Awal pompa dan kompresor

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur saya panjatkan kepada tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan limpahan rahmat-Nyalah maka saya boleh menyelesaikan makalah ini dengan tepat waktu.

Berikut ini penulis mempersembahkan sebuah makalah dengan judul “Pompa dan

kompressor”, yang menurut saya dapat memberikan manfaat yang besar bagi kita untuk lebih mengetahui tentang pompa dan kompressor yang biasa digunakan baik di rumahan atau pun di bengkel.

Melalui kata pengantar ini penulis lebih dahulu meminta maaf dan memohon permakluman bila mana isi makalah ini ada kekurangan dan ada tulisan yang saya buat kurang tepat atau menyinggu perasaan pembaca.

Dengan ini saya mempersembahkan makalah ini dengan penuh rasa terima kasih dan semoga allah SWT memberkahi makalah ini sehingga dapat memberikan manfaat terhadap pembaca.

DAFTAR ISI Halaman

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... iii

BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang... 4

Masalah Atau Topik Bahasan...4

Tujuan ... 4

BAB II PEMBAHASAN A. Teori Kompresi ... 5

1.1 Hubungan Antara Tekanan Dan Volume... 5

1.2 Hubungan Antara Temperatur Dan Volume...5

1.3 Persamaan Keadaan...6

B. Proses Kompresi Gas ... 7

2.1 Cara Kompresi... 7

2.2 Perubahan Temperatur... 9

2.3 Proses Politropik... 10

2.4 Efisiensi Volumetrik...11

BAB I PENDAHULUAN

Latar Belakang 1. Kompresi

Kompresi adalah proses pemampatan gas sehingga tekanannya lebih tinggi dari pada tekanan semula. Proses ini dipakai dalam banyak cabang bidang otomotif. Istilah kompresi umumnya dipakai untuk proses yang melibatkan peningkatan tekanan dan kerapatan gas. Dalam praktik, sebagian besar kompresi gas adalah proses kompresi udara. Udara yang dikompresi sering disebut udara tekan atau udara kempa. Udara tekan lazim dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk menggerakkan dongkrak, alat kendali otomatis, rem angina, produksi gas botol, proses teknik kimia, dan berbagai macam penggunaan lainnya.

Proses kompresi dilakukan untuk berbagai keperluan, termasuk menghasilkan udara berdaya tekan yang mampu mengangkat dongkrak bengkel, menyediakan udara untuk pembakaran, menyalurkan dan mendistribusikan gas pada jalur pipa gas alam dan sistem distribusi gas kota, menghasilkan kondisi yang lebih kondusif untuk reaksi kimia, serta menghasilkan dan menjaga penurunan ambang tekanan untuk berbagai keperluan proses kompresi udara secara termodinamika dapat dibagi menjadi lia, yaitu isobar, isokor, isotherm, isentrop, dan politrop.

Rumusan masalah

1. Apa definisi kompresi?

2. Bagaimana perubahan temperature pada waktu kompresi? 3. Mengapa dibutuhkan perhitungan kompresi?

Tujuan

1. Untuk mengetahui definisi kompresi.

BAB II PEMBAHASAN

A. Teori Kompresi

1.1. Hubungan antara tekanan dan volume

Jika sebuah alat penyuntik tanpa jarum dan berisi udara atas gas (Gb. 2.6) ditutup ujungnya dengan jari telunjuk dan tangkainya didorong dengan ibu jari, maka pada jari telunjuk akan terasa adanya tekanan yang bertambah besar. (Hal yang sama juga dapat dilakukan dengan pompa sepeda). Bertambahnya tekanan tersebut adalah merupakan akibat dari mengecilnya volume udara didalam didalam silinder karena dimampatkan oleh torak. Jika volume semakin dikecilkan, tekanan akan semakin besar.

Hubungan antara tekanan dan volume gas dalam proses kompresi tersebut dapat diuraikan sebagai berikut. Jika selama kompresi, temperatur gas dijaga tetap (tidak

bertambah panas) maka pengecilan volume menjadi ½ kali akan menaikkan tekanan menjadi 2 kali lipat. Demikian pula jika volume menjadi 1/3 kali, tekanan akan menjadi 3 kali lipat, dst. Jadi secara umum dapat dikatakan sebagai berikut: ”jika gas dikompresikan pada temperature tetap, maka tekanannya akan berbanding terbalik dengan volumenya”.

