1pertama_penyiapan udara tekan.pdf

7/25/2019 __1__Pertama_PENYIAPAN udara tekan.pdf

1/22

BAB 1

PENYIAPAN UDARA MAMPAT

Pada bab ini akan dijelaskan tentang penyediaan udara mampat, perlakuan serta

pengendaliannya sebelum didistribusikan ke komponen pneumatik. Istilah udara mampat

atau udara kompresi dipakai untuk menunjukkan kondisi udara dengan tekanan di atas

tekanan atmosfir yang dihasilkan oleh kompresor dan dapat dimanfaatkan untukmelakukan kerja. Pokok bahasan yang dicakup dalam bab ini meliputi:

1. Pendahuluan, membahas mengenai keadaan udara yang terdapat di alam bebas dan

penjelasan beberapa istilah dalam pneumatik yang sering digunakan,

2. Pengkompresian udara, membahas tentang proses pembangkitan udara mampat

dan jenis-jenis kompresor beserta prinsip kerjanya,

3. Pengendalian kapasitas, membahas metode yang digunakan untuk mengendalikan

kinerja kompresor agar sesuai dengan karakter tangki penampung dan kebutuhan

pasokan udara mampat ke sistem penumatik,

4. Perlakuan udara mampat, membahas proses perlakuan udara mampat yang

diperlukan sebelum dialirkan ke komponen pneumatik.

1.1. PENDAHULUAN

Pemahaman tentang udara bebas sangat diperlukan mengingat eratnya kaitan

antara udara bebas dan proses pengkompresiannya menjadi udara mampat. Udara bebas

didefinisikan sebagai kondisi udara atmosfir pada lokasi dan waktu tertentu. Yang harus

dicermati adalah bahwa tekanan dan kelembaban udara bisa bervariasi berdasarkan letak

geografis suatu daerah dan waktu yang berbeda. Dengan kata lain, udara bebas bukanlah

udara pada kondisi standar. Akibat dari kondisi udara bebas yang tidak seragam dan agar

komponen pneumatik nantinya dapat dikalibrasi maka diperlukan standarisasi. Terdapat

dua standar pengukuran udara bebas yang umum diterapkan dalam rekayasa, yakni

Standar Internasional yang mengadopsi European Standarddan Standar Inggris atau


2/22

Imperial Standar.Standar Internasional menggunakan satuan ukuran metris(metric unit)

sedangkan Standar Inggris menggunakan satuan ukuran british (british unit). Standar

Internasional untuk udara bebas didasarkan pada kondisi tekanan 101,3 kPa absolut dan

suhu 0OC, sedangkan Standar Inggris didasarkan pada tekanan 14,7 psi absolut dan suhu

15.60C.

Udara bebas pada kondisi standar berguna untuk mengukur dan membandingkan

aliran udara yang dihasilkan kompresor. Dengan demikian, jika kompresor dipasang

pada lingkungan yang memiliki tekanan dan suhu yang berbeda dari standar di atas,

maka nilai aliran udaranya akan berubah dari spesifikasi standar yang dicantumkan oleh

pabrikannya.

Kompresor selalu diukur dari aliran udar keluarannya berdasarkan laju aliran

udara bebas yang diambil secara langsung dari atmosfir melalui saluran masuk (hisap).

Sebagai misal, jika kompresor memiliki laju keluaran 4 m3/min FAD (free air delivery)

berarti setiap beroperasi selama satu menit kompresor tersebut akan menarik udara bebas

dari atmosfir dan memindahkannya ke dalam tangki sebanyak 4 m3melalui saluran

masuk (intake). Volume ini setara dengan udara yang terdapat dalam bak dengan ukuran

panjang 2 m dan lebar 2 m dengan kedalaman 1 m. Namun demikian, volume keluaran

kompresor akan jauh lebih kecil karena udara telah dikompres (dimampatkan) ke dalam

wadah dengan volume yang lebih kecil tetapi memiliki tekanan yang lebih besar.

Ilustrasi pada Gambar 1.1 menjelaskan konsep udara bebas ini.

2


3/22

Gambar 1.1. Konsep udara bebas. Penilaian aktuator atau piranti pneumatikdinyatakan

dengan udara bebas (F.A.D) bukanudara mampat (kompresi).

Dalam penerapannya sebagai sumber tenaga bagi komponen pneumatik, udara

mampat dikendalikan dalam hal laju aliran dan tekanan kerjanya. Laju aliran berkaitan

dengan kecepatan gerak aktuator (silinder atau motor pneumatik) sedangkan tekanan

kerja berhubungan dengan beban yang ditanggung aktuator. Untuk standar SI, satuan

aliran udara dinyatakan dalam m3/s. Namun demikian satuan ini jarang dipakai pada

kompresor dan komponen pneumatik karena akan terdapat suatu bilangan yang kecil.

