KOMPRESI UDARA ATMOSFER KE DALAM TANGKI BERTEKANAN 75 atm
KAPASITAS 2860Kg/Jam
Disusununtukmemenuhi TugasMata KuliahUnit Operasi II ( Mekanika
Fluida)
DisusunOleh:
Kelompok8Avita Avionita Sari 21030113140131Dimas Akbar Ramdani 21030113130114Estella Br Ginting 21030113120Intadaroh Rahila P 21030113130136M Fathurrozan 21030113140167Mukti Mabrur M 21030113120066Nadia Fridasaniya A 21030113130115
JURUSANTEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
2015
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 LATARBELAKANG
Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara
permanen. Pada temperatur dantekanan tertentu, setiap fluida mempunyai den sitas
tertentu. Jika densitas hanya sedikit terpengaruh oleh perubahan yang suhu dan
tekanan yang relatif besar,fluidatersebutbersifatincompressible.Tetapijika
densitasnya peka terhadapperubahanvariabeltemperaturdantekanan,fluidatersebut
digolongkan compresible. Zat cair biasanyadianggap zatyangincompresible,
sedangkangas umumnyadikenal sebagai zatyang compresible.
Mekanikafluidamerupakan cabang ilmuyangmempelajarikeseimbangandan
gerakangasmaupun zatcair sertagaya tarik denganbenda-benda disekitarnyaatau yang
dilaluisaatmengalir.Fluidadapatdipindahkandarisatutempatketempatyang
lainmelaluisuatusistem transportasi.Pemindahanfluidamelaluipipa,peralatan,atau udara
terbuka dilakukandenganpompa,kipas,blower,dankompresor.Alat-alat
tersebutberfungsimeningkatkan energimekanik fluida. Tambahanenergiitu lalu
digunakan untuk meningkatkan kecepatan, tekanan, atau elevasi fluida.
Kompresor adalah mesinuntukmemapatkan udara ataugas.Kompresor udara
biasanyamenghisapudaradariatmosfer. Namunadapulayang menghisapudaraatau
gasyang bertekananlebihtinggidaritekananatmosfer. Dalamhalinikompresor
bekerjasebagaipenguat(Booster).Sebaliknyakompresoradayang menghisapgas
yangbertekananlebihrendahdaripada tekananatmosfer.Dalamhalinikompresor disebut
Pompa Vakum.Kompresorjuga dengankata lainadalah penghasiludara
mampat.Karenaprosespemampatan,udaramempunyaitekananyang lebihtinggi
dibandingkan dengan tekanan udaralingkungan (1atm).
Pada industri,penggunaankompresorsangatpenting,baiksebagaipenghasil udara
mampat atau sebagai satu kesatuan dari mesin-mesin. Kompresor banyak
dipakaiuntukmesinpneumatik,sedangkanyang menjadisatudenganmesinyaitu
turbingas,mesinpendingindanlainnya.Dalam keseharian,kitasering memanfaatkan
udara mampat baik secara langsung atau tidak langsung. Sebagai contoh, udara
manpatyangdigunakanuntukmengisibanmobilatausepedamontor,udara mampat untuk
membersihkan bagian-bagian mesin yang kotor di bengkel-bengkel dan
manfaat lainyangsering dijumpai sehari-hari.
I.2 SEJARAH MEKANIKAFLUIDA
Archimedes(287-212 SM)adalahyang pertamakalimempelajarigaya-gaya
apung danstabilitasbendamengapung diatasair.KemudianLeonardoDaVinci (1452-
1519)yang melakukaninvestigasimengenaifluidatentangprinsipkontinuitas.
Untukbeberapamillenium,tidakadaperkembanganMekanikaFluidayang esensial.
Pekerjaan Leonardo Da Vinci diikuti oleh Galileo Galilei (1564-1642) dan
EvangelistaTorricelli(1608-1647).Sementara ituGalileoGalileimenghasilkanide yang
sangatpenting untukmelakukanpenelitianeksperimentaltentang hidrolisdan
memberikankonseptentang vakumyang dikenalkanolehAristoteles.GalileoGalilei
merealisasikanhubunganantara beratudaraatmosfer dantekananbarometrik.Ia juga
yang mengembangkanteoriliquidjatuh bebas. Pekerjaan Toricellimerupakan
kontribusipenting terhadaphukumfluidamengalirkeluardarisuatutangkidengan
pengaruhgravitasi.
