Contoh Soal 8.2:

Anda diminta untuk merancang kompresor rotari bertingkat banyak yang akan digunakan untuk mengkompresi udara (R_i = 287 J/KgK) bertekanan 1 bar (105 Pa) temperatur 20 oC menjadi 2,5 bar dan proses berjalan politropik dengan n=1,3. Jika Q_s = 120 m3/mnt, dan kecepatan putar penggerak 3000 rpm,

a. Tentukan jenis impeler (ns) jika jumlah tingkat dibatasi hanya 3 tingkat saja. b. Berapa perbandingan tekanan pada tiap tingkat?

Jawaban a.

Untuk dapat menentukan kecepatan spesifik ns kita harus menghitung head per tingkat dan ini memerlukan head total yang dihitung dari nilai C total. Pertama kita harus menentukan C total

dan dari sini kita dapat menentukan head total. Nilai C untuk head total harus diambil dari rasio pemampatan total. Untuk n = 1,3 dan rasio pemampatan 2,5 diperoleh:

C=1,02

m

g

RTC

H

_total

8752,328

8

,

9

02

,

1

.

293

.

287

H_setingkat = 8752,328/3 = 2917,4 m

Dari head untuk satu tingkat ini kita dapat menentukan kecepatan spesifik:

8

,

82

397

954

,

10

3000

4

,

2917

120

3000

4 3 2 1 4 3 2 1

H

Q

n

n

_s

Dengan demikian impeler yang harus digunakan adalah jenis radial. b.

Perbandingan tekanan (rasio pemampatan): 2,51/3 = 1,4

Dari rasio pemampatan ini sebenarnya kita dapat menentukan head tiap tingkat dari harga C (tunggal) untuk rasio tersebut. Dari sini diperoleh C = 0,35.

m

g

RTC

H

_setingkat

3003,25

8

,

9

35

,

0

.

293

.

287

Ada sedikit perbedaan hasil perhitungan sebesar sekitar 85 meter.

8.4.2. Pendinginan

Jika beberapa gas bercampur, maka tekanan totalnya adalah jumlah dari tekanan masing-masing gas dalam campuran itu. Dalam kasus udara misalnya, maka tekanan total udara merupakan tekanan udara kering ditambah tekanan uap air dan lainnya. Udara jenuh berarti udara yang mengandung uap air jenuh (maksimum), yang berarti kandungan udara keringnya minimum. Ketika kita mengkompresi udara, maka uap air ini mengkondensasi menjadi air dan tentu saja air ini akan dibuang. Jadi makin banyak kandungan uap air, makin banyak energi terbuang untuk mengkompresi air tersebut.

Kemudian di depan kita juga maklum bahwa makin tinggi temperatur udara, makin besar tekanan uapnya dan sebaliknya makin dingin udara, makin banyak uap yang mengembun dan makin kering. Jadi makin panas udara, makin banyak kandungan uap air dan makin banyak energi terbuang. Di sinilah pentingnya pendinginan udara sebelum masuk kompresor karena udara dingin lebih hemat (menguntungkan) dibanding udara panas.

Kedua, dari persamaan kerja kompresor jelas bahwa kerja yang diberikan pada gas sebanding

dengan besarnya temperatur masukan. Makin besar T₁ makin besar pula kerja yang dibutuhkan.

Dengan kata lain, dapat kita simpulkan bahwa makin tinggi temperatur, makin besar head, karena daya berbanding lurus dengan head.

Ketiga, dari sisi proses, kompresi isotermal lebih hemat dari pada proses lainnya. Dengan demikian, pendinginan yang dapat sedikit mendekati proses isotermal akan lebih menghemat energi dibanding tanpa pendinginan. Untuk itu kita lihat gambar di bawah:

Gambar 8.11. Pendinginan antar stage dan penghematannya.

