KARYA AKHIR
SISTEM KERJA MESIN PENDINGIN DENGAN
MENGGUNAKAN REFRIGRAN (R22) UNTUK
MENURUNKAN SUHU UDARA HASIL KOMPRESOR
MENJADI UDARA INSTRUMENT DI PABRIK MINI PTKI
MEDAN
Karya Akhir ini diajukan untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan
Oleh :
RAHMA SAPITRI
075203018
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
SISTEM KERJA MESIN PENDINGIN DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGRAN (R22) UNTUK MENURUNKAN SUHU UDARA HASIL KOMPRESOR MENJADI UDARA INSTRUMENT DI PABRIK MINI
PTKI MEDAN
RAHMAD FAUZI ST MT Nip. 19690424 199701 1 002
Diketahui Oleh :
KETUA PROGRAM DIPLOMA IV TEKNOLOGI INTRUMENTASI PABRIK
Fakultas Teknik USU
Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si. Nip. 19540531 198601 1 002
ABSTRAK
Perkembangan ilmu pengetahuan dewasa ini berjalan dengan cepat, salah
satunya adalah tentang mesin pendingin ruangan. Di mana untuk mesin pendingin
ruangan sekarang sedang dikembangkan dengan menggunakan refrigeran
hidrokarbon yang mempunyai sifat ramah lingkungan, sedangkan refrigeran yang
dulu digunakan refrigeran sintetik mempunyai efek negatif terhadap lingkungan
seperti merusak lapisan ozon (Ozone Depleting Potensial atau ODP) dan
menimbulkan pemanasan global (Global Warning Potensial atau GWP).
Pada proses pendinginan udara di perlukan refrigran unit. Udara yang
dikompresikan oleh kompressor ini bekerja dengan sitem langkah tunggal, gas
udara tersebut tetap dikompresikan karena pada kedua sisi piston masing-masing
terdapat satu buah katub, yaitu katup isap dan katup buang.
Dari kompressor inilah asal mula udara instrument yang terdapat dipabrik
Mini PTKI Medan. Kompresor,After Cooler,Separator,Akumulator, dan Selex
Drayer adalah alat yang menghasilkan udara Instrument dipabrik Mini PTKI
Medan.
Banyak tujuan yang dimaksud dalam sistem kerja mesin pendingin
antaralain adalah untuk menghasilkan panas yang dilepas oleh udara setelah
didinginkan dan dikeringkan pada selex dryer dan dapat juga menghasilkan
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 3
1.3 Rumusan Masalah ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 4
1.5 Metode Penulisan ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB 2 LANDASAN TEORI ... 7
2.1 Tinjauan Umum Pada Kompresi ... 7
2.2 Proses Kompresi Gas Yang Terjadi Pada Kompresor ... 8
2.3 Siklus Kompresi Uap ... 11
2.4 Keuntungan Refrigrasi Kompresi Uap ... 15
2.5 Sistem Pendingin Kompresi ... 15
2.6 Scroll Kompresor... 20
2.6.1 Sistem Kerja Kompresi Kompresor Scroll ... 20
3.1 Umum ... 22
3.1.1 Prinsip Kerja Kompresor ... 23
3.2 Jenis Kompresor ... 25
3.2.1 Kompresor Torak Kecepatan Tinggi ... 27
4.4 Instrumentasi Pendukung Pada Sistem Kerja Mesin
Pendingin ... 57
4.4.1 Filter Drier ... 57
4.4.2 Thermostat ... 58
4.4.3 Liquid Receiver ... 58
4.4.4 Singht Glass ... 58
4.4.5 Pressurestat ... 59
4.5 Data Spesifikasi Peralatan ... 59
4.6 Data Pengamatan ... 61
4.7 Pembahasan ... 61
4.7.1 Menghitung Jumlah Panas Yang Dilepas ... 61
4.7.2 Menghitung Jumlah Panas Yang Diserap ... 64
BAB V PENUTUP ... 67
5.1 Kesimpulan ... 67
5.2 Saran ... 67
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 skematik peralatan dan diagram T-S refrigerasi ... 12
Gambar 2.2 daur kompresi uap ideal ... 13
Gambar 2.3 perbandinganantara siklus uap nyata dan standart ... 14
Gambar 2.4 pendingin kompresi ... 16
Gambar 3.1 kompresi fluida ... 24
Gambar 3.2 mekanisme kompresor positif ... 25
Gambar 3.3 konstruksi kompresor torak ... 27
Gambar 3.4 konstruksi kompresor sekrup ... 30
Gambar 3.5 mekanisme kompresor sekrup ... 31
Gambar 3.6 penampang kompresor semi hermatik ... 32
Gambar 3.7 kompresor hermatik ... . 33
Gambar 3.8 klasifikasi kompresor ... 35
Gambar 3.9 langkah isap dan langkah tunggal ... 42
Gambar 3.10 macam – macam katub ... 44
Gambar 4.1 kompresor menghisap uap refrgran ... 50
Gambar 4.2 sistem pendingin sederhana ... 50
Gambar 4.3 kondensor ... 52
Gambar 4.4 katup expansi ... 54
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Pengamatan Sistem Kerja Mesin Pendingin ... 61
Tabel 4.2 Data Perhitungan Panas Yang Dilepas Oleh Udara ... 64
ABSTRAK
Perkembangan ilmu pengetahuan dewasa ini berjalan dengan cepat, salah
satunya adalah tentang mesin pendingin ruangan. Di mana untuk mesin pendingin
ruangan sekarang sedang dikembangkan dengan menggunakan refrigeran
hidrokarbon yang mempunyai sifat ramah lingkungan, sedangkan refrigeran yang
dulu digunakan refrigeran sintetik mempunyai efek negatif terhadap lingkungan
seperti merusak lapisan ozon (Ozone Depleting Potensial atau ODP) dan
menimbulkan pemanasan global (Global Warning Potensial atau GWP).
Pada proses pendinginan udara di perlukan refrigran unit. Udara yang
dikompresikan oleh kompressor ini bekerja dengan sitem langkah tunggal, gas
udara tersebut tetap dikompresikan karena pada kedua sisi piston masing-masing
terdapat satu buah katub, yaitu katup isap dan katup buang.
Dari kompressor inilah asal mula udara instrument yang terdapat dipabrik
Mini PTKI Medan. Kompresor,After Cooler,Separator,Akumulator, dan Selex
Drayer adalah alat yang menghasilkan udara Instrument dipabrik Mini PTKI
Medan.
Banyak tujuan yang dimaksud dalam sistem kerja mesin pendingin
antaralain adalah untuk menghasilkan panas yang dilepas oleh udara setelah
didinginkan dan dikeringkan pada selex dryer dan dapat juga menghasilkan
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kompresor sangat banyak dibutuhkan dan digunakan pada industri –
industri sebagai alat bantu yang berfungsi untuk memperbesar tekanan gas.
Kompresor dapat juga menghasilkan suatu udara yang dialirkan ke bagian yang
lain guna memperlancar jalannya suatu proses. Dalam kaitannya jenis kompressor
yang digunakan haruslah sesuai dengan keperluan dan penempatannya dalam
suatu proses. Salah satu yang digunakan dalam hal ini adalah kompresor torak.
Dimana pada proses dari udara luar yang telah dikompressikan akan diturunkan
suhunya oleh refrigran (R-22) dan digunakan untuk udara instrument di pabrik
mini PTKI medan.
Pada dasarnya kompressor torak dilengkapi dengan sebuah motor sebagai
penggerak kompressor melalui sebuah sabuk V- belt transmisi daya. Dimana
kompressor torak ini bekerja dengan prinsip tekanan bolak balik dari piston yang
digerakkan oleh poros engkol.
Udara yang dikompressikan ke silinder melalui katub isap ( Suction Valve )
dan dikeluarkan melalui katup buang ( Discharge Valve ). Kedua katup
kompressor ini bekerja sendiri dengan waktu yang tidak bersamaan. Oleh karna
itu ada perbedaan tekanan yang terjadi pada aliran gas yang dikompressikan
dalam silinder tersebut. Tekanan yang masuk pada katup isap ( Suction Valve )
akan dibuka, apabila tekanan dalam silinder lebih besar dibandingkan dengan
tekanan pada katub buang , maka katub buang akan terbuka. Demikianlah katup
Untuk menghasilkan tekanan yang lebih tinggi, pada umumnya indutri
banyak menggunakan kompresor torak dengan sistem ganda (double acting
compressor ). Dengan sistem ganda langkah maju maupun mundur piston akan
bekerja menghisap atau membuang gas yang akan dikompresikan. Untuk
mendapatkan tekanan yang lebih tinggi maka dirancanglah kompressor torak yang
mempunyai banyak tingkat. Semakin banyak tingkat suatu kompressor , maka
akan semakin besar volume yang akan dihasilkan.
