LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
PENGUJIAN KOMPRESOR TORAK
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kompresor adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Kompresor udara
biasanya mengisap udara dari atmosfir. Namun ada pula yang mengisap udara atau gas
yang bertekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfir. Dalam hal ini kompresor bekerja
sebagai penguat (booster). Udara tekan dapat digunakan sebagai sumber tenaga.
Karena banyaknya penggunaan kompresor di dunia industri maka mahasiswa
diharapkan memiliki pemahaman yang baik tentang kompresor. Diharapkan dengan
dilakukannya praktikum kompresor tujuan diatas dapat tercapai dengan baik. Terdapat
banyak faktor yang mempengaruhi kinerja kompresor karena terdapat beberapa variable
yang mempengaruhi proses kompresi udara dalam kompresor, diantaranya yaitu: laju
aliran masukan fluida, tekanan dan temperature. Semua variabel tersebut saling
berhubungan satu dengan yang lain dalam proses kompresi udara, dan perlu
dikondisikan sedemikian rupa agar mendapatkan hasil kompresi yang sempurna.
Diantara sekian banyak kompresor, kompresor yang banyak digunakan adalah
kompresor torak karena kompresor jenis ini merupakan kompresor yang sering ditemukan
dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, perawatan dan penggunaan kompresor torak lebih
sederhana diantara kompresor yang lainnya.
1.2 Tujuan Percobaan
a) Praktikan mengetahui hubungan antara tekanan buang kompresor (discharge
pressure) terhadap kapasitas aliran massa udara lewat orifice
b) Praktikan mengetahui hubungan antara tekanan buang kompresor (discharge
pressure) terhadap kapasitas aliran udara pada sisi isap.
c) Praktikan mengetahui hubungan antara tekanan buang kompresor (discharge
pressure) terhadap daya udara adiabatik teoritis.
d) Praktikan mengetahui hubungan antara tekanan buang kompresor (discharge
pressure) terhadap efisiensi adiabatik keseluruhan.
e) Praktikan mengetahui hubungan antara tekanan buang kompresor (discharge
pressure) terhadap efisiensi volumetrik.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori Kompresor
2.1.1 Pengertian Kompresor
Kompresor adalah mesin fluida yang berfungsi untuk memampatkan udara atau
gas. Prinsip kerjanya adalah merubah energi mekanik menjadi energi tekanan pada
fluida yang dikompresi.
2.1.2 Sifat-sifat fisik udara
a. Massa jenis udara
Massa jenis udara adalah massa udara tiap satu satuan volume dengan satuan
kg/m3. Massa jenis udara dipengaruhi oleh tekanan dan temperaturnya.
b. Panas jenis udara
Panas jenis udara di definisikan sebagai jumlah panas yang diperlukan untuk
menaikkan temperatur 1 gram udara sebesar 1oC. Panas jenis udara atau gas terdiri
atas panas jenis pada tekanan tetap (Cp) dan panas jenis pada volume tetap (Cv).
c. Kelembaban udara
Derajat kekeringan/kebasahan udara dalam atmosfer disebut kelembapan.
Kelembapan dapat dinyatakan menurut 2 cara yaitu :
- Kelembaban mutlak/kelembapan absolute : massa uap air tiap satu satuan
volume udara lembap.
- Kelembaban relatif : perbandingan antara jumlah uap air di udara terhadap jumlah
uap air yang ada pada udara jenuh pada temperatur yang sama dan dinyatakan
dalam %
d. Tekanan Udara
1. Tekanan gas
Jika suatu gas/udara menempati suatu bejana tertutup, maka pada dinding
bejana tersebut bekerja suatu gaya. Gaya normal persatuan luas dinding ini
dinamakan tekanan.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
2. Tekanan atmosfer
Tekanan atmosfer yang bekerja di permukaan bumi dapat dipandang
sebagai berat kolom udara mulai dari permukaan bumi sampai batas atmosfer
yang paling atas. Untuk kondisi standar, gaya berat udara kolom ini pada setiap
1cm2 luas permukaan bumi adalah 1,033 kgf. Tekanan atmosfer juga bisa
dinyatakan dengan tinggi kolom air raksa (mmHg) dimana 1 atm = 760 mmHg.
e. Kekentalan/viskositas
Kekentalan atau viskositas merupakan ketahanan fluida terhadap gaya geser.
