Jrnal Dinamis Vol. II, No. 6, Janari 00 ISSN 06-749 KAJIAN PENGGUNAAN KOMPRESOR AKSIAL Tekad Sitep Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Fakltas Teknik Universitas Smatera Utara Abstrak Tlisan ini mencoba memberikan gambaran tentang kompresor aksial. Perbandingan tekanan rendah kapasitas besar merpakan kekhssan dari kompresor aksial. Kompresor ini dapat dignakan pada instalasi trbin gas dengan daya besar, tapi dimensi kecil. Kata knci: Kompresor aksial, derajad reaksi sd, trbin gas.. PENDAHULUAN Dalam rancang bangn kompresor aksial mmnya dikesampingkan, peneliti lebih mengtamakan kompresor radial. Perbandingan tekanan tinggi pada kompresor radial salah sat daya tarik, segkan pada kompresor aksial perbandingan tekanannya sangat rendah. Kompresor aksial dirancang agar aliran flida dalam sd tidak terlal banyak mengalami pembelokan arah sehingga kergian energi sangat kecil. Kompresor aksial dirancang dengan baik mempnyai rendemen 0% lebih besar dari kompresor radial mempnyai kemampan (performance) sama.. Kompresor radial mempnyai perbedaan diameter sisi kelar dengan sisi mask besar, segkan kompresor aksial relatif jah lebih kecil. Pada kompresor aksial diameter rata-rata sisi mask hampir sama dengan diameter ratarata sisi bang, sehingga kecepatan tangential sisi mask dianggap sama dengan kecepatan sisi bang. Untk menaikkan tekanan gas dibthkan perbahan kecepatan dengan cara sedikit melengkngkan sd Kapasitas kompresor aksial jah lebih besar dari kompresor radial, ntk mendapatkan tekanan tinggi hars dengan jmlah tingkat banyak. Dimensi/diameter lebih kecil merpakan kengglan kompresor aksial, sehingga dapat dignakan pada pembangkit tenaga dengan daya besar. Pada sistem pembangkit trbin gas dengan daya di atas,5 MW, mmnya dignakan kompresor aksial. Demikian jga pada pesawat terbang, kehadiran kompresor aksial sebagai pemask dara ke rang bakar mtlak diperlkan.. TINJAUAN PUSTAKA Performansi ata njk kerja kompresor berhbngan dengan pemanfaatan energi, karena semakin besar kergian energi maka performansi kompresor akan semakin rendah, demikian pla sebaliknya. Untk menganalisa desain sd sat kompresor aksial serta fenomena aliran terjadi, dapat dilakkan dengan mengamati aliran melewati sebah cascade da dimensi dari kompresor aksial. Dalam rangka bahasan cascade da dimensi, potongan penampang sd pada posisi jari-jari rata-rata, biasanya ditampilkan dalam sat cascade big datar kompresor. Adapn perl jga dipahami adalah penampang sd dari kompresor aksial mempnyai bentk spesifik secara aerodinamis disebt airfoil.