Issac Newton(1642-1727) memberikandasar teoritentangaliranfluida.Ia yang
pertama merealisasikan tentang momentum transport, yang mengenalkan
gesekanaliranyang sebandingdengangradientkecepatandanarahnyategaklurus
denganarahaliran.Ia juga membuatbeberapa kontribusitambahankepada evaluasi
friction drag. Henri de Pitot (1665-1771)memberikan kontribusi pentingtentang
pemahamantekananstagnasiyangtimbuldalamsuatualiranpadatitikstagnasi.Ia jugayang
pertamamencobamembuatkecepatanaliranyang timbulakibatbeda
tekanan.DanielBernoulli(1700-1782) meletakkanpondasihidromekanikdengan
membuathubunganantara tekanandan kecepatandengandasarprinsipenergiyang
sederhana.Iamembuatkontribusipenting kepadapengukuran tekanann,teknologi
manometer danalathidromekanik.Leonhard Euler (1707-1783) memformulasikan
dasar-dasarpersamaanaliranuntukfluidaideal. Iamenekankanpentingnyatekanan
untukseluruhbidanng MekanikaFluidadanmenerangkantentang timbulnyakavitasi
dalam suatu instalasi fluida.
BabakbarudalamMekanikaFluidadijelaskanolehOsborneReynolds(1832-
1912).Iamerintispenelitiandalambidang MekanikaFluida,khususnyapenelitian
dasartentang aliranturbulent.Iamendemonstrasikanbahwaadakemungkinanuntuk
memformulasikanpersamaanNavier-Stokesdalambentukwakturata-rataagardapat
menerangkanprosestransportturbulent.Pekerjaanyangpentingdalambidang ini
diberikanoleh LudwigPrandtl (1875-1953) yangmemberikan pengetahuan dasar
tentang lapisan batas. Theodor Von Karman (1881-1973) memberikan kontribusi
pada sub-bidang Mekanika Fluida dan diikuti oleh banyak peneliti-peneliti yang
terkaitdengansolusidariproblemMekanika Fluida. PeiYuanChou(1902-1993) dan
AndreiNikolaevichKolmogorov(1903-1987) berkontribusiatasteoriturbulen dan
HermannSchlichting (1907-1982)berkontribusiataspekerjaannyadalambidang
transisialiranlaminerketurbulendanataspengetahuannyayang mengkonverikannya
kedalam solusi-solusi praktis terhadap problem aliran fluida.
Dalamabadke-20MekanikaFluida dikembangkanbaiksecaraeksperimental
maupunsecarakomputasiyang dibutuhkanuntuksolusipraktisdariproblemaliran.
Kombinasiaplikasieksperimentaldanmetodenumerikbanyakdilakukandiabadke-
21. Akhirnya, kemajuanpesattelahdicapaidalamabadterkahir inidalam bidang
Mekanika Fluida numerik. Perkembangandalammatematikaterapanmengambil
tempatuntukpenyelesaian persamaandiferensialparsialsecaranumerik. Secara
paralel,perkembangan metodekomputasidenganmenggunakankomputerdengan
kecepatan tinggi (Kaprawi, 2009).
I.3 TUJUAN
1. Mengetahui definisi, jenis danproseskompresor
2. Mengetahui peralatan-peralatan kompresi
3. Memahamiperhitunganpadakompresor
BAB II
TINJAUANPUSTAKA
II.1 UDARA
Udaramerujuk kepada campurangasyang terdapat pada permukaanbumi.
Udarabumiyang kering mengandungi 78%nitrogen, 21% oksigen,dan 1% uap
air, karbondioksida,dangas-gaslain.MenurutKamusBesarBahasaIndonesia
(KBBI),udaraadalahcampuranberbagaigasyg tidakberwarnadantidakberbau (seperti
oksigen dan nitrogen)yg memenuhi ruang di atas bumi.
Kandunganelemensenyawagasdanpartikeldalamudara akanberubah-ubah
denganketinggiandaripermukaan tanah.Demikianjugamassanya,akanberkurang seiring
dengan ketinggian. Semakin dekat dengan lapisan troposfer, makaudara
semakintipis,sehinggamelewatibatasgravitasi bumi,makaudaraakanhampasama sekali.
http://kbbi.web.id/udara
Sifat fisik udaradan komponen-komponennyaadalah sebagai berikut:
Komponen Udara Titik Beku Titik Didih Titik Kritis
Nama Simbol %volume oC oF oC oF oC oFUdara – – – – -194 -318 -141 -222Oksigen O2 20,96 -218 -362 -183 -297 -118 -181Nitrogen N2 78,11 -210 -346 -196 -320 -147 -232Karbondioksida CO2 0,0035 -78 -109 -78 -109 31 88Helium He 0,0005 -272 -458 -269 -452 -268 -450Neon Ne 0,0018 -249 -416 -246 -410 -229 -379Argon Ar 0,931 -189 -309 -186 -302 -112 -188Krypton Kr 0,0001 -157 -250 -153 -243 -64 -82Xenon Xe 0,000009 -112 -169 -107 -162 17 62
Uap Air H2O 5 0 32 -100 212 347 706
http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-14732-2106100104-
Chapter1.pdf
II.2 PENGERTIAN KOMPRESIGAS
Kompresisecarasederhanabisadiartikansebagaiprosesmemasukkanudara
danataumengirimudaradengantekanantinggisehinggamenghasilkan udara dengan
lajuyang lebihtinggi danbisamenyebabkanpemampatanudaraataubahkanberubah
fasamenjadi liquid.
