Selasa, 14 Desember 2010

Kompresor
Kompresor adalah alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida mampu mampat, yaitu gas atau udara. tujuan meningkatkan tekanan dapat untuk mengalirkan atau kebutuhan proses dalam suatu system proses yang lebih besar (dapat system fisika maupun kimia contohnya pada pabrik-pabrik kimia untuk kebutuhan reaksi). Secara umum kompresor dibagi menjadi dua jenis yaitu dinamik dan perpindahan positif.
Jenis kompresor
1. Kompresor dinamik
1. Kompresor Sentrifugal
2. Kompresor Axial
2. Kompresor perpindahan positif (possitive displacement):
Pada jenis positive-displacement,sejumlah udara atau gas di- trap dalam ruang kompresi dan volumnya secara mekanik menurun, menyebabkan peningkatan tekanan tertentu kemudian dialirkan keluar. Pada kecepatan konstan, aliran udara tetap konstan dengan variasi pada tekanan pengeluaran.
Kompresor dinamik memberikan enegi kecepatan untuk aliran udara atau gas yang kontinyu menggunakan impeller yang berputar pada kecepatan yang sangat tinggi. Energi kecepatan berubah menjadi energi tekanan karena pengaruh impeller dan volute pengeluaran atau diffusers. Pada kompresor jenis dinamik sentrifugal, bentuk dari sudu-sudu impeller menentukan hubungan antara aliran udara dan tekanan (atau head) yang dibangkitkan.

1. Kompresor Piston (Reciprocating Compresor)
1. Kompresor Piston Aksi Tunggal
2. Kompresor Piston Aksi Ganda
3. Kompresor Piston Diagfragma
2. Kompresor Putar
1. Kompresor Ulir Putar (Rotary Screw Compressor)
2. Lobe
3. Vane
4. Liquid Ring
5. Scroll


KOMPRESOR SENTRIFUGAL

DASAR TEORI KOMPRESOR “SENTRIFUGAL”


1. Prinsip Kerja

Kompresor adalah peralatan mekanik yang digunakan untuk memberikan energi kepada fluida gas/udara, sehingga gas/udara dapat mengalir dari suatu tempat ke tempat lain secara kontinyu.

Penambahan energi ini bisa terjadi karena adanya gerakan mekanik, dengan kata lain fungsi kompresor adalah mengubah energi mekanik (kerja) ke dalam energi tekanan (potensial) dan energi panas yang tidak berguna.

Sedangkan kompresor sentrifugal, termasuk dalam kelompok kompresor dinamik adalah kompresor dengan prinsip kerja mengkonversikan energi kecepatan gas/udara yang dibangkitkan oleh aksi/gerakan impeller yang berputar dari energi mekanik unit penggerak menjadi energi potensial (tekanan) di dalam diffuser.

2. Karakteristik
Karakteristik kompresor sentrifugal secara umum sebagai berikut :
- Aliran discharge uniform.
- Kapasitas tersedia dari kecil sampai besar.
- Tekanan discharge dipengaruhi oleh density gas/udara.
- Mampu memberikan unjuk kerja pada efisiensi yang tinggi dengan beroperasi pada range tekanan dan kapasitas yang besar.


3. Bagian Utama Dan Fungsinya
Kompresor terdiri dari beberapa bagian yang fungsinya satu dengan yang lain saling berhubungan, diantaranya adalah :

3.1. Bagian Statis
1. Casing
Casing merupakan bagian paling luar kompresor yang berfungsi :
- Sebagai pelindung terhadap pengaruh mekanik dari luar.
- Sebagai pelindung dan penumpu/pendukung dari bagian-bagian yang bergerak.
- Sebagai tempat kedudukan nozel suction dan discharge serta bagian diam lainnya.
Berikut contoh gambar dari tipe radial split barrel dengan bentuk selongsong dan ditutup bagian depan-belakang (rear-front cover).


2. Inlet Wall
Inlet wall adalah diafram (dinding penyekat) yang dipasang pada sisi suction sebagai inlet channel dan berhubungan dengan inlet nozle.
Karena berfungsi sebagai saluran gas masuk pada stage pertama, maka meterialnya harus tahan terhadap abrasive dan erosi.