Pertanyaan ini disebut hukum Boyle dan dapat dirumuskan pula sebagai berikut: jika suatu gas mempunyai volume V₁ dan tekanan P₁ dimampatkan pada temperatur tetap hingga volumenya menjadi V₂ , maka tekanannya akan menjadi P₂ dimana

P₁V₁=P₂V₂=tetap

Di sini tekanan dapat dinyatakan dalam kgf/ cm2 (atau Pa) dan volume dalam m3 .

1.2. Hubungan antara temperatur dan volume

Seperti halnya pada zat padat dan cair, gas akan mengembang jika dipanasakan pada tekanan tetap. Dibandingkan dengan zat pada dan zat cair, gas mempunyai koefisien muai yang jauh lebih besar. Dari pengukuran koefisien muai berbagai gas diperoleh kesimpulan sebagai berikut: “semua macam gas apabila dinaikkan temperaturnya sebesar 1 ℃ . Sebaliknya apabila diturunkan temperaturnya sebesar 1/273 dari volumenya pada 0 ℃ . Sebaliknya apabila diturunkan temperaturnya sebesar 1 ℃ , akan mengurangi pengurangan volume dengan proporsi yang sama”.

Pernyataan diatas disebut hokum Charles. Hokum ini dapat dirumuskan pula sebagai berikut. Jika suatu gas pada 0 ℃ mempunyai volume sebesar V0 , maka pada

temperatur t₁℃ untuk tekanan yang sama gas tersebut akan mempunyai volume V₁ dimana 2 dasar-dasar kompresi gas dan klasifikasi kompresor.

V1=V0+

1

273. t1.V0=V0

(

1+

t1

273

)

(2.5)

Pada temperatur t₂℃ untuk tekanan yang sama pula gas mempunyai volume

V2=V0

(

1+ t2

273

)

(2.6)

Jika pers. (2.5) dibagi dengan pers. (2.6) didapat

V₁ V₂=

(

273+t1

)

(

273+t2

)

Lambang t menyatakan temperatur dalam skala ℃ (celcius). Skala ini mempunyai harga 0 ° pada titik beku air dan harga 100 ° pada titik didih air pada tekanan 1 atm.

Disamping skala celcius, orang dapat memakai skala ( ° K¿ dimana 0 ° K = -273 ° C

dan 273 ° K = 0 ° C . Temperatur yang di dasarkan pada skala ° K ini disebut temperatur mutlak dengan lambang T. adapun hubungan antara t dan T dapat dituliskan sebagai

T( ° K¿ = 273 + t( ° C¿

Dalam Gb. 2.7 digambarkan hubungan antara skala ° K dan ° C .

Jika temperatur dinyatakan dalam temperature mutlak ( ° K¿ , maka Pers. 2.7 dapat ditulis sebagai berikut:

V₁ V₂=

T₁ T₂

Jadi menurut Pers. (2.9) hokum Charles dapat pula dikatakan sebagai berikut: “pada proses tekanan tetap, volume gas berbanding lurus dengan temperature mutlaknya”.

1.3. Persamaan keadaan

Hukum Boyle dan hukum Charles dapat digabungkan menjadi hukum Boyle-Charles yang dapat dinyatakan sebagai

B. Proses Kompresi Gas 2.1 Cara kompresi

Kompresi gas dapat dilakukan menurut tiga cara yaitu dengan proses isothermal, adiabatic, dan politropik. Adapun perilaku masing-masing proses ini dapat diuraikan sebagai berikut.

(1) Kompresi isothermal

Bila suatu gas dikompresikan, maka ini berarti ada energy mekanik yang diberi dari luar kepada gas. Energy ini diubah menjadi energy panas sehingga temperature gas akan naik jika tekanan semakin tinggi. Namun, jika proses kompresi ini dibarengi dengan pendinginan untuk mengeluarkan panas yang terjadi, temperature dapat dijaga tetap. Kompresi secara ini disebut kompresi isothermal (temperature tetap) hubungan antara p dan v dapat diperoleh dari pers. (2.11). untuk T = tetap persamaan tersebut menjadi Pv = tetap.

