Komponen dan Kapasitas Kompresor

KOMPRESOR

Pengertian, Komponen, Kapasitas, dan Perawatan Kompresor

   Kompresor adalah mesin atau alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan atau memampatkan fluida gas atau udara. Kompresor biasanya menggunakan motor listrik, mesin diesel atau mesin bensin sebagai tenaga penggeraknya. Udara bertekanan hasil dari kompresor biasanya diaplikasikan atau digunakan pada pengecatan dengan teknik spray/ air brush, untuk mengisi angin ban, pembersihan, pneumatik, gerinda udara (air gerinder) dan lain sebagainya.

   Prinsip kerja kompresor dapat dilihat mirip dengan paru-paru manusia. Misalnya ketika seorang mengambil napas dalam – dalam untuk meniup api lilin, maka ia akan meningkatkan tekanan udara di dalam paru-paru, sehingga menghasilkan udara bertekanan yang kemudian digunakan atau dihembuskan untuk meniup api lilin tersebut.

1. Klasifikasi Kompresor  

Secara umum kompresor dibedakan menjadi dua jenis yaitu kompresor dinamis dan kompresor perpindahan positif.

1. Kompresor Perpindahan Positif

   Kompresor perpindahan positif dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu kompresor piston (reciprocating compressor) dan kompresor putar (rotary).

1.1.A Kompresor piston (Reciprocating)

      1) Kompresor piston kerja tunggal

   Kopresor piston kerja tunggal adalah kompresor yang memanfaatkan perpindahan piston, kompresor jenis ini menggunakan piston yang didorong oleh poros engkol (crankshaft) untuk memampatkan udara/ gas. Udara akan masuk ke silinder kompresi ketika piston bergerak pada posisi awal dan udara akan keluar saat piston/torak bergerak pada posisi akhir/depan.

       2) Kompresor piston kerja ganda

     Kompresor piston kerja ganda beroperasi sama persis dengan kerja tunggal, hanya saja yang menjadi perbedaan adalah pada kompresor kerja ganda, silinder kompresi memiliki port inlet dan outlet pada kedua sisinya. Sehingga meningkatkan kinerja kompresor dan menghasilkan udara bertekanan yang lebih tinggi dari pada kerja tunggal.

        3) Kompresor diafragma

  Kompresor diafragma adalah jenis klasik dari kompresor piston, dan mempunyai kesamaan dengan kompresor piston, hanya yang membedakan adalah, jika pada kompresor piston menggunakan piston untuk memampatkan udara, pada kompresor diafragma menggunakan membran fleksible atau difragma.

1.1.B  Kompresor putar (Rotary)

            1) Kompresor screw (Rotary screw compressor)

Kompresor screw merupakan jenis kompresor dengan mekanisme putar perpindahan positif, yang umumnya digunakan untuk mengganti kompresor piston, bila diperlukan udara bertekanan tinggi dengan volume yang lebih besar.

Kompresor screw sendiri dibagi menjadi dua jenis :

                   a.) Kompresor Doble Screw 

   Disebut Doble screw karena memiliki sistem dua buah ulir yang berdekatan dan saling berputar searah sehingga udara yang masuk melalui port inlet terkompresi oleh 2 buah ulir yang berputar.

                   b.) Kompresor Single Screw 

  Sistem single screw hampir sama dengan Double, yang membedakannya adalah penggunaan satu buah ulir yang diapit dua buah komponen gear yang berputar dan mengkompresi udara.

          2) Lobe

Kompresor lobe atau sering disebut kompresor blower root, dalam bentuk yang paling sederhana, terdiri dari dua rotor dengan lobe (sudu) yang berputar dan mempunyai saluran masuk dan buang. Carakerja kompresor ini mirip dengan cara kerja pompa roda gigi. Lobe di desain sedemikian sehingga kedap udara (rapat) pada titik singgung dengan rumahnya. Ketika rotor berputar, udara pada tekanan atmosfir terperangkap pada ruang yang terbentuk antara lobe dan rumahnya. Gerakan berputar dari lobe akan membuang udara yang terperangkap ke receiver (penampung udara). Sehinggamakin banyak udara yang masuk ke receiver maka makin naik tekanannya, yang pada akhirnya tekanan tinggi akan dihasilkan oleh receiver

          3) Vane

Tipe Vane adalah Rotary Vane Compressor menggunakan vane atau blade yang berfungsi untuk mengkompres udara yang masuk. Udara yang masuk dari port inlet di kompresi oleh vane atau blade yang berputar di dalam casing menuju sisi outlet.

