BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Kompresor
Kompresor secara sederhana bisa diartikan sebagai alat untuk memasukkan udara
dan atau mengirim udara dengan tekanan tinggi. Kompresor adalah mesin atau
alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan atau memampatkan
fluida gas atau udara.
Kompresor biasanya menggunakan motor listrik, mesin diesel atau mesin
bensin sebagai tenaga penggeraknya. Udara bertekanan hasil dari kompresor
biasanya diaplikasikan atau digunakan pada pengecatan dengan teknik spray/air
brush, untuk mengisi angin ban, pembersihan, pneumatik, gerinda udara (air
gerinder) dan lain sebagainya. Dalam penggunaannya udara hasil kompresi dari
kompresor juga memiliki kategori khusus misalnya dewpoint temperature,
kelembaban, tekanan, tingkat kekeringan dan juga flowrate.
6
http://digilib.mercubuana.ac.id/
7
2.2
Klasifikasi Kompresor
Secara garis besar kompresor dapat diklasifikasikan dua jenis yaitu positive
displacement dan dynamic. Pada jenis positive-displacement, sejumlah udara atau
gas di- trap dalam ruang kompresi dan volumnya secara mekanik menurun,
menyebabkan peningkatan tekanan tertentu kemudian dialirkan keluar. Pada
kecepatan konstan, aliran udara tetap konstan dengan variasi pada tekanan
pengeluaran. Kompresor dinamik memberikan enegi kecepatan untuk aliran udara
atau gas yang kontinyu menggunakan impeller yang berputar pada kecepatan yang
sangat tinggi. Energi kecepatan berubah menjadi energi tekanan karena pengaruh
impeller dan volute pengeluaran atau diffusers. Pada kompresor jenis d inamik
sentrifugal, bentuk dari sudu-sudu impeller menentukan hubungan antara aliran
udara dan tekanan (atau head) yang dibangkitkan.
Gambar 2.1
Jenis-jenis kompresor (Sumber www.energyefficiencyasia.org)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
8
2.3
Komponen Utama pada Kompresor
Sistem udara tekan terdiri dari komponen utama sebagai berikut:
Gambar 2.2
Komponen-komponen kompresor (Sumber
www.energyefficiencyasia.org)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
9
2.3.1 Intake Air Filter
Fungsi utama dari air filter adalah untuk menyaring partikel dan debu. Partikel
akan dipisahkan oleh gaya centrifugal pada saat udara yang dihisap masuk ke
dalam airend. Udara yang mengalir masuk ke kompressor seperti putaran karena
adanya guidance fan.
Partikel yang berat akan didorong keluar dari casing silinder dan material
yang lebih ringan / udara akan lolos melalui filter element. Partikel dengan ukuran
10 microns akan ditahan oleh filter element sedangkan yang lebih kecil akan
dilalukan ke kompresor. Air filter merupakan proteksi pertama dan utama pada
kompresor, jika ada kotoran atau debu atau partikel yang terhisap ke kompresor
akan disaring oleh air filter.
2.3.2 Intake Valve
Intake valve adalah valve otomatis yang sistem kerjanya digerakan oleh udara
bertekanan yang melewati nozzle kemudian mendorong air cylinder yang
terhubung dengan katup untuk membuka, pada dasarnya intake valve ini juga
berfungsi untuk mengatur seberapa besar supplai udara yang didistribusikan pada
screw compressor.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
10
2.3.3 Air Fan
Airend adalah alat yang berfungsi untuk mengubah/mengkompresi udara atmosper
menjadi udara bertekanan, bagian ini merupakan jantung dari screw kompressor
unit. Bagian ini terdiri dari male dan female screw rotors, air end casing, dan gear
ratio. Konfigurasi seperti ini dapat mengurangi panjang screw rotors dibanding
dengan desain direct couple drive. Dengan kata lain, mesin dibuat lebih compact
size. Sehingga dengan flow rate capacity yang sama, power yang diperlukan lebih
rendah dibanding air end dengan desain tipe direct drive.
Screwrotor menggunakan 4 tapered roller thrust bearing pada sisi discharge
dan 2 radial cylindrical bearing pada sisi suction. Gear ratio akan ditahan oleh
sepasang taper roller thrust bearing. Hal utama yang perlu diperhatikan pada saat
screw rotor berputar adalah arah putaran yang tepat, jika tidak airend akan rusak,
terutama pada bagian radial suction bearing.