Sebagian besar sistem pneumatik menggunakan satuan liter/menit untuk menyatakan

laju aliran udara.

Tekanan atmosfir sebesar 101 kPa absolut dipakai untuk mengkonversikan

tekanan terukur (guage pressure) ke tekanan absolut. Hubungan antar kedua tekanan ini

dijelaskan pada Gambar 1.2. Pengukur tekanan yang digunakan pada sistem pneumatik

dikalibrasi ke dalam tekanan terukur. Jika alat ukur dikalibrasi ke kPa A, maka piranti

ini mampu mengukur tekanan hingga dibawah tekanan atmosfir atau tekanan vakum

(huruf A dipakai untuk menyingkat kalibrasi tekanan absolut). Tetapi, jika hanya

dikalibrasi ke kPa, maka tekanan yang terukur menunjukkan tekanan udara diatas

tekanan atmosfir. Dalam buku ini, yang dimaksud tekanan udara (P) adalah tekanan

terukur (guage) dengan satuan kPa, kecuali jika disebutkan dengan satuan lainnya.

Gambar 1.2. Beberapa metode untuk mengungkapkan tekanan udara. Tekananatmosir (Patm) adala! tekanan absolut (Pa) dikurangi tekanan terukur (PG).

3


4/22

2. PENGKOMPRESIAN UDARA

2.1. Karakteristik Udara

Sebelum membahas proses pengkompresian udara, secara singkat akan

dijelaskan terlebih dahulu karakteristik udara. Secara fisik, udara merupakan campuran

gas dengan komposisi 78% nitrogen, 21% oksigen dan sisanya terdiri dari gas karbon

dioksida, argon, hidrogen, neon, helium, kripton dan xenon. Udara juga

mengandungkontaminan lain berupa debu dan uap air. Kohesi atau gaya tarik antar

molekul udara sangat kecil sehingga udara tidak memiliki bentuk yang pasti.

Untuk menganalisa perilaku udara dengan kondisi suhu, tekanan dan volume

yang berubah biasanya udara diperlakukan sebagai gas ideal, artinya udar tidak dianggap

sebagai campuran dari bermacam-macam gas. Dengan asumsi ini maka Hukum Boyle-

Marriotes dan Hukum Gay-Lussac berlaku untuk udara.

Hukum Boyle-Marriotes. Udara dapat dikompresi atau dimampatkan dan udara

selalu berusaha untuk mengembang. Pada suhu konstan, volume dari suatu massa gas

berbanding terbalik dengan tekanan absolut; atau perkalian antara tekanan absolut dan

volume suatu gas dengan massa tertentu adalah konstan. Gambar 1.3 mengilustrasikan

Hukum Boyle-Marriotes. Gaya F sebanding dengan tekanan P dan berbanding terbalik

dengan volume V.

Gambar 1.". #ubungan antara $olume dan tekanan udara. Tekanan udara (P) akanmeningkat %ika $olume ruang (&) yang ditempatinya berkurang. Gaya (F) yangdiperlukan untuk mengkompresikan udara sebanding dengan tekanan yang

di!asilkan.

4


5/22

p1 V1= p2 V2= p3V3= konstan (1.1)

Contoh berikut ini merupakan salah satu penerapan Hukum Boyle-Marriotes:

Udara pada tekanan atmosfir dimampatkan oleh kompresor hingga volumenya tinggal

10% dari volume awal. Dengan menganggap selama kompresi tidak terjadi perubahan

suhu, berapa tekanan udara yang terukur?

p1 V1= p2 V2 atau

p2=p1

V1

V2

denganV

1

V2

=100

10=10

p1= patm = tekanan atmosfir = 101 kPa 1 bar

sehingga didapat,

p2= 101 . 10 = 1010 kPa 10 bar

Dengan demikian tekanan uara terukur sebesar [10 bar 1 bar] = 9 bar. Hal ini

berarti bahwa kompresor yang menghasilkan udara mampat 9 bar harus memiliki

perbandingan kompresi 10:1.

Hukum Gay-Lussac. Pada tekanan konstan, udara akan mengembang sebesar1/273 dari volume awal jika terjadi kenaikan suhu sebesar 1oC (1 K). Merujuk pada

Hukum Gay-Lussac, volume yang dimiliki oleh suatu massa gas sebanding dengan suhu

absolutnya selama tekanan tidak berubah. Secara matematis Hukum Gay-Lussac

dinyatakan dengan persamaan:

V1

V2

=

T1

T2

atau V2=V

1

T2

T1

(1.2)

dengan, V1= volume gas pada suhu T1, m3

V2= volume gas pada suhu T2, m3

T1dan T2= suhu absolut gas, K

Perubahan volume sebesar V dihitung dengan penurunan rumus sebagai berikut:

V=V2V

1=V

1

T2T

1

T1

(1.3)

Sehingga volume gas pada suhu T2dipeloleh dengan menerapkan rumus berikut ini:

5


6/22

V2=V

1V=V

1

V1

T1

T2T1 (1.4)

Perlu diperhatikan bahwa rumus diatas hanya berlaku untuk suhu absolut dalam satuan

derajat Kelvin atau derajat Rakine. Sehingga, suhu gas yang dinyatakan dalam satuan

celcius ataufahrenheitperlu dikonversikan terlebih dahulu ke suhu absolutnya masing-

masing. Tabel 1.1 berikut memperlihatkan faktor konversi untuk pembacaan skala suhu.