Alatyangdigunakan untuk proses kompresi ini disebut kompresor.
Kompresorterdapatdalamberbagaijenisdanmodeltergantungpadavolumedan
tekanannya.Klasifikasi kompresor tergantungtekanannyaadalah :
* kompresor (pemampat)dipakai untuk tekanan tinggi,
* blower (peniup) dipakai untuk tekananagakrendah,
* fan (kipas) dipakaiuntuk tekanansangatrendah.
II.3 KLASIFIKASI KOMPRESOR
Secaragarisbesar kompresor(pemampat)dapatdiklasifikasikan menjadidua
bagian,yaituPositive Displacementcompressor,danDynamic compressor,(Turbo),
Positive Displacementcompressor,terdiridariReciprocatingdanRotary,sedangkan
Dynamic compressor, (turbo) terdiri dari Centrifugal, axial dan ejector, secara
lengkap dapat dilihat dariklasifikasi dibawah ini:
Gambar1. Klasifikasi Kompresor
1. Kompresor TorakResiprokal (reciprocating compressor)
Kompresor ini dikenal juga dengan kompresor torak, karena dilengkapi
dengantorakyang bekerjabolak-balikataugerakresiprokal.Pemasukanudara diatur
oleh katupmasukdandihisapoleh torakyanggerakannyamenjauhikatup.
Padasaatterjadipengisapan,tekananudara didalamsilindermengecil,sehingga udara
luarakanmasuk kedalamsilindersecaraalami.Padasaatgerakkompresi
torakbergerakke titikmatibawahketitikmatiatas,sehingga udara diatastorak
bertekanantinggi, selanjutnyadimasukkankedalamtabung penyimpanudara.
Tabungpenyimpanandilengkapidengankatupsatuarah,sehinggaudarayang ada
dalamtangkitidakakankembalike silinder. Prosestersebutberlangsung terus-
menerus hingga diperoleh tekanan udara yang diperlukan. Gerakan mengisap
danmengkompresiketabung penampunginiberlangsung secaraterus
menerus,padaumumnyabilatekanandalamtabung telahmelebihikapasitas, maka
katuppengamanakanterbuka,atau mesinpenggerakakanmatisecara otomatis.
Gambar2. Kompresor Resiprocating
2. Kompresor TorakDua TingkatSistemPendinginUdara
Kompresorudara bertingkat digunakan untuk menghasilkan tekanan udara
yang lebihtinggi.Udaramasukakandikompresiolehtorakpertama,kemudian
didinginkan,selanjutnyadimasukkandalamsilinder keduauntukdikompresioleh
torakkeduasampaipadatekananyang diinginkan.Pemampatan(pengompresian)
udara tahap kedualebihbesar,temperatureudaraakannaik selamaterjadi kompresi,
sehingga perlu mengalami proses pendinginan dengan memasang
8ystempendingin.Metodependinginanyangseringdigunakanmisalnyadengan
8ystem udaraatau dengan systemair bersirkulasi.
Gambar3. Kompresor Torak DuaTingkat
Batastekananmaksimumuntukjeniskompresor torak resiprokalantaralain,
untukkompresor satutingkattekananhingga4bar, sedangkanduatingkatatau lebih
tekanannyahingga15 bar.
3. Kompresor Diafragma(diaphragma compressor)
JenisKompresor initermasukdalamkelompokkompresor torak.Namunletak
torak dipisahkan melaluisebuah membran diafragma. Udarayangmasuk dan
keluartidaklangsung berhubungandenganbagian-bagianyangbergeraksecara
resiprokal.Adanyapemisahan ruanganiniudaraakan lebihterjagadan bebas dari
uapairdanpelumas/oli.Olehkarena itukompresordiafragmabanyakdigunakan
padaindustri bahan makanan, farmasi,obatobatan dan kimia.
Prinsipkerjanyahampirsama dengankompresortorak. Perbedaannyaterdapat
padasistemkompresiudarayangakanmasukkedalamtangkipenyimpanan
udarabertekanan.Torakpadakompresordiafragma tidaksecara langsung menghisap
dan menekan udara, tetapi menggerakkansebuah membran
(diafragma)dulu.Darigerakandiafragmayangkembangkempisitulahyang akan
menghisap dan menekan udaraketabungpenyimpan.
