DASAR DAN PRINSIP KERJA KOMPRESOR

          Kompressor meruapakan suatu alat pemampat atau pengkompresi udara. Karena adanya proses pemampatan tersebut, udara yang dihasilkan mempunyai tekanan yang tinggi jika dibandingkan dengan tekanan udara luar pada umumnya. Sebagai contoh ketika memompa ban sepeda motor atau mobil, serta penggunaan udara bertekanan untuk keperluan kebersihan atau membersihkan suatu tools atau alat yang digunakan untuk bekerja. Sedangkan di dunia industry kompressor merupakan komponen yang berperan sangat penting sebagai satu kesatuan dari mesin mesin. Udara bertekanan dari kompressor juga digunakan dalam system pneumatic, pada turbin gas udara bertekanan menjadi satu di dalam mesin, di dalam mesin pendingin juga membutuhkan udara bertekanan yang dihasilkan oleh kompressor. Di dalam kehidupan sehari hari, sering dijumpai kompressor yang digunakan bengkel bengkel yaitu kompressor udara penggerak motor bakar atau biasanya disebut dengan kompressor torak atau reciprocating.

            Prinsip kerja reciprocating compressor sangat mudah yaitu langkah pertama hissap, torak bergerak ke bawah karena adanya tarikan engkol. Di dalam ruang silinder tekanan menjadi negative di bawah 1 atm, katup hisap terbuka karena adanya perbedaan tekanan dan udara dimampatkan. Kemudain torak bergerak keatas, katup hisap tertutup dan udara dimampatkan. Karena udara mampat, katup keluar menjadi terbuka. 

              KLASISIKASI KOMPRESSOR

            Berbeda dengan pompa yang klasifikasinya berdasarkan pola aliran, klasifikasi kompresor dibedakan berdasarkan tekanannya atau cara pemampatannya. Secara umum klasifikasi berdasarkan pemampatannya dibedakan menjadi dua, yaitu jenis turbo dan jenis perpindahan. Jenis turbo menggunakan gaya sentrifugal yang diakibatkan oleh putaran impeller sehingga udara mengalami kenaikan energy yang akan diubah menjadi energy tekanan. Sedangkan jenis perpindahan, dengan memperkecil volume udara yang dihisap ke dalam silinder atau stator dengan torak atau sudu. Kompressor yang diklasifikasikan berdasarkan tekanan adalah kompresor dengan pemampatan tekanan tinggi, blower peniup dan untuk fan.

Kompresor jenis perpindahan beroperasi pada tekanan sedang sampai tekanan tinggi. Kompresor jenis ini dibedakan berdasarkan bentuk kontruksinya, screw, sudu luncur atau vane, dan roots.

roots compressor

DASAR TERMODINAMIKA KOMPRESI

            Fluida terdiri dua macam yaitu fluida yang mampu di mampatkan dan tak mampu di mampatkan. Fluida yang tidak bias di mampatkan adalah fluida yang berbentuk zat cair, sedangkan fluida yang mampu di mampatkan adalah gas. Udara adalah gas yang akan di kompresi di dalam kompresor. Perubahan tekanan dan temperature pada udara mengakibatkan perubahan massa jenis udara. Proses pemampatan akan menaikkan tekanan dan temperature, bersamaan dengan itu terjadi perubahan volume sehingga tingkat kerapatan udara juga berubah.

 Hubungan antara massa jenis dengan volume pada proses pemampatan dapat dilihat dari persamaan berikut :

Apabila  nilainya kecil, maka massa jenis akan bertambah besar. Udara mampat mempunyai massa jenis yang lebih besar di bandingkan dengan udara luar. Untuk memudahkan analisis udara dianggap gas ideal pada proses termodinamika, sehingga memenuhi persamaan gas ideal.

      Proses kompresi gas pada kompresor secara termodinamika dapat melalui tiga cara, yaitu proses isothermal, adiabatic, dan politropik. Ketiga carsa tersebut menjadi dasar perancangan dari proses kompresi sebenarnya dari kompresor.