Kekentalan juga dapat didefinisikan sebagai kelengketan suatu fluida yang
mempengaruhi pergerakan fluida di dalam atau di luar saluran.
f. Kompresibilitas
Kompresibilitas adalah tingkat kemampuan perubahan volume dari suatu
massa fluida yang terjadi dikarenakan perubahan tekanan.
2.1.3 Klasifikasi Kompresor
Secara umum kompresor dibagi menjadi 2 yaitu :
a. Positive Displacement Compressor
Positive displacement compressor adalah kompresor yang mengkonversi
energi mekanik berupa gerakan piston/torak menjadi energi tekanan pada fluida
(udara) bertekanan. Kompresor jenis ini menghisap sejumlah udara dalam
chambernya, kemudian ukuran chamber berkurang menjadi lebih kecil sehingga
udara menjadi bertekanan. Contohnya adalah reciprocating compressor dan rotary
compressor.
Reciprocating compressor
Gambar 2.1 Reciprocating compresorSumber: Pomala (2015)
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Kompresor ini menggunakan piston yang dikendalikan oleh crankshaft
untuk menghasilkan tekanan udara. Piston ini bergerak di dalam tabung untuk
mendorong dan memberi tekanan pada udara sehingga udara tersebut mempunyai
tekanan yang lebih tinggi.
Single act compresor menggunakan piston yang biasa digunakan pada
otomotif yang dihubungkan pada crankshaft. Pada model ini kompresi udara
terjadi pada bagian atas piston. Pendinginan yang digunakan pada kompresor ini
dapat berupa pendingin udara maupun pendingin air. Pelumasan pada kompresor
jenis ini diatur oleh pompa oli.
Untuk double act reciprocating, piston yang digunakan berjumlah 2 buah.
Kompresi udara pada kompresor ini terjadi pada kedua bagian piston. Proses
kompresi ini terdiri dari 2 buah piston, batang piston, crosshead, batang
penghubung dan crankshaft.
Pada diaphragm compresor, kompresi udara dilakukan dengan
menggunakan membran yang bergerak berputar untuk menarik udara masuk ke
daerah kompresi dan memberinya tekanan untuk selanjutnya disimpan pada
bagian tabung penyimpanan.
Rotary Compresor (Rotary Screw Compressor)
Gambar 2.2 Rotary Screw CompressorSumber: Pomala (2015)
Kompresor jenis ini memampatkan udara dengan cara mengkonversikan
energi mekanik dari penggerak awal (contoh : motor listrik) menjadi energi tekan
pada udara. Terdiri atas 2 (dua) buah helical rotor yang saling berhubungan satu
dengan yang lainnya. Ketika rotor yang satu berputar searah jarum jam maka
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
rotor yang lain berputar dengan arah berlawanan jarum jam. Akibatnya udara
terperangkap diantara kedua helical rotor dimana volumenya udara menjadi lebih
rendah sehingga tekanannya bertambah.
b. Dynamic Compressor
Dynamic compressor adalah kompresor yang merubah energi mekanik
menjadi energi kinetik (kecepatan) fluida, kemudian kecepatan fluida dikurangi
sehingga tekanannya menjadi lebih besar. Contoh dari kompresor dynamic adalah
centrifugal compressor dan axial compressor.
Centrifugal Compressor
Kompresor sentrifugal adalah suatu mesin, yang kerjanya didapat
dari kerja poros (energi mekanik) yang dihubungkan oleh motor listrik.
Prinsip kerja kompresor sentrifugal adalah dimulai dengan memberikan
daya dari luar kepada poros kompresor untuk memutar impeler di dalam
konstruksi kompresor. Maka udara yang ada di dalam impeler, oleh
dorongan sudu-sudu ikut berputar. Karena timbul gaya sentrifugal maka
udara mengalir dari tengah impeler ke luar melalui saluran di antara sudu-
sudu. Pada tahap ini tekanan udara bertambah besar begitu pula dengan
kecepatan alirannya (energy kinetik) bertambah besar karena udara
mengalami percepatan. Udara yang keluar dari impeler ditampung oleh
saluran berbentuk volut (spiral) di keliling impeler dan disalurkan ke luar
kompresor melalui nozzle. Di dalam nozzle ini sebagian energi kinetik
diubah menjadi energi tekanan.