Persamaan ini dapat ditulis sebagai P1.v1 = P2.v2

Yang ekivalen dengan pers. (2.4)

Kompresi isothermal merupakan suatu proses yang sangat berguna dalam analisa teoritis, namun untuk perhitungan kompresor tidak banyak kegunaanya. Pada kompresor sesungguhnya, meskipun silinder didinginkan sepenuhnya, adalah tidak mungkin untuk menjaga tempratur udara yang tetap di dalam selinder. Hal ini disebabkan oleh cepatnya proses kompresi ( beberapa ratus sampai seribu kali per menit ) di dalam silinder.

Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk ke dalam gas. Proses semacam ini disebut adiabatic.

Dalam praktek, proses adiabtik tidak pernah terrjadi secara sempurna karena isolasi terhadap silinder tidak pernah dapat sempurna pula. Namun proses adiabatic seiring dipakai dalam pengkajian teoritis proses kompresi.

Hubungan antara tekanan dan volume dalam proses adiabatic dapat dinyatakan dalam persamaan.

P.v^k = tetap Atau

P1.v1^k = P2.v2^k Dimana k = Cp / Cv

Jika rumus ini dibandingkan dengan rumus kompresi isothermal dapat dilihat bahwa untuk pengecilan volume yang sama, kompresi adiabatuk akan menghasilkan tekanan yang lebih tinggi daripada proses isothermal. Sebagai contoh jika volume diperkecil menjadi ½ maka tekanan pada kompresi adiabatic akan menjadi 2,64 kali lipat, sedangkan pada kompresi isothermal hanya 2 kali lipat.

Karena tekanan yang dihasilkan oleh kompresi adiabatic lebih tinggi dari pada kompresi isothermal untuk pengecilan volume yang sama, maka kerja yang diperlukan pada kompresi adiabatic juga lebih besar.

(3) Kompresi Politropik

Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isothermal, karena ada kenaikan tempratur, namun juga bukan proses adiabatic karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses kompresi yang sesungguhnya, ada diantara keduanya dan disebut kompresi politropik. Hubungan anatar P dan v pada proses politropik ini dapat dirumuskan sebagai.

P.v^n = tetap Atau

Di sini n disebut indeks politropik dan harganya terletak antara 1 ( proses isothermal ) dan k ( proses adiabatic ), Jadi: 1 < n < k. Untuk kompresor biasa, n = 1,25~1,35.

Dari rumus ini, dengan n = 1,25 pengecilan volume sebesar v2/v1 = ½ misalnya, akan menaikan tekanan menjadi 2,38 kali lipat. Harga ini terletak antara 2,0 (untuk isothermal) dan 2,64 (untuk adiabatic)

2.2 Perubahan tempratur

Pada waktu kompresi, tempratur gar dapat berubah tergantung pada jenis proses yang dialami. Untuk masing masing proses, hubungan antara tempratur dan tekanan adalah sebagai berikut.

(1) Proses Isotermal

Seperti telah disinggung di muka, dalam proses ini tempratur dijaga tetap sehingga tidak berubah.

(2) Proses Adiabatik

Dalam kompresi adiabatic tidak ada panas yang dibuang keluar silinder sehingga seluruh kerja mekanis yang diberikan dalam proses ini akan di pakai untuk menaikan tempratur gas.

Tempratur yang dicapai oleh gas yang keluar dari kompresor dalam proses adiabatic dapat diperoleh secara teoritis dari rumus berikut :

Td = Ts ( Pd/Ps)^(k-1)/mk

Dimana : Td : Tempratur mutlak gas keluar kompresor (K) Ts : Tempratur isap gas masuk kompresor (K) m : Jumlah tingkat kompresi

Pd.Ps = Tekanan keluar mutlak / tekanan isap mutlak = perbandingan tekanan K = cp/cv , perbandinag panas jenis gas

silinder pertama , disalurkan lebih lanjut ke sisi isap silinder kedua, dikompresikan untuk kedua kalinya, lalu dikeluarkan, Pada kompresor 3 tingkat, gas yang keluar dari silinder kedua dimasukan ke silinder 3 lalu dikompresikan dan dikeluarkan . cra kerja yang sama juga berlaku pada kompresor kompresor dengan jumlah timgkat yang lebih banyak.

Kompresor bertingkat digunakan untuk memperoleh perbandingan tekanan Pd/Ps yang tinggi. Kompresi dengan perbandingan kompresi yang besar, jika dilakukan hanya dengan satu tingkat akan kurang efektif karena efiseiensi volumetriknya menjadi rendah. Namun jika jumlah tingkat terlalu banyak , kerugian gesek menjadi terlalu besar dan harga kompresor menjadi mahal. Karena itu untuk tekanan sampai 7 atau 10 kgf/cm^2 kompresi dilakukan dalam 1 atau 2 tingkat, dan untuk tekanan sampai 60 kgf/cm^2 dilakukan dalam 3 tingkat.

