂ pada pembuatan urea.

i.                    Sebagai alat kompresor air pada pencucian kendaraan

j.                    Sebagai alat bantu pernafasan pada nelayan tradisional

H.      DIAGRAM P-V

1.      Diagram P-V

Secara sederhana prinsip kerja, perubahan tekanan dan volume dalam suatu kompresor torak Simplex Single Acting dapat diuraikan dalam bentuk diagram P-V sebagai berikut :

Diagram P-V Kompresor Torak

Torak memulai langkah kompresi pada titik (1), torak bergerak kekiri dan gas dimampatkan sehingga tekanannya naik ketitik (2). Pada titik ini tekanan di dalam silinder mencapai harga tekanan Pd yang lebih tinggi dari pada tekanan di dalam pipa keluar, sehingga katup keluar pada kepala silinder akan terbuka. Jika torak bergerak terus kekiri, gas akan didorong keluar silinder pada tekanan tetap sebesar Pd. Dititik (3) torak mencapai titik mati atas, yaitu titik akhir gerakan torak pada langkah kompresi dan pengeluaran.

Pada waktu torak mencapai titik mati atas ini, antara sisi atas torak dan kepala silinder masih ada volume sisa yang besarnya = Vc. Volume ini idealnya harus sama dengan nol agar gas dapat didorong seluruhnya keluar silinder tanpa sisa. Namun dalam praktiknya harus ada jarak (clearance) di atas torak agar tidak membentur kepala silinder. Selain itu juga harus ada lubang-lubang laluan pada katup-katup. Karena adanya volume sisa ini ketika torak mengakhiri langkah kompresinya, di atas torak masih ada sejumlah gas dengan volume sebesar Vc dan tekanan sebesar Pd. Jika kemudian torak memulai langkah isapnya (bergerak kekanan), katup isap tidak dapat terbuka sebelum sisa gas di atas torak berekspansi sampai tekanannya turun dari Pd menjadi Ps. Katup isap baru mulai terbuka dititik (4) ketika tekanannya sudah mencapai tekanan isap Ps. Disini pemasukan gas baru mulai terjadi dan proses pengisapan ini berlangsung sampai titik mati bawah (1). Dari uraian di atas dapat dilihat bahwa volume gas yang diisap tidak sebesar volume langkah torak sebesar Vs melainkan lebih kecil, yaitu hanya sebesar volume isap antara titik mati bawah (1) dan titik (4).

I.     DIAGRAM T-S

Diagram T-s merupakan kurva yang menghubungkan temperatur (T) dengan entropi (s) dari fluida, dalam hal ini fluida panas bumi dianggap memiliki karakteristik sama dengan air murni. Apa itu entropi? Saya tidak akan menjelaskan seluk-beluk entropi yang berkaitan dengan hukum ke II Termodinamika ini. Dalam hal ini, yang penting untuk diingat adalah proses konversi energi yang terkandung dalam uap panas bumi menjadi energi listrik akan menghasilkan efisiensi paling tinggi jika tidak ada perubahan entropi sebelum dan sesudah proses (isentropic). Untuk tujuan-tujuan praktis, harga entropi pada tekanan dan temperatur tertentu dapat dilihat dengan mudah di tabel-tabel uap (Steam Table). Contoh diagram T-s diperlihatkan oleh gambar di bawah ini.

Contoh Keadaan Pada Diagram T-s

Tingkat keadaan termodinamik fluida dapat ditentukan dari diagram T-s di atas. Garis lengkung sebelah kiri menunjukkan keadaan tersaturasi air jenuh (100% berisi air) dan garis lengkung sebelah kanan menunjukkan keadaan tersaturasi uap jenuh (100% berisi uap), sedangkan di antara kedua garis tersebut menunjukkan fluida dalam keadaan dua fasa (campuran air dan uap). Misalkan terdapat fluida dalam keadaan a, b, c, dan d yang mempunyai temperatur dan entropi seperti diperlihatkan oleh gambar di atas. Maka dapat disimpulkan bahwa fluida a adalah air jenuh, fluida b adalah dua fasa, fluida c adalah dua fasa, dan fluida d adalah uap jenuh. Fluida c mempunyai kandungan uap atau fraksi uap yang lebih tinggi dibandingkan fluida b yang ditunjukkan oleh posisinya yang lebih mengarah ke garis saturasi uap di sebelah kanan.