Sebagai contoh: Udara pada suhu 25oC memiliki volume sebesar 50 liter. Udara ini

kemudian dipanaskan hingga hingga suhunya mencapai 50oC. Berapa volume udara

setelah dipanaskan?

Dengan menerapkan rumus (1.4) diperoleh volume udara setelah dipanaskan,

tetapi suhu dalam skala celcius harus dikonversi terlebih dahulu ke satuan kelvin.

T1= 25oC = (273,16 + 25)K = 298,16 K

T2= 50oC = (273,16 + 50)K = 323,16 K

V1= 50'

V2=50 50

298,16 K323,16 K298,16 K

V2= 54,2'

Jika volume udara dipertahankan konstan selama kenaikan suhu, maka akan

terjadi kenaikan tekanan udara yang sebanding dengan kenaikan suhu. Perubahan

karakter udara ketika terjadi perubahan suhu, tekanan dan/atau volume akan mengikuti

persamaan gas umum berikut ini.

p1V

1

T1

=p

2V

2

T2

=konstan (1.5)

2.2. Proses Pengkompresian Udara

Kapanpun udara dikompresi maka suhunya akan naik. Sebagai contoh, kenaikan

suhu yang dialami oleh ban sepeda ketika dipompa dapat dirasakan pada katup ban

(pentil). Kenaikan suhu ini disebabkan oleh kecepatan rata-rata molekul udara yang

meningkat yang menabrak dinding pembatas kompresi (ban). Mekanika ini akan

mengubah energi kinetik yang dimiliki oleh udara berpindah menjadi energi panas pada

ban. Pada sebuah kompresor udara, jika kenaikan suhu ini tidak bisa dikendalikan oleh

6


7/22

suatu mekanisme pendingin maka akan menyebabkan proses kompresi yang sangat tidak

efektif, atau terjadi keausan yang lebih buruk dan akhirnya mempercepat kerusakan

kompresor. Akibat lainnya, udara mampat yang keluar dari kompresor bisa menjadi

terlalu panas untuk digunakan.

Secara teoritis, udara dapat dikompresi dengan beberapa proses, antara lain

kompresi adiabatik, isothermal dan polytropik. Definisi dari ketiga proses tersebut

dijelaskan berikut ini.

Kompresi adiabatik adalah proses pengkompresian udara dengan kondisi udara

tekan tetap mempertahankan volumenya meskipun terjadi penambahan energi panas.

Dengan kata lain, proses ini menjaga volume agar tidak berubah selama proses

meskipun suhunya naik. Proses ini sangat teoritis serta akan membutuhkan isolasi atau

penyekat udara mampat yang sangat sempurna, sehingga memerlukan daya operasional

yang tinggi. Kenaikan daya ini merupakan konsekwensi langsung dari udara yang

mengembang akibat panas yang dibangkitkan selama proses kompresi. Proses adiabatik

mengharuskan elemen kompresor tidak hanya menurunkan volume udara atmosfir saja,

tetapi juga harus mengkompresi penambahan volume udara yang diakibatkan dari

kenaikan suhu.

Kompresi isothermal adalah proses kompresi yang membuang semua panas

tambahan yang muncul selama proses kompresi sehingga udara kompresi dipertahankan

pada suhu konstan. Proses ini memerlukan piranti pendingin yang sempurna untuk

sesegera mungkin membuang panas yang muncul selama kompresi. Daya yang

dibutuhkan untuk kompresi isothermal hanya sekitar 40% dari daya kompresi adiabatik.

Hal ini yang membuat desainer kompresor bekerja keras untuk merancang kompresor

yang dapat memampatkan udara sedekat mungkin dengan proses isothermal.

Kompresi polytropik dapat dianggap sebagai proses kompresi yang terletak

diantara kompresi adiabatik dan isothermal. Kompresi ini lebih praktis dan dalam

kenyataannya memang proses ini yang paling mungkin dibuat secara komersial.

Gambar 1.4 menunjukkan kurva kinerja teoritis dari proses adiabatik, isothermal

dan polytropic untuk kompresor torak (piston). Luasan daerah di bawah kurva dan

dibatasi oleh titik A, B, C dan D menunjukkan kerja yang diperlukan untuk setiap proseskompresi.

7


8/22

Gambar 1.. Kur$a teoritis pengkompresian udara dengan kompresor torak.

