B.      Konstruksi dan Fungsi Kompresor

Dalam buku ini hanya akan dibahas khusus konstruksi kompresor torak, karena pada umumnya kompresor udara yang digunakan pada bidang kerja industri kecil menengah (UKM) adalah kompresor torak.

Kompresor torak atau kompresor bolak-balik pada dasarnya adalah mengubah gerakan putar dari penggerak mula menjadi gerak bolak-balik torak/piston. Gerakan ini diperoleh dengan menggunakan poros engkol dan batang penggerak yang menghasilkan gerak bolak-balik pada torak.

Proses detail konstruksi kompresor torak kerja tunggal dan kerja ganda dicontohkan pada gambar berikut.

Gambar 7.10 Kompresor Kerja Tunggal 1 Tingkat Pendingan Udara

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

Gambar 7.11 Kompresor Kerja Tunggal 1 Tingkat Pendingin Air

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

Gambar 7.12 Kompresor Kerja Ganda 1 Tingkat

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

Gambar 7.13 Kompresor Kerja Ganda 2 Tingkat Lawan Imbang

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

Beberapa bagian konstruksi kompresor udara jenis torak/piston antara lain meliputi silinder, kepala silinder, torak/piston, batang torak, poros engkol, katup-katup, kotak engkol, dan alat-alat bantu. Berikut ini akan diuraikan beberapa bagian utama dari kompresor torak.

a)        Silinder dan Kepala Silinder

Silinder mempunyai bentuk silindris dan merupakan bejana kedap udara di mana torak bergerak bolak-balik untuk menghisap dan memampatkan udara.

Silinder harus kuat menahan beban tekanan yang ada. Silinder untuk tekanan kurang dari 50 kgf/cm² (4.9 Mpa) pada umumnya menggunakan besi cor sebagai bahan silindernya. Bagian dalam silinder diperhalus sebab cincin torak akan meluncuur pada permukaan dalam silinder. Dinding bagian luar silinder diberi sirip-sirip untuk memperluas permukaan sehingga lebih cepat/kuat memancarkan panas yang timbul dari proses kompresi di dalam silinder. Kompresor dengan pendingin air diperlengkapi dengan selubung air di dinding luar silinder.

Kepala silinder terbagi menjadi dua bagian, satu bagian sisi isap dan satu bagian sisi tekan. Sisi isap dilengkapi dengan katup isap dan sisi tekan dilengkapi dengan katup tekan. Pada kompresor kerja ganda terdapat dua kepala silinder, yaitu kepala silinder atas dan kepala silinder bawah. Kepala silinder juga harus menahan tekanan sehingga bahan pembuatnya adalah besi cor. Bagian dinding luarnya diberi sirip-sirip pendingin atau selubung air pendingin.

b)        Torak dan Cincin Torak

Torak merupakan komponen yang bertugas untuk melakukan kompresi terhadap udara/gas, sehingga torak harus kuat menahan tekanan dan panas. Torak juga harus dibuat seringan mungkin untuk mengurangi gaya inersia dan getaran.

Cincin torak dipasangkan pada alur-alur torak dan berfungsi sebagai perapat antara torak dan dinding silinder. Jumlah cincin torak bervariasi tergantung perbedaan tekanan sisi atas dan sisi bawah torak. Pemakaian 2-4 cincin torak biassanya dipakai pada kompresor dengan tekanan kurang dari 10 kgf/cm².

Pada kompresor tegak dengan pelumasan minyak, pada torak dipasangkan sebuah cincin pengikis minyak yang dipasang pada alur terbawah. Sedangkan pada kompresor tanpa pelumasan, cincin torak dibuat dari bahan yang spesifik yaitu karbon atau teflon.

 
Gambar 7.14 Konstruksi Torak Kompresor Bebas Minyak

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

c)        Katup-Katup

Katup-katup pada kompresor membuka dan menutup secara otomatis tanpa mekanisme penggerak katup. Pembukaan dan penutupan katup tergantung dari perbedaan tekanan yang terjadi antara bagian dalam dan bagian luar silinder.

Jenis-jenis katup yang bisa digunakan adalah jenis katup pita, katup cincin, katup kanal, dan katup kepak.

Gambar 7.15 Konstruksi Katup Pita

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

Gambar 7.16 Konstruksi Katup Cincin

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

Gambar 7.17 Konstruksi Katup Kanal

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

Gambar 7.18 Konstruksi Katup Kapak

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

d)        Poros Engkol dan Batang Torak

Poros engkol dan batang torak mempunyai fungsi utama untuk mengubah gerakan putar menjadi gerak bolak-balik. Secara konstruksi, poros enegkol dan batang torak kompresor hampir sama dengan yang terdapat pada motor bakar. Ujung poros engkol berhubungan dengan transmisi daya dari sumber penggerak. Poros engkol dan batang torak bisa terbuat dari baja tempa.

e)        Kotak Engkol

Kotak engkol adalah sebagai blok mesinnya kompresor yang berfungsi sebagai dudukan bantalan engkol yang bekerja menahan beban inersia dari masa yang bergerak bolak-balik serta gaya pada torak. Pada kompresor dengan pelumasan minyak kotak engkol sekaligus sebagai tempat/bak penampung minyak pelumas.

f)         Pengatur Kapasitas

Volume udara yang dihasilkan kompresor harus sesuai dengan kebutuhan. Jika kompresor terus bekerja maka tekanan dan volume udara akan terus meningkat melebihi kebutuhan dan berbahaya terhadap peralatan. Untuk mengatur batas volume dan tekanan yang dihasilkan kompresor digunakan alat yang bisa disebut pembebas beban (unloader).

A.      Jenis-jenis Kompresor

Kompresor merupakan jenis peralatan teknik yang penting untuk dipelajari karena kompresor merupakan salah satu peralatan yang banyak digunakan di perindustrian. Sehingga mampu mengoprasikan dan memahami prinsip kerja kompresor merupakan hal yang penting bagi siswa-siswi SMK sebagai bekal terjun ke dunia kerja.

Pengertian kompresor adalah alat pemampat udara atau penghasil udara mampat. Karena proses pemampatan, udara mempunyai tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan udara di sekitarnya (1 atm). Dalam aplikasinya, kita sering memanfaatkan udara mampat ini baik secara langsung atau tidak langsung. Sebagai contoh, 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 ke atas, tekanan dibawah 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 ke bawah dan menekan udara, sehingga volumenya menjadi kecil.

Tekanan menjadi naik terus sampai melebihi tekanan di dalam ban. Hal ini mengakibatkan udara mampat masuk ke dalam ban melalui katup (nipple). Karena diisi udara mampat terus-menerus, tekanan di dalam ban menjadi naik. Sehingga dapat disimpulkan, proses pemampatan terjadi karena perubahan volume pada udara yaitu menjadi lebih kecil dari kondisi awal.

Gambar 7.1 Pompa Ban

(Sumber: Sunyoto)

Prinsip kerja kompresor dan pompa adalah sama, kedua mesin konversi energi tersebut menggunakan energi luar kemudian diubah menjadi energi fluida. Pada pompa, pada nosel keluarnya energi kecepatan diubah menjadi energi tekanan, begitu juga kompresor pada katup ke luar udara mampat mempunyai energi tekanan yang besar. Hukum-hukum yang berlaku pada pompa dapat diaplikasikan pada kompresor.

Berbeda dengan pompa yang jenisnya berdasarkan pola aliran, jenis kompresor biasanya berdasarkan tekanannya atau cara pemampatannya. Klasifikasi kompresor udara dapat dicermati pada gambar berikut:

 
Gambar 7.2 Tipe-Tipe Kompresor

(Sumber: Modul jenis dan cara kerja kompresor)

Kompresor berdasarkan cara pemampatannya dibedakan menjadi dua jenis, yaitu jenis turbo dan jenis perpindahan. Jenis turbo menggunakan gaya sentrifugal yang diakibatkan oleh putaran impeller 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 dibedakan berdasarkan tekanannya adalah kompresor untuk pemampat (tekanan tinggi), blower untuk peniup (tekanan sedang), dan fan untuk kipas (tekanan rendah). Berbeda dengan jenis turbo, kompresor jenis perpindahan (displacement) beroperasi pada tekanan sedang sampai tinggi. Kompresor jenis perpindahan dibedakan berdasarkan bentuk konstruksinya, antara lain:

a.         Kompresor sekrup

b.        Kompresor sudu luncur

c.         Kompresor roots

 Gambar 7.3 Kompresor Sekrup atau Ulir

(Sumber: google.com)

Gambar 7.4 Kompresor Sudu Luncur

(Sumber: Sunyoto)

 
Gambar 7.5 Kompresor Roots

(Sumber: Sunyoto)

Kompresor dibagi berdasarkan kerja toraknya, antara lain: kompresor torak kerja tunggal dan kompresor torak kerja ganda.

 
Gambar 7.6 Kompresor Torak Kerja Tunggal

(Sumber: Sunyoto)

 
Gambar 7.7 Kompresor Torak Kerja Ganda

(Sumber: Sunyoto)

Kompresor sentrifugal dibagi berdasarkan jumlah tingkatnya, antara lain: kompresor sentrifugal satu tingkat dan kompreosr sentrifugal banyak tingkat.

Gambar 7.8 Kompresor Sentrifugal Satu Tingkat

(Sumber: Sunyoto)

 
Gambar 7.9 Kompresor Sentrifugal Banyak Tingkat

(Sumber: Sunyoto)

 F. Batang Gigi (Rack Gear)

 Sebagaimana prinsip kerja rack gear, yaitu batang gigi berfungsi sebagai transmisi untuk merubah gerak lurus menjadi gerak putar atau sebaliknya batang gigi umumnya berpasagan dengan roda gigi. Bentuk Alur gigi pada batang gigi ada yang lurus juga ada yang miring terhadap sumbu melintang batang.

Gambar 8.6 Batang Rack Gear dan Pinion

(Sumber: google.com)

G. Perhitungan Rack Gear 

Standar ukuran gear rack sama dengan standar ukuran roda gigi, karena roda gigi rack selalu berpasangan dengan roda gigi, atau dpat dikatakan rack adlah roda gigidengan radius tak terhingga. Di sini jarak antara pusat dua gigi yang berdekatan pada garis tusuk aksial = axial pitch = px. Bila tusuk pada roda gigi poinion (pt = transvers pitch) maka:

Pt=n.m

(pt= jarak antar gigi)

H. Pengefraisan Rack Gear

Untuk pengefraisan roda gigi rack diperlakukan langkah-langkah tertentu agar pembuatan roda gigi yang dikerjakan pada mesin frais sesuai dengan rencana yang ditentukan.

1. Dalam pengefraisan gigi rack, pencekaman benda kerja dapat dilakukan dengan menjepit benda kerja pada ragum, menggunakan fixture dan dapat pula diklem langsung di meja mesin. 

2. Pada pencekaman dengan ragum, benda kerja dicekam melintang sebesar 90o terhadap meja. Sedangkan untuk pengefraisan dalam jumlah banyak dapat dilakukan dengan menggunakan fixture guna megurangi waktu setting. Pencekaman dengan klem dapat dilakukan dengan dua klem yang didikatkan pada alur alur T meja mesin frais.

Gambar 8.7 Pencekaman Rack Gear 

(Sumber: Machining Fundamental)

3. Dalam pemilihan, pemasangan dan pensetingan pisau pada pengefrasian rack pada dasanya sama dengan pemilihan, pemasangan maupun pensetingan pisau pada pengefraisan roda gigi lurus.

4. Kedalaman pemotongan harus ditentukan dan merupakan bahan pertimbangan dalam menseting pisu frais. Pada umumnya kedalaman pemotongan sama dengan kedalaman pemotongan roda gigi lurus.

5. Gerakkan meja hingga benda kerja yangntelah dicekam pada tempat yang akan disayat berada pada posisi tengah di bawah pisau.

6. Tempelkan kertas tipis yang telah dibasahi pada permukaan benda kerja, dekatkan benda kerja menuju pisau frais hingga meneyentuh kertas tipis.

7. Bila pisau telah menyentuh kertas tipis, hentikan mesin dan setinglah ukuran pada angka nol.

8. Bebaskan benda kerja dengan menggerakkan lurus dan naikkan sesuai kedalaman yang disyaratkan.

9. Lakukan pemakanan hingga tercapai kedalaman yang ditentukan dan jumlaj gigi yang ditentukan.

10. Dalam pegefrasian batang gigi pembagian pemotongan dapat dilakukan dengan menggeser meja sejauh pt=n.m dengan memutar langsung spindel meja.

11. Hasil batang gigi yang baik adlah yang tepat terhadap roda gigi pinion sebagai pasangannya atau gaugenya.

 E. Pengefraisan Roda Gigi Lurus

Beberapa tindakan penyetelan atau pengesetan mesin dengan saksama, akan sangat mengurangi kemungkinan adanya peralaytan mesin yang tidak akurat.

1. Persiapkan mesin frais dengan baik, pasang kepala pembagi universal pda meja mesin dan periksa kesehteran kepala pembagi dengan kepala pembagi dengan kepala lepas.

2. Pasang arbor pada mesin dengan posisi horizomtal dan pisau (pisau frais modul) pada arbor. Kemudian pasang penyangga arbor dan kencangkan baut-bautnya serta mur pada ujung arbor.

3. Pasang benda kerja (bahan roda gigi) yang telah dipegang mandrel pada kepala pembagi, pemotongan dilaksanakan ke arah kepala pembagi.

Gambar 8.4 Arah Pemakanan Benda Kerja Roda Gigi Lurus 

(Sumber: Machining Fundamental)

4. Periksa kesenteran benda kerja dengan menggunakan dial indicator, putara benda kerja satu putaran penuh. Lakukan penyetelan bila perlu dilakukan.

5. Lakukan penyenteran pisau modul terhadap benda kerja. Gunakan mikrometer kedalam dan penyiku baja. Setel mikrometer ke posisi 0.

Gambar 8.5 Kedudukan Cutter dengan Benda Kerja Roda Gigi Lurus 

(Sumber: Machining Fundamental)

6. Lakukan pemotongan awal tahap demi tahap pada setiap gigi untuk satu lingkaran, jika hasil tepat sejajar dengan posisi pertama pemotongan berarti proses pemotongan roda gigi telah siap dilakukan.

7. Pemutaran posisi pemotongan gigi ke gigi selanjutnya sesuai dengan perhitungan jumlah putaran tuas indeks kepala pembagi.

8. Pada saat proses pemotongan roda gigi gunakan cairan pendingin untuk hasil yang baik.

9. Setelah proses pemotongan roda selesai lakukan pengukuran dimensi roda gigi apakah telah sesuai dengan perencanaan.

10. Lepas roda gigi dari mandrel, bersihkan dan rapikan profil tepi gigi dari bagian yang tajam.

2. Pemilihan pisau frais untuk roda gigi

Standar roda gigi diklasifiasikan atas 2 macam:

a) Standar modul (m)

Modul ialah jarak antara garis lingkaran diameter pitch dengan garis lingkaran diameter luar dalam satu mm. Selain itu modul adalah perbandingan diameter pitch dibagi jumlah giginya. Semua ukuran roda gigi sistem Modul diukur dalam satuan Metrik (mm).

b) Standar diametral pitch (DP)

Standar diameter pitch (DP) ialah jumlah gigi dalam jarak ukuran diameter pitchnya dari sebuah roda gigi. Semua ukuran roda gigi sistem DP diukur dalam satuan imperial (inchi).

Hubungan antara modul (m) dan diametral pitch (DP) m=1/Z dan D=1/M, tentunya modul kebalikan dari DP. Pemilihan pisau roda gigi dengan standar modul menggunakan cutter modul. Dalam 1 set cutter modul ada 8 keping terdiri dari nomor 1 sampai nomor 8.

(Sumber: Machining Fundamental)

Untuk pemilihan pisau roda gigi dengan standar diametral pitch (DP) menggunakan cutter DP. Dalam 1 set cutter DP ada 8 keping terdiri dari nomor 1 sampai 8.

Tabel 8.4 Nomor Pisau Roda Gigi Standar Diametral Pitch

(Sumber: Machining Fundamental)

Gambar 8.3 Pisau Frais Modul

(Sumber: google.com)

D. Perhitungan Roda Gigi Lurus

          Pemotongan gigi memerlukan pengetahuan tentang bagian-bagian gigi untuk membantu menentukan pemotong gigi yang tepat untuk digunakan, kedalaman gigi, dan konfigurasi kepala pemisah.

1. Rumus Perhitungan roda gigi

 

Gambar 8.2 Bagian-Bagian Roda Gigi

(Sumber:Machining Fundamental)

Tabel 8.2 Rumus Perhitungan Roda Gigi lurus

(sumber: Machining Fundamental)

*setiap buku memberi singkatan atau simbol berbeda-beda