20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
Post on 05-Apr-2018
217 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
1/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
2/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
3/216
Hak Cipta pada Departemen Pendidikan NasionalDilindungi Undang-undang
TEKNIK MESININDUSTRIJILID 2
Untuk SMK
Penulis : SunyotoKarnowoS. M. Bondan Respati
Perancang Kulit : TIM
Ukuran Buku : 17,6 x 25 cm
Diterbitkan olehDirektorat Pembinaan Sekolah Menengah KejuruanDirektorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan MenengahDepartemen Pendidikan NasionalTahun 2008
SUN SUNYOTOt Teknik Mesin Industri J il id 2 untuk SMK /oleh Sunyoto,
Karnowo, S. M. Bondan Respati ---- Jakarta : Direktorat PembinaanSekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal ManajemenPendidikan Dasar dan Menengah, Departemen PendidikanNasional, 2008.
xii, 211 hlm
Daftar Pustaka : Lampiran. ADaftar Gambar : Lampiran. BISBN : 978-979-0 60-085-0ISBN : 978-979-0 60-087-4
Diperbanyak oleh :http://bukubse.belajaronlinegratis.comhttp://belajaronlinegratis.com
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
4/216
KATA SAMBUTAN
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dankarunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan SekolahMenengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasardan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, telah melaksanakankegiatan penulisan buku kejuruan sebagai bentuk dari kegiatanpembelian hak cipta buku teks pelajaran kejuruan bagi siswa SMK.Karena buku-buku pelajaran kejuruan sangat sulit di dapatkan di pasaran.
Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan StandarNasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK dan telahdinyatakan memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses
pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 45Tahun 2008 tanggal 15 Agustus 2008.
Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepadaseluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanyakepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luasoleh para pendidik dan peserta didik SMK.
Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepadaDepartemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh ( download ),
digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat.Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannyaharus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Denganditayangkan soft copy ini diharapkan akan lebih memudahkan bagimasyarakat khsusnya para pendidik dan peserta didik SMK di seluruhIndonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri untukmengakses dan memanfaatkannya sebagai sumber belajar.
Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepadapara peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan semoga dapat
memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku inimasih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritiksangat kami harapkan.
Jakarta, 17 Agustus 2008Direktur Pembinaan SMK
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
5/216
i
PENGANTAR PENULIS
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esakarena atas bimbingan dan petunjukNya, penulis dapat menyelesaikan
buku ini.
Buku yang diberi judul Teknik Mesin Industri ini disusun denganmemperhatikan rambu-rambu yang ada, antara lain PeraturanPemerintah Republik Indonesia Nomor 19 Tahun 2005 tentang Standar Nasional Pendidikan, Standar Isi, Standar Kompetensi Lulusan, danKurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP) Sekolah MenengahKejuruan (SMK), khususnya bidang keahlian Teknik Mesin.
Buku ini banyak membahas tentang mesin-mesin konversi energi,dimana sesuai dengan silabus dalam KTSP bidang Teknik Mesin materitersebut terdapat dalam mata pelajaran produktif kategori dasar
kompetensi kejuruan. Sesuai spektrum Pendidikan Kejuruan KurikulumEdisi 2004, bidang keahlian Teknik Mesin terdiri dari 9 (sembilan)program keahlian dimana materi dasar kompetensi kejuruan diberikankepada sembilan program keahlian tersebut.
Diharapkan buku ini dapat dijadikan pedoman atau rujukan bagisiswa dan guru SMK bidang keahlian Teknik Mesin khususnya, danbidang keahlian lain pada umumnya.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepadaDirektur Pembinaan SMK, Direktorat Jenderal Manajemen PendidikanDasar dan Menengah, Depdiknas yang telah memberi kepercayaankepada penulis untuk menyelesaikan buku ini. Ucapan terimakasih
penulis sampaikan juga kepada seluruh pihak yang terlibat dalampenulisan buku ini, baik dari kalangan akademisi maupun praktisi.
Akhir kata, mudah-mudahan buku ini bermanfaat bagi seluruhpembaca dan masyarakat luas pada umumnya. Kritik dan saran demiperbaikan buku ini akan penulis terima dengan senang hati. Wassalam.
Tim Penulis
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
6/216
ii
ABSTRAK
Buku Teknik Mesin Industri ini dibuat dengan harapanmemberikan manfaat bagi para siswa Sekolah Menengah Kejuruan
(SMK) khususnya bidang keahlian Teknik Mesin, sehingga merekamempunyai pengetahuan dasar tentang prinsip konversi energi danmesin-mesinnya. Buku ini memaparkan teori dasar konversi energi danditambah dengan penjelasan kontruksi-kontruksi mesin pada setiap bab.Pada bab-bab awal dipaparkan tentang dasar-dasar kejuruan serta ilmu-ilmu dasar meliputi mekanika fluida, termodinamika, perpindahan panas.Penjelasan pada setiap bab dilengkapi dengan gambar-gambar dandiagram untuk mempermudah pemahaman siswa.
Uraian per bagian mengacu pada standar kompetensi dalamKurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP) Sekolah MenengahKejuruan (SMK) khususnya bidang keahlian Teknik Mesin. Penjelasanditekankan pada konsep dasar, mulai dari sejarah perkembngan sampaiteknologi terbaru yang ada. Pembuktian secara kuantitatif terhadapkonsep-konsep konversi energi dibatasi. Siswa dalam membaca buku inidiarahkan hanya untuk melogika teori dasar dengan tujuanmempermudah pemahaman.
Konsep konversi energi diuraikan dengan membahasterlebih dahulu teori yang mendasari. Untuk pompa, kompresor dan turbinair teori dasar yang diuraikan adalah sama, yaitu penerapan mekanikafluida. Pada mesin-mesin kalor, motor bakar, turbin gas, dan turbin uap,teori yang mendasari adalah termodinamika, mekanika fluida, danperpindahan panas.
Untuk melengkapi paparan konsep-konsep dasar padasetiap bab diberikan contoh-contoh aplikasinya. Fokus pembahasan didalam buku ini adalah mesin-mesin yang mengkonversi sumber-sumber energi yang tersedia di alam untuk menghasilkan energi yang dapatdimanfaatkan. Mesin-mesin pompa dan kompresor, dibahas detail dalambuku ini karena mesin-mesin tersebut dianggap sebagai alat bantu untukpengoperasian mesin-mesin konversi. Selanjutnya dibahas tentangmesinmesin panas, seperti motor bakar, turbin gas, dan turbin uap.Pada bagian akhir buku dibahas tentang turbin air, refrigerasi danpengkondisian udara.
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
7/216
iii
DAFTAR ISI
BAB 1 DASAR KEJURUAN ................................................................ 1
A. Dasar ilmu statiska ........................................................................... 1
A.1. Tegangan tarik dan tekan. ................................................. 1 A.2. Rasio poison ...................................................................... 2
A.3. Tegangan Geser................................................................ 2
A.4. Tegangan Bending ............................................................ 2
A.5. Tegangan Maksimum ....................................................... 3
A.7. Torsi................................................................................... 3
B. Mengenal Elemen Mesin .................................................................. 4
B.1. Rem ................................................................................... 5
B.2. Roda gigi............................................................................ 5B.3. Bantalan............................................................................. 7
B.4. Pegas................................................................................. 8
B.5. Poros ................................................................................. 10
B.6.Transmisi ........................................................................... 11
C. Mengenal material dan kemampuan proses .................................... 14
C.1. Besi cor.............................................................................. 14
C.2. Baja karbon ....................................................................... 16
C.3. Material non logam ............................................................ 17
BAB 2 MEMAHAMI PROSESPROSES DASAR KEJURUAN .......... 19
A. Mengenal Proses Pengecoran Logam ............................................. 19
B. Mengenal Proses Pembentukan Logam .......................................... 21
B.1. Pembentukan plat ............................................................. 21
B.2. Kerja bangku...................................................................... 21
C. Proses Mesin Perkakas ................................................................... 24
C.1. Mesin bubut ....................................................................... 24
C.2. Mesin fris ........................................................................... 26
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
8/216
iv
D. MENGENAL PROSES MESIN KONVERSI ENERGI ......... ........... . 27
D.1. Termodinamika .................................................................. 27
D.2. Bentuk-bentuk energi
D.3. Sifat energi ........................................................................ 33D.4. Hukum termodinamika ....................................................... 38
D.5. Gas Ideal............................................................................ 43
E. Dasar Fluida...................................................................................... 46
E.1. Massa jenis ....................................................................... 46
E.2. Tekanan ............................................................................. 46
E.3. Kemampumampatan.......................................................... 48
E.4. Viskositas .......................................................................... 49
E.5. Aliran fluida dalam pipa dan saluran .................................. 50E.6. Kondisi aliran fluida cair ..................................................... 54
F. Perpindahan Panas........................................................................... 55
F.1. Konduksi ............................................................................. 55
F.2. Konveksi ............................................................................. 55
F.3. Radiasi................................................................................ 56
G. Bahan Bakar..................................................................................... 57
G.1. Penggolongan bahan baker............................................... 58
G.2. Bahan-bakar cair................................................................ 59
G.3. Bahan bakar padat............................................................. 64
BAB 3 MEREALISASIKAN KERJA AMAN BAGI MANUSIA, ALAT
DAN LINGKUNGAN ..................................................................66
A. Keselamatan dan Kesehatan Kerja ................................................. 66
A.1. Pendahuluan ...................................................................... 66
A.2. Peraturan Perundangan K3................................................ 66
A.3. Prosedur Penerapan K3..................................................... 68
A 4. Penerapan K3 Bidang Pesawat Uap dan Bejana Tekan.... 70
A.5. Kebakaran dan Penanganannya........................................ 72
A.6. Kesehatan Kerja dan Lingkungan ...................................... 74
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
9/216
v
a.....
