KOMPRESOR dan JENIS-JENIS BOILER

BAB I

TINJAUAN UMUM KOMPRESOR

A.    PENGERTIAN KOMPRESOR

Kompresor adalah alat untuk memompa bahan pendingin (refrigeran) agar tetap bersirkulasi di dalam sistem. Fungsi dari kompresor adalah untuk menaikan tekanan dari uap refrigeran sehingga tekanan pada kondensor lebih tinggi dari evaporator yang menyebabkan kenaikan temperatur dari refrigeran. Kompresor dirancang dan diproduksi untuk dapat dipakai dalam jangka waktu yang lama, karena kompresor merupakan jantung utama dari sistem refrigerasi kompresi uap dan juga kapasitas refrigerasi. Suatu mesin refrigerasi tergantung pada kemampuan kompresor untuk memenuhi jumlah gas refrigeran yang perlu disirkulasikan. Kompresor berfungsi untuk menghisap uap refrigeran yang berasal dari evaporator dan menekannya ke kondenser sehingga tekanan dan temperaturnya akan meningkat ke suatu titik dimana uap akan mengembun pada temperatur media pengembun.

Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter.Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.

Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut. Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.

Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang. Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik. Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.

B.     PRINSIP KERJA KOMPRESOR

Kompressor 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 kerjanya dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah ini :

C.     KAPASITAS KOMPRESOR

Kapasitas kompresor adalah debit penuh aliran gas yang ditekan dan dialirkan pada kondisi suhu total, tekanan total, dan diatur pada saluran masuk kompresor. Debit aliran yang sebenarnya, bukan merupakan nilai volum aliran yang tercantum pada data alat, yang disebut juga pengiriman udara bebas/ free air delivery (FAD) yaitu udara pada kondisi atmosfir di lokasi tertentu. FAD tidak sama untuk setiap lokasi sebab ketinggian, barometer, dan suhu dapat berbeda untuk lokasi dan waktu yang berbeda.

a)      Pengkajian kapasitas kompresor

Kompresor yang sudah tua, walupun perawatannya baik, komponen bagian dalamnya sudah tidak efisien dan FAD nya kemungkinan lebih kecil dari nilai rancangan. Kadangkala, faktor lain seperti perawatan yang buruk, alat penukar panas yang kotor dan pengaruh ketinggian juga cenderung mengurangi FAD nya. Untuk memenuhi kebutuhan udara, kompresor yang tidak efisien mungkin harus bekerja dengan waktu yang lebih lama, dengan begitu memakai daya yang lebih dari yang sebenarnya dibutuhkan.

Pemborosan daya tergantung pada persentase penyimpangan kapasitas FAD. Sebagai contoh, kran kompresor yang sudah rusak dapat menurunkan kapasitas kompresor sebanyak 20 persen. Pengkajian berkala terhadap kapasitas FAD untuk setiap kompresor harus dilakukan untuk memeriksa kapasitas yang sebenarnya. Jika penyimpangannya lebih dari 10 persen, harus dilakukan perbaikan. Metoda ideal pengkajian kapasitas kompresor adalah melalui uji nosel dimana nosel yang sudah dikalibrasi digunakan sebagai beban, untuk membuang udara tekan yang dihasilkan. Alirannya dikaji berdasarkan suhu udara, tekanan stabilisasi, konstanta orifice, dll.

b)      Efisiensi kompresor

Beberapa pengukuran kompresor yang biasa digunakan adalah: efisiensi volumetrik, efisiensi adiabatik, efisiensi isotermal, dan efisiensi mekanik. Efisiensi adiabatik dan isotermal dihitung sebagai daya isotermal atau adiabatik dibagi oleh konsumsidaya aktual. Efisiensi isotermal = Daya masuk aktual terukur / Daya Isotermal. Perhitungan daya isotermal tidak menyertakan daya yang diperlukan untuk mengatasi gesekan dan biasanya memberikan efisiensi yang lebih rendah dari efisiensi adiabatis. Nilai efisiensi yang dilaporkan biasanya efisiensi isotermal. Hal ini merupakan bahan pertimbangan yang penting dalam memilih kompresor berdasarkan nilai efisiensi yang dilaporkan.