JENIS PENGGERAK DAN SPESIFIKASI KOMPRESOR

            Kompresor merupakan mesin yang membutuhakn penggerak dari luar. Penggerak yang dapat dipakai adalah motor listrik atau motor bakar. Motor listrik mempunyai keunggulan yaitu tidak berisik, tidak menimbulkan polusi, murah, dan pemeliharaanya mudah. 

         Motor listrik yang biasa dipakai yaitu motor listrik induksi karena factor daya dan efisiensi lebih rendah dibandingkan dengan motor sinkron. Motor bakar dipakai apabila kompresor beroperasi pada daerah yang tidak ada listrik, atau jenis kompresornya portable. Untuk daya daya yang kecil dapat menggunakan mesin bensin dan untuk daya yang besar digunakan mesin diesel. Pemilihan transmisi utuk mentransmisikan daya dari motor penggerak. Untuk motor penggerak motor listrik biasa dipakai sabuk V, kopling tetap, atau rotor terpadu. Sedangkan untuk motor penggerak motor bakar dapat dipakai transmisi, kopling tetap, atau kopling gesek.

            Laju volume gas dan tekanan kerja adalah dua hal yang penting dalam pemilihan kompresor. Kalau dua hal tersebut sudah ditentukan,maka daya kompresor dapat diketahui dengan mengaplikasikan persaman di atas. Laju volume gas atau kapasitas pada kompresor torak yang biasa tertulis dalam katalog, menyatakan kapasitas perpindahan toraknya sedangkan pada kompresor turbo biasanya kapasitas sebenarnya. Kompresor akan bekerja dengan efisiensi adiabatic maksimum pada kondisi kapasitas normal, apabila bekerja pada kapasitas rendah atau terlalu tinggi akan turun efisiensinya. Dengan alasan tersebut, pemilihan kapasitas harus benar, sehingga kompresor akan bekerja dengan efisiensi maksimum.

          Perhitungan laju volume untuk kompresor torak

               Tekanan kerja kompresor harus sama dengan tekanan kerja peralatan yang akan dilayaninya. Tekanan kerja tidak boleh terlalu rendah jauh di bawah tekanan normalnya, karena kompresor akan bekerja tidak pada efisiensi maksimumnya. Perhitungan tekanan kerja normal dari kompresor adalah jumlah dari tekanan yang di butuhkan peralatan ditambah dengan kerugian tekanan disepanjang saluran.

            Dalam menentukan kompresor ada beberapa spesifikasi yang harus diketahui sebelum membeli kompresor, diantaranya sebagai berikut :

1.      Tujuan penggunaan kompresor

2.      Tekanan hisap

3.      Tekanan keluar

4.      Jenis dan sifat gas yang ditangani

5.      Temperature dan kelembapan gas

6.      Kapasitas aliran volume gas yang diperlukan

7.      Peralatan yang mengatur kapasitas

8.      Cooling system

9.      Main power

10.  Kondisi dan lingkungan tempat instalasi

11.  Jenis penggerak mula, putaran penggerak mula

12.  Tipe kompresor dan jumlah yang dibutuhkan

KONTRUKSI KOMPRESOR TORAK

            Karena proses kompresi yang menaikan suhu udara mampt, pada silinder kompresor torak dipasang system pendingin, yaitu sirip sirip untuk pendinginan dengan udara. Untuk pendinginan yang menggunakan air, prinsipnya sama dengan media yang berbeda. Pada gambar tidak terdapat sirip sirip pada silinder tetapi menggunakan selubung air di dalam bloknya. Pada kepala silinder juga terdapat dua katup yaitu hisap dan buang. Untuk yang bekerja ganda terdapat tutup atas dan tutup bawah.

pendinginan dengan udara

pendinginan dengan menggunakan air

       Karena proses pemampatan tekanan di dalam silinder naik, sehingga silinder harus dibuat cukup kuat untuk menahan tekanan yang tinggi. Biasanya dipakai besi cor dengan kombinasi pendinginan, dengan maksud silinder tidak menerima dua pembebanan sekaligus yaitu tekanan tinggi dan temperature tinggi.

