Prinsip kompresi

     273 1 t1

dan pada temperatur t2 volumenya menjadi:

V2 =        273 1 t2

Perbandingan V1 dan V2 adalah:

273 2 273 1 2 0 1 0 2 1

273

1

273

1

 













 











 



t

t

t

V

t

V

V

V

Bila t1 dan t2 adalah dalam satuan °C, maka t1 + 273 adalah sama dengan suhu dalam satuan derajat Kelvin (K) atau T= t + 273. Jadi perbandingan V1 dan V2

jika temperatur dinyatakan, ditulis sebagai berikut:

2 1 2 1 T T VV 

Sifat udara standar adalah pada suhu 20 ^oC (293 K), tekanan absolut 1 atm, kelembaban relatif 65 %, massa jenis 1,204 kg/m3, kalor jenis (cp):1,005 kJ/kg

oC, dan rasio kalo jenis k = cp/cv = k =1,4.

5.4 Prinsip kompresi

Contoh nyata dari kompresor jenis perpindahan yang paling umum dan sederhana adalah pompa ban untuk sepeda atau mobil seperti diperlihatkan dalam Gambar V.6. Cara kerjanya adalah jika torak ditarik ke atas, tekanan dalam silinder di bawah torak akan menjadi negatip (lebih kecil dan tekanan atmosfir) sehingga udara akan masuk melalui celah katup isap. Katup mi terbuat dan kulit, dipasang pada torak, yang sekaligus berfungsi juga sebagai perapat torak. Kemudian jika torak ditekan ke bawah, volume udara yang terkurung di bawah torak akan mengecil sehingga tekanan akan naik. Katup isap akan

Pompa dan Kompresor 70 menutup dengan merapatkan celah antara torak dan dinding silinder. Jika torak ditekan terus, volume akan semakin kecil dan tekanan di dalam siliñder akan naik melebihi tekanan di dalam ban. Pada saat tersebut udara akan terdorong masuk ke dalam ban melalui pentil (yang berfungsi sebagai katup keluar). Maka tekanan di dalam ban akan semakin bertambah besar.

Pada kompresor yang sesungguhnya torak tidak digerakkan dengan tangan melainkan dengan motor melalui poros engkol seperti diperlihatkan dalam Gambar V.1. Dalam hal ini katup isap dan katup keluar dipasang pada kepala silinder. Adapun sebagai penyimpan energi dipakai tangki udara. Tangki ini dapat dipersamakan dengan ban pada pompa ban. Kompresor semacam ini di mana torak bergerak bolak-balik disebut kompresor bolak-balik.

Pada Gambar V.7 memperlihatkan diagram hubungan antara tekanan (P) dan volume (V) pada kompresor satu tingkat.

Gambar V.7 Diagram P-V kompresor satu tingkat

Pada langkah 1-2-3 kurva P-V pada Gambar V.7 menerangkan terjadinya perubahan dari titik 1 bergerak ke titik 2 dengan memampatkan gas hingga tekanan naik. Pada titik 2 tekanan di dalam silinder mencapai harga tekanan Pd yang lebih tinggi daripada tekanan di dalam pipa keluar (tangki tekan), sehingga katup keluar pada kepala silinder akan terbuka. Torak akan terus bergerak ke titik 3 sehingga gas akan terdorong keluar dengan tekanan sebesar Pd.

Pada langkah 3-4-1, titik 3 merupakan titik mati atas dari torak, sehingga pada silinder masih tersedia volume sisa sebesar Vc dengan tekanan Pd. Idealnya Vc harus sama dengan nol. Tapi hal ini tidak mungkin dapat dibuat karena dikhawatirkan terjadinya tabrakan antara kepala torak dengan kepala silinder. Selain itu juga, harus ada lubang-lubang laluan pada katup sehingga clearence nol tidak mungkin dibuat. Ketika torak memulai langkah isapnya, katup isap tidak akan terbuka sebelum sisa gas di atas torak berekspansi sampai tekanannya

Pompa dan Kompresor 71 turun dari Pd sampai Ps. Tekanan Ps ini tercapai pada titik 4. Mulai dari titik 4 sampai titik 1 terjadi pemasukan gas yang disebut proses pengisapan.

Kompresor dua tingkat

Pada Gambar V.8 menjelaskan tentang hubungan antara tekanan dan volume pada kompresor dua tingkat.

Gambar V.8 Diagram P-V kompresor dua tingkat

Keterangan pada Gambar V.8.

C-B : Udara dikompresikan dalam silinder pertama B-A : Udara didinginkan di dalam intercooler A-D : Udara dikompresikan pada silinder kedua Titik D : Titik akhir pada proses kompresi dua tingkat Titik D’: Titik akhir pada proses kompresi satu tingkat

Proses kompresi

Jenis proses kompresi udara atau gas yang terjadi pada kompresor adalah: Kompresi isotermal

Kompresi adiabatik/ isentropik Kompresi politropik V D’ D C B A Penghematan kerja Garis adiabatik Garis isotermik P

Pompa dan Kompresor 72 Persamaan umum proses kompresi dapat dituliskan seperti berikut :

PV ⁿ

= tetap

dimana pada proses kompresi isotermal harga n =1, proses kompresi adiabatik harga n = k, dan proses kompresi politropik harga n adalah 1 < n < k. Harga k = cp/cv (rasio kalor jenis) untuk udara = 1,4 dan harga n = 1,1 –1,35.

Kompresi isotermal

Jika suatu gas atau udara dikompresikan, maka ada energi mekanik yang diberikan dari luar kepada gas atau udara. Energi tersebut salah satunya diubah menjadi energi panas/kalor. Bila proses kompresi dibarengi dengan pendinginan, maka energi panas atau kalor tidak akan terjadi sehingga temperaturnya tetap terjaga. Kompresi dengan cara ini disebut kompresi isothermal (suhu/temperatur tetap).

P

₁

V

₁

P

₂

V

₂

tetap

Kompresi adiabatik

Bila silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk ke dalam gas. Kompresi semacam ini disebut kompresi adiabatik. Dalam praktiknya, kompresi adiabatik tidak ada yang sempurna karena isolasi silinder tidak pernah dapat sempurna. Untuk pengecilan volume yang sama, kompresi adiabatik menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dari kompresi isothermal, sehingga kerja kompresi adiabatik lebih besar dari kerja isothermal.

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

Temperatur yang dicapai oleh gas yang keluar dari kompresor dalam proses adiabatik dapat diperoleh secara teoritis dan persamaan berikut:

dimana, Td: Temperatur mutlak gas keluar kompresor (K) T: Temperatur isap gas masuk kompresor (K)

m: Jumlah tingkat kompresi; m = 1, 2, 3,”. (Untuk m > 1, rumus tersebut mencakup proses pendinginan pada pendingin antara (intercooler), sehingga proses kompresi keseluruhan dari Ps menjadi Pd bukan proses adiabatik murni).

Kompresi politropik

Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isothermal, karena ada kenaikan temperatur, namun juga bukan proses adiabatik, karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses kompresi yang

Pompa dan Kompresor 73 sesungguhnya ada diantara keduanya yang disebut kompresi politropik. Tabel V.1 memperlihatkan hubungan antara volume dan tekanan pada berbagai proses kompresi.

Tabel V-1 Hubungan antara volume dan tekanan pada berbagai kompresi