2.3. Kompresor

Kompresor yang bermanfaat untuk membantu kerja manusia memiliki jenis,

desain dan ukuran yang sangat banyak. Mulai dari kompresor yang sederhana seperti

yang dipakai untuk memompa ban mobil, hingga kompresor yang canggih dan besar

seperti yang terdapat pada industri manufaktur dan pertambangan. Udara mampat

digunakan pada kondisi kerja yang berbeda-beda, sehingga untuk memenuhi hal tersebut

dan agar tetap memampatkan udara secara efisien maka diperlukan kompresor dengan

jenis dan ukuran yang berbeda untuk setiap kondisi.

Pada dasarnya terdapat dua prinsip kompresor, yakni kompresor langkah positif

dan kompresor dinamis. Pembahasan dalam buku ini akan menekankan pada kompresor

langkah positif karena kompresor jenis ini paling banyak dipakai. Sementara kompresor

dinamis akan dibahas secara singkat.

Kompresor langkah positif memampatkan udara atmosfir dengan menjebak udara

pada satu ruang tertutup kemudian menaikkan tekanannya dengan cara mengurangi

volume ruang. Kompresor dinamis mengkompresi udara atmosfir dengan mengalirkan

udara secara terus menerus dengan kecepatan tinggi melalui piranti yang berputar.

8

A1B*D +sot!ermalA2B*D PolitropikA"B*D Adiabatik


9/22

Gambar 1.5 menunjukkan beberapa tipe kompresor yang bekerja dengan prinsip langkah

positif dan dinamis.

Tipe Kompresor

Kompresor KompresorDinamis ,angka! Positi

Bolakbalik -otari

Aksial -adial Torak Diaragma &ane

/re0

Gambar 1.. enis%enis kompresor yang umum dipakai untuk meng!asilkan udaramampat.

Untuk mendapatkan efisiensi yang lebih bagus, sebagian besar kompresor

dirancang memampatkan udara dalam beberapa tahap atau bertingkat. Dengan metode

ini, dua atau lebih elemen kompresi diperlukan untuk menaikkan tekanan udara hingga

mencapai tekanan kerja yang diinginkan. Pendinginan udara antar tahap diperlukan

untuk menurunkan suhu udara yang keluar dari satu tahap ke tahap berikutnya.

Pendingin ini menyebabkan penurunan volume udara mampat dan secara langsung juga

akan mengurangi daya yang diperlukan untuk pengkompresian. Dengan demikian,

pendinginan yang dipasangkan pada kompresor bertingkat merupakan langkah untuk

mengidealkan pengkompresian udara agar mengikuti proses isothermal.

Kompresor Torak (Piston)

Kompresor torak merupakan jenis kompresor yang paling biasa dipakai dalam

industri dan kompresor ini tersedian dalam berbagai jenis dan ukuran. Kompresor ini

cukup handal dalam hal kapasitas volume dan tingkat tekanan udara yang dihasilkan.

Kompresor torak dapat memampatkan udara sampai 12 bar dalam satu tahap dan hingga

mencapai140 bar dalam pengkompresian bertahap serta mampu mengalirkan udara

hingga 600 m3/min F.A.D.

9


10/22

Gambar 1.3. Prinsip ker%a kompresor torak (piston)

Namun demikian, kompresor torak cenderung berisik dan menimbulkan getaran

sehingga untuk alasan ini kompresor torak kebanyakan dipasang secara permanen. Jika

dibandingkan dengan kompresor jenis rotari, maka kompresor torak jauh lebih bising

dan lebih bergetar. Dengan perkembangan bahan peredam untuk stuktur, desain

kompresor torak yang mutakhir telah berhasil menurunkan tingkat kebisingan dan

getarannya, meskipun tidak bisa sehalus kompresor rotari.

Operasional kompresor torak diilustrasikan pada Gambar 1.6. Saat langkah hisap,

torak (piston) yang bergerak ke bawah akan menghasilkan kevakuman sehingga udara

terdorong ke ruang kompresi melewati katup hisap. Katup ini akan terbuka secara

otomatis akibat perbedaan tekanan antara udara luar dan ruang kompresi yang telah

vakum. Ketika piston telah sampai pada titik mati bawah dan mulai bergerak naik, udara

yang terjebak dalam ruang kompresi menyebabkan ketidakseimbangan tekanan udara di

atas dan di bawah katup hisap, sehingga katup ini akan menutup dan pemampatan udara

di ruang kompresi mulai terjadi. Pada saat tekanan udara pada ruang kompresi telah

meningkat hingga tekanan tertentu yang dapat mendorong katup lepas (buang), maka

udara kompresi akan dialirkan keluar dari ruang kompresi. Katup hisap dan katup buang

10


11/22

biasanya dibebani dengan pegas agar dapat membuka dan menutup secara otomatis

berdasarkan perbedaaan tekanan udara yang bekerja pada permukaan katup. Setelah

piston mencapai titik mati atas dan mulai bergerak ke bawah lagi, maka katup buang

akan tertutup dan siklus kompresi berulang kembali.