Di laboratorium pabrik MINI Pendidikan Teknologi Kimia Industri (PTKI)
Medan, menggunakan kompressor torak satu tingkat untuk menghasilkan udara
yang bertekanan tinggi berguna untuk menaikkan tekanan gas atau udara. Udara
yang dihasilkan oleh kompressor akan masuk ke Separator kemudian ke
Akumulator setelah itu lalu dikeringkan ke selex drayer dan akan diturunkan suhu
udara tersebut dengan menggunakan refrigran (R22 ) sebelum digunakan menjadi
udara instrument di pabrik mini.
Atas dasar uraian inilah penulis tertarik untuk membahas dan mempelajari
asal mula udara instrument yang terdapat di laboratorium pabrik mini Pendidikan
Teknologi Kimia (PTKI) medan dengan judul:
1.2 Tujuan Dan Manfaat Penulisan 1. Tujuan
a. Untuk mengetahui jumlah panas yang dikeluarkan oleh udara setelah
didinginkan dan dikeringkan.
b. Untuk mengetahui jumlah panas yang diserap oleh freon-22 setelah
didinginkan dan dikeringkan.
c. Untuk mengetahui faktor – faktor yang mempengaruhi kerja dari
sistem pendingin.
2. Manfaat
a. Dapat memberikan penjelasan yang terperinci mengenai prinsip kerja
dari kompressor torak.
b. Dapat mempelajari komponen – komponen dari refrigration unit dan
prinsip kerjanya.
c. Dapat memberikan petunjuk – petunjuk dalam mempelajari refrigrasi
(pendinginan).
1.3 Rumusan Masalah
Permasalahan yang dibahas penulis dapat dijabarkan sebagai berikut:
1. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kerja sistem pendingin?
2. Berapakah jumlah panas yang dikeluarkan oleh udara setelah
didinginkan dan dikeringkan?
3. Berapa jumlah panas yang diserap oleh freon setelah didinginkan dan
1.4 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan hasil pembahasan maksimal, maka penulis perlu
membatasi masalah yang akan dibahas, adapun batasan masalah dalam karya
akhir ini adalah:
1. Siklus refrigrasi dari unit mesin pendingin.
2. Sifat – sifat udara pada tekanan atmosfer.
3. Adanya pertukaran panas antara freon dengan udara.
1.5 Metode Penulisan
Penulisan karya akhir ini dilakukan dengan cara:
1. Studi literature : mengambil bahan – bahan dari buku referensi, jurnal,
artikel dan website yang ada di internet yang berhubungan dengan
makalah ini.
2. Studi lapangan : mengambil data dan informasi dari pabrik MINI
PLANT di PTKI.
3. Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing.
1.6 Sistematika Penulisan
Dalam penulisan dan penyusunan karya akhir ini, maka penulis membuat
sistematika penulisan yang diharapkan akan mempermudah dan memahami
maksud yang ingin disampaikan kepada pembaca. Adapun isi sistematika
BAB 1: PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang,
rumusan masalah, tujuan dan manfaan penulisan,
batasan masalah, metoda penulisan dan sistematika
penulisan.
BAB 2 : LANDASAN TEORI
Bab ini memberikan memberikan penjelasan
mengenai teori – teori dasar yang diperlukan dalam
karya akhir diantaranya menjelaskan mengenai
proses kompresi dan pendinginan.
BAB 3 : KOMPRESSOR
Mengenai kompressor dimana bab ini penulis
menguraikan tentang kompressor, klasifikasi
kompressor, prinsip kerja dan bagian – bagian
kompressor tersebut.
BAB 4: SISTEM KERJA MESIN PENDINGIN
DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGRAN R22 UNTUK MENURUNKAN SUHU UDARA HASIL KOMPESSOR
pada bagian ini menguraikan tentang proses
kerjanya mesin pendingin untuk menurunkan suhu
BAB 5: PENUTUP
Bagian ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran
BAB 2
LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Umun Pada Kompresi
Kompresi suatu proses dalam pabrik MINI PTKI sangat diperlukan untuk
memperlancar jalan suatu proses pendinginan dengan menggunakan refrigran.
Dengan demikian jalannya suatu proses tidak terlepas dari udara instrument yang
dihasilkan kompresor.
Pada umumnya di pabrik MINI PTKI Siklus kompresi merupakan salah satu
siklus yang digunakan dalam proses pendinginan, siklus kompresi memerlukan
beberapa komponen utama agar siklus ini dapat bekerja dengan baik seperti
kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator.
Dalam kaitannya dengan hal tersebut diatas maka dilakukan beberapa tahap
produksi, yaitu proses pendinginan udara diperlukan refrigran unit. Udara yang
dikompresikan oleh kompresor ini bekerja dengan sistem langkah tunggal,gas
udara tersebut tetap dikompresikan karena pada kedua piston masing – masing
terdapat satu buah katup, yaitu katup isap dan katup buang. Dari kompresor inilah
asal mula udara instrument yang terdapat di pabrik MINI PTKI Medan.
Seiring dengan kemajuan zaman, perkembangan teknologi bahan teknik
mengalami banyak perubahan dan peningkatan. Oleh karenanya pemilihan bahan
rancangan, pemilihan lingkungan yang tepat dan upaya-upaya pencegahan perlu
mendapat perhatian yang sungguh-sungguh. Mengingat bahwa pada peralatan
2.2 Proses Kompresi Gas Yang Terjadi Pada Kompressor
Untuk memahami proses kompresi pada kompresor, apa yang dimaksud
dengan kompresi itu? Pada umumnya kompresi adalah tekanan didalam sebuah
tabung kompresor, kompresi itu bisa terjadi bila tabung kompresor berisi tekanan
udara, atau gas tertentu. Hasil dari kompresi tersebut akan menjadi udara
instrument.
Proses kompresi gas pada kompressor dapat dilakukan menurut 3 cara yaitu
dengan cara:
1. Kompresi Isotermal.
Bila suatu gas dikompresikan maka ini berati ada energi mekanik yang
diberikan dari luar kepada gas. Energi ini diubah menjadi energi panas
sehingga temperatur akan naik jika tekanan semakin tinggi. Namun, jika
proses ini dikerjakan dengan pendingin untuk mengeluarkan panas yang
terjadi, sehingga temperatur dapat dijaga tetap dan kompresi ini disebut
dengan kompresi isotermal (temperatur tetap). Proses isotermal mengikuti
hukum boyle, maka persamaan isotermal dari suatu gas sempurna adalah :
Pv = tetap ... (2.1)
Proses kompresi ini sangat berguna dalam analisis teoritis, namun
untuk perhitungan kompresor tidak banyak kengunaannya. Pada
adalah tidak mungkin untuk menjaga temperatur yang tetap dalam
silinder.hal ini disebabkan oleh cepatnya proses kompresi (beberapa ratus
sampai seribu kali permenit) di dalam silinder.
2. Kompresi Adiabatik
Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi
akan berlangsung tampa ada panas yang keluar dari gas atau masuk
kedalam gas, Proses semacam ini disebut adiabatik. Dalam praktiknya
proses ini tidak pernah terjadi sempurna karena, isolasi terhadap silinder
tidak pernah dapat sempurna pula. Namun proses adiabatik sering dipakai
dalam pengkajian teoritis proses kompresi. Hubungan antara tekanan dan
volume dalam proses adiabatik dapat dinyatakan dalam persamaan:
P . VK = Tetap ...(2.3)
Cp: panas jenis pada tekanan tetap
Cv: panas jenis pada volume tetap
Jika persamaan (2.2) dibandingkan dengan persamaan (2.4) kompresi
isotermal dapat dilihat bahwa untuk pengecilan volume yang
sama,kompresi adiabatik akan menghasilkan tekanan yang lebih tinggi
dari pada proses isotermal. Karena tekanan yang dihasilkan oleh kompresi
adiabatik lebih tinggi dari pada kompresi isotermal untuk pengecilan
volume yang sama, maka kerja yang diperlukan pada kompresi adiabatik
3. Kompresi politropik
Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan
proses isotermal, karena adanya kenaikan temperatur,namun juga bukan
proses adiabatik karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses
kompresi yang sesungguhnya ada diantara keduanya dan disebut proses
politropik. Hubungan antyara P dan V padaproses politopik dapat
dinyatakan dengan persamaan :
P . Vn = tetap ...(2.6)
Atau
P1 . Vn1 = P2 . Vn2 = tetap...(2.7)
Dimana : n = indeks politropik = 1,25
Pada kondisi dimana tidak dilakukan pendinginan pada bagian
kompresi (kompresor sentrifugal pada umumnya), maka harga n › k. Bila
pada pendinginan pada ruang kompresi (pada kompresor torak), maka
harga n terletak antara 1‹ n ‹ k.
Perhitungan dapat dilakukan baik dengan pendekatan kondisi adiabatik
maupun kondisi politropik.
2.3 Siklus Kompresi Uap
Siklus kompresi uap merupakan salah satu siklus yang digunakan dalam
proses pendinginan, siklus kompresi uap memerlukan beberapa komponen utama
agar siklus ini dapat bekerja dengan baik seperti kompresor, kondensor, katup
ekspansi, dan evaporator. Untuk memahami proses – proses yang terjadi pada
Pembahasan diawali dengan daur carnot yang merupakan daur ideal dan daur
kompresi uap nyata.
