Pengertian Kompresor

Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida mampu mampat, yaitu gas atau udara. tujuan meningkatkan tekanan dapat untuk mengalirkan atau kebutuhan proses dalam suatu system proses yang lebih besar (dapat system fisika maupun kimia contohnya pada pabrik-pabrik kimia untuk kebutuhan reaksi). Secara umum kompresor dibagi menjadi dua jenis yaitu: 1. Kompresor dinamik 2. Kompresor perpindahan positif (possitive displacement) 

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. Jenis Kompresor

Seperti terlihat pada Gambar 4, terdapat dua jenis dasar : positive-displacement and dinamik. 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. Kompresor dinamik memberikan enegi kecepatan untuk aliran udara atau gas yang kontinyu menggunakan impeller yang berputar pada kecepatan yang sangat tinggi. Energi kecepatan berubah menjadi energi tekanan karena pengaruh impeller dan volute pengeluaran atau diffusers.Pada kompreosr jenis dinamik sentrifugal, bentuk dari sudu-sudu impeller menentukan hubungan antara aliran udara dan tekanan (atau head) yang dibangkitkan. 

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. 

Jenis dari kompresor putar adalah:

a. Kompresor lobe (roots blower)

kompresor ulir (ulir putar helical-lobe, dimana rotor putar jantan dan betina bergerak berlawanan arah dan menangkap udara sambil mengkompresi dan bergerak kedepan Jenis baling-baling putar/ baling-baling luncur, ring cairan jenis gulungan. Kompresor ulir putar menggunakan pendingin air. Jika pendinginan sudah dilakukan pada bagian dalam kompresor, tidak akan terjadi suhu operasi yang ekstrim pada bagian-bagian yang bekerja. Kompresor putar merupakan kompresor kontinyu, dengan paket yang sudah termasuk pendingin udara atau pendingin air. Karena desainnya yang sederhana dan hanya sedikit bagian-bagian yang bekerja, kompresor udara ulir putar mudah perawatannya, mudah operasinya dan fleksibel dalam pemasangannya. Kompresor udara putar dapat dipasang pada permukaan apapun yang dapat menyangga berat statiknya

b. Kompresor Dinamis 

Kompresor udara sentrifugal (lihat Gambar 8) 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 pend ingin air dan dapat berbentuk paket.; khususnya paket yang termasuk after-cooler 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.

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. 

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. 

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. Peluang Efisiensi Energi

Lokasi kompresor 

Lokasi kompresor udara dan kualitas udara yang ditarik oleh kompresor akan memiliki pengaruh yang cukup berarti terhadap jumlah energi yang digunakan. Kinerja kompresor sebagai mesin yang bernafas akan meningkat dengan udara yang dingin, bersih dan kering pada saluran masuknya.

Suhu Udara pada Aliran Masuk 

Pengaruh udara masuk pada kinerja kompresor tidak boleh diremehkan. Udara masuk yang tercemar atau panas dapat merusak kinerja kompresor dan menyebabkan energi serta biaya perawatan yang berlebihan. Jika kadar air, debu, atau bahan pencemar lain terdapat dalam udara masuk, maka bahan pencemar tersebut dapat terkumpul pada komponen bagian dalam kompresor, seperti kran, fan, rotor dan baling-baling. Kumpulan pencemar tersebut dapat mengakibatkan kerusakandini dan menurunkan kapasitas kompresor. Kompresor menghasilkan panas pada operasinya yang kontinyu. Panas ini dilepaskan ke kamar/ruang kompresor sehingga memanaskan udara masuk. Hal ini mengakibatkan rendahnya efisiensi volumetrik dan pemakaian daya menjadi lebih besar. 

Sebagai aturan umum, “Setiap kenaikan suhu udara masuk sebesar 40C akan meningkatkan konsumsi energi sebesar 1 persen untuk keluaran yang sama”. Jadi udara dingin yang masuk akan meningkatkan efisiensi energi kompresor. Jika saringan udara masuk ditempatkan pada kompresor, suhu ambien harus dijaga pada nilai minimum untuk mencegah penurunan aliran massa. Cara ini dapat dilakukan dengan menempatkan pipa masuk diluar ruangan atau gedung. Jika saringan udara masuk ditempatkan diluar gedung, dan terutama pada atap, harus diperhatikan suhu ambiennya