2.3 Proses Politropik

Jika selama proses kompresi udara diinginkan, misalnya dengan memakai air pendingin untuk silinder, maka sebagian panas yang timbul akan dikeluarkan. Untuk menghitung tempratur kompresi dapat digunakan persamaan di mana sebagai ganti k dipakai indeks politropik yang harganya lebih rendah.

Tempratur pada kompresor yang sesungguhnya, tergantung pada ukuran dan jenisnya, dan biasanya diusahakan serendah rendahnya.

2.4 Efisiensi Volumetrik dan Adiabatik

Dalam proses kompresi pada kompresor terdapat 2 macam efisensi yang penting, yaitu efisiensi volumetric dan adiabatic keseluruhan. Arti kedua macam efisiensi tersebut dapat diterangkan seperti di bawah ini.

2.4.1 Efisiensi volumetric

Dasar-dasar kompresi gas dan klasifikasi kompresor

Gb.2.10 Diagram P-Y dafi kompresor.

Perpindahan torak menyatakan kemampuan teoritis torak menghasilkan volume gas tiap menit namun dalam kompresor yang sesungguhnya volume gas yang dikeluarkan adalah lebih kecil dari pada perpindahan torak. Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut.

Seperti dilukiskan dalam Gb. 2.10 torak memulai langkah kompresinya pada titik ①(dalam diagram P-Y). Torak bergerak ke kiri dan gas dimampatkan hingga tekanannya naik ke titik②Pada titik ini tekanan di dalam silinder mencapai harga tekanan Po yang lebih tinggi dari pada tekanan di dalam pipa keluar (atau tangki tekan), sehingga katup keluar pada kepala silinder akan terbuka. Jika torak bergerak terus ke kiri, gas akan didorong keluar silinder pada tekanan tetap sebesar Pd. Di titik③ torak mencapai titik mati atas, yaitu titik akhir gerakan torak pada langkah kompresi dan pengeluaran.

Vs melainkan lebih kecil, yaitu hanya sebesar volume isap antara titik mati bawah ① dan titik ④. Adapun ifisiensi volumetris 4, didefinisikan sebagai

di mana :

Qs : Volume gas yang dihasilkan, pada kondisi tekanan dan temperatur isap (m3_/min)

Qth : Perpindahan torak (m3/min)

Besarnya efisiensi volumetris ini dapat dihitung secara teoritis berdasarkan volume gas yang dapat diisap secara efektif oleh kompres pada langkah isapnya, seperti telah diuraikan di atas. Dari perhitungan tersebut diperoleh rumus yang dapat ditulis sbb:

di mana :

Ԑ : Vf/ Vs, volume sisa (clearance) relatip,

Pd : tekanan keluar dari silinder tingkat pertama (kgf/cm2 abs), Ps : Tekanan isap dari silinder tingkat pertama (kgf/cm2 abs)'

n : Koefisien ekspansi gas yang tertinggal di dalam volume sisa; untuk udara, n = 1.2.

Tanda ≈ berarti "kira-kirasamadengan",karena rumus (2.19)diperoleh dari perhitungan teoritis. Adapun harga4, yang sesungguhnya adalah sedikit lebih kecil dari harga yang diperoleh dari rumus di atas karena adanya kebocoran melalui cincin torak dan katup-katup, serta tahanan pada katup-katup. Dalam Gb. 2.ll diperlihatkan pengaruh Ԑ dan Pd/Pspada efisiensi volumetris ɳv. Sehubungan dengan hal-hal di atas dapat dimengerti jika efisiensi volumetris juga tergantung pada faktor-faktor rancaogan kompresor seperti bentuk dan ukuran silinder, serta bentuk, ukuran, dan susunan katup-katup.

2.4.2 Efisiensi adiabatik keseluruhan

Efisiensi kompresor ditentukan oleh berbagai faktor sePerti tahanan aerodinamik didalam katup-katup, saluran-saluran, pipa-pipa, kerugian mekanis, efektivitas pendinginan, dll. Namun, menentukan secara tepat pengaruh masing-masing faktor tersebut adalah sangat sulit. Karena itu faktor-faktor ini digabungkan dalam efisiensi adiabatik keseluruhan.