1. Daur carnot
Daur carnot adalah daur reversible yang didefenisikan oleh dua proses isotermal dan dua proses isentropik. Karena proses reversible
dan adiabatik, maka perpindahan hanya terjadi selama proses isotermal.
Dari kajian termodinamika, daur carnot dikenal sebagai mesin kalor
carnot yang menerima enegi kalor pada suhu tinggi. Sebagian di ubah
menjadi kerja dan sisanya dikeluarkan sebagai kalor pada suhu rendah
Apabila daur mesin kalor carnor dibalik, yaitu proses pengambilan
panas dari daerah yang bersuhu rendah ke daerah yang bersuhu tinggi.
Skematis peralatan dan diagram T – S daur Refrigerasi Carnot,
ditunjukkan pada Gambar 2.1
.
Gambar 2.1 Daur Refrigrasi Carnot Dan Diagram T – S Daur Refrigrasi Carnot
Keterangan proses :
1 – 2 : kompresi adiabatic
2 – 3 : pelepasan panas isothermal
3 – 4 : ekspansi adiabatic
4 - 1 : pemasukan panas isothermal
2. Daur Kompresi Uap Ideal
Daur kompresi uap ideal ditunjukkan pada Gambar 2.2, Apabila
daur carnot diterapakan pada kompresi uap, maka seluruh proses akan
terjadi dalam fasa campuran. Untuk itu fluida kerja yang masuk
kompresor diusahakan tidak berupa campuran, yang tujuannya
mencegah kerusakan. Pada daur carnot ekspansi isentropic terjadi pada
turbin, daya yang dihasilkan digunakan untuk mengerakkan kompresor.
Dalam hal ini mengalami suatu kesulitan teknis, maka untuk
memperbaikinya digunakan katup ekspansi atau pipa kapiler dengan
Gambar 2.2 Daur Kompresi Uap Ideal.
Berdasarkan Gambar 2.2 dapat dijelaskan:
1 – 2 : kompresi adiabatik dan reversible, dari uap
jenuh menuju tekana konstan
2 - 3 : pelepasan kalor reverseibel pada tekanan
konstan, menyebabkan penurunan panas lanjut
dan pengembunan refrigerant.
3 – 4 : ekspansi irreversible pada entalpi konstan,dari
cairan jenuh menuju tekanan evaporator.
4 – 1 : penambahan kelor reverdibel pada tekanan tetap yang menyebabkan penguapan menuju uap
jenuh.
3. Daur Kompresi Uap Nyata
Daur kompresi uap nyata mengalami pengurangan efisiensi
dibandingkan dengan daur uap standard. Pada daur kompresi uap nyata
proses kompresi berlangsung tidak isentropic, selam fluida berkerja
melewati evaporator dan kondensor akan mengalami penurunan tekanan.
Fluida kerja mendinginkan kondensor dalam keadaan sub dingin dan
meninggalkan evaporator dalam keadaan panas lanjut. Penyimpangan
daur kompresi uap nyata dari daur uap ideal dapat diperhatikan pada
Gambar 2.3 Perbandingan Antara Siklus Kompresi Uap Standart Dan Nyata.
Pada daur kompresi uap nyata preses kompresi berlangsung tidak
isentropic, hal ini disebabakan adanya kerugian mekanis dan pengaruh
suhu lingkungan selama prose kompresi. Gesekan dan belokan pipa
menyebebkan penurunan tekanan di dalam alat penukar panas sebagai
akibatnya kompresi pada titik 1 menuju titik 2 memerlukan lebih banyak
kerja dibandingkan dengan daur ideal (standard). Untuk menjamin
seluruh refrigerant dalam keadaan cair dalam sewaktu memasuki alat
ekspansi diusahakan refrigerant meniggalkan kondensor dalam keadaan
sub dingin. Kondisi panas lanjut yang meninggalkan evaporator
disarankan untuk mencegah kerusakan kompresor akibat terisap cairan.
2.4 Keuntungan Refrigrasi Kompresi Uap
Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan yaitu:
1. Sejumlah besar energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi
uap, dan oleh karena itu banyak panas yang dapat dibuang dari ruang
2. Sifat-sifat isothermal penguapan membolehkan pengambilan panas
tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun didinginkan. Hal
ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab
semakin dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan
semakin rendah laju perpindahan panasnya.
2.5 Sistem Pendingin Kompresi
Siklus pendingin kompresi uap merupakan sistem yang banyak digunakan
dalam sistem refrigrasi, pada sistem ini terjadi proses kompresi, pengembunan,
ekspansi dan penguapan. Secara skematik sistem ditunjukkan pada Gambar 2.4.
Evaporator 1
2 4
3
Katup Ekspansi
Kondensor
Kompresor
Gambar 2.4. Pendingin Kompresi
Fungsi dari bagian pendingin ini adalah:
1. Kompresor
Kompresor memompa bahan pendingin ke seluruh sistem. Gunanya adalah
kemudian menekan/memampatkan gas tersebut, sehingga menjadi gas dengan
tekanan dan suhu tinggi, lalu dialirkan ke kondensor.
2. Kondensor
Kondensor adalah suatu alat untuk merubah bahan pendingin dari bentuk
gas menjadi cair. Bahan pendingin dari kompresor dengan suhu dan tekanan
tinggi, panasnya keluar melalui permukaan rusuk-rusuk kondensor ke udara.
Sebagai akibat dari kehilangan panas, bahan pendingin gas mula-mula
didinginkan menjadi gas jenuh, kemudian mengembun berubah menjadi cair.
3. Evaporator
Evaporator adalah suatu alat dimana bahan pendingin menguap dari cair
menjadi gas. Melalui perpindahan panas dari dinding – dindingnya, mengambil
panas dari ruangan di sekitarnya ke dalam sistem, panas tersebut lalu di bawa ke
kompresor dan dikeluarkan lagi oleh kondensor.
4. Katup Ekspansi
Katup ekspansi adalahuntuk menghilangkan tekanan tinggi refrigran yang
masih berwujud cair dan merubahnya menjadi bertekanan rendah dan berubah
bentuk menjadi gas.
Berdasarkan Gambar 2.4 dijelaskan sebagai berikut:
1 – 2 Proses Evaporasi
Pada tahap ini terjadi pertukaran kalor di evaporator, dimana kalor dari
lingkungan atau media yang didinginkan diserap oleh refrigerant cair dalam
evaporator sehingga refrigerant cair yang berasal dari katup ekspansi yang
yang mempunyai tekanan dan temperatur tinggi. Maka besar kalor yang diserap
oleh refrigerant adalah:
Qc = mº ( h2 – h1 ) ... (2.8) Dimana :
Qc = Banyaknya kalor yang diserap di evaporator per satuan waktu (kj/s).
mº = Laju aliran massa refrigerant ( kg/s).
h2 – h1 = kerja kompresi (kj/kg).
2 – 3 Proses Kompresi
Tahap ini terjadi di kompresor dimana refrigerant yang berfasa uap dengan
temperatur dan tekanan rendah dikompresi secara isentropic sehingga temperatur
dan tekanannya menjadi tinggi, besar kapasitas pemanasan dapat ditulis dengan
persamaan :
Tahap ini terjadi di dalam kondensor, dimana panas dari refrigerant yang
berfasa uap dari kompresor dibuang ke lingkungan sehingga refrigerant tersebut
mengalami kondensasi. Pada tahap ini terjadi perubahan fasa dari dari fasa uap
superheat menjadi fasa cair jenuh, pada fasa cair jenuh ini tekanan dan
temperaturnya masih tinggi. Besarnya kalor yang dilepaskan di kondensor adalah
qc = h3 – h4 ...(2.10) Dimana :
Qc = Kalor yang dilepas di kondensor (kj/kg)
h4 = Entalphi refrigerant cair jenuh (kj/kg)
4 – 1 Proses Ekspansi
Tahap ini terjadi di katup ekspansi dimana refrigerant diturunkan
tekanannya yang diikuti dengan turunnya temperatur entalphi.
Kompresi mengisap uap refrigerant dari sisi keluar evaporator ini, tekanan
diusahakan tetap rendah agar refrigerant senantiasa berada dalam fasa gas dan
bertemperatur rendah. Didalam kompresor uap refrigerant ditekan sehingga
tekanan dan temperature tinggi untuk menghindarkan terjadinya kondensasi
dengan membuang energi kelingkungan. Energi yang diperlukan untuk proses
komporesi diberikana oloh motor listrik atau penggerak mula lainnya. Jadi dalam
proses kompresi energi diberikan kepada uap refrigerant. Pada waktu uap
refrigerant diisap masuk kedalam kompresor temperature masih tetap rendah
akan tetapi ketika selama proses kompresi berlangsung temperatur dan tekanannya
naik.
Setelah mengalami proses komopresi, uap refrigerant berkerja (fluida kerja )
mengalami proses kondensasi pada kondensor. Uap refrigerant yang bertekanan
dan bertemperatur tinggi pada akhirnya kompresi dapat dengan mudah dengan
mendinginkannya melalui fluida cair dan udara. Dengan kata lain uap refrigerant
memberikan panasnya kepada air pendingin atau udara pendingin melalui dinding
kondensor. Jadi dikarena air pendingin atau udara pendingin menyerap panas dari
refrigerant maka temperaturnya menjadi tinggi pada waktu keluar dari kondensor.
