Bab5 Kompresor Dan Kondensor

5/11/2018 Bab5 Kompresor Dan Kondensor

1/30

BABVKOMPRESOR dan KONDENSOR

5.1 Kompresor5.1.1 Beherapa Jellis KompreJorKompresor dapat dibagi dalam dua jenis utama, yaitu kompresor positif dimana gasdiisap masuk kedalam silinder dan dikompresikan; dan jenis kompresor noopositi(dimana gas yang diisap masuk dipereepat alirannya oleh sebuah impeler yang kemudianmengubah energi kinetik untuk menaikkan tekanan.1. Penggolongan berdasarlam metode kompresi :

- (Kerja tungg al )(Kompresor torak, bolak balik), - (Kerja ganda)Metoda kompesi positif (Kompresor torak tingkat ganda,bolak balik)(Kompresor putar)(Kompresor sekrup)

t Kompresor centrifugal satu tingkatMetoda kompresi sentrifugal (Kompresor sentrifugal tingkat ganda)2. Penggolongan menurut bentuk

-Jenis vertikal-Jenis horisontal-Jenis silinder banyak (jenis -V,jenis -W, danjenis -VV)

3. Penggolongan menurut kecepatan putar- Jen is k e c.ep atan r endah-Jenis kecepatan tinggi

4. Penggolongan menurut gas refrigeran-Kompresor ammonia-Kompresor freon

32


2/30

-Kompresor C025 . P en gg olo ng an m enu ru t k on stru ksi

- Jen is t er buka-Jenis hermatik-J en is s em i hermatik

n e r i l r u t ini akan diberikan penjelasan secara' garis besar mengenai beberapa kompresory an g ba ny ak d ig un ak an pada waldu ini.

5.1.2. Kompresor torak kecepatan tincci bersiJinder banyakKecepatan putar yang t inggi d ipe rgunakan apabila diperlukan kapasitas yang lebih

besar,namun pada kompresor torak yang konveosional kecepatan putar tersebut adabatasny a. H al itu d isebabk an k aren a terbatasn ya k ek uatan m aterial d an teljadin ya getaranyang disebabkan oleh bagian mesin yang bergerak bolak balik. Kecepatan putarkompresor berkisar antara 900 - 1800 rpm dan untuk memperoJeh kapasitas yang lebihbesar dipakai kompresor yang bersilinder banyak. Gambar 5.1 menunjukkn jeniskompresor yang banyak digunakan pada waktu ini. Meskipun demikian, banyak jugadiperlukankompresor berukuran kecil dan sedang. Daya penggerak antara kompresorberkisar antara 3,7 sampai 200 kw..

1. KaIUp peDUIuppeda pipa isap

2. SariDpn isap3. SiI inder4Pepst_S. Toral6. Katup penutup

pada pipa b u a n a

7. PuIi aJurV.1. Setat paras9. Poroc Cll lkol10. Pompa miayatII.Katup keamanaD

Gbr. 5-1 Konstruksi kompreser torek (silender ganda) kecepatan tinggi -

33


3/30

6. Keausan cincin torak, bantalaa, dan sebagainya terjadi karena kecepatan danbeban yang t inggi.

7. Kerusakan minyakpelumas terjadi karenatemperatur kerjayangtinggi.8. Apabila dipergunakan perbandingan kompresi yang tinggi , maka kemampuan

akan turun dan kerugian dayanya bertambah besar karena efisiensivolumetriknya akan turnn.

5.1.3. Kompresor Semi Hermetik.Pada kompresor semi hermetik listrik dibuat menjadi satu dengan kompresor. Jadi

rotor motor listrik tersebut berada di dalam perpanjangan ruang engkol dari kompresortersebut. Den ga n ja la n demikian tidak diperlukan penyekat poros, sehingga dapat dicegahterjadinya kebocoran gas refrigeran. Di samping itu, konstruksinya lebih kompak danbunyi mesin lebih haJus.

Namun demikian, perlu diperhatikan agar dipergunakan isolator listrik (motorlistrik) yang sebaik-baiknya, yaitu tahan terhadap pengarub refrigeran. Untuk haltersebut, gas refrigeran freon sangat tepat, sebab selain tidak merusak isolator listrik, gasfreon juga memiliki sifat mengisolasi.

Pada waktu ini, kompresor semi hermetik untuk gas refrigeran freon dibuatsampai kira-kira 40 kW. Dari segi konstruksinya, kompresor semi hermetik juga dapa!dibuat berselinder banyak, dengan momen putar start yang rendah, seperti terlihat padagambar (5-2).

5.1.... Kompresor Hermetik.Pada dasarnya, kompresor bermetik hampir sarna dengan kompresor semi

hermatik perbedaannya hanya terletak pada cara penyambungan rumah (baja) kompresordengan stator motor penggeraknya. Pada kompresor hermatik dipergunakan sambungalas, sehingga rapat udara, seperti terlihat pada gambar 5-3. Pada kompresor semihermatik dengan rumah terbuat dari besi tuang, bagian-bagian penutup danpenyambungannya masih dapat dibuka Sebaliknya dengan kompresor hermatik rumahkompresor dibuat dari baja dengan pengerjaan las, sehingga baik kompresor maupun

34


4/30

C D(i)"@

No Nama Material1 Tutup kepala s il inder Besi luang2 Kepela silinder Baja khusus3 Flens dari pips buang Baja4 Sihnder Besi luang5 Torak Besi luang6 Pena torak Baja khusus7 Pompa rod. gigi BaJ8 luang8 Logam bantalan Logan> putih9 Sarinpn mIDyak pelumas KawaI kuningan10 BaWlg penghubung Baja khusus11 Poros engko! BaJ812 Beban keseirnbangan Besi luang13 Bantalan utama Logan> putih14 Rumah engkol ( ruang engkol) Besi tuang15 Tutupmotor Bes i tuang16 Saringan gas masuk Kawai kurungan17 Tutup Baja18 Flens dan pipa isap Baja19 Motor20 Terminal hstri],21 Tutup terrmnal Baja22 Kepala pengarnan Baja