BAB 4 MENGGAMBAR TEKNIK ......................................................... 77
A. Alat Gambar ..................................................................................... 77
A.1. Kertas gambar ................................................................... 77
B. Kop Gambar ..................................................................................... 82C. Gambar Proyeksi ............................................................................. 83
D. Skala ................................................................................................ 89
E. Ukuran dan Toleransi ....................................................................... 90
F. Penyederhanaan gambar ................................................................. 92
G. Lambang Pengerjaan....................................................................... 93
BAB 5 DASAR POMPA ....................................................................... 97
A. Prinsip Kerja Pompa......................................................................... 98
B. Klasifikasi Pompa ............................................................................. 99C. Komponen-Komponen Pompa........................................................ 104
D. Konstruksi Pompa Khusus ............................................................... 106
D.1. Pompa sembur ( jet pump ) ............................................... 106
D.2. Pompa v iscous ................................................................. 107
D.3. Pompa dengan volute gand ....................................... 108
D.4. Pompa CHOPPER ........................................................... 110
D.5. Pompa dengan Reccesed Impeller .................................. 110
D.6. Pompa lumpur ( slurry ) ...................................................... 111
D.7. Pompa LFH ( Low Flow High Head ) ................................. 112
BAB 6 PERFORMANSI POMPA SENTRIFUGAL ............................... 113
A. Kecepatan Spesifik........................................................................... 113
B. Kurva Karakteristik ........................................................................... 115
C. Head (Tinggi Tekan) ........................................................................ 117
C.1. Head statis total................................................................. 117
C.2. Head Kerugian (Loss)........................................................ 120
C.3. Head Hisap Positip Neto NPSH ........................................ 125
C.4. Hal yang mempengaruhi NPSH yang tersedia.................. 128
C.5. Putaran dan jenis pompa................................................... 129
D. Kerja, Daya dan Efisiensi Pompa..................................................... 129
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
10/216
vi
D.1. Definisi ............................................................................... 130
E. Pemilihan Pompa.............................................................................. 132
E.1. Kapasitas............................................................................ 133
E.2. Grafik kerja berguna........................................................... 133
E.3. Hal yang mempengaruhi efisiensi pompa .......................... 133F. Kavitasi.............................................................................................. 134
F.1. Tekanan uap zat cair .......................................................... 134
F.2. Proses kavitasi ................................................................... 134
F.3. Pencegahan kavitasi .......................................................... 135
G. Pemilihan Penggerak Mula............................................................... 137
G.1. Roda gigi transmisi ............................................................ 140
G.2. Pompa dengan penggerak turbin angin............................. 141
H. Kurva Head Kapasitas Pompa dan Sistem....................................... 142I. Operasi Pompa pada Kapasitas tidak Normal ................................... 144
I.1. Operasi dengan kapasitas tidak penuh ............................... 145
I.2. Operasi dengan kapasitas melebihi normal......................... 146
J. Kontrol Kapasitas Aliran .................................................................... 146
J.1. Pengaturan katup................................................................ 147
J.2. Pengaturan putaran ............................................................ 148
J.3. Pengaturan sudut sudu impeler .......................................... 148
J.4. Pengaturan jumlah pompa.................................................. 150
BAB 7 GANGGUAN OPERASI POMPA .............................................. 154
A. Benturan Air ( Water Hammer ) .......................................................... 154
A.1. Kerusakan akibat benturan air ........................................... 155
A.2. Pencegahan benturan air ................................................... 155
B. Gejala Surjing ................................................................................... 156
C. Tekanan Berubah-ubah.................................................................... 157
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
11/216
vii
BAB 8 POMPA PERPINDAHAN POSITIF ........................................ 159
A. Klasifikasi Pompa Perpindahan Positif ............................................. 159
B. Penggunaan..................................................................................... 162
C. Pompa Gerak Bolak balik................................................................. 162C.1.Cara kerja pemompaan ...................................................... 162
C.2. Pemakaian......................................................................... 163
C.3. Kerkurangan pompa bolak-balik........................................ 164
C.4. Komponen pompa gerak bolak-balik ................................. 164
C.5. Pompa daya ...................................................................... 165
C.6. Pompa aksi langsung ........................................................ 168
D. Pompa Rotari ................................................................................... 170
D.1. Pompa roda gigi ................................................................ 170
D.2. Lobe, Skrup, vanes, flexibel tube , radial axial,
plunger dan circumferential pump..................................... 171
BAB 9 DASAR KOMPRESOR ............................................................. 180
A. Prinsip Kerja Kompresor ................................................................. 180
B. Klasifikasi Kompresor....................................................................... 183
C. Penggunaan Udara Mampat ............................................................ 188
D. Dasar Termodinamika Kompresi...................................................... 189
D.1. Proses Kompresi ............................................................... 189
D.2. Temperatur Kompresi, Perbandingan Tekanan dan Kerja 192
E. Efisiensi Kompresor ......................................................................... 194
E.1. Efisiensi laju kerja adiabatik kompresor............................. 194
E.2. Efisiensi volumetrik ............................................................ 198
F. Jenis Penggerak dan Spesifikasi Kompresor ................................... 199
G. Konstruksi Kompresor Perpindahan positif ...................................... 202
G.1. Konstruksi kompresor torak............................................... 202
G.2. Konstruksi kompresor sekrupKompresor
sekrup injeksi minyak ......................................................... 211
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
12/216
viii
G.3. Konstruksi kompresor sudu luncur.....................................215
G.4. Konstruksi kompresor jenis roots ...................................... 218
H. Konstruksi Kompresor Rotari Aksial dan Radial ............................... 219
I. Gangguan Kerja Kompresor dan Cara Mengatasinya ...................... 222
I.1. Pembebanan lebih dan pemanasan lebihpada motor pengerak........................................................ 222
I.2. Pemanasan lebih pada udara hisap ................................... 222
I.3. Katup pengaman yang sering terbuka ................................ 223
I.4. Bunyi dan getaran ............................................................... 223
I.5. Korosi .................................................................................. 224
BAB 10 DASAR MOTOR BAKAR .227
A. Sejarah Motor Bakar ......................................................................... 230
B. Siklus 4 Langkah dan 2 Langkah...................................................... 237B.1. Siklus 4 langkah ................................................................. 237
B.2. Siklus 2 langkah ................................................................. 238
C. Daftar Istilah-Istilah Pada Motor Bakar ............................................. 240
BAB 11 SIKLUS MOTOR BAKAR ......... ........... ........... ........... ........... .. 245
A. Siklus Termodinamika Motor Bakar .................................................. 245
A.1. Siklus udara ideal ............................................................... 245
A.2. Siklus aktual ....................................................................... 250
B. Menghitung Efiseinsi Siklus Udara Ideal...........................................251
B.1. Efesiensi dari siklus Otto .................................................... 252
B.2. Efisiensi siklus tekanan konstan.........................................254
BAB 12 PRESTASI MESIN ........... ............ ........... ........... ........... .......... 256
A. Propertis Geometri Silinder............................................................... 258
A.1. Volume langkah dan volume ruang baker.......................... 261
A.2. Perbandingan kompresi ( compression ratio).....................261
A.3. Kecepatan piston rata-rata.............................................................262
B. Torsi dan Daya Mesin ....................................................................... 262
C. Perhitungan Daya Mesin .................................................................. 264
C.1. Daya indikator .................................................................... 265
C.2. Daya poros atau daya efektif ............................................. 279
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
13/216
ix
C.3. Kerugian daya gesek ........................................................ 279
D. Efisiensi Mesin ................................................................................. 279
D.1. Efisiensi termal .................................................................. 280
D.2. Efisiensi termal indikator.................................................... 280
D.3. Efisiensi termal efektif........................................................ 281D.4. Efisiensi mekanik ............................................................... 281
D.5. Efisiensi volumetric............................................................ 282
E. Laju pemakaian bahan bakar spesifik ............................................. 283
F. Perhitungan performasi motor bakar torak ....................................... 283
BAB 13 KOMPONEN MESIN .............................................................. 289
A. Mesin Motor Bakar ........................................................................... 289
B. Bagian Mesin.................................................................................... 289
B.1. Blok silinder ....................................................................... 290B.1.1. Silinder............................................................................ 292
B.2. Kepala silinder ................................................................... 295
B.2.1. Bentuk ruang bakar ........................................................ 295
B.3. Piston atau torak ................................................................ 296
B.4. Batang torak ..................................................................... 300
B.5. Poros engkol...................................................................... 301
B.6. Roda gaya ........................................................................ 302
B.7. Bantalan............................................................................. 302
B.8. Mekanik Katup ................................................................... 303
BAB 14 KELENGKAPAN MESIN........................................................ 304
A Sistim Pelumasan ............................................................................ 304