Selama refrigerant mengalami perubahan dari fasa uap ke fasa cair tekanan dan
Untuk menurunkan tekanan refrigaran cair dari kondensor kita gunakan
katup expansi atau pipa kapiler, alat tersebut dirancang untuk suatu penurunan
tekanan tertentu. Melalui katup expansi refrigerant mengalami evaporasi yaitu
proses penguapan cairan refrigerant pada tekanan dan temperature rendah, proses
ini terjadi pada evaporator. Selama proses evaporasi refrigerant memerlukan atau
mengambil bentuk energi panas dari lingkungan atau sekelilingnya sehingga
temperatur sekeliling turun dan terjadi proses pendinginan.
2.6 Scroll Kompressor
Prinsip dasar kompresi kompresor scroll adalah interaksi antara scroll yang
tidak bergerak (fixed scroll) dengan scroll yang bergerak (orbiting scroll). Kedua
scroll ini saling bersinggungan identik satu sama lain tetapi berbeda sudut 180
derajat. Orbit dari scroll yang bergerak akan mengikuti path/jalur yang dibentuk
oleh scroll yang tidak bergerak, Keduanya bersinggungan berdasarkan gaya
sentrifugal. Ruang kompresi terbentuk dari mulai bagian luar sampai ke bagian
dalam dimana volume ruang kompresi semakin diperkecil, akibatnya tekanan
menjadi naik dan pada akhir kompresi, refrigerant keluar dari bagian tengah kedua
scroll tersebut.
2.6.1 Sistem Kerja Kompresi Kempresor Scroll
Pada dasarnya cara kerja pada kompresi scroll dijelaskan sebagai berikut:
Refrigerant gas bertemperatur rendah dan bertekanan rendah (warna biru) masuk
dari bagian suction ke ruang kompresor. Refrigerant ini kemudian bersinggungan
kalor dari motor ke refrigerant. Refrigerant ini kemudian masuk ke intake
kompresor untuk memulai proses kompresi. Refrigerant yang terperangkap di
ruang scroll kemudian dikompresikan untuk kemudian dikeluarkan dari bagian
tengah scroll.
Pada saat proses kompresi, tekanan dan temperatur refrigerant berangsur2
naik karena volume ruang kompresi semakin diperkecil. Refrigerant yang sudah
bertekanan dan bertemperatur tinggi ini (warna merah) kemudian keluar dari
kompresor melalui pipa discharge. Di bagian discharge terdapat valve disc yang
berfungsi untuk mencegah tekanan balik dari discharge/condenser pada saat
kompresor mati. Valve disc berfungsi seperti check valve/katup satu arah.
Diantara ruang discharge dan suction terdapat pressure relief valve yang
berfungsi untuk membuang tekanan dari bagian discharge ke bagian suction jika
terjadi tekanan yang berlebihan.
Pelumas yang berada dibagian bawah berdasarkan gaya centrifugal naik ke
bagian atas untuk melumasi bagian2 yang bergerak melalui saluran yang ada
BAB 3 KOMPRESOR
3.1 UMUM
Kompresor adalah suatu alat mesin yang berfungsi untuk memanfaatkan
udara atau gas, sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi dari tekanan
awalnya. Kompresor ini digerakkan dengan sumber tenaga seperti motor
listrik,mesin, uap dan gas turbin. Pemilihan sumber tenaga ini tergantung pada
ketentuan operasi dan daya sumber yang tersedia, sehingga kompresoe dapat
beroperasi secara efisiensi dan ekonomis. Ada pun pemanfaatan uap atau gas dari
hasil kompresor itu adalah:
1. Meneruskan daya (sistem udara tekanan untuk peralatan pneumatik).
2. Menyuplai udara untuk pembakaran.
3. Mengalirkan dan mendistribusikan gas.
4. Menjalankan gas pada suatu proses atau sistem.
5. Mengkondisikan gas yang dihasilkan suatu reaksi kimia, proses
kompresi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu:
a. Aliran berganti
b. Aliran kontinu.
Ada pun yang terjadi pada metode aliran berganti adalah
a. Sejumlah gas dikurung dalam suatu ruangan tertutup.
c. Terjadi kenaikan tekanan.
d. Gas yang setelah dikompresikan didorong keluar ruangan.
Sedangkan proses yang terjadi pada metode aliran kontiniu adalah
a. Proses kompresi akan dilakukan oleh impeller atau rotor sudut
yang berputar dengan kecepatan tinggi.
b. Putaran impeller/rotor akan mengubah kecepatan dengan
tekanan aliran gas.
c. Gas yang dialirkan melalui diffuser untuk menaikan
tekanannya dengan cara menurunkan kecapatan aliran gas.
3.1.1 Prinsip Kerja Kompresor
Kompresor adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Secara
umum biasanya mengisap udara dari atmosfer, yang secara fisika merupakan
campuran beberapa gas dengan susunan 78% Nitrogren, 21% Oksigen dan 1%
Campuran Argon, Carbon Dioksida, Uap Air, Minyak, dan lainnya. Namun ada
juga kompressor yang mengisap udara/ gas dengan tekanan lebih tinggi dari
tekanan atmosfer dan biasa disebut penguat (booster). Sebaliknya ada pula
kompressor yang menghisap udara/ gas bertekanan lebih rendah dari tekanan
atmosfer dan biasanya disebut pompa vakum.
Jika suatu gas/ udara didalam sebuah ruangan tertutup diperkecil
volumenya, maka gas/ udara tersebut akan mengalami kompresi. Kompressor
yang menggunakan azas ini disebut kompressor jenis displacement dan prinsip
Gambar. 3.1 Kompresi Fluida
Disini digunakan torak yang bergerak bolak balik oleh sebuah penggerak
mula (prime mover) didalam sebuah silinder untuk menghisap, menekan dan
mengeluarkan udara secara berulang- ulang. Dalam hal ini udara tidak boleh
bocor melalui celah antara dinding torak dengan dinding silinder yang saling
bergesekan. Untuk itu digunakan cincin torak sebagai perapat.
Jika torak ditarik keatas, tekanan dalam silinder dibawah torak akan
menjadi negatif (kecil dari tekanan atmosfer) sehingga udara akan masuk melalui
celah katup isap. Kemudian bila torak ditekan kebawah, volume udara yang
terkurung dibawah torak akan mengecil sehingga tekanan akan naik.
3.2 Jenis Kompresor
Kompresor dapat dibagi dalam dua jenis utama yaitu :
1. Kompresor positf
Pada umumnya kompresor positf itu adalah gas yang diisap masuk
kedalam silinder dan dikompresikan. Sedangkan kompresi non positf adalah gas
yang diisap masuk dipercepat alirannya oleh sebuah impeller yang kemudian
mengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan,dapat dilihat pada Gambar 3.2
dibawah ini:
Katup isap
Gambar.3.2.Mekanisme Beberapa Macam Kompresor Positif
1. Menurut metode kompresi, kompresor dapat dibagi menjadi:
a. Metode kompresor positif
1. Kompresor torak, bolak balik
2. Kompresor torak tingkat jauh, bolak balik.
3. Kompresor putar
b. Metode kompresor sentrifugal
1. Kompresor sentrifugal satu tingkat
2. Kompresor sentrifugal tingkat ganda.
2. Penggolongan menurut bentuk kompresor ada 3 jenis yaitu :
1. Jenis vertikal
2. Jenis horijontal
3. Jenis silinder banyak (jenis- V, jenis –W, dan jenis- VV).
3. Penggolongan menurut kecepatan putar
1. Jenis kecepatan rendah
2. Jenis kecepatan tinggi
4. Penggolongan menurut gas refrigran
1. Kompresor amonia
2. Kompresor freon
3. Kompresor CO2
5. Penggolongan menurut konstruksi
1. Jenis terbuka
2. Jenis semi hermatik
3. Jenis hermatik
3.2.1 Kompresor Torak Kecepatan Tinggi Berselinder Banyak.
Kecepatan putar yang tinggi dipergunakan apabila diperlukan kapasitas
yang lebih besar. Namun, pada kompresor torak konvensional kecepatan putar
tersebut ada batasnya. Hal itu disebabkan karena terbatasnya kekuatan material
balik. Kecepatan putar kompresor berkisar antara 900 – 1800 rpm dan untuk
memperoleh kapasitas yang lebih besar dipakai kompresor berselinder banyak.
Gambar 3.3 menunjukkan jenis kompresor yang banyak dipergunakan pada
waktu ini. Meskipun demekian, banyak juga dipergunakan kompresor berukuran
kecil dan sedang. Daya penggerak kompresor berkisar antara 3,7 sampai 200 Kw.
