Konversi Energi

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 -20^oC.

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).