Inter dan After-Coolers

Hampir kebanyakan kompresor multi tahap menggunakan pendingin antara/intercoolers, yang merupakan alat penukar panas yang membuang panas kompresi diantara tahap-tahap kompresi. Pendinginanantara ini mempengaruhi efisiensi mesin keseluruhan. Dengan digunakannya energi mekanik ke gas untuk kompresi, maka suhu gas akan naik. After-coolers dipasang setelah tahap kompresi terakhir untuk menurunkan suhu udara. Pada saat suhu udara berkurang, uap air dalam udara akan diembunkan, dipisahkan, dikumpulkan, dan dibuang dari sistim. Hampir seluruh kondensat dari kompresor dengan pendinginan antara dibuang dalam pendingin antara, dan sisanya dalam pendingin after-cooler. Hampir seluruh sistim di industri, kecuali yang memasok udara proses memanaskan operasi, memerlukan after-cominyak pelumasng. Dalam beberapa sistim, after-coolers merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari paket kompresor, sementara pada sistim yang lain after-cooler merupakan bagian terpisah dari peralatan. Beberapa sistim memiliki keduanya. Idealnya, suhu udara masuk pada setiap tahap mesin multi tahap harus sama dengan keadaan pada tahap pertama. 

Hal ini disebut sebagai “pendinginan sempurna”atau kompresi isotermal. Akan tetapi dalam praktek yang sesungguhnya, suhu udara masuk pada tahap berikutnya lebih tinggi dari nilai normal sehingga mengakibatkan pemakaian daya yang lebih besar, sebab volum yang ditangani untuk tugas yang sama menjadi lebih besar Penggunaan air pada suhu yang lebih rendah mengurangi pemakaian daya spesifik. Suhu air dingin yang sangat rendah dapat menyebabkan pengembunan kadar air dalam udara, dimana apabila tidak dihilangkan akan mengakibatkan kerusakan silinder. Hal yang serupa, pendinginan yang tidak mencukupi dalam after-coolers (dikarenakan kotoran, pembentukan kerak dll.), membiarkan udara hangat dan lembab menuju penerima/receiver, yang menyebabkan terjadinya lebih banyak pengembunan pada penerima udara dan jalur distribusinya, sehingga dapat menyebabkan korosi, penurunan tekanan dan kebocoran pada pipa dan peralatan pengguna akhir. Oleh karena itu, pembersihan secara berkala dan menjaga suhu

aliran udara yang benar pada intercoolers dan after-coolers sangat penting untuk mempertahankan kinerja yang dikehendaki. 

Pengaturan Tekanan 

Untuk kapasitas yang sama, sebuah kompresor memakai lebih banyak daya pada tekanan yang lebih tinggi. Kompresor tidak boleh beroperasi diatas tekanan operasi optimumnya sebab bukan hanya akan memboroskan energi, tetapi juga akan mengakibatkan pemakaian yang berlebihan, juga mengakibatkan pemborosan energi. Efisiensi volumetrik kompresor juga menjadi lebih kecil pada tekanan pengirimanyang lebih tinggi. 

Menurunkan tekanan pengiriman 

Kemungkinan merendahkan (optimalisasi) tekanan pengiriman harus dikaji menggunakanstudi yang seksama terhadap permintaan tekanan berbagai peralatan, dan adanya penurunan tekanan pada jalur antara pembangkitan udara tekan dan titik penggunaan. Penghematan daya karena penurunan tekanan ditunjukkan Jika satu titik pengguna atau kelompok kecil pengguna memerlukan tekanan yang lebih besar daripada plant lainnya, perlu dipertimbangkan untuk mengoperasikan sistim tersendiri atau metambahkan paket penguat/booster pada titik pengguna, sehingga dapat menjaga sistim yang lebih besar beroperasi pada tekanan yang lebih rendah. Pengoperasian sebuah kompresor pada tekanan 120 PSIG dibandingkan 100 PSIG misalnya, memerlukan energi 10 persen lebih besar dan juga meningkatkan laju kebocoran. Setiap upaya harus dilakukan untuk menurunkan tekanan sistim dan kompresor ke tingkat yang serendah mungkin. 

