KOMPRESOR SENTRIFUGAL

KOMPRESOR SENTRIFUGAL

Kompresor sentrifugal merupakan peralatan mekanik yang digunakan untuk memberikan energi kepada fluida gas, sehingga gas dapat mengalir dari suatu tempat ke tempat lain. Penambahan energi ini bisa terjadi karena adanya konversi energi mekanik ke dalam energi tekanan. Konpresor sentrifugal termasuk ke dalam kompresor dinamik, dimana kompresor ini memiliki prinsip kerja yaitu mengkonversikan energi kecepatan gas yang dibangkitkan oleh aksi yang dilakukan impeller yang berputar dari energi mekanik unit penggerak menjadi energi tekanan di dalam diffuser. Kompresor sentrifugal ini digerakkan oleh turbin daya yang merupakan bagian turbin gas. Dalam dunia perminyakan dan gas, kompresor sentrifugal digunakan antara lain:
1.  Mengumpulkan gas, kompresor sentrifugal digunakan untuk aplikasi menangani gas alam di sumur pada kepala sumur.
2.   Boosting, untuk meningkatkan tekanan gas dari kepala sumur.
3. Penyimpanan atau pengambilan, aplikasi dimana pipa gas diinjeksikan atau ditarik dari fasilitas penyimapanan gas.
4.   Transmisi, aplikasi dengan input dari tambang gas alam dan output ke kota.
5. Re-injeksi gas, aplikasi yang menginjeksikan gas kembali ke lapangan untuk pemeliharaan tekanan atau konservasi.
6.  Gas lift, aplikasi yang menginjeksikan gas ke sumur minyak untuk dicampur dengan minyak tanah agar mempermudah pengambilan dari atas.

A.  Karakteristik Kompresor Sentrifugal
Karakteristik kompresor sentrifugal secara umum sebagai berikut:
1.    Memiliki masukan aksial dan keluaran radial.
2.    Mampu menciptakan head yang lebih besar dibandingkan kompresor aksial.
3.    Aplikasi aliran rendah dan rasio tekanan yang tinggi.
4.    Kapasitas tersedia dari kecil hingga besar.
5.    Tekanan discharge dipengaruhi density gas.
6.    Kerugian gesek lebih besar dibandingkan kompresor aksial.

B.  Komponen Utama Kompresor Sentrifugal
Kompresor sentrifugal terdiri dari komponen statis dan dinamis. Komponen-komponen tersebut terdiri dari beberapa bagian yang fungsinya saling berhubungan. Komponen statis disebut stator dan komponen dinamis disebut juga rotor. Berikut akan dijelaskan komponen statis dan dinamis.

a)    Komponen Statis
1.    Casing
Casing merupakan bagian terluar kompresor yang berfungsi :
v Pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar.
v Pelindung dan penumpu dari bagian yang bergerak.
v Tempat kedudukan suction port dan discharge port serta bagian diam lainnya.
2.    Inlet wall
Merupakan diafragma atau dinding penyekat yang dipasang pada sisi masukan sebagai inlet channel dan berhubungan dengan inlet port. Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka material inlet wall harus tahan terhadap abrasi dan erosi.
3.    Guide van
Guide van ditempatkan pada bagian depan eye impeller pertama pada bagian inlet channel. Fungsi utamanya adalah mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi merata. Konstruksi vane terbagi dua, yaitu fixed dan movable posisi sudutnya dengan tujuan agar operasi kompresor dapat bervariasi dan dicapai effisiensi dan stabilitas yang tinggi.
4.    Eye Seal
Ditempatkan di sekeliling bagian luar eye impeller dan ditumpu oleh inlet wall. Eye seal memiliki fungsi mencegah aliran balik dari gas yang keluar dari discharge impeller kembali ke sisi suction.
5.    Diffuser
Berfungsi untuk mengubah energi kecepatan yang keluar dari discharge impeller menjadi energi potensial. Untuk multi stage dipasang diantara inter stage impelller.
6.    Return Bend
Berfungsi membelokkan arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk pada stage berikutnya. Return bend dibentuk oleh susunan diafragma yang dipasang dalam casing.
7.    Return Channel
Merupakan saluran yang berfungsi memberikan arah aliran gas dari return bend masuk ke dalam impeller berikutnya. Return channel dilengkapi dengan fixed vane dengan tujuan memperkecil turbulensi aliran gas pada saat masuk stage berikutnya sehingga dapat memperkecil vibrasi.
8.    Diafragm
Merupakan bagian dalam kompresor yang berfungsi sebagai penyekat antara stage dan tempat kedudukan eye seal maupun interstage seal. Dengan pemasangan diafragma secara seri, maka akan terbentuk tiga bagian penting, yaitu diffuser, return bend, dan return channel.

