tugas 1_resume dasar pompa hubungan dgn mekflu_perpan_termo
TRANSCRIPT
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
1/19
TUGAS- 1
RESUME
ASPEK MEKANIKA FLUIDA, PERPINDAHAN PANAS &
TERMODINAMIKA PADA POMPA DAN KOMPRESOR
Disusun oleh :
Endra Dwi Purnomo I1414019
S1 TEKNIK MESIN TRANSFER
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
2/19
Resume Dasar Pompa & Kompresor
Aspek Mekanika Fluida, Perpindahan Panas, Termodinamika
Pada Kompresor dan Pompa
A.Pendahuluan
A.1 Pengertian Pompa (Pump)
Menurut definisi rekayasa mekanikapompa adalah sebuah alat mekanika
yang digunakan untuk mengalirkan cairan. Hal ini dilakukan dengan cara
menaikkan tekanan sedemikian rupa sehingga sistem fluida (dalam bentuk cairan)
itu mempunyai tekanan yang tinggi di sisi hisap pompa, dan tekanan yang rendah
di sisi keluar pompa. Fluida mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Fluida
yang dimasud adalah fluida Uncompressible.
Pompa adalah alat untuk menggerakan cairan atau adonan. Pompa
menggerakan cairan dari tempat bertekanan rendah ke tempat dengan tekanan yang
lebih tinggi, untuk mengatasi perbedaan tekanan ini maka diperlukan tenaga
(energi).
Pompa digunakan untuk mengalirkan fluida dalam bentuk cairan, bukan
gas, pompa tidak digunakan untuk mengalirkan fluida kompresibel. Untuk
mengalirkan fluida kompresibel, ada istilah atau alat lain yang digunakan yaitu
kompresor.
A.2 Kompresor (Compressor)
Kompresor (Compressor) menurut definisi rekayasa mekanika adalah
sebuah alat mekanika yang digunakan untuk mengalirkan gas. Fluida yang dimasud
adalah fluida Compressible)
Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan
tekanan fluida mampu mampat, yaitu gas atau udara. tujuan meningkatkan tekanan
dapat untuk mengalirkan atau kebutuhan proses dalam suatu system proses yang
lebih besar (dapat system fisika maupun kimia contohnya pada pabrik-pabrik kimia
untuk kebutuhan reaksi). Secara umum kompresor dibagi menjadi dua jenis yaitu
dinamik dan perpindahan positif.
Secara prinsip, kedua benda ini sama. Masing-masing terdiri dari motor
penggerak dan juga bagian untuk meningkatkan tekanan di sisi hisap dan
merendahkan tekanan di sisi keluar. Tapi keduanya tidak sama pada segi aplikasi
karena cara peningkatan tekanan tersebut dilakukan dengan dua cara yang berbeda.
Kedua alat ini tidak dapat saling dipertukarkan. Kompresor tidak dapat digunakan
untuk mengalirkan cairan dan pompa tidak dapat digunakan untuk mengalirkan gas.
http://en.wikipedia.org/wiki/Pumphttp://en.wikipedia.org/wiki/Pumphttp://en.wikipedia.org/wiki/Pumphttp://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_engineeringhttp://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_engineeringhttp://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_engineeringhttp://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_engineeringhttp://en.wikipedia.org/wiki/Pump -
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
3/19
B.Aspek Mekanika Fluida Pada Pompa Dan Kompresor.
B.1 Aspek Mekanika Fluida Pada Pompa
Mekanika fluida merupakan disiplin ilmu bagian dari bidang mekanika
terapan yang mengkaji perilaku dari zat - zat cair dan gas dalam keadaan diam
ataupun bergerak. Teori mekanika fluida berhubungan erat dengan fluida. Secara
sederhana fluida bisa diartikan sebagai zat cair. Namun pada kenyataannya tidak
semua zat cair bisa dikategorikan sebagai fluida. Secara khusus, fluida diartikan
sebagai zat yang berdeformasi terus-menerus selama dipengaruhi suatu tegangan
geser. Salah satu pembahasan dari mekanika fluida adalah dinamika fluida yang
akan kami bahas lebih spesifik dalam resume ini adalah kinerja pompa.