Gbr. 5.2Penampangkomprescr serni-herrnatik

35


5/30

Perbedaan konstruksi antar kopresor yang kecepatan rendah dan kecepatan t inggibersilinder banyak ada beberapa hal sebagai dibawah ini

(1). Mek.anisme k.atupDengan naiknya kecepatan putar, maka dipakai katup yang ringan, misalnya katup

petal Hal ini disebabkan karena katup, seperti yang biasa dipergunakan pada motor bakartorak adalah terlalu berat. Katup pelat dapat secara cepat mengikuti gerakan torak,sehingga prestasinya lebih baik dan dapat diandalkan.(2). Penyek.at poros

Dengan naiknya kecepatan poros engkol, dipergunakan penyekat mekanikal danbukan sejenis penyekat paking,(3). Pelnmasan

Minyak pelumas dialirkan ke ba.gian-bagian mesm secara paksa, denganmenggunakan pompa minyak pelumas.(4). Pelepas tekanan

Pelepas tekanan dipasang didalam silinder utnuk meringankan start dan mengaturkapasitas kompressor. Pelepasan tekanan itu dijalankan oleh pengatur kapasitas denganmenggunakan tekanan minyak pelumas.

Ciri-ciri kompressor bersilinder banyak kecepatan tinggi adalah sebagai berikut :1. kecil dan ringan2. memerlukan pondasi yang sederhana karena getarannya lebih kecil3. memungkinkan penggunaan pelepas tekanan dan idak diperlukan momen

putar start yang lebih besar4. kapasitas refrigerasi dapat diatur secara otomatikn5. memungkinkan perputaran komponen yang dipergunakan pada setiap silinder,

kapasitas kompressor dapat dirancang dengan menggunakan kapasitas yangtersedia, sehingga dapat diperoleh kompressor dengan 4, 6, 8, 12, 16 silinder,sesuai dengan keperluan, Oleh karena itu dapat diperoleh kompressor denganharga yang lebih murah.

36


6/30

motor listrik tak dapat diperiksa tanpa memotong rumah kompresor oleh karena itukomponen dari kompresor hermatik haruslah terpercaya dan dapat diandalkan.

Kompresor hermatik biasanya dibuat untuk unit berkapasitas rendah, sampai 7,5kWaltGambar 5.3 memperlihatkan suatu kompresor putar hermstikSementara itu, ada kecendrungan menggunakan motor listrik putaran tinggi dengan dua-pool(3000rpm:50Hz, atau 3600 rpm: 60 Hz) sebagai pengganti motor listrik empat-pool(1500 rpm: 50HZ; atau 16800 rpm: 60 Hz)

Gambar 5.3 kompresor pillar hennatik

5.1.5. Kapasitas kompresorKapasitas refrigerasi dari sebuah mesin refrigerasi tergantung pada kemampuan

kompresor memenuhi jumlah gas refrigeran yang perlu disirkulasikan.Kapasitas kompresor biasanya dinyatakan dengan volume gas yang diisap per

satuan waktu (m3/jam)(1) untuk kompresor torak, secara teori kapasitas kompresor dapat dinyatakan

sebagaiV=(7tl4)x D2XLx zx n x60 (m3/jarn)

di mana,D =: diameter silinder (m)

37


7/30

L =panjang langkah torak (m)z = jumlah silindern = jumlah putaran poros per menit(2) Untuk kompresor putar (positif),lihat juga gambar 5-4)

Gambar 5-4 Volume langkah torak dari kompresor putar.

v =(1t/4) X (D 2 -d 2) x L X z X n X 60~m 3 I Jam)Di mana,

D = diameter-dalam dan silinder rumah (m)d =diameter-Iuar dari silinder rotor (torak berputar) (m)t =tebal silinder (m)z=tumlah silindern=jumlah putaran rotor per menit

5.1.6. Proses kompresiAda tiga macam proses kompresi yang kita kenal, yaitu kompresi isotermal,

kompresi politropik, dan kompresi adiabatik.(1) Kompresi Isotermal

Dalam kompresi isotermal, temperatur gas tidak berubah, sehinggatemperatur gas pada akhir langkah kompresi sarna dengan temperatur ga s pada awalkompresi. Dalam hal ini kenaikan temperatur gas dapat dicegah, karena panas yangtimbul selama proses kompresi, segera diserapsempurna oleh fluida pendinginan melaluidinding silinder. Namun demikian, proses kompresi isotennal sukar dilakssnakan,

38


8/30

Tetapi, dengan kompresi isotermal kerja yang diperlukan adaJah yang palingrendahjika dibandingkan denganjenis proses kompresi yang lain. Hubungan antara

Di mana,P = tekanan gas (absolut ) (kglcm2 abs)V = volume gas (m')

Sedangkan subskrip 1 dan 2, berturut-turut menyatakan kondisi gas pada awal dan akhirproses kompresi

(2) Kompresi PolitropikDalam kompresi politropik temperatur gas setelah kmpresi lebih t inggi daripada

temperatur gas pada awal langkah kompresi, meskipun selama proses tersebutberlangsung terjadi perpindahan kalor dari silinder ke sekitamya Kompresi gas refrigerandi dalam kornpresor, dalam keadaan sebenarnya, kira -kira meadekati proses politropiktersebut dimas. Kerja yang diperlukan untuk kompresi politropik lebih besar dari pads.untuk kompre s i i so te rma l , tetapi le b ih r end ah dari pada untuk kompresi adiabatik.

Disamping i tu, kenaikan tekanan yang diperoleh dengan kompresi politropik lebihbesar daripada dengan kompresi isotermal, lebih rendah daripada dengan kompresiadiabatik

Untuk kompresi pJitropik, hubungan antara tekanan dan volume pada awal danakhir proses kompresi adalah sebagai berikut :

Dimana:n= eksponen : 1 < n < (Cp/Cv)Cp = kalor spesifik tekanan konstanCv = kalor spesifik volume konstan

39


9/30

(3) Kompresi AdiabatikProses kompresi adiabatik adalah proses kompresi tanpa perpindahan kalor dari

gas dan sekitarnya, yaitu dengan jalan memberikan isolasi panas secara sempurna padadinding sil inder, Dengan kompresi adiabatik, temperatur gas akan naik dan lebih t inggidari padakenaikan yang terjadi dengan kompresi politropik.