Gambar 2.3 Centrifugal compressorSumber: Pomala (2015)
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Axial Compresor
Gambar 2.4 Axial compressorSumber: Pomala (2015)
Pada kompresor aksial, udara masuk dan keluar sejajar dengan poros
(shaft) kompresor. Dimana kompresor jenis ini terdiri atas rotor yang berputar
dan stator yang tidak berputar. Mekanisme kerja dari kompresor aksial dimulai
saat rotor berputar, blade pada masing-masing piringan pada rotor menekan udara
ke dalam daerah diantara kumpulan blade dari stator.
Udara menumbuk blade yang diam sampai dapat diambil oleh blade pada
piringan rotor berikutnya. Bersamaan dengan rotor menekan lebih banyak udara
ke dalam blade yang diam, tekanan udara naik dan udara mengambil ruang yang
lebih kecil. Tekanan dari masing-masing kumpulan blade yang diam lebih tinggi
daripada tekanan pada kumpulan blade sebelumnya. Kompresor mengambil
energi mekanik dari penggerak seperti motor listrik. Energi mekanik ini lalu
dikonversikan menjadi putaran dari rotor kompresor. Energi kinetik kemudian
ditambahkan ke udara oleh kompresor.
Kesimpulannya, di dalam kompresor aksial blade yang berputar (rotor)
menambah energi kinetik pada udara sedangkan blade yang diam (stator)
merubah energi kinetik pada udara menjadi energi tekan.
2.2 Kompresor Torak dan Prinsip Kerjanya
2.2.1 Bagian-bagian Kompresor Torak
a. Silinder dan kepala silinder
Silinder mempunyai bentuk silindris dan merupakan bejana kedap udara
dimana torak bergerak bolak-balik untuk menghisap dan memampatkan udara.
Silinder harus cukup kuat untuk menahan tekanan yang ada. Tutup silinder (atau
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
kepala silinder) terbagi menjadi dua ruangan, satu sebagai sisi isap dan yang lain
sebagai sisi keluar. Sisi isap dilengkapi dengan katup isap dan pada sisi keluar
terdapat katup keluar.
Gambar 2.5 Silinder dan Kepala Silinder Dengan Pendingin UdaraSumber: Pomala (2015)
b. Torak dan cincin torak
Torak sebagai elemen yang menghisap gas/udara pada saat suction
(pemasukan) dan mendorong fluida pada proses pengeluaran. Cincin torak dipasang
pada disekeliling torak dengan fungsi mencegah kebocoran.
Gambar 2.6 Torak dan Cincin TorakSumber: Pomala (2015)
c. Katup isap dan katup keluar
Katup isap dan katup keluar dapat membuka dan menutup sendiri sebagai
akibat dari perbedaan tekanan yang terjadi antara bagian dalam dan bagian luar
silinder.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Gambar 2.7 Katup CincinSumber: Pomala (2015)
d. Poros engkol (crank shaft)
Berfungsi sebagai menggubah gerakan putar menjadi gerakan bolak balik.
Gambar 2.8 Poros EngkolSumber: Pomala (2015)
e. Kepala silang (cross head )
Berfungsi meneruskan gaya dari batang penghubung ke batang torak. Kepala
silang dapat meluncur pada bantal luncurnya.
Gambar 2.9 Kepala SilangSumber: Pomala (2015)
f. Batang Penghubung
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Berfungsi meneruskan gaya dari poros engkol ke batang torak melalui kepala
silang, batang penghubung harus kuat sehingga mampu menahan beban pada saat
kompresi.
2.2.2 Prinsip Kerja Kompresor Torak
Prinsip kerja dari kompresor torak adalah merubah kerja pada poros torak
menjadi energi tekanan pada fluida yang keluar dari kompresor. Kompresor torak atau
kompresor bolak-balik pada dasarnya dibuat sedemikian rupa sehingga gerakan putar
pada poros motor dengan menggunakan poros engkol dan batang penggerak menjadi
gerakan bolak-balik pada torak. Gerakan torak ini menghisap udara ke dalam silinder,
kemudian volume silinder (dan udara yang terdapat di dalamnya) dimampatkan,
sehingga tekanan udara meningkat. Adapun proses pengkompresian udara pada
kompresor torak adalah sebagai berikut:
1. Proses Isap
Bila poros engkol bekerja dalam arah panah torak bergerak ke bawah oleh
tarikan engkol maka terjadilah tekanan negatif (di bawah tekanan atmosfer) di dalam
silinder. Maka katup isap terbuka oleh perbedaan tekanan sehingga udara terhisap
dan mengalir masuk memenuhi silinder. Pada saat proses isap, katup keluar tertutup.