Gambar. 3.3. Konstruksi Kompresor Torak (Silinder Ganda)Kecepatan Tinggi
Perbedaan kontruksi antara kompresor kecepatan rendah dan kompresor
kecepatan tinggi berselinder banyak adalah:
1. Mekanisme katup.
Dengan naiknya kecepatan putar, maka dipakai katup yang ringan,
misalnya katup pelat. Hal ini disebabkan karena katup, seperti yang biasa
dapat secara cepat mengikuti gerakan torak, sehingga prestasinya lebih
baik dab dapat diandalkan.
2. Penyekat poros.
Dengan naiknya kecepatan poros engkol, dipergunakan penyekat
mekanikan dan bukan jenis penyekat paking.
3. Pelumasan.
Minyak pelumas dialirkan ke bagian – bagian mesin secara paksa
dengan menggunakan pompa minyak pelumas.
4. Pelepas tekanan.
Pelepasan tekanan dipasang didalam silinder untuk meringankan
start dan mengatur kapasitas kompresor. Pelepasan tekanan itu dijalankan
oleh pengatur kapasitas dengan menggunakan tekanan minyak pelumas.
Ciri – ciri kompresor berselinder banyak kecepatan tinggi adalah:
1. Kecil dan ringan.
2. Memerlukan fondasi yang sederhana karena geterannya lebih kecil.
3. Memungkinkan penggunaan pelepasan tekanan dan tidak
diperlukan momen putar start yang besar.
4. Kapasitas refrigran dapat diatur secara atomatik.
5. Memungkinkan pertukaran komponen yang diperlukan pada setiap
selinder.
6. Keausan cincin, torak, bantalan, dan sebagiannya terjadi karena
kecepatan beban yang tinggi.
7. Kerusakan minyak pelumas terjadi karena temperatur kerja yang
8. Apabila dipergunakan perbandingan kompresi yang tinggi, maka
kemampuan akan turun dan kerugian dayanya bertanbah karena
efisisensi volumemetriknya turun.
3.2.2 Kompresor Putar.
Kompresor putar dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu jenis daun berputar
dan jenis daun diam (stasioner). Pada jenis yang pertama, daun terletak pada rotor
yang berputar tetapi dapat bagian dalam dari selinder. Jenis ini banyak
dipergunakan sebagai kompresor untuk unit penyegar udara berkapasitas
rendah,ditujukkan pada Gambar 3.2. Sedangkan pada jenis daun diam, daun
terletak menenmpel pada permukaan rotor yang berputar (torak berputar). Proses
kompresi gas refrigran dilakukan oleh rotor dengan urutan pada Gambar 3.2.
Dibandingkan dengan kompresor torak (bolak balik),konstruksi kompresor
berputar lebih sederhana dan sejumlah komponennya lebih sedikit. Di samping
itu,untuk kapasitas kompresor yang lebih besar, pembuatannya lebih mudah dan
getarannya kurang. Hal ini disebabkan karena pada kompresor putar tidak terdapat
bagian yang bergerak bolak balik. Namun demikian,bagian – bagian yang
bergesekan harus dibuat dengan ketelitian tinggi serta dari material yang tidak
mudah aus. Hanya dengan jalan demikian dapat diperoleh perbandingan kompresi
dan efisiensi yang tinggi.
3.2.3 Kompresor Sekrup
Kompresor sekrup yang semula dirancang untuk memperoleh kompresor
udara tanpa minyak pelumas, memiliki dua buah rotor yang berpasangan, berturut
kompresor sekrup dibuat juga untuk dipergunakan pada mesin refrigerasi, seperti
telihat pada Gambar 3.4 , dengan mekanisme pelumasan yang terpadu.
Dari Wikipedia , ensiklopedia bebas ( G Pita, Edward . 1981 . compressor . USA . John Wily and Sons. Inc.)
Gambar. 3.4 Konstruksi Kompresor Sekrup
Kompresor sekrup memiliki beberapa keuntungan yaitu :
1. Lebih sedikit jumlah bagian yang bergesekan.
2. Perbandingan kompresi yang tinggi dalam satu tingkat.
3. Relatif stabil terhadap pengaruh cairan (kotoran) yang terserap dalam
refrigran.
Seperti pada kompresor torak, mekanisme kompresi dari kompresor sekrup
melakukan 3 langkah, yaitu langkah isap, langkah kompresi, dan langkah keluar.
Untuk mengurangi kerugian gesekan pada aliran gas, seperti terlihat Gambar 3.5 ,
Gambar.3.5. mekanisme Kompresor Sekrup
3.2.4 Kompresor Semi Hermatik
Pada kompresor semi hermatik listrik dibuat menjadi satu dengan
kompresor. Jadi, rotor motor listrik tersebut berada didalam perpanjangan ruang
engkol dari kompresor tersebut. Dengan jalan demikian tidak diperlukan penyekat
poros, sehingga dapat dicegah terjadinya kebocoran gas refrigran. Disamping itu,
konstruksinya lebih kompak dan bunyi mesin menjadi halus.
Namun demikian, haruslah diperhatikan agar dipergunakan isolator listrik
Untuk hal tersebut,gas refrigran freon sangat tepat, sebab selain tidak merusak
isolator listrik,gas freon juga memiliki sifat mengisolasi.
Pada waktu ini, kompresor semi hermatik untuk gas refrigran freon dibuat
sampai kira – kira 40 kW. Dari segi konstruksinya, kompresor semi hermatik juga
dapat dibuat berselinder banyak, dengan momen putar start yang rendah, seperti
terlihat Gambar 3.6.
3.2.5 Kompresor Hermatik.
Pada dasarnya, kompresor hermatik hampir sama dengan kompresor semi
hermatik. Perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja)
kompresor dengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermatik
dipergunakan sambungan las, sehingga rapat udara,seperti terlihat Gambar 3.7.
Pada kompresor semi hermatik dengan rumah terbuat dari besi tuang, bagian –
bagian penutup dan penyambungannya masih dapat dibuka. Sebaliknya dengan
kompresor hermatik, rumah kompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan las,
sehingga baik kompresor maupun motor listrik tidak dapat diperiksa tanpa
memotong rumah kompresor. Oleh karna itu, komponen dari kompresor hermatik
haruslah terpercaya dan dapat diandalkan.
Gambar.3.7. Kompresor Hermatik
William Wolansky & Arthur Akers, Modern Hydraulics,1990,97
Kompresor hermatik biasanya dibuat untuk unit berkapasitas rendah,
sampai 7,5 kW, misalnya pada penyegar udara paket. Sementara itu, ada
kecendrungan menggunakan motor listrik putaran tinggi dengan dua – pol (3000
rpm : 50 Hz , atau 3600 rpm : 60 Hz) sebagai pengganti motor listrik empat – pol
Jadi dapat dikatakan bahwa kompresor hermatik banyak beberapa
keuntungan , diantaranya :
3 Efisiensi volumetik lebihtinggi
4 Tekanan keluar lebih besar
5 Pelumas yang lebih efektif
6 Konstruksinya lebih kecil
3.3 Klasifikasi Kompresor.
Kompresor terdapat dalam berbagai jenis dan model tergantung pada
volume dan tekanannya. Gambar 3.8. memperlihatkan klasifikasi kompresor yang
digolongkan atas dasar tekanannya. Sebutan kompresor (pemanpat) dipakai untuk
jenis yang bertekanan tinggi, blower (peniup) untuk yang bertekanan agak rendah,
sedangkan fan (kipas) untuk yang bertekanan sangat rendah. Atas dasar cara
penempatannya kompresor dibagi atas jenis turbo dan jenis perpindahan. Jenis
turbo menaikkan tekanan dan kecepatan gas dengan gaya sentrifugal yang
ditimbulkan oleh impeler, atau dengan gaya angkat (lift)yang ditimbulkan oleh
torak. Jenis perpindahan, seperti telah diterangkan diatas, menaikkan tekanan
dengan memperkecil atau memampatkan volume gas yang diisap kedalam silinder
atau stator oleh torak.
Kompresor juga terdapat dalam berbagai jenis dan model tergantung pada
volume dan tekanannya. Gambar 3.8 memperlihatkan klasifikasi kompresor yang
digolongkan atas dasar tekanannya. Kompresor dipakai untuk jenis yang
bertekanan tinggi, yang bertekanan rendah, sedangkan untuk tekanan sangat
rendah adalah fan (kipas). Atas dasar cara pemanfaatannya kompresor dibagi atas
Kompresor yang bekerja berdasarkan metode aliran kontiniu dikenal
sebagai kompresor dinamis. Berdasarkan cara perubahan energi mekanik kedalam
gas kompresor dapat dibagi dalam 2 golongan, yaitu:
1. Kompresor perpindahan positif
Kompresor perpindahan positif (Positif Displacement
Compressor) adalah kompresor dengan prinsip kerja , menaikan
tekanan gas dengan menurunkan volume pada ruang tertutup.
Kapasitas yang dihasilkan berbanding lurus dengan
kecepatan/putaran, tetapi perbandingan tekanan (pressure ratio)
ditentukan oleh tekanan dalam sistem itu sendiri. Pada dasarnya
kompresor perpindahan positif terbagi dalam 2 kelompok yaitu:
a. Kompresor Resiprocating.