     

          4) Scroll

Rotary scroll adalah compressor merupakan tipe kompresor yang elegan. Jenis scroll kompresor menggunakan sistem penggulungan udara, gulungan tepi luar memerangkapkan udara dan ketika gulungan berputar udara yang berada di tepi luar dari gulungan akan bergerak ke ruang tengah gulungan dan mengakibatkan pengkompresan udara di ruang tengah sebelum ke port outline nya.

2. Kompresor dinamis

Kompresor dinamis dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu kompresor sentrifugal dan kompresor aksial.

2.A Kompresor sentrifugal

Kompresor sentrifugal merupakan kompresor yang memanfaatkan gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh impeller untuk mempercepat aliran fluida udara (gaya kinetik), yang kemudian diubah menjadi peningkatan potensi tekanan (menjadi gaya tekan) dengan memperlambat aliran melalui diffuser.

2.B Kompresor aksial

Kompresor aksial adalah kompresor yang berputar dinamis yang menggunakan serangkaian kipas airfoil untuk semakin menekan aliran fluida. Aliran udara yang masuk akan mengalir keluar dengan cepat tanpa perlu dilemparkan ke samping seperti yang dilakukan kompresor sentrifugal. Kompresor aksial secara luas digunakan dalam turbin gas/udara seperti mesin jet, mesin kapal kecepatan tinggi, dan pembangkit listrik skala kecil.

 2. Komponen Utama Kompresor  

Pada artikel ini membahas tentang komponen untuk kompresor
 1. Kompresor piston
 2. Kompresor rotary type screw, dan
 3. Kompresor sentrifugal

2.1.    Komponen Utama Kompresor Piston

       1. Frame (Kerangka)

Kerangka berfungsi sebagai tempat dudukan poros engkol, bantalan, silinder, serta tempat penampungan minyak pelumas.
2. Crank Shaft (Poros Engkol)

Berfungsi untuk mengubah gerakan rotasi (berputar) menjadi gerak translasi (lurus bolak-balik).
3. Connecting Rod (Batang Penghubung)

Connecting rod berfungsi untuk meneruskan gaya dari crank shaft ke batang torak melalui cross head. Agar mampu menahan beban ketika kompresi, connecting rod harus tahan bengkok dan juga kuat.
4.Cross Head (Kepala Silang)

Cross head berfungsi untuk meneruskan gaya dari connecting rod ke batang torak. Cross head bisa meluncur di bantalan luncurnya.
5. Cylinder (Silinder)

Cylinder merupakan tempat kedudukan dari water jacket dan cylinder liner.
6. Cylinder Liner (Liner Silinder)

Ketika piston torak melakukan proses ekspansi, pemasukan, kompresi, dan juga pengeluaran memerlukan lintasan. Lintasan yang dimaksud adalah Cylinder Liner.
7. Front and Rear Cylinder Cover

Gas atau udara yang ada di dalam silinder perlu ditahan agar tidak keluar. Untuk menahannya diperlukan silinder cover pada bagian front dan rear.
8. Water Jacket

Water jacket merupakan ruangan di dalam silinder yang berfungsi sebagai tempat bersirkulasinya air sebagai pendingin.
9. Piston (Torak)

Piston atau torak merupakan part yang berperan untuk menghandel gas atau udara pada proses suction (pemasukan), compression (kompresi), dan discharge (pengeluaran).
10. Piston Rings (Cincin Torak)

Gas atau udara yang berada di antara dinding cylinder liner dan permukaan torak seringkali mengalami kebocoran. Dengan adanya piston rings ini kebocoran akan berkurang.
11. Piston Rod (Batang Torak)

Piston rod atau batang torak berfungsi untuk meneruskan gaya dari cross head ke piston.
12. Packing Rod (Cincin Penahan Gas).

Dalam pergerakan piston rod dan berhubungan dengan bagian yang diam yaitu cylinder, kebocoran gas bisa saja terjadi karena adanya clearance atau celah dari kedua bagian tersebut. Untuk menahan kebocoran tersebut diperlukan packing rod yang terdiri dari beberapa ring segment.
13. Ring Oil Scraper

Dengan adanya ring oil scraper, maka kebocoran minyak pelumas pada frame dapat dicegah, dan itulah fungsi dari ring oil scraper.
14. Compressor Valve (Katup Kompresor)

Compressor valve bekerja membuka dan menutup secara otomatis. Hal ini terjadi karena terjadinya perbedaan tekanan antara bagian luar dan dalam dari cylinder. Compressor valve mengatur masuk dan keluarnya gas atau udara.

2.2.    Komponen Utama Kompresor Screw/ Scrup

1. Rangka/ frame

Berfungsi untuk mendukung bagian kompresor diatas pondasi. Frame harus kuat menahan seluruh beban dan getaran yang ditimbulkan dari kompresor.

2. Casing

Bagian paling luar kompresor berfungsi sebagai pelindung bagian-bagian didalamnya,

juga sebagai tempat kedudukan dari rotor.

3. Rotor 

Merupakan element utama dari kompresor sekrup/screw,berfungsi sebagai media pemampat udara.

     4. Bantalan poros/ bearing

     Berfungsi menahan gaya aksial karena perbedaan tekanan antara discharge dan suction kompresor, selain itu bantalan poros juga berfungsi sebagai peredam getaran karena putaran tinggi dan juga untuk mengurangi keausan poros akibat gesekan.

5. Mechanical seal

Berfungsi mencegah kebocoran dimana celah-celah poros yang keluar dari casing.

(poros yang dihubungkan dengan penggerak)

6. Poro/ shaft

Merupakan tempat kedudukan dari rotor sehingga dapat berputar.

7. Katup geser

Berfungsi mengatur kapasitas kompresor dari 0% - 100%  atau sebaliknya, katup ini digerakan oleh unloader valve.

8. Unloader Valve

Berfungsi menggerakan katupkapasitas, unloader piston bergerak otomatis setelah tekanan discharger telah mencapai ±5,9 bar, tekanan akan turun sampai 4,4 bar dan kemudian setelah ±7 detik kompresor akan load secara otomatis.

9. Piston keseimbangan

Berfungsi menahan gaya aksial dari rotor(mengurangibeban dari thrust bearing).

10. Lubang minyak pelumas

Berfungsi sebagai tempat masuknya minyak pelumas kompresor, minyak pelumas digunakan untukmengatasi rotor, bearing,balance piston dan unloader valve.

11. Katup hisap

Berfungsi mengatur udara masuk kompresor.

12. Sisi keluar

Berfungsi sebagai saluran udara keluar dari kompresor.

2.3.    Komponen Utama Kompresor Sentrifugal

Kompresor sentrifugal terdiri dari komponen statis dan dinamis. Komponen-komponen tersebut terdiri dari beberapa bagian yang fungsinya saling berhubungan. Komponen statis disebut stator dan komponen dinamis disebut juga rotor. Berikut akan dijelaskan komponen statis dan dinamis.
a) Komponen Statis
    1. Casing
Casing merupakan bagian terluar kompresor yang berfungsi :

• Pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar.
• Pelindung dan penumpu dari bagian yang bergerak.
• Tempat kedudukan suction port dan discharge port serta bagian diam lainnya.

    2. Inlet wall
Merupakan diafragma atau dinding penyekat yang dipasang pada sisi masukan sebagai inlet channel dan berhubungan dengan inlet port. Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka material inlet wall harus tahan terhadap abrasi dan erosi.
    3. Guide van
Guide van ditempatkan pada bagian depan eye impeller pertama pada bagian inlet channel. Fungsi utamanya adalah mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi merata. Konstruksi vane terbagi dua, yaitu fixed dan movable posisi sudutnya dengan tujuan agar operasi kompresor dapat bervariasi dan dicapai effisiensi dan stabilitas yang tinggi.
    4. Eye Seal
Ditempatkan di sekeliling bagian luar eye impeller dan ditumpu oleh inlet wall. Eye seal memiliki fungsi mencegah aliran balik dari gas yang keluar dari discharger impeller kembali ke sisi suction.
    5. Diffuser
Berfungsi untuk mengubah energi kecepatan yang keluar dari discharge impeller menjadi energi potensial. Untuk multi stage dipasang diantara inter stage impelller.
    6. Return Bend
Berfungsi membelokkan arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk pada stage berikutnya. Return bend dibentuk oleh susunan diafragma yang dipasang dalam casing.
    7. Return Channel
Merupakan saluran yang berfungsi memberikan arah aliran gas dari return bend masuk ke dalam impeller berikutnya. Return channel dilengkapi dengan fixed vane dengan tujuan memperkecil turbulensi aliran gas pada saat masuk stage berikutnya sehingga dapat memperkecil vibrasi.
    8.Diafragm
Merupakan bagian dalam kompresor yang berfungsi sebagai penyekat antara stage dan tempat kedudukan eye seal maupun interstage seal. Dengan pemasangan diafragma secara seri, maka akan terbentuk tiga bagian penting, yaitu diffuser,return bend, dan return channel.

b)  Komponen Dinamis
    1. Shaft and Shaft Sleeve
Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeller dan meneruskan daya dari turbin gas ke impeller. Untuk penempatan impeller pada shaft digunakan pasak. Pada kompresor multistage, posisi pasak dibuat selang-seling agar seimbang. Sedangkan jarak antar stage dari impeller digunakan shaft sleeve yang berfungsi sebagai pelindung shaft terhadap korosi, erosi, abrasi dari alairan dan sifat gas, serta untuk penempatan shaft seal diantara stage impeller.
     2. Impeller
Impleller berfungsi menaikkan tekanan dan menaikkan kecepatan tangensial gas dengan mekanisme perputaran sehingga menimbulkan gaya inersia pada gas. Hal ini menyebabkan gas mengalir dari eye impeller ke discharge tip. Karena adanya perubahan jari-jari pada sumbu putar antara tip sudu masuk dengan sudu keluar maka terjadi kenaikan energi kinetik.
     3. Bearing
Merupakan bagian internal kompresor yang berfungsi untuk mendukung beban radial dan aksial yang berputar dengan tujuan memperkecil gesekan dan mencegah kerusakan pada komponen lainnya.

3.ESTIMASI KAPASITAS PADA KOMPRESOR 

3.1. Head

     Energi dibutuhkan untuk mengubah kuantitas gas dari suatu nilai tekanan ke tekanan yang lebih tinggi. Head didefinisikan sebagai energi yang ditambahkan pada gas melalui mekanisme percepatan yang terjadi akibat perputaran impeller. Head dibutuhkan untuk mencapai suatu rasio tekanan tertentu. Head terbagi menjadi dua, head isentropik dan head politropik.

1.  Head Isentropik

     Merupakan energi per satuan massa yang diperlukan oleh kompresor pada kondisi tanpa adanya perpindahan panas pada sistem. Head isentropik mengabaikan keugian-kerugian yang terjadi selama proses untuk mencapai rasio tekanan tertentu. Persamaan Head Isentropik :

Dimana:

Hisen      : Head isentropik (ft.lbf/lbm)

T1          : Temperatur masuk ( 0F )

Zavg       : Faktor kompresibilitas rata-rata saat masuk dan keluar

P1          : Tekanan masuk (Psia)

P2          : Tekanan keluar (Psia)

SG          : Spesific gravity

ϒ           : Rasio panas spesifik

2.  Head Politropik

    Merupakan energi per satuan massa yang diperlukan oleh kompresor pada proses politropik dengan kondisi gas saat masuk dan saat keluar kompresor sama. Head politropik merupakan head yang telah mempertimbangkan kerugian-kerugian yang terjadi selama proses penambahan energi pada aliran gas. Head yang lebih besar dibutuhkan untuk mengkompensasikan kerugian yang terjadi selama proses kompresi untuk mencapai suatu rasio tekanan tertentu. Persamaan Head Politropik:

Dimana:

Hpoly      : Head polytropik (ft.lbf/lbm)

T1           : Temperatur masuk ( 0F )

Zavg        : Faktor kompresibilitas rata-rata saat masuk dan keluar

P1           : Tekanan masuk (Psia)

P2           : Tekanan keluar (Psia)

SG           : Spesific gravity

n             : Eksponen polytropik

Nilai n merupakan kondisi gas selama kompresi. Nilai n membandingkan antara kondisi tekanan dan temperatur saat masuk dan keluar kompresor. Penurunan nilai n menyebabkan penurunan nilai perbandingan antara rasio temperatur dan rasio tekanan, sehingga head yang dibutuhkan pun semakin kecil. Persamaan yang digunakan untuk mencari nilai n:

Dimana :

T1          : Temperatur masuk kompresor

T2          : Temperatur keluar kompresor

P1          : Tekanan masuk kompresor

P2          : Tekanan keluar kompresor

3.2. Efisiensi

    Efisiensi didefinisikan sebgai perbandingan antara head pada kondisi isentropik dengan head yang terjadi selama proses di lapangan. Efisiensi menggambarkan kondisi yang dapat diraih oleh suatu kerja kompresor agar dapat mencapai suatu rasio tekanan tertentu. Efisiensi dapat dihitung dengan persamaan:

3. Debit Aliran

Laju aliran gas pada kompresor sentrifugal dapat dinyatakan dalam berbagi bentuk seperti:

1.Actual inlet volume flow, merupakan laju aliran yang terjadi pada tekanan dan temperatur yang terjadi di lapangan. Persamaanya adalah

Dimana :

Q         : Laju aliran (cfm)

Z1        : Faktor kompresibilitas pada aliran masuk kompresor

Ts        : Temperatur masuk ( 0F )

Ps        : Tekanan masuk (Psia)

2. Standard inlet volume flow pada kondisi standard yaitu 14,7 Psia dan suhu 600F = 5200 R

3. Mass flow rate : laju aliran yang dinyatakan dalam satuan kg/s. Persamaannya :

Dimana :

m         : Laju aliran massa (lb/s)

Q         : Actual inlet volume flow

ρ          : Densitas (lbm/ft3)

60        : Faktor konversi menit ke detik

3.4. Daya

       Daya merupakan faktor penting pada kinerja kompresor sentrifugal karena berkaitan dengan aliran massa yang dapat dialirkan pada kompresor dan head yang dihasilkan selama proses kompresi. Daya pada kompresor sentrifugal terbagi dua :

    1. Daya poros kompresor

Dimana:

Wcc       : Daya penggerak poros (HP)

Qstd      : Laju standard gas (mmscfd)

SG         : Spesific gravity

Ƞ          : Efisiensi (%)

     2.  Daya Gas

     Daya gas merupakan fungsi antara daya penggerak kompresor dengan efisiensi mekanis. Selama proses kompresi, kompresor sentrifugal mengalami kehilangan daya (intenal losses) yang terjadi friksi pada kompresor.

Wgas = Wcc x ƞmech

Dimana:

Wgas     : Daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan gas (HP)

ƞmech   : Efisiensi mekanis

4. Penempatan Pada Kompresor   

    Hal  yang harus diperhatikan dalam penempatan kompresor:

•     Instalasi kompresor harus dipasang sedekat mungkin ke tempat yang membutuhkan udara bertekanan.
•      Mudah untuk perawatan dan inspeksi.
•      Ruangan harus terang, luas dan berventilasi baik.
•      Dekat kompresor tidak boleh ada zat yang mudah terbakar atau meledak.
•      Suhu kamar harus  < 40^o C
•      Sebaiknya ditempatkan di ruangan untuk menghindari hujan secara langsung.

5.Hal Yang Perlu Diperhatikan Dalam Pengoprasian Kompressor   

⇒ Cek oli, pastikan levelnya minimal setengah dan tidak lebih dari 3/4 pada oil glass.
⇒ Periksa belt, pastikan tidak terlalu kendur namun juga tidak terlalu kencang.
⇒ Pastikan daya yang tersedia minimal 2 kali lipat dari daya yang tertera pada motor.
⇒ Untuk mesin kompresor, (pastikan oli dan bahan bakar tersedia).
⇒ Start/On pada switch (recoil untuk engine dan gunakan pengaturan gas untuk start, setelah  stabil, kembalikan pada posisi awal).
⇒ Pastikan motor mati/Off jika pressure gauge menunjuk 8 bar dan kembali hidup/On pada 5 bar(untuk kompresor berkapasitas 12 bar akan mati/Off jika pressure gauge menunjuk12 bar dan kembali hidup/On pada 9 bar).
⇒ Untuk kompresor engine, matikan secara manual dengan engine switch off.
⇒ Setelah selesai menggunakan unit ini, buang seluruh angin yang tersisa di dalam tangki melalui drain valve.

6. Hal Yang Dilakukan untuk Menjaga Keawetan Kompresor 

1. Gunakan kompresor sesuai aplikasinya.
2. Perhatikan debit pengisian tangki, harus lebih besar dari debit penggunaannya
3. Usahakan sedapat mungkin agar motor memiliki tenggang waktu yang cukup untuk hidup dan mati, minimal 5-10 menit.
4. Letakan kompresor di tempat dengan sirkulasi udara yang baik.
5. Hindarkan kompresor dari hujan/air maupun sinar matahari secara langsung (letakan di tempat terlindung).
6. Pastikan minimal sekali dalam seminggu untuk menguras tangki dengan angin (sebaiknya tiap hari).

Referensi utama: 

Ir. Sularso, MSME dan Prof. Dr. Haruo Tahara, Pompa dan Kompresor, PT  Pradnya Paramita, Jakarta, 1983.