Gambar 1.4. Kompresor torak aksi ganda

Beberapa kompresor torak bekerja dengan aksi ganda, yakni pengkompresian

terjadi dalam langkah hisap dan langkah buang, seperti yang ditunjukkan Gambar 1.7.

Kompresor ini memerlukan crossheaduntuk menghubungkan lengan engkol dan lengan

piston. Katup hisap dan katup buang dipasang pada ujung silinder bagian atas dan bawah

sehingga piston membagi ruangan dalam silinder menjadi dua ruang kompresi. Ketika

piston bergerak ke atas, udara yang berada di bagian atas silinder akan dimampatkan

sedangkan ruang di bagian bawah silinder akan menghisap udara atmosfir. Kemudian

ketika piston bergerak ke bawah, udara yang berada di bagian bawah silinder akan

terkompresi dan ruang di bagian atas silinder akan menghisap udara atmosfir.

Kompresor aksi ganda memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan mampu menghasilkan

udara tekan lebih cepat dari pada kompresor torak lainnya.

11


12/22

Sebagian besar kompresor torak dengan kapasitas diatas 3 m3/menit F.A.D

memakai dua tingkat pengkompresian atau lebih (multi-stage compressor), tetapi yang

paling umum adalah jenis dua tingkat seperti pada Gambar 1.8. Kompresor jenis ini

memiliki satu ruang kompresi untuk setiap tingkat kompresi sedangkan kedua piston

digerakkan oleh satu penggerak yang sama.

Gambar 1.5. Konstruksi kompresor torak dua tingkat

Tingkat pertama (tingkat tekanan rendah) memiliki diameter piston lebih besar

dan mengambil udara langsung dari atmosfir kemudian menaikkan tekanan udara hingga

pada porsi tekanan tertentu dari total tekanan udara yang dihasilkan kompesor. Jika

tekanan udara keluaran diinginkan 700 kPa, tingkat kompresi pertama menghasilkan

kenaikan tekanan udara hingga sekitar 500 kPa. Piston pada tingkat pertama

memampatkan udara ke penukar panas (intercooler). Ketika melalui intercooler, suhu

dan volume udara akan menurun. Kapanpun udara dapat didinginkan ketika dikompresi

maka akan diperoleh penghematan tenaga akibat dari penurunan volume dan suhu.

Dalam intercoolerjuga dimungkinkan terjadi pengembunan uap air dalam udara.

Setelah meninggalkan intercooler, udara dialirkan ke ruang tekanan tingkat

kedua yang memiliki ukuran diameter piston lebih kecil. Piston tingkat tekanan kedua

memampatkan udara hingga mencapai tekanan udara akhir. Jika dibutuhkan tekanan

12


13/22

udara yang sangat tinggi maka perlu digunakan kompresor dengan tingkat kompresi

lebih dari dua.

Perhitungan berikut ini merupakan sebuah contoh penerapan hukum-hukum gas

yang dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan kompresor

bertingkat. Sebuah kompresor dua tingkat dengan kapasitas 0,20 m3/menit F.A.D

menghisap udara atmosfir pada tekanan 101 kPa absolut dan suhu 25oC. Kompresi

tingkat pertama mengalirkan udara mampat dengan suhu 120oC dan tekanan 500 kPa.

Pada saat melewati intercooler, udara didinginkan hingga suhu 50oC dan tekanannya

menurun menjadi 450 kPa. Udara kemudian mengalir ke ruang kompresi berikutnya

yang harus memampatkan udara hingga mencapai tekanan akhir 700 kPa. Dengan

mengasumsikan efisiensi kompresor 100%, hitung penurunan volume udara aktual

setelah melewati intercooler dalam m3/menit dan persen !

Kondisi pada saluran udara masuk dan keluar dari kompresor tingkat pertama

setelah satu menit beroperasi adalah sebagai berikut:

Pada saluran masuk: Pada saluran keluar:

p1= 101 kPa A p2= 500 + 101 = 601 kPa A

V1= 0,20 m3

V2= ?T1= 25 + 273 = 298 K (25

oC) T2= 120 + 273 = 393 K

Dengan mencari nilai V2dapat diketahui penurunan volume udara setelah melewati

kompresi tingkat pertama.

V2=

p1V

1T

2

p2T

1

V2=

101. 0,20 . 393

601. 298=0,044 m

3

Kondisi pada saat udara masuk saluran intercooler dan keluar meninggalkannya

adalah sebagai berikut;

Pada saluran masuk: Pada saluran keluar:

p2= 601 kPa A p3= 450 + 101 = 551 kPa A

V2= 0,044 m3 V3= ?