Kompresor dengan rotasi bolak balik, yang termasuk
kelompok ini adalah piston kompresor torak.
b. Kompresor Berputar.
Kompresor dengan gerak berputar, yang termasuk
dalam kelompok ini adalah baling – baling, ulir, dan
blower.
2. Kompresor dinamik
Kompresor dinamik mempunyai prisip kerja yaitu merubah
kecepatan gas yang dibangkitkan oleh aks/ gerakan impeler yang
berputar kedalam tekanan. Variasi perubahan kapasitas dan rasio
dengan gerakan tertentu sesuai dengan rancangan. Dinamik
kompresor terbagi dalam 2 kelompok yaitu:
a. Kompresor aksial
Arah aliran gas sejajar dengan sumbu poros
b. Kompresor sentrifugal
Arah aliran mengelilingi sumbu poros.
3.3.1 Pemampatan (Kompresi) Udara.
Ditinjau dari cara pemampatan (kompresi) udara yaitu :
1. Jenis perpindahan
Jenis perpindahan adalah kompresor yang menaikkan tekanan dengan
memperkecil atau memampatkan volume gas yang diisap ke dalam
silinder atau stator oleh torak.
2. Jenis turbo
Jenis turbo menaikkan tekanan dan kecepatan gas dengan gaya
sentrifugal yang ditimbulkan oleh impeller atau dengan gaya angkat
(lift) yang ditimbulkan oleh torak.
3.3.2 Klasifikasi Atas Konstruksi.
Kompresor dapat diklasifikasikan atas dasar konstruksinya yaitu:
1. Klasifikasi berdasarkan jumlah tingkat kompresi : satu tingkat , dua
tingkat atau tingkat banyak.
2. Klasifikasi berdasarkan langkah kerja (pada kompresor torak) :
3. Klasifikasi berdasarkan susunan silinder (untuk kompresor torak) :
mendatar, tegak, bentuk – L, bentuk – V, bentuk – W, bentuk
bintang dan lawan berimbang.
4. Klasifikasi berdasarkan cara pendingin : pendingin air dan
pendingin udara.
5. Klasifikasi berdasarkan transmisi penggerak : langsung. Sabuk – V,
roda gigi.
6. Klasifikasi berdasarkan penempatannya : permanen dan dapat
dipindah.
7. Klasifikasi berdasarkan cara pelumasan : pelumasan minyak, dan
tanpa minyak.
3.4 Kompresor torak satu tingkat
Kompresor torak merupakan suatu kompresor bolak balik yang
menggunakan torak (piston) didalam silinder yang bergerak bolak – balik untuk
mengisap, menekan,dan mengeluarkan udara secara terus menerus. Dalam hal ini
udara yang ditekan tidak boleh bocor melalui celah antara piston dan silinder yang
saling bergesekan. Untuk mencegah kebocoran ini maka pada piston dilengkapi
dengan tang piston yang berfungsi sebagai perapat sekaligus penyalur oli sebagai
pelumas pada piston dan silinder.
Kompresor torak adalah yang paling umum digunakan, dapat digerakkan
oleh motor listrik atau motor bakar. Parameter penting yang mempengaruhi
penampilan kompresor adalah kapasitas kompresor itu sendiri, yang pada
1. Langkah (displacement) piston
2. Clearance antara kepala piston pada titik mati atas dengan ujung
silinder
3. Ukuran katup pemasukan dan pengeluaran,
4. RPM
5. Jenis refrigeran,
6. Tekanan masukan dan tekanan keluaran.
Seringkali kapasitas kompresor harus dikendalikan untuk mengatasi beban
pendinginan yang tidak tetap, sehingga kompresor sering dioperasikan pada
kapasitas di bawah kapasitas maksimum. Kapasitas kompresor dapat dikendalikan
dengan cara:
1. Menyalurkan (bypass) uap refrigeran dari sisi tekanan tinggi ke sisi
tekanan rendah kompresor. Salah satu sistembypas s adalah
menghubungkan sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah kompresor
dengan pipa dan menggunakan katup solenoid sehingga uap refrigeran
langsung dipindahkan ke sisi tekanan rendah.
2. Tetap membuka katup pemasukan kompresor sehingga uap refrigeran
mengalir langsung di dalam kompresor
3. Mengendalikan kecepatan (RPM) motor, yaitu dengan menggunakan
motor listrik kecepatan ganda atau menggunakan dua motor listrik yang
3.4.1 Prinsip Kerja Kompresor Torak Satu Tingkat.
Kompresor bekerja dengan gerakan piston secara bolak balik dari torak
yang akan memanfaatka udara/gas. Dengan bekerjanya torak keatas menekan
udara yang bermanfaatkan, sehingga mengakibatkan volumenya menjadi kecil dan
tekanannya menjadi naik.
Udara atau gas yang akan dimanfaatkan masuk dan keluar dikarenakan
adanya 2 (dua) buah katub, yaitu katub masuk dan katub keluar pada silinder
tersebut. Katub – katub tersebut mempunyai fungsi masing – masing , katub isap
(soction) berfungsi sebagai katup pemasukan fluida yang akan dikompresikan
sedangkan Katub buang (discharge) berfungsi sebagai katup pengeluaran hasil
fluida yang akan dikompresikan. Fungsi lain dari katub sebagai pengaman yang
mencagah adanya aliran balik dari udara atau gas yang dikompres, oleh karna itu
pada katup hanya bekerja membuka dan menutup pada satu aliran.
Dengan bergeraknya piston dari titik mati atas (TMA) ke titik mati atas
(TMB) maka volume silinder akan bertambah besar dan tekanan dalam silinder
berkurang. Dengan turunnya tekanan dalam silinder maka katup isap akan terbuka
dan udara atau gas akan masuk kedalam silinder. Gerakan udara kedalam silinder
akan terhenti ketika piston mencapai titik mati bawah. Pada gerakan piston maju
dari titik mati bawah ketitik mati bawah ketitik mati atas, maka volume udara atau
gas akan bertambah kecil dan sejalan dengan bertambah kecilnya volume udara
atau gas, tekanannya akan bertambah besar sehingga tekanan gas dalam silinder
ini dapat menutup katup isap dan sebaliknya membuka katub buang. Besarnya
pembukaan katub buang. Makin lama katub buang terbuka maka makin kacil
ruang silinder dan makin besar pula tekanan gasnya.
Pada kompresor dua tingkat, tiga tingkat dan tingkat banyak umumnya
digunakan untuk menghasilkan tekanan yang lebih tinggi pada kompresi. Tekanan
udara atau gas pada tingkat pertama akan dikompresi pada tingkat berikutnya
untuk menghasilkan tekanan yang diinginkan katup isap dan katub buang
membuka dan menutup dengan sendirinya oleh karena adanya perbedaan tekanan
yang terjadi didalam silinder tersebut. Katup isap akan membuka apabila tekanan
gas pada jalur isap lebih besar dari pada tekanan gas dalam silinder. Pada saat
tekanan gas melewati katup, dudukan katup akan bekerja dan menutup dan
mencegahadanya aliran balik.
Pada umumnya kompresor torak terdapat satu kali langkah isap dan satu
langkah buang secara berulang - ulang dalam silinder. Kompresor torak tunggal
bekerja mengeluarkan gas hanya pada langkah maju ataupun pada langkah
mundur saja, yang mempunyai satu jalur langkah isap dan langkah buang seperti
terlihat pada Gambar 3.9. Kompresor ini menghisap udara dari atmosfer melalui
saringan udara yang terdapat pada kompresor tersebut dan memanfaatkan udara
a. Langkah isap b. Langkah buang Entiene Lenoir , pada tahun 1822-1900 seorang berkebangsaan Perancis
Gambar 3.9. Langkah Isap Dan Langkah Buang Pada Kompresor Torak Langkah
Tunggal
3.4.2 Bagian Utama Dari Kompresor Torak 1. Silinder dan kepala silinder
Silinder untuk tekanan kurang dari 50 kgf/cm2 (4.9 Mpa) pada
umunya menggunakan besi cor sebagai bahan silindernya.
2. Torak dan cincin torak
Torak merupakan komponen yang betugas untuk melakukan kompresi
terhadap udara/ gas, sehingga torak harus kuat menahan tekanan dan
panas. Torak juga harus dibuat seringan mungkin untuk mengurangi
gaya inersia dan getaran. Pemakaian 2 s.d. 4 cincin torak biasanya
dipakai pada kompresor dengan tekanan kurang dari 10 kgf/cm2. Pada
kompresor tegak dengan pelumasan minyak, pada torak dipasangkan
Kompresor tanpa pelumasan, cincin torak dibuat dari bahan yang
spesifik yaitu karbon atau teflon.
3. Katup – katup
a. Konstruksi katup pita (Reed Valve) ditunjukkan pada Gambar 3.10
Gambar 3.10 Katup Pita
b. Konstruksi katup cincin ditunjukkan pada Gambar 3.11
c. Konstruksi katup kanal ditunjukkan pada Gambar 3.12
Gambar 3.12 Katup Kanal
d. Konstruksi katup kepak ditunjukkan pada Gambar 3.13
Gambar 3.13 Katup Kepak
Gambar.3.14. Macam- Macam Katup
Poros engkol dan batang torak mempunyai fungsi utama untuk
mengubah gerakan putar menjadi gerak bolak-balik.