3. Guide Vane
Guide vane di tempatkan pada bagian depan eye impeller pertama pada bagian suction (inlet channel). Fungsi utama guide vane adalah mengarahkan aliran agar gas dapat masuk impeller dengan distribusi yang merata.
Konstruksi vane ada yang fixed dan ada yang dapat di atur (movable) posisi sudutnya dengan tujuan agar operasi kompresor dapat bervariasi dan dicapai effisiensi dan stabilitas yang tinggi.

4. Eye Seal
Eye seal ditempatkan di sekeliling bagian luar eye impeller dan di tumpu oleh inlet wall. Eye seal selalu berbentuk satu set ring logam yang mengelilingi wearing ring impeller (lihat gambar 4).
Berfungsi untuk mencegah aliran balik dari gas yang keluar dari discharge impeller (tekanan tinggi) kembali masuk ke sisi suction (tekanan rendah).

5. Diffuser
Diffuser berfungsi untuk merubah energi kecepatan yang keluar dari discharge impeller menjadi energi potensial (dinamis).
Untuk multi stage dipasang diantara inter stage impeller.

6. Labirinth Seal
Labirinth seal digunakan untuk menyekat pada daerah :
- Shaft dan diafragma sebagai shaft seal.
- Casing dan shaft sebagai casing seal.

7. Return Bend
Return bend sering juga disebut crossover yang berfungsi membelokan arah aliran gas dari diffuser ke return channel untuk masuk pada stage/impeller berikutnya. Return bend di bentuk oleh susunan diafragma yang dipasang dalam casing.
Bentuk dan posisi dari return bend ditunjukan pada gambar 7.

8. Return Channel
Return channel adalah saluran yang berfungsi memberi arah aliran gas dari return bend masuk ke dalam impeller berikutnya. Return channel ada yang dilengkapi dengan fixed vane dengan tujuan memperkecil swirl (olakan aliran gas) pada saat masuk stage berikutnya sehingga dapat memperkecil vibrasi, lihat gambar 8.

9. Diafragma
Diafram adalah komponen bagian dalam kompresor yang berfungsi sebagai penyekat antar stage dan tempat kedudukan eye seal maupun inter stage seal.
Dengan pemasangan diafragma secara seri, akan terbentuk tiga bagian penting, yaitu diffuser, return bend, dan return channel. Diafragma ditempatkan didalam casing dengan hubungan tongue-groove sehingga mudah dibongkar pasang.


3.2. Bagian Dinamis

1. Shaft and Shaft Sleeve
Shaft atau poros transmisi digunakan untuk mendukung impeller dan meneruskan daya dari pengerak ke impeller. Untuk penempatan impeller pada shaft di gunakan pasak (key) dan pada multi stage, posisi pasak di buat selang-seling agar seimbang.
Sedangkan jarak antar stage dari impeller di gunakan shaft sleeve, yang berfungsi sebagai pelindung shaft terhadap pengaruh korosi, erosi dan abrasi dari aliran dan sifat gas dan untuk penempatan shaft seal diantara stage impeller.

2. Impeller
Impeller berfungsi untuk menaikan kecepatan gas dengan cara berputar, sehingga menimbulkan gaya. Hal ini menyebabkan gas masuk/mengalir dari inlet tip (eye impeller) ke discharge tip. Karena adanya perubahan jari-jari dari sumbu putar antara tip sudu masuk dengan tip sudu keluar maka terjadi kenaikan energi kecepatan.



3. Bantalan (Bearing)
Bearing adalah bagian internal kompresor yang berfungsi untuk mendukung beban radial dan aksial yang berputar dengan tujuan memperkecil gesekan dan mencegah kerusakan pada komponen lainnya.
Pada kompresor sentrifugal terdapat dua jenis bearing, yaitu :
1. Journal bearing
Digunakan untuk mendukung beban dengan arah radial (tegak lurus poros).
2. Thrust bearing
Digunakan untuk mendukung beban kearah aksial (sejajar poros).