2.3.4 Main Motor
Main motor adalah penggerak utama dari screw kompresor atau disebut electric
drive motor. Saat motor berputar, ini juga akan memutar screw kompresor melalui
coupling element.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
11
2.3.5 Separator
Separator berfungsi untuk memisahkan udara bertekanan dari oil lubricant. Hal ini
menjaga konsumsi oli serendah mungkin dengan udara yang akan didistribusikan
ke line produksi . Jika separator element rusak atau robek maka akan terjadi oil
carry over dari kompresor menuju line produksi. Oli yang telah dipisahkan akan
dikumpulkan didalam sump tank dan kemudian disirkulasikan kembali kedalam
sistem screw kompresor.
2.3.6 Oil dan Air Cooler
Fungsi Air Cooler adalah untuk mendinginkan oil lubricant dan discharge air
dengan media udara atmosfer. Udara panas yang terperangkap di dalam enclosure
akan ditiupkan keluar oleh cooler fan ke arah keluar dari enclosure . Proses ini
mengakibatkan tekanan udara yang ada di dalam enclosure lebih rendah
dibandingkan tekanan atmosphere sehingga udara yang ada di sekitar akan
mengalir masuk ke dalam enclosure untuk mengisi tempat yang kosong itu.
Ambient udara yang makin dingin tentunya akan membantu proses pendinginan
menjadi lebih efektif.Cooling system (tipe aircooled) terdiri dari fan, fan motor
dan radiator-typeaftercooler/fluid cooler. Setelah udara melalui minimum
pressure valve, maka ia akan masuk ke aftercooler. Tipe radiator yang digunakan
merupakan kombinasi antara aftercooler dan fluid cooler.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
12
2.3.7 Oil Filter
Oil filter merupakan komponen proteksi internal lainnya untuk kompresor. Oil
Filter berfungsi untuk menjaga agar material atau partikel tidak masuk ke dalam
air end. Oil filter head dilengkapi dengan temporary bypass valve. Jika fiter
element tersumbat dan pressure difference lebih dari 20 psig, maka bypass valve
akan terbuka seperti ditunjukkan oleh gambar. Kondisi ini akan membuat oil
mengalir langsung ke air end tanpa adanya filtrasi. Hal ini dilakukan untuk
menjaga air end dari overheating atau jammed karena overheating. Ini dapat
dimengerti karena saat oil pressure tidak mencukupi maka berakibat oil flow juga
tidak mencukupi. Sehingga proses pendinginan didalam airend pada akhirnya
tidak akan mencukupi.
2.3.8 MPV (Minumum Pressure Valve)
Minimum pressure valve (MPV) berfungsi untuk mengatur besar kecilnya udara
bertekanan yang akan di supplai menuju line atau mesin produksi.
2.3.9 Pressure Switch
Pressure switch berfungsi untuk membaca sump pressure dan line pressure
tergantung dimana sensor pressure itu diletakkan dikontrol oleh electric.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
13
2.3.10 Thermostat
Temperatur cairan pendingin sangat berpengaruh terhadap performa mesin. Pada
umumnya temperature kerja atau temperature dimana mesin bisa bekerja optimal
berkisar antara 80-90°C. Temperatur tidak boleh terlalu lama berada diluar dari
angka tersebut, thermostat adalah semacam katub yang dirancang khusus agar bisa
membuka dan menutup secara otomatis sesuai perubahan temperature, sehingga
suhu mesin dapat dipertahankan pada temperature tersebut karena saluran dari
mesin menuju radiator dapat terbuka dan menutup secara otomatis. Thermostat
dioperasikan oleh wax sealed yang ada dalam silinder thermostat, volume wax
dapat bertambah saat temperature naik, ini yang akan membuka katup thermostat,
begitu sebaliknya saat temperature turun volume wax akan berkurang dan katup
pun tertutup.
Komponen ini berfungsi untuk mengatur oil flow rate yang menuju ke oil
cooler, sehingga temperatur oil injection ke airend dapat terjaga. Temperatur
kerja normal dari oil lubricant pada screw kompresor berkisar antara 80oC hingga
96oC. Thermal mixing valve akan mulai mengalirkan oil menuju oil cooler ketika
temperatur oil mencapai 70oC, oil akan didinginkan oleh cooler.Selama proses
starting up, temperatur oil temperature masih rendah, hanya berkisar 28oC - 35oC.
Level temperatur yang rendah akan berkaitan dengan proses kondensasi. Air hasil
kondensasi merupakan musuh terbesar oil lubricant, metal material dan bearing.
Kita menginginkan adanya kondensasi didalam airend selama mesin tersebut
running.Hanya beberapa saat, temperatur oli akan naik hingga 70oC karena
http://digilib.mercubuana.ac.id/
14
Thermal Valve tidak mengalirkan oli menuju oil cooler, maka oli akan menyerap
panas didalam airend. Setelah temperatur oli sama atau lebih dari 70oC, Thermal
Valve akan dibuang ke atmosphere melalui oil cooler.