5. Kotak Engkol
Kotak engkol adalah sebagai blok mesinnya kompresor yang berfungsi
sebagai dudukan bantalan engkol yang bekerja menahan beban inersia
dari masa yang bergerak bolak-balik serta gaya pada torak.
6. Pengaturan Kipas
Untuk mengatur batas volume dan tekanan yang dihasilkan kompresor
BAB 4
SISTEM KERJA MESIN PENDINGIN DENGAN MENGGUNAKAN REFRIGRAN (R22) UNTUK MENURUNKAN SUHU UDARA HASIL
KOMPRESSOR MENJADI UDARA INSTRUMENT 4.1 Refrigrasi
Refrigrasi adalah suatu proses pemindahan panas dari suatu tempat ke
tempat yang lain. Refrigrasi juga disebut penyerapan panas dari ruangan sehingga
suhu ruangan menjadi dingin sesuai dengan yang diinginkan. Pada dasarnuya
refrigrasi mempunyai manfaat yang banyak, antara lain ialah :
1. Pengkondisian udara pada ruangan dalam bangunan atau rumah, sehingga
temperatur didalam bangunan atau rumah lebih dingin dibandingan diluar
rumah.
2. Pengolahan / transportasi / penyediaan bahan – bahan makanan atau
minuman menjadi lebih terhadap aktivitas mikro organisme.
3. Pembuatan batu es dan dehidrasi gas dalam saklar besar.
4. Pemurnian minyak pelumas pada industri minyak bumi.
5. Melangsungkan reaksi – reaksi kimia pada temperatur rendah
6. Pemisahan terhadap komponen – komponen hidrokarbon yang mudah
menguap.
7. Pencairan gas untuk mendapatkan gas murni (O2 dan N2).
4.1.1 Prinsip Dan Fungsi Refrigerasi
Prinsip refrigerasi yang banyak terdapat pada refrigerasi industri, yang
bahan kimia, perminyakan dan industri petrokimia. Selain itu, terdapat
penggunaan khusus seperti pada manufaktur dan konstruksi.
Tingkat suhu yang diperlukan dalam bidang industri dapat menurun
hingga mencapai tingkat suhu rendah dibawah nol. Dengan demikian kita harus
mengetahui beberapa prinsip dasar refrigerasi yang penting yaitu :
1. Penguapan cairan pendingin akan memerlukan kalori yang akan diambil
dari fluida yang akan diinginkan.
2. Titik didih media pendinginan akan turun, bila tekanan diturunkan,
sehingga permukaan panas terjadi pada suhu rendah.
3. Waktu pengembunan kembali, uap media pendingin akan melepas
sejumlah kalori yang akan diambil oleh media pendinginnya sendiri.
4. Titik embun dapat diturunkan dengan menaikan tekanannya.
Diindustri pabrik seperti kimia, penyulingan minyak, pabrik kertas, pulp
dan petrokimia membutuhkan refrigrasi yang ditangani dengan baik. Oleh karna
itu hampir setiap instalasi mempunyai perbedaan serta harga yang begitu tinggi.
Beberapa fungsi refrigrasi yang penting dalam industri kimia dan industri proses
adalah:
1. Pemisahan gas – gas pada pengembunan gas.
2. Pemadatan suatu zat didalam campuran untuk memisahkan yang lain.
3. Menjaga kondisi suhu rendah dalam penyimpangan gas cair agar
tekanannya tidak berlebihan.
4.2 Sistem Kerja Mesin Pendingin.
Sistem merupakan suatu pengendalian metoda, dimana suatu pemasukan
dan pengeluaran dengan cara menggunakan teknologi pada peralatan – peralatan
yang dipakai berguna untuk mendapatkan hasil yang diingikan. Pendinginan
merupakan peristiwa penurunan temperatur tinggi ketemperatur rendah.
Sistem pendingin adalah salah satu cara pendinginan yang berlangsung
secara paksa,dimana panas dipindahkan dari suatu tempat yang bertemperatur
lebih tinggi ketempat bertemperatur rendah. Pada dasarnya tiap – tiap mesin
pendingin terdiri atas :
1. Motor penggerak
2. Kompresor
3. Kondensor
4. Saringan
5. Pipa kapiler?katup ekspansi
6. Pipa penguapan (evaporator
7. Refrigran.
4.2.1 Kompresor unit
Kompresor terdiri dari motor penggerak dan kompresor. Kompresor
bertugas untuk menghisap dan menekan refrigran sehingga refrigran beredar
dalam unit mesin pendingin,sedangkan motor penggerak bertugas memutar
kompresor tersebut. Ditinjau dari cara penggeraknya kompresor unit dibagi atas 3
1. Jenis unit vterbuka
Disini kompresor dan motor penggerak masing – masing berdiri sendiri
untuk memutarkan kompresor dipergunakan ban (belt) motor
penggeraknya biasanya adalah motor listrik atau diesel.
2. Semi hermatic unit ( unit semi hermatik )
Disini kompresor dan motor listrik juga berdiri sendiri, tetapi dihubungkan
sehingga seolah – olah menjadi satu buah. Untuk memutar kompresor,
poros motor listrik dihubungkan dengan poros kompresornya langsung.
3. Hermatic unit (unit hermatik)
Disini kompresor dan motor listrik benar – benar menjadi satu unit yang
tertutup rapat. Kelemahannya jika terjadi kerusakan pada kompresor atau
motor listrik sulit untuk diperbaiki. Keuntungannya ialah bahwa bentuknya
dapat menjadi lebih kecil,tidak banyak memakan tempat,harganya relatif
murah,cocok sekali unit kompresor pada domistik refrigrator. Disini
perpindahan daya dari motor listrik ke kompresor dapat menjadi lebih
sempurna.
Fungsi dan prinsip unit kompresor jenis 1,2, dan 3 adalah sama yaitu untuk
mengedarkan refrigran dalam unit mesin pendingin agar dapat berlangsung proses
pendinginan. Untuk dasar pengertian kerja kompresor perhatikan Gambar 4.1
Gambar 4.1. Kompresor Menghisap Uap Refrigran
Selama langkah masu, katup inlet membuka untuk membiarkan uap
mengalir dari evaporator ke dalam silinder.
Untuk memahami cara kerja sistem pendingin perhatikan gambar 4.2. jika
motor penggerak berputar maka akan memutar kompresornya. Dengan
berputarnya kompresor maka refrigran (yang dalam ujud gas) akan naiksuhu
maupun tekanannya. Hal ini disebabkan melekul – melekul dari refrigran bergerak
lebih cepat dan saling bertabrakan akibat adanya kompresi.
Temperatur dari gas refrigran akan merambat pada pipa – pipa kondensor
dan media pendinginan. Pada bagian kondensor ini di usahakan adanya media
pendinginan yang baik, sebab dengan adanya pendinginan yang baik pada bagian
kondensor ini akan membantu memperlancar terjadinya proeses kondensasi (uap
panas dari refrigran berubah menjadi cairan, mengembun).
Penempatan kondensor harus pada tempat yang cukup luas,agar aliran
udara tidak terhalang. Untuk lebih memperlancar sirkulasi udara dipasang kipas
angin pada kondensornya. Pada kondensor dengan pendingin air, kondensor
direndam dalam air,airnya diedarkan dengan pompa. Temperatur dan tekanan gas
refrigran akan naik terus menerus sampai keseimbangan dicapai. Setelah terjadi
proses kondensi (pengembunan) gas refrigran, sebagai cairan disimpan dalam
receiver, sebagian cairan refrigran mengalir menerusi saluran cairan tekanan
tinggi menuju refrigran control setelah melewati drier strainer (saringan).
Kondensor bayak dipergunakan pada unit dengan freon sebagai refrigran
berkapasitas relatif kecil, misalnya pada penyegar udara jenis paket,pendingin air
dan sebagiannya. Pada Gambar 4.3 digambarkan kondensor dengan koil pipa
pendingin didalam tabung yang dipasang pada posisi vertikal. Koil pipa pendingin
Pada kondensor, air mengalir didalam koil pipa pendingn. Endapan dan kerak
yang terbentuk didalam pipa harus dibersihkan dengan mempergunakan zat kimia.
Gambar 4.3. Kondensor
4.2.2 Saringan
Biasanya saringan terdiri atas cilica gel dan screen. Silica gel berfungsi
menyerap kotoran,dan air. Sedengkan screen yang terdiri dari kawat kasa yang
halus gunanya untuk menyaring kotoran dalam sistem seperti potongan
timah,karat dan lainnya. Jadi didalam sistem harus tidak ikut mengalir air, asam
serbuk,atau kotoran.
Pada kompresor hermatik, apabila motornya terbakar saringan harus
diganti yang baru. Apabila kotoran – kotoran akibat kawat yang terbakar tersebut
melewati pipa kapiler atau keran ekspansi, akan menyebabkan saluran buntu.