Gambar4. Kompresor Diafraghma
4. KompresorPutar (Rotary Compressor)
Kompresor RotariBaling-balingLuncurSecara eksentrikrotor dipasang berputar
dalam rumah yang berbentuk silindris, mempunyai lubang-lubang
masuk dan keluar. Keuntungan dari kompresor jenis ini adalah mempunyai
bentukyang pendekdankecil,sehinggamenghematruangan.Bahkansuaranya tidak
berisik dan halus dalam, dapat menghantarkan dan menghasilkanudara
secaraterusmenerusdenganmantap.Baling-baling luncurdimasukkan kedalam
lubangyangtergabung dalamrotordanruangandenganbentukdinding silindris.
Ketika rotor mulaiberputar, energigaya sentrifugalbaling-balingnyaakan
melawandinding. Karenabentukdarirumah baling-balingitusendiriyang tidak
sepusatdenganrotornyamaka ukuranruangandapatdiperbesaratau diperkecil
menurut arah masuknya (mengalirnya) udara.
Gambar5. Kompresor Putar
5. Kompresor Sekrup (Screw)
KompresorSekrupmemilikiduarotoryang salingberpasanganataubertautan
(engage),yang satumempunyaibentukcekung,sedangkanlainnyaberbentuk
cembung, sehingga dapat memindahkan udara secara aksial ke sisi lainnya.
Keduarotorituidentikdengansepasangrodagigihelixyangsalingbertautan. Jika roda-
roda gigi tersebut berbentuk lurus,makakompresor ini dapat digunakan sebagai
pompa hidrolik pada pesawat-pesawat hidrolik. Roda-roda gigi kompresor
sekrupharusdiletakkanpadarumah-rumahrodagigidenganbenar sehinggabetul-
betuldapat menghisapdan menekan fluida.
Gambar6. Kompresor sekrup
6. Kompresor Root Blower(SayapKupu-kupu)
Kompresorjenisiniakanmengisapudaraluar darisatusisi ke sisiyanglain tanpa
ada perubahanvolume.Torakmembuatpenguncianpada bagiansisiyang
bertekanan.Prinsipkompresoriniternyata dapatdisamakandenganpompa
pelumasmodelkupu-kupupada sebuahmotor bakar. Beberapakelemahannya
adalah:tingkatkebocoranyang tinggi.Kebocoranterjadikarenaantarabaling- baling
danrumahnyatidakdapatsaling rapatbetul.Berbedajikadibandingkan
denganpompapelumaspada motorbakar,karenafluidanyaadalahminyak
pelumasmaka film-filmminyaksendirisudahmenjadibahanperapatantara dinding
rumahdan sayap-sayapkupuitu.Dilihatdarikonstruksinya,Sayapkupu-
kupudidalamrumahpompadigerakanolehsepasangrodagigi yangsaling bertautan
juga, sehinggadapat berputar tepat padadinding.
Gambar7. Kompresor Root Blower
7. Kompresor Aliran (turbo compressor)
Jeniskompresorinicocokuntukmenghasilkanvolume udarayang besar.
Kompresoraliranudaraadayangdibuatdenganarahmasuknyaudarasecara
aksialdanadayangsecararadial.Arahaliranudaradapatdirubahdalamsatu roda turbin
atau lebih untuk menghasilkan kecepatan aliran udara yang diperlukan.
Energi kinetikyangditimbulkan menjadi energybentuk tekanan.
Gambar8. Kompresor Turbo
8. Kompresor AliranRadial
Percepatanyang ditimbulkanolehkompresoraliranradialberasaldariruangan ke
ruangan berikutnya secara radial. Pada lubang masuk pertama udara
dilemparkankeluarmenjauhisumbu.Bilakompresornyabertingkat, makadari
tingkatpertama udara akan dipantulkan kembalimendekatisumbu.Daritingkat
pertama masuk lagiketingkatberikutnya,sampaibeberapatingkatsesuaiyang
dibutuhkan.Semakinbanyaktingkatdarisusunansudusudutersebutmaka akan
semakintinggitekanan udarayang dihasilkan.Prinsipkerjakompresor radialakan
mengisapudara luar melaluisudu-sudurotor,udara akanterisapmasukke dalam
ruanganisaplaludikompresidanakanditampung padatangkipenyimpananudara
bertekanan hingga tekanannyasesuai dengan kebutuhan.
Gambar9. Kompresor Aliran Radial
9. Kompresor AliranAksial
Pada kompresoraliranaksial,udaraakanmendapatkan percepatanoleh sudu
yangterdapatpada rotordanarahalirannya ke arahaksialyaitusearah (sejajar)
dengansumburotor. Jadipengisapandanpenekananudara terjadisaatrangkaian sudu-
sudu pada rotor itu berputar secara cepat. Putaran cepat ini mutlak
diperlukanuntukmendapatkanaliranudarayang mempunyaitekananyang
diinginkan. Teringatpulaalatsemacaminiadalahsepertikompresor pada sistem
turbingasatau mesin-mesinpesawatterbang turbopropeller. Bedanya,jika pada
turbingasadalah menghasilkanmekanikputarpada porosnya.Tetapi,pada
kompresorinitenagamekanikdarimesinakanmemutar rotorsehinggaakan
menghasilkan udarabertekanan.