T2= 393 K (120oC) T3= 50 + 273 = 323 K

Dengan mencari nilai V3dapat diketahui volume udara setelah melewati intercooler.

13


14/22

V3=

p2V

2T

3

p3T

2

V3=601.0,044.323551.393=0,039 m3

Penurunan volume per menit sebesar (0,044 0,039) = 0,005 m3/menit

Persentase penurunan volume sebesar,

0,005

0,044x 100=11, 4

Contoh perhitungan di atas menunjukkan bahwa penurunan volume cukup

signifikan (11,4%) tetapi jika semua faktor praktis dan efisiensi dilibatkan dalam

perhitungan akan didapat penghematan daya hingga 15% dibandingkan dengan

kompresor satu tingkat tekanan. Kurva kompresi teoritis untuk kompresor dua tingkat

ditunjukkan pada Gambar 1.9. Dari kurva ini terlihat peningkatan tekanan sebagai akibat

langsung dari penurunan volume untuk setiap tahap kompresi, sehingga daerah yang

diarsir mewakili penghematan kerja (tekanan volume).

Gambar 1.6. Kur$a teoritis yang menun%ukkan peng!ematan ker%a ole! kompresordua tingkat.

Pada pengoperasian kompresor torak, oli yang digunakan untuk melumasi katup,

bantalan, crankshaftdan bagian lain yang bergesekan sering kali tercampur ke dalam

udara mampat. Kontaminasi oli dalam udara mampat sangat tidak ditolelir untuk

diterapkan pada industri makanan dan obat-obatan serta aplikasi di rumah sakit. Untuk

14


15/22

mengatasi hal ini, komponen kompresor yang saling bergesekan dibuat dari bahan yang

tahan aus seperti teflon dan grafit. Penggunaan bahan tersebut tidak memerlukan

pelumasan oli lagi sehingga udara mampat yang dihasilkan oleh kompresor terbebas dari

kontaminasi oli.

Model kompresor lain yang dapat mengisolasi oli dari udara mampat adalah

kompresor diafragma, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.10. Diafragma dipasang

pada piringan dan dinding silinder, dan bekerja seperti piston pada kompresor torak

tetapi mengisolasi ruang kompresi dari oli sehingga tidak ada kontak antara oli dengan

udara yang sedang dikompresi. Secara mekanik kompresor diafragma cukup sederhana

dan dalam prakteknya tersedia dalam debit dan tekanan keluaran yang bervariasi.

Kompresor ini juga mudah dalam perawatan dan sangat handal.

Gambar 1.17. Kompresor diaragma.

KompresorRotary Vane

Pada kompresor rotary vane,sebuah rotor yang diatur secara eksentris berputar

di dalam stator atau rumah pompa. Di dalam rotor terdapat alur (slot) sebagai tempat

15


16/22

vane (sudu) yang dapat bergerak secara radial, seperti ditunjukkan Gambar 1.11. Selama

berputar, gaya sentrifugal akan menggerakkan vane keluar alur sehingga menempel dan

bergerak mengikuti kontur dinding stator. Gerakan relatif vane pada rotor dan dinding

stator akan membentuk ruang kompresi. Pada saat vane berputar menuju katup lepas,

volume ruang kompresi akan berkurang sedangkan ketika vane bergerak menuju katup

hisap, volume ruang kompresi akan bertambah. Pengkompresian udara terjadi akibat dari

penurunan volume ruang kompresi.

Gambar 1.11. Ta!ap pengkompresian udara pada kompresor rotary $ane.

Kompresor rotary vane kebanyakan menggunakan oli pelumas yang

disemprotkan ke ruang kompresi. Oli yang disemprotkan ini berfungsi untuk tiga

keperluan, yakni:

a. melumasi semua komponen kompresor yang saling bergesekan,

b. menutup celah antara vane dan stator serta vane dan slot,

c. sebagai media penyerap panas.

Panas kompresi diserap oleh oli yang kemudian dibuang melalui sistem pendingin agar

suhu oli terjaga pada skala 80 90oC. Namun demikian, sebelum oli didinginkan dan

disemprotkan kembali ke ruang kompresi, oli harus dipisahkan dari udara mampat

dengan menggunakan separator (pemisah) jenisfelt padatau replaceable cartridge. Jika

beroperasi dengan benar, separator ini dapat memisahkan keseluruhan oli dalam udara

mampat. Siklus pelumasan kompresor rotary vaneditunjukkan pada Gambar 1.12.

16


17/22

Gambar 1.12. iklus pelumasan pada kompresor rotary $ane

Keuntungan lain dari kompresor rotary vaneyang disemprot oli yakni volume

udara yang dialirkan konstan dan hampir tidak terjadi fluktuasi tekanan. Hal ini

memungkinkan pengoperasian kompresor rotary vanetanpa tangki (reservoir), sehingga

menghasilkan konstruksi kompresor yang rapi dan ringkas. Konstruksi yang ringkas dan

didukung dengan tingkat kebisingan yang rendah dan sedikit getaran menjadikan

kompresor ini sangat ideal sebagai kompresor portabel.

Kompresor rotary vanepaling efektif jika dioperasikan pada puncak kecepatan

debit keluarannya. Beberapa kompre-sor ini diproduksi dalam dua tingkat kompresi dan

tekanan udara mampat yang dihasilkan sebesar 800 kPa untuk satu tingkat kompresi atau

1000 kPa untuk dua tingkat kompresi dengan kapasitas mulai dari 0.3 m3/menit hingga

30 m3/menit F.A.D. Kompresor rotary vanememerlukan perawatan secara periodik yang

tepat pada separator oli. Jika separator tidak efektif lagi, oli dapat keluar dari kompresor

dan masuk sistem aliran udara mampat. Hal ini bisa mengakibatkan kegagalan

pemakaian sistem kendali pneumatik karena oli yang terakumulasi akan menyumbat

saluran udara mampat.

KompresorRotary Screw

Kompresor rotary screw (ulir) mulai digunakan secara luas sekitar tahun 1950

dan pada awal kemunculannya langsung merebut pangsa pasar kompresor dan banyak

17


18/22

diterapkan diberbagai industri. Kompresor rotary screw terdiri dari selubung atau bodi

sebagai tempat dua ulir atau rotor; satu ulir jantan dan satu ulir betina. Ulir jantan

biasanya memiliki satu atau dua cuping sedangkan ulir betina memiliki galur sebagai

tempat bertautan dengan cuping. Kedua ulir dipertahankan tidak bersinggungan dengan

bodi tetapi memiliki celah yang sangat kecil sebagai tempat aliran udara.

Pengkompresian udara terjadi dengan menurunkan volume ruang yang dibentuk oleh

cuping, galur dan selubung kompresor.

Gambar 1.1". Prinsip ker%a kompresor rotary s/re0untuk sepasang /uping dan

galur.

Ketika ulir berputar dengan cepat, udara dihisap kedalam selubung melalui

saluran masuk. Udara yang masuk dijebak diantara cuping dan galur, dan kemudian

mengalami peningkatan tekanan bersamaan dengan penurunan volume ruang antara

cuping dan galur. Udara mampat dilepas melalui saluran keluaran dan siap dipakai untuk

kerja atau disimpan dalam tangki. Konstruksi ujung galur dan cuping dibuat sedemikian

hingga saluran udara masuk dan keluar bisa terbuka dan tertutup secara otomatis.

Volume udara kompresi ditentukan oleh ukuran cuping dan galur. Mekanisme

kompresor rotary screw ditunjukkan pada Gambar 1.13.

Kompresor rotary screwdapat dilumasi dengan menyemprotkan oli ke ruang

antara cuping dan galur atau tanpa pelumasan. Mekanisme penyemprotan oli pada

kompresor ini sama seperti mekanisme pada kompresor rotary vane.Namun demikian,

operasional kompresor ini tanpa oli lebih banyak digunakan pada industri. Karena tidak

18


19/22

ada oli yang disemprotkan, maka tidak ada pendinginan internal sehingga udara harus

didinginkan setelah keluar dari kompresor.

Kompresor rotary screwmemiliki karakter yang mirip dengan kompresor rotary

vane, yakni volume alirannya konstan, sedikit getaran dan kebisingannya juga rendah.

Kapasitas debit udara mampatnya berkisar mulai 1,4 m3/menit hingga 60 m3/menit

F.A.D, dengan tekanan antara 1000 kPa untuk satu tingkat tekanan hingga 2500 kPa

untuk beberapa tingkat tekanan.

Kompresor Dinamis

Kompresor dinamis dibagi menjadi dua katagori umum, yakni kompresor aliran

sentrifugal dan aliran aksial. Tekanan udara yang dihasilkan kompresor dinamis

biasanya rendah tetapi volume aliran udaranya tinggi. Untuk mendapatkan tekanan udara

yang tinggi, kompresor dinamis memerlukan paling sedikit lima tingkat kompresi.

Kompresor ini beroperasi hampir tanpa menimbulkan getaran dan suara namun tekanan

udara yang dihasilkan sangat berfluktuasi. Kompresor aksial dan sentrifugal paling

sesuai diaplikasikan pada terowongan angin (wind tunnel), pensuplai udara pada dapur

peleburan logam, terowongan ventilasi, dan pendistribusian gas. Skema konstruksi

kedua kompresor sentrifugal dan aksial ditunjukkan Gambar 1.14.

Gambar 1.1. Konstruksi kompresor dinamis sentriugal dan aksial

19


20/22

Pada kompresor sentrifugal, setiap tingkat kompresinya terdiri dari selubung atau

bodi (casing), impeller, diffuser, dan volute.Pada saat penggerak memutar susunan sudu

impeller pada kecepatan tinggi, udara terjebak antara impeller dan selubung dan terus

mengalir meninggalkan ujung sudu dengan tekanan dan kecepatan tinggi. Kemudian

udara ini akan masuk ke ruang diffuseryang memungkinkan udara berekspansi sehingga

menurunkan kecepatan alirnya, tetapi tekanannya tidak menurun. Dari diffuser udara

masuk ke ruang volutesebagai tempat ekspansi lanjut dan meningkatkan tekanan. Dari

ruang voluteudara langsung menuju ke tingkat kompresi berikutnya atau keluar dari

kompresor. Tekanan udara yang biasa dihasilkan oleh kompresor sentrifugal tidak lebih

dari 700 kPa.

Pada kompresor aksial, udara dialirkan melalui serangkaian sudu tetap dan sudu

putar secara bergantian dengan arah aliran paralel terhadap sumbu rotasi. Putaran sudu

yang cepat menghasilkan kecepatan aliran udara yang tinggi. Ketika sudu putar berotasi,

kecepatan udara diubah menjadi tekanan saat melewati sudu tetap yang berada didepan

aliran udara. Sudu tetap dan sudu putar diatur saling berkebalikan untuk menambah luas

penampang yang dilewati udara, sehingga kecepatannya berkurang tetapi tekanannya

meningkat. Kompresor aksial biasanya digunakan untuk kerja dengan tekanan rendah

hingga 500 kPa tetapi debit alirannya tinggi hingga mencapai 2000 m3per menit F.A.D.

3. PENGENDALIAN KAPASITAS

Instalasi kompresor harus mampu memasok udara mampat yang lebih banyak

dari pada kebutuhan yang diperlukan untuk menggerakkan sistem pneumatik pada saat

beban puncak. Untuk memenuhi kebutuhan ini, kompresor harus diatur atau

dikendalikan agar memenuhi kebutuhan sistem pneumatik secara terus menerus tanpa

menimbulkan gangguan pada kerja sistem. Hal ini biasanya dilakukan dengan

memonitor tekanan udara sistem pada suatu lokasi tertentu yang tekanan udaranya relatif

stabil atau sedikit berfluktuasi, seperti pada tangki (reservoir). Kenaikan atau penurunan

tekanan udara pada tangki digunakan untuk mengurangi atau menambah kerja

kompresor.

Faktor penting yang berkenaan dengan pengendalian kompresor adalah

menentukan proses atau piranti yang memenuhi syarat keamanan ketika sistem

20


21/22

beroperasi pada tekanan udara tertinggi. Sebagai contoh, jika silinder pneumatik harus

beroperasi pada 600 kPa untuk menghasilkan gaya dorong tertentu secara efisien, maka

tekanan udara dalam tangki tidak boleh turun dibawah 700 kPa sebelum kompresor

melakukan kompresi lagi. Jika penurunan tekanan operasi ini terlalu rendah hingga

dibawah atau sama dengan 600 kPa maka akan menghasilkan kerja sistem pneumatik

menjadi tidak efisien, gaya dorongnya rendah dan kecepatan geraknya juga berkurang.

Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan untuk mengendalikan kapasitas

kompresor, tetapi semuanya merupakan pengembangan dari tiga metode dasar, yakni:

1. Pengendalian start-stop

2. Pengendalian kecepatan konstan

3. Pengendalian kecepatan variabel.

3.1. Pengendalianstart-stop

Metode start-stop menggunakan tekanan udara yang dimonitor untuk

mengoperasikan saklar listrik. Saklar ini akan menghentikan aliran listrik ke motor

penggerak kompresor ketika tekanan udara dalam tangki telah cukup kuat melawan

pegas yang digunakan untuk mengaktifkan saklar. Pengendalian jenis ini tidak cocok

untuk kompresor yang digerakkan dengan mesin (motor bakar).

Kompresor torak yang menggunakan pengendalian start-stopmemerlukan katup

yang bisa mengeluarkan udara mampat dalam ruang kompresi secara otomatis pada saat

kompresor berhenti bekerja. Hal ini dimaksudkan agar ketika kompresor beroperasi

kembali tidak tedapat beban tambahan. Metode start-stop juga bisa diterapkan pada

selain kompresor torak selama kondisinya memungkinkan, khususnya yang berkenaan

dengan volume tangki (reciever). Kompresor rotary vanedan screw compressorbekerja

sangat efektif dan efisie pada kondisi pembebanan konstan sehingga tidak cocok

menggunakan kendali start-stop.

Skema pengendalian star-stop dan elemen yang digunakan ditunjukkan pada

Gambar 1.17.

21


22/22

Bersambung ke file:

pneumatik 1 Lanjutan

22

__1__pertama_penyiapan udara tekan.pdf

Documents

1pertama_penyiapan udara tekan.pdf