Disamping ito, dengan kompresi adiabatik kerja yang diperlukan untuk kompresiakan lebih besar, tetapiakan diperoleh kenaikan tekanan yang lebih tinggi. Hubunganantara tekanan dan volume pada awal langkah kompresi dan pada akhir kompresi dapatdinyatakan sebagai

Dimana:k =(Cp/Cv) =konstanta adiabatik

Proses kompresi di dalam kompresor, dalam kenyataannya bukanlah kompresiadiabatik maupun kompresi isotermal, akan tetapi kompresi politropik. Namun, karenaprosesnya mendekat i kompresi adiabatik, maka dalam perhitungan dengan menggunakandiagram mullier proses kompresi tersebut dianggap adiabatik

5.1.7. Siklus Kerja Kompresor

Apabila gas refrigeran diisap masuk dan dikompresikan di dalam silinderkompresor mesin refrigerasi, perubahan tekanan gas refrigen terjadi sesuai denganperubahan volume yang diakibatkan oleh gerak torak didalam silinder tersebut

Gbr 5.5 menunjukkan perubahan tekanan gas di dalam silinderselama langkah uapdan langkah kornpresi.(1) Langkah Isap

1) Pada waktu torak berada di titik mati atas (titik A) katup buang dan katup isapada dalam keadaan menutup. Kemudian, pada waktu torak mulai bergerak darititik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (1MB) katup isap akan membuka ,

2) Selama gerakan torak dari TMA ke titik B, gas yang ada di dalam silinderakan berexpansi, tetapi gas sebenarnya baru terisap masuk ke dalam silinder

40


10/30

setelah tekanan dalam silinder tersebut turun mencapai tekanan penguapan.Oleh karena ito, selama gerakan torak dari titik A ke titik B, tida etrjadipengisapan, (langkah bebas; idle stroke)

3) Maka barn setelah torak mencapa titik B dan meneruskan gerakannya menujuTMB (titik C), gas refrigeran mulai diisap masuk ke dalam silinder. Padawaktu torak berada di T .MB katup isap menutup dan proses pengisapan gasrefrigeran seless-.

Lanlllah komprcsrpembuangan

~1 ----r Katup isap-I:- tertutupLl- LTor_I: ada di TMB~~j2 ~E [_

5 1===4---i~~{-~'3 L L_6Volume SI$.8

"7ekanant

Tcl(l'1t!.n buang

Tekxnan isap _-+-4_-~:,._ ~C Torok berada di TMB(}-_---{ - Volume

Vol""e langkahloral kompresor

rT k A (Awal Jrakan lorak dan TAke TMB, torak berada d. TMA)~-11011~ ~atup isap mulai membukalJ LTenutup013 ~ Torak herada d. TMA

f ,.! r: _Kalup isa p terbukaLOl4 x : .I T.uk C (akh" langkah lsap, toral berada d. TMB)J! '-;C rl -il !-~--r.-1 I L ./~_ Lr : : = Langkah --1\Torak berada d. TMBisap

sebenamyaJ K a t up I S -( l. Pm en ut uphHlup buang

8. Langhb pembuangan9: Langkah bebas isap

LangLah isap10: Jumlah yang tcr isap

..,ben_rny_II: KllUP buang tutup12: Volume lisaJ3: Tim. B (Awallanghb isap)14: Lan&kah bebas i san

tnular mernbukaTek anan tmgp

I..anglah ko.npresiT.Dl A (Alh" proses

p-mbuang an , Torok ada di TM A)(, l.J\n~l.h buang (Torak d. TMA)7 TprHl ad. d. TM A

Gambar 5.5 sw..1uskompresor (gerakan torak dan perubahan tekanan eli dalam silinder)

41


11/30

(2) Langkah Kompresi1) Pada waktu torak berada di TMB (Titik C). baik katup isap maupun katup

buang ada dalam keadaan menutup,2) Selanjutnya, selama gerakan total dari TMB ke titik D, gas di dalam silinder

mengalami proses kompresi sehingga tekanan gas akan naik secaraberangsur-angsur.

3) Apabila telah dicapai tekanan buang (pengeluaran), pada titik d, katuo buangmulai membuka sehingga gas akan keluar dari dalam silinder,

4) Selama gerakan total dari titik D ke TMA (Titik A), pengeluaran gasrefrigeran berlangsung pada tekanan konstan. Proses kompresi selesai padawaktu torak berada di mA.

Seperti telah diterangkan di atas, selama langkah isap terdapat langkah bebas(idle stroke) sehingga jumlah gas yang terisap berkurang. Dengan demikian, efisiensivolumetriknya akan tu ru n, O le h karena i tu, hendaknya diusahakanagar panjang langkahbebas dapat dibuat sependek-pendeknya sehingga pengisapan gas masuk kompresordapat dimulai seawal mungkin.

5.1.7. Temperatur Gas KeluarSelain tekanan gas refrigeran akan naik selama langkah kompresi,

temperatunyapun akan naik. Laju kenaikan tersebut tergantung dari jenis refrigeran yangdipergunakan. Untuk proses kompresi adiabatik, hubungan antara temperatur dan tekanangas adalah sebagai berikut :

Di mana,T =temperatur gas absolut (OK)

Sedangkan subskrip 1 dan 2, berturut-turut menyatakan kondisi pada awal kompresi danakhir kompresi.

42


12/30

Dan persamaan tersebut di atas dapat disimpulkan bahwa makin tinggi hargakonstan adiabatik (k) dari gas refrigeraa, makin tinggi pula kenaikan temperatur yangterjadi dari proses kompresi tersebut, Tabel tersebut di bawah ini menunjukkan konstantaadiabatik dari beberapa gas.