Gambar 2.10 Proses isapSumber: Pomala (2015)
2. Proses Kompresi
Setelah torak mencapai titik mati bawah, katup isap dan keluar tertutup.
Torak bergerak ke atas, volume udara dalam silinder berkurang (termampatkan)
sehingga tekanannya naik.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Gambar 2.11 Proses kompresiSumber: Pomala (2015)
3. Proses Keluar
Bila torak bergerak ke atas, tekanan di dalam silinder akan naik. Maka katup
buang/keluar akan terbuka oleh tekanan udara/gas, dan udara/gas akan keluar.
Gambar 2.12 Proses keluarSumber: Pomala (2015)
4. Proses Ekspansi
Sesaat setelah udara terkompresi keluar, torak bergerak ke bawah sebelum
proses isap
Gambar 2.13 Proses ekspansiSumber: Pomala (2015)2.3 Teori dan Persamaan yang Mendukung Percobaan
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
2.3.1 Persamaan Kontinuitas
Hukum kontinuitas mengatakan bahwa untuk aliran fluida incompressible tanpa
gesekan, steady yang bergerak sepanjang stream line berlaku jumlah massa alir yang
masuk kontrol volum (titik 1) sama dengan massa alir fluida yang keluar kontrol volum
(titik 2) adalah sama, dirumuskan :
m1=m2=konstan .................................................................................................(2-1)
ρ .Q1=ρ .Q2 ........................................................................................................(2-2)
ρ1 . A1 .V 1=ρ2 . A2. V 2 ..........................................................................................(2-3)
Keterangan:
ρ = massa jenis fluida (kg/m³)
Q = debit fluida (m3/detik)
A = luas penampang (m²)
V = Kecepatan aliran fluida(m/s)
2.3.2 Hukum Termodinamika (I, II dan III)
A. Hukum Termodinamika I
Bila kita berikan sejumlah panas sebesar dQ pada suatu sistem, maka sistem
tersebut akan berekspansi melakukan suatu kerja luar yang sebesar dW. Di samping
itu, pemanasan terhadap sistem juga akan menimbulkan hal-hal:
1. Pertambahan kecepatan molekul dari sistem.
2. Pertambahan jarak antar molekul karena sistem berekspansi sehingga panas dQ
yang diberikan akan menyebabkan terjadi :
a. Pertambahan energi dalam sistem
b. Pertambahan energi kinematik molekul
c. Pertambahan energi potensial
d. Pertambahan energi fluida
Persamaan energi hukum termodinamika I
dQ = dU + dEK + dEP + dEF + dW .....................................................(2-4)
Bila pada sistem nilai EK, EP dan EF konstan (dEK = 0, dEP = 0, dEF = 0) maka
disebut sistem diisolasi sehingga hukum termodinamika I :
dQ = dU + dW...................................................................................................(2-5)
B. Hukum Termodinamika II
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Hukum termodinamika II merupakan batasan-batasan tentang arah yang
dijalani suatu proses dan memberikan kriteria apakah proses itu reversibel atau
irreversibel. Salah satu akibat dari hukum termodinamika II adalah konsep entropi.
Perubahan entropi menentukan arah yang dijalani suatu proses untuk melakukan
perpindahan kerja W dari suatu sistem pada kalor. Maka kalor yang harus diberikan
kepada suatu sistem selalu lebih besar.
Q (Energi) diserap > W (kerja) yang dihasilkan
η siklus< 100%
C. Hukum Termodinamika III
Hukum termodinamika III terikat dengan temperatur nol absolut. Semua
proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini
juga merupakan bukti bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada
temperatur nol absolut bernilai nol.
D. Proses-proses pada hukum termodinamika
a. Hukum Termodinamika I
- Proses Isobarik
Bila batas sistem bisa bergerak, tekanan gas akan tetap konstan bila
dipanaskan. Pada proses ini berlaku persamaan:
T2
T1=
V 2
V 1..................................................................................................(2-6)
Perubahan entalpi pada proses ini sama dengan kalor yang dimasukkan ke
sistem yaitu:
h2−h1=q=c p(T 2−T 1) ..........................................................................(2-7)
Perubahan energi dalam pada proses ini adalah:
u2−u1=cv (T 2−T 1) ...............................................................................(2-8)
Kerja yang dilakukan sistem ini adalah:
W =P(V 2−V 1) .....................................................................................(2-9)
ΔW =ΔQ−ΔU =m. (c p – cv) .(T 2−T 1)..............................................(2-10)
- Proses Isokhorik/isovolumetrik
Pada proses ini volume pada sistem konstan.
Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
T2
T1=
P2
P1 ...............................................................................................(2-11)
Tidak ada kerja yang dilakukan selama proses ini, ΔV = 0 » W = 0. Besar
panas yang keluar atau masuk sistem dinyatakan dengan:
ΔQ=U2−U1 » ΔQ=ΔU » ΔU=m. cv (T 2−T1) ................................(2-12)
- Proses Isotermik
Selama proses temperatur sistem konstan, pada sistem ini berlaku
persamaan:
P1 .V 1=P2 . V 2......................................................................................(2-13)
Dalam proses ini tidak terjadi perubahan energi dalam ataupun perubahan
entalpi.
Kerja yang dilakukan oleh sistem ini sebesar:
W =P1 .V 1 . (ln V 2
V 1)=P2 .V 2 .(ln
V 2
V 1)....................................................(2-14)
- Proses Adiabatik
Selama proses tidak ada panas yang keluar/masuk sistem jadi △Q = 0.
Pada sistem ini berlaku persamaan:
P1 .V 1k=P2 . V 2
k......................................................................................(2-15)
b. Hukum Termodinamika II
η= energibermanfaatenergi masukan
= WQ2
=Q2−Q1
Q2=1−
Q1
Q2 .....................................(2-16)
Menurut Carnot, untuk efisiensi mesin Carnot berlaku:
η=(1−T 1
T 2) x100 % ...............................................................................(2-17)
Keterangan:
T = suhu
η = efisiensi
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
P = tekanan
V = volume
W = usaha
2.4 Kurva Performansi Kompresor Teoritis
Performansi kompresor dapat digambarkan dalam bentuk kurva kapasitas
(volume), daya poros, efisiensi volumetris, dan efisiensi adiabatis keseluruhan terhadap
tekanan keluar kompresor (discharge pressure) seperti pada gambar 2.14. Kurva seperti
ini sangat berguna untuk membandingkan performansi satu kompresor terhadap yang
lain.
Gambar 2.14 Kurva Performansi Kompresor TeoritisSumber : Sularso (2000)
Pada kurva ditunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan buang kompresor maka
volume udara dan efisiensi volumetris akan semakin menurun. Sedangkan efisiensi
adiabatis keseluruhan akan mengalami kenaikan sampai pada titik maksimumnya
kemudian akan mengalami penurunan.
2.5 Proses Kompresi Gas
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Kompresi gas dapat dilakukan menurut tiga cara yaitu dengan proses isotermal,
adiabatik, dan politropik. Adapun perilaku masing – masing proses ini dapat diuraikan
sebagai berikut.
1. Kompresi isotermal
Bila suatu gas dikompresikan, maka berarti ada energi mekanik yang diberikan
dari luar kepada gas. Energi ini diubah menjadi energi panas sehingga temperatur
gas akan naik jika tekanan semakin tinggi. Namun, jika proses kompresi ini diikuti
dengan pendinginan untuk mengeluarkan panas yang terjadi, temperatur dapat
dijaga tetap. Kompresi isotermal merupakan suatu proses yang sangat berguna
dalam analisis teoritis, namun untuk perhitungan kompresor tidak banyak
kegunaannya. Hubungan antara P dan v pada proses isotermik ini dapat dirumuskan
sebagai
P1 .V 1=P2 .V 2...............................................................................................(2-18)
2. Kompresi adiabatik
Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan
berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk ke dalam gas. Proses
semacam ini disebut adiabatik.
Dalam praktek, proses adiabatik tidak pernah terjadi secara sempurna karena
isolasi terhadap silinder tidak pernah dapat sempurna pula. Namun proses adiabatik
sering dipakai dalam pengkajian teoritis proses kompresi.
P1 .V 1k=P2 .V 2
k ............................................................................................(2-19)
Jika rumus ini dibandingkan dengan kompresi isotermal dapat dilihat bahwa
untuk pengecilan volume yang sama, kompresi adiabatik akan menghasilkan
tekenan yang lebih tinggi dari pada proses isotermal.