Apabila pipa kapiler/keran ekspansi buntu maka tidak akan terjadi proses
pendinginan.
Waktu menyambung saringan dengan pipa kapiler/keran ekspansi, bagian
rendah dibandingkan dengan bagian saringan yang disambung dengan kondensor
agar hanya refrigerator cair saja yang mengalir masuk ke pengontrolan refrigran
4.2.3 Pipa kapiler
Pipa kapiler gunanya untuk menurunkan tekanan dan mengatur jumlah
cairan refrigran yang mengalir. Diameter dan pipa kapiler tergantung dari
kapasitas mesin pendinginnya. Pada umumnya pengontrolan refrigran pada
domestik refrigrator adalah pipa kapiler. Penggunaan pipa kapiler pada mesin
pendingin akan mempermudah pada waktu strat karena dengan mempergunakan
pipa kapiler pada saat sistem tidak bekerja tekanan pada kondensor dan evaporator
cenderung sama. Hal mini berarti meringankan tugas kompresor pada waktu start.
4.2.4 Katup Expansi
Katup Ekspansi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4 berfungsi
untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan refrigerant yang bertekanan dan
bertemperatur tinggi sampai tingkat keadaan tekanan dan temperatur rendah. Ada
bermacam-macam jenis katup ekspansi, antara lain:
1. Automatic Expantion Valve
2. Thermostatic Expantion Valve
3. Katup Apung Sisi Tekanan Tinggi
4. Katup Apung Sisi Tekanan Rendah
5. Manual Expantion Valve
6. Pipa Kapiler
7. Thermoelectric Expantion Valve
Dari banyak jenis katup ekspansi tersebut yang paling banyak digunakan
untuk sistem pendingin komersial adalah pipa kapiler karena beban yang
didinginkan relatif konstan dan mempunyai harga yang relatif murah.
Gambar 4.4 Katup Expansi
4.2.5 Evaporator
Evaporator seperti ditunjukkan pada gambar 4.5 berfungsi sebagai alat
penyerap kalor dari lingkungan ke refrigerant sehingga refrigerant akan
mengalami perubahan fasa dari cair menjadi uap. Berdasarkan bentuk dan
permukaan koilnya, evaporator dibagi menjadi 3 macam, yaitu :
1. Evaporator Pipa Telanjang ( Bare Tube Evaporator ).
2. Evaporator Pelat ( Plate Surface Evaporator ).
3. Evaporator Bersirip ( Finned Evaporator ).
Dalam proses pendinginan, pada umumnya temperatur permukaan
bidang evaporator lebih rendah daripada titik embun dari udara masuk. Apabila
mengembun sehingga koil menjadi basah. Pada umumnya temperatur bola kering
(Tdb) udara keluar evaporator adalah 15OC – 17OC dan temperatur bola basah
(Twb) 13OC – 15OC untuk evaporator dengan penguapan 2OC – 7OC, kecepatan
udara sekitar 2 m/s sebagai kondisi standard an menggunakan koil dengan 3 atau 4
baris.
Gambar 4.5. Evaporator
4.3 Refrigran.
Refrigeran merupakan suatu media pendingin yang dapat berfungsi
untuk menyerap kalor dari lingkungan atau untuk melepaskan kalor ke
lingkungan. Sifat-sifat fisik termodinamika refrigerant yang digunakan dalam
sistem refrigerasi perlu diperhaatikan agar sistem dapat bekerja dengan aman dan
ekonomis, adapun sifat refrigerant yang baik adalah :
1. Tekanan penguapannya harus cukup tinggi, untuk menghindari
kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunya efisiensi
2. Tekanan pengembunan yang rendah sehingga perbandingan kompresinya
rendah dan penurunan prestasi kompresor dapat dihindari.
3. Kalor laten penguapan harus tinggi agar panas yang diserap oleh
evaporator lebih besar jumlahnya, sehingga untuk kapasitas yang sama,
jumlah refrigerant yang dibutuhkan semakin sedikit.
4. Koefisien prestasi harus tinggi, ini merupakan parameter yang penting
untuk menentukan biaya operasi.
5. Konduktifitas thermal yang tinggi untuk menentukan karakteristik
perpindahan panas.
6. Viskositas yang rendah dalam fasa cair atau gas. Dengan turunnya tahanan
aliran refrigerant dalam pipa kerugian tekanannya akan berkurang.
7. Konstata dielektrik yang kecil, tahanan listrik yang besar serta tidak
menyebabkan korosi pada material isolasi listrik.
8. Refrigeran hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang
digunakan sehingga tidak menyebabkan korosi.
9. Refrigeran tidak boleh beracun dan berbau.
10.Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan meledak.
11.Dapat bercampur dengan minyak pelumas tetapi tidak merusak dan
mempengaruhinya.
12.Harganya murah dan mudah dideteksi jika terjadi kebocoran.
4.4 Instrument pendukung pada sistem kerja mesin pendingin.
Untuk meningkatkan kinerja dari mesin pendingin diperlukan beberapa
1. Filter Drier.
2. Thermostat.
3. High – Low Pressure.
4. Heat Exchanger.
5. Liquid Receiver.
4.4.1 Filter Drier
Filter drier berfungsi untuk menyaring kotoran dan menyerap uap air
yang terkandung di dalam sistem. Saringan di dalam komponen ini berupa
anyaman kawat yang halus, sedangkan bahan penyerapnya dari zat kimia desikan
(Silica Gel). Selain dapat menyerap uap air zat kimia ini dapat pula menyerap
asam, hasil uraian minyak pelumas dan lainya. Pada alat pendingin udara
sebaiknya dilengkapi filter drier ini karena jika tidak dapat menyebabkan:
1. Membekunya uap air dalam sistem sehingga sistem dapat tersumbat.
2. Terbentuknya asam yang disebabkan bereaksinya uap air dengan bahan
pendingin dan minyak pelumas kompresor. Terbentuknya asam ini dapat
menimbulkan korosi pada komponen sistem.
3. Rusaknya kompresor dan tersumbatnya pipa kapiler karena terbentuknya
endapan oleh air dan asam yang terkandung dalam sistem sehinggga
merusak minyak pelumas kompresor .
4.4.2 Thermostat
Thermostat berfungsi untuk mempertahankan temperatur di dalam media
yang didinginkan agar tetap konstan dengan menjalankan dan menghentikan
berfungsi sebagai sensor perubahan temperatur, jika temperatur yang diinginkan
telah tercapai maka bulb terisi dengan fluida tersebut mengirimkan sinyal untuk
memutuskan arus listrik sehingga kompresor berhenti bekerja.
4.4.3 Liquid Receiver
Fungsi liquid receiver adalah untuk menampung refrigerant yang berasal
dari kondensor dan memastikan bahwa refrigerant yang memasuki katup ekspansi
benar-benar berfasa cair.
4.4.4 Sight Glass
Sight Glass berfungsi untuk mengetahui jumlah refrigerant yang
mengalir di dalam sistem. Jika kita melihat adanya gelembung udara pada sight
glass maka dapat dipastikan bahwa sistem mengalami kekurangan refrigerant.
Disamping itu sight glass juga berfungsi sebagai indikator adanya uap air di dalam
sistem yang berubah warna apabila ada kandungan uap air . Warna normal sight
glass pada umumnya adalah biru atau hijau, dan jika terdapat kandungan uap air
maka warna biru akan berubah menjadi pink (merah muda), sedangkan warna
hijau akan berubah menjadi kuning.
4.4.5 Pressurestat
Pressurestat merupakan saklar pemutus arus listrik yang bekerja
berdasarkan tekanan sistem dengan membuka titik kontaknya. Alat ini berfungsi
untuk melindungi sistem refrigerasi dari tekanan yang terlalu tinggi atau terlalu
saklar pemutus akan menutup kembali dan sistem kembali bekerja. Jenis-jenis
pressurestat adalah :
1. Low Pressurestat / LP ( Saklar pemutus tekanan rendah).
2. High Pressurestat / HP( Saklar pemutus tekanan tinggi).
3. High-Low Pressurestat / HLP ( Saklar pemutus tekanan tinggi dan rendah).
4.5 Data Spesifikasi Peralatan
1. Kompresor Torak Satu Tingkat Type : UNC – 1
Kapasitas standart : 6,79 Kg/m3
PH, Volt Hz : 1 φ AC 200 V 50/60 Hz
Pada Tabel 4.1 merupakan data pengamatan sistem kerja mesin pendingin
dengan menggunakan refrigran (R22) untuk menurunkan suhu udara hasil
Tabel 4.1 Data yang diperoleh dari lapangan
NO
Waktu (menit)
TEMPERATUR MASSA ALIR
Udara
Mengetahui perpindahan panas yang dilepas oleh udara dan perhitungan
panas yang diterima oleh freon – 22
4.7.1 Menghitung jumlah panas yang dilepas oleh udara setelah didinginkan dan dikeringkan pada selex drayer
Diketahui : masa alir udara = 89,4 kg/jam
Temperatur udara masuk T1) = 33 °C
Temperatur udara keluar (T2) = 30°C
Kapasitas panas udara pada temperatur:
