Dasar-Dasar Kompresi Gas dan klasifikasi KOMPRESOR Dosen: Novi Indah Riani, S.Pd., MT.

Sifat – Sifat Fisik Udara Susunan Udara Udara: Atmosfer didekat permukaan bumi

Berat Jenis Udara Kondisi Standar Industri Kondisi Normal Teoritis Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan: T = 20 ˚C (293 K) Tekanan mutlak = 760 mm Hg (0,1013 Mpa) Kelembapan relatif = 65% Berat Jenis = 1,204 kgf/m³ (11,807 N/m³) Kondisi ini  kondisi isap pada kompresor Kondisi Normal Teoritis Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan: T = 0 ˚C (273 K) Tekanan mutlak = 760 mm Hg (0,1013 Mpa) Berat Jenis = 1,293 kgf/m³ (12,68 N/m³)

Panas Jenis Udara kcal/kg˚C Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg suatu zat sebesar 1˚C kcal/kg˚C Pada gas, ada dua macam panas jenis yaitu: Panas Jenis pada Tekanan Tetap (Cp) Panas Jenis pada Volume Tetap (Cv) Torak

Kelembaban Udara Udara Jenuh Adapun jumlah uap yang terkandung di dalam udara lembab dapat dinyatakan dengan: Jumlah uap jenuh (dlm gram) yang terkandung di dalam 1 m³ udara lembab (udara yang mengandung uap air) Jumlah uap air (dlm gram) yang terkandung didalam 1 kg udara kering (udara yang tak mengandung uap air) Tekanan uap (dlm mmHg atau Pa)

Udara Tak Jenuh & Udara Lembab Udara Tak Jenuh : Udara dimana uap air yang dikandungnya belum mencapai keadaan jenuh Udara Lembab: Udara yang mengandung uap air

Kelembaban adalah derajat kekeringan atau basahan udara dalam atmosfer Ada dua cara menentukan kelembaban, yaitu: Kelembaban Mutlak/Absolut Kelembaban Relatif/ Nisbi banyaknya uap air yang terkandung dalam 1 m³ udara perbandingan banyaknya uap air dalam udara dengan jumlah uap air maksimum yang dapat dikandung oleh udara dalam suhu yang sama.

Sehingga, Kelembaban Udara adalah banyaknya uap air dalam udara pada waktu dan lokasi tertentu Contoh: 1 m³ udara suhunya 250 ˚C terdapat 15 gram uap air. Jika dalam suhu  yang sama , 1 m³ udara maksimum mengandung 18 gram uap air, maka tentukan berapa kelembaban mutlak dan kelembaban relatifnya?

Tekanan Udara Tekanan Gas Tekanan Atmosfir tekanan pada titik manapun di atmosfer bumi 1 atm = 1,033 kgf/cm² = 0,1013 Mpa Atau 1 atm = 760 mmHg (tinggi kolom air raksa)

Tekanan Mutlak dan Tekanan Lebih Dasar yang dipakai sebagai harga nol dalam mengukur atau menyatakan tekanan, yaitu: Jika harga nol diambil = tekanan atmosfer, maka tekanan yang diukur disebut TEKANAN LEBIH (GAGE PRESSURE) Jika harga nol diambil = tekanan vakum, maka tekanan disebut TEKANAN MUTLAK. Tabel Konversi Tekanan Cek daftar tabel konversi tekanan pada buku Sularso (tabel 2.4)

Dasar Termodinamika Kompresi Proses pemampatan akan menaikkan tekanan dan temperatur, berbarengan dengan itu, terjadi perubahan volume sehingga kerapatan pun berubah. Hubungan anatara massa jenis dengan volume pada proses pemampatan dapat dilihat pada persamaan berikut:

Untuk memudahkan analisis biasanya udara dianggap gas ideal pada proses-proses termodinamika, sehingga memenuhi persamaan gas ideal berikut ini:

Hubungan antara tekanan dan volume Teori Kompresi Hubungan antara tekanan dan volume P₁ V ₁ = P₂ V ₂ = tetap Jika selama kompresi, Tgas dijaga tetap, maka pengecilan volume ½ kali akan menaikkan tekanan menjadi 2 kali lipat, begitu seterusnya. “Jika gas dikompresikan pada temperatur tetap, maka tekanannya akan berbanding terbalik dengan volumenya”.  Hukum Boyle Hubungan antara temperatur dan volume “Semua macam gas apabila dinaikkan temperaturnya sebesar 1˚C pada tekanan tetap, akan mengalami pertambahan volume sebesar 1/273 dari volumenya pada 0 ˚C. Sebaliknya, apabila diturunkan temperaturnya sebesar 1 ˚C, akan mengalami pengurangan volume dengan proporsi yang sama”.  Hukum Charles

Persamaan Keadaan  

Kompresi Isotermal Kompresi Adiabatik Kompresi Politropik Proses Kompresi Gas Cara Kompresi Kompresi gas dapat dilakukan menurut tiga cara, antara lain: Kompresi Isotermal Kompresi Adiabatik Kompresi Politropik

Kompresi Isotermal Setiap gas yang mengalami proses kompresi temperaturnya naik. Hal ini disebabkan karena adanya sebagian energi mekanik torak atau sudu yang dikenakan pada gas diubah menjadi energi panas. Temperatur gas akan naik sebanding dengan kenaikan tekanan. Pada proses kompresi isotermal, gas mampat dengan temperatur tinggi didinginkan sehingga tidak ada kenaikan temperatur atau temperatur pada proses ini dipertahankan konstan. Apabila udara dianggap gas ideal, hubungan antara p dan v dirumuskan sebagai berikut: Proses kompresi isotermal pada proses sebenarnya sangat sulit diaplikasikan, walaupun silinder atau udara mampat didinginkan tetap saja tidak mungkin menjaga temperatur yang konstan. Hal ini disebabkan karena cepatnya proses kompresi yang terjadi di dalam silinder.