3. Kompresi politropik
Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses
isotermal maupun adiabatik. Jadi kompresi sesungguhnya, ada di antara keduanya
dan disebut kompresi politropik. Hubungan antara P dan v pada proses politropik
ini dapat dirumuskan sebagai
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
P1 .V 1n=P2 .V 2
n ............................................................................................(2-20)
Disini n disebut indeks dan harganya terleak antara 1 (proses isotermal) dan k
(proses adiabatik). Jadi : 1 < n < k. Untuk kompresor biasa, n = 1,25 – 1,35.
2.6 Efisiensi Volumetrik dan Efisiensi Adiabatik Keseluruhan
2.6.1 Efisiensi Volumetrik
Perhatikan sebuah kompresor torak dengan diameter silinder D (m)., langkah
tokrak S (m) dan putaran N (rpm). Dengan ukuran seperti ini kompresor akan
memampatkan volume gas sebesar Vs = (π/4)D2 x S (m3) untuk setiap langkah
kompresi yang dikerjakan dalam setiap putaran poros engkol. Jumlah volume gas yang
dimampatkan per menit disebut perpindahan torak. Jadi jika poros kompresor
mempunyai putaran N (rpm) maka perpindahan torak
Vs=π4
. Dc2 . S . N
...................................................................................................(2-21)
Gambar 2.15 Langkah torak untuk kerja tunggalSumber : Sularso (2000)
Dapat dilihat bahwa volume gas yang diisap tidak sebesar volume langkah torak
sebesar Vs melainkan lebih kecil, yaitu hanya sebesar volume isap antara titik mati atas
dan titik mati bawah karena terdapat sisa volume antara sisi atas torak dengan kepala
silinder sebesar Vc.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Gambar 2.16 Diagram P-V dari kompresor Sumber : Sularso (2000:)
Besarnya efisiensi volumetris ini dapat dihitung secara teoritis berdasarkan
volume gas yang dapat diisap secara efektif oleh kompresi pada langkah isapnya
berdasarkan rumus berikut
ηv=Qs
Qth .......................................................................................................(2-22)
Dimana :
Qs= debit aliran udara pada sisi isap
Qth = kapasitas teoritis kompresor [m3/min]
2.6.2 Efisiensi Adiabatik Keseluruhan
Efisiensi adiabatik keseluruhan didefinisikan sebagai daya yang diperlukan
untuk memampatkan gas dengan siklus adiabatik (menurut perhitungan teoritis), dibagi
dengan daya yang sesungguhnya diperlukan oleh kompresor pada porosnya.
ηad=Lad
Ls .....................................................................................................(2-23)Dimana :
Lad = daya input kompresor [kW]
Ls = daya input kompresor [kW]
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Dari tabel terlihat bahwa daya yang diperlukan untuk kompresi 2 tingkat
harganya lebih kecil dari pada kompresi 1 tingkat. Harga yang lebih rendah ini
diperoleh pada kompresor 2 tingkat harganya lebih kecil dari pada kompresi 1 tingkat.
Harga yang lebih rendah ini diperoleh pada kompresor 2 tingkat yang menggunakan
pendingin antara (inter-cooler) di antara tingkat pertama dan tingkat kedua.
Penggunaan pendingin antara akan memperkecil kerja kompresi.
Tabel 2.1 Perbandingan daya kompresi 1 tingkat dengan 2 tingkat
Sumber : Sularso (1987)
Semakin tinggi efiesiensi adiabatik keseluruhan sebuah kompresor, berarti
semakin kecil daya poros yang diperlukan untuk perbandingan kompresi dan kapasitas
yang sama. Namun setinggi – tingginya efisiensi ini tidak akan mencapai 100%.