A.1.Minyak pelumas .................................................................. 305
A.2.Model pelumasan ............................................................... 308
A.3.Bagian-bagian utama pada
sistim pelumasan tekan...................................................... 311
A.4. Sistim ventilasi karter......................................................... 313
A.5. Saringan minyak pelumas ................................................. 313
A.6.Tangkai pengukur minyak................................................... 314
B. Sistim Pendinginan .......................................................................... 315
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
14/216
x
B.1. Pendinginan air .................................................................. 315
B.2. Pendingin udara ................................................................. 320
BAB 15 TURBIN A. Pendahuluan .322
B. Asas Impuls dan Reaksi ................................................................... 324C. Segitiga Kecepatan...........................................................................327
D. Turbin Impuls .................................................................................... 330
D.1. Turbin impuls satu tahap ( Turbin De Laval) ...................... 332
D.2. Turbin impuls gabungan.....................................................332
E. Turbin Reaksi .................................................................................... 336
BAB 16 TURBIN GAS .......................................................................... 340
A. Sejarah Perkembangan .................................................................... 342
B. Dasar Kerja Turbin Gas .................................................................... 344B.1. Bahan bakar turbin gas ...................................................... 346
B.2. Proses pembakaran ........................................................... 347
BAB 17 SIKLUS TERMODINAMIKA ........... ........... ........... ........... ....... 351
A. Klasifikasi Turbin Gas ....................................................................... 352
A.1 Turbin gas sistem terbuka
( langsung dan tidak langsung) .......................................... 352
A.2. Turbin gas sistem tertutup
( langsung dan tidak langsung) .......................................... 355
A.3. Turbin gas dua poros terpisah............................................ 357
A.4. Turbin gas dua poros terpusat ........................................... 358
B. Efisiensi Turbin Gas.......................................................................... 359
C. Modifikasi Turbin Gas ....................................................................... 364
C.1. Turbin gas dengan regenerator..........................................364
C.2. Turbin gas dengan pendingin sela (intercooler)................. 366
C.3. Intercooler, Reheater, dan Regenerato..............................368
BAB 18 KONTRUKSI TURBIN GAS ........... ........... ........... ........... ........ 370
A. Rotor ................................................................................................. 374
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
15/216
xi
B. Ruang Bakar .................................................................................... 375
C. Kompresor........................................................................................ 377
D. Turbin ............................................................................................... 380
E. Aplikasi Turbin Gas ......................................................................... 381
BAB 19 MESIN TENAGA UAP............................................................ 383 A. Siklus Termodinamika Mesin Uap.................................................... 384
B. Siklus Aktual dari Siklus Rankine ..................................................... 385
C. Peralatan Sistem Tenaga Uap ......................................................... 386
C.1. Boiler 386
C.2. Turbin Uap ......................................................................... 391
C.3. Kondensor ........................................................................ 394
D. Ekonomiser ...................................................................................... 395
E. Superheater...................................................................................... 396F. Burner............................................................................................... 397
F.1.Burner untuk bahan bakar cair .............................................. 398
F.2. Burner dengan bahan-bakar gas............................................ 399
F.3. Burner untuk bakar padat. ...................................................... 401
BAB 20 PRINSIP DASAR ALIRAN ......... ........... ........... ........... ........... 405
A. Sejarah Turbin Air ............................................................................ 408
B. Instalasi Pembangkit Tenaga Air...................................................... 411
C. Energi Potensial Aliran Air ............................................................... 414
C.1. Head air.................................................................................. 415
D. Prinsip Peralian Energi Aliran .......................................................... 416
E. Daya Turbin...................................................................................... 417
F. Kecepatan Putar Turbin dan Kecepatan Spesifik............................. 419
G. Perhitungan Performasi Turbin ........................................................ 420
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
16/216
xii
BAB 21 KLASIFIKASI TURBIN AIR ............ ........... ........... ............ ...... 423
A. Turbin Impuls atau Turbin Tekanan Sama........................................ 424
A.1. Turbin pelton ...................................................................... 424
A.2. Turbin aliran ossberger ...................................................... 428
B. Turbin Reaksi atau Turbin Tekan Lebih............................................ 429B.1. Turbin Francis413 .............................................................. 429
B.2. Turbin Kaplan ..................................................................... 430
C. Perbandingan Karakteristik Turbin ................................................... 432
BAB 22 DASAR REFRIGERASI DAN
PENGKONDISIAN UDARA ........... ........... ........... ........... ......... 434
A. Klasifikasi Mesin Refrigerasi ............................................................. 434
B. Penggunaan......................................................................................435
B.1. Pengkondisian udara untuk industri ................................... 435B.2. Pengkondisian udara untuk Laboratorium..........................436
B.3. Pengkondisian udara Ruang Komputer ............................. 436
B.4. Instalasi penkondisian udara pada
Instalasi power plant ........................................................... 436
B.5. Pengkondisian udara pada rumah tangga ......................... 436
B.6. Pengkondisian udara untuk Automobil............................... 437
B.7. Penyimpanan dan pendistribusian ..................................... 437
C. Sistem Pengkondisian Udara ........................................................... 438
D. Peralatan Pengkondisian udara........................................................ 439
E. Beban Pemanasan dan Pendinginan .............................................. 440
F. Kualitas udara ................................................................................... 444
BAB 23 SIKLUS KOMPRESI UAP...... ........... ............ ........... ........... .... 446
A. Prinsip Kerja...................................................................................... 446
B. Daur Refrigerasi Kompresi Uap ........................................................ 448
C. Peralatan Utama Sistem Refrigerasi Kompresi Uap......................... 452
D. Refrigeran ......................................................................................... 454
E. Perhitungan Koefisien Unjuk Kerja .................................................. 455
F. Heat pump atau Pompa Kalor.......................................................... 458
G. Refrigerasi Absorbsi ......................................................................... 459
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
17/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
18/216
159
BAB 8 POMPA PERPINDAHAN POSITIF
A. Klasifikasi Pompa Perpindahan PositifPompa perpindahan positif yaitu pompa yang bekerja menghisap
zat cair, kemudian menekan zat cair tersebut, selanjutnya zat cair dikeluarkan melalui katup atau lubang ke luar. Jenis pompa ini sudahdiciptakan pada tahun 1206 M oleh orang Turki bernama Al Jazari. Beliaumendesain dan membuat pompa torak kerja ganda yang digunakan untuk
memompa air.Perkembangan selanjutnya pompa jenis perpindahan positif sangat
beragam. Namun, secara umum pompa perpindahan positif dibagi mejadidua yaitu jenis gerak bolak-balik ( reciprocating ) dan gerak putar ( rotary ).Adapun klasifikasi pompa perpindahan positif adalah sebagai berikut ;
1. Pompa gerak bolak-balik ( reciprocating )
A. Pompa Piston atau plunger1. Pompa aksi langsung ( simplex atau duplex )2. Pompa daya
A. Aksi tunggal atau aksi gandaB. Simplex, duplex, triplex, atau multiplex
B. Pompa Diagfragma1 .Penggerak mekanik atau penggerak fluida2 . Simplex, atau duplex
2. Pompa gerak putar ( rotary )
A. Rotor tunggal
Pompa Vane, torak, ulir, atau pompa flexible member B. Rotor banyak
Pompa roda gigi, lobe, ulir, atau pompa circumferential piston
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
19/216
160
No Nama Komponen
1 Mesin penggerak torak2 Cincin torak penggerak3 Batang torak penggerak4 Packing 5 Torak6 Silinder penggerak7 Katup gas8 Packing 9 Mekanika katub pemicu
10 Bantalan
11 Pelapis silinder12 Torak pompa13 Cincin torak pompa14 Silinder pompa15 Katup ke luar16 Katup masuk17 mesin penggerak18 Pompa19 Tumpuan bantalan
Gambar 8.1 Pompa perpindahan positif gerak bolak-balik
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
20/216
161
No Nama Komponen1 Lintasan torak2 Penutup3 Packing4 Silinder5 Fluida masuk6 Fluida ke luar7 Plunger
8 Batang torak9 Engkol
Gambar 8.2 Pompa perpindahan positif gerak putar ( rotary )
Gambar 8.3 Pompa perpindahan positif gerak putar ( rotary )
lobe
hisap buang
buangskrup atau ulir
hisap
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
21/216
162
B. PenggunaanPompa jenis perpindahan positif banyak digunakan untuk melayani
sistem instalasi yang membutuhkan head yang tinggi dengan kapasitasrendah. Dengan efisiensi yang lebih tinggi, pompa perpidahan positifdapat mengatasi head tinggi dari sistem, dibanding denganmenggunakan pompa jenis sentrifugal. Untuk mengatasi head yangsama, pompa sentrifugal memerlukan konstruksi yang lebih kuat danmemerlukan daya yang lebih besar. Dengan alasan tersebut, untuk headsistem yang tinggi lebih menguntungkan digunakan pompa perpindahanpositif apabila kapasitas aliran tidak menjadi tujuan utama daripemompaan .
Berdasarkan teori, pompa jenis ini menghasilkan tekanan tinggidengan kecepatan aliran yang rendah. Dengan alasan tersebut pompa ini
banyak digunakan untuk peralatan dengan zat cair yang abrasif dankekentalan tinggi.
C. Pompa Gerak Bolak balikPompa torak atau plunger adalah pompa yang mempunyai
komponen pemompa (torak atau torak, plunger, atau diagfragma)bergerak bolak-balik. Zat cair dihisap melalui katup hisap kemudianditekan menuju katup buang. Pompa jenis ini dapat diklasifiaksi menjadibeberapa macam, dilihat dari sumber penggeraknya dibagi menjadi duayaitu pompa tenaga dan pompa aksi. Dari posisi komponen pemompa
(torak), dibagi menjadi dua yaitu pompa horizontal dan vertikal. Kalaudilihat dari jumlah langkah buang per siklusnya, pompa jenis ini dibagimenjadi pompa aksi tunggal atau pompa aksi ganda.
C.1.Cara kerja pemompaan
Pada pompa torak setiap silinder minimal ada dua katup yaitu katuphisap dan buang. Pada langkah hisap yaitu torak bergerak menjauhikatup, tekanan di dalam silinder menjadi turun. Hal ini menyebabkanperbeadaan tekanan antara di luar silinder dengan di dalam silinderbertambah besar, sehingga memaksa katup hisap terbuka, zat cairkemudian terhisap ke dalam silinder. Apabila torak pada posisi akhirlangkah hisap dan mulai bergerak menuju katup, katup hisap menutupkembali
Setelah zat cair masuk silinder kemudian didorong torak menujukatup buang, tekanan di dalam silinder menjadi naik, sehingga mampumemaksa katup buang terbuka. Selanjutnya zat cair mengalir melewatikatup buang ke luar silinder dengan dorongan torak yang menuju katupsampai akhir langkah buang.