Efisiensi adiabatik keseluruhan didefinisikan sebagai daya yang diperlukan untuk memampatkan gas dengan siklus adiabatik (menurut perhitunganteoritis), dibagi dengan daya yang sesungguhnya diperlukan oleh kompresor pada porosnya. Dalam rumus efisienpi ini dapat ditulis sbb:

di mana :

ɳad : Efisiensi adiabatik kesekuruhan (biasanya dinyatakan dalam %), Lad: Daya adiabatik teoritis (kW)

Ls :Daya yang masuk pada poros kompresor{kW)'

Besarnya daya'adiabatik teoritis dapat dihitung dengan rumus

Ps: Tekanan isap tingkat pertama (kgf/m2 abs)

Pd: Tekanan keluar dari tingkat terakhir (kgf/m2 abs)

Qs: Jumlah volume gas yang keluar dari tingkat terakhir (m3/min) dinyatakan pada kondisi tekan dan temperatur isap

k: cp/cp

m: Jumlah tingkat kompresi; lihat keterangan pada Pers. (2.16).

Jika dalam rumus ini dipaka-i satuan tekanan Pa maka Pers. (2-21) ditulis sebagai

Dalam Tabel 2.7 diberikan harga-harga daya adiabatik teoritis yang diperlukan untuk mengkompresikan 1m3_{/min udara dengan kondisi standar sebagai hasil perhitungan} berdasarkan rumus di atas. Dari tabel terlihat bahwa daya yang diperlukan untuk kompresi 2 tingkat harganya lebih kecil dari pada kompresi I tingkat. Harga yang lebih rendah ini diperoleh pada kompresor 2 tingkat yang menggunakan pendingin antara (inter-cooler) di antara tingkat pertama dan tingkat ke dua. Penggunaan pendingin antara akan memperkecil kerja kompresi. Jika tidak digunakan pendingin antara, maka daya yang diperlukan untuk kompresi 2 tingkat adalah sama besarnya dengan daya untuk I tingkat, pada perbandingan tekanan yang sama.

Sebagai contoh, dari Tabel 2.7 terbaca bahwa untuk kompresi I tingkat sampai 7 kgf /cm2 _{(g) atau 8,033 kgf/cm}2 _{abs, diperlukan daya sebesar 4,7074 kW. Ini diperoleh dari} Pers. (2.21) dengan mengambil harga k = 1,4 dan m = 1. Daya sebesar 4,7074kW tersebut juga akan diperlukan untuk kompresi 2 tingkat tanpa pendingin antara. Namun jika digunakan pendingin antara maka daya yang diperlukan menjadi sebesar 4,0227 kW. Harga ini dapat diperoleh dari Pers' (2.21a) jika diambil k = 1,4 dan m = 2. Selanjutnya

/cmz (g) diperlukan daya poros sebesar 5,4 kW, maka dengaa daya adiabatik teoritis sebesar 4,022kW, kompresi ini mempunyai efisiensi adiabatik keseluruhan sebesar

Semakin tinggi efisiensi adiabatik keseluruhan sebuah kompresor, berarti semakin kecil daya poros yang diperlukan untuk perbandingan kompresi dan kapasitas yang sama. Namun setinggi-tinggi efisiensi ini, harganya tidak akan mencapai 100%. Selanjutnya, karena harga daya adiabatis teoritis untuk kompresor I tingkat berbeda dengan harga untuk kompresor 2 tingkat, maka memperbandingkan efisiensi kompresor harus dilakukan di antara yang sama jumlah tingkatnya.

BAB III PENUTUP Kesimpulan

Kompresi adalah proses pemampatan gas sehingga tekanannya lebih tinggi dari pada tekanan semula. Proses ini dipakai dalam banyak cabang bidang otomotif. Istilah kompresi umumnya dipakai untuk proses yang melibatkan peningkatan tekanan dan kerapatan gas. Dalam praktik, sebagian besar kompresi gas adalah proses kompresi udara. Udara yang dikompresi sering disebut udara tekan atau udara kempa. Udara tekan lazim dimanfaatkan sebagai sumber energi untuk menggerakkan dongkrak, alat kendali otomatis, rem angina, produksi gas botol, proses teknik kimia, dan berbagai macam penggunaan lainnya.