Gambar9. Kompresor Aliran Aksial
II.4 PENGGERAK KOMPRESOR
Penggerak kompresor berfungsi untuk memutarkompresor, sehinggakompresor
dapatbekerjasecaraoptiomal.Penggerakkompresoryang seringdigunakanbiasanya
berupamotor listrikdanmotor bakar sepertigambar12.Kompresorberdayarendah
menggunakanmotor listrikdua phase atau motor bensin.sedangkankompresor
berdayabesar memerlukanmotorlistrik3phaseataumesindiesel.Penggunaanmesin
bensinatau dieselbiasanyadigunakan bilamanalokasi disekitarnyatidak terdapat
aliranlistrikataucenderungnonstasioner.Kompresoryang digunakandipabrik-
pabrikkebanyakandigerakkanolehmotor listrikkarena biasanyaterdapatinstalasi listrik
dan cenderungstasionar (tidak berpindah-pindah).
II.5 KOMPONENKOMPRESOR
1. Kerangka (frame)
Fungsi utama adalah untuk mendukungseluruh beban dan berfungsi juga
sebagai tempat kedudukan bantalan, poros engkol,silinderdan tempat
penampungan minyak pelumas.
2. Porosengkol (crankshaft)
Berfungsi mengubahgerak berputar (rotasi) menjadi gerak lurus bolak balik
(translasi).
3. Batang penghubung (connecting rod)
Berfungsi meneruskangayadari porosengkol ke batangtorak melaluikepala
silang, batangpenghubungharus kuat dan tahanbengkok sehinggamampu
menahan beban padasaatkompresi.
4. Kepala silang (crosshead)
Berfungsi meneruskangayadari batangpenghubungkebatangtorak.Kepala
silangdapat meluncurpadabantalan luncurnya.
5. Silinder (cylinder)
Berfungsi sebagai tempat kedudukan liner silinderdan waterjacket
6. Linersilinder (cylinderliner)
Berfungsi sebagai lintasan gerakan piston torak saat melakukan proses ekspansi,
pemasukan, kompresi, dan pengeluaran.
7. Front andrear cylinder cover.
Adalah tutup silinderbagian head end/front coverdan bagian crank end/rear
coveryangberfungsi untuk menahangas/udarasupayatidak keluar silinder.
8. WaterJacket
Adalah ruangan dalam silinder untuk bersirkulasiair sebagai pendingin
9. Torak(piston)
Sebagai elemenyangmenghandelgas/udarapadaproses pemasukan(suction),
kompresi (compression)dan pengeluaran (discharge).
10. Cincintorak(pistonrings)
Berfungsi mengurangi kebocorangas/udara antarapermukaan torak dengan
dindingliner silinder.
11. Batang Torak (pistonrod)
Berfungsi meneruskangayadari kepala silangketorak.
12. CincinPenahanGas (packing rod)
Berfungsi menahan kebocorangasakibat adanyacelah (clearance) antara
bagianyangbergerak (batangtorak)dengan bagianyangdiam (silinder). Cincin
penahangas initerdiri dari beberapa ringsegment.
13. Ring Oil Scraper
Berfungsi untuk mencegah kebocoran minyak pelumas pada frame
14. Katup kompresor (compressor valve)
Berfungsi untuk mengatur pemasukan dan pengeluarangas/udara, kedalamatau
keluarsilinder. Katup inidapat bekerjamembukadan menutup sendiri akibat
adanyaperbedaantekananyangterjadi antarabagian dalam dengan bagian luar
silinder.
II.6 KOMPRESOR TORAK
Merupakan salah satupositive displacement compressor denganprinsip kerja
memampatkan dan mengeluarkan udara / gas secara intermitten (berselang) dari
dalamsilinder.Pemampatanudara /gasdilakukandidalamsilinder.Elemenmekanik
yangdigunakanuntukmemampatkanudara/gasdinamakanpiston/torak.Tekanan
udara /gasyang keluarmerupakantekanandischargeyang dihasilkanolehkompresor
reciprocating.
Prinsip kerja kompresor torak adalah sebagai berikut:
· Tenaga mekanik dari penggerak mula ditransmisikan melalui poros engkol
dalambentukgerakrotasidanditeruskankekepala silang(crosshead) dengan
perantaraan batangpenghubung(connectingrod).
· Padakepalasilanggerakanrotasidiubahmenjadigeraktranslasiyang diteruskan
ketorak melaluibatangtorak (piston rod).
· Gerakantorakbolakbalikdalamsilinder mengakibatkanperubahanvolumedan
tekanan sehinggaterjadiproses pemasukan, kompresi, dan pengeluaran.