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
22/216
163
C.2. Pemakaian
Pompa torak banyak digunakan untuk aplikasi yang memerlukantekanan tinggi dan kapasitas rendah. Sebagai contoh penggunaan, yaitupompa jet tekanan tinggi untuk pembersihan dan pemotongan [Gambar8.3], injeksi glikol, pompa pendorong pada pipa minyak mentah, pompatenaga hidrolik dan lain lain. Tekanan kerja pompa torak adalah 3500kPa sampai 2100 Mpa. Pompa torak juga digunakan untuk tes hidrostatikdengan tekanan kerja sampai 700 MPa [Gambar 8.4]
No Nama Komponen1 Pelumasan2 Seal3 Plunger4 Katup masuk5 Katup ke luar
Gambar 8.4 Pompa plunger tekanan tinggi
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
23/216
164
No Nama Komponen1 Silinder tekanan rendah2 Batang torak tekanan tinggi3 Tekanan tinggi spesial 5 seal torak4 Penghubung Dobel kerucut tekanan tinggi
Gambar 8.5 Pompa plunger tekanan tinggi
C.3. Kerkurangan pompa bolak-balik
Pompa gerak bolak-balik (reciprocating) bekerja dengan prinsippenghisapan, penekanan, kemudian pembuangan. Jadi melewati tigalangkah untuk menghasilkan laju aliran zat cair ke luar, sehingga untuksemua jenis pompa torak, laju alirannya tidak kontinyu tetapi berdenyutmenyesuaikan irama pemompaan [Gambar 8.6]
Disamping kekurangan dari pompa torak di atas, dibandingkandengan pompa jenis sentrifugal, biaya pembuatan dan perawatan pompatorak lebih mahal.
Gambar 8.6 Kapasitas aliran pada pompa torak
C.4. Komponen pompa gerak bolak-balik
Satu set pompa torak atau plunger terdiri dari dua bagiankomponen yaitu bagian komponen penggerak ( drive end ) dan bagianpompa sendiri ( liquid end ).
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
24/216
165
Komponen utama bagian drive end terdiri dari:a. Drive cylinder (silinder penggerak)b. Drive piston (torak pengerak)c. Piston rod (batang torak)
d. Valve actuating mechanism (mekanik katup penggerak)Komponen utama pompa (liquid end) :
a. Silnderb. Katup hisap dan buang [Gambar 8.7]c. Torak
Gambar 8.7 Macam-macam katup
C.5. Pompa daya
Pompa daya adalah pompa yang porosnya digerakkan dengandaya dari luar, daya yang dipakai biasanya adalah motor listrik dan motorbakar. Komponen utama dari pompa ini adalah silinder dengan katup
double-ported disk valve wing-guided valve
ball valve.
elastomeric-insert valve .disk valve.
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
25/216
166
hisap dan buang, torak pemompa, dan poros engkol pompa. Porospompa dihubungkan dengan poros penggerak dengan transmisi pengaturputaran. Pada Gambar 8.8 dan 8.9 adalah contoh dari pompa daya
Pemilihan jenis penggerak adalah berdasarkan ketersediaan dankepraktisan dari penggunaan penggerak. Untuk penggerak motor listrikbanyak digunakan untuk penggerak pompa dengan daerah operasipompa dekat dengan sumber listrik. Keuntungan dari penggunaanpenggerak jenis ini adalah pengoperasiannya mudah, bebas polusi, tidakberisik dan perawatannya mudah. Kendalanya adalah kalau sumberlistriknya mati, pompa tidak beroperasi.
Untuk penggerak motor bakar biasanya digunakan untukmenggerakkan pompa yang beroperasi pada daerah yang jauh darisumber llistrik. Dengan menggunakan penggerak jenis ini pompa lebih
fleksibel untuk beroperasi disemua tempat. Kendalanya adalah biayaperawatan mahal dan berisik. Motor bakar yang sering digunakan adalahmesin diesel, karena putarannya lebih stabil dengan tenaga besar.
Gambar 8.8 Cara kerja pompa torak
katup masuk
katup ke luar
poros yang terhubungpenggerak mula
torak
zat cair dihisap
zat cair tekanantinggi
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
26/216
167
No Nama Komponen1 Katup masuk
2 Packing3 Plunger4 Torak5 Deflector 6 Tumpuan7 Pasak bantalan8 Bantalan9 Batang torak
10 Pasak bantalan engkol11 Rangka penggerak
12 Poros engkol13 Breader 14 Penghubung torak15 Lubang plunger16 Kotak bantalan17 Silinder pompa18 Katup ke luar19 Pompa20 Penggerak
Gambar 8.9 Pompa torak
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
27/216
168
Komponen utama bagian power end [Gambar 8.9] terdiri daria. Poros engkolb. Batang torakc. Piston Crosshead ( torak pengerak)
Komponen utama pompa (liquid end); a. Silnderb. Katup hisap dan buang [Gambar 8.7]c. PlungerC.6. Pompa aksi langsung
Pompa aksi langsung adalah pompa yang menggunakan energidari luar untuk menggerakan torak. Energi dari luar diperoleh dari fluidayang mempunyai beda tekanan. Prinsip pemompaannya sama denganpompa tenaga, yang berbeda hanya komponen penggeraknya.Komponennya dibagi menjadi dua yaitu, komponen pompa dankomponen penggerak.
Komponen utama bagian drive end [Gambar 8.1] terdiri daria. Silinder penggerak ( Drive cylinder )b. Torak pengerak (Drive piston)c. Batang torak (Piston rod )d. Mekanik katup penggerak (Valve actuating mechanism)
Komponen utama pompa ( liquid end );a. Silinder
b. Katup hisap dan buang [Gambar 8.7]c. Diagfragma [Gambar 8.10, 8.11, 8.12]
Gambar 8.10 Cara kerja pompa diagfragma penggerak mekanik
penggerak
diagfragma
katup masuk
katup ke luar
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
28/216
169
No Nama Komponen1 Katup otomatis
2 Katup bola ke luar3 Katup bola masuk4 diagfragma5 Process fluid 6 Hydraulic fluid 7 Intermediate fluid 8 Pengatur oli9 Katup isi
10 Katup relief
Gambar 8.11 Pompa diagfragma penggerak hidrolik
1 2
3
4
56
7
8
9 10
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
29/216
170
No Nama Komponen1 Baut pengatur2 Plunger bolak-balik3 Pegas kembali4 Katup bola ke luar5 Katup bola masuk6 Pemicu diagfragma mekanis
7 Nok eksentrik8 Process fluid
Gambar 8.12 Pompa diagfragma penggerak pegas mekanik
D. Pompa Rotari
Pompa rotari adalah termasuk pompa perpindahan positif yangkomponen pemompanya berputar ( rotary ), seperti lobe, roda gigi,ulir,vanes, roller. Cara kerjanya yaitu menghisap zat cair pada sisi hisap,zat cair masuk ke celah atau ruangan tekan diantara komponenpemompaan, kemudian ditekan sehingga celah semakin kecil selanjutnyazat cair dike luarkan melalui sisi buang.
Pompa rotari tidak mempunyai katup hisap dan buang,penggunaannya banyak dipakai dengan zat cair yang mempunyaikekentalan tinggi. Tekanan kerja yang dihasilkan sedang atau lebihrendah dari pompa torak atau plunger. Laju alirannya stabil tidakberdenyut dengan kapasitas yang rendah.
D.1. Pompa roda gigi
1 2
3
4
5
67
8
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
30/216
171
Pompa ini mempunyai komponen pemompaan berbentuk roda gigi.Cara kerjanya yaitu apabila gigi dari roda gigi mulai menutup ( disengage ),zat cair terhisap kecelah antar gigi, kemudian ketika roda gigi membuka(engage ) zat cair ditekan ke luar kesisi buang. Zat cair yang dipompa
juga sekaligus melumasi roda gigi.Pompa roda gigi dibagi mejadi dua yaitu internal gears pump
[Gambar 8.13 A] dan external gear pump [Gambar 8.13 B]. Pompa rodagigi banyak dipakai untuk pompa pelumas pada mesin
Gambar 8.13 Pompa roda gigi internal eksternal
D.2. Lobe , Skrup , vanes , flexibel tube , radial axial plunger dancircumferential pum p.
roda gigi internal
roda gigi external
aliran ke luar
aliran masuk
A
B
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
31/216
172
Dengan prinsip kerja yang sama di bawah ini adalah contoh-contohdari pompa rotari. Penamaan jenis pompa disamakan dengan namakomponen pemompaan.
Gambar 8.14 Pompa lobe
2 buah lobe 2 buah lobe
poros terhubungdengan penggerak
zat cair terhisap
lobe
zat cai dikeluarkan
porospenyempitan celah
tekanan lebih tinggi tekanan rendah
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
32/216
173
Gambar 8.15 Pompa lobe dengan 3 buah lobe
Gambar 8.16 Pompa ulir dengan 3 buah ulir
rumah pompa
poros utama ulir atama
ulir samping
bantalan pompa
3 buah lobe
aliran fluida masuk aliran fluida keluar
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
33/216
174
Pada Gambar 8.16 adalah pompa ulir (skrup) dengan tiga buah ulir,zat cair akan masuk dari sisi hisap, kemudian akan ditekan di ulir yangmempunyai bentuk khusus. Dengan bentuk ulir tersebut, zat cair akanmasuk di ruang antara ulir-ulir, dan dengan mekanisme penyempitan
volume, zat cair tersebut terus ditekan sampai sisi buang. Sama denganpompa rotari yang lainnya, zat cair yang dipompa juga berfungsi sebagaipelumas.
