BAB II LANDASAN TEORI 2.1.PENGHEMATAN ENERGI LISTRIK Kondisi saat ini didunia industri mengalami kemajuan pesat dengan meningkatnya pertumbuhan pengunaan energi di sektor Industri yang merupakan konsumen energi yang cukup dominan, maka secara langsung memberikan dampak bagi penyediaan energi. Sementara itu penyediaan energi sekarang ini masih bergantung pada bahan bakar fosil, terutama bahan bakar minyak dan cadangan semakin menipis, sementara harga energi khususnya harga bahan bakar minyak melonjak tajam, sementara penggunaan energi masih tergolong boros. Kenaikan harga energi khususnya bahan bakar minyak merupakan pilihan sulit yang harus diambil pemerintah untuk menyikapi kenaikan minyak mentah dunia yang cukup drastis. Langkah ini diambil untuk menyelamatkan perekonomian nasional karena semakin tinggi harga minyak di pasar internasional maka beban subsidi yang harus ditanggung pemerintah juga semakin berat, mengingat sebagian kebutuhan BBM kita harus diimpor dari negara lain. Menyadari betapa berat dampak dari kenaikan harga energi ini terutama bagi Industri dan masyarakat, maka perlu melakukan tindakan yang tepat dan bijaksana dalam rangka memperbaiki ekonomi bangsa melalui penghematan energi. Dari hasil survai menunjukkan bahwa sektor industri mempunyai potensi penghemat sekitar 10 30 %. Selain itu ada beberapa bangunan yang telah melakukan usaha peningkatan efisiensi energi terutama berkaitan dengan penggantian peralatan, pengoperasian peralatan secara hemat.maka dari itu PT.Hi-lex Indonesia mempunyai program penghematan energi dengan mengganti peralatan industri seperti kompresor yang hemat energi. 2.2.PENGERTIAN KOMPRESOR
2.2.1 Definisi compressor Kompresor dalam bahasa Inggris berarti pemampatan,mengubah ukuran dari besar ke kecil dengan cara menekan. Lawan katanya adalah expander,yang berarti pengembang. Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida mampat. Dengan tujuan meningkatkan tekanan dapat untuk mengalirkan atau kebutuhan proses dalam suatu system proses yang lebih besar. Karena kerjanya sebagai pemampat,maka material yang bisa dimampatkan harus compressible atau berbentuk gas.contoh gas antara lain: udara, oksigen, nitrogen, elpiji, gas alam dan lain-lain.sedangkan material liquid seperti air dan minyak termasuk golongan incompressible,tidak bisa dimampatkan. Kompresor dirancang dan diproduksi untuk dapat dipakai dalam jangka waktu yang lama, karena kompresor merupakan jantung utama dari sistem refrigerasi kompresi uap dan juga kapasitas refrigerasi. Suatu mesin refrigerasi tergantung pada kemampuan kompresor untuk memenuhi jumlah gas refrigeran yang perlu disirkulasikan. Kompresor berfungsi untuk menghisap uap refrigeran yang berasal dari evaporator dan menekannya ke kondenser sehingga tekanan dan temperaturnya akan meningkat ke suatu titik dimana uap akan mengembun pada temperature. Air Kompresor, berarti kompresor udara, mengubah volume udara dari besar ke kecil.perubahan volume berakibat naiknya tekanan udara.kenaikan tekanan sendiri memiliki efek samping berupa kenaikan temperature udara. Kompresor mengubah uap refrigeran yang masuk pada suhu dan tekanan rendah menjadi uap bertekanan tinggi. Kompresor juga mengubah suhu refrigeran menjadi lebih tinggi akibat proses yang bersifat isentropik.