2.4
Kelengkapan Kompresor
Dalam fungsinya kompresor juga memerlukan kelengkapan guna menambah
efisiensi kan kualitas dari udara yang akan digunakan, untuk kelengkapan yang
sering di gunakan yakni seperti: pengering udara, filter, dan sistem penampungan
udara bertekanan.
2.4.1 Air Dryer
Air dryer adalah suatu alat yang berfungsi untuk menghilangkan kandungan air
pada compressed air (udara terkompresi). Sistem ini biasanya menjadi satu
kesatuan proses dengan kompresor. Udara terkompresi hasil dari kompresor
sebagian akan masuk ke tangki penyimpan dan sebagian lagi dikeringkan
menggunakan air dryer. Penggunaan udara kering ini banyak diperlukan di
industri-industri besar. Udara kering, atau biasa disebut dengan instrument air,
digunakan sebagai sumber penggerak aktuator dari valve dan damper (aktuator
pneumatic). Selain itu dalam dunia industri telekomunikas, udara kering
bertekanan digunakan untuk menyelimuti kabel-kabel bawah tanah untuk
menghindari short circuit akibat terbentuknya embun.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
15
Udara terkompresi yang dikeringkan, akan mengalami proses penurunan
dew point. Dew point adalah nilai temperatur yang dibutuhkan untuk
mendinginkan sejumlah udara, pada tekanan konstan, sehingga uap air yang
terkandung mengembun. Nilai dari penurunan dew point tergantung dari
spesifikasi air dryer yang dipergunakan dan kebutuhan dari konsumsinya.
2.4.2 Tangki Penampungan Udara (Air Receiver)
Tangki penampungan merupakan salah satu kelengkapan kompresor yang sangat
penting dimana dapat menyimpan udara bertekanan yang diperlukan untuk
berbagai macam jenis kebuhan sperti sandblasting, penggerak pneumatik dan
sebagainya.
2.5
Dasar-dasar Kompresi Gas
Dibawah ini merupakan teori yang berhubungan dengan dasar dasar kompresi gas
yang kaitannya dengan sistem kompresi pada kompresor udara.
2.5.1 Sifat-sifat Fisik Udara
2.5.1.1 Susunan Udara
Bumi ini merupakan sebuah planit yang diselubungi satu lapisan yang terdiri dari
berbagai gas sampai setinggi kurang lebih 10 km di atas permukaan laut.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
16
Selubung ini disebut atmosfir, dan yang umumnya disebut udara adalah atmosfir
di dekat permukaan bumi. Seperti diketahui, udara terdiri dari campuran beberapa
gas dengan susunanya ssperti pada trabel berikut:
Tabel 2.1
Komposisi
udara
Perbandingan
dan volume
(%)
Perbandingan
berat
Daftar Komposisi udara
Nitrogen Oksigen
(N2)
(o2)
79,09
20,95
Argon Karbondioksida
(Ar)
(CO2)
0,93
0,003
Uap, air,
debu, dll
sedikit
75,53
1,28
Sedikit
23,14
0,5
2.5.1.2 Berat Jenis Udara
Berat jenis gas (termasuk udara) dapat bervariasi tergantung pada tekanan dan
temperaturnya. Karena itu untuk menyatakan berat jenis suatu gas harus
disebutkan pula tekanan dan temperaturnya. Berdasarkan kutipan yang ada dua
macam kondisi seperti dibawah ini.
1.
Kondisi standar industri
Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan sebagai berikut:
Temperatur
: 20⁰C (293⁰K)
Tekanan mutlak
: 760 mmHg (0,1013MPa)
Kelembaban Relative : 65%
Berat Jenis
: 1,204 kgf/m3 (11,807 N/m3)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
17
Kondisi industri ini sering dipakai untuk menyatakan kondisi isap pada
kompresor.
2.
Kondisi normal teoritis
Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan sebagai berikut:
Temperatur
: 0⁰C (273⁰K)
Tekanan Mutlak
: 760 mmHg (0,1013 MPa)
Berat Jenis
: 1,293 kgf/m3 (12,68 N/m3)
2.5.1.3 Panas Jenis Udara
Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 kg suatu zat
sebesar 10°C disebut panas jenis. Adapun jumlah panas yang diperlukan untuk
menaikkan suatu benda atau zat secara menyeluruh sebesar 10°C disebut kapasitas
termal benda atau zat tersebut.