Gambar 8.17 Proses penekanan zat cait pada pompa 2 buah ulir
Gambar 8.18 Pompa ulir dengan 2 buah ulir
lubang masuk
lubang ke luar
ulir
ulir
bantalanporos utamaterhubung denganpenggerak
aliran zat cair masuk
aliran zat cair ke luar
tekanan tinggi
tekanan rendah
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
34/216
175
Pada gambar adalah prinsip kerja dari pompa ulir. Zat cair akanmasuk ke pompa dan menuju celah celah antara dua poros yang berulir.Kemudian, karena dua buah poros berulir tadi berputar, zat cair terdorongke arah kanan dengan gaya sentrifugal ulir. Metode penekanan sama
dengan pompa perpindahan positif lainnya, yaitu memperkecil volumecelah pemompaan, sehingga zat cair pada sisi kanan bertekanan lebihbesar
Gambar 8.19 Pompa ulir tunggal ( progresive cavity singgle skrup pump)
Gambar 8.20 Pompa vane ( sliding vane rotary pump )
lubang masuklubang ke luar
poros utama
ulir tunggal
bantalan
sliding vane
penyempitancelah
poros
celah pompa
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
35/216
176
Gambar 8.21 Pompa vane dengan 5 buah vane
Pada Gambar 8.20 adalah prinsip kerja dari pompa rotary vane, zatcair terhisap masuk ke celah antara vane dengan rumah pompakemudian poros pompa berputar demikian juga vanenya. Karena volumecelah semakin sempit, tekanan zat cair naik dan dapat mendesak katupke luar terbuka. Prinsip kerja yang sama untuk Gambar 8.21 yaitu pompadengan 5 buah vane
Gambar 8.22 Flexible tube pump
Fleible tube
celah
poros pompa
sliding vaneporos
celah
penyempitan celah
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
36/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
37/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
38/216
179
3. Sebutkan penggunaan pompa perpindahan positif!
4. Jelaskan kelebihan pemakaian pompa perpindahan positifdibandingkan pompa sentrifugal !
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
39/216
180
BAB 9 DASAR KOMPRESOR
A. Prinsip Kerja Kompresor
Kompresor adalah alat pemampat atau pengkompresi udaradengan kata lain kompresor adalah penghasil udara mampat. Karenaproses pemampatan, udara mempunyai tekanan yang lebih tinggidibandingkan dengan tekanan udara lingkungan (1atm). Dalamkeseharian, kita sering memanfaatkan udara mampat baik secaralangsung atau tidak langsung. Sebagai contoh, udara manpat yangdigunakan untuk mengisi ban mobil atau sepeda montor, udara mampatuntuk membersihkan bagian-bagian mesin yang kotor di bengkel-bengkeldan manfaat lain yang sering dijumpai sehari-hari.
Pada industri, penggunaan kompresor sangat penting, baik sebagaipenghasil udara mampat atau sebagai satu kesatuan dari mesin-mesin.Kompresor banyak dipakai untuk mesin pneumatik, sedangkan yangmenjadi satu dengan mesin yaitu turbin gas, mesin pendingin danlainnya.
Dengan mengambil contoh kompresor sederhana, yaitu pompa bansepeda atau mobil, prinsip kerja kompresor dapat dijelaskan sebagaiberikut. Jika torak pompa ditarik keatas, tekanan di bawah silinder akanturun sampai di bawah tekanan atmosfer sehingga udara akan masukmelalui celah katup hisap yang kendur. Katup terbuat dari kulit lentur,dapat mengencang dan mengendur dan dipasang pada torak. Setelahudara masuk pompa kemudian torak turun kebawah dan menekan udara,sehingga volumenya menjadi kecil.
Tekanan menjadi naik terussampai melebihi tekanan didalam ban, sehingga udaramampat dapat masuk banmelalui katup (pentil). Karenadiisi udara mampat terus-menerus, tekanan di dalamban menjadi naik. Jadi jelasdari contoh tersebut, prosespemampatan terjadi karenaperubahan volume padaudara yaitu menjadi lebihkecil dari kondisi awal.Gambar 9.1 Pompa ban
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
40/216
181
Gambar 9.2 Kompresor udara penggerak motor bakar
Kompresor yang terlihat pada Gambar 9.2 biasa kita jumpaidibengkel-bengkel kecil sebagai penghasil udara mampat untukkeperluan pembersih kotoran dan pengisi ban sepeda motor atau mobil.Prinsip kerjanya sama dengan pompa ban, yaitu memampatkan udara didalam silinder dengan torak. Perbedaanya terletak pada katupnya, keduakatup dipasang dikepala silinder, dan tenaga penggeraknya adalah motorlistrik. Tangki udara berfungsi sama dengan ban yaitu sebagai penyimpanenergi udara mampat.
Pada gambar 9.3 adalah proses kerja dari kompresor kerja tunggaldan ganda. Adapun urutan proses lengkap adalah sebagai berikut.
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
41/216
182
Langkah pertama adalah langkah hisap, torak bergerak ke bawah olehtarikan engkol. Di dalam ruang silinder tekanan menjadi negatif di bawah1 atm, katup hisap terbuka karena perbedaan tekanan dan udaraterhisap. Kemudian torak bergerak keatas, katup hisap tertutup dan udara
dimampatkan. Karena tekanan udara mampat, katup ke luar menjaditerbuka.
Gambar 9.3 Proses kerja dari kompresor torak kerja tunggal
pengeluaranKarena tekanan udara mampat,katup ke luar terbuka dan udara
mampat ke luar silinder
kompresiudara di dalam kompresordikompresi, tekanan dantemperatur udara naik
hisapudara masuk kompresor karenatekanan di dalam silinder lebihrendah dari 1 atm
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
42/216
183
Gambar 9.4 Proses kerja dari kompresor torak kerja ganda
Gambar 9.4 di atas adalah kompresor torak kerja ganda. Proseskerjanya tidak berbeda dengan kerja tunggal. Pada kerja ganda, setiapgerakan terjadi sekaligus langkah penghisapan dan pengkompresian.Dengan kerja ganda, kerja kompresor menjadi lebih efisien.B. Klasifikasi Kompresor
Prinsip kerja kompresor dan pompa adalah sama, kedua mesintersebut menggunakan energi luar kemudian diubah menjadi energifluida. Pada pompa, di nosel ke luarnya energi kecepatan diubah menjadienergi tekanan, begitu juga kompresor pada katup ke luar udara mampatmempunyai energi tekanan yang besar. Hukum-hukum yang berlakupada pompa dapat diaplikasikan pada kompresor.
Berbeda dengan pompa yang klasifikasinya berdasarkan polaaliran, klasifikasi kompresor biasanya berdasarkan tekanannya atau carapemampatannya. Pada Gambar 9.5 adalah klasifikasi dari kompresor.Secara umum penjelasannya sebagai berikut. Kompresor berdasarkancara pemampatannya dibedakan menjadi dua, yaitu jenis turbo dan jenisperpindahan. Jenis turbo menggunakan gaya sentrifugal yangdiakibatkan oleh putaran impeler sehingga udara mengalami kenaikanenergi yang akan diubah menjadi energi tekanan. Sedangkan jenisperpindahan, dengan memperkecil volume udara yang dihisap ke dalamsilinder atau stator dengan torak atau sudu. Kompresor yangdiklasifikasikan berdasarkan tekanannya adalah kompresor untukpemampat (tekanan tinggi), blower untuk peniup (tekanan sedang) danfan untuk kipas (tekanan rendah)
Pada gambar di bawah terlihat, kompresor jenis turbo (dynamic) berdasarkan pola alirannya dibagi menjadi tiga, yaitu ejector, radial, danaksial. Kompresor jenis ini hampir semuanya dapat beroperasi padatekanan dari yang rendah sampai tinggi. Kompresor turbo dapat dibuatbanyak tingkat untuk menaikkan tekanan dengan kapasitas besar[Gambar 9.12]
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
43/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
44/216
185
Berbeda dengan jenis turbo, kompresor jenis perpindahan(displacement) beroperasi pada tekanan sedang sampai tinggi.Kompresor jenis perpindahan dibedakan berdasarkan bentukkonstruksinya, sekrup [Gambar 9.8], sudu luncur [Gambar 9.6], dan roots
[Gambar 9.7] jenis torak bolak-balik [Gambar 9.9,9.10]. Untuk kompresor jenis torak dapat menghasilkan udara mampat bertekanan tinggi.
Pada Gambar 9.13 adalah grafik tekanan-kapasitas untukkompresor, terlihat jelas bahwa kompresor torak mempunyai daerahoperasi dengan tekanan yang paling tinggi, sedangkan untuk kompresoraxial mempunyai daerah operasi dengan kapasitas paling besar.Kompresor untuk tekanan rendah adalah fan. Kompresor bertekanansedang adalah blower dan bertekanan tinggi adalah kompresor.
Gambar 9.6 Kompresor V ane
Gambar 9.7 Kompresor jenis Root
vane
poros
root eksternalporospenggerak
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
45/216
186
Gambar 9.8 Kompresor skrup atau ulir
Gambar 9.9 Kompresor torak kerja tunggal
ulir (skrup)
poros penggerak
aliran udara tekan
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
46/216
187
Gambar 9.10 Kompresor torak kerja ganda
Gambar 9.11 Kompresor sentrifugal satu tingkat
Gambar 9.12 Kompresor banyak tingkat
sudu
bantalan
poros
rumah kompresor
bantalan
udara masuk
sudu banyakudara mampatke luar
poros
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
47/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
48/216
189
D. Dasar Termodinamika Kompresi
Fluida dibedakan menjadi dua yaitu fluida tak mampu mampat danfluida mampu mampat. Contoh fluida yang tak mampu mampat adalahzat cair, sedangkan yang mampu mampat adalah gas. Udara adalah gassebagai fluida kerja pada kompresor yang akan dikompresi, sehinggadiperoleh udara mampat yang mempunyai energi potensial. Dengan katalain udara adalah fluida yang dapat dimampatkan atau fluida mampumampat. Perubahan tekanan dan temperatur pada udara mengakibatkanperubahan massa jenis udara. Proses pemampatan akan menaikkantekanan dan temperatur, berbarengan dengan itu, terjadi perubahanvolume sehingga kerapatan pun berubah.
Hubungan anatara massa jenis dengan volume pada prosespemampatan dapat dilihat pada persamaan berikut:
21 V V m
V m
=
=
dimana = massa jenis ( kg/m 3)V = volume (m 3)
apabila V semakin kecil, maka massa jenis akan pertambah besar.Jadi udara mampat mempunyai massa jenis yang lebih besar dibandingudara bebas.