Kompresi Adiabatik Pada proses ini panas yang dihasilkan dari kompresi gas dijaga tidak ke luar dari silinder, artinya silinder diisolasi sempurna. Jadi panas tidak ada yang ke luar atau masuk silinder. Proses tersebut dinamakan kompresi adiabatik. Pada kenyataannya kita tidak dapat menemukan cara mengisolasi dengan sempurna. Jadi proses tersebut hanya secara teoritis. Hubungan antara tekanan dan volume proses adiabatik dapat dinyatakan dengan persamaan: tekanan yang dihasilkan sebanding dengan perbandingan kompresi dipangkatkan k. Kalau dibandingkan dengan kompresi isotermal dengan perubahan volume yang sama akan menghasilkan tekanan yang lebih besar. Karena hal tersebut, kerja yang dibutuhkan pada kompresi adiabatik lebih besar daripada kompresi isotermal.

Kompresi Politropik Proses kompresi sebenarnya secara isotermal dan adiabatis tidak dapat diaplikasikan, seperti yang sudah dijelaskan di atas. Proses kompresi yang bekerja menggunakan prinsip di antara proses isothermal dan adiabatis yaitu kompresi politropik. Proses politropik dapat mewakili proses sesungguhnya dari kompresor. Hubungan antara p dan V pada proses ini adalah sebagai berikut;

Perubahan Temperatur Pada waktu kompresi, temperatur gas dapat berubah tergantung pada jenis proses yang dialami. Untuk masing-masing proses, hubungan antara temperatur dan tekanan hanya terjadi perubahan pada proses adiabatik. Dalam kompresi adiabatik tidak ada panas yang dibuang keluar sendiri (atau dimasukkan) sehingga seluruh kerja mekanis yang diberikan dalam proses ini akan dipakai untuk menaikkan temperatur gas. Temperatur yang dicapai oleh gas yang keluar dari kompresor dalam proses adiabatik dapat diperoleh secara teoritis dengan rumus diatas

Hanya berlaku untuk kompresor kerja tunggal Efisiensi Volumetrik Volume gas yang dimampatkan oleh kompresor untuk setiap langkah kompresi yang dikerjakan dalam setiap putaran poros engkol. Qth Hanya berlaku untuk kompresor kerja tunggal

Dimana, Qs = Volume gas yang dihasilkan pada kondisi tekanan dan temperatur isap (m³/min) Qth = Perpindahan torak ((m³/min)

Besar efisiensi volumetris juga dapat dihitung secara teoritis berdasarkan volume gas yang dapat diisap secara efektif oleh kompresor dengan rumus sebagai berikut: ε Dimana, ε = Vc/Vs ; volume sisa (clearance) relative Pd = Tekanan keluar dari silinder tingkat pertama (kgf/cm²) Ps = Tekanan isap dari silinder tingkat pertama (kgf/cm²) n = Koefisien ekspansi gas yang tertinggal di dalam volume sisa untuk udara = 1,2 Tanda ≈ berarti “kira-kira sama dengan“, karena rumus 10 diperoleh dari perhitungan teoritis. Adapun harga ηv yang sesungguhnya adalah sedikit lebih kecil dari harga yang diperoleh dari rumus diatas karena adanya kebocoran melalui cincin torak dan katup-katup serta tahanan pada katup–katup.

Efisiensi Adiabatik Efisiensi kompresor ditentukan oleh berbagai faktor seperti tahanan aerodinamik di dalam katup-katup, saluran-saluran, pipa-pipa, kerugian mekanis, efektivitas pendinginan serta faktor lainnya. Faktor-faktor ini digabungkan dalam efisiensi adiabatik keseluruhan. Dimana ηad : Efisiensi adiabatik keseluruhan (%) Wad : Daya adiabatik teoritis (kW) Ws : Daya yang masuk pada poros kompresor (kW)

Besarnya daya adiabatic, dapat dihitung dengan: Cek tabel 2.7, daya yang diperlukan untuk kompresi adiabatic teoritis

Perhitungan Daya Kompresor Sebuah kompresor torak satu tingkat mempunyai efisiensi volumetric sebesar 65%, perpindahan torak sebesar 8,12 m³/min, dan memampatkan udara dari atmosfir menjadi 7 kgf/cm²(g). Efisiensi adiabatic keseluruhan ditaksir sebesar 72%. Berapakah daya motor yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor ini? Sebuah kompresor digunakan untuk menghasilkan udara mampat pada sebuah instalasi industri. Pompa meghasilkan tekanan akhir sebesar 3 atm, debit udara masuk kompresor sebesar 7200 m³/menit, hitung berapa daya kompresor?. Juga tentukan daya poros apabila efisiensi kompresor 80% ! Daya motor penggerak kompresor harus diambil 5-10% diatas hasil perhitungan.