2. Sifat – Sifat Fisik Udara
Susunan
Udara
Udara: Atmosfer didekat permukaan
bumi
3. Berat Jenis
Udara
Kondisi Standar Industri
Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan:
T = 20 ˚C (293 K)
Tekanan mutlak = 760 mm Hg (0,1013 Mpa)
Kelembapan relatif = 65%
Berat Jenis = 1,204 kgf/m³ (11,807 N/m³)
Kondisi ini kondisi isap pada kompresor
Kondisi Normal Teoritis
Udara dengan kondisi ini mempunyai keadaan:
T = 0 ˚C (273 K)
Tekanan mutlak = 760 mm Hg (0,1013 Mpa)
Berat Jenis = 1,293 kgf/m³ (12,68 N/m³)
4. Panas
Jenis Udara
Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan
temperatur 1 kg suatu zat sebesar 1˚C
kcal/kg˚C
Pada gas, ada dua macam panas jenis yaitu:
Panas Jenis pada Tekanan Tetap (Cp) Panas Jenis pada Volume Tetap (Cv)
Torak
5.
6. Kelembaban
Udara
Udara Jenuh
Adapun jumlah uap yang terkandung di dalam udara lembab dapat dinyatakan dengan:
1. Jumlah uap jenuh (dlm gram) yang terkandung di dalam 1 m³ udara lembab (udara yang
mengandung uap air)
2. Jumlah uap air (dlm gram) yang terkandung didalam 1 kg udara kering (udara yang tak
mengandung uap air)
3. Tekanan uap (dlm mmHg atau Pa)
7. Udara Tak Jenuh & Udara Lembab
Udara Tak Jenuh :
Udara dimana uap air
yang dikandungnya
belum mencapai
keadaan jenuh
Udara Lembab: Udara
yang mengandung uap
air
8. Kelembaban
Kelembaban adalah derajat kekeringan atau basahan udara dalam atmosfer
Ada dua cara menentukan kelembaban, yaitu:
Kelembaban Mutlak/Absolut
banyaknya uap air
yang terkandung
dalam 1 m³ udara
Kelembaban Relatif/ Nisbi
perbandingan banyaknya uap air dalam udara
dengan jumlah uap air maksimum yang dapat
dikandung oleh udara dalam suhu yang sama.
9. Sehingga,
Kelembaban Udara adalah banyaknya uap air dalam udara pada waktu dan lokasi
tertentu
Contoh:
1 m³ udara suhunya 250 ˚C terdapat 15 gram uap air. Jika dalam
suhu yang sama , 1 m³ udara maksimum mengandung 18 gram uap
air, maka tentukan berapa kelembaban mutlak dan kelembaban
relatifnya?
10. Tekanan
Udara
Tekanan Gas Tekanan Atmosfir
tekanan pada titik manapun di
atmosfer bumi
1 atm = 1,033 kgf/cm² = 0,1013 Mpa
Atau
1 atm = 760 mmHg (tinggi kolom air raksa)
11. Tekanan Mutlak dan Tekanan Lebih
Dasar yang dipakai sebagai harga nol dalam mengukur atau menyatakan
tekanan, yaitu:
1. Jika harga nol diambil = tekanan atmosfer, maka tekanan yang diukur
disebut TEKANAN LEBIH (GAGE PRESSURE)
2. Jika harga nol diambil = tekanan vakum, maka tekanan disebut TEKANAN
MUTLAK.
Tabel Konversi Tekanan
Cek daftar tabel konversi tekanan pada buku Sularso (tabel 2.4)
12. Dasar Termodinamika Kompresi
Proses pemampatan akan menaikkan tekanan dan temperatur, berbarengan dengan
itu, terjadi perubahan volume sehingga kerapatan pun berubah.
Hubungan anatara massa jenis dengan volume pada proses pemampatan dapat dilihat
pada persamaan berikut:
13. Untuk memudahkan analisis biasanya udara dianggap gas ideal pada proses-proses
termodinamika, sehingga memenuhi persamaan gas ideal berikut ini:
14. Teori Kompresi
Hubungan antara tekanan dan volume
Hubungan antara temperatur dan volume
P₁ V ₁ = P₂ V ₂ = tetap
Jika selama kompresi, Tgas dijaga tetap, maka pengecilan volume ½ kali akan menaikkan tekanan
menjadi 2 kali lipat, begitu seterusnya.
“Jika gas dikompresikan pada temperatur tetap, maka tekanannya akan berbanding terbalik dengan
volumenya”. Hukum Boyle
“Semua macam gas apabila dinaikkan temperaturnya sebesar 1˚C pada tekanan tetap,
akan mengalami pertambahan volume sebesar 1/273 dari volumenya pada 0 ˚C. Sebaliknya,
apabila diturunkan temperaturnya sebesar 1 ˚C, akan mengalami pengurangan volume dengan
proporsi yang sama”. Hukum Charles
16. Proses Kompresi Gas
Kompresi gas dapat dilakukan menurut tiga cara, antara lain:
Kompresi Isotermal
Kompresi Adiabatik
Kompresi Politropik
Cara
Kompresi
17. Kompresi Isotermal
Setiap gas yang mengalami proses kompresi temperaturnya naik. Hal ini disebabkan
karena adanya sebagian energi mekanik torak atau sudu yang dikenakan pada gas
diubah menjadi energi panas. Temperatur gas akan naik sebanding dengan kenaikan
tekanan. Pada proses kompresi isotermal, gas mampat dengan temperatur tinggi
didinginkan sehingga tidak ada kenaikan temperatur atau temperatur pada proses ini
dipertahankan konstan.