Untuk memudahkan analisis biasanya udara dianggap gas idealpada proses-proses termodinamika, sehingga memenuhi persamaa gasideal berikut ini:
mRT pV = dimana R = konstanta gas (J/KgK)
V = volume (m 3)p = tekanan (atm)m = massa (kg)
T = temperatur (K)
D.1 Proses KompresiProses kompresi gas pada kompresor secara termodinamika dapat
melalui tiga cara, yaitu proses kompresi isotermal, adiabatis, danpolitropik. Ketiga proses keadaan termodinamika tersebut secara teoritismenjadi dasar perancangan dari proses kompresi sebenarnya darikompresor. Adapun uraian dari ketiga proses keadaan tersebut adalahsebagai berikut:
1. Proses kompresi isotermal
Setiap gas yang mengalami proses kompresi temperaturnya naik.Hal ini disebabkan karena adanya sebagian energi mekanik torak atau
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
49/216
190
sudu yang dikenakan pada gas diubah menjadi energi panas. Temperaturgas akan naik sebanding dengan kenaikan tekanan. Pada proseskompresi isotermal, gas mampat dengan temperatur tinggi didinginkansehingga tidak ada kenaikan tempertur atau temperatur pada proses ini
dipertahankan konstan. Apabila udara dianggap gas ideal, hubunganantara p dan v dirumuskan sebagai berikut:
pV = tetap
2
112 V
V p p =
Jadi dari rumus di atas terlihat bahwa perubahan volume hanyaakan mengubah nilai tekanannya saja. Proses kompresi isotermal padaproses sebenarnya sangat sulit diaplikasikan, walaupun silinder atau
udara mampat didinginkan tetap saja tidak mungkin menjaga temperaturyang konstan. Hal ini disebabkan karena cepatnya proses kompresi yangterjadi di dalam silinder.
Gambar 9.14 Proses kompresi isotermal
2. Proses kompresi adiabatikPada proses ini panas yang dihasilkan dari kompresi gas dijaga
tidak ke luar dari silinder, artinya silinder diisolasi sempurna. Jadi panastidak ada yang ke luar atau masuk silinder. Proses tersebut dinamakankompresi adiabatik. Pada kenyataannya kita tidak dapat menemukancara mengisolasi dengan sempurna. Jadi proses tersebut hanya secarateoritis. Hubungan antara tekanan dan volume proses adiabatik dapatdinyatakan dengan persamaan:
k pv = tetap
V m 3
p atm
p2
V 1 V 2
p1
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
50/216
191
k
V
V p p =
2
112
dimana k =v
p
cc ; untuk udara k = 1,4
Dari rumus terlihat, tekanan yang dihasilkan sebanding denganperbandingan kompresi dipangkatkan k. Kalau dibandingkan dengankompresi isotermal dengan perubahan volume yang sama akanmenghasilkan tekanan yang lebih besar. Karena hal tersebut, kerja yangdibutuhkan pada kompresi adiabatik lebih besar daripada kompresiisotermal.
Gambar 9.15 Proses kompresi adiabatik
3. Proses kompresi politropik
Proses kompresi sebenarnya secara isotermal dan adiabatis tidakdapat diaplikasikan, seperti yang sudah dijelaskan di atas. Proseskompresi yang bekerja menggunakan prinsip di antara proses isotermaldan adiabatis yaitu kompresi politropik. Proses politropik dapat mewakiliproses sesungguhnya dari kompresor. Hubungan antara p dan V padaproses ini adalah sebagai berikut ;
n pv = tetap
V m3
p atm
p2
V 1 V 2
p1
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
51/216
192
n
V
V p p =
2
112 dengan 1 < n < 1,4 ( n 1,25 ~ 1,35)
dimana n = indeks politropikn = 1 (isotermal)n = 1,4 ( adiabatis)
D.2. Temperatur Kompresi, Perbandingan Tekanan dan Kerja
Temperatur gas akan naik setelah kompresi, baik secaraadiabatis atau politropis, karena panas disolasi, sehingga semua panasdiubah menjadi temperatur. Kecuali pada kompresi isotermal tidak adaperubahan temperatur, karena temperatur dipertahankan normal..Hubungan antara tekanan dan temperatur dapat dirumuskan denganpersamaan:
mnn
d
ssd p
pT T
1
=
dimana T d = temperatur mutlak gas mampat ke luar (K)Ts = temperatur hisap gas masuk (K)m = jumlah tingkat kompresi ; m =1,2,3,..
s
d
p
p=
isapgastekanan
keluarmampatgastekanan= perbandingan tekanan
Adapun besarnya kerja yang dibutuhkan untuk proses kompresi adalahsebagai berikut :
=
11
1n
n
s
d ssad
p
pV P
nn
W
Kerja untuk proses kompresi isotermal ( dengan pendinginan)
Untuk p k adalah tekanan terakhir dari satu tingkat kompresi ataudari banyak tingkat. Pada kompresor torak satu tingkat digunakan satusilinder, untuk yang bertingkat banyak digunakan lebih dari satu silinder.
. Untuk kompresor jenis turbo, jumlah tingkat sama dengan jumlahimpeler. Sebagai contoh kompresor torak tiga tingkat, udara mampat daritingkat pertama akan dike luarkan silinder pertama dan akan masuk kesilinder ke dua melalui katup hisap, kemudian dikompresi lagi, setelah itugas mampat dike luarkan dan masuk ke silinder tiga untuk proseskompresi terakhir. Dari proses kompresi pada silinder ke tiga diperolehtekanan terakhir p k. Metode ini dipakai juga untuk kompresor jenis lainyang bertingkat banyak.
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
52/216
193
Gambar 9.16 Perbandingan kerja yang dibutuhkan untuk proseskompresi isotermal dan proses kompresi adiabtik
Dari Gambar 9.16 tersebut di atas terlihat kompresor dengankompresi isotermal memerlukan lebih kecil energi atau kerja,dibandingkan dengan kompresi adiabatik. Tetapi proses kompresi tidakpernah dapat berlangsung isotermal, kecuali dengan penambahan alatpendingin pada kompresor, sehingga udara yang ke luar kompresorbertemperatur sama dengan sebelum masuk kompresor. Alat pendingintersebut dipasang pada kompresor banyak tingkat, terutama pada
kompresor radial. Antar tingkat kompresor dipasang pendingin yang biasadisebut dengan intercooler . Pada gambar 9.17 adalah kompresor duatingkat dengan intercooler . Dengan memasang bertingkat, kompresorakan bekerja lebih ringan, karena menghemat sebagian kerja kompresi.
Gambar 9.17 Penghematan kerja pengkompresian dengan memasangkompresor dua tingkat
Luasan ABCDOA adalah kerja darikompresor untuk kompresi isoternal
Luasan ABC DOA adalah kerja darikompresor untuk kompresi adiabatik
V m3
D
AO
C
B
P atm C *
isotermal
adiabatik
V m3
p atm
p2
V 1 V 2
p1
intercooler
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
53/216
194
Kompresor bertingkat digunakan untuk memperoleh perbandingantekanan yang tinggi. Untuk memperoleh perbandingan tekanan yangbesar, kalau hanya menggunakan kompresi satu tingkat kurang efektifkarena efisiensi volumetriknya rendah, namun sebaliknya kalau jumlah
tingkatnya terlalu banyak, kerugian geseknya menjadi terlalu besar.Karena alasan tersebut, harus dipilih jumlah tingkat yang pas, sehinggaefisiensi proses kompresi tinggi.
E. Efisiensi KompresorE.1. Efisiensi laju kerja adiabatik kompresor
Daya yang diperlukan kompresor tidak hanya untuk proseskompresi gas, tetapi juga untuk mengatasi kendala-kendala mekanis,gesekan-gesekan, kendala tahanan aerodinamik aliran udara pada katupdan saluran saluran pipa, kebocoran-kebocoran gas, proses pendinginan,dan lain-lain. Kendala-kendala tersebut akan mengurangi daya poroskompresor. Namun untuk menentukan seberapa besar pengaruh masing-masing kendala tersebut adalah sangat sulit. Secara teori perhitungandaya yang dibutuhkan untuk proses pemampatan kompresi bertingkatadalah sebagai berikut:
=
11
1mnn
s
d ssad
p
p
n
mnQ pP
=
11
1mnn
s
d
p
p
n
mnC
60000
C Q pP ssad = kW
dimana ad P = daya untuk proses kompresi adiabatis (kW)m = jumlah tingkat kompresiQ s = volume gas ke luar dari tingkat terakhir (m 3 /menit)
( dikondisikan tekanan dan temperatur hisap)ps = tekanan hisap tingkat pertama (N/m 2)pd = tekanan ke luar dari tingkat terakhir ( N/m 2)
n = 1,4 (udara) adiabatis= 1 isotermal
Daya kompresi adiabatis di atas adalah sama dengan daya poroskompresor dikurangi dengan kendala-kendala kompresi atau dapatdirumuskan dengan persamaan sebagai berikut:
bergunakendala porosad PPPP == Secara teori, efisiensi sistem adalah perbandingan daya berguna
dengan daya masuk sistem, maka efisiensi kompresor dapat dirumuskan
dengan persaman berikut:
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
54/216
195
poros
kendala poros
poros
bergunakomp P
PP
P
P ==
poros
ad
P
P=
Berdasarkan rumus tersebut dapat diketahui bahwa semakin tinggiefisiensi, daya poros yang dibutuhkan menjadi berkurang, sehinggasecara ekonomis menguntungkan. Sedangkan untuk menghitung tinggiyang dihasilkan kompresor adalah sebagai berikut:
( )gcc
gC T R
H sd ssi2
22 +=
( )g
cc
g
C v p H sd ss
2
22 +=
dengan
=
11
1mnn
s
d
p
p
nmn
C
=d c kecepatan udara masuk kompresor (m/s)
=sc kecepatan udara ke luar kompresor (m/s)Daya yang dibutuhkan kompresor untuk menghasilkan udara mampatdengan tinggi tekan sebesar H :
gH QP =
1000miso
isoiso
gH QP
= KW
1000mad
ad ad
gH QP
= KW
Contoh :
1. Sebuah kompresor digunakan untuk menghasilkan udara mampatpada sebuah instalasi industri. Pompa meghasilkan tekanan akhirsebesar 3 atm, debit udara masuk kompresor sebesar 7200 m 3 /menit,hitung berapa daya kompresor?. Juga tentukan daya poros apabilaefiseisi kompresor 80% !
