KOMPRESOR. Perancangan Alat Proses. Abdul Wahid Surhim 2015

Transkripsi

1 KOMPRESOR Perancangan Alat Proses Abdul Wahid Surhim 205

2 Rujukan Campbell, J. M Gas Conditioning and Processing: Equipment Modules, Volume 2. Hanlon, Paul C Compressor Handbook. McGraw- Hill Companies, Inc.

3 Jenis-jenis Kompresor Piston Positive Displacement Reciprocating Plunger Gear Rotary Screw Kompresor Vane Kinetic (Dynamic) Centrifugal Peripheral (Regenerative Turbine) Radial Flow Axial Flow Mixed Flow Special High Head, Low Flow

4 Tahapan Perhitungan Kompresor (Single Stage) INPUT:. Tekanan Masuk (P) 2. Suhu Masuk (T) 3. Rasio Kompresi (R) 4. Laju Alir Gas (q) 5. Berat Molekul Gas 6. Efisiensi Isentropik, 7. Tip Speed (u) HITUNG:. Specific Gravity () 2. Rasio Kapasitas Panas (k) 3. Faktor Kompresibilitas (Z), 4. kw/stage 5. Compressor Speed (N), 6. Mechanical Losses (WL), 7. DAYA TOTAL. Discharge Temperature (TD) 2. Diameter Impeller

5 Panduan Seleksi Kompresor

6 Panduan Pemilihan Drivers Kompresor

7 Figure 5. General Range of Application of Compressor

8 Daya Kompresor Persamaan termodinamika dasar 5. Daya aktual: 5.2 Daya teoritis: 5.3

9 3 Jenis Efisiensi Efisiensi TERMODINAMIK (ISENTROPIK) Reversibel (S = S 2 ) Adiabatik (Q = 0) Efisiensi MEKANIK Frictional losses Other mechanical losses (mis. valve) Efisiensi POLITROPIK Irreversibel (S S 2 ) Non-adiabatik (Q 0) Pers. (5.5)

10 Prosedur Kompresi Tahap berikutnya Isentropic compression Gas cooling

11 Persamaan Umum 5.4

12 Figure 5.2(a) Enthalpy-Entropy Diagram for a Relative Density Sweet Natural Gas (METRIC)

13 Figure 5.2(b) Enthalpy-Entropy Diagram for a Relative Density Sweet Natural Gas (ENGLISH)

14 Efisiensi Menyeluruh

15 Compressor Head PV constant h T ZaR P2 MW P

16 h dan R

17 Specific Gravity (SG) SG= MW gas MW air MW air = 28.97

18 Rasio Kapasitas Panas () Bila fraksi komponen diketahui: y C y C. 99 i i p i p i 5.6 Bila fraksi komponen TIDAK diketahui, rumus empiris: 0.3SG

19 Hubungan k dan MW (Rule of Thumb page 5)

20 Kapasitas Panas Molar HK

21 Laju Alir Masuk Kompresor Laju alir masuk kompresor yang actual: Z T Q G P Q G : laju alir gas actual (actual cfm) T : suhu masuk kompresor ( o R) P : tekanan masuk kompresor (psia) Z : factor kompresibilitas fluida masuk kompresor q : laju alir volumetrik gas masuk kompresor (MMSCFD) q

22 Compression Power Kombinasi Pers. (5.4) dan (5.5) (5 o C 0r 60 o F) (00 kpa or 4.7 psia) a s s Z P P T T P q E A Stage kw / 2 5.8

23 Hubungan kw/stage dan h R MW h Z P P T Z P P T MW R P P MW R T Z h a a a h T P R q MW E A Stage kw Z P P T T P q E A Stage kw s s a s s / / 2

24 Faktor Kompresibilitas (Z)

25 Discharge Temperature (T D ) 5.9 Nilai isentropic efficiency (E isen ) Kompresor sentrifugal: Kompresor resiprokal: (HS = high speed) Kompresor resiprokal: (LS = low speed) isen P P D E T T 2 2 P P T T T E D isen atau

26 Figure 5.4(a) Simple Correlation for Estimating Compressor Power (Metric)

27 Figure 5.4(b) Simple Correlation for Estimating Compressor Power (English)

28 Konversi Q a Q.0 5 Ps P a T T a s

29 Estimasi Daya Kompresor dengan Nomograf

30 Relasi E isen dan E poly n n. E poly 5.2 E isen P 2 P n P 2 n P 5.3

31 Figure 5.6 Relasi Eisen dan Epoly

32 Relasi ds dan Ns

33 Mechanical Losses W L F L N TOTAL DAYA = kw/stage + W L

34 Polytropic Head per Impeller impeller sekitar 3200 m (0.500 ft)

35 Figure 5.8 Relasi ds dan Ns

36 Sonic Velocity u s g c Z R T MW

37 Diameter Impeller (Estimasi) d q 0.050u

38 Compressor Speed N 60u d

39 Figure 5.9 Kurva Karakteristik Kompresor Sentrifugal

40 SURGE SURGE: Fenomena ketidakstabilan yang terjadi pada saat laju alir rendah (lihat Kurva Karakteristik Kompresor) Surge melibatkan keseluruhan sistem, bukan hanya kompresor, yakni semua kumpulan komponen yang dilewati oleh aliran masuk (upstream) dan keluar (downstream) dari fluida Kompresor tidak dapat mencapai tekanan keluar sedemikian rupa sehingga terjadi serangkaian aliran balik

41 Choke (Sumbatan) Choke (efek dinding batu atau stonewall effect) membatasi kapasitas kompresor Kondisi ini disebabkan oleh laju alir membatasi gas yang melalui mata impeller pertama Aliran ini selalu lebih besar dari disain dan biasanya tidak akan terjadi di bawah 5-20% rated capacity Kecepatan maksimum dibatasi oleh bilangan MACH (kecepatan suara) dari gas

42 Choke (Sumbatan) Secara teori, efek choke akan terjadi pada harga ini, tetapi prakteknya biasanya adalah membatasi disain pada bilangan Mach Gas terringan yang dikompresi di mana choke menjadi masalah yang signifikan adalah propylene Propana, butana, dan freon memiliki kecepatan Mach sekitar 200 m/s pada -40 o C Kompresi gas yang lebih ringan dari propana, choke bukan menjadi perhatian praktis

43 Anti Surge Control

44 Contoh 5.

45 . Compressor Head / MW gas = ()(MW air )

46 2. Compressor Power 3 std m /d P s T 3 q Za m /s P T s

47 3. Compressor Discharge Temperature (5.9) 4. Number of Impellers

48 5. Diameter Impeller (Estimasi) q 3 std m /d P s T 3 Za m /s P T s

49 6. Specific Diameter and Speed

50 RECIPROCATING COMPRESSOR

51 Prinsip Reciprocating Compressor

52 Delivery pressure Prosedur Kerja Induced volume Swept/displacement volume Efisiensi volumetric (E vz ) = V l /V d Clearance (C) = V c /V d Inlet pressure

53 Approximate Valve Losses

54 Prosedur Kerja Titik A menggambarkan akhir dari gaya kompresi Garis ABC menggambarkan gaya masuk total Bagian AB menggambarkan ekspansi gas yang terperangkap antara piston dan ujung silinder pada tekanan P 2 Tidak ada gas baru yang masuk silinder hingga gas ini berekspansi ke tekanan P (titik B) Volume V (garis BC) menggambarkan gas baru yang masuk pada gaya masuk (suction stroke) Kapasitas silender tetap pada volume V Volume ini, tergantung pada rasio kompresi (P 2 /P ) dan Volume V c

55

56 Perpindahan Piston dan Efisiensi Volumetrik Volume yang digambarkan oleh garis ABC disebut perpindahan piston (piston displacement): volume gas yang dapat dikompresi jika tidak ada ekspansi gas atau V d Besarnya tergantung pada ukuran piston, kecepatan dan panjang gaya, serta apakah piston tunggal atau ganda Efisiensi volumetrik = V /V d Turun dengan naiknya rasio kompresi dan naiknya V c

57 Rasio Kompresi per Langkah (R) 5.20 Harganya kadang melebihi 6: Efisiensi volumetrik turun, suhu keluar naik, dan batasan tekanan mekanik (R) naik Prakteknya harga R kadang melebihi 4: saat mendorong gas dari tekanan rendah untuk pemrosesan atau penjualan

58 Layout Kompresor Dua-Langkah

59 Prosedur Perhitungan HP Mesin. Hitung R (Pers. 5.20) dan kalikan dengan P 2. Estimasikan P (P 2 P 3 ) 3. P 2 aktual = R(P ) P 4. P 3 aktual = P 2 - P antar langkah 5. Estimasikan T 3 (suhu masuk ke langkah kedua) Ambient dry bulb + 5 o C (air cooling) Wet bulb + 5 o C (water cooling) 6. Hitung R aktual tiap langkah, hitung daya tiap langkah dan tambahkan untuk mendapatkan daya mesin total yang diperlukan 7. Beban panas total pada cooler adalah jumlah gas sensible heat dari T 2 ke T 3 dan panas laten total semua fluida yang dikondensasi (air ditambah minyak)

60 Figure 5.2 Efisiensi Menyeluruh (Kompresi Udara)

61 Figure 5.3 Faktor Koreksi Kurva A untuk unit yang integral atau dapat dipisahkan yang besar, pada rasio kompresi rendah, operasi jalur perpipaan besar yang khas Kurva B untuk laju < 600 rpm Kurva C untuk laju > 900 rpm Tekanan masuk > 200 kpa (abs.) efisiensi 5-20% lebih rendah dari yang ditunjukkan

62 Example std m 3 /d (9.9 MMscfd) gas yang memiliki MW 20.3 ditekan dari kpa [0 870 psia] pada kompresor integral laju rendah (low speed integral compressor). Suhu masuk langkah pertama dan kedua adalah 40 o C [04 o F] dan 45 o C [3 o F]. Jatuh tekanan antar-langkah sebesar 40 kpa. Estimasikan keperluan dayanya!

63 . Tekanan dan Rasio Kompresi

64 2. E, Z, k, dan m Gunakan Fig. 5.2 dan 5.3 Fig. 5.2 pada R = 2.96 line B, maka E = Fig. 5.3 pada = gas / udara = MW gas /Mw udara = 20.3/28.97= 0.70 line B, maka E = 0.98 E = (0.852)(0.98) = Faktor kompresibilitas (Fig. 5.3) st stage Z I =.0 dan Z D = nd stage Z I = dan Z D = Rasio kapasitas panas (k) gunakan grafik di Rule of Thumb hlm. 5 pada MW = 20.3 k =.26 dan m = (k-)/k = 0.206

65 3.a Daya Kompresor

66 3.b Daya Kompresor

67 3.c Daya Kompresor

68 Efisiensi Volumetrik 5.2

69 Volumetric Rate Gas 5.22

70 Displacement Volume

71 Example 5.3 Menggunakan harga-harga pada contoh sebelumnya, estimasikan ukuran silinder untuk kompresor berikut Speed = 400 rpm Stroke = 2.6 cm [8.5 in.] Normal clearence st stage = 7% 2 nd stage = 2% Asumsikan: 2 silinder per stage dan semua silindernya double-acting

72 st Stage

73 2 nd Stage

74 Load 5.24