“Satuan jumlah panas yang dipakai adalah kilo calori (disingkat kcal),
dimana 1 kilo calori sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan
temperature 1 kg air sebesar 10°C, maka satuan panas jenis menjadi kcal/kg°C)
dalam system SI, sebagai satuan panas dipakai kilo joule (disingkat kJ) dimana 1
kJ = 0,2389 kcal atau 1 kcal = 4,186 kJ”.
Panas jenis tergantung pada macam bahan seperti diuraikan dibawah ini :
Panas jenis suatu gas juga didefinisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan
untuk menaikkan temperatur 1 gram gas tersebut sebesar 10C, seperti pada zat-zat
http://digilib.mercubuana.ac.id/
18
yang lain.Namun untuk gas ada dua macam panas jenis , yaitu: panas jenis pada
tekanan tetap dan panas jenis pada volume tetap.
a.
Panas jenis pada tekanan tetap.
Jika suatu gas dipanaskan atau didinginkan pada tekanan tetap, maka volumenya
akan membesar atau mengecil lebih banyak dari pada zat cair atau zat padat. 1 kg
gas yang ditempatkan dalam silinder dengan torak yang dapat bergerak tanpa
gesekan. Jika silinder dipanaskan maka gas akan mengembang mendorong torak
ke atas sehingga tekanan di dalam silinder tidak berubah. Dalam hal demikian
jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas tersebut
sebesar 10°C disebut panas jenis pada tekanan tetap. Panas jenis ini biasanya
diberi lambang Cp, dimana untuk udara Cp = 0,24 kcal/(kg⁰C) = 1,005 kJ/(kg⁰C)
b.
Panas jenis pada volume tetap
Jika 1 kg gas ditempatkan di dalam sebuah bejana tertutup lalu dipanaskan tanpa
dapat berkembang maka tekanan dan temperaturnya akan naik. Jumlah panas yang
diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg gas ini sebesar 1⁰C dalam keadaan
demikian disebut panas jenis pada volume tetap. Panas jenis ini biasaanya diberi
lambang Cv, dimana untuk udara Cv = 0,17 kcal/ (kg⁰C) = 0,712 kJ/kg⁰C
c.
Rasio panas jenis
Jika kedua panas jenis tersebut diatas diperbandingkan terlihat bahwa panas jenis
pada tekanan tetap harganya lebih besar daripada panas jenis volume tetap. Hal ini
terjadi karena, selain dipakai untuk menaikkan temperatur, sebagian panas yang
diberikan dalam pemanasan pada tekanan tetap dipakai juga untuk melakukan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
19
kerja pada waktu gas mengembang. Perbandingan antara panas jenis pada tekanan
tetap dan panas jenis pada volume tetap. Biasa disebut rasio panas jenis yang
diberi lambing k. jadi k = Cp/Cv, dimana untuk udara kering k=1,401. Rasio ini
mempunyai peranan penting dalam perhitungan kompresi gas.
Tabel 2.2
Panas jenis beberapa gas
http://digilib.mercubuana.ac.id/
20
2.5.1.4 Kelembaban Udara
Kelembaban udara adalah banyaknya uap air yang terkandung dalam udara. Alat
untuk mengukur kelembaban udara disebut hygrometer. Garis khayal di peta yang
menunjukkan daerah yang sama kelembabannya disebut isohyg. Ada dua macam
kelembaban yaitu kelembaban mutlak (absolute) dan kelembaban nisbi (relative).
Kelembaban mutlak (absolute) adalah jumlah uap air dalam udara pada suatu
tempat tertentu (gram dalam 1 m³). Kelembaban nisbi (relative) adalah
perbandingan jumlah uap air dalam udara yang ada dengan jumlah uap air
maksimum dalam suhu yang sama, dinyatakan dalam persen. Rumusnya yaitu:
Kelembaban relative = (uap air yang ada / uap air maksimum) x 100%
Tabel 2.3
Jumlah uap air jenuh dan tekanan uap air pada berbagai temperature
Temperatur
Jumlah uap air jenuh
Tekanan uap air jenuh
°C
K
g/m³
g/Kg
mmHg
Mpa
0
273
4,85
3,772
4,581
0,0006
10
283
9,4
7,625
9,205
0,0012
20
293
17,3
14,69
17,53
0,0023
30
303
30,4
27,18
31,83
0,0042
40
313
51,5
48,84
55,34
0,0074
50
323
83
86,25
92,56
0,0123
60
333
130
152,3
149,5
0,0199
70
343
198
267,3
233,8
0,0312
http://digilib.mercubuana.ac.id/
21
80
353
293
546
355,3
0,0474
90
363
432
1397
525,9
0,0701
99
372
574
1706
733,3
0,0977
100
373
597
760
0,1013
2.5.1.5 Kelembaban Mutlak (Absolut)
Kelembaban mutlak mendefinisikan masa dari uap air pada volume tertentu
campuran udara atau gas, dan umumnya dilaporkan dalam gram per meter kubik
(g/m³).