Pengaturan kompresor dengan penyetelan tekanan optimum 

Sangat sering dalam sebuah industri, kompresor yang berlainan jenis, kapasitas dan pembuatan dihubungkan ke jaringan distribusi yang umum. Dalam keadaan yang demikian, pemilihan kombinasi kompresor yang benar dan pengaturan optimal dari kompresor yang berbeda dapat menghemat energi. Jika lebih dari satu kompresor digunakan untuk mengumpan sebuah header, maka kompresor harus beroperasi dalam keadaan dimana biaya untuk pembangkitan udara tekannya minimal. Jika seluruh kompresor sama, pengaturan tekanan dapat disesuaikan sehingga hanya satu Kompresor yang menangani variasi beban, sedangkan lainnya beroperasi pada sekitar beban penuh. Jika kompresor berlainan ukuran, saklar tekanan harus disetel sehingga hanya kompresor terkecil saja yang diperbolehkan untuk divariasikan (bervariasi dalam debit aliran). Jika kompresor berlainan jenis dioperasikan bersama, pemakaian daya unload menjadi cukup berarti. Kompresor dengan daya no load terendah yang harus divariasikan. Pada umumnya, kompresor dengan daya beban sebagian yang lebih rendah yang harus diatur. Kompresor dapat dikelaskan menurut pemakaian energi spesifiknya, pada berbagai tekanan dan yang energinya efisien, membuat alat ini sesuai untuk banyak permintaan. 

Memisahkan permintaan tekanan rendah & tinggi

Jika kebutuhan udara dengan tekanan rendah cukup banyak, disarankan untuk membangkitkan udara bertekanan rendah dan tinggi secara terpisah dan mengumpankannya ke bagian masing-masing daripada menurunkan tekanan melalui kran penurun tekanan, yang dapat memboroskan energi. 

Penurunan tekanan/ pressure drop merupakan sebuah istilah yang digunakan untuk penurunan tekanan udara dari keluaran kompresor aktual ke titik pengguna. Penurunan tekanan terjadi jika udara mengalir melalui sistim pengelolaan dan distribusi. Sistim yang dirancang dengan benar harus memiliki penurunan tekanan kurang dari 10 persen dari tekanan pengeluaran kompresor, diukur dari keluaran tangki penerima ke titik penggunaan. Makin panjang dan makin kecil diameter pipa maka akan semakin besar kehilangan karena gesekannya. Untuk mengurangi penurunan tekanan secara efektif, dapat digunakan sebuah sistim loop dengan aliran dua arah. Penurunan tekanan yang diakibatkan oleh korosi dan komponen-komponen sistim itu sendiri merupakan isu-isu penting.Setelah udara tekan meninggalkan ruang kompresi, after-cooler kompresor menurunkan suhu udara keluar dibawah titik embunnya (untuk hampir seluruh kondisi ambien) dan oleh karena itu sejumlah besar uap terembunkan. Untuk menghilangkan kondensasi ini, hampir seluruh kompresor yang sudah menggunakan after-coolers, dipasang pemisah-trap kondensat. Kran pengeluaran kondensat sebaiknya diletakkan dekat pengeluaran kompresor dan disambungkan ke jalur pengeluaran kondensat yang dibuat miring/slope kebawah supaya kondensat dapat mengalir dengan baik. Kondensasi juga masih mungkin terjadi di sepanjang pemipaan, sehingga pemipaan juga dibuat miring kebawah dan pada bagian terendah diberi lengan/ tempat penetesan kondensat dan traps. Hal lain yang juga penting adalah pipa pengeluaran ukurannya harus sama dengan seluruh sambungan pengeluaran dengan sistim yang tertutup dengan kecepatan yang tepat untuk tekanan pengeluarannya. Sangat penting untuk selalu meninjau ulang terhadap ukuran pipa dan sambungan-sambungan sebab panjang pipa, ukuran pipa, jumlah sambungan, jenis sambungan dan jenis kran dapat berpengaruh terhadap efisiensi kompresor yang optimum

Sistim udara tekan yang sudah tersedia di pabrik dapat menggoda engineer pabrik untuk

memanfaatkan udara tekan yang sudah ada untuk digunakan pada alat-alat bertekanan rendah seperti pengadukan, pneumatic cconveying atau udara pembakaran. Padahal penggunaan sebuah blower untuk operasi tekanan lebih rendah akan membutuhkan biaya dan energi yang jauh lebih kecil dibandingkan untuk pembangkitan udara tekan. Kompresor udara menjadi tidak efisien bila alat tersebut dioperasikan dibawah kapasitasnya. Untuk menghindari kompresor tetap menyala ketika tidak diperlukan, dipasang sebuah alat kontrol otomatis yang dapat mematikan dan menyalakan kompresor sesuai kebutuhan. Hal lainnya, jika tekanan sistim udara tekan dijaga serendah mungkin maka efisiensi akan meningkat dan kebocoran udara berkurang.