Diketahui :
Q s = 7200 m 3 /jam = 7200/3600 m 3 /dtkps = 1 atm = 10130 PaP d = 3 atm = 30390 Pa
n = 1,4
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
55/216
196
Jawab :Kerja kompresor adiabtik
=
1160000
1mnn
s
d sad
p p
nmnQ pP KW
KW x x
Pn
ad 43,011013030390
14,14,1
60000210130 41
14,1
=
=
poros
kendala poros
poro s
bergunakomp
P
PP
P
P ==
poros
ad
P
P=
KW P
Pkomp
ad poro s 54,080,0
43,0 ===
2. Kompresor menghasilkan udara mampat dengan tekanan 1,85 bar,debit aliran 6000 m 3 /jam, kecepatan udara masuk 15 m/s dan kecepatanudara ke luar 25 m/s, berapa tinggi tekan yang dihasilkan kompresor dandaya dari kompresor?
dimana ad P = daya untuk proses kompresi adiabatis (kW)Q s = 2000 m 3 /jamps = 1 bar = 10 5 Pa (N/m 2)Ts = 25 0 CR udara = 287 J/kgKpd = 1,85 bar
n = 1,4 (udara) adiabatis= 1 isotermal=sc 20 m/s
=d c 25 m/sJawab :
Asumsi kompresor bekerja adiabatis, tinggi tekan yang dihasilkan adalah
( )g
cc
g
C T R H sd ssiad
2
22 +=
( )
8,92
2025
8,9
85,0)27325(287 22
x
H ad ++=
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
56/216
197
dengan C = 0,85 dengan p d /p s = 1,85/1
m H ad 5,74315,117420 =+= Daya yang dihasilkan sebesar
mad
ad ad
gH QP
= KW
s
sudaras
T R p
=
s
sudaras p
T R=
( ) 17,127325287100000 =+== xT R
p
sudara
ss
KW x x
x x xPad 76,78
100085,07,0
5,74318,917,136002000
==
Asumsi kompresor bekerja isoeer, tinggi tekan yang dihasilkan adalah:
)g
ccg
C T R H sd ssiad
2
22 +=
( )8,922025
8,985,0)27325(287 22
x H ad
++=
dengan C = 0,85 dengan p d /p s = 1,85/1
m H ad 5,74315,117420 =+= Daya yang dihasilkan sebesar:
mad
ad ad
gH QP
= KW
s
sudaras
T R p
=
s
sudaras p
T R=
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
57/216
198
( ) 17,127325287100000 =+== xT R
p
sudara
ss
KW x x
x x xPad 76,78
100085,07,0
5,74318,917,136002000
==
E.2. Efisiensi volumetrik
Gambar 9.18 Grafik p -V Proses kompresi pada kompresor torak
Jumlah udara mampat yang ke luar kompresor tidak akanmencapai jumlah yang sama dengan jumlah udara yang masukkompresor pada proses penghisapan. Tingkat pencapaian prosespemampatan udara pada kompresor didefinisikan sebagai efisiensivolumetrik, yaitu perbandingan jumlah udara yang dike luarkankompresor sebagai udara mampat dengan jumlah udara yang masukkompresor selama perpindahan torak pada langkah hisap. Adapunperumusannya adalah sebagai berikut ini:
th
sv Q
Q=
dimana Q s = laju volume gas atau kapasitas (m 3)Q th = kapasitas perpindahan torak (m 3)
v = efisiensi volumetrik
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
58/216
199
F. Jenis Penggerak dan Spesifikasi KompresorKompresor merupakan mesin yang membutuhkan penggerak dari
luar. Penggerak yang dapat dipakai adalah motor listrik atau motor bakar.Motor listrik mempunyai keunggulan yaitu tidak berisik, tidakmenimbulkan polusi, murah, dan operasi dan pemeliharaannya mudah[Gambar 9.19]. Motor listrik yang biasa dipakai yaitu jenis motor induksidan motor sinkron. Faktor daya dan efisiensi motor induksi lebih rendahdibanding dengan motor sinkron, akan tetapi harganya lebih murah danpemeliharaannya mudah. Motor sinkron hanya dipakai pada kompresoryang membutuhkan daya yang besar.
Motor bakar dipakai apabila kompresor beroperasi pada daerahyang tidak ada listrik, atau jenis kompresornya portable. Untuk daya-dayakecil dapat menggunakan mesin bensin dan untuk daya-daya yang besar
digunakan mesin diesel.Pemilihan transmisi untuk mentransmisikan daya dari motor
penggerak ke poros kompresor, dapat berdasarkan jenis motorpenggeraknya. Untuk motor penggerak motor listrik biasa dipakai sabukV, kopling tetap, atau rotor terpadu. Sedangkan untuk motor penggerakmotor bakar dapat diapakai transmisi sabuk V, kopling tetap, atau koplinggesek.
Laju volume gas dan tekanan kerja adalah dua hal yang pentingdalam pemilihan kompresor. Kalau dua hal tersebut sudah ditentukan,maka daya kompresor dapat diketahui dengan mengaplikasikanpersaman di atas. Laju volume gas atau kapasitas pada kompresor torakyang biasa tertulis dalam katalog, menyatakan kapasitas perpindahantoraknya sedangkan pada kompresor turbo biasanya kapasitassebenarnya. Kompresor akan bekerja dengan efisiensi adiabatikmaksimum pada kondisi kapasitas normal, apabila bekerja padakapasitas rendah atau terlalu tinggi akan turun efisiensinya. Denganalasan tersebut, pemilihan kapasitas harus benar, sehingga kompresorakan bekerja dengan efisiensi maksimum.
Perhitungan laju volume untuk kompresor torak adalah:
thvs QQ = dimana Q s = laju volume gas atau kapasitas (m 3)
Q th = kapasitas perpindahan torak (m 3)v = efisiensi volumetrik
Tekanan kerja kompresor harus sama dengan tekanan kerjaperalatan yang akan dilayaninya. Tekanan kerja tidak boleh terlalurendah jauh di bawah tekanan normalnya, karena kompresor akanbekerja tidak pada efisiensi maksimumnya. Perhitungan tekanan kerja
normal dari kompresor adalah jumlah dari tekanan yang dibutuhkan
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
59/216
200
peralatan ditambah dengan kerugian tekanan disepanjang saluran, ataudapat dituliskan dengan persamaan:
ugian perala ja p p p kertanker += Berikut ini persyaratan dalam pembelian kompresor yang perlu
diberikan ke pabrik pembuatnya.1. Maksud penggunaan kompresor2. Tekanan hisap3. Tekanan ke luar4. Jenis dan sifat sifat gas yang ditangani5. Temperatur dan kelembaban gas6. Kapasitas aliran volume gas yang diperlukan7. Peralatan yang mengatur kapastas (jenis otomatik atau manual,
bertingkat banyak)8. Cara pendinginan (dengan udara atau dengan air).9. Sumber tenaga10. Kondisi dan lingkungan tempat instalasi11. Jenis penggerak mula, putaran penggerak mula12. Jenis kompresor, jumlah kompresor.
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
60/216
201
m o
t o r
l i s t i k
t r a n s m
i s i
k o m p r e s o r
G
a m
b a r
9 . 1
9 K o m p r e s o r d e n g a n p e n g g e r a
k m o
t o r
l i s r i
k
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
61/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
62/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
63/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
64/216
205
silinder vakum sehingga dengan desakan tekanan udara luar katupterbuka. Sedangkan katup ke luar terbuka karena tekanan silinder sudahcukup kuat untuk membuka katup ke luar. Permasalahan katup tidakberbeda dengan silinder karena katup juga harus bekerja pada tekanan
dan panas yang tinggi, khususnya bagian katup ke luar yang menerimabeban tekanan dan panas tinggi. Pada saluran katup hisap dipasangpenyaring udara, sehingga udara yang dihisap lebih bersih terbebas darikotoran-kotoran yang dapat meyebabkan sumbatan pada katup atausaluran lainnya.
Konstruksi dari katup model cicin [Gambar 9.26], model pita[Gambar 9.27], model katup kanal [Gambar 9.28], dan katup kepak[Gambar 9.29]. Model berbeda-beda tetapi prinsip kerjanya sama.
Gambar 9.26 Konstruksi katup kompresor jenis cincin
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
65/216
206
Gambar 9.27 Konstruksi katup kompresor jenis pita
Gambar 9.28 Konstruksi katup kompresor jenis kanal
Gambar 9.29 Konstruksi katup kompresor jenis kepak
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
66/216
207
Komponen penting lain pada kompresor torak adalah poros engkoldan batang pengerak [lgambar 9.24, 9.25 ]. Kedua komponen inibertugas 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 dapatdikopel langsung, atau dengan transmisi (roda gigi, sabuk, atau puli.Untuk memyeimbangkan gerakan dan juga memperhalus getaran padaporos engkol dipasang pemberat imbangan. Poros engkol dan peralatantambahan lainnya ditopang dengan kotak enkol. Kotak engkol harus kuatdan mampu menahan getaran dari pergerakan torak pada silinder. Porosengkol ditopang dengan bantalan pada bak engkol. Pemilihan bantalanbergantung dari ukuran kompresornya. Bantalan luncur dengan terbelahdua atau empat banyak dipakai, untuk bantalan gelinding dipakaiterutama yang berjenis bola.
Kompresor adalah alat untuk melayani udara mampat dari tekananrendah sampai tekanan tinggi. Untuk peralatan pemampat udara dengantandon penyimpan udara bertekanan (tangki udara), apabila suplai udarabertekanan melebihi dari kapasitas dari yang dibutuhkan, tekanan akannaik tidak terkontrol pada tangki udara, hal ini sangat membahayakankarena tangki dapat pecah. Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukansuatu katup pembebas beban ( unloader ). Dengan alat ini, dapatmengatur laju udara yang dihisap sesui dengan laju aliran ke luar yangdibutuhkan. Pembebas beban dapat digolongkan menurut azas kerjanyayaitu:
1. Pembebas beban katup hisap2. Pembebas celah katup3. Pembebas beban trotel hisap.4. Pembebas dengan pemutus otomatik
Untuk kompresor torak dengan tangki udara banyak menggunakanpembebas katup hisap dan pembebas dengan pemutus otomatik.Sedangkan untuk mengurangi beban pada waktu starter digunakanpembebas beban awal.
