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