Jrnal Dinamis Vol. II, No. 6, Janari 00 ISSN 06-749 Gambar. Penampang Melintang Sd Jalan Kompresor Aksial hal: 393 Dalam menganalisa aliran pada sat kompresor terdapat beberapa parameter penting seperti tekanan, kecepatan, ketinggian, lain-lain. Dalam hal ini sesai diambil adalah parameter tekanan dinyatakan dalam bentk head. Dibandingkan dengan kompresor sentrifgal, maka kompresor aksial dengan kebthan daya sama akan menghasilkan head lebih kecil, tetapi kapasitas aliran lebih besar. Perbandingan tekanan, ntk sat tingkat kompresor sentrifgal berkisar antara,8 sampai,4. Segkan perbandingan tekanan ntk sat tingkat kompresor aksial berkisar antara, sampai,. Untk menghasilkan head ata tekanan tinggi, kompresor aksial dibat dengan banyak tingkat (mlti stage). Memperbanyak jmlah tingkat tanpa memperbesar kran kompresor ke arah radial, pertambahan kran hanya dalam arah aksial saja. Perbedaan lain dari kompresor aksial dibandingkan dengan kompresor sentrifgal/radial adalah proses aliran gas kelar dari sat tingkatan ntk mask ke tingkatan beriktnya. Pada kompresor sentrifgal aliran gas kelar impeler dalam arah tegak lrs smb poros, sehingga diperlkan lalan pembalik ntk dapat mengalirkan gas ke tingkat beriktnya. Lalan pembalik ini menyebabkan pertambahan kran kompresor dalam arah radial Pada kompresor aksial arah aliran gas kelar dari impeler hampir sejajar dengan smb poros, sehingga tidak diperlkan salran pembalik. Sat kompresor aksial dapat menghasilkan kapasitas aliran besar head tinggi dengan kran penampang jah lebih kecil dari kompresor sentrifgal. Sd-sd kompresor aksial bertingkat banyak mempnyai bentk profil seperti bentk sayap pesawat dara. Penampang aliran terbentk hars dapat memberi kecepatan sama bentknya, antara sisi isap sisi tekan di dalam sebah tingkat. Pada sisi mask profil sd dibat bndar, d tengah-tengah agak dipertebal, kemdian semakin ke jng ke arah sisi kelar semakin langsing. Garis penghbng titik- titik tengah dari kontr profil disebt garis rangka. Kompresor banyak tingkat alirannya bergerak secara aksial diperlihatkan pada gambar, dimana rotor ditmp dengan bantalan lncr logam ptih terbat dari baja temfiat, bantalan tekanannya dipasang pada sisi tekan. Pada sisi it jga terdapat titik tetap dari rmah. Perpanjangan ata pemaian karena panas dari rmah rotor, akan bergerak ke arah kiri dapat diseimbangkan oleh kopling gigi elastis dipasang berhadapan dengan motor penggerak. Rmah dibagi secara horizontal dibat dari besi tang spesial. Sd-sd pengarah dipasang pada rmah jga dibagi secara horizontal. Gambar. Rotor kompresor aksial.
Jrnal Dinamis Vol. II, No. 6, Janari 00 ISSN 06-749 Dari gambar tersebt terdapat celah aksial radial sehingga sd tidak terpengarh oleh regangan karena panas. Penampang dialiri flida kecali sd sd dibat sedemikian rpa besarnya sehingga bisa didapatkan lintasan baik. Pada sisi isap aliran gas bebas dari psaran olakan. Di belakang dari pada tingkat paling terakhir dipasang sat bagian khss, bersama sama dengan dinding salran tekan membentk diffser kelar, di sini energi kelar dari tingkat terakhir dibah menjadi energi tekanan. Gambar 3: Diagram Kecepatan Untk Sat Tingkat Kompresor Diagram-diagram kecepatan ntk tingkat kompresor diberikan dalam Gambar 3 sema sdt-sdt kecepatan-kecepatan ptaran dalam gambar ini mempnyai harga positif. Sebagaimana halnya dengan tingkat trbin aksial, sat