Secarasederhana prinsipkerja,perubahantekanandanvolumedalamsuatu
kompresortorakSimplexSingleActingdapatdiuraikandalambentukdiagramP- V
sebagai berikut :
DiagramP-VKompresorTorak
Torakmemulailangkahkompresipada titik(1),torakbergerakkekiridangas
dimampatkansehingga tekanannyanaikketitik (2).Pada titikinitekanandidalam
silindermencapaihargatekananPdyang lebihtinggidaripadatekanandidalampipa
keluar,sehingga katup keluar pada kepalasilinderakanterbuka.Jikatorakbergerak
teruskekiri,gasakandidorongkeluarsilinderpadatekanantetapsebesarPd.Dititik
(3) torak mencapai titik mati atas, yaitu titik akhir gerakan torak pada langkah
kompresi dan pengeluaran.
Padawaktutorakmencapaititikmati atasini,antarasisiatastorakdankepala silinder
masihadavolume sisayangbesarnya=Vc.Volume iniidealnya harussama
dengannolagargasdapatdidorong seluruhnyakeluarsilindertanpasisa.Namun
dalampraktiknyaharusadajarak(clearance)diatastorakagartidakmembentur
kepalasilinder.Selainitujugaharusadalubang-lubang laluanpadakatup-katup. Karena
adanyavolume sisainiketika torakmengakhirilangkahkompresinya,diatas
torakmasihadasejumlahgasdenganvolume sebesar Vcdantekanansebesar Pd.Jika
kemudian torak memulailangkah isapnya(bergerak kekanan),katupisap tidak dapat
terbuka sebelumsisa gasdiatastorakberekspansisampaitekanannyaturundari Pd
menjadiPs.Katupisapbaru mulaiterbuka dititik(4) ketika tekanannyasudah
mencapaitekanan isapPs.Disinipemasukan gasbaru mulaiterjadidan proses
pengisapaniniberlangsung sampaititikmatibawah(1). Dariuraiandiatasdapat
dilihatbahwavolumegasyang diisaptidaksebesarvolumelangkahtoraksebesarVs
melainkanlebihkecil,yaituhanyasebesarvolumeisapantaratitikmatibawah(1) dan titik
(4).
Proseskompresigaspadakompresortorakdapatdilakukanmenuruttigacara yaitu
dengan proses isotermal, adiabatik reversible, dan politropik.
1. Kompresi Isotermal
Bilasuatugasdikompresikan,maka iniberartiadaenergimekanikyang
diberikan dari luar kepada gas. Energi ini diubah menjadi energi panas
sehingga temperaturgasakannaikjika tekanansemakintinggi.Namun,jika proses
inidibarengidenganpendinginan untukmengeluarkanpanasyang terjadi,
sehingga temperatur dapat dijaga tetap dan kompresi ini disebut
dengankompresiisotermal(temperatur tetap).Prosesisotermalmengikuti hukum
Boyle, makapersamaan isotermal dari suatu gas sempurnaadalah:
Pv = TetapAtauP1v1=P2v2= Tetap
Dimana:
P: Tekanan Absolut
v : Volume spesifik
Proseskompresiinisangatberguna dalamanalisisteoritis,namununtuk
perhitungankompresortidakbanyakkegunaannya.Pada kompresoryang
sesungguhnya,meskipunsilinder didinginkansepenuhnyaadalahtidak
mungkinuntukmenjaga temperaturyangtetapdalamsilinder.Halini
disebabkanolehcepatnya proseskompresi(beberaparatussampaiseribu kali
permenit) di dalam silinder.
2. Kompresi Adiabatik
Jikasilinderdiisolasisecarasempurnaterhadappanas,makakompresi
akanberlangsung tanpaadapanasyang keluardarigasataumasukkedalam gas.
Prosessemacaminidisebutadiabatik.Dalampraktiknyaproses initidak
pernahterjadisecara sempurnakarenaisolasiterhadapsilindertidakpernah
dapatsempurnapula.Namunprosesadiabatikreversiblesering dipakaidalam
pengkajian teoritis proses kompresi. Hubunganantaratekanan dan volume
dalam proses adiabaticdapat dinyatakan dalam persamaan:
Pvk= TetapAtauP1v1k= P2v2
k= Tetap
k= Cp/Cv
Dimana:
k : Ratio panas jenis
Cp : Panas jenis padatekanantetap
Cv : Panas jenis padavolumetetap
Jika rumusinidibandingkandenganrumuskompresiisotermaldapat
dilihatbahwauntukpengecilanvolumeyang sama,kompresiadiabaticakan
menghasilkantekananyang lebihtinggidaripadaprosesisotermal.Karena
tekananyang dihasilkanolehkompresiadiabatiklebihtinggidaripada
kompresiisotermaluntukpengecilanvolumeyang sama,makakerjayang
diperlukan padakompresi adiabatik juga lebih besar.