Siklus Penguapan Tunggal (Single Flash Steam Cycle)

Sebagaimana telah disebutkan di atas, siklus ini cocok untuk reservoir dominasi air atau reservoir satu fasa air. Pada reservoir ini, fluida yang muncul di permukaan atau di kepala sumur adalah fluida dua fasa dengan kandungan air sangat tinggi. Untuk mendapatkan fraksi uap yang lebih banyak, maka tekanan fluida diturunkan, proses ini dikenal dengan istilah flashing. Pada saat flashing, tekanan fluida turun bersamaan dengan penurunan temperatur, entalpi tetap, entropi naik, dan yang paling penting adalah jumlah fraksi uap meningkat. Entalpi, yang disebutkan di atas, adalah jumlah energi yang terkandung dalam fluida, lazim dinyatakan dalam ‘kilojoule/kg’. Diagram T-s untuk siklus penguapan tunggal diperlihatkan oleh gambar berikut.

Tingkat - Tingkat Keadaan Pada Siklus Penguapan Tunggal

Berikut penjelasan dari diagram T-s di atas:

Titik 1 merupakan keadaan fluida di permukaan atau di kepala sumur. Terlihat pada diagram T-s di atas bahwa fluida di kepala sumur merupakan fluida dua fasa (campuran air dan uap) dengan kandungan air sangat tinggi (bisa lebih dari 90%).

Titik 2 merupakan keadaan fluida di separator atau alat pemisah antara air dan uap. Fluida pada keadaan ini telah mengalami flashing dimana telah terjadi penurunan tekanan yang bersamaan juga dengan penurunan temperatur. Terlihat pada diagram T-s di atas bahwa pada titik 2, fluida merupakan fluida dua fasa dengan kandungan uap yang lebih banyak dibandingkan dengan keadaan semula di titik 1. Pada titik 2 ini, dilakukan pemisahan antara air dan uap. Air dibawa ke titik 3 untuk selanjutnya menuju sumur injeksi sedangkan uap dibawa ke titik 4 untuk selanjutnya masuk ke turbin.

Titik 3 merupakan keadaan air yang telah terpisahkan dari uap, sebagai mana dijelaskan pada point 2 di atas. Air hasil pemisahan ini selanjutnya akan dikembalikan ke dalam perut bumi melalui sumur injeksi.

Titik 4 merupakan keadaan uap yang telah terpisahkan dari air, sebagai mana dijelaskan pada point 2 di atas. Titik 4 ini merupakan titik masuk turbin. Adanya penurunan tekanan (pressure losses) sepanjang pipa alir dari separator ke turbin menyebabkan titik 4 jatuh tidak segaris dengan titik 2, andaikan tidak ada pressure losses maka titik masuk turbin akan jatuh segaris dengan titik 2, yaitu di titik 4’.

Titik 5 merupakan titik keluar turbin. Titik ini sekaligus merupakan titik masuk ke kondensor. Adanya rugi-rugi daya yang terjadi selama uap memutar turbin, seperti heat losses akibat gesekan antar komponen, menyebabkan entropi keluar turbin lebih besar dibandingkan dengan entropi saat masuk turbin. Andaikan proses ini ideal, maka entropi keluar turbin akan sama dengan entropi saat masuk turbin (isentropic) atau titik keluar turbin akan jatuh di titik 5s. Semakin proses ini mendekati isentropic maka akan semakin tinggi efisiensi yang diperoleh.

Terlihat pada diagram T-s di atas bahwa keadaan fluida keluar turbin, yaitu di titik 5, adalah fluida dua fasa. Biasanya fraksi uap pada keadaan ini di atas 80%. Fluida yang keluar dari turbin ini harus diinjeksikan kembali ke dalam perut bumi. Namun, menginjeksikan fluida dua fasa dominasi uap seperti ini bukanlah perkara mudah. Hal ini karena massa jenis uap sangat kecil dibandingkan dengan air sehingga uap lebih cenderung bergerak ke atas. Oleh karena itu, fluida di titik 5 harus dikondensasikan menjadi air jenuh terlebih dahulu sebelum diinjeksikan. Proses kondensasi ini terjadi di dalam kondensor dan keadaan fluida keluar kondensor adalah titik 6, yaitu keadaan air jenuh. Fluida di titik 6 ini selanjutnya diturunkan lagi temperaturnya di menara pendingin sebelum akhirnya diinjeksikan kembali ke dalam perut bumi melalui sumur injeksi kondensat.

Besarnya daya listrik yang dapat dibangkitkan sebanding dengan perbedaan antara temperatur masuk dan temperatur keluar turbin atau sebanding dengan (T4-T5). Temperatur keluar turbin biasanya terbatas pada kisaran 39-46 0C. Temperatur masuk turbin bergantung pada temperatur fluida panas bumi yang keluar dari reservoir. Sehingga semakin tinggi temperatur reservoir maka akan semakin besar daya listrik yang bisa dihasilkan.

Diagram skematik sederhana dari siklus penguapan tunggal diperlihatkan oleh gambar berikut ini.

Gambar Skematik Siklus Penguapan Tunggal

Pada gambar diagram skematik di atas, terlihat bahwa fluida panas bumi keluar dari perut bumi melalui sumur produksi. Fluida ini selanjutnya dialirkan dan di-flashing ke dalam separator. Di dalam separator terjadi pemisahan antara air dan uap. Air hasil pemisahan ini selanjutnya dialirkan ke sumur injeksi sedangkan uapnya dialirkan menuju turbin. Di turbin, uap selanjutnya akan memutar sudu-sudu turbin sehingga pada akhirnya akan dihasilkan energi listrik.

Fluida yang keluar dari turbin selanjutnya dialirkan ke kondensor. Di dalam kondensor, fluida yang masih dalam keadaan dua fasa ini akan dikondensasikan. Pada dasarnya, prinsip dari proses kondensasi ini adalah mengalirkan fluida dingin ke fluida dua fasa tersebut sehingga fluida dingin akan menyerap sebagian kalor dari fluida dua fasa. Kalor yang terserap ini kira-kira hampir sama dengan kalor laten pada keadaan tersebut. Kalor laten merupakan kalor yang dibutuhkan untuk mengubah air menjadi uap atau kalor yang dilepaskan ketika uap mengembun menjadi air. Akhir dari proses kondensasi ini adalah terubahnya fluida dua fasa menjadi fluida satu fasa air akibat terserapnya sebagian kalor dari fluida dua fasa oleh fluida dingin. Dalam hal ini, fluida dingin diperoleh dari air di menara pendingin yang dialirkan ke kondensor.

Fluida yang keluar dari kondensor merupakan fluida satu fasa air, namun demikian temperatur dari fluida ini relatif tidak berubah terhadap temperatur awal saat memasuki kondensor. Hal ini karena proses pelepasan kalor dari fluida tersebut hanya cukup untuk mengubah fasanya menjadi air tetapi tidak cukup untuk menurunkan temperaturnya. Oleh karena itu, fluida yang keluar dari kondensor ini selanjutnya dialirkan menuju menara pendingin untuk diturunkan temperaturnya. Setelah didinginkan di menara pendingin, sebagian dari fluida ini dialirkan kembali ke kondensor untuk mengkondensasikan fluida berikutnya yang keluar dari turbin dan sisanya diinjeksikan kembali ke dalam perut bumi. Proses seperti ini terus berulang dan mencipatakan sebuah siklus.

J.    Alat Pengatur Kapasitas

Laju aliran udara yang dihasilkan oleh kompresor harus dapat disesuaikan dengan jumlah udara yang diperlukan jika di biarkan berjalan sedangkan udara yang dihasilkan tidak dipakai maka tekanan akan naik melebihi batas yang berbahaya. Karena itu kompresor harus dilengkapi dengan alat disebut pembebas (unloader) alat ini dapat mengatur laju volume udara yang di isap sesuai dengan laju aliran keluar yang dibutuhkan.

Ada 4 cara yang digunakan didalam mengatur kapasitas :

1.      Pembebas beban katup isap

2.      Pembebas beban celah isap

3.      Pembebas beban.

4.      Pembebas beban dengan pemutus otomatik.

Pada kompresor torak, pembebas beban katup isap dan pembebas beban dengan pemutus otomatik yang paling banyak digunakan pada saat ini.

Ø  Pembebas beban katup isap

Jenis ini sering digunakan pada kompresor berukuran kecil atau sedang, jika kompresor bekerja maka udara akan mengisi tangki udara sehingga tekanannya akan naik sedikit demi sedikit. Tekanan ini disebabkan kebagian beban katup pitot dari pembebas beban. Jika tekanan didalam tangki udara masih rendah maka katup akan tetap tertutup karena pegas atas dan katup pitot dapat mengatasi tekanan tersebut. Namun jika tekanan didalam tangki udara naik sehingga dapat mengatasi gaya pegas tadi maka katup isap akan didorong seperti terbuka. Udara tekan akan mengalir melalui pipa pembebas beban danmenekan torak pembebas beban pada katup silinder kebawah, maka katup isap akan terbuka danoperasi tampa beban mulai.

Selama kompresor bekerja tampa beban, tekanan didalam tangki udara akan menurun terus karena udara dipakai, sedangkan penambahan udara dari kompresor tidak ada. Jika tekanan turun melebihi batas maka gaya pegas dari katup pitot akan menyebabkan gaya dari tekanan tangki udara. Maka katup pitot akan jatuh , laluan udara tertutup dantekanan didalam pipa pembebas beban menjadi sama dengan tekanan atmosfer. Dengan demikian maka letak pembebas beban akan diangakat oleh gaya pegas, katup iosap kembali pada posisi normal dan komprewsi bekerja biasa mengisap dan memampatkan udara.

Ø  Pembebas beban dengan pemutus otomatik.

Jenis ini dipakai untuk kompresor-kompresor yang relative kecil kurang dari 1,5 kW. Disini dipakai tombol tekanan (Pressure Switch) yang dipasang ditangki udara. Motor penggerak akan dihentikan oleh tombol tekanan ini secara otomatis bila tekanan udara didalam tangki udara melebihi batas tertentu. Sebaliknya bila tekanan didalam tangki udara turun sampai dibawah batas minimal yang ditetapkan, maka tombol akan tertutup dan motor akan hidup kembali.

Ø Pembebas beban jennis katup geser

Pembebas ini mempunyai katup geser yang dapat digerakkan dalam arah aksial pada rumah sisi keluar. Pada pembebanan 100% yaitu pada kapasiatas thermal, katup geser pada posisi paling kiri, jika kapasitas berkurang tekanan akan naik. Kenaikan tekanan keluar ini dideteksi oleh pengatur. Maka katup secara mekanis akan bekerja dan minyak bertekanan akan masuk ke silinder hidrolik pada posisi A. Karena dorongan minyak dan sebagian udara yang diisap tanpa dokompresikan. Dengan demikian laju aliran udara keluar kompresor akan disesuaikan dari 100% menjadi misalnya 30% secara berangsur-angsur tanpa betingkat.

Ø Pembebas beban katup throttle isap

Alat ini akan merasakan kenaikan tekanan keluar dalam kompresor dan mengatur volume air dari 100%-0% tanpa bertingkat dengan jalan menutup katup pembebas secara berangsur-angsur. Tekanan udara keluar kompresor pada pemisah minyak disalurkan ke sisi atas torak pembebas beban melaui katup reduksi tekanan. Tekanan udara dan pemisah minyak disalurkan kesisi bawah torak pembebas beban melalui katup pengatur tekanan. Jika tekanan udara di dalam pemisah minyak naik melebihi dan udara mulai mengalir. Aliran udra ini akan menggerakkan torak pembebas beban untuk mengurangi volume udara yang diisap. Katup magnetis 3-jalan akan mengatur udara untuk menutup spart katup pembebas beban unutk mencegah aliran balik udara dalam pada waktu komprssor dihentikan.

K.      Hukum-Hukum dan Rumus

a.      Hukum Bernoulli

Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).

Aliran Tak-termampatkan

Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:

di mana:

v = kecepatan fluida

g = percepatan gravitasi bumi

h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi

p = tekanan fluida

= densitas fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:

·         Aliran bersifat tunak (steady state)

·         Tidak terdapat gesekan (inviscid)

Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:

Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:

di mana:

= energi potensial gravitasi per satuan massa; jika gravitasi konstan maka

= entalpi fluida per satuan massa

Catatan:, di mana adalah energi termodinamika per satuan massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik.

b.      Hukum Newton

Hukum I: Setiap benda akan mempertahankan keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada gaya yang bekerja untuk mengubahnya.

Hukum II: Perubahan dari gerak selalu berbanding lurus terhadap gaya yang dihasilkan / bekerja, dan memiliki arah yang sama dengan garis normal dari titik singgung gaya dan benda.

Hukum III: Untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah: atau gaya dari dua benda pada satu sama lain selalu sama besar dan berlawanan arah.

c.      

Hukum Pascal (baca: [paskal]) menyatakan bahwa Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar.

d.      Hukum Avogadro

Gas-gas yang memiliki volum yang sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, memiliki jumlah partikel yang sama pula.

e.       Hukum Boyle

Untuk jumlah tetap gas ideal tetap di suhu yang sama, P [tekanan] dan V [volume] merupakan proporsional terbalik (dimana yang satu ganda, yang satunya setengahnya)

.

f.       Hukum Gay Lussac

Tekanan dari sejumlah tetap gas pada volum yang tetap berbanding lurus dengan temperaturnya dalam kelvin.

g.      Hukum Archimedes

suatu benda apabila dicelupkan ke dalam suatu zat cair, maka benda tersebut akan mendapat gaya ke atas (F apung) sebesar berat zat cair.

            Fa = r.g.v

L.       Jenis-Jenis Fluida Pendingin

a.       Air Garam (r=1025 ; v= 1,01 Pa.s)

laju pendinginan lebih cepat dari media pendinginan yang lain. hal ini disebabkan karena massa jenisnya yang lebih besar dari media pendingin lain. butiran kristal mampu menyerap menghasilkan martensit bersifat keras dan getas.

b.      Air Biasa (r=998  ; v= 1,01 Pa.s)

viskositasnya lebih kecil sehingga proses pendinginnya lebih cepat dari yang lain kecuali air garam. hal ini disebabkan karena jarak antara atom-atom di dalam air lebih rapat dan menghasilkan struktur martensit yang butirannya lebih besar.

c.       Solar (r=981  ; v= 3,25 Pa.s)

laju pendinginannya lambat karena viskositasnya besar dan massa jenis kecil. menghasilkan struktur martensit, perlit, dan ferit. sifat-sifatnya keras dan lunak dengan butiran perlit yang halus.

d.      Oli (r=981 ; v= 4,02 Pa.s)

pendinginan lebih lambat karena viskositasnya yang besar. menghasilkan struktur perlit dan ferlit bahkan lebih cepat dibandingkan solar.

e.       Udara

struktur yang dihasilkan lunak dan kuat dimana laju pendinginan sangat lambat, karena udara memiliki massa jenis kecil dan viskositasnya dianggap tidak ada untuk bahan yang statik.

M.     Komponen dan Alat Kompresor Torak

 

 

 

 

1.      Manometer (P01), untuk mengukur tekanan dalam keluar kompressor.

2.      Barometer, diugunakan untuk mengukur tekanan dalam reservoir.

3.      Manometer Δp, untuk mengukur beda tekanan.

4.      Manometer P03, untuk mengukur tekanan dalam masuk ke evaporator.

5.      Termokopel, untuk mengukur temperatur pada 2 titik atau lebih saat bersamaan.

6.      Katup pembuka aliran udara, digunakan untuk membuat tekanan menjadi konstan jika terjadi tekanan lebih/berlebihan.

7.      Voltmeter, untuk mengukur tegangan listrik.

8.      Amperemeter, untuk mengukur arus listrik.

9.      Regulator, untuk mengatur besarnya arus yang masuk ke dalam motor.

10.  Katup buang, untuk membuang udara dan air yang ada di dalam reservoir.

11.  Kompressor terdiri dari silinder, untuk menaikkan tekanan udara (kompresi).

12.  Torsimeter, untuk mengukur besarnya gaya yang tertjadi pada motor akibat putarannya.

13.  Motor, untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau gerak.

14.  Sensor kecepatan, untuk mengukur besarnya putaran motor, kemudian ditampilkan pada digital tachometer.

15.  Reservoir, sebagao tempat penampungan fluida (udara).

N.    Karakteristik Ideal dan Jenis Katup

Kompresor pada umumnya dilihat dari aktionya. Oleh karena itu ada tuntutan khusus yang harus dipenuhi oleh katup kompresor refrigerasi.

1.      Karakteristik Ideal

a.       Dapat memberikan efek pembukaan katup yang maksimum dengan sedikit hambatan untuk menimbulkan trotling gas.

b.      Katup dapat terbuka dengan tenaga yang ringan.

c.       Katup harus dapat terbuka atau tertutup untuk mengurangi kebocoran.

d.      Katup tidak mempunyai penambahan clereance volume.

e.       Katup harus kuat dan tahan lama 193.

2.      Jenis Katup

Untuk memenuhi karakteristik tersebut diatas maka telah didesain dan dirancang secara khusus beberapa jenis katup yaitu :

a.Katup Plat Ring

Katup Plat Ring (Ring Plate Valve/Disk Valve) Gambar 3.5 memperlihatkan katup kompressor dari jenis ring plate valve.katup ini terdiri dari dududkan katup (valve seat),satu atau lebih plat ring (ring plate) ,satu atau lebih pegas katup (valve spring) dan retainer. Plat ringnya dicekam kuat oleh dudukan katup melalui pegas katup ,yang juga berfungsi lain membantu mempercepat penutupan katup. Sedang fungsi retainer adalah memegang pegas katup pada selalu pada posisi yang benar dan membatasi  pergerakannya. Katup plat ring ini dapat digunakan untuk kompressor kecepata tinggi dan rendah. Dapat pula digunakan sebagai katup suction dan discharge.

                                                              

2. Flexing Valve.

                        Desain flexing valve yang digunaka pada kompressor ukuran kecil adalah yang lazim disebut sebagai flapper valve. Katup flapper ini terbuat dari lempengan baja tipis, yang dicekap kuat pada salah satu ujungnya sedang ujung lainnya ditempatkan pada dudukan katup tepat diatas lubang katupya (port valve). Dimana ujung katup yang bebas akan bergerak secara flexing atau flapping untuk membuka dan menutup katup. Seperti diperhatikan dalam gambar 3.6

                        Gambar 11.7 Perakitan katup flapper untuk katup Discharge 195 seperti diperlihatkan dalam gambar 10.7, desain flapper biasanya digunakan utuk katup discharge dan sering disebut sebagai beam valve. Plat katupnya dipasang diatas lubang (port) melalui sebuah pegas yang terpasang ditengah katup platnya sehingga plat katupnya dapat bergerak keatas (membuka lubang katup). Gerakan turun dari plat katupnya semata-mata karena gaya pegas. Pegas katup ini juga berfungsi sebagai pengaman utuk mencegah bila ada cairan atau kotoran yang masuk kedalam katup.