D.    KONDENSASI UAP AIR PADA KOMPRESOR

Udara yang dihisap dan dimampatkan didalam kompressor akan mengandung uap air dalam jumlah cukup besar. Jika uap ini didinginkan udara yang keluar dari kompressor maka uap akan mengembun menjadi air. Air ini akan terbawa ke mesin/ peralatan yang menggunakannya dan mengakibatkan gangguan pada pelumasan, korosi dan peristiwa water hammer pada piping system.

Aftercooler adalah heat-exchanger yang berguna untuk mendinginkan udara/ gas keluaran kompresor untuk membuang uap air yang tidak diinginkan sebelum dikirim ke alat lain. Uap air dipisahkan dari udara dengan cara pendinginan dengan air atau oli pendingin. Sumber Ingersoll-Rand [--]. Dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

              Aftercooler Kompressor Multi Stage

E.     CONDENSATE DRAIN VALVE PADA KOMPRESOR

Condensate drain valve ialah bagian dari kompressor yang berfungsi membuang kondensat (uap air) yang terjadi saat kompressor bekerja dengan mengambil udara dari luar, sehingga udara yang masuk ke dalam sistem udara tekan menjadi bersih dan tidak menimbulkan adanya endapan air. Manfaat lainnya pada sistem hidrolik adalah, oli tetap bersih karena kontaminasi dari air telah dibuang melalui Condensate Drain Valve.

       Condensate Drain Valve

BAB II

JENIS-JENIS KOMPRESOR

Secara umum kompresor dibagi menjadi dua jenis yaitu: 1. Kompresor dinamik 2. Kompresor perpindahan positif (possitive displacement).

A.      KOMPRESOR DINAMIK

Pada metode ini, kecepatan diberikan kepada gas atua udara, kemudian kecepatan diubah menjadi tekanan dengan cara menekan udara/ gas pada ruang yang volumenya tetap. Tipe kompresor dengan prinsip kerja seperti ini adalah centrifugal.

1.        Kompresor centrifugal

Kompresor udara sentrifugal (lihat Gambar 5-16) merupakan kompresor dinamis, yang tergantung pada transfer energi dari impeller berputar ke udara. Rotor melakukan pekerjaan ini dengan mengubah momen dan tekanan udara. Momen ini dirubah menjadi tekanan tertentu dengan penurunan udara secara perlahan dalam difuser statis. Kompresor udara sentrifugal adalah kompresor yang dirancang bebas minyak pelumas. Gir yang dilumasi minyak pelumas terletak terpisah dari udara dengan pemisah yang menggunakan sil pada poros dan ventilasi atmosferis. Sentrifugal merupakan kompresor yang bekerja kontinyu, dengan sedikit bagian yang bergerak; lebih sesuai digunakan pada volum yang besar dimana dibutuhkan bebas minyak pada udaranya.

Kompresor udara sentrifugal menggunakan pendingin air dan dapat berbentuk paket; khususnya paket yang termasuk aftercooler dan semua control. Kompresor ini dikenal berbeda karakteristiknya jika dibandingkan dengan mesin reciprocating.Perubahan kecil pada rasio kompresi menghasilkan perubahan besar pada hasil kompresi dan efisiensinya. Mesin sentrifugal lebih sesuai diterapkan untuk kapasitas besar diatas 12,000 cfm.

2.        Karakteristik kompresor sentrifugal secara umum sebagai berikut :

Ø  Aliran discharge uniform.

Ø  Kapasitas tersedia dari kecil sampai besar.

Ø  Tekanan discharge dipengaruhi oleh density gas/udara.

Ø  Mampu memberikan unjuk kerja pada efisiensi yang tinggi dengan beroperasi pada range tekanan dan kapasitas yang besar.

3.        Bagian Utama Dan Fungsinya sentrifugal

Kompresor terdiri dari beberapa bagian yang fungsinya satu dengan yang lain saling berhubungan, diantaranya adalah :

a)         Bagian Statis

Ø  Casing

Casing merupakan bagian paling luar kompresor yang berfungsi :

§  Sebagai pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar.

§  Sebagai pelindung dan penumpu/pendukung dari bagian-bagian yang bergerak.