konstruksi kompresor torak silinder

       Volume di dalam silinder dapat berubah – ubah karena adanya torak yang berfungsi sebagai pemampat. Pengaturan udara masuk dan keluar, dari dan  kedalam silinder diatur dengan mekanisme katup. Cara kerja katup yaitu dengan adanya perbedaan tekanan. Ketika kondisi tekanan di dalam silinder vakum, katup hisap akan terbuka. Karena adanya desakan dan tekanan yang cukup kuat dari silinder tersebut sehingga katup buang dapat terbuka. Katup harus bekerja dalam tekanan dan panas yang tinggi. Pada katup hisap dipasang filter atau penyaring, berfungsi sebagai penyaring partikel partikel yang terbawa oleh udara luar yang akan di hisap masuk.

            Komponen yang tak kalah penting di kompresor torak yaitu poros engkol dan connecting road atau batang penggerak. Kedua komponen ini bertugas mengubah gerakan putar poros menjadi gerak bolak balik torak. Gerakan putar diperoleh poros engkol dari motor penggerak yaitu motor bakar atau motor listrik. Poros motor penggerak dan poros engkol dapat dikopel langsung, atau dengan transmisi. Untuk menyeimbangkan gerakan dan juga memperhalus getaran pada poros engkol dipasang pemberat. Poros engkol dan peralatan tambahan lainnya ditopang dengan kotak enkol, kotak enkol harus kuat dan mampu menahan getaran dari pergerakan torak pada silinder. Poros engkol ditopang dengan bantalan pada bak engkol. Pemilihan bantalan bergantung dari ukuran kompresornya. Bantalan luncur dengan terbelah dua atau empat banyak dipakai, untuk bantalan gelinding dipakai yang berjenis bola.

            Kompresor adalah alat untuk melayani udara mampat dari tekanan rendah sampai tekanan tinggi. Untuk peralatan pemampat udara dengan tendon penyimpan udara bertekanan, apabila suplai udara bertekanan melebihi dari kapasitas dari yang dibutuhkan, tekanan akan naik tidak terkontrol pada tangki udara, hal ini sangat membahaykan karena tangki da[at pecah. Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukan suatu katup pembebas beban. Dengan alat ini, dapat mengatur laju udara yang dihisap sesuai dengan laju aliran keluar yang dibutuhka. Pembebeas dapat di golongkan menurut azas kerjanya , yaitu :

1.      Pembebas beban katup hisap

2.      Pembebas celah katup

3.      Pembebas beban trotel hisap.

4.      Pembebas dengan pemtuus otomatis.

Komponen kompresor torak yang bekerja dengan pembebanan tinggi berakibat cepat panas karena gesekan atau menerima panas dari proses pemampatan. Untuk mengurangi gesekan dan mendinginkan komponen seperti torak, dinding silinder, poros engkol, batang torak, dan komponen lain terutama yang bergerak dan diperlukan pelumasan. Dengan memberikan pelumas komponen akan terjaga. Panas yang berlenbiham pada kompinen juga dapat dihindari, keausan komponen berkurang, dan kebocoran udara dari ruang silinder ke luar lewat cincin torak dapat dihindari.

konstruksi pelumasan kompresor torak

Dengan metode ini minyak pelumas di distribusikan ke semua bagian komponen yang akan dilumasi dengan pompa minyak. Tekanan pompa minyak diatur oleh sebuah alat pengatur tekanan. Minyak sebelum di salurkan terlebih dahulu ke penyaring minyak pelumas. Metode pelumasan lain adalah dengan pelumasan minyak dalam dimana metode ini banyak dipakai untuk kompresor kapasitas sedang dan besar. Jenis pompa minyak yang dipakai adalah pompa plunyer bertekanan tinggi. Untuk pelumasan luar digunakan pompa roda gigi.