3. KompresiPolitropik
Kompresipadakompresoryang sesungguhnyabukanmerupakanproses
isotermal,karena ada kenaikantemperatur,namunjuga bukanprosesadiabatik
karenaada panasyang dipancarkankeluar.Jadiproseskompresiyang
sesungguhnya, ada di antara keduanya dan disebut kompresi politropik.
1v 2
HubunganantaraPdanvpadaprosespolitropikdapatdinyatakandengan
persamaan:
dimana:
Pvn= TetapatauP1vn = P2
n = Tetap
n : indek politropik
Padakondisidimanatidakdilakukanpendinginanpadaruang kompresi
(kompresor sentrifugalpada umumnya),maka harga n>k.Bila ada pendinginan
padaruangkompresi(padakompresor torak),maka harga n terletak antara1<n <k.
Perhitungan dapat dilakukan baik dengan pendekatan kondisi adiabatik
reversible maupun kondisi politropik.
BAB III
PERANCANGAN
A. PROSESFLOW DIAGRAM
B. SPESIFIKASI
Kompresoryangdigunakan terdiri dari 4stage, denganrincian:Perhitungan rasio kompresi :¿ n√dp /ds
dp=75 ds= 1 n= jumlah stage=4Rasio kompresi ¿ 4√75/1= 2,943
Stage1 =1 – 2,943atm
Stage2 =2,943 – 8,661atm
Stage3 =8,661 – 25,489atm
Stage4 =25,489 – 75atm
Rasio Kompresi =2,943
Sistem Pemipaan
Jenis : Baja kompersil
Panjangpipa lurus : 30 m
Diameter Pipa : 8 in, sch80
Panjangpipa lurus : 30 m
Diameter Pipa : 8 in
Jarak : 1 km
Mass rate (m) : 2860kg/jam
C. KONDISI OPERASI
Tangki Penampung Udara
Tekanan(P1) =75 atm
Suhu (T1) =298 K
Tekanan Masuk kompresor1 (P1)
Tekanan Keluarkompresor1 (P2)
Suhu Masuk kompresor1 (T1)
Suhu Keluarkompresor1 (T2)
Efisiensi (η)
=1 atm
=2,943 atm
=298 K
=407,54 K
=80%
Intercooler
Suhu MasukIntercooler(T2)
Suhu KeluarIntercooler(T3)
Kompresor 2
=407,54 K
=319,91 K
Tekanan Masuk Kompresor 2 (P2)
Tekanan KeluarKompresor 2 (P3)
Suhu Masuk Kompresor2 (T3)
Suhu KeluarKompresor3 (T4)
Efisiensi(η)
=2,943 atm
=8,661 atm
=319,19 K
=437,50 K
=80%
Intercooler
Suhu MasukIntercooler(T4)
Suhu KeluarIntercooler(T5)
Kompresor 3
=437,50 K
=343,49 K
Tekanan Masuk Kompresor 3(P3)
TekananKeluarKompresor 3(P4)
Suhu Masuk Kompresor3(T5)
Suhu KeluarKompresor3 (T6)
Efisiensi (η)
=8,661 atm
=25,489atm
=343,49 K
=469,66 K
=80%
Intercooler
Suhu MasukIntercooler(T6)
Suhu KeluarIntercooler(T7)
Kompresor 4
=469,66 K
=368,68 K
Tekanan Masuk Kompresor 4(P4)
TekananKeluarKompresor 4(P5)
Suhu Masuk Kompresor4 (T7)
Suhu KeluarKompresor4(T8)
Efisiensi (η)
=25,489 atm
=75 atm
=368,68 K
=504,17 K
=80%
Kompresor
D. PERHITUNGAN
PerhitunganLaju Alir
Mass rate (m)= 2860kg/jam
ρ Udara =1,177kg/m3=0,07 lb/ft3
Qf =mass rate
ρ= 2860
1,177=2429,90
m3
jamx
1 jam3600 det
x35,3147 ft3
m3
238,2849ft3
det
PerhitunganDiameter Pipa
Asumsialiran turbulendengan Di ≥ 1 in- Di optimal=3,9 x Q f 0.45 x ρ0.13 dimana,
Qf =laju alir volumetrik ( ft3
detik )ρ=density udara( lb
ft3)
ρ Udara=1,177kg
m3=0,07
lb
ft3
- Di optimal=3,9 x Q f 0.45 x ρ0.13
¿3,9 x (7,17ft3
s)
0,45
x¿ft3)0,13
=6,70 in
Menggunakan diameter nominal 8in
PerhitunganDayaKompresor
Cp Udaradidapatkan dari tabel 2.1
Tabel 2.1 Properties of Various Ideal Gases(at300K)
=1,005 kJ/kg.K
= 1,005 J
kg° Kx
1 kg1000 gr