§  Sebagai tempat kedudukan nozel suction dan discharge serta bagian diam lainnya.

Ø  Inlet Wall

Inlet wall adalah diafram (dinding penyekat) yang dipasang pada sisi suction sebagai inlet channel dan berhubungan dengan inlet nozle.

Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka meterialnya harus tahan terhadap abrasive dan erosi.

Ø  Guide Vane

Guide vane di tempatkan pada bagian depan eye impeller pertama pada bagian suction (inlet channel). Fungsi utama guide vane adalah mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi yang merata. Konstruksi vane ada yang fixed dan ada yang dapat di atur (movable) posisi sudutnya dengan tujuan agar operasi kompresor dapat bervariasi dan dicapai effisiensi dan stabilitas yang tinggi.

Ø  Eye Seal

Eye seal ditempatkan di sekeliling bagian luar eye impeller dan di tumpu oleh inlet wall. Eye seal selalu berbentuk satu set ring logam yang mengelilingi wearing ring impeller (lihat gambar 4).

Berfungsi untuk mencegah aliran balik dari gas yang keluar dari discharge impeller (tekanan tinggi) kembali masuk ke sisi suction (tekanan rendah).

Ø  Diffuser

Diffuser berfungsi untuk merubah energi kecepatan yang keluar dari discharge impeller menjadi energi potensial (dinamis).

Untuk multi stage dipasang diantara inter stage impeller.

Ø  Labirinth Seal

Labirinth seal digunakan untuk menyekat pada daerah :

§  Shaft dan diafragma sebagai shaft seal.

§  Casing dan shaft sebagai casing seal.

Ø  Return Bend

Return bend sering juga disebut crossover yang berfungsi membelokan arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk pada stage/impeller berikutnya. Return bend di bentuk oleh susunan diafragma yang dipasang dalam casing.

Ø  Return Channel

Return channel adalah saluran yang berfungsi memberi arah aliran gas dari return bend masuk ke dalam impeller berikutnya. Return channel ada yang dilengkapi dengan fixed vane dengan tujuan memperkecil swirl (olakan aliran gas) pada saat masuk stage berikutnya sehingga dapat memperkecil vibrasi.

Ø  Diafragma

Diafram adalah komponen bagian dalam kompresor yang berfungsi sebagai penyekat antar stage dan tempat kedudukan eye seal maupun inter stage seal. Dengan pemasangan diafragma secara seri, akan terbentuk tiga bagian penting, yaitu diffuser, return bend, dan return channel. Diafragma ditempatkan didalam casing dengan hubungan tongue-groove sehingga mudah dibongkar pasang.

b)        Bagian Dinamis

Ø  Shaft and Shaft Sleeve

Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeller dan meneruskan daya dari pengerak ke impeller. Untuk penempatan impeller pada shaft di gunakan pasak (key) dan pada multi stage, posisi pasak di buat selang-seling agar seimbang.

Sedangkan jarak antar stage dari impeller di gunakan shaft sleeve, yang berfungsi sebagai pelindung shaft terhadap pengaruh korosi, erosi dan abrasi dari aliran dan sifat gas dan untuk penempatan shaft seal diantara stage impeller.

Ø  Impeller

Impeller berfungsi untuk menaikan kecepatan gas dengan cara berputar, sehingga menimbulkan gaya. Hal ini menyebabkan gas masuk/mengalir dari inlet tip (eye impeller) ke discharge tip. Karena adanya perubahan jari-jari dari sumbu putar antara tip sudu masuk dengan tip sudu keluar maka terjadi kenaikan energi kecepatan.

Ø  Bantalan (Bearing)

Bearing adalah bagian internal kompresor yang berfungsi untuk mendukung beban radial dan aksial yang berputar dengan tujuan memperkecil gesekan dan mencegah kerusakan pada komponen lainnya.

Pada kompresor sentrifugal terdapat dua jenis bearing, yaitu :

§  Journal bearing: Digunakan untuk mendukung beban dengan arah radial (tegak lurus poros).

§  Thrust bearing: Digunakan untuk mendukung beban kearah aksial (sejajar poros).