Efisiensi adiabatik keseluruhan merupakan petunjuk bagi baik buruknya performansi
dan ekonomi sebuah kompresor.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
2.7 Rumus Perhitungan
T=273+t s ( K )...........................................................................................(2-24)
R=8314.3428.97
( Jkg . K
)
...................................................................(2-25)
Ps=¿ P¿ .13,6 . (m H 2O) ¿¿ .............................................................................................(2-26)
P=ρair . g . P s(kg .m−2) .................................................................................(2-27)
ρudara=P
R .T( kg
m3 ) ..........................................................................................(2-28)
.....................................................(2-29)
Keterangan :
T = temperatur ruangan (K)
ts = temperatur ruangan(oC)
R = konstanta gas universal
ρudara = rapat massa udara pada sisi isap (kg.m-3)
ρsaluran = rapat massa udara pada saluran (kg.m-3)
SG = spesifik gravity
SG=ρudara
ρair.....................................................................................................(2-30)
X = kelembaban relatif (%)
Pbar = tekanan barometer (mmHg)
Ps = tekanan atmosfer pada sisi isap (mH2O)
P = tekanan atmosfer (kg.m-2)
g = percepatan gravitasi (m.s-2)
hair = beda tekanan antara sebelum dan sesudah orifice (mH2O)
k = konstanta adiabatik = 1,4
1. Kapasitas aliran massa udara lewat orifice
W =α⋅ε⋅A {(2⋅g⋅ρsaluran( ρair⋅hair )}1/2⋅60(kg⋅menit−1 )
...............................(2-31)
=(8314 ,34 )
(28 , 97×9,8 )( kgm)/(kg . K )
ρ saluran=( P+SG . g .hair)
1k
P(1 /k ) .ρudara( kg . m−3 )
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
Keterangan:
W = kapasitas aliran massa udara [kg/menit]α
= koefisien kerugian pada sisi buang (coeffisient ofdischarge)=0,613852ε
= faktor koreksi adanya ekspansi udara=0,999
A = luas penampang saluran pipa [m2
];d=0,0175 m
g = percepatan gravitasi bumi=9,81 [m/s2
]
hair= beda tekanan antara sebelum dan sesudah orifice [
mH 2 O]
ρair= rapat massa air [kg
¿m−3
]
ρ saluran= rapat massa udara pada sisi isap [kg
¿m−3
]
2. Debit aliran udara pada sisi isap
Qs=W
ρudara[ m3/menit ]
................................................................................(2-32)
Keterangan:
Qs= debitaliran udara pada sisi isap
W = kapasitas aliran massa udara [kg/menit]
ρudara= massa jenis udara [kg/
m3
]
3. Daya udara adiabatik teoritis
Lad=k
k−1⋅
P⋅Qs
6120 [( Pd
P )k−1/k
−1]..............................................................(2-33)
Pd = Pdgage x 104 + 1,033 x 104 [kg m-2]..........................................................(2-34)
Keterangan:
Lad = daya udara adiabatik teoritis [kW]
Pd = tekanan absolut udara pada sisi buang kompresor [kg m-2abs]
Pdgage= tekanan udara pada sisi buang kompresor [kg cm-2]
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
4. Efisiensi adiabatik keseluruhan
ηad=Lad
Ls......................................................................................................(2-35)
Ls = Nm x m [kW] .......................................................................................(2-36)
Keterangan:
Ls = daya input kompresor [kW]
Nm = daya input motor penggerak [kW]
m = efisiensi motor penggerak
5. Efisiensi volumetrik
ηv=Qs
Qth.........................................................................................................(2-37)
Qth = Vc x Nc [m3/min]...................................................................................(2-38)
V c=π4
.Dc 2 .Lc . nc
[m3]....................................................................................(2-39)
Keterangan:
Qth = kapasitas teoritis kompresor [m3/min]
Vc = volume langkah piston [m3]
Dc = diameter silinder = 0,065 [m]
Lc = langkah piston = 0,065 [m]
nc = jumlah silinder = 2
Nc = putaran kompresor [rpm]
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
BAB IIIMETODOLOGI PENGUJIAN
3.1 Variabel yang Diamati
3.1.1 Variabel Bebas
Variabel bebas adalah variabel atau faktor yang dibuat bebas dan bervariasi.
Dalam praktikum kali ini variabel bebas adalah tekanan buang kompressor.
3.1.2 Variabel Terikat
Variabel terikat adalah variabel atau faktor yang muncul akibat adanya variabel
bebas. Dalam pengujian ini variable terikatnya adalah:
a. Kapasitas aliran massa udara lewat orifice (W)
b. Debitaliran udara pada pipa isap (Qs)
c. Daya adiabatik (Lad)
d. Efisiensi adiabatik (ηv)
3.1.3 Variabel Terkontrol
Variabel terkontrol adalah variabel atau faktor lain yang ikut berpengaruh dibuat
sama pada setiap media percobaan terkendali seperti katup tabung
3.2 Spesifikasi Peralatan yang digunakan
3.2.1 Kompresor Torak
AIR COMPRESSOR SET
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
MODEL : CPT-286A
WORK : NO. 36EC-0799
DATE : MAY,1987
POWER SUPPLY : AC 380V, 50Hz. 3-PHASE
TOKYO METER CO..LTD
TOKYO JAPAN
3.2.2 Motor Listrik Penggerak Kompresor
Merk : Fuji electric
Output : 2,2 Kw ; Poros 4
Hz : 50
Volt : 380
Amp : 4,7
Rpm : 1420
RATING CONT.
SER NO (N) 5482703Y234
Type :MRH 3107 M
Frame : 100L
Rule : JEC 37
INSUL E JPZZ
BRG D-END 6206ZZ
BRG N-END 6206ZZ
3.2.3 Tangki Udara
AIR TANK
DATE : JANUARY 1987
MAX. WORKING PRESS : 11 Kg/cm2
HYDRAULIC TEST PRESS : 17,3 Kg/cm2
CAPACITY : 200 LITERS
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
3.2.4 Instalasi Alat dan Bagian-bagiannya
Gambar 3.1 : Instalasi Alat dan Bagian-bagiannyaSumber: Buku Pedoman Praktikum Mesin-Mesin Fluida FT-UB (2017)
Peralatan yang digunakan:
1.Motor Listrik
2.Kompresor
3.Tangki Udara
4.Orifice
5. Alat-alat Ukur:
-Tegangan (Voltmeter)
-Daya Input (Wattmeter)
-Putaran (Tachometer)
-Suhu (Thermometer)
-Tekanan (PressureGauge)
-Kelembaban (Hygrometer)
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
3.3 Pelaksaan Percobaan
a. Periksa air pada manometer (Differential Pressure gage) apakah permukaan di
kedua sisi manometer berada dipertengahan daerah pengukuran pipa U.
b. Hubungkan unit dengan jaringan listrik, sementara saklar wattmeter, tenaga
kompresor masih pada kondisi “OFF”.
c. Hidupkan unit dengan menekan saklar “ON” kemudian tekan tombol start
kompresor.
d. Atur kapasitas aliran dengan discharge valve control”
e. Tunggu untuk selang waktu tertentu sehingga dipastikan kondisi sudah steady,
kemudian lakukan pencatatan data kompresor pada kondisi tersebut, dimana data
yang dicatat meliputi :
Tekanan = ditunjukkan oleh Pressure Gauge
Suhu = ditunjukkan oleh termometer
Putaran = ditunjukkan oleh tachometer
f. Catat data yang berhubungan dengan motor listrik
Tegangan = ditunjukkan oleh voltmeter
Daya input = ditunjukkan oleh wattmeter
Putaran motor = diukur dengan tachometer
g. Catat kondisi udara dalam tangki dan yang melewati saluran buang setelah tangki
udara. Data meliputi :
Tekanan = ditunjukkan oleh Pressure Gauge.
Temperatur bola basah dan bola kering yang ditunjukkan oleh “wetbulb dan
drybulb thermometer”. Untuk mendapatkan harga kelembaban udara.
Tekanan (beda tekanan) udara sebelum dan sesudah orifice yang ditunjukkan oleh
manometer cairan “Deflection Manometer”.
h. Ubah kapasitas aliran udara hingga tekanan dalam tangki naik, selanjutnya lakukan
e, f, dan g.
i. Percobaan selesai.
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
(Terlampir)
4.2 Pengolahan Data
4.2.1 Contoh Perhitungan
4.2.2 Grafik dan Pembahasan
4.2.2.1 Hubungan Tekanan Buang Kompresor (discharge pressure) terhadap
Kapasitas Aliran Massa Udara lewat Orifice
4.2.2.2 Hubungan Tekanan Buang Kompresor (discharge pressure) terhadap
Kapasitas Saluran Udara pada sisi Isap
4.2.2.3 Hubungan Tekanan Buang Kompresor (discharge pressure) terhadap Daya
Adiabatik Teoritis
4.2.2.4 Hubungan Tekanan Buang Kompresor (discharge pressure) terhadap
Efisiensi Adiabatis Keseluruhan
4.2.2.5 Hubungan Tekanan Buang Kompresor (discharge pressure) terhadap
Efisiensi Volumetrik
LABORATORIUM MESIN-MESIN FLUIDATEKNIK MESIN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MODUL DAN LAPORAN PRAKTIKUM KOMPRESOR TORAK SEMESTER GENAP2017/2018
BAB VKESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran