TEKNOLOGI DAN PRODUKSI 4.1 Teknologi
TINJAUAN PUSTAKA 2
5.2 Klasifikasi Kompresor
5.1 Pengertian Kompresor
Kompresor adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Kompresor udara biasanya mengisap udara dari atmosfir. Namun ada pula yang mengisap udara atau gas yang bertekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfir. Karena berfungsi sebagai pemampat, maka fluida kerja dari kompresor harus bersifat compressible atau berbentuk gas. Contoh antara lain : udara, oksigen, nitrogen, dan lain lain.
Dalam kehidupan modern seperti sekarang ini kompresor mempunyai kegunaan yang sangat luas dihampir segala bidang baik di bidang industri, pertanian, rumah tangga, dan sebagainya. Selain itu jenis dan ukurannya pun baraneka ragam sesuai dengan pemakainya. Salah satu contoh penggunaan kompresor di bidang industri dapat kita lihat seperti yang terdapat pada PT. Latinusa.
5.2 Klasifikasi Kompresor
Kompresor terdapat dalam berbagai jenis dan model tergantung pada volume dan tekanannya (lihat gambar 5.1 klasifikasi kompresor). Sebutan kompresor dipakai untuk jenis yang bertekanan tinggi (lebih besar dari 15 in kolom air), sedangkan fan (kipas) untuk yang bertekanan rendah (kurang dari 15 in kolom air).
Gambar 5.1 : Klasifikasi kompresor Sumber : http://www.energyefficiencyasia.org
Secara umum kompresor dibagi menjadi 2 yaitu :
1. Kompresor kerja positif (positive displacement compressor)
Kompresor kerja positif adalah kompresor yang mengkompresi energi dari energi mekanik berupa gerakan piston/torak menjadi energi tekanan pada udara atau fluida (udara) bertekanan. Contoh kompresor kerja positif adalah kompresor torak. Kompresor kerja positif dibagi menjadi :
a. Kompresor kerja bolak – balik (reciprocating compressor)
Kompresor ini dikenal juga dengan kompresor torak, karena dilengkapi dengan torak yang bekerja bolak-balik. Pemasukan udara diatur oleh katup masuk dan dihisap oleh torak yang gerakannya menjauhi katup, prinsip kerja dari kompresor ini menyerupai mesin 4 langkah dimana terdapat katup hisap dan katup buang. Pada saat terjadi pengisapan, tekanan udara di dalam silinder mengecil, sehingga udara luar akan masuk ke dalam silinder secara alami. Pada saat gerak kompresi, torak bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas, sehingga udara di atas torak akan ditekan sampai udara tersebut memiliki tekanan yang tinggi, selanjutnya udara bertekanan tersebut di masukkan ke dalam tabung penyimpan udara. Tabung penyimpanan biasanya dilengkapi dengan katup satu arah sehingga udara yang ada dalam tangki tidak akan kembali ke silinder.
Proses tersebut berlangsung secara terus - menerus hingga diperoleh tekanan udara yang diperlukan. Pada umumnya bila tekanan dalam tabung telah melebihi kapasitas, maka katup pengaman akan terbuka, atau mesin penggerak akan mati secara otomatis. Kompresor udara reciprocating biasanya merupakan aksi tunggal dimana penekanan dilakukan hanya menggunakan satu sisi dari piston,(lihat pada gambar 5.2 Prinsip kerja kompresor bolak – balik (single - acting)). Sedangkan kompresor yang bekerja menggunakan dua sisi piston disebut sebagai
aksi ganda,(lihat pada gambar 5.3 Prinsip kerja kompresor bolak – balik (double – acting)).
Gambar 5.2 : Prinsip kerja kompresor bolak – balik (single - acting) Sumber : http://www.google.co.id
Gambar 5.3 : Prinsip kerja kompresor bolak – balik (double – acting) Sumber :http://www.compressor-troubleshooting.com
b. Rotary
Kompresor rotary merupakan salah satu jenis kompresor yang beroperasi pada kecepatan tinggi dan umumnya menghasilkan hasil keluaran (tekanan) yang lebih tinggi dibandingkan kompresor kerja bolak – balik (reciprocating compressor). Biaya investasinya yang rendah, bentuknya kompak, ringan dan mudah dalam perawatannya, sehingga kompresor ini sangat popular digunakan pada bidang industri. Kompresor rotary biasanya digunakan dengan ukuran 30 hp sampai 200 hp atau 22 kW sampai 150 kW.
Dibawah ini akan dijelaskan beberapa keuntungan dan kerugian dari kompresor jenis rotary.
Keuntungan :
1. Dapat berputar pada putaran tinggi, sehingga dimensinya relatif lebih kecil
2. Getaran mekanisnya lebih kecil.
3. Perawatannya lebih sederhana karena jumlah bagiannya lebih sedikit, misal tanpa katup dan mekanisme lain.
4. Dapat memberikan debit yang lebih kontinyu dibandingkan dengan kompresor kerja bolak balik (reciprocating compressor).
Kerugian :
1. Tidak dapat memberikan tekanan akhir yang tinggi. Bila diperlukan tekanan akhir tinggi harus dibuat bertingkat.
2. Efisiensi volumetrisnya rendah bila bagian-bagiannya kurang presisi.
Pada dasarnya kompresor rotari dibagi menjadi beberapa jenis antara lain :
• Helical screw
Kompresor screw (Helical screw) mempunyai sepasang rotor yang berbentuk seperti sekrup dimana masing – masing sekrup memiliki arah ulir yang berbeda. Pasangan rotor ini berputar dengan arah saling berlawanan seperti sepasang roda gigi. Seperti ditunjukkan pada gambar 5.4 dibawah ini.
Gambar 5.4 : Prinsip kerja helical screw Sumber : http://utami.community.undip.ac.id
Selain itu Kompresor ini terdiri atas jenis oil flooded dan oil free. Pada jenis oil flooded ( lihat gambar 5.5 Instalasi helical screw jenis oil flooded ), minyak pelumas membentuk seal yang akan menutup celah antara rotor dan casing. Kemudian minyak pelumas yang bercampur dengan gas atau udara akan didinginkan, dan dipisahkan pada separator atau filter untuk kemudian dipergunakan lagi.
Gambar 5.5 : Instalasi helical screw jenis oil flooded Sumber : http://utami.community.undip.ac.id
Adapun tujuan penambahan oli adalah :
1. Untuk mendinginkan udara yang sedang mengalami kompresi agar proses kompresinya berjalan secara isotermal.
2. Untuk merapatkan celah antara alur - alur rotor yang berkait dengan dinding rumah sehingga kebocoran dapat dikurangi. 3. Untuk memberikan pelumasan yang cukup pada rotor agar
tidak terjadi keausan.
Untuk menjalankan fungsi seperti tersebut di atas dengan baik, maka pelumas kompresor harus memiliki :
1. Ketahanan terhadap oksidasi
2. Stabilitas Terhadap Temperatur Tinggi 3. Viskositas Stabil
Temperatur minyak injeksi juga harus diatur dengan baik agar tidak terlalu rendah sehingga terjadi pengembunan uap air di dalam penampung minyak, dan juga agar tidak terjadi oksiolasio minyak karena temperatur yang terlalu tinggi. Bila kompresor dioperasikan pada tekanan rendah, kecepatan udara yang melalui pemisah minyak menjadi turun. Untuk mengatasi masalah ini, sistem dilengkapi dengan tekanan keluar supaya tetap diatas 4 kg t / cm sampai 5 kg t / cm (0,35 Mpa sampai 0,49 Mpa).
Sedangkan pada jenis oil free tidak diinjeksikan minyak pelumas hal ini dikarenakan celah antara puncak gigi rotor dinding dalam rumah dibuat tetap, sedangkan celah antara kedua rotor dapat dijaga tetap dengan menyesuaikan kelonggaran pasangan roda gigi. sehingga tidak ada sentuhan antara gigi dengan gigi rotor maupun antara kedua rotor dengan rumah. Biasanya kompresor jenis ini memiliki tekanan keluar yang lebih rendah dibanding jenis oil flooded.
Merupakan kompresor rotari yang proses kompresinya menggunakan zat cair yang membentuk cincin dan berfungsi sebagai piston, umumnya cairan tersebut adalah air tetapi dapat juga oli ( lihat gambar 5.6 Prinsip kerja Liquid – Ring ).
Gambar 5.6 : Prinsip kerja Liquid – Ring Sumber : http://utami.community.undip.ac.id
• Scroll
Prinsip dasar kompresi kompresor scroll adalah interaksi antara fixed scroll (scroll yang tidak bergerak) dengan orbiting scroll (scroll yang bergerak). Kedua scroll ini saling bersinggungan identik satu sama lain tetapi berbeda sudut 180o. Orbit dari scroll yang bergerak akan tidak bergerak. Keduanya mengikuti path/jalur yang dibentuk oleh scroll yang bersinggungan berdasarkan gaya sentrifugal. Ruang kompresi terbentuk dari mulai bagian luar sampai kebagian dalam dimana volume ruang kompresi semakin diperkecil, akibatnya tekanan menjadi naik dan pada akhir kompresi, refrigeran keluar dari bagian tengah kedua scroll tersebut ( lihat gambar 5.7 Prinsip kerja Scroll ).
Gambar 5.7 : Prinsip kerja Scroll
Sumber : http://hvactutorial.files.wordpress.com
• Sliding – vane
Disebut juga rotary vane compressor atau kompresor sudu luncur. Terdiri atas sebuah rotor yang dipasang secara eksentris pada silinder yang sedikit lebih besar dari pada rotor
Gambar 5.8 berikut menunjukkan bagian-bagian kompresor sliding vane:
Gambar 5.8 : Bagian – bagian kompresor Sliding Vane Sumber : http://utami.community.undip.ac.id
Baling-baling bergerak maju mundur secara radial dalam slot rotor mengikuti kontur dinding silinder saat rotor berputar. Sudu didorong oleh gaya sentrifugal yang timbul saat rotor berputar sehingga selalu rapat dengan dinding silinder. Untuk menjamin kerapatan antara sudu dengan dinding silinder dipasang pegas pada slot rotor. Untuk menjaga agar sudu tidak cepat aus, maka biasanya diujung sudu yang bersinggungan dengan casing digunakan logam lain. Kapasitas kompresor untuk ukuran rotor dan casing yang sama adalah fungsi jumlah sudu. Semakin banyak sudunya, makin besar kapasitasnya, tetapi perbandingan kompresinya lebih rendah dan volume vane lebih besar. Randemen volumetrisnya berkisar antara 0,6 sd 0,9.
• Kompresor Lobe ( Roots Blower )
Kompresor jenis ini akan menghisap udara luar dari satu sisi ke sisi yang lain tanpa ada perubahan volume. Torak membuat penguncian pada bagian sisi yang bertekanan. Prinsip kompresor ini ternyata dapat disamakan dengan pompa pelumas model kupu-kupu pada sebuah motor bakar. Beberapa kelemahannya adalah tingkat kebocoran yang tinggi. Kebocoran terjadi karena antara baling-baling dan rumahnya tidak dapat saling merapat.
Berbeda jika dibandingkan dengan pompa pelumas pada motor bakar, karena fluidanya adalah minyak pelumas maka film-film minyak sendiri sudah menjadi bahan perapat antara dinding rumah dan sayap-sayap kupu itu. Dilihat dari konstruksinya, sayap kupu - kupu di dalam rumah pompa digerakan oleh sepasang roda gigi yang saling bertautan juga, sehingga dapat berputar tepat pada dinding ( lihat gambar 5.9 Kompresor Roots Blower ).
Gambar 5.9 : Kompresor Roots Blower Sumber : http://ardianzsite.files.wordpress.com
1. Kompresor kerja dinamik (non positive displacement compressor)
Kompresor dinamik adalah kompresor yang mengkonversi energi dari energi potensial fluida (udara) menjadi energi kinetik berupa putaran impeler lalu menjadi energi tekan pada udara. Contoh kompresor dinamik adalah kompresor sentrifugal dan kompresor aksial. Kompresor kerja dinamik dibagi menjadi :
a. Sentrifugal
Kompresor udara sentrifugal merupakan kompresor dinamis, yang bergantung pada transfer energi dari impeller yang berputar. Rotor berputar dengan mengubah momen dan tekanan udara. Momen ini diubah menjadi tekanan tertentu dengan penurunan udara secara perlahan dalam difuser statis. Kompresor sentrifugal memiliki elemen berputar yang sederhana, terpasang pada poros yang dihubungkan ke motor penggerak. Tipe ini makin banyak dipakai diproses industri atau sebagai supercharger pada mesin pesawat terbang. Ukuran kompresor sentrifugal dapat lebih kecil dibandingkan dengan kompresor torak karena putarannya yang jauh lebih tinggi ( lihat gambar 5.10 kompresor Sentrifugal ).
Gambar 5.10 : Kompresor Sentrifugal Sumber : http://www.energyefficiencyasia.org
Prinsip kerja kompresor sentrifugal sama dengan pompa sentrifugal. Mula-mula impeler menaikkan kecepatan gas, kemudian gas dengan kecepatan tinggi akan masuk ke diffuser dimana terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi tekanan. Pada kompresor sentrifugal satu tingkat kenaikan tekanan yang dihasilkan kecil, agar lebih besar kemudian digunakan kompresor sentrifugal bertingkat dengan pendinginan. Proses kompresi untuk kompresor tingkat banyak sama seperti kompresor torak.
b. Axial
Pada kompresor aliran aksial, udara akan mendapatkan percepatan oleh sudu yang terdapat pada rotor dan arah alirannya ke arah aksial yaitu searah (sejajar) dengan sumbu rotor (dapat dilihat pada gambar 5.11 kompresor aksial). Jadi pengisapan dan penekanan udara terjadi saat rangkaian sudu-sudu pada rotor itu berputar secara cepat. Putaran cepat ini mutlak diperlukan untuk mendapatkan aliran udara yang mempunyai tekanan yang diinginkan. Teringat pula alat semacam ini adalah seperti kompresor pada sistem turbin gas atau mesin - mesin pesawat terbang turbo propeller. Bedanya, jika pada turbin gas adalah menghasilkan
mekanik putar pada porosnya. Tetapi, pada kompresor ini tenaga mekanik dari mesin akan memutar rotor sehingga akan menghasilkan udara bertekanan.
Gambar 5.11 : Kompresor Aksial Sumber http://ardianzsite.files.wordpress.com