Dari gambar di atas, tampak proses 1 ke 2 berjalan secara politropik. Dari keadaan dua ini didinginkan ke keadaan 3 yang merupakan kurva isotermal dari 1 ke 7. Dari titik 3 ke 4 kompresi berjalan politropik juga dan didinginkan ke titik 5 demikian seterusnya sampai tingkat tiga hingga ke titik 7. Dari gambar sebelah kiri tampak energi yang dihemat yang merupakan luasan yang diarsis. Luasan ini adalah selisih usaha politropik dikurangi pendekatan isotermal. Keuntungan lain dari rendahnya temperatur masukan adalah bahwa kompresor itu mengisap gas sejumlah volume tertentu dan bukannya massa. Jika temperatur rendah, maka massa jenis tinggi dan pada volume yang sama, massa gas yang terisap lebih besar dari pada gas dengan temperatur yang lebih tinggi.

Demikianlah maka pendinginan memegang peranan yang penting pada peningkatan efisiensi atau konservasi energi.

8.4.3. Perlengkapan Penting

Dalam peningkatan efisiensi dan keselamatan, biasanya kompresor dilengkapi dengan beberapa perlengkapan dan alat-alat pengendalian (kontrol) untuk mengkondisikan udara (gas) dan mengatur kerja kompresor. Beberapa perlengkapan itu misalnya saringan masuk (intake filter), pengering, tabung penampung dan katup pengaman.

Saringan

Saringan diperlukan agar udara (gas) yang masuk tidak mengandung debu atau partikel lain karena hal ini akan mempercepat keausan cincin torak dan silinder. Saringan ini dipasang pada sisi isap. Karena itu, sebaiknya saringan dibuat cukup besar agar kerugian gesek (pressure drop) pada saringan tersebut cukup kecil. Saringan harus sering dibersihkan.

Pengering

Telah maklum bahwa kelembaban yang tinggi dapat menambah kebutuhan daya pada kompresor. Hal lain yang menuntut untuk mengurangi kelembaban adalah karena air yang terbentuk setelah kompresor dapat mengakibatkan kerusakan pada alat pengguna udara tekan. Air yang terbentuk akan menyebabkan karat (korosi) atau benturan air. Pengeringan dapat ditempuh dengan menempatkan kompresor di tempat yang cukup ventilasi karena hal ini akan mengurangi kelembaban. Kedua, bisa juga dipasang pendingin dan ketiga dengan penyerap uap air.

Dengan pendinginan, uap air akan mengalami kondensasi (mengembun), kemudian air tersebut dibuang. Di sini perlu diperhatikan bahwa biasanya refrigeran (zat pendingin) yang digunakan adalah air atau udara. Artinya, titik terendah pendingin ini biasanya berkisar pada 2 oC, sehingga titik embun udara yang hendak dikeringkan harus di atas temperatur tersebut. Kalau tidak demikian, tidak akan dicapai kondensasi.

Pendinginan dapat dilakukan dengan menggunakan pengalih panas (heat exchanger) seperti radiator mobil. Dengan terus mensirkulasikan air yang bersentuhan dengan udara melalui pengalih panas, maka panas dari udara dialihkan ke air dan air ini selanjutnya disemprotkan di dalam menara pendingin. Jika digunakan pendingin udara, udara hasil kompresi yang diputar di dalam pengalih panas, terus dikipasi sehingga menjadi lebih dingin. Jika pendinginan ini mencapai titik embun (dew point) maka uap air akan mengembun.

Penyerapan uap air (adsorpsi) biasanya menggunakan zat penyerap (desikan, desiccant). Pengeringan cara ini utamanya digunakan pada udara dengan titik embun yang sangat rendah

(sampai di bawah – 40 oC). Karena menyerap uap, maka desikan akan jenuh dan pada keadaan

ini sudah tidak dapat menyerap uap air lagi. Oleh karena itu desikan harus dikeringkan dengan cara dipanaskan agar uap air yang dikandungnya lepas menguap. Jadi harus ada desikan dengan jumlah ganda agar jika sebagian dipakai, sebagian lagi dikeringkan untuk digunakan secara bergiliran.