MESIN KONVERSI ENERGI
A. MOTOR BAKAR
1. SEJARAH MOTOR BAKAR
Sejarah
motor bakar
mengalami perkembangan yang menggembirakan sejak tahun 1865. Pada tahun
tersebut Lenoir mengembangkan mesin pembakaran dalam tanpa proses
kompresi. Campuran bahan bakar dihisap masuk silinder dan dinyalakan
sehingga
tekanan naik, selanjutnya gas pembakaran berekspansi yang mendorong
piston.
Langkah berikutnya gas pembakaran dibuang, piston kembali bergerak
menghisap
campuran bahan bakar udara dengan menggunakan energi yang tersimpan
dalam roda
gila.
Mesin berikutnya yang
lebih efesien dari mesin Lenoir adalah Otto langen engine.
Mesin ini terdiri dari piston yang tidak dihubungkan dengan poros engkol,
tetapi piston bergerak bebas secara vertikal pada proses ledakan dan tenaga.
Setelah itu, secara gravitasi piston bergerak turun dan terhubung dengan gigi
pinion diteruskan ke roda gila. Selanjutnya energi yang tersimpan dalam roda gila
digunakan oleh piston untuk energi langkah hisap. Pada langkah hisap campuran
bahan bakar udara masuk silinder untuk pembakaran.
Pada tahun 1862 di
Prancis, Beau de Rochas menulis prinsip dasar untuk efisiensi sistem mesin pembakaran
dalam. Adapun prinsip dasar dari mesin Rochas adalah sebagai berikut :
a. Langkah
pertama adalah langkah hisap pada waktu piston bergerak menjauh ruang bakar.
Campuran bahan bakar udara masuk ruang bakar.
b. Langkah
kedua adalah mengkompresi campuran bahan bakar udara selama piston bergerak
menuju ruang bakar.
c. Langkah
ke tiga adalah penyalaan dan pembakaran, terjadi ekspansi dan piston bergerak
menjauh dari ruang bakar.
d. Langkah
ke empat adalah pembuangan pada waktu piston menuju ruang bakar.
Tahun 1876 oleh orang
jerman Nicolas August Otto membuat mesin dengan konsep Beau de Rochas, dan
mengajukan paten atas namanya [Gambar 35]. Mulai saat itu, semua mesin yang
dibuat sama dengan mesin Otto, sehingga sampai sekarang siklus yang terkenal
adalah siklus Otto.
Pada mesin 4 langkah
untuk setiap siklusnya ada satu langkah tenaga dan dua putaran poros engkol.
Pada tahun 1881 Dugald Clerk mematenkan mesin 2 langkah yang menghasilkan 1
langkah tenaga dalam satu putarannya. Prinsip kerjanya mengikuti siklus otto,
proses ekpansi, pembuangan dan pengisian terjadi pada waktu piston menuju titik
mati bawah, sebaliknya proses kompresi dan penyalaan terjadi pada waktu piston
menuju titik mati atas.
Pada tahun 1892
Rudolf Diesel (Jerman), membuat konsep sekaligus membuat mesinnya dengan
prinsip penyalaan kompresi. Udara dimasukkan ke dalam silinder kemudian
dikompresi sampai temperaturnya naik. Sebelum piston mencapai titik mati atas,
bahan bakar disemprotkan sehingga terjadi proses pencampuran dengan udara bertemperatur
tinggi. Karena temperatur nyala bahan bakar tercapai, terjadilah proses
penyalaan sendiri, selanjutnya berlangsung proses pembakaran. Langkah tenaga
terjadi pada waktu piston mulai bergerak dari titik mati atas menuju titik mati
bawah. Dalam perkembanganya mesin 2 langkah juga dapat diaplikasikan pada mesin
diesel.
2. SIKLUS KERJA MOTOR BAKAR
a. Motor
Bakar 4 Langkah
Motor Bakar 4 langkah
adalah setiap dua kali putaran poros engkol atau empat kali gerakan turun dan naik piston menghasilkan satu kali
langkah usaha.
Siklus motor bakar
bensin 4 langkah sebagai berikut :
1) Langkah
Hisap
Piston bergerak dari TMA ke TMB. Katup hisap membuka. Karena
piston bergerak ke bawah maka di dalam
ruang silinder timbul kevacuman sehingga campuran antara udara dan bensin terhisap masuk ke dalam silinder.
2) Langkah
Kompresi
Akhir dari langkah hisap. Piston bergerak dari TMB ke TMA. Kedua katup menutup. Karena
piston bergerak ke atas maka campuran
udara dan bahan bakar yang berada di dalam silinder tertekan ke atas dan
ditempatkan di dalam ruang bakar
3) Langkah
Usaha
Akhir dari langkah kompresi. Sesaat piston belum mencapai
TMA busi memercikan bunga api listrik ke
dalam ruang bakar, sehingga campuran
udara dan bensin yang sudah dipampat-kan akan terbakar dan akan menimbulkan
tenaga gerak atau mekanik.
4) Langkah
Buang
Akhir dari langkah usaha. Piston bergerak dari TMB ke
TMA. Karena piston bergerak
keatas maka gas hasil pembakaran di dalam silinder akan
terdorong ke luar melalui katup buang.
Siklus motor bakar diesel 4 langkah sebagai berikut :
1) Langkah
Hisap
Piston bergerak dari TMA ke TMB. Katup masuk membuka. Karena
piston bergerak ke bawah maka di dalam silinder terjadi kevacuman sehingga
udara bersih akan mengalir masuk ke dalam melalui katup masuk.
2) Langkah
Kompresi
Piston akan bergerak dari TMB ke TMA kedua katup menutup karena piston bergerak
keatas maka udara bersih di dalam
silinder akan terdorong dan dipampatkan di ruang bakar, akibatnya tekanan dan temperature udara menjadi tinggi.
3) Langkah
Usaha
Pada langkah ini terjadi dua
proses pembakaran.
a) Pembakaran
awal : Sebelum piston mencapai TMA, injector akan mengabutkan bahan bakar dan
akan bercampur dengan udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi ( 7000 -
9000 C, 70 - 90 kg/cm2 ).
b) Pembakaran
Sempurna : Karena tekanan dan temperatur yang tinggi maka bahan bakar akan
terbakar dengan sendirinya. Hal ini akan menimbulkan daya dorong sehingga
piston akan bergerak dari TMA ke TMB.
4) Langkah
Buang
Piston bergerak dari TMB
ke TMA katup buang membuka karena
piston bergerak ke atas maka gas sisa hasil pembakaran akan terdorong ke luar
melalui katup buang.
b. Motor
Bakar 2 Langkah
Motor bakar 2 langkah
adalah setiap satu kali putaran poros engkol atau dua kali gerakan turun
dan naik piston menghasilkan satu kali
langkah.
Siklus kerja motor
bakar bensin 2 langkah sebagai berikut :
1) Langkah
hisap dan kompresi
Torak bergerak dari TMB ke TMA. Pada saat saluran
pembiasan tertutup mulai dilakukan Langkah kompresi. Pada saat saluran hisap
membuka maka campuran udara dan bensin akan masuk ke dalam ruang poros engkol.
2) Langkah
usaha dan buang
Sebelum piston mencapai TMA,busi akan memercikan bunga api listrik sehingga
campuran udara dan bahan bakar akan terbakar dan menyebabkan timbulnya daya
dorong, sehingga piston akan bergerak dari TMA ke TMB. Sesaat saluran hisap
tertutup dan saluran bilas dan saluran buang membuka. Maka campuran udara dan
bahan bakar yang berada di ruang engkol akan mendorong gas sisa hasil
pembakaran melalui saluran bilas ke saluran buang.
Siklus kerja motor
bakar diesel 2 langkah sebagai berikut :
1) Langkah
kompresi dan hisap
Piston bergerak dari TMB
ke TMA, saluran masuk
membuka sehingga udara bersih masuk ke dalam, sesaat setelah saluran hisap
menutup dan saluran buang menutup maka mulai dilakukan langkah kompresi hingga
tekanan udara mencapai 70 - 90 kg/cm2.
2) Langkah
usaha dan buang
Sebelum piston mencapai TMA injector akan mengabutkan
bahan bakar dan ini sebagai proses pembakaran awal, karena bahan bakar
bercampur dengan udara bersuhu dan bertekanan tinggi maka akan terjadi proses
pembakaran sempurna. Akibatnya akan
mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB.
Sesaat piston belum mencapai TMB katup buang sudah mulai membuka. Dan bila saluran hisap membuka maka udara
bersih akan membantu mendorong gas sisa hasil pembakaran keluar.
3. KOMPONEN – KOMPONEN MOTOR BAKAR
Mesin merupakan suatu
jenis pesawat kerja yang mengubah energi kima bahan bakar menjadi energi
mekanik. Untuk melakukan proses perubahan, mesin mempunyai komponen-komponen
yang bekerja kompak menjadi satu kesatuan. Komponen mesin dibagi menjadi dua yaitu
mesin dan kelengkapan mesin. Komponen pertama mesin merupakan pembangkit
tenaga, sedangkan yang kedua merupakan komponen yang menjamin mesin bekerja
dengan baik untuk pembangkitan tenaga. Rincian komponen mesin adalah: Blok
silinder, Kepala silinder, Piston atau torak, Batang torak, Poros engkol, Bearing
atau bantalan, Roda penerus dan Mekanik Katup.
B. POMPA
Pompa merupakan salah
satu jenis mesin yang berfungsi untuk memindahkan zat cair dari suatu tempat ke
tempat yang diinginkan. Zat cair tersebut contohnya adalah air, oli atau minyak
pelumas, serta fluida lainnya yang tak mampu mampat. Industri-industri banyak
menggunakan pompa sebagai salah satu peralatan bantu yang penting untuk proses produksi.
Sebagai contoh pada pembangkit listrik tenaga uap, pompa digunakan untuk
menyuplai air umpan ke boiler atau membantu sirkulasi air yang akan diuapkan di
boiler.
Pada industri, pompa
banyak digunakan untuk mensirkulasi air atau minyak pelumas atau pendingin
mesin-mesin industri. Pompa juga dipakai pada motor bakar yaitu sebagai pompa
pelumas, bensin atau air pendingin. Jadi pompa sangat penting untuk kehidupan
manusia secara langsung yang dipakai di rumah tangga atau tidak langsung
seperti pada pemakaian pompa di industri.
1. PRINSIP KERJA POMPA
Pada pompa terdapat
sudu-sudu impeler yang berfungsi sebagai tempat terjadi proses
konversi energi dari energi mekanik putaran mejadi energi fluida head. Impeler
dipasang pada poros pompa yang berhubungan dengan motor pengerak, biasanya
motor listrik atau motor bakar.
Poros pompa akan berputar apabila
penggeraknya berputar. Karena poros pompa berputar impeler dengan sudu-sudu impeler
berputar, zat cair yang ada di dalamnya akan ikut berputar sehingga tekanan dan
kecepatanya naik dan terlempar dari tengah pompa ke saluran yang berbentuk
volut atau spiralkemudian ke luar melalui nosel .
2. KLASIFIKASI POMPA
Menurut
bentuk
impelernya, pompa sentrifugal diklasifkasikan menjadi tiga, yaitu
impeler
aliran radial, impeler aliran axial dan impeler aliran radial dan axial.
Pompa radial mempunyai konstruksi yang mengakibatkan zat cair ke luar
dari
impeler tegak lurus dengan poros pompa. Sedangkan untuk pompa axial,
arah
aliran akan sejajar dengan poros pompa, dan pompa aliran campuran arah
aliran
berbetuk kerucut mengikuti bentuk impelernya.
Menurut bentuk rumah
pompa, pompa dengan rumah berbentuk volut disebut dengan pompa volut, sedangkan
rumah dengan difuser disebut pompa difuser. Pada pompa difuser, dengan
pemasangan difuser pada sekeliling luar impeler, akan memperbaiki efisiensi
pompa dan menambah kokoh rumah pompa. Dengan alasan itu, pompa jenis ini banyak
dipakai pada pompa besar dengan head tinggi. Berbeda dengan pompa jenis
tersebut, pompa aliran campuran sering tidak menggunakan difuser, tetapi rumah volut
karena zat cair lebih mudah mengalir dan tidak tersumbat, pompa jenis ini
banyak dipakai pada pengolahan limbah.
Menurut jumlah aliran
yang masuk, pompa sentrifugal diklasifikasikan menjadi pompa satu aliran masuk
dan dua aliran masuk. Pompa hisapan tunggal banyak dipakai karena konstruksinya
sederhana. Permasalahan pada pompa ini yaitu gaya aksial yang timbul dari sisi
hisap, dapat di atasi dengan menambah ruang pengimbang, sehingga tidak perlu
lagi menggunakan bantalan aksial yang besar. Untuk pompa dua aliran masuk
banyak dipakai pada pompa berukuran besar atau sedang. Konstruksi pompa ini
terdiri dua impeler saling membelakangi dan zat cair masuk dari kedua sisi
impeler, dengan konstruksi seperti itu, permasalahan gaya aksial tidak muncul
karena saling mengimbangi. Debit zat cair ke luar dua kali dari debit zat cair
yang masuk lewat dua sisi impeler. Pompa jenis ini juga dapat beropersi pada putaran
yang tinggi. Untuk aliran masuk yang lebih dari dua, prinsip kerjanya sama
dengan yang dua aliran masuk.
Jika pompa hanya
mempunyai satu buah impeler disebut pompa satu tingkat, yang lainnya dua
tingkat, tiga dan seterusnya dinamakan pompa banyak tingkat. Pompa
satu tingkat hanya mempunyai satu impeler dengan head yang relatif rendah.
Untuk yang banyak tingkat mempunyai impeler sejumlah tingkatnya. Head total adalah
jumlah dari setiap tingkat sehingga untuk pompa ini mempunyai head yang realtif
tinggi. Konstruksi impeler biasanya menghadap satu arah tetapi untuk menghindari
gaya aksial yang timbul dibuat saling membelakangi. Pada rumah pompa banyak
tingkat, dapatnya dipasang diffuser, tetapi ada juga yang menggunakan volut. Pemasangan
diffuser pada rumah pompa banyak tingkat lebih menguntungkan daripada dengan
rumah volut, karena aliran dari satu tingkat ketingkat berikutnya lebih mudah dilakukan.
Berdasar dari posisi
poros, pompa dibedakan menjadi dua yaitu pompa horizontal dan vertikal. Pompa poros horizontal
mempunyai poros dengan posisi mendatar. sedangkan pompa poros tegak mempunyai
poros dengan posisi tegak. Pompa aliran axial dan campuran banyak dibuat dengan
poros tegak. Rumah pompa dipasang dengan ditopang pada lantai oleh pipa yang
menyalurkan zat cair ke luar pompa. Posisi poros pompa adalah tegak dan
dipasang sepanjang sumbu pipa air ke luar dan disambungkan dengan motor penggerak
pada lantai. Poros ditopang oleh beberapa bantalan, sehingga kokoh dan biasanya
diselubungi pipa selubung yang berfungsi untuk saluran minyak pelumas. Pompa
poros tegak berdasar posisi pompanya ada dua macam yaitu pompa sumuran kering
dan sumuran basah. Sumuran kering pompa dipasang di luar tadah hisap, sedangkan
sumuran basah sebaliknya.
3. POMPA KHUSUS
a. Pompa Sembur (Jet Pump)
Pompa sembur dibuat
untuk keperluan pemompaan zat cair (air atau minyak bumi) pada sumur yang
sangat dalam, dengan diameter sumur yang kecil, dengan kondisi tersebut pompa
standar tidak dapat digunakan. Hal tersebut dikarenakan, tekanan vakum pada
sisi hisap pompa standar tidak cukup kuat untuk menghisap zat cair pada ke dalaman
zat cair melebihi kondisi operasi normal. Untuk itu perlu dirancang pompa
dengan kevakuman yang besar pada sisi hisapnya. Konstruksi pompa sembur terdiri
dari komponen-komponen pompa sentrifugal standar, yaitu impeler, rumah pompa,
transmisi dan bantalan, saluran hisap dan buang, dan sebagai tambahan pada
bagian hisap pompa dipasang venturi.
b. Pompa Viscous
Pompa standar
menggunakan impeler untuk memgubah energi mekanik menjadi energi fluida.
Impeler terdiri dari sudu-sudu (vane) impeler yang berbentuk tertentu yang
dimaksudkan untuk memaksimalkan perubahan energi. Untuk operasi yang standar
dengan kondisi zat cair standar, pompa tidak akan bermasalah. Untuk kondisi khusus
yaitu pada zat cair yang banyak terdifusi gas-gas atau udara atau untuk
penggunaan zat cair yang mengandung partikel-partikel padatan, pompa yang
digunakan harus khusus pula.
Dengan kondisi zat
cair yang seperti di atas, penggunaan pompa dengan konstruksi standar sangat
tidak menguntungkan, komponen - komponen pompa khususnya impeler akan mengalami
kerusakan pada sudu-sudu impellernya. Pemeliharaan dan perawatan menjadi mahal
dan performa pompa rendah. Untuk mengatasinya, komponen pompa yaitu pada
impelernya harus dimodifikasi, sehingga dapat bekerja dengan kondisi tersebut
di atas dengan aman dan performa tinggi. Pompa Viscous adalah pompa yang dibuat khusus untuk melayani
dan beroperasi dengan zat cair yang mengandung udara atau gas dan partikel-partikel
padatan. Impelernya berbentuk disk datar. Proses perpindahan energinya dengan
proses geseran, yaitu fluida cair akan dipindahkan dengan gaya geser impeler.
c. Pompa dengan Volut Ganda
Pada pompa dengan
volute tunggal pada proses konversi energi selalu timbul gaya hidrolik (tekan
fluida tak beraturan) terutama pada daerah cut water. Gaya hidrolik tesebut
sering berefek negatif tehadap komponen komponen di dalam pompa khusunya komponen
yang berputar yaitu impeler. Karena ditumbuk berulang-ulang oleh gaya hidrolik,
impeller pompa dapat mengalami keausan. Untuk mengatasi timbulnya gaya hidrolik
yaitu pada daerah cut water di dalam pompa, dibuat pompa dengan volute ganda.
Dengan volut ganda, cut water menjadi dua buah sehingga gaya hidrolik yang timbul
akan saling menyeimbangkan, sehingga tidak menimbukan efek yang negatif pada
impeller. Penggunaan volute ganda akan meyebabkan pompa lebih awet dan hal ini
mengurangi biaya perawatan. Akan tetapi biaya pembuatan pompa menjadi mahal dan
performa pompa berkurang.
d. Pompa Chopper
Pada instalasi
pengolahan limbah, baik limbah industri maupun limbah rumah tangga banyak
dipasang pompa untuk menangani limbah - limbah cair yang banyak mengandung
material/partikel padat (solid). Untuk keperluan tersebut, pompa yang sering
dipakai adalah pompa Chopper. Pompa ini memiliki impeller yang mempunyai mata
pisau sehingga partikel-partikel padat akan dihancurkan dan larut dalam air. Pompa
jenis ini juga banyak dipakai pada industri pengolahan kertas dan pulp.
e. Pompa dengan Reccesed Impeller
Pompa volut (end
suction) jenis ini banyak dipakai untuk jenis zat cair yang banyak
mengandung partikel-partikel padat berserat, zat cair yang mengandung gas dan
zat cair yang sensitif mudah menimbulkan gesekan.
Pompa mempunyai
impeler yang khusus (recessed impeller), dengan permukaan rumah pompa
dan impeler yang dilapisi dari material tahan gesek, sehingga lebih tahan
terhadap gesekan dan kavitasi. Pada zat cair yang banyak mengandung serat pada
pompa biasa akan mudah sekali mampat atau alirannya akan tersumbat oleh
serat-serat, tetapi dengan penggunaan pompa jenis ini masalah tersebut dapat
diatasi. Pompa ini juga mampu melayani zat cair yang banyak mengandung gas atau
udara sampai 5 % dari total volume.
f. Pompa lumpur (slurry)
Banyak pompa dipakai
pada instalasi pengolahan dengan zat cair dengan kandungan bahan/material padat
yang berlebih dengan bentuk fisik lumpur, seperti adukan semen, atau lumpur
pasir. Sifat dari lumpur tersebut sangat abrasif sehingga sangat merusak pada
komponen - komponen pompa.
Untuk mengatasi hal
tersebut, pada komponen pompa yaitu pada rumah pompa dan impeler pompa dilapisi
dengan bahan terbuat dari karet (rubber). Sifat bahan pelapis yang
terbuat dari karet sangat elastis. Pada proses pemompaan material padat lumpur
akan teredam gaya tumbuknya pada rumah pompa dan impeler, atau tidak mengenai permukaan
logam secara langsung sehingga tidak menimbulkan erosi dan abrasi. Karena jenis
fluidanya adalah zat cair (lumpur) dengan kekentalan tinggi, NPSH untuk pompa
jenis ini adalah lebih tinggi dibanding dengan pompa biasa.
g. Pompa LFH (Low Flow High Head)
Bentuk sudu impeler
pompa volut jenis ini adalah radial. Pompa ini banyak dioperasikan untuk
melayani instalasi dengan zat cair yang bersifat korosif, dengan debit kecil
pada head yang tinggi. Untuk keperluan tersebut pada impeler dan rumah pompa
(volut) dilapisi dengan material yang tahan korosi. Pompa ini beroperasi pada
debit yang rendah karena pada aliran yang lebih tinggi pompa bekerja dengan
risiko cepat rusak dan memerlukan perawatan yang lebih mahal. Jadi pompa ini
dirancang khusus untuk bekerja pada debit yang kecil dengan performa yang
normal.
C. KOMPRESOR
1. PRINSIP KERJA KOMPRESOR
Kompresor adalah alat
pemampat atau pengkompresi udara dengan kata lain kompresor adalah penghasil
udara mampat. Karena proses pemampatan, udara mempunyai tekanan yang lebih
tinggi dibandingkan dengan tekanan udara lingkungan (1atm). Dalam keseharian,
kita sering memanfaatkan udara mampat baik secara langsung atau tidak langsung.
Sebagai contoh, udara manpat yang digunakan untuk mengisi ban mobil atau sepeda
montor, udara mampat untuk membersihkan bagian-bagian mesin yang kotor di
bengkel-bengkel dan manfaat lain yang sering dijumpai sehari-hari.
Pada industri,
penggunaan kompresor sangat penting, baik sebagai penghasil udara mampat atau
sebagai satu kesatuan dari mesin-mesin. Kompresor banyak dipakai untuk mesin
pneumatik, sedangkan yang menjadi satu dengan mesin yaitu turbin gas, mesin
pendingin dan lainnya.
Dengan mengambil
contoh kompresor sederhana, yaitu pompa ban sepeda atau mobil, prinsip kerja
kompresor dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika torak pompa ditarik keatas,
tekanan di bawah silinder akan turun sampai di bawah tekanan atmosfer sehingga
udara akan masuk melalui celah katup hisap yang kendur. Katup terbuat dari
kulit lentur, dapat mengencang dan mengendur dan dipasang pada torak. Setelah udara
masuk pompa kemudian torak turun kebawah dan menekan udara, sehingga volumenya
menjadi kecil.
Tekanan menjadi naik terus sampai melebihi tekanan
di dalam ban, sehingga udara mampat dapat masuk ban melalui katup (pentil).
Karena diisi udara mampat terusmenerus, tekanan di dalam ban menjadi naik. Jadi
jelas dari contoh tersebut, proses pemampatan terjadi karena perubahan volume
pada udara yaitu menjadi lebih kecil dari kondisi awal.
Proses kerja dari kompresor kerja tunggal dan ganda. Adapun urutan proses
lengkap adalah sebagai berikut : Langkah pertama adalah langkah hisap, torak
bergerak ke bawah oleh tarikan engkol. Di dalam ruang silinder tekanan menjadi
negatif di bawah 1 atm, katup hisap terbuka karena perbedaan tekanan dan udara terhisap.
Kemudian torak bergerak keatas, katup hisap tertutup dan udara dimampatkan.
Karena tekanan udara mampat, katup ke luar menjadi terbuka.
|
|
hisap
udara
masuk kompresor karena tekanan di dalam silinder lebih rendah dari 1 atm
kompresi
udara
di dalam kompresor dikompresi, tekanan dan temperatur udara naik.
pengeluaran
Karena
tekanan udara mampat, katup ke luar terbuka dan udara mampat ke luar silinder
|
|
Kompresor torak kerja
ganda dalam proses kerjanya tidak berbeda dengan kerja tunggal. Pada kerja
ganda, setiap gerakan terjadi sekaligus langkah penghisapan dan pengkompresian.
Dengan kerja ganda, kerja kompresor menjadi lebih efisien.
2. KLASIFIKASI KOMPRESOR
Kompresor berdasarkan
cara pemampatannya dibedakan menjadi dua, yaitu jenis turbo dan jenis perpindahan.
Jenis turbo menggunakan gaya sentrifugal yang diakibatkan oleh putaran impeler
sehingga udara mengalami kenaikan energi yang akan diubah menjadi energi
tekanan. Sedangkan jenis perpindahan, dengan memperkecil volume udara yang
dihisap ke dalam silinder atau stator dengan torak atau sudu. Kompresor yang diklasifikasikan
berdasarkan tekanannya adalah kompresor untuk pemampat (tekanan tinggi), blower
untuk peniup (tekanan sedang) dan fan untuk kipas (tekanan rendah).
Kompresor jenis turbo
(dynamic) berdasarkan pola alirannya dibagi menjadi tiga, yaitu ejector,
radial, dan aksial. Kompresor jenis ini hampir semuanya dapat beroperasi pada tekanan
dari yang rendah sampai tinggi. Kompresor turbo dapat dibuat banyak tingkat
untuk menaikkan tekanan dengan kapasitas besar.
Kompresor jenis
perpindahan (displacement) beroperasi pada tekanan sedang sampai tinggi.
Kompresor jenis perpindahan dibedakan berdasarkan bentuk konstruksinya, sekrup,
sudu luncur dan roots, jenis torak bolak-balik. Untuk kompresor jenis torak
dapat menghasilkan udara mampat bertekanan tinggi.
3. PENGGUNAAN UDARA MAMPAT
Dalam kehidupan
sehari-hari banyak ditemui penggunaan kompresor, misalnaya:
a.
Pengisi udara pada
ban sepeda atau mobil
b.
Sebagai penyemprot
kotoran pada bagian-bagian mesin
c.
Rem pada bis dan
kereta api
d.
Pintu pneumatik pada
bis dan kereta api
e.
Pemberi udara pada
aquarium
f.
Kipas untuk penyejuk
udara
g.
Blower untuk peniup
tungku
h.
Fan ventilator
i.
Udara tekan pada
pengecatan
j.
Pengangkat mobil
pneumatis
k.
Transportasi gas
solid dengan pneumatik pada industri kimia
l.
Kendali otomatik pada
pembakar dalam ketel uap.
Dari contoh pemakaian
kompresor seperti di atas, terlihat bahwa kompresor digunakan secara luas mulai
dari rumah tangga sampai industri besar. Penggunaan udara bertekanan mempunyai
kelebihan dibandingkan dengan listrik atau hidrolik dalam hal-hal berikut ini:
a.
Konstruksi dan
operasi mesin sangat sederhana .
b.
Pemeliharaan dan
pemeriksaan mesin dapat dilakukan dengan mudah.
c.
Energi dapat disimpan
d.
Kerja dapat dilakukan
dengan cepat
e.
Harga mesin dan
peralatan relatif murah
f.
Kebocoran udara yang
sering terjadi tidak membahayakan.
4. JENIS PENGGERAK DAN SPESIFIKASI KOMPRESOR
Kompresor merupakan
mesin yang membutuhkan penggerak dari luar. Penggerak yang dapat dipakai adalah
motor listrik atau motor bakar. Motor listrik mempunyai keunggulan yaitu tidak
berisik, tidak menimbulkan polusi, murah, dan operasi dan pemeliharaannya
mudah. Motor listrik yang biasa dipakai yaitu jenis motor induksi dan motor
sinkron. Faktor daya dan efisiensi motor induksi lebih rendah dibanding dengan
motor sinkron, akan tetapi harganya lebih murah dan pemeliharaannya mudah.
Motor sinkron hanya dipakai pada kompresor yang membutuhkan daya yang besar.
Motor bakar dipakai
apabila kompresor beroperasi pada daerah yang tidak ada listrik, atau jenis
kompresornya portable. Untuk daya-daya kecil 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 motor penggeraknya. Untuk motor penggerak motor listrik biasa
dipakai sabuk V, kopling tetap, atau rotor terpadu. Sedangkan untuk motor
penggerak motor bakar dapat diapakai transmisi sabuk V, kopling tetap, atau
kopling gesek.
Berikut ini
persyaratan dalam pembelian kompresor yang perlu diberikan ke pabrik pembuatnya.
a.
Maksud penggunaan
kompresor
b.
Tekanan hisap
c.
Tekanan ke luar
d.
Jenis dan sifat sifat
gas yang ditangani
e.
Temperatur dan
kelembaban gas
f.
Kapasitas aliran
volume gas yang diperlukan
g.
Peralatan yang
mengatur kapastas (jenis otomatik atau manual, bertingkat banyak)
h.
Cara pendinginan
(dengan udara atau dengan air).
i.
Sumber tenaga
j.
Kondisi dan
lingkungan tempat instalasi
k.
Jenis penggerak mula,
putaran penggerak mula
l.
Jenis kompresor,
jumlah kompresor.
D. DASAR REFRIGERASI
Udara panas
menyebabkan rasa tidak nyaman untuk beraktifitas. Kondisi akan semakin parah
apabila orang bekerja atau beraktifitas di dalam ruang yang tertutup dengan
sirkulasi udara yang terbatas. Udara dengan kelembaban tinggi dapat menimbulkan
rasa tidak nyaman, hal ini karena pada kondisi tersebut orang menjadi mudah
berkeringat. Untuk mengatasi kondisi tersebut, udara di dalam ruangan harus
dikondisikan sehingga mempunyai karakteristik yang cocok dengan kondisi tubuh orang
yang menempati ruangan.
Di dalam suatu
ruangan yang udaranya dikondisikan, temperatur dan kelembaban udara dapat
dikontrol sampai kondisi dimana penghuni ruangan merasa nyaman. Peralatan yang
dapat dipakai untuk pengkondisian udara biasanya adalah air conditioner (AC),
humidifier (pelembab), fan atau blower. Disamping untuk mengontrol temperatur udara,
AC dapat digunakan sekaligus untuk sirkulasi sehingga kondisi udara tetap
bersih. Fan dan bower hanya digunakan untuk sirkulasi udara saja.
Air conditioner atau
alat pengkondisi udara termasuk jenis mesin yang bekerja mengikuti siklus
termodinamika yaitu siklus kompresi uap atau daur kompresi uap. Fluida kerja
yang dipakai untuk daur ini biasa dinamakan refrigeran.
Daur kompresi uap
diaplikasikan pada mesin-mesin refrigerasi. Sebagai contoh adalah freezer,
mesin ini banyak dipakai untuk mengkondiskan benda pada suhu rendah. Sebagai
contoh bahan pangan seperti buah-buahan, sayur-mayur, makanan kaleng, atau
lainnya sering ditempatkan di dalam freezer supaya lebih awet dan tetap segar.
Freezer banyak dipakai industri makanan atau industri obat untuk pegawetan.
1. KLASIFIKASI MESIN REFRIGERASI
Mesin refrigerasi
berdasarkan cara kerjanya dibagi menjadi tiga yaitu :
a.
Mesin refrigerasi
daur kompresi uap
b.
Mesin refrigersi daur
absorpsi
c.
Pompa kalor
Mesin refrigerasi
daur kompresi uap banyak dipakai untuk mesin mesin pengkondisi udara skala
kecil, fluidanya menggunakan refrigeran khusus. Untuk mesin refrigerasi
absorpsi biasanya dipakai untuk skala besar pada industri. Fluida kerja yang
dipakai ada dua macam yaitu sebagai absorpsi dan fluida sirkulasi. Pompa kalor merupakan
jenis mesin refrigasi untuk pemanasan ruangan dengan cara memanfaatkan kalor
yang dibuang dari kondensor.
2. PENGGUNAAN MESIN REFRIGERASI
Mesin refrigerasi
secara umum digunakan untuk pengkondisian udara suatu ruangan, rumah atau industri,
sehingga setiap orang yang berada pada ruagan tersebut akan merasa nyaman.
Berikut ini adalah contoh penggunaan mesin referigerasi :
a.
Pengkondisian udara
untuk industri
Pada industri
terdapat banyak benda yang dapat menimbulkan panas seperti mesin-mesin,
peralatan komputer, dan jumlah karyawan yang banyak. Hal ini dapat menyebabkan
kondisi lingkungan yang tidak segar, kotor dan lembab. Kelembaban yang tinggi
dapat menyebabkan peralatan cepat korosi atau berkarat. Untuk peralatan
komputer yang beroperasi pada temperatur di atas normal dapat menimbulkan kerusakan.
Pemasangan pengkondisi udara menjadi penting sehingga temperatur dan kelembaban
dapat datur.
b.
Pengkondisian udara
untuk Laboratorium
Peralatan-peralatan
pada laboratorium biasannya harus besih dan higines, tidak boleh terkontaminasi
dengan penyakit dan kotoran. Kelembaban udara harus dijaga pada kondisi dimana
orang yang bekerja merasa nyaman dan juga menjamin tidak terjadi kondisi dimana
kelembaban cocok untuk perkembangan jamur atau penyebab penyakit lainnya.
Kebutuhan pengkondisi udara juga disesuaikan dengan fungsinya. Misalkan untuk
pengujian peralatan yang akan beropersi suhu rendah hingga -20oC.
c.
Pengkondisian udara
Ruang Komputer
Komputer adalah
perangkat yang dapat menjadi sumber panas karena komponen-komponenannya ,
sedangkan kalau komputer bekerja pada kondisi dimana udara panas akan terjadi
hank. Dengan alasan tersebut, pemasangan pengkondisi udara harus tepat. Fungsi
utama pada kondisi tersebut adalah mengontrol temperatur.
d.
Instalasi
penkondisian udara pada Instalasi power plant
Fungsi utama dari
pengkondisian udara pada kondisi ini adalah untuk memperoleh udara nyaman dan
bersih. Lingkungan yang cenderung kotor karena polusi dan panas yang berlebih
menjadi masalah utama pada power plant. Sebgai contoh pada instalasi pembangkit
listrik tenaga uap dan gas, dari proses pembakaran dihasilkan gas pembakaran bertemperatur
tinggi, sebagian akan hilang kelingkungan yang akan menyebabkan kenaikan
temperatur lingkungan. Karena hal tersebut, pengkondisi udara berfungsi untuk
menyetabilkan temperatur sehingga tetap nyaman, terutama pada ruangan tempat
pengendali pembangkit.
e.
Pengkondisian udara
pada rumah tangga
Rumah tinggal
berfungsi untuk tempat berkumpulnya anggota keluarga, tempat menyimpan benda-benda
mulai dari bahan makanan sampai pakaian. Fungsi utama dari pengkondisi udara
pada rumah tangga adalah menjaga temperatur dan kelembaban udara pada kondisi yang
dianggap nyaman untuk beristirahat. Pada rumah tangga juga banyak dipakai mesin
pendingin untuk mengawetkan bahan makanan dan untuk keperluan pembuatan balok
es untuk minuman.
f.
Pengkondisian udara
untuk Automobil
Pada mobil penumpang,
pengkondisi udara dipakai untuk mengontrol suhu dan kelembaban sehingga udara
tetap segar dan bersih. Sumber utama beban pendinginan adalah dari radiasi
matahari langsung dan juga dari orang-orang yang mengendarai atau menumpang.
Permasalahan pengkondisian udara biasanya pada penggerak kompresor AC,
penggerak ini adalah dari putaran poros engkol, sehingga dapat mengurangi daya
dari mesin, terutama pada beban tinggi.
g.
Penyimpanan dan
pendistribusian
Daging, ikan, sayur
mayur dan buah buah sangat mudah membusuk sehingga diperlukan perlakuan khusus
untuk pengawetan. Salah satu metodenya adalah dengan pendinginan. Metode
pendinginan dimaksudkan untuk membunuh kuman-kuman dan memperlambat proses penguraian
alamiah sehingga dengan proses ini kondisi bahan makanan tadi dapat bertahan
sampai beberapa bulan. Urutan proses pengawetan bahan makan dengan pendinginan
adalah sebagai berikut ;
1)
Pembekuan
Proses pembekuan
bahan makanan sampai -30 0C dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut ;
Ø peniupan
dengan kecepatan tinggi kearah timbunan paket makanan
Ø pembekuan
sentuh, meletakan bahan-makanan diantara pelat – pelat logam
Ø pembekuan
celup, mencelupkan bahan makanan ke air garam yang bersuhu rendah
Ø pembekuan
hamparan dengan aliran fluida, paket makanan dihamparkan di atas conveyor
kemudian di tiup udara dingin.
2)
Ruang penyimpanan
Ruang atau gudang
penyimpanan berguna untuk menyimpan bahan makan setelah pemanenan, karena tidak
semua hasil panen dikonsumsi atau dijual. Untuk bahan makanan yang mudah membusuk
peyimpanannya harus dengan pendingianan. Untuk menjaga agar tetap awet dan
segar, bahan makanan disimpan sampai suhu -200C atau lebih rendah
lagi.
3)
Distribusi
Setelah proses
peyimpanan di dalam gudang, bahan makanan kemudian didistribusikan untuk dijual
ke pasar-pasar atau toko-toko. Proses pendistribusian juga harus dilengkapi
mesin pendingin, sehingga bahan makanan tidak membusuk.
3. SISTEM PENGKONDISIAN UDARA
Teknik pengkondisian
udara adalah teknik memidahkan panas dari atau ke suatu rungan sehingga
diperoleh temperatur dan kelembaban udara yang diinginkan. Mesin yang dapat
melakukan perpindahan itu adalah heat pump. Ada dua macam pompa kalor
bergantung dari kebutuhan akan panas atau tidak membutuhkan panas. Mesin pompa panas
yang menyerap panas dari suhu ruangan kemudian dibuang kelingkungan disebut
mesin pendingin. Sedangkan mesin pompa kalor yang menyerap panas dari lingkungan
untuk dipakai untuk memanasi ruangan disebut pompa kalor.
Tujuan dari
memindahkan panas dari satu tempat ke tempat lainnya adalah untuk
mengkondisikan udara dengan temperatur dan kelembaban yang pas untuk
kenyamanan, atau untuk lainnya seperti pengawetan, dan pengeringan.
Sebagai contoh
ruangan kelas untuk proses belajar mengajar, pada musim panas atau kemarau,
ruangan cenderung panas pada waktu proses pengajaran. Beban pendinginan
diperoleh dari suhu lingkungan, radiasi matahari, para siswa dan guru. Beban
pendinginan paling besar diperoleh dari pemanasan radiasi matahari. Dengan
menganalisis bebanbeban pendinginan, dapat dibuat rancangan sistem untuk mengkondisikan
udara di dalam ruangan kelas menjadi nyaman untuk proses pengajaran.
Seandainya indikasi
kenyamanan kelas hanya terpaku pada temperatur saja, misalkan temperatur ruang
kelas pada 250C yaitu sama dengan temperatur di luar kelas, proses
pengkondisian udara harus dapat mencapai temperatur tersebut. Sebagai contoh
penyelesaiannya adalah dengan memasang kipas sedemikian hingga sirkulasi udara lancar,
ditambah dengan pemasangan tabir matahari pada jendela kaca untuk megurangi
efek radiasi panas matahari.
Kalau kebutuhan
kenyamanan dirasa pada temperatur yang lebih rendah lagi, misalkan pada 18 0C,
sehingga harus dipasang air conditioner (AC) yang mampu mengkondisikan udara
sampai temperatur tersebut. Jendela-jendela kaca harus dengan tabir matahari
ditutup untuk menghindari beban pendinginan yang besar dari radiasi matahari.
AC akan bekerja menyerap kalor dari ruangan kelas kemudian dibuang kelingkungan
di luar kelas. Karena ruang kalas, sebagian kalor nya diserap AC, temperaturnya
menjadi turun. Biasanya berbarengan dengan proses penyerapan kalor kelembaban
udara juga ikut berubah karena temperatur turun, ada sebagian uap air di dalam
kelas mengembun, sehingga kadar uap air di dalam ruangan kelas menurun. Dari
contoh tersebut terlihat bahwa proses pengkondisian udara bukan berarti hanya proses
pendinginan, tetapi proses untuk pencapaian temperatur yang dirasa nyaman bagi
pengguna ruangan.
4. PERALATAN PENGKONDISIAN UDARA
Adapun alat-alat
untuk mengkondisikan udara ruangan sampai temperatur dan kelembaban yang diinginkan
adalah sebagai berikut :
a.
Koil pendingin.
Koil pendingin adalah pipa pipa yang membawa refrigeran dan dilewatkan pada
ruangan yang akan didinginkan. Koil pendingin adalah bagian evaporator dari
mesin refrigerasi.
b.
Koil pemanas.
Koil pemanas adalah pipa pipa yang membawa refrigeran dan dilewatkan pada
saluran udara yang akan dikondisikan. Koil pemanas adalah bagian kondensor dari
mesin refrigeasi.
c.
Fan atau kipas.
Sebagai alat untuk menarik atau mendorong fluida ke luar atau masuk ruangan.
Sebagai alat sirkulasi udara.
d.
Pelembab udara atau
humidifier. Pelembab udara adalah alat yang dapat merespon
kondisi kelembaban udara sehingga dapat menambah kelembaban udara yang
dikondisikan. Alat ini dapat menyemprotkan uap air ke udara untuk meningkatkan
kelembaban udara tersebut.
e.
Katup-katup dan
damper – damper untuk mengontrol aliran udara dan cairan refrigeran
f.
Sensor-sensor untuk
merespon kondisi udara. Alat tersebut seperti termostat, sensor kecepatan,
humidistat, selektor tekanan, freezestat, dan lainnya
5. BEBAN PEMANASAN DAN PENDINGINAN
a. Transmisi,
yaitu kehilangan kalor atau perolehan kalor yang disebabkan oleh beda suhu dari
kedua sisi elemen bangunan.
b. Panas
matahari yaitu perolehan kalor matahari karena rambatan energi matahari melaui
benda tembus atau tidak tembus cahaya.
c. Perembesan
udara (infiltrasi) yaitu kehilangan atau perolehan kalor karena perembesan
udara luar ke dalam ruangan yang dikondisikan.
d. Sumber
dalam (internal) yaitu perolehan energi yang disebabkan oleh pelepasan energi
di dalam ruangan ( lampu-lampu,orang, peralatan, dan sebagainya).
6. REFRIGERAN
Fungsi refrigeran
pada daur mesin refrigerasi adalah sebagai media pembawa kalor, yaitu
refrigeran pada kondisi tekanan rendah akan menyerap kalor pada evaporator,
kemudian kalor yang diserap akan dilepaskan pada kondensor. Sifat paling
penting dari pemilihan refrigeran adalah dampak refrigerasinya yaitu jumlah
kalor yang dapat diserap pada evaporator per kg nya. Sifat yang lainnya adalah
laju aliran uap hisap perkilowattnya, sifat ini akan menentukan pemilihan alat
kompresinya.
E. MOTOR LISTRIK
Motor listrik
merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa,
fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan
juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala
disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan
sekitar 70% beban listrik total di industri.
1. JENIS MOTOR LISTRIK
a. Motor
Listrik DC
Motor arus searah,
sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional.
Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque
yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Sebuah motor DC yang
memiliki tiga komponen utama:1
1) Kutub
medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan.
Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan.
Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara
ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau
lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar
sebagai penyedia struktur medan.
2) Dinamo.
Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo
yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban.
Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti
lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara
dan selatan dinamo.
3) Commutator.
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk
membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam
transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan utama
motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas
pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur :
Ø Tegangan
dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
Ø Arus
medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia
dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa
penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti
peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan
perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor
tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak
berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal
dibanding motor AC.
b. Motor
AC
Motor arus
bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada
rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik:
"stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan daalam. Stator
merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar
untuk memutar as motor.
Keuntungan utama
motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit
dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak
frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya.
Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya
dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah
atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap
berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).
proses
pembentukan logam merupakan proses pembentukan yang dilakukan pada
proses pembuatan komponen – komponen kendaraan dari konstruksi engine,
chasis sampai body kendaraan semuanya itu di kerjakan dalam proses
produksi skala massal.