Peralatan tambahan yang dipasang pada kompresor toraka dalah sebagai berikut :

1.      Saringan udara, digunakan sebagai penyaring udara luar yang akan dihisap.

2.      Katup pengaman, dipasang pada pipa keluar dan bekerja apabila tekanan mencapai 1,2 kali tekanan normal maksimum dari kompresor

3.      Tangki udara, fungsi tangki udara adalah sebagai penampung sekaligus pengatur kapasitas udara mampat.

KONSTRUKSI KOMPRESOR SCREW

            Kompresor screw adalah termasuk jenis kompresor perpindahan positif. Berbeda dengan kompresor torak yang mempunyai banyak komponen pemampatan, kompresor screw hanya terdiri dari dua buah screw atau ulir. Dua buah screw ini merupakan komponen pemampatan seperti torak pada kompresor torak. Screw pertama mempunyai bentuk seperti cembung dan yang kedua berbentuk seperti cekungan. Bergerak memutar, sehingga lebih halus, sedikit menimbulkan getaran, dan ini sangat menguntungkan apabila dioperasikan dalam keadaan putaran yang sangat tinggi.

            Berbeda dengan kompresor torak, hasil udara yang dihasilkan oleh kompresor ini cenderung lebih stabil atau continue. Kompresor screw dibedakan menjadi dua yaitu Screw dengan injeksi minyak, dan bebas minyak. Injeksi minyak menggunakan pelumas yang berfungsi ganda sebagai pendingin dan pelumas. Minyak akan mendinginkan udara selama proses kompresi sehingga energy kompresi menjadi lebih kecil. Hal nii sesuai dengan teori kompresi isothermal, yaitu selama proses kompresi berlangsung hingga selesei, tidak ada perubahan suhu dengan kerja yang minimal.

proses pemampatan kompresor screw

     Sebagai pelumas, minyak akan melumasi kedua permukaan sekrup yang saling bersinggungan sekaligus sebagai perapat untuk mencegah yang saling bersinggungan dan mencegah kebocoran selama kompresi. Kompresor digerakkan oleh motor listrik yang berhubungan langsung dengan proses sekrup yang cembung. Poros kompresor ditumpu dengan bantalan rol atau bantalan bola. Pada gambar diatas, udara dihisap masuk kedalam kompresor melalui saringan udara, setelah dimampatkan bersamaan dengan pelumasan, kemudain dialirkan ke pemisah minyak yang sekaligus sebagai pendingin minyak dan udara mampat dialirkan keluar melalui katup.

proses pemampatan kompresor screw injeksi minyak

     Peralatan pembantu untuk kompresor screw sama dengan kompresor tipe torak, hanya satu yang lain yaitu tidak adanyatangki udara. Hal ini dapat dijadikan satu tempat untuk mngisolasi udara yang timbul.

KONSTRUKSI VANE COMPRESSOR (kompresor sentrifugal)

            Dinamakan demikian karena pada kompresor ini mempunyai sudu sudu seperti pompa sentrifugal. Sudu sudu tersebut terpasar pada rotor. Letak rotor tepat berada di titik tengah silinder, ruang di antara sudu sudu menjadi tidak sama. Hal itu bertujuan utuk proses pemampatan pada waktu rotor diputar. Pada saat poros dan rotor berputar, pada daerah hisap volume membesar sehingga tekanan menjadi vakum dan udara akan terhisap. Udara yang terjebak di antara sudu sudu akan di desak keruang yang lebih sempit lagi yaitu di daerah pembuangan.

proses di dalam vane kompresor

komponen kompresor vane

1.      Pembebas beban hisap

2.      Sudu

3.      Bantalan rol

4.      Kopling gigi

5.      Silinder tekanan rendah

6.      Rotor

7.      Silinder tekanan tinggi

8.      Pompa minyak pembilas

9.      Pompa minyak utama

Pada gambar diatas menunjukkan kompresor vande dengan sudu luncur bertingkat. Rotor dengan poros menjadi satu, dan kedua ujungnya ditumpu dengan bantalan. Rotor dihubungkan dengan kopling roda gigi. Pelumasan dan pendinginan dilayani oleh pompa minyak yang dipasang pada kedua ujung poros. Kompresi jenis ini biasanya terdapat pada kompresi yang menggunakan injeksi minyak. Sudu yang keluar dari permukaan silinder harus dilumasi sehingga keausan material dapat diminimalkan.