Pompa adalah suatu mesin yang menambahkan energi ke cairan dengan
tujuan untuk meningkatkan tekanannya atau memindahkan cairan tersebut melaluipipa. Secara garis besar, pompa dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu : Pompa
sentrifugal dan Pompa positive displacement.
Jika disebut nama pompa tentu yang pertama kita ingat, adalah pompa air
karena pompa ini mungkin yang berkenaan langsung dengan kehidupan kita sehari-
hari. Padahal jenis pompa sebenarnya tidak hanya pompa air saja, ada banyak jenis
pompa yang digunakan manusia untuk membantu meringankan tugasnya.
Pompa secara sederhana didefinisikan sebagai alat transportasi fluida cair.
Jadi, jika fluidanya tidak cair, maka belum tentu pompa bisa melakukannya.
Misalnya fluida gas, maka pompa tidak dapat melakukan operasi pemindahan
tersebut. Namun, teknologi sekarang sudah jauh berkembang di mana mulaidiperkenalkan pompa yang multi-fasa, yang dapat memompakan fluida cair dan
gas. Namun dalam tulisan ini, hanya dibahas tentang pompa yang mengalirkan
fluida cair, dan topiknya dipersempit untuk yang berjenis sentrifugal.
Fluida merupakan zat yang dapat berubah bentuk secara terus
menerus jika terkena tegangan geser meskipun tegangan geser itu kecil. Tegangan
geser adalah gaya geser dibagi dengan luas permukaan tempat adanya gaya geser
tersebut. Gaya geser adalah komponen gaya yang menyinggung permukaan.
Fluida mempunyai dua sifat fisik yaitu viskositas dan densitas. Dimana
viskositas adalah sifat fluida yang diberikannya tahanan terhadap tegangan geser
oleh fluida tersebut. Besar kecilnya viskositas fluida tergantung pada suhu fluidatersebut. Untuk fluida cair, makin tinggi suhunya, maka viskositasnya makin
kecil, sedang untuk fluida gas, makin tinggi suhunya, maka viskositasnya makin
besar. Sedangkan densitas atau kerapatan suatu fluida didefinisikan sebagai massa
per satuan volume.
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
4/19
1. Sifat-Sifat Fluida
Terdapat beberapa sifat fluida, antara lain :
A.Kerapatan
Besarnya kerapatan adalah = m/V .......................(1)
dimana : = kerapatan udara ( kg/m)
m = massa zat cair ( kg )
V = volume (m)
Hubungan anatara kerapatan dan berat jenis adalah :
= . g ....(2)
dimana : = berat jenis ( kg/ ms )
= kerapatan massa ( kg/m )
g = percepatan gravitasi ( m/s )
Hubungan antara kerapatan dengan volume jenis (v) adalah :
v = 1/.....(3)
B.Kekentalan
Dalam beberapa masalah mengenai gerak zat cair, kekentalan absolute
atau dinamik dihubungkan dengan rapat massa dalam bentuk :
v = / ..(4)
dimana :
vk = Kekentalan kinematik (m/s)
= Kekentalan dinamik ( Ns/m)
= Kerapatan massa (kg/m)
2. Aliran Fluida dalam pipa
Pada pipa lurus diklasifikasi menjadi aliran laminer, aliran transisi dan
aliran turbulen dapat dipakai bilangan Reinolds :
Re = V.D / v ........(5)
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
5/19
dimana : Re = bilangan reinold
V = kecepatan ratarata aliran dalam pipa (m/s)
D = diameter dalam pipa ( m )
v = kekentalan kinetik (m/s)
Jika Re < 2.300, aliran bersifat laminer
Jika Re > 4.000, aliran bersifat turbulen
Jika Re = 2.3004000, terdapat daerah transisi dimana aliran dapat bersifat
laminer atau turbulen tergantung pada kondisi pipa dan aliran.
3. Debit Aliran
Sejumlah volume zat cair yang dipindahkan dalam suatu tempat ke tempat
lain pada tiap satuan waktu tertentu. Disamping itu debit merupakan
kecepatan air mengalir pada luas tempat yang dilaluinya.
Q = V / t = v . A .....(6)
dimana : Q = Debit atau Kapasitas Aliran (m3/mnt)
V = Volume zat cair (m)
A = Luas penampang (m)
v = kecepatan aliran (m/sc)
t = waktu (second)
4. Hukum Kontinuitas Aliran
Perbandingan Efektifitas Kapasitas Aliran Masuk dan Keluar Sistem
perpiapaan Konstan.
Q = v1.A1 = v2.A2 ...(7)
dimana :
v1,2 = Kecepatan aliran masuk dan keluar pipa (m/s)
A1,2 = Kapasitas aliran masuk dan keluar pipa (m)
5. Faktor Gesekan dalam Pipa
A.
Kerugian head gesek dalam pipa
hf = .L.v / D.2 g ............................................(8)
dimana : Hf = kerugian head gesek (m)
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
6/19
= kerugian head gesek (m)
L = panjang pipa (m)v = kecepatan ratarata di dalam pipa (m/s)
D = diameter dalam pipa (m)
g = percepatan grafitasi (m/s)
B. Pertimbangan perlambatan aliran dalam pipa dikarenakan tingkat
kehalusan pipa yang digunakan (/d). Hal ini dipengaruhi material dan
besar diameter pipa yang digunakan. Selain itu juga dipengaruhi oleh
jenis aliran yang mengalir dalam pipa tersebut (Re).
B.2 Aspek Mekanika Fluida Pada Kompresor
Dilihat dari ilmu mekanika fluida untuk kompresor sekilas hampir
sama dengan pompa, yaitu dengan memperhatikan hal hal yang dapat
menghilangkan / mengurangi kecepatan aliran fluida dari kompresor dan
dengan tujuan untuk mengetahui bilangan Reynold yang memunjukkan
rasio dari viskositas dengan gaya viskos yang dialami fluida, karena dalam
aplikasinya kompresor sering dihubungkan dengan suatu sistem persaluran
fluida (perpipaan). Belokan pada pipa menyebabkan terjadinya jatuh-
tekanan, terlebih udara yang melewati pipa ini akan masuk menuju
ruang bakar, dimana nilai tekanan dan kecepatan udara merupakan
faktor yang penting. Adanya jatuh-tekan ini disebabkan karena
terjadinya seondary flow, yang biasa terjadi pada belokan pipa. Lebih
jauh, secondary flow pada belokan pipa juga dapat terjadi dengan pola
aliran berputar (swirl) karena gaya sentripetal yang dialami oleh aliran.
Kompresor umumnya hanya mempunyai satu aliran (hanya satu
saluran masuk dan keluar), sehingga umumnya hanya disimbolkan dengan
subskrip 1 untuk aliran masuk dan 2 untuk aliran keluar dapat dihitung
dengan :
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
7/19
Dimana
r = densitas, kg/m 3
v = volume spesifik, m3/kg (1/r)
V = kecepatan aliran rata-rata, m/s
A = luas penampang (normal terhadap arah aliran), m2
Kompresor, sama seperti pompa, kipas dan blower, adalah alat untuk
meningkatkan tekanan fluida. Kerja harus disuplai dari sumber eksternal
melalui poros yang berputar. Karena kerja dilakukan kepada fluida, maka
kerja pada kompresor adalah negatif.
Untuk turbin dan kompresor, hal-hal penting yang berhubungan
dengan persamaan energi:
0. Perpindahan panas pada alat tersebut umumnya kecil jika
dibandingkan dengan kerja poros, kecuali untuk kompresor yang
menggunakan pendinginan intensif, sehingga dapat diabaikan.
0. Semua alat ini melibatkan poros yang berputar. Oleh karena itu
kerja di sini sangatlah penting. Untuk turbin menunjukkan output
power, sedangkan untuk kompresor dan pompa menunjukkan input
power.
0. Perubahan kecepatan pada alat-alat tersebut biasanya sangat
kecil untuk menimbulkan perubahan energi kinetik yang signifikan
(kecuali untuk turbin), sehingga perubahan energi kinetik dianggap
sangat kecil, meskipun untuk turbin, dibandingkan dengan perubahan
enthalpi yang terjadi.
0. Pada umumnya alat-alat tersebut bentuknya relatif kecil
sehingga perubahan energi potensial dapat diabaikan.
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
8/19
1) Head Kompresi
Head adalah energi/usaha per satuan berat. Jika demikian, maka head
kompresi adalah:
H =
=
1.
Dengan demikianmaka daya kompresor dapat dinyatakan dengan persamaan
head:
P = Q.g.H
2) Efisiensi
Dalam literatur dijumpai tiga jenis efisiensi pada kompresor: efisiensi
adiabatik (isentropik), isotermal dan volumetrik. Untuk kompresor
sentrifugal dikenal juga efisiensi politropik. Di sini disajikan dua saja:
efisiensi volumetrik dan adiabatic/politropik. Volume Perpindahan
Torak
Volume perpindahan ini dapat ditentukan secara mudah melalui luas
penampang torak dikali jarak perpindahan:
Vp = S.A = S.
D2
Jika frekuensi torak itu N putaran per menit (rpm), maka volume
perpindahan per menit adalah:
Vpm = N.S.
D
2
C.Aspek Perpindahan Panas Pada Pompa Dan Kompresor
C.1 Aspek Perpindahan Panas Pada Pompa
Macam macam perpindahan panas yang mungkin terjadi pada pompa dan
aliran fluidanya :
1) Macammacam perpindahan panas yang mungkin terjadi pada pompa
dan aliran fluidanya
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
9/19
a. Perpindahan panas secara konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas melalui zat tanpa disertai
perpindahan partikel-partikel zat tersebut yang umumnya terjadi pada zat
padat. Berkaitan dengan pompa bisa terjadi pada saluran pompa karena
mengalirkan fluida panas.
b. Perpindahan panas secara konveksi
Konveksi adalah perpindahan panas akibat adanya
gerakan/perpindahan molekul dari tempat dengan temperatur tinggi
ke tempat yang temperaturnya lebih rendah disertai dengan
perpindahan partikel-partikel zat perantaranya.
c. Perpindahan panas secara radiasi
Radiasi adalah perpindahan panas dengan cara pancaran gelombangcahaya dan tidak memerlukan zat perantara.
Gambar 1. Ilustrasi jenis-jenis perpindahan panas (Incropera, 2006)
C.2 Aspek Perpindahan Panas Pada Kompresor
1)
Kinerja Kompresor
Kompresor, sama seperti pompa, kipas dan blower adalah alat
untuk meningkatkan tekanan fluida. Kerja harus disuplai dari sumber
eksternal melalui poros yang berputar. Karena kerja dilakukan kepada
fluida, maka kerja pada kompresor adalah negatif. Untuk turbin dan
kompresor hal-hal penting yang berhubungan dengan persamaan energi
: .
Perpindahan panas umumnya kecil jika dibandingkan dengan
kerja poros, kecuali untuk kompresor yang menggunakan pendinginan
intensif, sehingga dapat diabaikan. . Semua alat ini
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
10/19
melibatkan poros yang berputar. Oleh karena itu kerja pompa sangatlah
penting. Kerja untuk kompresor dan pompa menunjukkan power
input power.
2) Perubahan Temperatur Kompresi
Persamaan untuk proses politropik dapat dikatakan sebagai
persamaan umum bagi isotermal dan adiabatik. Jika n = 1, persamaan
untuk politropik menjadi isotermal dan jika n = k menjadi adiabatik.
Oleh karena itu dalam menentukan kenaikan temperatur kompresi, di
sini hanya diambil persamaan umum atau untuk politropik. Daripersamaan politropik diperoleh:
Dari persamaan gas ideal diperoleh:
Jika kedua persamaan tadi digabungkan diperoleh:
Atau
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
11/19
Jika diplot, persamaan di atas akan tampak seperti berikut (untuk n = 1,4):
Temperatur Kompresi
3)
Panas Jenis Udara dan Gas Lainnya
Panas jenis adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkantemperatur 1 (satu) kg suatu zat sebesar 1 oC. Sedangkan jumlah panas
yang diperlukan untuk menaikkan temperatur sejumlah zat (benda)
sebesar 1 oC disebut sebagai kapasitas termal zat tersebut. Panas adalah
juga energi karenanya satuan untuk jumlah panas setara dengan satuan
untuk energi yang dalam hal ini lazim digunakan kalori (kal) atau
kilokalori (kkal). Adapun 1 kkal adalah jumlah panas yang diperlukan
untuk menaikkan temperatur 1 kg air sebesar 1 oC. Jadi panas jenis air
adalah 1 kkal/kg/oC atau 1 kkal/(kg.oC). Karena panas juga energi,
dalam satuan internasional digunakan kiloJoule (kJ) yaitu 1 kJ = 0,2389
kkal atau 1 kkal = 4,186 kJ. 111
Definisi panas jenis gas juga sama seperti zat lain hanya dalam gas
dibedakan antara panas jenis pada tekanan tetap (cp) dengan panas jenis
pada volume tetap (cv). Jika suatu gas dipanaskan pada tekanan tetap,
maka volumenya bertambah lebih banyak dari pada zat cair dan padat.
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
12/19
Demikian pula sebaliknya jika didinginkan pada tekanan tetap, maka
volumenya mengecil lebih banyak dari zat cair dan padat. Penambahan
volume (ekspansi) ini dapat menyerap panas lebih banyak ketimbang
jika gas itu dipanaskan pada volume tetap (tekanan yang bertambah).
Oleh karena itulah maka kapasitas panas pada tekanan tetap lebih besar
dari pada kapasitas panas pada volume tetap. Dengan demikian, k
=cp/cv akan lebih besar dari satu. Panas jenis udara dan beberapa gas
lainnya dapat dilihat dalam tabel berikut (dalam kJ/(kg.oC) :
Panas Jenis Berbagai Gas :
4) Kelembaban Udara
Jika molekul air mendapat energi yang cukup maka molekul air tersebut
akan lepas atau menguap. Jika air dipanaskan misalnya, akan melihat
gelembung uap keluar dari dalam air. Penguapan ini akan berjalan terus
sampai pada titik jenuhnya. Pada titik jenuh ini, di samping terjadi
penguapan juga terjadi kondensasi atau pengembunan. Pada keadaan
jenuh, jumlah uap air tidak bertambah lagi karena jumlah air yang
menguap sama dengan jumlah yang mengembun. Tekanan uap air pada
saat jenuh disebut tekanan uap jenuh.
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
13/19
5) Tekanan Udara
Tekanan udara berkaitan dengan tekanan atmosfir sering dibicarakan. Di sini
akan ditegaskan lagi bahwa tekanan udara di ketinggian nol (permukaan laut)
adalah satu atmosfir yaitu sekitar 1,0332 kg pada setiap luas 1 cm2. Tekanan
ini menjadi tekanan nol pada alat ukur. Jika mengukur tekanan suatu ruang
tertutup misalnya, maka yang terbaca adalah nilai lebih dari tekanan atmosfir
tadi. Jadi tekanan yang sebenarnya (tekanan mutlak) adalah tekanan alat ukur
(gage) atau tekanan lebih ditambah tekanan satu atmosfir tersebut.
D.Aspek Termodinamika Pada Pompa Dan Kompresor
D.1 Aspek Termodinamika Pada Pompa
Dilihat dari ilmu thermodinamika ada beberapa hal yang harus dipahami
untuk pompa, diantaranya :
a)
Tekanan
Tekanan adalah istilah yang sering digunakan dalam hidrolika yang
menggambarkan gaya yang dikeluarkan oleh air pada luasan bidang tertentu
dari suatu objek yang tenggelam dalam air. Tekanan umumnya dinyatakan
dalam kilo Newton per meter persegi (kN/m2). Sebagai alternatif lain sering
pula digunakan bar dimana 1 bar sama dengan 100 kN/m2. Tekanan
dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
Suatu tipikal tekanan operasional dalam irigasi curah (sprinkler
irrigation) adalah sebesar 3 bar (300 kN/m2), hal ini berarti bahwa setiap
luasan 1 m2 pada pipa bagian dalam dan pompa mempunyai gaya seragam
sebesar 300 kN yang bekerja padanya. Beberapa satuan yang sering dipakai
adalah kilogram gaya per sentimeter persegi (kgf/cm2) atau pounds-force
per inci persegi atau psi (lbf/in2). Konversi dari satuan satuan tersebut
adalah : 1 bar = 14,7 lbf/in2= 1 kgf/cm2= 100 kN/m2
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
14/19
b) Debit
Laju air mengalir per satuan waktu dalam pipa atau saluran disebut
dengan kecepatan (velocity) yang dinyatakan dengan satuan m/detik. Debit
(discharge) adalah volume air mengalir dalam pipa atau saluran per satuan
waktu yang dinyatakan dengan m3/detik. Sebagai contoh pada Gambar 2
dimana air mengalir dalam pipa berdiameter 100 mm pada kecepatan 1,5
m/detik. Maka dalam 1 detik sejumlah air akan mengalir dalam pipa dengan
volume sama dengan yang diarsir pada Gambar 1.2. Volume ini besarnya
sama dengan kecepatan dikalikan dengan luas penampang aliran yakni 1,5
x 0,008 = 0,012 m3/detik.
Gambar 2 Debit aliran (m3/detik) = luas penampang aliran
(m2) x Kecepatan (m/detik)
c) EnergyDalam pemompaan energi diperlukan untuk mmengangkat air
dengan debit tertentu. Energi air dipasok oleh suatu pompa yangnbergerak
dengan tenaga manusia atau motor dengan menggunakan tenaga
matahari,nangin atau bahan bakar
Jumlah energi yang diperlukan untuk memompa air tergantung pada
volume air yang dipompa dan head yang diperlukan dihitung dengan rumus:
c) Tenaga atau Daya (Power)
Tenaga atau Daya sering membingungkan dalam konteks istilah
energi, mereka berhubungan tetapi berbeda arti. Energi adalah kapasitas
untuk mengerjakan sesuatu kerja sedangkan tenaga adalah laju dimana
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
15/19
energi tersebut digunakan. Tenaga atau Daya adalah laju penggunaan energi
yang biasanya diukur dengan satuan kilowatt (kW). Tenaga yang diperlukan
untuk memompa air disebut tenaga air yakni:
Satuan lainnya yang biasa digunakan untuk tenaga adalah Tenaga
Kuda (HP) dengan konversi 1 HP = 0,74 kW atau 1 kW = 1,35 HP
D.2 Aspek Termodinamika Pada Kompresor
Kompresor merupakan suatu alat yang digunakan untuk memindahkan gas
dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara mengkompresi gas tersebut.
Berdasarkan pengertian tersebut, kompresor memiliki fungsi yang serupa dengan
pompa. Namun, sifat gas yang dapat dikompresi membedakan prinsip dan cara
kerja keduanya. Kompresor bekerja berdasarkan hukum termodinamika gas.
Kompresor merupakan suatu alat yang digunakan untuk memindahkan gas
dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara mengkompresi gas tersebut.
Berdasarkan pengertian tersebut, kompresor memiliki fungsi yang serupa dengan
pompa. Namun, sifat gas yang dapat dikompresi membedakan prinsip dan carakerja keduanya. Kompresor bekerja berdasarkan hukum termodinamika gas.
Hukum Dasar GasGas merupakan fluida yang tidak memiliki bentuk secara independen
(mengikuti bentuk wadahnya) dan dapat mengembang (ekspansi) secara tak
terbatas hinga benar-benar mengisi seluruh ruangan penampungnya. Gas dapattersusun atas satu jenis unsur penyusun (gas murni) maupun campuran dari
beberapa unsur penyusun (gas campuran). Udara adalah contoh gas campuran yang
terdiri atas Nitrogen (78 % volume), Oksigen (21%), Argon (1 %), dan unsur
lainnya bergantung pada kondisi lingkungan.
Uap (vapor) merupakan cairan ataupun padatan yang tergasifikasi.
Perbedaan mendasar antara uap dengan gas adalah bahwa uap merupakan hasil
perubahan fase dari zat cair maupun zat padat sementara gas memang berwujud gas
pada kondisi ambient. Uap merupakan zat yang temperaturnya di atas titik didihnya.
Sementara gas merupakan zat yang temperaturnya di atas temperatur kritisnya
namun masih berada di bawah tekanan kritisnya. Temperatur kritis adalah
temperatur maksimum di mana gas masih dapat dicairkan dengan cara ditekan.
Tekanan kritis merupakan tekanan yang diperlukan gas untuk mencairkan pada
temperatur kritisnya.
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
16/19
Hukum Termodinamika IHukum ini menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dimusnahkan selama berlangsungnya suatu proses, misalnya kompresi. Dengankata lain, jika sejumlah energi hilang selama suatu proses berlangsung, maka akan
terbentuk energi dalam bentuk lain dengan jumlah yang setara.
Hukum Termodinamika IIHukum termodinamika II membahas lebih lanjut mengenai energi. Hukum kedua
termodinamika ini dapat dinyatakan sebagai berikut.
Panas tidak dapat mengalir dari sisi dingin ke sisi panas dengan sendirinya
Panas dapat dialirkan dari sisi yang temperaturnya lebih rendah ke sisi yang
temperaturnya lebih tinggi hanya jika ada usaha dari luar yang diberikan ke
sistem
Setiap energi yang tersedia dalam sistem terisolasi pun akan mengalami
penurunan dalam semua proses yang sebenarnya
Panas maupun energi lainnya hanya akan mengalir dari sisi atas
(temperatur) tinggi ke rendah.
Hukum Gas Ideal
Gas ideal atau gas sempurna merupakan gas yang memenuhi asumsi-asumsi
sebagai berikut.
Suatu gas terdiri atas molekul-molekul yang disebut molekul. Setiap
molekul identik (sama) sehingga tidak dapat dibedakan dengan molekul
lainnya.
Molekul-molekul gas ideal bergerak secara acak ke segala arah.
Molekul-molekul gas ideal tersebar merata di seluruh bagian.
Jarak antara molekul gas jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya.
Tidak ada gaya interaksi antarmolekul; kecuali jika antarmolekul saling
bertumbukan atau terjadi tumbukan antara molekul dengan dinding.
Semua tumbukan yang terjadi baik antarmolekul maupun antara molekul
dengan dinding merupakan tumbukan lenting sempurna dan terjadi pada
waktu yang sangat singkat (molekul dapat dipandang seperti bola keras
yang licin).
Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku pada molekul gas ideal.
Gas ideal muncul berdasarkan hasil eksperimen yang melibatkan berbagai
kondisi gas yang menunjukkan hubungan sifat makroskopis tertentu misalnya
tekanan, temperatur, dan volume. Meskipun gas ideal hanya ada dalam teori, namun
dengan faktor koreksi tertentu yang telah terbukti secara eksperimental, hukum
termodinamika gas tersebut dapat diterapkan pada berbagai gas nyata. Berikut ini
adalah beberapa hukum gas yang dikembangkan berdasarkan gas ideal.
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
17/19
1. Hukum Boyle
Hukum ini menyatakan bahwa pada temperatur yang konstan, volume gasideal akan berkurang seiring peningkatan tekanan.
2. Hukum CharlesHukum ini menyatakan bahwa pada tekanan yang konstan, volume akan
meningkat seiring peningkatan temperatur dengan asumsi tidak ada friksi dan gaya
tambahan yang diberikan.
3. Hukum Amonton
Hukum ini menyatakan pada kondisi volume konstan, peningkatan tekanan
akan terjadi seiring meningkatnya temperatur.
Prinsip Kerja KompresorPrinsip kerja kompresor sangat berkaitan dengan perilaku gas. Gas tersusun
atas molekul-molekul yang selalu bergerak dengan kecepatan tertentu, menumbuk
dinding penampungnya, menghasilkan tekanan.
Kecepatan pergerakan molekul tersebut sangat dipengaruhi oleh temperatur.
Ketika ditambahkan sejumlah panas pada suatu bejana tertutup berisi gas, maka
molekul gas tersebut akan bergerak lebih cepat dan meningkatkan terjadinya
tumbukan dengan dinding bejana dengan gaya tumbukan yang lebih besar. Hal ini
menghasilkan tekanan yang lebih besar sebagaimana yang dinyatakan dalamHukum Amonton.
Jika bejana penampung gas dihubungkan dengan suatu piston sedemikian
rupa sehingga gas di dalam bejana dapat ditekan dengan piston tersebut sehingga
volume ruang penampung gas akan berkurang. Pergerakan molekul pun semakin
terbatas. Hal ini menyebabkan frekuensi tumbukan antara molekul gas dengan
dinding bejana terjadi lebih banyak sehingga menghasilkan tekanan yang lebih
besar sebagaimana yang dinyatakan dalam Hukum Boyle.
Proses kompresi gas selain menghasilkan tekanan yang lebih besar, akan
terjadi peningkatan temperatur juga sebagai konsekuensi proses penekanan gas. Hal
ini dapat menjadi masalah dalam perancangan kompresor. Semua elemen dasar
kompresor memiliki batasan kondisi spesifik. Dengan adanya batasan tersebut,
http://4.bp.blogspot.com/-Ugq_zIG5Yk4/UbV42i2TSdI/AAAAAAAAA1A/_5T0wUr7wG4/s1600/RC3.pnghttp://3.bp.blogspot.com/-AYVjsi5Y38g/UbV41J4BuVI/AAAAAAAAA04/XdxvCUSsjEI/s1600/RC2.pnghttp://1.bp.blogspot.com/-si16ij1IoDs/UbV42gDvStI/AAAAAAAAA1E/E1HBEksisqc/s1600/RC1.png -
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
18/19
dibutuhkan kerja kompresi lebih dari satu kali untuk mencapai tekanan yang
diinginkan. Kinerja kompresi yang sedemikian disebut multistaging. Pada operasi
multistaging, suatu elemen dasar kompresor akan didesain sedemikian rupa danberoperasi secara seri dengan elemen kompresor lainnya. Berikut ini adalah
batasan-batasan yang perlu diperhatikan pada saat perancangan kompresor terkait
operasional kompresi multistaging.
Tekanan discharge (semua tipe kompresor)
Kenaikan tekanan/differential pressure (kompresor dinamik dan
displacement)
Compression Ratio (kompresor dinamik)
Efek clearance, berkaitan dengan Compression Ratio (kompresorreciprocating)
Penghematan energi yang diharapkan
Metode Kompresi
Kompresor bekerja dengan mengubah energi mekanik menjadi energi gas
sebagaimana hukum termodinamika I. Meskipun pada kenyataannya ada sejumlah
energi mekanik yang berubah menjadi energi dalam bentuk lainnya yang tidak
diinginkan dalam proses kompresi, misalnya panas.
Energi mekanik dapat diubah menjadi energi gas dengan cara:
Positive Displacement, dengan mengubah volume gas menjadi lebih kecil.
Laju alir gas akan berbanding lurus dengan kecepatan kompresor. Namun
pressure ratio ditentukan oleh tekanan sistem discharge kompresor.
Dynamic Action, dengan mengubah kecepatan gas. Dalam hal ini,
kecepatan akan diubah menjadi tekanan. Laju alir dan tekanan gas bervariasi
sebagai fungsi kecepatan, namun hanya dalam range yang terbatas dan
dengan sistem kontrol yang dirancang dengan baik.
-
7/23/2019 Tugas 1_Resume Dasar Pompa Hubungan Dgn Mekflu_perpan_termo
19/19
Gamabr . Ilustrasi Tekanan Statis
Energi total dari aliran gas tersebut konstan. Ketika memasuki area yang lebih
besar, kecepatan alirannya akan berkurang. Sebagian energi kecepatan tersebut
diubah menjadi energi tekanan. Oleh karenanya static pressure gas lebih besar pada
area yang lebih besar.
http://2.bp.blogspot.com/-0l-r9JSum_8/UbV43LAxO5I/AAAAAAAAA1M/Zr2CqDFKmPc/s1600/RC4.png