Rumus rumus berikut ini menunjukkan hubungan perubahan tekanan terhadap perubahan volume dan temperature P 1. V1 = T1 P 2. V 2 (2.1) T 2 T 2 ( P2 / P1)( k 1 ) (2.2) T1 k Dimana: P = Pressure,tekanan (Pa) V = Volume (m3) T = temperature (C) k = 1.4, adalah kontanta isentropic udara. P2/P1 = Pressure ratio (perbandingan sesudah dan sebelum ditekan) 2.2.2 Tekanan Compressor,menghasikan tekanan.sebagaimana yang telah disebut,tekanan terjadi akibat udara yang di mampatan,secara definisi tekanan adalah gaya persatuan luas. Rumus: F P (2.3) A Gaya (force) Luas (area)
Gambar 2.1 ilustrasi tekanan Membahas tekanan,ada dua macam tekanan yang dipakai, yaitu tekanan gauge dan tekanan absolute.sehingga kemudian muncul saatuan lebih definitive yaitu psig dan psia. Tekanan gauge (ukur) adalah tekanan yang kita dapat dari alat ukur tekanan,pressure gauge.tekanan gauge adalah tekanan relatif terhadap atmosfir. Karena kita terbiasa hidup di dasar atmosfir atau permukaan laut adalah 14,7 psi inilah yang disebut tekanan absolute (tekanan sebenarnya) 2.2.3 Temperatur Gambar 2.2, dasar atmosfir Sudah dibahas sebelumnya bahwa kenaikan tekanan akan mengakibat kenaikan temperature. Sebagimana tekanan,temperature pun ada gauge dan absolute.tetapi satuan keduanya berbeda. Satuan gauge adalah derajat Celcius (ºC) dan derajat Fahrenheait (ºF) Sedangkan satuan absolute adalah kelvin (K) dan Rankine (R) 2.2.4 Kapasitas Kapasitas adalah volume per satuan waktu.biasanya ditulis dalam 100 cfm (cubic feet per menit), yaitu ft³/min.
Bila sebuah kompresor dikatakan memiliki performance 100 cfm,maka itu berarti dalam 1 menit dia menghisap udara sebanyak 100 ft³. 2.3.Klasifikasi kompresor Berdasarkan cara kerjanya,kompresor diklasifikasi sebagai berikut: Positive displacement compressor, memiliki batas yang jelas antar section dan discharge. Dua model yang paling popular sekarang adalah Reciprocting dan Rotary screw.pada positive displacement compressor,bila discharge dihambat maka compressor akan melawan secara hebat dapat mengakibatkan kerusakan. Non positive displacement (Dinamic turbo) compressor tidak memiliki batas antara suction dan discharge.kipas angin adalah salah satu contohnya.bila discharge dihambat, maka non positive displacement kompresor tidak langsung rusak, melainkan mengalami turbulensi udara atau surge, yaitu kompresor akan bekerja tidak stabil. Dynamic compressor (turbo) terdiri dari: Centrifugal,axial dan ejector serta blower Gambar 2.3, diagram compressor 2.3.1 Kompresor Torak /piston Resiprokal (reciprocati ng
compressor) Kompresor ini dikenal juga dengan kompresor torak, karena dilengkapi dengan torak yang bekerja bolak-balik atau gerak resiprokal. Pemasukan udara diatur oleh katup masuk dan dihisap oleh torak yang gerakannya menjauhi katup. Pada saat terjadi pengisapan, tekanan udara di dalam silinder mengecil, sehingga udara luar akan masuk ke dalam silinder secara alami. Pada saat gerak kompresi torak bergerak ke titik mati bawah ke titik mati atas, sehingga udara di atas torak bertekanan tinggi, selanjutnya di masukkan ke dalam tabung penyimpan udara. Tabung penyimpanan dilengkapi dengan katup satu arah, sehingga udara yang ada dalam tangki tidak akan kembali ke silinder. Proses tersebut berlangsung terus-menerus hingga diperoleh tekanan udara yang diperlukan. Gerakan mengisap dan mengkompresi ke tabung penampung ini berlangsung secara terus menerus, pada umumnya bila tekanan dalam tabung telah melebihi kapasitas, maka katup pengaman akan terbuka, atau mesin penggerak akan mati secara otomatis.
Gambar 2.4, piston 2.3.2 Kompresor Torak Dua Tingkat Sistem Pendingin Udara Kompresor udara bertingkat digunakan untuk menghasilkan tekanan udara yang lebih tinggi. Udara masuk akan dikompresi oleh torak pertama, kemudian didinginkan, selanjutnya dimasukkan dalam silinder kedua untuk dikompresi oleh torak kedua sampai pada tekanan yang diinginkan. Pemampatan (pengompresian) udara tahap kedua lebih besar, temperatur udara akan naik selama terjadi kompresi, sehingga perlu mengalami proses pendinginan dengan memasang sistem pendingin. Metode pendinginan yang sering digunakan misalnya dengan sistem udara atau dengan sistem air bersirkulasi.
Gambar 2.5 piston 2 stage Batas tekanan maksimum untuk jenis kompresor torak resiprokal antara lain, untuk kompresor satu tingkat tekanan hingga 4 bar, sedangkan dua tingkat atau lebih tekanannya hingga 15 bar. 2.3.3 Kompresor Diafragma (diaphragma compressor) Jenis Kompresor ini termasuk dalam kelompok kompresor torak. Namun letak torak dipisahkan melalui sebuah membran diafragma. Udara yang masuk dan keluar tidak langsung berhubungan dengan bagian-bagian yang bergerak secara resiprokal. Adanya pemisahan ruangan ini udara akan lebih terjaga dan bebas dari uap air dan pelumas/oli. Oleh karena itu kompresor diafragma banyak digunakan pada industri bahan makanan, farmasi, obatobatan dan kimia.
Prinsip kerjanya hampir sama dengan kompresor torak. perbedaannya terdapat pada sistem kompresi udara yang akan masuk ke dalam tangki penyimpanan udara bertekanan. Torak pada kompresor diafragma tidak secara langsung menghisap dan menekan udara, tetapi menggerakkan sebuah membran (diafragma) dulu. Dari gerakan diafragma yang kembang kempis itulah yang akan menghisap dan menekan udara ke tabung penyimpan. Gambar 2.6,compressor diafragma 2.3.4 Kompresor Putar (Rotary Compressor) Kompresor Rotari Baling-baling Luncur Secara eksentrik rotor dipasang berputar dalam rumah yang berbentuk silindris, mempunyai lubang-lubang masuk dan keluar. Keuntungan dari kompresor jenis ini adalah mempunyai bentuk yang pendek dan kecil, sehingga menghemat ruangan. Bahkan suaranya tidak berisik dan halus
dalam, dapat menghantarkan dan menghasilkan udara secara terus menerus dengan mantap. Baling-baling luncur dimasukkan ke dalam lubang yang tergabung dalam rotor dan ruangan dengan bentuk dinding silindris. Ketika rotor mulai berputar, energi gaya sentrifugal baling-balingnya akan melawan dinding. Karena bentuk dari rumah baling-baling itu sendiri yang tidak sepusat dengan rotornya maka ukuran ruangan dapat diperbesar atau diperkecil menurut arah masuknya (mengalirnya) udara. Gambar 2.7, compressor rotary 2.3.5 Kompresor Sekrup (Screw) Kompresor Sekrup memiliki dua rotor yang saling berpasangan atau bertautan (engage), yang satu mempunyai bentuk cekung, sedangkan lainnya berbentuk cembung, sehingga dapat memindahkan udara secara aksial ke sisi lainnya. Kedua rotor itu identik den gan sepasang roda gigi
helix yang saling bertautan. Jika roda-roda gigi tersebut berbentuk lurus, maka kompresor ini dapat digunakan sebagai pompa hidrolik pada pesawat hidrolik. Roda-roda gigi kompresor sekrup harus diletakkan pada rumah -rumah roda gigi dengan benar sehingga betul-betul dapat menghisap dan menekan fluida. Gambar 2.8. Rotary screw 2.3.6 Kompresor Root Blower (Sayap Kupu-kupu) Kompresor jenis ini akan mengisap udara luar dari satu sisi ke sisi yang lain tanpa ada perubahan volume. Torak membuat penguncian pada bagian sisi yang bertekanan. Prinsip kompresor ini ternyata dapat disamakan dengan pompa pelumas model kupu-kupu pada sebuah motor bakar. Beberapa kelemahannya adalah: tingkat kebocoran yang tinggi. Kebocoran terjadi karena antara baling-baling dan rumahnya tidak dapat saling rapat betul.
Berbeda jika dibandingkan dengan pompa pelumas pada motor bakar, karena fluidanya adalah minyak pelumas maka film-film minyak sendiri sudah menjadi bahan perapat antara dinding rumah dan sayap-sayap kupu itu. Dilihat dari konstruksinya, Sayap kupu-kupu di dalam rumah pompa digerakan oleh sepasang roda gigi yang saling bertautan juga, sehingga dapat berputar tepat pada dinding. Gambar 2.9. Root blower 2.3.7 Kompresor Aliran (turbo compressor) Jenis kompresor ini cocok untuk menghasilkan volume udara yang besar. Kompresor aliran udara ada yang dibuat dengan arah masuknya udara secara aksial dan ada yang secara radial. Arah aliran udara dapat dirubah dalam satu roda turbin atau lebih untuk menghasilkan kecepatan aliran udara yang diperlukan. Energi kinetik yang ditimbulkan menjadi energi bentuk tekanan.
2.3.8 Kompresor Aliran Radial Percepatan yang ditimbulkan oleh kompresor aliran radial berasal dari ruangan ke ruangan berikutnya secara radial. Pada lubang masuk pertama udara dilemparkan keluar menjauhi sumbu. Bila kompresornya bertingkat, maka dari tingkat pertama udara akan dipantulkan kembali mendekati sumbu. Dari tingkat pertama masuk lagi ke tingkat berikutnya, sampai beberapa tingkat sesuai yang dibutuhkan. Semakin banyak tingkat dari susunan sudusudu tersebut maka akan semakin tinggi tekanan udara yang dihasilkan. Prinsip kerja kompresor radial akan mengisap udara luar melalui sudu-sudu rotor, udara akan terisap masuk ke dalam ruangan isap lalu dikompresi dan akan ditampung pada tangki penyimpanan udara bertekanan hingga tekanannya sesuai dengan kebutuhan. Gambar 2.10. Aliran radial
2.3.9 Kompresor Aliran Aksial Pada kompresor aliran aksial, udara akan mendapatkan percepatan oleh sudu yang terdapat pada rotor dan arah alirannya ke arah aksial yaitu searah (sejajar) dengan sumbu rotor. Jadi pengisapan dan penekanan udara terjadi saat rangkaian sudu-sudu pada rotor itu berputar secara cepat. Putaran cepat ini mutlak diperlukan untuk mendapatkan aliran udara yang mempunyai tekanan yang diinginkan. Teringat pula alat semacam ini adalah seperti kompresor pada sistem turbin gas atau mesin-mesin pesawat terbang turbo propeller. Bedanya, jika pada turbin gas adalah menghasilkan mekanik putar pada porosnya. Tetapi, pada kompresor ini tenaga mekanik dari mesin akan memutar rotor sehingga akan menghasilkan udara bertekanan. Gambar 2.11 Aliran Aksial 2.4.CARA KERJA KOMPRESOR Kompressor adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Secara umum biasanya mengisap udara dari atmosfer, yang secara fisika merupakan campuran beberapa gas dengan susunan
78% Nitrogren, 21% Oksigen dan 1% Campuran Argon, Carbon Dioksida, Uap Air, Minyak, dan lainnya. Namun ada juga kompressor yang mengisap udara/ gas dengan tekanan lebih tinggi daritekanan atmosfer dan biasa disebut penguat (booster). Sebaliknya ada pula kompressor yang menghisap udara/ gas bertekanan lebih rendah dari tekanan atmosfer dan biasanya disebut pompa vakum.jika suatu gas/ udara didalam sebuah ruangan tertutup diperkecil volumenya, maka gas/ udara tersebut akan mengalami kompresi. Gambar 2.12, Kompresi Fluida Disini digunakan torak yang bergerak bolak balik oleh sebuah penggerak mula (prime mover)didalam sebuah silinder untuk menghisap, menekan dan mengeluarkan udara secara berulang-ulang. Dalam hal ini udara tidak boleh bocor melalui celah antara dinding torak dengan dinding silinder yang saling bergesekan. Untuk itu digunakan cincin torak sebagai perapat.jika torak ditarik keatas, tekanan dalam silinder dibawah torak akan menjadi negatif (kecil dari tekanan atmosfer) sehingga udara akan masuk melalui celah katup isap.kemudian bila torak
ditekan kebawah, volume udara yang terkurung dibawah torak akan mengecil sehingga tekanan akan naik Diagram 2.1: Diagram P-V dari Kompressor Pada Gambar diatas. terlihat bentuk dan susunan konstruksi kompressor yang menjelaskan secara visual bahwa udara masuk melalui air intake filter diisap oleh torak sampai ke titik maksimum bawah. Sebelum masuk ke torak udara didalam kartel bersamaan diisap melalui pipa vacum,sehingga tidak terjadinya vacum di dalam kartel. Kemudian udara yang vacum di silinder keluar melalui pipa vacum. 2.5 Proses kompresi udara Proses kompresi udara yang terjadi pada kompressor torak dapat dijelaskan denganmenggunakan pendekatan seperti terlihat pada gambar 13.Torak memulai langkah kompresinya pada titik (1) diagram P-V, kemudian bergerak ke kiri dan udara dimampatkan hingga tekanan naik ke titik (2). Pada titik ini tekanan dalam silinder mencapai harga tekanan Pd yang lebih tinggi dari pada tekanan dalam pipa keluar (atau tangki tekan) sehingga katup keluar pada kepala silinder akan terbuka. Jika torak terus bergerak ke kiri,udara akan didorong keluar silinder pada tekanan tetap
sebesar Pd. Di titik (3) torak mencapai titik mati atas, yaitu titik akhir gerakan torak pada langkah kompresi dan pengeluaran. Kompresor dilengkapi dengan tabung untuk menyimpan udara bertekanan, sehingga udara dapat mencapai jumlah dan tekanan yang diperlukan. Tabung udara bertekanan pada kompresor dilengkapi dengan katup pengaman, bila tekanan udaranya melebihi ketentuan, maka katup pengaman akan terbuka secara otomatis.pemilihan jenis kompresor yang digunakan tergantung dari syarat-syarat pemakaian yang harus dipenuhi misalnya dengan tekanan kerja dan volume udara yang akan diperlukan dalam sistim peralatan (katup dan silinder pneumatik). Penggerak kompresor berfungsi untuk memutar kompresor, sehingga kompresor dapat bekerja secara optiomal. Penggerak kompresor yang sering digunakan biasanya berupa motor listrik dan motor bakar.kompresor berdaya rendah menggunakan motor listrik dua phase atau motor bensin. Sedangkan kompresor berdaya besar memerlukan motor listrik 3 phase atau mesin diesel. Penggunaan mesin bensin atau diesel biasanya digunakan bilamana lokasi disekitarnya tidak terdapat aliran listrik atau cenderung non stasioner. Kompresor yang digunakan di pabrik-pabrik kebanyakan digerakkan oleh motor listrik karena biasanya terdapat instalasi listrik dan cenderung stasionar (tidak berpindah-pindah)