Apabila udara dianggap gas ideal, hubungan antara p dan v dirumuskan sebagai
berikut:
18. Kompresi Adiabatik
Pada proses ini panas yang dihasilkan dari kompresi gas dijaga tidak ke luar dari
silinder, artinya silinder diisolasi sempurna. Jadi panas tidak ada yang ke luar atau
masuk silinder. Proses tersebut dinamakan kompresi adiabatik. Pada kenyataannya kita
tidak dapat menemukan cara mengisolasi dengan sempurna. Jadi proses tersebut hanya
secara teoritis. Hubungan antara tekanan dan volume proses adiabatik dapat dinyatakan
dengan persamaan:
19. Kompresi Politropik
Proses kompresi sebenarnya secara isotermal dan adiabatis tidak dapat diaplikasikan,
seperti yang sudah dijelaskan di atas. Proses kompresi yang bekerja menggunakan
prinsip di antara proses isothermal dan adiabatis yaitu kompresi politropik. Proses
politropik dapat mewakili proses sesungguhnya dari kompresor. Hubungan antara p dan
V pada proses ini adalah sebagai berikut;
21. Efisiensi Volumetrik
Volume gas yang dimampatkan oleh
kompresor untuk setiap langkah kompresi
yang dikerjakan dalam setiap putaran poros
engkol.
Hanya berlaku untuk kompresor kerja tunggal
Qth
22.
23. Dimana,
Qs = Volume gas yang dihasilkan
pada kondisi tekanan dan
temperatur isap (m³/min)
Qth = Perpindahan torak ((m³/min)
24. Besar efisiensi volumetris juga dapat dihitung secara teoritis berdasarkan volume
gas yang dapat diisap secara efektif oleh kompresor dengan rumus sebagai
berikut:
ε
Dimana,
ε = Vc/Vs ; volume sisa (clearance) relative
Pd = Tekanan keluar dari silinder tingkat pertama (kgf/cm²)
Ps = Tekanan isap dari silinder tingkat pertama (kgf/cm²)
n = Koefisien ekspansi gas yang tertinggal di dalam volume sisa
untuk udara = 1,2
25. Efisiensi Adiabatik
Efisiensi kompresor ditentukan oleh berbagai faktor seperti tahanan aerodinamik di
dalam katup-katup, saluran-saluran, pipa-pipa, kerugian mekanis, efektivitas
pendinginan serta faktor lainnya. Faktor-faktor ini digabungkan dalam efisiensi adiabatik
keseluruhan.
Dimana
ηad : Efisiensi adiabatik keseluruhan (%)
Wad : Daya adiabatik teoritis (kW)
Ws : Daya yang masuk pada poros kompresor (kW)
26. Cek tabel 2.7, daya yang diperlukan untuk kompresi adiabatic teoritis
Besarnya daya adiabatic, dapat dihitung dengan:
27. Perhitungan Daya Kompresor
Sebuah kompresor torak satu tingkat mempunyai efisiensi volumetric
sebesar 65%, perpindahan torak sebesar 8,12 m³/min, dan
memampatkan udara dari atmosfir menjadi 7 kgf/cm²(g). Efisiensi
adiabatic keseluruhan ditaksir sebesar 72%. Berapakah daya motor
yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor ini?
Sebuah kompresor digunakan untuk menghasilkan udara mampat pada
sebuah instalasi industri. Pompa meghasilkan tekanan akhir sebesar 3
atm, debit udara masuk kompresor sebesar 7200 m³/menit, hitung
berapa daya kompresor?. Juga tentukan daya poros apabila efisiensi
kompresor 80% !
Editor's Notes
Proses kompresi isotermal pada proses sebenarnya sangat sulit diaplikasikan, walaupun silinder atau udara mampat didinginkan tetap saja tidak mungkin menjaga temperatur yang konstan. Hal ini disebabkan karena cepatnya proses kompresi yang terjadi di dalam silinder.
tekanan yang dihasilkan sebanding dengan perbandingan kompresi dipangkatkan k. Kalau dibandingkan dengan kompresi isotermal dengan perubahan volume yang sama akan menghasilkan tekanan yang lebih besar. Karena hal tersebut, kerja yang dibutuhkan pada kompresi adiabatik lebih besar daripada kompresi isotermal.
Pada waktu kompresi, temperatur gas dapat berubah tergantung pada jenis proses yang dialami. Untuk masing-masing proses, hubungan antara temperatur dan tekanan hanya terjadi perubahan pada proses adiabatik. Dalam kompresi adiabatik tidak ada panas yang dibuang keluar sendiri (atau dimasukkan) sehingga seluruh kerja mekanis yang diberikan dalam proses ini akan dipakai untuk menaikkan temperatur gas. Temperatur yang dicapai oleh gas yang keluar dari kompresor dalam proses adiabatik dapat diperoleh secara teoritis dengan rumus diatas
Tanda ≈ berarti “kira-kira sama dengan“, karena rumus 10 diperoleh dari perhitungan teoritis. Adapun harga ηv yang sesungguhnya adalah sedikit lebih kecil dari harga yang diperoleh dari rumus diatas karena adanya kebocoran melalui cincin torak dan katup-katup serta tahanan pada katup–katup.
Daya motor penggerak kompresor harus diambil 5-10% diatas hasil perhitungan.