x28,584gr
mol=28,72692 J/mol°K
k didapatdaritabel 2.1 = 1,4 (k udara)danR=8,314 J/mol°Katau
82,06cm3atm/mol°K
R/Cp¿8,314 J /mol ° K
28,72692 J /mol ° K=0,29
Stage1
Volume kompresor
P1.V1=m.R.T1
V 1=2860000
grjam
28,584gr
mol
x82,06cm3 atmmolatm
x298 K
V 1= 2446756815 cm3
jam=2446,76
m3
jam
DayaKompresor 1
W 1=k
k−1P1 V 1(P2
P1)
k−1k −1
W 1=1,4
1,4−1.1 atm .2446,76
m3
jam {( 2,9431 )
1,4−11,4 −1}
W 1=3093,08atm m3
jam = 7,93 HP
Suhu KeluarKompresor1 (T2)
T 2=T1( P2
P1)
RCp
T 2=298( 2,9431 )
0,29
T 2=407,54 K
Suhu keluarintercooler (T3)T 3=T 2−[ηkompresor x (T 2−T 1)]T 3=407,54−0,8 ( 407,54−298 )T 3=319,91 K
Stage2
Volume kompresor
P2.V2=m.R.T3
V 2=
2860000grjam
28,584gr
mol
x 82,06cm3 atmmol atm
x 319,91 K
2,993 atm
V 2= 892507956,2 cm3
jam=892,50
m3
jam
DayaKompresor 2
W 2=k
k−1P2 V 2(P3
P2)
k−1k −1
W 2=1,4
1,4−1.2,943 atm .892,50
m3
jam {( 8,6612,943 )
1,4−11,4 −1}
W 2=3321,00231atm m3
jam=8,51 HP
Suhu KeluarKompresor2 (T4)
T 4=T 3( P3
P2)
RCp
T 4=319,91( 8,6612,943 )
0,29
T 4=437,50 K
Suhu keluarintercooler (T5)T 5=T 4−[ ηkompresor x(T4−T 3)]T 5=437,50−0,8 (437,50−319,91 )T 5=343,49 K
Stage3
Volume kompresor
P3.V3=m.R.T5
V 3=
2860000grjam
28,584gr
mol
x 82,06cm3 atmmol atm
x 343,49 K
8,661 atm
V 3= 325627145,4 cm3
jam=325,6271454
m3
jam
DayaKompresor 3
W 3=k
k−1P3 V 3( P4
P3)
k−1k −1
W 3=1,4
1,4−1.8,661 atm .325,025
m3
jam {( 25,4988,661 )
1,4−11,4 −1}
W 3=3559,31atm m3
jam=9,06 HP
Suhu KeluarKompresor3 (T6)
T 6=T 5(P4
P3)
RCp
T 6=343,43( 25,4898,661 )
0,29
T 6=469,66 K
Suhu keluarintercooler (T7)T 7=T 6−[ηkompresor x (T 6−T 5)]T 7=469,66−0,8 ( 469,66−343,33 )T 5=368,68 K
Stage4
Volume kompresor
P4.V4=m.R.T7
V 4=
2860000gr
jam
28,584gr
mol
x82,06cm3 atmmol atm
x368,68 K
25,489 atm
V 4= 118760310,4 cm3
jam=118,7603104
m3
jam
DayaKompresor 4
W 4=k
k−1P4 V 4( P5
P4)
k−1k −1
W 4=1,4
1,4−1.25,489 atm .118,7603104
m3
jam {( 7525,489 )
1,4−11,4 −1}
W 4=3824,71atm m3
jam=9,8 HP
Total Daya Teoritis = W1 + W2+ W3 + W4 = 7,93 + 8,51 + 9,06 + 9,8W total teoritis = 35,3 HP
W sebenarnya = W teoritis / efisiensi= 35,3 / 0,8=44,125 HP
BAB III PENUTUP
III.1 KESIMPULAN
1. Menggunakan sistem kompresor multistage(4 stage)
2. Rasio kompresiyangdihasilkan 2,943
3. Sistem pemipaan menggunakan pipaBaja komersildengannominaldiameter
8 inchi schedule 80
4. Kompresoryangdigunakan adalah kompresor kerjapositif (Reciprocating
Compressor)
5. Kompresi dapat mengakibatkan kenaikan suhu dan perlu dilakukan proses
pendinginan.
DAFTARPUSTAKA
Smith,J.M., Hendrick C. Van Ness, dan MichaelM. Abbot. 2001.Introduction to
Chemical
Engineering Thermodynamics 6th Edition. New York : McGraw-Hill
http://adiezzzt.blogspot.com/2013/01/makalah-kompresor.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Kompresor
http://www.ohio.edu/mechanical/thermo/property_tables/gas/idealGas.html
http://www.scribd.com/doc/115190208/mekflud(PublishedbyAgus Mangiring-
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e3/DH_Goblin_annotated_colour_
cutaway.png