b)   Komponen Dinamis
1.    Shaft and Shaft Sleeve
Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeller dan meneruskan daya dari turbin gas ke impeller. Untuk penempatan impeller pada shaft digunakan pasak. Pada kompresor multistage, posisi pasak dibuat selang-seling agar seimbang. Sedangkan jarak antar stage dari impeller digunakan shaft sleeve yang berfungsi sebagai pelindung shaft terhadap korosi, erosi, abrasi dari alairan dan sifat gas, serta untuk penempatan shaft seal diantara stage impeller.
2.    Impeller
Impleller berfungsi menaikkan tekanan dan menaikkan kecepatan tangensial gas dengan mekanisme perputaran sehingga menimbulkan gaya inersia pada gas. Hal ini menyebabkan gas mengalir dari eye impeller ke discharge tip. Karena adanya perubahan jari-jari pada sumbu putar antara tip sudu masuk dengan sudu keluar maka terjadi kenaikan energi kinetik.
3.    Bearing
Merupakan bagian internal kompresor yang berfungsi untuk mendukung beban radial dan aksial yang berputar dengan tujuan memperkecil gesekan dan mencegah kerusakan pada komponen lainnya.

c)    Parameter Kinerja Kompresor Sentrifugal
Kinerja kompresor sentrifugal berkaitan dengan beberapa parameter utama, yaitu:
Ø Head
Ø Efisiensi
Ø Debit aliran
Ø Daya
Untuk dapat mengetahui nilai masing-masing parameter berdasarkan kondisi operasi, maka digunakan berbagai rumus perhitungan dan proses pendekatan. Kompresor sentrifugal didalam proses kerjanya dapat ditinjau dengan menggunakan dua pendekatan, yaitu :
1.  Proses Isentropik, yaitu proses yang menggunakan asumsi ideal, dimana proses berlangsung pada entropi konstan tanpa adanya panas yang masuk dan keluar. Namun, pada kenyataannya energi panas tidak dapat diubah keseluruhan menjadi kerja karena adanya kerugian.
2.    Proses Politropik, merupakan proses kerja aktual yang dihasilkan oleh kompresor.

Ø Head
Energi dibutuhkan untuk mengubah kuantitas gas dari suatu nilai tekanan ke tekanan yang lebih tinggi. Head didefinisikan sebagai energi yang ditambahkan pada gas melalui mekanisme percepatan yang terjadi akibat perputaran impeller. Head dibutuhkan untuk mencapai suatu rasio tekanan tertentu. Head terbagi menjadi dua, head isentropik dan head politropik.

1.    Head Isentropik
Merupakan energi per satuan massa yang diperlukan oleh kompresor pada kondisi tanpa adanya perpindahan panas pada sistem. Head isentropik mengabaikan keugian-kerugian yang terjadi selama proses untuk mencapai rasio tekanan tertentu. Persamaan Head Isentropik :
 Hisen     : Head isentropik (ft.lbf/lbm)
T1         : Temperatur masuk ( 0F )
Zavg       : Faktor kompresibilitas rata-rata saat masuk dan keluar
P1         : Tekanan masuk (Psia)
P2         : Tekanan keluar (Psia)
SG       : Spesific gravity
ϒ          : Rasio panas spesifik

2.    Head Politropik
Merupakan energi per satuan massa yang diperlukan oleh kompresor pada proses politropik dengan kondisi gas saat masuk dan saat keluar kompresor sama. Head politropik merupakan head yang telah mempertimbangkan kerugian-kerugian yang terjadi selama proses penambahan energi pada aliran gas. Head yang lebih besar dibutuhkan untuk mengkompensasikan kerugian yang terjadi selama proses kompresi untuk mencapai suatu rasio tekanan tertentu. Persamaan Head Politropik:

 Hpoly     : Head polytropik (ft.lbf/lbm)
T1         : Temperatur masuk ( 0F )
Zavg       : Faktor kompresibilitas rata-rata saat masuk dan keluar
P1         : Tekanan masuk (Psia)
P2         : Tekanan keluar (Psia)
SG       : Spesific gravity
n          : Eksponen polytropik

Nilai n merupakan kondisi gas selama kompresi. Nilai n membandingkan antara kondisi tekanan dan temperatur saat masuk dan keluar kompresor. Penurunan nilai n menyebabkan penurunan nilai perbandingan antara rasio temperatur dan rasio tekanan, sehingga head yang dibutuhkan pun semakin kecil. Persamaan yang digunakan untuk mencari nilai n:
Dimana :
T1 : Temperatur masuk kompresor
T2 : Temperatur keluar kompresor
P1 : Tekanan masuk kompresor
P2 : Tekanan keluar kompresor

Ø Efisiensi
Efisiensi didefinisikan sebgai perbandingan antara head pada kondisi isentropik dengan head yang terjadi selama proses di lapangan. Efisiensi menggambarkan kondisi yang dapat diraih oleh suatu kerja kompresor agar dapat mencapai suatu rasio tekanan tertentu. Efisiensi dapat dihitung dengan persamaan:

 Ø Debit Aliran
Laju aliran gas pada kompresor sentrifugal dapat dinyatakan dalam berbagi bentuk seperti:
1.    Actual inlet volume flow, merupakan laju aliran yang terjadi pada tekanan dan temperatur yang terjadi di lapangan. Persamaanya adalah
 Dimana :
Q         : Laju aliran (cfm)
Z1        : Faktor kompresibilitas pada aliran masuk kompresor
Ts        : Temperatur masuk ( 0F )
Ps        : Tekanan masuk (Psia)

2.    Standard inlet volume flow pada kondisi standard yaitu 14,7 Psia dan suhu 600F = 5200 R
3.    Mass flow rate : laju aliran yang dinyatakan dalam satuan kg/s. Persamaannya :
Dimana :
m         : Laju aliran massa (lb/s)
Q         : Actual inlet volume flow
ρ          : Densitas (lbm/ft3)
60        : Faktor konversi menit ke detik

Ø Daya
Daya merupakan faktor penting pada kinerja kompresor sentrifugal karena berkaitan dengan aliran massa yang dapat dialirkan pada kompresor dan head yang dihasilkan selama proses kompresi. Daya pada kompresor sentrifugal terbagi dua :
1.    Daya poros kompresor
Dimana:
Wcc      : Daya penggerak poros (HP)
Qstd      : Laju standard gas (mmscfd)
SG       : Spesific gravity
Ƞ          : Efisiensi (%)

2.    Daya Gas
Daya gas merupakan fungsi antara daya penggerak kompresor dengan efisiensi mekanis. Selama proses kompresi, kompresor sentrifugal mengalami kehilangan daya (intenal losses) yang terjadi friksi pada kompresor.
Wgas = Wcc x ƞmech
Dimana:
Wgas  : Daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan gas (HP)
ƞmech : Efisiensi mekanis

d)   Faktor Yang Mempengaruhi Kinerja Kompresor Sentrifugal
Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kinerja kompresor sentrifugal adalah:

1.    Pengaruh Suhu Gas Masuk (T1)
Bila suhu gas masuk naik, maka:
·      Kerapatan massa gas menurun pada kapasitas yang sama.
·      Laju aliran massa yang dihasilkan menurun.
·      Daya yang dibutuhkan kompresor naik.
·      Pressure ratio menurun.
·      Begitu pula sebaliknya.

2.    Pengaruh Tekanan Gas Masuk (P1)
Pada kompresor yang beroperasi pada putaran konstan dan laju aliran volume yang sama, maka penurunan tekanan gas masuk menyebabkan:
·      Laju aliran gas keluar kompresor turun.
·      Tekanan gas keluar kompresor turun.
·      Kebutuhan daya kompresor turun.
·  Untuk menjaga tekanan gas keluar kompresor yang konstan, maka kompresor diharuskan beroperasi pada putaran tinggi, akibatnya daya yang dibutuhkan kompresor juga bertambah.

3.    Pengaruh Jenis Gas (SG)
Bila jenis gas berubah komposisinya dan spesific gravity (SG) gas turun menyebabkan:
·      Laju aliran massa menurun.
·      Daya yang dibutuhkan kompresor menurun.

4.    Pengaruh Faktor Kompersibilitas (Z)
Pengaruh faktor kompresibiltas gas sangat dipengaruhi oleh jenis/komposisi gas, temperatur, dan tekanan. Bila Z naik dan kapasitas konstan menyebabkan:
·      Daya yang diperlukan kompresor naik.
·      Pressure ratio turun.

5.    Pengaruh Putaran Kompresor (N)
Perubahan putaran kompresor akan berpengaruh terhadap karakteristik kompresor. Dengan kenaikan putaran kompresor menyebabkan:
·      Naiknya kapasitas/laju aliran massa sebanding dengan kenaikan putarannya.
·      Naiknya Head yang sesuai dengan perbandingan putaran pangkat 2.
·      Naiknya kebutuhan daya yang diperlukan sebanding dengan putaran pangkat 3.
Hal tersebut dapat dilihatdari teori kesamaan sebagai berikut:

 6.    Pengaruh Perubahan Diameter Luar Impeller (D2)
Perubahan diameter luar impeller mempunyai pengaruh yang sama dengan perubahan putaran. Bila ukuran diameter luar impeller diperbesar dimana kompresor beroperasi pada putaran tetap, maka menyebabkan:
·      Kenaikan kapasitas sebanding dengan perbandingan kenaikan diameter impeller.
·      Kenaiknya Head yang sesuai dengan kenaikan diameter impeller pangkat 2.
·      Kenaiknya kebutuhan daya yang diperlukan sebanding dengan perbandingan kenaikan diameter impeller pangkat 3.

7.    Pengaruh Laju Aliran Massa (m)
Pada kondisi awal yang sama, kenaikan laju aliran massa mengakibatkan:
·      Kenaikan tenaga yang diperlukan kompresor.
·      Begitu pula sebaliknya.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar