Memahami pengukuran kompresor udara: usaha, daya, dan aliran

Kerja mekanis yang terkait dengan perubahan volume campuran gas adalah salah satu proses terpenting dalam rekayasa termodinamika. 

Laju aliran kompresor biasanya diukur menggunakan pengukur aliran massa. Secara intuitif, lebih mudah untuk memahami laju aliran gas dalam hal volume daripada massa. Kelemahan yang dirasakan dari hal ini adalah perlunya menentukan kondisi inlet gas, karena volume akan berubah seiring perubahan kondisi inlet. Namun, untuk kompresor, laju aliran massa outlet juga akan bergantung pada kondisi inlet, yang berarti selalu perlu untuk menentukan kondisi inlet di mana laju aliran tercapai.

Laju aliran volumetrik suatu sistem adalah pengukuran volume aliran cairan per satuan waktu. Ini dapat dihitung sebagai hasil dari area penampang melintang aliran dan kecepatan aliran rata-rata. Satuan SI untuk laju volume aliran adalah m3/s.

Namun, saat membeli kompresor, Anda biasanya akan menemukan kapasitas kompresor, yang dinyatakan dalam liter/detik atau liters/second (l/s). Ini adalah FAD atau pengiriman udara bebas dari kompresor.

Apa itu free air delivery? Udara bebas berarti udara dalam kondisi inlet kompresor, sehingga pada suhu dan tekanan sekitar. Pengiriman berarti bahwa hanya udara yang keluar dari outlet kompresor yang dipertimbangkan. Ini berbeda dari udara yang masuk di saluran masuk, karena beberapa udara dapat bocor keluar dari kompresor antara saluran masuk dan keluar. Laju aliran kompresor biasanya diukur dengan pengukur aliran massa di outlet. Ini berarti hanya udara yang dialirkan yang diukur. Kemudian dikonversi menjadi « udara bebas » menggunakan kondisi inlet.

FAD dimaksudkan untuk digunakan sebagai perbandingan antara kompresor yang berbeda atau untuk menyesuaikan kapasitas kompresor dengan konsumsi alat. Kecuali dinyatakan berbeda, FAD suatu kompresor atau alat yang biasanya dapat Anda temukan di lembar spesifikasinya, telah diukur sambil mempertahankan kondisi inlet referensi (yakni 20°C, 1 bar, dan 0% RH). Massa udara yang sesuai dengan volume yang disapu elemen kompresor akan bervariasi dengan kepadatan udara dan dengan demikian mengubah jumlah aliran yang secara efektif diperoleh di sisi outlet kompresor. Massa jenis tergantung pada suhu dan tekanan udara. Itulah sebabnya aliran massa keluar yang diukur dibagi dengan kepadatan udara masuk. Efek massa jenis dibatalkan dengan cara ini.

Namun, ada efek sekunder dari suhu dan tekanan. Antara lain, ukuran celah di antara komponen akan berubah tergantung pada suhu, sehingga menyebabkan lebih banyak atau kurang kebocoran. Perubahan tekanan pada inlet juga akan menyebabkan kelebihan atau kekurangan kompresi yang akan mengubah laju aliran outlet yang dihasilkan. Terkait alasan ini, penting untuk membandingkan kompresor pada kondisi yang sama, umumnya (tapi tidak selalu) sebagai kondisi referensi yang ditentukan dalam standar ISO1217:2009. Di sektor atau wilayah lain, kondisi referensi yang berbeda dapat digunakan.

Laju aliran lain yang sering digunakan adalah Normal flow rate (Nl/s), di mana referensi adalah pada 0°C, 1 atm, dan 0% RH.

Hubungan antara kedua laju aliran volume adalah q _FAD = q_N × T _FAD / T_N × P_{N /} P _FAD

(catatan bahwa rumus yang disederhanakan di atas tidak memperhitungkan kelembapan).

• qFAD mencerminkan kondisi pengoperasian yang sebenarnya, memperhitungkan tekanan dan suhu di mana udara keluar dari kompresor.
• qN menyediakan referensi terstandardisasi, sehingga memudahkan membandingkan kinerja kompresor di berbagai sistem.

Para engineer dan pembeli industri mengandalkan qN untuk benchmarking, sementara qFAD sangat penting untuk desain dan pengoperasian sistem aktual.

Meskipun terlihat seperti laju aliran volume, FAD dapat dianggap sebagai laju aliran massa yang dinyatakan dalam hal volume. Hal ini karena untuk kondisi tetap, densitas aliran udara konstan dan karenanya aliran massa konstan dan diketahui.

Contoh berikut menggambarkan aliran udara bebas (FAD):

• Apa arti FAD sebesar 39 l/s untuk kompresor yang beroperasi pada 10 bar(e)?
• Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengisi tangki 39 l pada tekanan 10 bar(e)?

Kita dapat melihat FAD sebagai laju aliran massa. Massa total 39 l udara pada 10 bar(e) atau 11 bar(a) hanya 11 kali massa 39 l udara pada kondisi sekitar. Kita dapat menyebut yang terakhir satu unit massa. Dengan asumsi tangki sudah diisi dengan udara sekitar pada awalnya, sudah ada satu « satuan massa » di dalamnya dan kita hanya perlu 10 lagi. Dikarenakan kompresor menghasilkan satu unit massa per detik, maka membutuhkan waktu 10 detik untuk mengirimkan massa ini ke tangki.

Perbedaan antara bar(a) dan bar(e) dijelaskan di sini.

SER adalah ukuran efisiensi, yang dinyatakan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk memberikan 1 liter FAD pada tekanan tertentu. Ini memberikan nilai dalam Joule/liter (J/l). Misalnya, mesin yang mengonsumsi 35kW untuk menghasilkan 100L/s memiliki SER 350J/l.

Menentukan sistem udara bertekanan berdasarkan aliran dan tekanan - bukan kW atau horsepower - adalah cara terbaik untuk menyesuaikan kinerjanya dengan kebutuhan Anda. Penentuan ukuran kompresor harus sesuai dengan kebutuhan bisnis Anda secara lebih akurat daripada hanya berdasarkan rating kW.

Ada banyak istilah teknis yang dibahas dalam artikel ini yang berkaitan dengan usaha mekanis, daya, dan aliran. Pemahaman atas informasi tersebut berguna saat akan berinvestasi pada peralatan yang tepat untuk aplikasi Anda. Jika Anda membeli peralatan yang terlalu besar atau terlalu kecil, ada risiko inefisiensi.

Satu hal yang penting untuk dipertimbangkan adalah seberapa besar gaya yang Anda butuhkan untuk memindahkan objek guna menyelesaikan suatu pekerjaan dalam jangka waktu tertentu. Sebagaimana disebutkan di atas, ini dinyatakan dalam aliran dan tekanan. Selain liter per detik (l/s), aliran dinyatakan dalam kaki kubik per menit (cfm) atau meter kubik per jam (m3/h). Semua pengukuran ini berhubungan dengan kecepatan.

Tekanan ditampilkan sebagai bar, yang disebutkan di atas, atau pound per inci persegi (psi). Jika Anda perlu memindahkan benda berat, Anda akan membutuhkan tekanan yang lebih besar. Anda juga ingin menentukan apakah Anda memerlukan pengiriman udara sepanjang hari dan apakah ada persyaratan yang berbeda untuk aplikasi Anda. Konteks ini berguna saat menentukan ukuran dan memilih antara mesin berkecepatan tetap dan Variable Speed Drive (VSD). Lihat panduan kami untuk memilih kompresor udara.