tingkat kompresor normal adalah di mana kecepatankecepatan absolt arah-arah kecepatan pada saat ke lar tingkat sama dengan wakt mask tingkat. Aliran dari tingkat sebelmnya (ata baling-baling pengarah) mempnyai kecepatan c arah α ; dengan mengrangi secara vektor dengan kecepatan tangential sd U, akan memberikan kecepatan relatif w pada sdt β (arah aksial merpakan acan ntk sema sdt). Relatif terhadap sd-sd dari rotor, aliran membelok ke arah β pada arah ke lar dengan kecepatan relatif w. Jelas, dengan menambahkan secara vektor kecepatan sd U menjadi w memberikan kecepatan absolt ke lar dari rotor, c pada sdt α. Sd-sd stator membelokkan aliran ke arah smb kecepatan kelarnya c 3 pada sdt α 3. Untk tingkat normal c 3 = c α 3 = α. Dapat dicatat seperti dalam Gambar 3, keda kecepatan relatif dalam rotor dalam kecepatan absolt dalam stator mengalami difsi. Dengan kelengkngan kecil dari profil sd dibat menyerpai profil pesawat dara, sd tersebt hars bekerja dengan kecepatan gas tinggi, agar dapat diperoleh jmlah tingkat ekonomis. Kecepatan gas tidak melampai kecepatan sara, karena akan terjadi ganggan terhadap jalannya aliran oleh karena it kemdian hars dihitng penrnan rendemen. Di samping it akibat dari aliran tergangg tersebt, pada sd-sd akan terjadi pembebanan mekanis tambahan kecepatan sara a x R T ntk masing-masing i gas berbeda-beda, ini dipengarhi oleh temperatr akan semakin tinggi sesai dengan kerapatannya (kenaikan temperatr). Untk gas-gas dengan kecepatan sara lebih rendah sd-sdnya lebih cocok mempergnakan r = 0,5. Dengan demikian pada sd-sd jalan sd-sd pengarah dibat w demikian pla c mencapai 0,9 oleh karena it dapat dicapai tinggi tekan tingkat maksimal. Untk gas-gas dengan kecepatan sara lebih tinggi dipilih r = bila perl harga bisa mencapai batas kekatan di izinkan dengan demikian w dapat dibat tinggi w sesai dapat dicapai. Untk pemampatan dara keda konstrksi tersebt dapat dipergnakan. Dalam hal ini penentan derajat reaksi dipengarhi oleh kondisi kerja. Dengan r =0,5 diperoleh kecepatan absolt c lebih besar dengan olakan kat, hal ini menyebabkan pengendapan deb-deb timblnya erosi (kikisan) pada sd-sd bersama-sama mengakibatkan rendemen lebih brk. 3
Jrnal Dinamis Vol. II, No. 6, Janari 00 ISSN 06-749 Untk kompresor aksial dipasang pada sat instalasi tetap (stationer) saat ini sd-sdnya memakai derajat reaksi r =0,85 sampai,0. Hal ini diambil, karena sd-sd tidak peka terhadap pengotoran pengikisan, karena daerah karakteristik, memperlihatkan bentk lebih mengntngkan pada beban kerja sebagian. Selanjtnya pada pemilikan derajat reaksi sat sd-sd kompresor aksial akan didapatkan, bila kerja dari tingkat tertent direalisir dengan sat jmlah tingkat tertent ata dengan jmlah tingkat terbatas, bila berhbngan dengan aliran kondisi kekatan dioptimasi, bila masalah-masalah dari karakteristik ntk beban sebagian hars diperhitngkan secara khss. Selama pemampatan volme dialirkan temperatr berbah-bah dari tingkat sat ke tingkat lainnya. Di dalam tingkat-tingkat dari kompresor aksial kecepatan-kecepatan sd jalan sd pengarah hars diperlambat. Pada kondisi sama, kehilangankehilangan berpa aliran diperlambat selal lebih besar daripada aliran dipercepat. Pada perlambatan timbl banyak sekali psaran kat dengan tendensi pemecahan. Sat harga batas mm adalah bahwa perbandingan perlambatan w/w demikian pla c/c hendaknya tidak lebih kecil dari 0,7. Hendaknya harga batas dari kecepatan aliran tidak melebihi 0,86 sampai 0,88 bilangan mach (kecepatan sara). 