2.5.1.6 Kelembaban Spesifik
Kelembaban spesifik adalah metode untuk mengukur jumlah uap air di udara
dengan rasio terhadap uap air di udara kering. Kelembaban spesifik diekspresikan
dalam rasio kilogram uap air (mw) per gram udara (ma). Ratio tersebut dapat
ditulis sebaga berikut :
.......……………………………………………………..
http://digilib.mercubuana.ac.id/
22
2.5.1.7 Kelembaban Relatif (Relatif Humidity, RH)
Perbandingan tekanan uap air terhadap tekanan uap air jenuh pada suhu konstan.
Kelembaban relatif merupakan hasil perbandingan antara massa aktual uap air
dari campuran udara terhadap massa uap air yang menjadi jenuh pada suhu
konstan yang dinyatakan dalam satuan persen. Pendugaan kelembaban relatif
dapat didekati dengan persamaan:
Keterangan :
RH = kelembaban relatif (%)
Pv
= tekanan uap air (kPa)
Pvs = tekanan uap air jenuh (kPa)
2.5.1.8 Suhu Titik Embun (Dew Point, Tdp)
Suhu dari campuran udara saat terjadi kondensasi ketika udara didinginkan.
Kondensasi terjadi pada kelembaban mutlak dan tekanan parsial yang konstan
karena kalor yang terkandung dalam campuran udara dilepaskan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
23
2.5.1.9
Suhu Bola Kering (Dry Bult Temprature, Tdb)
Kondisi suhu campuran antara udara dan uap air yang diukur dan dibaca melalui
skala termometer biasa, tidak tergantung kepada intensitas uap air yang
terkandung dalam udara. Suhu bola kering dapat dibaca pada termometer dengan
sensor kering dan terbuka. Dalam proses kesetimbangan kalor, suhu bola kering
berpengaruh terhadap intensitas kalor yang diproduksi melalui penguapan
(evaporasi) maupun konveksi.
2.5.1.10
Suhu Bola Basah (Wet Bult Temperature, Twb)
Kondisi suhu saat terjadi kesetimbangan antara udara dan uap air. Suhu bola basah
pada udara lembab dan air dicapai jika udara secara adiabatis telah jenuh oleh
penguapan uap air. Suhu bola basah disebut juga suhu jenuh adiabatik yang
diperoleh menggunakan termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain
basah untuk menghilangkan pengaruh radiasi panas, tetapi perlu diperhatikan
bahwa sensor harus dialiri udara dengan kecepatan minimal 5 m/s.
2.5.2 Teori Kompresi
2.5.2.1 Hubungan antara Tekanan dan Volume
Hubungan antara tekanan dan volume gas dalam proses kompresi dapat diuraikan
sebagai berikut. Jika selama kompresi, temerature gas di jaga tetap (tidak
http://digilib.mercubuana.ac.id/
24
bertambah panas) maka pengecilan volume menjadi 1/2 kali akan menaikan
tekanan menjadi 2 kali lipat. Demikian pula jika volume menjadi 1/3 kali, tekanan
akan menjadi 3 kali lipat. Jadi dapart di simpulkan sebagai berikut “Jika gas
dikompresikan (atau diekspansikan) pada temperatur tetap, maka tekanannya akan
berbading terbalik dengan volumenya” . Pernyataan ini disebut hukum Boyle dan
dapatr di rumuskan sebagai berikut: PV1= PV2.
2.5.2.2 Hubungan antara Temperatur dengan Volume
Seperti halnya zat padat dan zat cair, gas akan mengembang jika dipanaskan pada
tekanan tetap. Dibandingkan dengan zat padat dan cair, udara mempunyai
koefisien muai yang jauh lebih besar. Dari pengukuran koefisien mulai berbagai
gas diperoleh kesimpulan sebagai berikut: “Semua macam gas apabila dinaikan
temperaturnya sebesar 1 °C pada tekanan tetap, akan mengalami pertambahan
volume sebesar 1/273 dari volumenya pada 0°C, Sebaliknya apabila dirutunkan
temperaturenya sebesar 1◦C, akan mengalami pengurangan volume dengan porsi
yang sama”. Pernyataan ini disebut hukum Charles, jika temperature dinyatakan
dalam temperature mutlak (0K), maka persamaannya dapat dituliskan: V1/V2 =
T1/T2.
http://digilib.mercubuana.ac.id/