Kompresor Torak

Merupakan salah satu positive displacement compressor dengan prinsip kerja memampatkan dan mengeluarkan udara / gas secara intermitten (berselang) dari dalam silinder. Pemampatan udara / gas dilakukan didalam silinder. Elemen mekanik yang digunakan untuk memampatkan udara / gas dinamakan piston / torak. Tekanan udara / gas yang keluar merupakan tekanandischarge yang dihasilkan oleh kompresor reciprocating.

1. Prinsip Kerja Kompresor Torak

Prinsip kerja kompresor torak adalah sebagai berikut:

•Tenaga mekanik dari penggerak mula ditransmisikan melalui poros engkol dalam bentuk gerak rotasi dan diteruskan ke kepala silang (cross head) dengan perantaraan batang penghubung (connecting rod).

•Pada kepala silang gerakan rotasi diubah menjadi gerak translasi yang diteruskan ke torak melalui batang torak (piston rod).

•Gerakan torak bolak balik dalam silinder mengakibatkan perubahan volume dan tekanan sehingga terjadi proses pemasukan, kompresi, dan pengeluaran.

Secara sederhana prinsip kerja, perubahan tekanan dan volume dalam suatu kompresor torak Simplex Single Acting dapat diuraikan dalam bentuk diagram P-V sebagai berikut :

Diagram P-V Kompresor Torak

Torak memulai langkah kompresi pada titik (1), torak bergerak kekiri dan gas dimampatkan sehingga tekanannya naik ketitik (2). Pada titik ini tekanan di dalam silinder mencapai harga tekanan Pd yang lebih tinggi dari pada tekanan di dalam pipa keluar, sehingga katup keluar pada kepala silinder akan terbuka. Jika torak bergerak terus kekiri, gas akan didorong keluar silinder pada tekanan tetap sebesar Pd. Dititik (3) torak mencapai titik mati atas, yaitu titik akhir gerakan torak pada langkah kompresi dan pengeluaran.

Pada waktu torak mencapai titik mati atas ini, antara sisi atas torak dan kepala silinder masih ada volume sisa yang besarnya = Vc. Volume ini idealnya harus sama dengan nol agar gas dapat didorong seluruhnya keluar silinder tanpa sisa. Namun dalam praktiknya harus ada jarak (clearance) di atas torak agar tidak membentur kepala silinder. Selain itu juga harus ada lubang-lubang laluan pada katup-katup. Karena adanya volume sisa ini ketika torak mengakhiri langkah kompresinya, di atas torak masih ada sejumlah gas dengan volume sebesar Vc dan tekanan sebesar Pd. Jika kemudian torak memulai langkah isapnya (bergerak kekanan), katup isap tidak dapat terbuka sebelum sisa gas di atas torak berekspansi sampai tekanannya turun dari Pd menjadi Ps. Katup isap baru mulai terbuka dititik (4) ketika tekanannya sudah mencapai tekanan isap Ps. Disini pemasukan gas baru mulai terjadi dan proses pengisapan ini berlangsung sampai titik mati bawah (1). Dari uraian di atas dapat dilihat bahwa volume gas yang diisap tidak sebesar volume langkah torak sebesar Vs melainkan lebih kecil, yaitu hanya sebesar volume isap antara titik mati bawah (1) dan titik (4).

2. Proses Kompresi Gas

Proses kompresi gas pada kompresor torak dapat dilakukan menurut tiga cara yaitu dengan proses isotermal, adiabatik reversible, dan politropik.

2.1 Kompresi Isotermal

Bila suatu gas dikompresikan, maka ini berarti ada energi mekanik yang diberikan dari luar kepada gas. Energi ini diubah menjadi energi panas sehingga temperatur gas akan naik jika tekanan semakin tinggi. Namun, jika proses ini dibarengi dengan pendinginan untuk mengeluarkan panas yang terjadi, sehingga temperatur dapat dijaga tetap dan kompresi ini disebut dengan kompresi isotermal (temperatur tetap). Proses isotermal mengikuti hukum Boyle, maka persamaan isotermal dari suatu gas sempurna adalah:

Proses kompresi ini sangat berguna dalam analisis teoritis, namun untuk perhitungan kompresor tidak banyak kegunaannya. Pada kompresor yang sesungguhnya, meskipun silinder didinginkan sepenuhnya adalah tidak mungkin untuk menjaga temperatur yang tetap dalam silinder. Hal ini disebabkan oleh cepatnya proses kompresi (beberapa ratus sampai seribu kali permenit) di dalam silinder.

2.2 Kompresi Adiabatik

Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk kedalam gas. Proses semacam ini disebut adiabatik. Dalam praktiknya proses ini tidak pernah terjadi secara sempurna karena isolasi terhadap silinder tidak pernah dapat sempurna pula. Namun proses adiabatik reversible sering dipakai dalam pengkajian teoritis proses kompresi. Hubungan antara tekanan dan volume dalam proses adiabatic dapat dinyatakan dalam persamaan:

Jika rumus ini dibandingkan dengan rumus kompresi isotermal dapat dilihat bahwa untuk pengecilan volume yang sama, kompresi adiabatic akan menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dari pada proses isotermal. Karena tekanan yang dihasilkan oleh kompresi adiabatik lebih tinggi dari pada kompresi isotermal untuk pengecilan volume yang sama, maka kerja yang diperlukan pada kompresi adiabatik juga lebih besar.

2.3 Kompresi Politropik

Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isotermal, karena ada kenaikan temperatur, namun juga bukan proses adiabatik karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses kompresi yang sesungguhnya, ada di antara keduanya dan disebut kompresi politropik. Hubungan antara P dan v pada proses politropik dapat dinyatakan dengan persamaan:

Pada kondisi dimana tidak dilakukan pendinginan pada ruang kompresi (kompresor sentrifugal pada umumnya), maka harga n > k. Bila ada pendinginan pada ruang kompresi (pada kompresor torak), maka harga n terletak antara 1< n < k.
Perhitungan dapat dilakukan baik dengan pendekatan kondisi adiabatik reversible maupun kondisi politropik