Metode pembebas katup hisap banyak dipakai pada kompresorkecil atau sedang. Cara ini menggunakan katup hisap dimana platkatupnya dapat dibuka terus pada langkah hisap atau kompresi sehinggaudara dapat bergerak bebas ke luar masuk silinder tanpa terajadikompresi.
Pada Gambar 9.30 menunjukkan proses kerja dari kompresor torakdengan katup pilot pembebas beban. Fungsi katup itu adalah sebagaipembuang udara mampat dari tangki apabila tekanan di dalam tangkimelebihi batas yang dijinkan. Kompresor akan bekerja pertama kali untukpengisian tangki udara, setiap langkahnya masih normal. Katup hisapakan terbuka karena tekanan vakum dalam silinder dan langkah kompresidimulai. Udara mampat kemudian ke luar lewat katup buang dan masuk
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
67/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
68/216
209
Selama katup hisap terbuka udara mampat dari tangki bebas keluar sehingga tekanan terus menurun sampai tekanan di dalam tangkiudara tidak dapat lagi menekan pegas pilot sehingga katup pilotpembebas tekan tertutup. Hal ini juga menyebabkan torak pembebas
beban pada katup hisap tertutup. Katup hisap kemudian akan bekerjanormal.
Gambar 9.31 Pelumasan paksa pada kompresor
pelumasan dalam
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
69/216
210
Komponen-komponen kompresor torak yang bekerja denganpembebanan tinggi berakibat cepat panas karena gesekan ataumenerima panas dari proses pemampatan. Untuk mengurangi gesekandan mendinginkan komponen-kompenen seperti torak, dinding silinder,
poros engkol, batang torak dan komponen komponen terutama yangbergerak, diperlukan pelumasan. Dengan pelumasan komponen-komponen akan bekerja lebih halus, karena antar permukaan terlindungiminyak pelumas. Panas yang berlebihan pada komponen-komponen jugadapat dihindari, keausan kompenen berkurang, dan kebocoran udara dariruang silinder ke luar lewat cincin torak dapat dihindari.
Gambar 9.32 Pelumasan luar kompresor torak
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
70/216
211
Gambar 9.32 menunjukkan sistem pelumasan luar kompresor torak.Dengan metode ini minyak pelumas didistribusikan ke semua bagiankomponen yang akan dilumasi dengan pompa minyak. Tekanan pompaminyak diatur oleh sebuah alat pengatur tekanan. Minyak sebelum
disalurkan terlebih dahulu ke penyaring minyak pelumas. Metodepelumasan lain adalah dengan pelumasan minyak dalam dimana metodeini banyak dipakai untuk kompresor kapasitas sedang dan besar. Jenispompa minyak yang dipakai adalah pompa plunyer bertekanan tinggi.Untuk pelumasan luar digunakan pompa roda gigi.
Peralatan tambahan yang dipasang pada kompresor torak adalahsebagai berikut:
1. Saringan udara, digunakan untuk menyaring udara yang dihisapkompresor sehingga lebih bersih dan bebas dari kandungan debu
dan pengotor lainnya, terutama yang bersifat korosi.2. Katup pengaman, katup ini harus ada pada instalasi kompresor.
Katup pengaman dipasang pada pipa ke luar dan bekerja apabilatekanan mencapai 1,2 kali tekanan normal maksimum darikompresor
3. Tangki udara, fungsi tangki udara adalah sebagai penampungsekaligus pengatur kapasitas udara mampat.
G.2 Konstruksi kompresor sekrup
Kompresor sekrup adalah termasuk jenis kompresor perpindahanpositif. Berbeda dengan kompresor torak yang mempunyai banyakkomponen pemampatan, kompresor sekrup hanya terdiri dari dua buahsekrup atau ulir. Dua buah sekrup ini adalah komponen pamampatanseperti torak pada kompresor torak. Sekrup satu berbentuk cembung(male skrup ) dan yang kedua berbentuk cekungan ( female screw).Geraknya adalah putaran, bukan bolak-balik, sehingga lebih halus, sedikitmenimbulkan getaran, dan ini sangat menguntungkan apabila beroperasipada putaran tinggi.
Cara kerja dari kompresor skrup adalah sama dengan torak, yaitu
penghisapan, kompresi dan pengeluaran. Akan tetapi, berbeda dengankompresor torak yang kapasitasnya tidak stabil atau terputus-putus,kompresor ini menghasilkan kapasitas udara mampat yang stabil atauterus-menerus.
Kompresor sekrup dibedakan menjadi dua yaitu kompresor sekrup jenis injeksi minyak, dan kompresor sekrup jenis bebas minyak. Sesuaidengan namanya, kompresor sekrup jenis injeksi minyak menggunkanminyak pelumas yang berfungsi ganda yaitu sebagai pendingin danpelumas. Sebagai pendingin, minyak akan mendinginkan udara selamaproses kompresi, sehingga energi kompresi menjadi lebih kecil, hal ini
sesuai dengan teori kompresi isotermal, yaitu selama kompresi dan
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
71/216
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
72/216
213
G a m
b a r
9 . .
3 4 P r o s e s p e m a m p a
t a n p a
d a
k o m p r e s o r s e k r u p
i n j e k s i m i n y a
k
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
73/216
214
Gambar 9.35 Kompresor sekrup injeksi minyak
Peralatan pembantu untuk kompresor sekrup tidak berbeda dengankompresor torak, hanya satu yang lain yaitu pada kompresor sekruptidak mempunyai tangki udara. Peralatan pembantu dan kompresorsekrup ukuran kecil dapat dijadikan satu tempat untuk mengisolasi suarayang timbul.
kompresor sekrup
katup cegah
pemisah minyak
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
74/216
215
Gambar 9.36 Kompresor sekrup kecil kompak jenis injeksi minyak
G.3.Konstruksi kompresor sudu luncur
Jenis kompresor rotari lainnya yang masih termasuk kompresorperpindahan positif adalah kompresor sudu luncur. Dinamakan demikiankarena kompresor ini mempunyai sudu-sudu yang meluncur bebas padarumah yang berbentuk silinder. Sudu-sudu tersebut terpasang pada parit-parit rotor. Karena letak rotor yang eksentrik tidak berada pada titiktengah silinder, ruang di antara sudu-sudu menjadi tidak sama. Hal inidimaksudkan untuk proses pemampatan pada waktu rotor diputar.Dengan memutar poros yang sekaligus memutar rotor, pertama-tamapada daerah hisap, volume membesar sehingga tekanan menjadi vakumdan udara akan terhisap. Udara yang terjebak di antara sudu-sudu luncurakan didesak ke ruang yang lebih sempit lagi yaitu di daerahpengeluaran. Adapun proses selengkapnya dapat dilihat pada Gambar9.37.
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
75/216
216
Gambar 9.37 Kompresor sudu jenis injeksi minyak
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
76/216
217
Tabel 11.1 Komponen kompresor sudu luncur
No Nama Komponen
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 9.37 menunjukkan sebuah kompresor sudu luncurtingkat dua. Rotor dengan poros menjadi satu, dan kedua ujungnyaditumpu dengan bantalan. Rotor dihubungkan dengan kopling roda gigi.Pelumasan dan pendinginan dilayani oleh pompa minyak yang dipasangpada kedua ujung poros. Kompresi jenis ini biasanya terdapat padakompresor injeksi minyak. Sudu-sudu yang meluncur pada permukaansilinder harus dilumasi sehingga keausan material dapat diminimalkan.
Peralatan tambahan sama dengan kompresor sekrup injeksi minyak.
Gambar 9.38 Kompresor Roots
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
77/216
218
G.4.Konstruksi kompresor jenis roots
Kompresor atau blower jenis Roots [Gambar 9.38] mempunyai duabuah rotor yang masing-masing mempunyai dua buah gigi (Lobe) danbentuknya mirip dengan kepongpong. Kedua rotor berputar serentakdengan arah yang berlawanan di dalam sebuah rumah. Sumbu gigi kedurotor selalu tegak lurus antara satu dengan lainnya.
Cara kerjanya adalah sebagai berikut. Apabila kedua rotor diputar,ke dua lobe gigi akan berputar, pada saat mulai berputar tekanan didaerah hisap vakum, sehingga udara masuk ruang diantara lobe gigidengan dinding blower kanan atau kiri, saling bergantian. Karena udarasemakin didesak ke ruang yang lebih sempit, tekanananya mejadi naik,dan pada daerah pengeluaran udara tersebut dike luarkan.
Gambar 9.39 Kompresor Roots
Pada Gambar 9.39 adalah kompresor jenis roots yang banyakdipakai untuk industri. Kompresor mempunyai unjuk kerja di antarakompresor sentrifugal dan kompresor torak. Kelebihan kompresor inidibanding dengan kompresor jenis lain yaitu:
1. Kompresor tidak menimbulkan surging2. Putarannya mudah divariasi3. Kapasitas mudah diatur dengan jalan pintas4. Bebas minyak
poros
bantalan
puli penggerak
-
7/31/2019 20080820185903-teknik_mesin_industri_2-2
78/216
219
H. Konstruksi Kompresor Rotari Aksial dan RadialKonstruksi kompresor rotari adalah sama dengan konstruksi pompa
sentrifugal. Konstruksi utama dari kompresor jenis ini adalah impeler atausudu kompresor, rumah rumah sudu, poros kompresor. Pada Gambar9.40 adalah sebuah kompresor tekanan rendah atau blower. Kompresoraksial dan radial banyak dirancang untuk melayani kapasitas udara yangbesar yaitu pada industri-industri besar. Kelebihan dari kompresor jenisini adalah dapat dibuat
top related