JeDis ,as kUdara 1,4Ammonia 1,3Freon 22 1,2Freon 12 1,136

Dalam kompresor sebenarnya, gas di kompresikan secara politropik sehinggahubungan antara temperatur dan tekanan pada awal dan pada akhir kompresi adalah

Di mana, 1


13/30

Dalam keadaan sehari-hari, berat gas refrigen yang terisap masuk lebih keeil daripada keadaan yang ideal (teoritik)Efisiensi volumetrik( I1v ) menyatakan perbandingan antara berat gas refrigen yang

terisap masuk sebenarnya, terhadap berat gas refrigen yang terisap masuk dalam keadaanideal, atan

G '7 J 1 I = G

Di mana,G = berat gas refrigen yang terisap masuk daJarn keadaan ideal (kg/jam)G'=berat gas refrigen yang terisap masuk ke dalam keadas., yang sebenamya

(kg/jam)Efisiensi volumetrik lebih kecil dari pada 1, karena beberapa faktor tersebut di bawah ini

(a) Pengaruh volume sisa : volume sisa adalah volume antara kepala torak dansilinder, pada waktu torak berada di TMA. Gas refrigen yang ada di daJam volume sisapada akhir langkah kompresi, bertekanan tinggi (sarna dengan tekanan buang) sehinggamenghambat pengisapan gas pada awal langkah isap, yaitu pada waktu torak bergerakdari arab titik A ke titik B, seperti terlihat pada gbr 5.5, jadi, baru seteJah tekanan gasdi dalam silinder turun mencapai tekanan yang sarna deng~ tekanan gas refrigen padaseksi masuk kompresor (Titik B pada garnbar 5.5) gas refrigen mulai terisap masuk kedalam silinder.

Berdasarkan proses tersebut diatas,diefisiensikan sebagai

maka efisiensi volumetrik dapat

Di mana,V' =volume gas refrigeren yang terisap sebenarnya Inr'(jam)V = volume langkah torak per satuan waktu (m3/jarn)T l v c =efisiensi volumetrik berdasarkan pengembangan volume sisa

44


14/30

(b) Pengaruh expansi gas yang terisap : volume spesifik dari gas refrigen yangmasuk ke dalam silinder naik dari v ke Vi karena adanya efektrotel pada waktu gas masukmelalui katup isap, dan efek pemanasan dinding silinder yang bertemperatur tinggi.

Maka efisiensi volumetrik berdasarkan expansi volumetrik gas refrigen dapatdinyatakan sebagai :

v ',.,=-"tv VDi mana,

v =volume spesifik gas sebelum masuk kedalam silinder, (m3/kg)Vi = volume spesifik gas yang ada di dalam silinder pada akhir langkah isap(m3/kg)

Karena,G= V/v dan G' = V'/v'

Maka:

G' V V' V' v.,., - - x - x =n:nII' - -G - TT -; - ~ -; - cr=t vsV V V V

Besaruya efisiensi volumetrik pada kompresor yang sebenarnya, tergantung daribeberapa faktor tersebut dibawah ini

1) Makin besar volume sisa, makin rendah llv~2) Makin besar perbandingan kompresi, makin rendah llvc3) Makin kecil volume silinder, makin rendah llvcHal ini disebabkan karena luas permukaan silinder per volume silinder menjadi

lebih besar, sehingga gas mudah menjadi panas.4) Makin tinggi kecepatan putar, makin rendah llvc

45


15/30

Gbr 5.6 menunjukkan grafik efisiensi dari kompresor yang sebenarna Efisiensivolumetrik tergantung dari jenis re:&igeran, volume langkah torak, konstruksi katup,pendinginan silinder, dan sebagainya

Namun, apabila kompresor yang sama menggunakan reftigeran yang sama,efisiensi volumetrik tergantung pada perbandingan kompresi dan kecepatan putarnya( lih at g am ba r 5 .7 )

20----Jenis ~ikalkeoepatan reodah-----Jenis siI~ pflda

PerbandinpD kompres i

Gambar :>,6 Efisiensi Volumelrik Kompresor

100~.-r-.-.-.-'-~~'-'-'g 90hl-+-+-+-+--t--t--t--t--t-1. . .'I: 80~~~+-+-+-+--+U~ 70~f--f--~R-.::~f---1r-'0,~ 60~~~+-+-~~~~,~.sol--I--+-+-+-+--t--f"'-'~~-t-i'" ~L-L-L-~~~~~~~~1 2 3 4 S 6 7 8 9 10

Pc:rbandingan kompresi

Kompresor A B C L'Diameter silmder, mm 100 100 70 70Penjang langkah, mm 100 100 60 60Keccpatan putar poros, rpm 900 1200 1200 1500

Gambar 5,7 Perubahan efiiensi vlumetrik sesuai dengan ukuran dan kecepatan putar poros kompresorbersilinder banyak dan kecepatan putar tinggi

46


16/30

( '1) Daya teoritik yang diperlukan untuk menggerakkan kompresorKerja yang dilakukan oleh kompresor dapat dihitng dengan menggunakan

diagram mullier, D a n diagram mullier dapat diketahui entalpi gas pada seksi masuk dankeluar kompresor. Mak a daya yang diberikan kompresor dapat dihitung denganmenggunakan persamaan tersebut di bawah in i :

( id - is)N = ------------- (V/v) kW

860

Di mana,N =daya yang diperlukan kompresor ( leW)V = volume gas yang dipindahkan kompresor (m3/jam)v=volume spesifik gas (m3/kg)

V/v = G = berat gas yang dikompresikan (kg/jam)i = entalpi gas (kca1lkg)

sedang subskrip d dan s berturut-turut menyatakan kondisi gas pada seksi keluar danmasuk kompresor,Jika daya tersebut di atas merupakan daya kompresi isentropik atau entropi konstan,maka day~ motor listrik penggerak kompresor yang diperlukan adalah

NN'=

Di mana ,N' =daya motor penggerak kompresot (kW)N= daya kompresor isentropik (kW)T I c =efisiensi kompresorllm = efisiensi mekanikNamun, sebaiknya digunakan daya motor penggerak kompresor 10 % lebih tinggi

dari pada N', untuk mengatasi kenaikan beban karena tetjadinya perubahan kondisioperasi, dan supaya dapat memberika momen puitar yang tinggi pada waktu start.

(3) Efisiensi kompresi

4 7


17/30

Gas yang ada di daJmn kompresor di komresikan dan mengaJami hambatan terutama pada waktu melalui katup isap dan katup buang . oleh kama itu , tekanan gaspada awal langkah kompresi sedikit Iebih rendah dari pada tekanan gas di dalam pipaisap. Selan ito, tekanan gas keluar kompresor sedikit lebih tinggi dari pada tekanan gas didalam pipa buang. Dengan dsemikian, daya yang sebenamya diperlukan untukmelakukan proses kompresi lebih besar dari pada jika proses kompresinya isentropik(tihat gbr 5.8). perbandingaa antara kerja yang sebenarnya diperlukan untuk proseskompresi terhadap kerja kompresi teoritik (isentropik) dinamai efisiensi kompresi stankompresi indikator,

Tekanan ps sebenamya

Tekanan isap(Tebnan penguapan)

.Selisih lei::anan leonia

Selisih tcl::anan sebenamY8

Tcbnan gas sebenamya

Gambar 5.8 Sikius kompresi dalam keadaan sebenamya.

Makin tinggi perbandingan kompresinya, makin rendah efisiensi kompresi [lihatGbr 5.9) efisiensi kompresi dapat dinyatakan dengan persa maan

Daya kompresi teoritikEfisiensi kompresi = -------------------------------------Daya kompresi sebenarna

48


18/30

Makin tinggi kecepatan putar kompresor, makin rendah efisiensi kompresi. Olehkarena itu, konstruksi katup harus disesuaikan dengan kondisi operasinya, supaya dapatdiperoleh efisiensi kompresi yang t inggi,

(4) Efisiensi mekanikpada kompersor terjadi gesekan antara bagian yang bergerak misalnya antara

torak dan dinding silinder, antara poros dan bantalan, dan sebagainya Oleh karena itu,diperlukan daya tambahan untuk mengatasi gesekan tersebut di atas.

Efisiensi mekanik adalah perbandingan antarn daya yang diperlukan untukmengkompresikan gas dalam keadaan sebenarnya terhadap daya yang diperlukan untukmenggerakkan kompresor.

Bah 5. Refrigerasi dan Mesin RefrigerasiI,O~r---'---.--_~~

f o , s l J~---- _ --j--+----J-:- - - - - - - - -n

~. n, - Efis iens i kompresi putaran rendah da n ocdan- ,,', 'I" - Efisiens i kompres i kompraor pularan tinui II

6 8Pcrbandmgan kompresr 10

Gambar 5.9 Efisiensi kompresi dari kompresor

Daya yang sebenarnya diperlukan untukmengkompresikan gas (daya indikator)Efisiensi mekanik = --------------------------------------------------Daya yang diperlukan untuk menggerakkankompresor (daya poros)

49


19/30

Efisiensi mekanik tergantung terutama pada kelonggaran antara bagian-bagian yangbergerak, kecepatan dan tekanan bidsng, dan sebagainya (Lihat gambar 5.10)

[,,$ III

! "II I,----1---I

~- = Efisiensr mek anik kornpr esor putaran rendah dan sedang~._= Efis iens : rnekanik kompresor pUlaran l ingg.

4 6 10Perbandmgan kompresi

Gambar. 5.10. Efisiens] mekanik dari kompresor

(5) Prestasi kompresorKarakteristik kompresor di berikan oleh pabrik pembuatanya , sesuai dengan

penelitian dan hasil pengujian yang telah di lakukan. Dari data yang di lakukan itu, dapatdi perkirakan karakteristik dari kompresor Iainnya Yang sejenis, tetapi dengan jumlahsilinder dan kecepatan putar yang beda.


20/30

5.2 Kondensor

5,%.1Kalor pe~embunan dan kemampuan ref~erasi.

Untuk mencairkan uap refrigeren yang bertekanan dan bertemperatm" tinggi (yangkeluar dari kompresor), dipedukan usaha melepaskan kalor sebanyak kalor latenpengembunan, dengan cara mendinginkan nap remgerBD itu. Jumlah kalor yangdilepaskan oleh uap refrigeran kepada air pendingin atau udara pendingin, di dalamkondensor, sarna dengan selisih entalpi uap refiigeran pada seksi masuk dan pada seksikeluar kondensor.

Jumlah kalor yang dilepaskan di dalam kondensor sama dengan jumlah kalor yangdiserap oleh refiigeran di dalam evaporator dan kalor yang ekivalen dengan energi yangdiperlukan untuk melakukan kerja kompresor d alam kompr es or ,

Maka untuk menghitung banyaknya .kalor pengembunan, terlebih dahulu hamsdihitung kapasitas refrigerasi (kcal(jam) dan daya kompresi (kW), berdasarkantemperatm- penguapan dan temperatur pengembunan yang diterapkan, denganmenggunakan data spesifikasi kompresor yang ada Jadi,

Kalor pengembunan (kcal/jam)= (kapasitas refrigerasi, kcalljam)- ( daya kompresor, kW x 860 (kcal/jam)/kW)Pada waktu mesin refiigerasi mulai bekerja, temperatur benda yang harus

didinginkan masih tinggi, sehingga temperatur penguapannya juga tinggi, Oleh karenaitu, kalor pengembunannyajuga bertambah besar. Dengan demikian, dalam perancangankondensor, hal tersebut barus diperlUtungkanjuga

Pada umumnya, mesin refrigerasi dengan temperatur penguapan yang tinggi,seperti yang terjadipada penyegar uelara, kalor pengembunanya kira-kira 1,2 , sampai 1,3kali kapasitas refrigasi. Sedangkan dalam mesin refrigerasi, seperti mesin pembuat es,kalor pengembunan sebaiknya 1.3 sampai 1.6 satu kali kapasitas refrigerasi .


21/30

5.J.2 Jumlah air pendin:in atau udara pendinginLaju aJiran air pendingin atau udara pendingin yang diperlukan untuk

mengembunkan uap refiigeran yang keluar dari kompresor dapat dihitung denganmenggunakan persamaan te rs eb ut d i bawah ini,

Jumlah air pendingin (liter/jam)Kalor pengembunan (kcaJIjam)

1kcallliter C) [ Temperatur air keluar eC)- Temperatur air masuk (OC)]Di mana kalor spesifik air pendingin dianggap sama dengan 1 kcallkg dan berat jenisnya1kg/liter.Sedangkan untuk kondensor dengan pend ing in udara,

Kalor pengembunan (kcal/jam)O,28(kcal/m3 C) [ Temperatur udara pendingin keluar eC)] -Temperatur udara pendingin masuk eC)

Di mana kaJor spesifik udara pendingin sama dengan 0,242 kcallkgOC; volume spesifikudara O,87m3/kg.. sehingga kalor spesifik udara pendingin per m3 sarna dengan 0,28kcallm3C.

5.~lPerpindahan Kalor dalam KondensorLuas bidang pendinginan yang diperlukan kondensor, untuk memenuhi kalor

pengembunan yang dirancang, secara kasar dapat dihitung dengan menggunakan,persamaan berikut ini.

Luas bidang pendingin dari kondensor (m2)Kaler pengembunan

(Koefperpindahan kalor total (kcal/m2jam C x (perbedaaa temperatur rata-rataantara refrigeran dan fluida pendingin e C

Perbedaan temperatur rata-rata dalam persamaan tersebut di atas biasanyadinyatakan dengan perbedaan temperatur logaritmik.

S 2


22/30

5.1.4 SeJisihTemperatar Rata-Rata dalam KoademorRefiigeran masuk ke dalam kondensor sebagai nap super panas dan keluar

kondensor sebagai em jenuh stau super dingin. Obr 5.11 menunjnkkan hubungan antarakedua kondisi tersebut, sedangkan untuk mempermudah penjelasan tentang temperaturyang terjadi di dalamnya, dipergunakan kondensor pipa ganda

Gambar.5. ] 1 Temperatur refrigeran dan temperatur air pendingin di dalamkondensor

'Jatatan.1. Di dalam kondensor pipa ganda, biasanya refrigeraa mengalir di dalam pipa luar, dan

air pendingin, mengalir di dalam pipa dalam. Namun, pada gambar tidak dituniukkandemikian untuk memudahkan penjelasannya

2. Temperatur refrigeran pada seksi masuk (temperatur nap superpanas) lebih tinggidaripada temperatur jenuh. Selisih temperatur antara refrigeran masuk dan airpendingin keluar adalah Atl. tetapi dafam praktek, dipergunakan temperatur jenuhuntuk menggantikan temperatur refrigeran masuk, sehingga dipakai Atl (bukan At' I )

53


23/30

3. Refrigeran keluar kondensor kadang-kadang dalam kondisi superdingin Selisihtemperatur refrigeran superdingin dan temperatur air pendingin pada seksi masukadalah L1t2Namun, dalam prakteknya dianggap temperatur jenuh, sehingga dianggapsebagai .1.t'2.

Pada gambat tersebut ditunjukkan perubahan kondisi refHgeran dari nap sqperpanas menjadi uap jenuh, pengembunan uap jenuh menjadi eair jenuh, dan pendinginanrefrigeran eair jenuh menjadi superdingin, semuanya terjadi pada waktu refrigeranmengalir di dalam kondensor.

Sementara itn, air pendingin mengalir dalam arab berlawanan dengan aliranrefrigeran, di mana temperatur air pendingin naik karena menterap kaJor pengembunan.Oleh karena itu, dalam menetapkan perbedaan temperatur antara refrigeran dan airpendingin di dalam kondensor, hendaknya. diperhitungkan pendinginan refrigeran dalamdaerah superpanas , daerah eampuran dan daerah superdingin

Apabila kita perhatikan jumlah perpindahan kalor daJam ketiga daerah tersebut diatas, maka selama perubahan dari titik A ke titik B (dalam superpanas) terse-but pada Gbr5.11, jumlah perpindahan kalor dari gas refrigeraa ke air pendingin di dalam kondensor,adalah ja uh le bih rendah j ik a dibandingkan dengan perpindahan kalor yang etIjadi darititik B ke titik C (dalam daerah campuran).

Selanjutnya, selama perubahan dari titik C ke titik D (dalam daerah superdingin),perpindahan kalor terjadi dari refrigeran eair ke air pendingin, Dalam hal tersebut lajuperpindahan kalor yang terjadi adalah lebih besar daripada yang terjadi dari titik B ketitik C.

Dari penjelasan di atas, l~u perpindahan kalor dan perbedaan terriperatur antararefrigeran dan air pendingin dalam setiap daerah tersebut tidaklah sama, Namun, untukmempermudah pe rh it ungan perpindahan kalor di dalam kondensor, dipakailah harga rata-r at a koef is ie n perpindahan kalor dan perbedaan temperatur rata-rata Dengankata lain,jika Jaju perpindahan kalor dapat dinyatakan sebagai K x perbedaan temperatur (At).maka t idak akan terlihat perbedaan yang besar antara perpindahan kalor yang terjadidalam daerah superpanas dan daerah campuran.


24/30

TemF_I .. pengcn>bunan: I,-r~ ~I~- '- z1.,

' . . ,

Oleh karena itu, tidak akan banyak faedahnya menghitung perpindahan kalor didalam kondensor, dengan cam menghitung perpindahan kalor yang terjadi dalam setiapdaerah tersebut Dalam hal ini, perhitungan dilakukan dengan anggapan ketiga daerahtersebut sebagai daerah campuran, selama proses pengembunan tersebut berlangsung.Selanjutnya, dengan menganggap bahwa selurub permukaan bidang perpindahan kalordari kondensor ada pada temperatur kondensasi, maka perbedaan temperatur rata-ratadapat dinyatakan dengan temperatur air pendingin pada seksi masuk dan seksi keluarkondensor. Perbedaan temperatur rata-rata terebut dapat diperoleh dengan menggunakanpersamaan

At! - At2Atm = 0,43 ---------------

log (AU! At2)

Di mana A tm dinamai perbedaan temperatur rata-rata logaritmik

5.2.5. Laju Perpindahan Kalor dalam Kondensor Pendingin Air

Di dalam pipa kondensor terjadi perpindahan kalor dari uap refrigeran ke airpendingin (lihat gbr 5.12). Jumlah kalor yang dipindahkan melalui dinding pipapendingin tergantung pada perbedaan temperatur, material pipa, laiu aliran massa fluidakerja, dan sebagainya Sedangkan kotoran dan kerak yang menempel pada pipamenghalangi proses perpindahan kalor.

5 5


25/30

Koefisien perpindahan kalor dinyatakan dalam kcal/m2jamoC. yaitu jumlah kalor yangdipindahkan melalui permukaan pipa seluas 1 m2 selama 1 jam, apabila perbedaantemperatur antara refrigeran dan air pendingin adalah 1C.

KotoraD

TcmperaturTcmperatur mn,eruuag---'

1(Tcmperaturkoacfealasi)

rcadahTcmperatur airPcadiagia

Gbr .S .3 0 P er ub ah an te rn pe ra tu r p ad a b id an g p erp in da ha n k a'o r,

(1) Koefisien perpindahan kalorKoefisien perpindahan kalor (kcal/m2jamoC) dari pipa pendingin kondensor dapat

dihitung dengan persamaan berikut ini.

1K = -----------------------------------------------------(l/er) + (101/,,0) + (I//..) + (lV/..f) + (l/ow)Di mana,

cu= koefisien konduktivitas termallapisan pennukaan dinding pada sisi,refrigeran, (kcal/m'jam''C)

f L . . . v = koefisien konduktivitas termal lapisan pennukaan dinding (pipa) pada sisi airpendingin (kcal/m~jamOC)

I, la , If =berturut-turut menyatakan tebal dinding pipa, tebal lapisan minyakpelumas, dan tebal kotoran pada pipa (m)

A . . A(" A .f = berturut-turut menyatakan koefisien konduktivitas termal dari dinding, lapisanminyak peIumas, dan kotoran pada pipa (kcal/mjam'C)

56


26/30

(1) Faktor kotoranPerpindahan kalor melalui dinding pipa pendingin dari kondensor dapat di hambat

oleh kotoran yang mengendap pada dinding. Kooran tersebut dapat di sebabkan karenaadanya minyak atau kotoran yang terdapat di dalam air pendingin.

Ao=0,1- 0,13 kcall mjam Ckonduktivitas tennaJ dari kotoran sekitar,Af= 0,3 -1, kcall mjam CJadi, l~u perpindahan kalor melalui minyak dan kotoran adalah relatif kecil.

Tahanan termal dari keduajenis kotoran te rs eb ut, I JA a dan I t fAfwnamai faktor kotoraa

(3)Kecepatan aUran air pendinginMakin tinggi keeepatan air pendingin, makin tinggi pula koefisien perpindahan

kalor (u) sehingga koefisien perpindahan kalor total (K) juga bertambah besar, Namun,apabila kecepatan air pendingin terlalu besar, gesekan (tahanan) yang terjadi antara airdan dinding pipa menjadi bertambah besar pula Oleh karena itu, kecepatan aliran airpendingin harus dibatasi, b ia sa ny a 1 ,5 sampai 2,5m1detik

(4) JeRis refr~eran dan koefisien perpindahan kalorJika dibandingkan dengan ammonia, freon rnemiliki koefisien perpindahan kalor

pennukaan ( C 1 .1-)yang rendah, Oleh karena itu, dengan kecepatan aliran yang sarna, l~uperpindahan kalor dari kondensor freon lebih rendah daripada kondensor arnmoniaolehkarena itu, pada kondensor freon, kecepatan aliran air pendingin di dalam kondensordibuat lebih tinggi untuk memperoleh koefisien perpindahan kalor permukaan(a..vkcal/m2jamoC) pada sisi air pendingin yang lebih besar, Dengan demikian dapatdipeoleh l~u perpindahan kalor yang lebih besar, Di sampiog itu, pipa pendinginkondensor freon dilengkapi dengan sirip-sirip yang dipasang pada sisi refrigeran. Sirip-sirip tersebut memperbesar luas bidang perpindahan kalor dan memperkecil tahanankonduktivitas tennal (lin,), sehingga dapat memperbesar I~u perpindahan kaJor.

57


27/30

(5) KerDeian tekananOesekan antara dinding pipa dan air pendingin yang mengalir di daJamnya, akan

menyebabkan kerugian tekanan air pendingin. Kerugian air pendingin dalam kondensorpendinginan air tergantung dari jumlah dan kecepatan aJirarmya Seperti telah dijelaskandiatas , untuk memperoleh kondensor dengan I~u perpindahan kalor yang tinggi makakecepatan aliran fluida pendioginnya harns dinaikkan. Tetapi kerugian tekanannya akanb~bah besar sehingga diperlukan pompa air pendingin tekanan tinggi, Maka mungkinsaja efisiensi mesin refrigerasi akan turon karena daya yang diperlukan untukmenggerakkan pompa semakin besar.

DaJam kondensor uotuk Freon, kecepatan a1iran Freon baruslah lebih tinggi daripada jika dipergunakan ammonia, supaya dapat diperoleh l~u perpindahan kaJopr yanglebih t inggi. Batas kecepatan aliran yang diperbolehkan-kira-kira 2,78m1detik.

Dalam ruangan air pendiogin dari sebuah kondensor biasanya biasanya dipasangsekat-sekat untuk mengarahkan dan mendistribusikan aliran air pendingin. Dengan camdemikian, kecepatan aJiranya juga dapat di atur sesuai dengan jumlab dan carapenempatan sekat-sekat tersebut,

5.2.6 Kondemor tabune dan pipa horisontalKondensor tabung pada pipa minyak dipergunakan pada unit _kondensor

berukuran kecilkecil sampai besar, unit pendingin air dan penyegar udara paket baikuntuk ammonia maupun untuk freon.

Seperti terlihat pada gambar.S.13, di dalam kondensor tabung dan pipa terdapatbanyak pipa pendingin, di mana air pendmgin mengalir di dalam pipa-pipa tersebutujungdan pangkal pipa pendingin terikat pada pelat-pipa, sedangkan di antara pelat-pipa danl..:tuP tabung di pasang sekat-sekat, untuk membagi aliran air yang melewati pipa-pipatersebuttetapi juga untuk mengatur agar kecepatanya cukup tinggi ( 1,5 sampai 2m/detik).

58


28/30

Tutup

I. Lubang air pendmginm&Suk daD keluar

2 Pelat pipa3. Pelat d ts tr ibusi4 Prpa bersirip

S. P.D~lIkur muka cairan6. Lubang r.frigeran masuk7. Lubang r.friFran keluar8 . Penyumbat9. T.bung

Garnbar 5.32 kondensortabung dan pipa bersirip horisontal untuk freon.

Air pendingin masuk kondensor dari bagian bawah, kemudian masuk ke dalampipa-pipa pendingin dan keluar pada bagian atas. Jumlah saluran air pendingin yangterbentuk oleh sekat-sekat itu di namai jumlah saluran. Jumlah saJuran maksimum yangbisa di pergunakan adalah 12. Tahanan aliran air pendingin di daJam pipa bertambahbesar dengan bertambah banyaknyajumlah saluran.

Pipa pendingin ammonia biasanya terbuat dari baja (dan pelat-pipa baia),sedangkan untuk freon, biasanya di pergunakan pipa tembaga ( dan pelat baia ). Jika dikehendaki adanya ketahanan terhadap korusi.sebaiknya di pergunakan pipa kuningan(brass) atau pipa cupro =nickelfdan pelat pipa kuningan )

Ciri-ciri kondeusor tabung dan pipa a.daIahadaIah sebagai berikut :1) dapar dibuat dengan pipa pendingin bersirip, sehingga relatif berukuran kecil

dan r ingan,2) Pipa air dapat di buat oleh mudah.3) Bentuknnya sederhana (horisontal ) dan mudah pemasanganya4) Pipa pendingin mudah di bersihkan,

5.1..7 Kendenser tabuDg dan koil

Kondensor tabung dan koil banyak dipergunakan pada unit dengan freon sebagairefrigen berkapitas relatif lebih kecil, misalya pada penyegar udara jenis paket,pendingin air dan sebagainya Pada gambar. 5.14 di gambarkan kondensor tabung dan

59


29/30

koil dengan koil tabung pipa pendingin di dalam tabung yang di pasang pada posisivertikal. Koil pipa pendingin tersebut biasanya di buat di dari tembaga, tampa sirip alandengan sirip ( aerofin tube ). Pip a tersebut mudah di buat dan murah harganya

Air pendinginkeluar

- Cair an ref rigerankeluar

Pipe keluar untuk cai ranrefrigeran

Gambar 5.33 kondensor tabung dan koil.Pada kondensor tabung dan koil, air mengalir di dalam koil pipa pendingin.

Endapan dan kerak yang terbentuk di dalam pipa jams di bersihkan denganmempergunakan zat kimia (deterjen).

Ciri ciri kondensor tabung dan koil adalah seb ag ai b erik ut :1. Harganya murah karena mudah pembuatanya2. Kompak karena posisinya yang vertikal dan mudah pemasanganya3. Boleh di katakan tidak mungkin mengganti pipa pendingin, sedangkan

pembersihnya harus di lakukan dengan menggunakan deterjen,

5.2.8 Kendeaser jenis pipa gandaKondensor jenis pipa ganda merupakan susunan dari dua pipa koaksial di mana

refrigen mengalir melalui saluran yang terbentuk antara pipa- dalam dan pipa- Iuar,

60


30/30

dariatas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di daJam pipa- daJam daJam arabberlawanan dengan arab aliran refrigen; jadi dari bawab ke alas.

Pada mesin refrigen berkapasitas rendah dengan freon sebagai refrigen, dipergunakan pipa- dalamdan pipa- luar terbuat dar i tembaga. Gbr.5.15 menunjukkankondensor jenis pipa ganda, dalam bentuk koiI. Pipa- daJam dapal di buat bersirin atautanpa sirip.

Tabungdalam

Uap rd"ripn masuk

1 1 1 E ~masultCairan refrigcran keluarGambar 5.15 Kondersor koil pipa ganda.

Kecepatan aJiran di dalam pipa pendingin kira-kira antara lsampai 2 m fdet ik.sedangkan perbedaan antara ternpratur air keluar dan masuk pipa pendingin(kenaikan tempratur air pendingin di dalam kondensor) kira-kira 8sampai io'c. Lajuperpindahan kaJomya relatifbesar.C i ri -c ir i k o nd ens or je n is pipaganda adalah sbb:

1. Konstruksi sederhana dengan harga yang memadai2. Dapat rnencapai kondisi superdingin karena arab aliran refrigeran dan air pendingin

yang b er law an an,3. Penggunaan air pendingin relatif'kecil4. Kesulitan dalam membersihkan pipa; harus dipergunakan deterjen5. Pemeriksaan tehadap korosi dan kerusakan pipa tidak mungkin

dilaksanakan;penggantian pipa juga sukar dilaksanakan.

61

Documents

Bab5 Kompresor Dan Kondensor