Ø  Oil Film Seal

Oil film seal merupakan salah satu jenis seal yang digunakan dalam kompresor. Oil film seal terdiri dari satu atau dua seal ring. Pada seal jenis ini diinjeksikan minyak (oil) sebagai penyekat/perapat (seal oil) antara kedua seal ring yang memiliki clearence sangat kecil terhadap shaft. Tekanan masuk seal oil dikontrol secara proporsional berdasarkan perbedaan tekanan sekitar 5 psi diatas tekanan internal gas dan perbedaan tekanan oil-gas selalu dipertahankan

B.       KOMPRESOR PERPINDAHAN POSITIF (POSSITIVE DISPLACEMENT).

Pada jenis positive-displacement, sejumlah udara atau gas di-trap dalam ruang kompresi dan volumnya secara mekanik menurun, menyebabkan peningkatan tekanan tertentu kemudian dialirkan keluar. Pada kecepatan konstan, aliran udara tetap konstan dengan variasi pada tekanan pengeluaran. Tipe kompresor dengan prinsip kerja seperti ini adalah Kompresor reciprocating dan Kompresor Putar/ Rotary.

1.        Kompresor reciprocating

Di dalam industri, kompresorr reciprocating paling banyak digunakan untuk mengkompresi baik udara maupun refrigerant. Prinsip kerjanya seperti pompa sepeda dengan karakteristik dimana aliran keluar tetap hampir konstan pada kisaran tekanan pengeluaran tertentu. Juga, kapasitas kompresor proporsional langsung terhadap kecepatan. Keluarannya, seperti denyutan. Kompresor reciprocating tersedia dalam berbagai konfigurasi; terdapat empat jenis yang paling banyak digunakan yaitu horizontal, vertical, horizontal balance-opposed, dan tandem. Jenis kompresor reciprocating vertical digunakan untuk kapasitas antara 50 – 150 cfm.

Kompresor horisontal balance opposed digunakan pada kapasitas antara 200 –5000 cfm untuk desain multi-tahap dan sampai 10,000 cfm untuk desain satu tahap (Dewan Produktivitas Nasional, 1993). Kompresor udara reciprocating biasanya merupakan aksi tunggal dimana penekanan dilakukan hanya menggunakan satu sisi dari piston. Kompresor yang bekerja menggunakan dua sisi piston disebut sebagai aksi ganda. Sebuah kompresor dianggap sebagai kompresor satu tahap jika keseluruhan penekanan dilakukan menggunakan satu silinder atau beberapa silinder yang parallel. Beberapa penerapan dilakukan pada kondisi kompresi satu tahap. Rasio kompresi yang terlalu besar (tekanan keluar absolut/ tekanan masuk absolut) dapat menyebabkan suhu pengeluaran yang berlebihan atau masalah desain lainnya. Mesin dua tahap yang digunakan untuk tekanan tinggi biasanya mempunyai suhu pengeluaran yang lebih rendah (140 to 160 ⁰C), sedangkan pada mesin satu tahap suhu lebih tinggi (205 to 240 ⁰C).

Untuk keperluan praktis sebagian besar plant kompresor udara reciprocating diatas 100 horsepower/ Hp merupakan unit multi tahap dimana dua atau lebih tahap kompresor dikelompokkan secara seri Udara biasanya didinginkan diantara masing-masing tahap untuk menurunkan suhu dan volum sebelum memasuki tahap berikutnya (Dewan Produktivitas Nasional, 1993). Kompresor udara reciprocating tersedia untuk jenis pendingin udara maupun pendingin air menggunakan pelumasan maupun tanpa pelumasan, mungkin dalam bentuk paket, dengan berbagai pilihan kisaran tekanan dan kapasitas.

2.        Kompresor Putar/ Rotary

Kompresor rotary mempunyai rotor dalam satu tempat dengan piston dan memberikan pengeluaran kontinyu bebas denyutan. Kompresor beroperasi pada kecepatan tinggi dan umumnya menghasilkan hasil keluaran yang lebih tinggi dibandingkan kompresor reciprocating. Biaya investasinya rendah, bentuknya kompak, ringan dan mudah perawatannya, sehingga kompresor ini sangat popular di industri. Biasanya digunakan dengan ukuran 30 sampai 200 hp atau 22 sampai 150 kW.