3. PEMBAHASAN 3.. Karakteristik Pemompaan: Batas Bila dara dihisap oleh kompresor ditekan tidak dikelarkan dari kompresor, maka tekanan dara di dalam sd-sd kompresor akan naik sampai tingginya sedemikian rpa, makin sedikit dara dihisap. Pada sat jmlah tertent, kompresor akan mlai memompa ; yait aliran gas sdah dihisap mndr kembali melali kompresor. Hal ini akan menimblkan sara gemrh jalan kerja kompresor akan menjadi tidak tenang jga terjadi getaran. Kondisi seperti ini hars dihindari ata dicegah dengan cara mengelarkan dara ata gas sdah ditekan oleh kompresor. Untk it, kompresor dilengkapi dengan sat katp bisa diatr sedemikian rpa, yait bila tekanan di dalam kompresor naik sampai ke sat batas tertent, katp tersebt akan terbka dara dari dalam kompresor akan kelar, sampai kompresor dapat bekerja kembali dengan tenang. Hal ini menjadi masalah saat trbin gas akan di-start. Pada kompresor radial, sebagian kecil dari kapasitas volmenya dikelarkan, karena letak batas pemompaan pada kompresor radial lebih rendah daripada kompresor aksial. Gambar 4. Grafik karakteristik kompresor Bila ntk kompresor aksial masalah seperti pada kompresor radial tersebt di atas, disebt sebagai batas pengoyakan/pemecahan aliran flida. Dalam Gambar 4 ditnjkkan bahwa secara mm tekanan flida akan naik, bila kecepatan ptar dinaikkan. Karakteristik daerah kerja kompresor radial agak datar bentk profil sd jalan, segkan ntk kompresor aksial mempnyai bentk kelengkngan grafik karakteristik cram. 4
Jrnal Dinamis Vol. II, No. 6, Janari 00 ISSN 06-749 3.. Derajad Reaksi Kerja spesifik Y c c c terjadi sepanjang tinggi sd, mlai dari leher (hb) sampai pncak hars konstan, agar aliran merata dapat dicapai. Tetapi didekat leher (kaki sd) lebih kecil dari a pada pncak sd spaya bisa memenhi kekekalan energi: c c = konstan i i a a Sd-sd hars dilengkngkan, karena sdt-sdt sd βi βa hars dibat dengan besar berbeda-beda. Hal ini dijelaskan pada Gambar 5, yait termask ke dalam sat perhitngan rancangan, ntk macam sd dengan daya sama, tetapi masing-masing dengan derajad reaksi r = 0,5 derajad reaksi r =. Energi dihasilkan dibagi-bagi ke Y jalan ( w w ) / Derajad reaksi ditentkan dari: Y jalan Y tingkat ( w w ) / ( c c ) w w ( w w ) w w 4. KESIMPULAN Pada kompresor dengan derajad reaksi 0,5 bentk profil sd melengkng. Sdt-sdt mask kelar dari kaki sampai jng sd bertambah kecil. Kelengkngan total terbesar terdapat pada kaki sd. Pada sd-sd jalan kecepatan diperbesar dari w ke w. DAFTAR PUSTAKA sd-sd jalan sd-sd pengarah. Gambar 5. Diagram kecepatan teoritis kompresor aksial Dengan pemilihan sd-sd bentk profil, dimngkinkan sat pembagian tinggi kenaikan ditandai dengan derajat reaksi r a yait antara r = 0 r =. Sat persamaan ringkas jelas ntk derajat reaksi dapat ditrnkan, sebagai berikt: Y c. w tingkat. S.L.Dixon Ir.Stanto, MSc Mesin Trbo, Edisi Pertama, Jakarta UI Press, 986.. Dietzell, Fritz Dakso Sayono, 99. Trbin Pompa Kompresor. Jakarta: Erlangga. 3. Harman, Richard T. C. 98. Gas Trbin Engineering Applications, Cycls and Characteristcs, st Pblished. London 4. El wakil, M. W. 99. Instalasi Pembangkit Daya, Jilid I. Jakarta: Erlangga 5. Sorensen, Harry. A. 983. Energy Conversion System. New York: Jhon Wiley and Sons. Kerja dari sd jalan adalah: 5