KOMPRESOR TORAK

1. Tujuan Pengujian

Mengetahui jenis-jenis kompresor dan aplikasinya
Memahami prinsip kerja kompresor torak
Dapat menentukan karakteristik kompresor torak.

2. Teori Dasar

Kompresor merupakan mesin untuk memampatkan gas atau udara yang kerjanya didapat dari poros. Kompresor biasanya bekerja dengan menghisap udara atmosfir. Jika kompresor bekerja pada tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfir maka kompresor disebut sebagai penguat (booster), dan jika kompresor bekerja dibawah tekanan atmosfir maka disebut pompa vakum.

Klasifikasi Kompresor

Berdasarkan tekanan :

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

2. Blower (peiup) untuk yang bertekanan agak rendah.

3. Fan (kipas) untuk yang bertekanan sangat rendah.

Berdasarkan cara pemampatan :

1. Jenis turbo,

2. Jenis perpindahan,

Berdasarkan konstruksinya :

1. Berdasarkan jumlah tingkat kompresi : 1 tingkat, 2 tingkat, dan banyak ingkat.

2. Berdasarkan langkah kerja (pada torak) : kerja tunggal, dan kerja ganda.

3. Berdasarkan susunan silinder (pada torak) : mendatar, tegak, bentuk L, bentuk V, bentuk W, bentuk bintang, lawan berimbang (balance oposed).

4. Berdasarkan cara pendinginan : pendinginan air, dan udara.

5. Berdasarkan transimisi penggerak : langsung, sabuk V, dan roda gigi.

6. Berdasarkan penempatannya : permanen, dan portable.

7. Berdasarkan cara pelumasan : dengan minyak, dan tanpa minyak.

Teori Kompresi

1. Hubungan tekanan dan volume.

Jika gas dikompresikan (atau diexpansikan) pada temperatur tetap maka tekanannya akan berbanding terbalik dengan volumenya (Hukum Boyle).

P₁ V₁ = P₂ V₂ = Konstan

2. Hubungan temperatur dan volume.

Hukum charles menyatakan : semua gas apabila dinaikkan temperaturnya sebesar 1 ^oC pada tekanan tetap, akan mengalami pertambahan volume sebesar 1/273 dari volumenya pada 0 ^oC dan sebaliknya.

dimana : V_o = Volume gas pada temperatur 0 ^oC

V₁ = Volume gas pada temperatur t₁ pada tekanan yang sama dengan V₀ (0 ^oC)

V₂ = Volume gas pada temperatur t₂ pada tekanan yang sama dengan V₀ (0 ^oC)

t₁ dan t₂ = Temperatur (^oC)

3. Persamaan keadaan.

Hukum Boyle-Charles merupakan gabungan dari hukum Charles dan hukum Boyle yang digunakan untuk gas ideal yang dinyatakan dengan :

PV = m R T

Proses Kompresi Gas

1. Cara Kompresi

Kompresi dapat dilakukan dengan : Isotermal, Isentropik (adiabatik), dan politropik.

Kompresi Isotermal.

b. Kompresi Adiabatik

Kompresi politropik

2. Perubahan Temperatur

Pada waktu kompresi, temperatur gas dapat berubah tergantung pada jenis proses yang dialami. Hubungan temperatur dan tekanan untuk masing-masing proses :

Proses Isotermal, dimana proses ini temperatur dijaga tetap.
Proses Adiabatik.

Dalam kompresi adiabatik tidak ada panas yang dibuang keluar atau dimasukkan ke silinder sehingga seluruh kerja mekanis yang diberikan dalam proses ini akan dipakai untuk menaikkan temperatur gas.

dimana : T_d = Temperatur keluar (K)

T_s = Temperatur masuk (K)

P_d = Tekanan keluar (Pa)

P_s = Tekanan masuk (Pa)

Proses Politropik.

Jika selama proses kompresi udara didinginkan, misalnya dengan memakai air pendingin untuk silinder, maka sebagian panas yang timbul akan dikeluarkan.

Efisiensi Volumetrik dan Adiabatik

Efisiensi Volumetrik.

Gambar 2.3. Diagram P – V dari kopresor torak

dimana : Q_s = Volume gas yang dihasilkan pada kondisi tekanan dan temperatur isap (m³/min)

Q_th = Perpindahan torak (m³/min)

n = Koefisien ekspansi gas yang tertinggal di dalam volume sisa, untuk udara n =1,2

2. Efisiensi adiabatik keseluruhan.

Efisiensi adiabatik keseluruhan didefinisikan sebagai daya yang diperlukan untuk memampatkan gas siklus adiabatik, dibagi dengan daya yang sesungguhnya diperlukan oleh kompresor pada porosnya.

dimana : L_ad = Daya adiabatik teoritis

L_s = Daya yang masuk pada poros kompresor

P_s = Tekanan isap tingkat pertama (Pa)

P_d = Tekanan keluar tingkat terakhir (Pa)

Q_s = Debit yang masuk (m³/min)

m = Jumlah tingkat kompresi

Semakin tinggi efisiensi adiabatik keseluruhan, berarti semakin kecil daya poros yang diperlukan untuk perbandingan kompresi dan debit yag sama.

Cara kerja kompresor

Untuk kompresor jenis positif displacement yaitu kompresor torak, cara kerjanya adalah sebagai berikut, jika torak ditarik ke atas, tekanan dalam silinher dibawah torak akan menjadi negatif (lebih kecil dari tekanan atmosfir) sehingga udara akan masuk melalui celah katup isap. Katup ini dipasang pada torak yang sekaligus berfungsi juga sebagai perapat torak. kemudian jika torak ditekan kebawah, volume udara yang terkurung dibawah torak akan mengecil sehingga tekanan akan naik. Katup isap akan menutup dengan merapatkan celah antara torak dan dinding silinder. Jika torak ditekan terus volume akan semakin kecil dan tekanan didalam silinder akan naik. katup isap akan menutup dengan merapatkan celah antara torak dan dinding silinder.

Sebagai penggerak kompresor digunakan motor listrik jenis sangkar bajing (squirrel cage). Transmisi daya adalah transmisi sabuk. Besar kerja mekanik yang dilakukan oleh motor dapat ditentukan dengan mengukur torsi. Sedangkan putaran motor diukur dengan tachometer.

Kondisi-kondisi udara pada stasion-stasion yang penting dapat diketahui dengan mengukur tekanan dan temperaturnya (bola basah dan bola kering). Laju aliran udara diukur dengan menggunakan orifis dan manometer. Massa jenis (r) cairan manometer adalah 787 kg/m³.

Jenis Penggerak dan transmisi daya poros

1. Motor listrik.

2. Motor bakar torak.

3. Transmisi daya poros.

Bila dipakai motor listrik sebagai penggeraknya maka transmisi dapat menggunakan sabuk V, kopling tetap, dan rotor terpadu. Bila dipakai motor bakar torak dapat digunakan sabuk V, kopling tetap, atau kopling gesek.

Penentuan spesifikasi kompresor

Dalam spesifikasi kompresor, angka yang terpenting adalah laju volume gas yang dikeluarkan serta tekanan kerjanya. Dengan demikian bisa dihitung keperluan daya untuk kompresor.

Persyaratan dalam pemilihan kompresor :

1. Tekanan isap dan keluar

2. Jenis dan sifat-sifat gas yang ditangani

3. Tempertatur dan kelembaban gas dan kondisi lingkungan tempat instalasi

4. Kapasitas aliran yang diperlukan dan peralatan pengaturnya

5. Cara pendinginan

6. Sumber tenaga dan jenis penggera mula

7. Jenis kompresor, pelumasannya, tingkat kompresi. Permanen atau portable

8. Bahan kompresor dan instalasi

3. Prosedur Pengujian

3.1 Spesifikasi Kompresor

Kompresor yang digunakan pada pengujian ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

- Volume langkah : V_L = 2,54 × 10^-5 m³

- Volume clearance : V_C = 2,83 × 10^-5 m³

- Tekanan Maksimum = 800 bar

- Jumlah silinder = 2 buah

- N_motor/N_kompresor , i = 1,47

3.2 Prosedur Pengujian

3.2.1 Pemeriksaan sebelum pengujian

Periksalah kondisi peralatan, apakah seluruhnya dalam keadaan baik.
Periksa ketinggian cairan manometer.
Periksa kondisi air pembasah pada termometer bola basah.
Periksa keadaan minyak pelumas kompresor. (Pelumas yang dipakai adalah oli SAE 30 atau yang sejenis).
Periksa tegangan listrik yang diminta, apakah sesuai dengan tegangan motor yang akan digunakan.

3.2.2 Menjalankan kompresor

Buka katup pengontrol aliran udara pada penampung. Periksa apakah tekanan udara pada penampung menunjukkan angka nol.
Tutup katup aliran udara keluar penampung jika tekanan uji menunjukkan angka nol.
Masukkan tombol listrik untuk menghidupkan motor
Seimbangkan kedudukan motor dengan menggunakan pemberat.
Pada saat tekanan keluar kompresor (P₂) mencapai harga yang dikehendaki, buka katup pengatur perlahan-lahan hingga tekanannya konstan.
Sesuaikan kembali keseimbangan motor dengan menambah pemberat, kemudian hitung berat beban pada saat setimbang.
Ukur tekanan dan temperatur pada setiap stasion.
Untuk menghentikan motor, tombol dari sumber listrik dilepaskan.
Jika telah selesai dengan percobaan, buang udara penampung dengan membuka katup pada bagian bawah tanki.