4. Oil Film Seal
Oil film seal merupakan salah satu jenis seal yang digunakan dalam kompresor. Oil film seal terdiri dari satu atau dua seal ring.
Pada seal jenis ini diinjeksikan minyak (oil) sebagai penyekat/perapat (seal oil) antara kedua seal ring yang memiliki clearence sangat kecil terhadap shaft. Tekanan masuk seal oil dikontrol secara proporsional berdasarkan perbedaan tekanan sekitar 5 psi diatas tekanan internal gas dan perbedaan tekanan oil-gas selalu dipertahankan.

Sehubungan dengan kondisi operasi tidak selalu konstan, maka untuk mempertahankan perbedaan tekanan antar seal oil dan gas dapat sesuai dengan kondisi operasi, digunakan overhead tank.

Sistim overhead tank adalah memasang tanki penampung seal oil dengan ketinggian tertentu diatas kompresor dan level seal oil dalam tanki dikontrol melalui level control operated valve, kemudian tekanan gas stream dimasukan kedalam tanki melalui bagian atas (top) sehingga memberikan tekanan pada permukaan seal oil.

Dengan sistem overhead tank, maka head static seal oil secara otomatis dapat menyesuaikan dengan kondisi operasi kompresor, sehingga perbedaan tekanan oil-gas proses dapat dipertahankan konstan.
























Gambar berikut menunjukan sistim overhead tank untuk seal oil pada oil film shaft seal with cylindrical bushing.












Unjuk kerja kompresor sentrifugal berkaitan dengan beberapa parameter utama, yaitu :
• Head
• Efisiensi
• Kapasitas
• Daya
Untuk dapat mengetahui harga 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 :
1. Proses adiabatic (isentropic), yaitu proses dengan menggunakan asumsi ideal, dimana proses berlangsung pada entropi konstan (tidak ada panas yang masuk dan keluar) meskipun pada kenyataannya energi panas tidak bisa dirubah secara keseluruhan menjadi kerja, karena ada kerugian.
2. Proses Politropik adalah proses kerja aktual yang dihasilkan oleh kompresor itu sendiri.

1. Head
1.1 Head isentropik
Head isentropik adalah kerja per satuan massa yang diperlukan oleh kompresor pada proses isentropic.
Yang ditujukan dalam rumus :









1.2. Head Politropik
Head politropik adalah kerja per satuan massa yang diperlukan oleh kompresor pada proses polytropik reversible dengan kondisi gas masuk dan keluar kompresor yang sama.
Yang di tujukan dalam rumus :


Perbedaan head isentropik dan head aktual, ditunjukan pada gambar Isentropic Versus Actual Compression Proses.


Untuk mencari harga eksponen politropik (n) digunakan persamaan :

Dimana :
T1 = Temperatur pada sisi suction.
T2 = Temperatur pada sisi discharge.
P1 = Tekanan pada sisi suction.
P2 = Tekanan pada sisi discharge.
Proses kompresi dalam kompresor dapat diasumsikan berlangsung secara isentropic, dimana gas masuk pada suhu dan tekanan tertentu (P1 dan T1), sehingga diperoleh harga entropi masuk (S1).

Pada proses isentropic dimana S1 = S21, dapat ditentukan suhu gas keluar kompresor yaitu T21 sedangkan pada proses aktual gas keluar kompresor pada suhu T2.
2. Efisiensi
2.1. Efisiensi isentropik
Effisiensi isentropic adalah perbandingan antara head isentropic dengan head aktual.
Effisiensi isentropic dapat dihitung dengan persamaan :

2.2. Effisiensi Politropik
Efisiensi politropik dari sebuah kompresor merupakan perbandingan antara head politropik dengan head isentropik.
Rumus efisiensi politropik adalah :

3. Kapasitas
Kapasitas kompresor sentrifugal dapat dinyatakan dalam berbagai bentuk seperti :
1. Inlet volume flow (ICFM) atau actual inlet volume flow (ACFM).
2. Standard inlet volume flow (SCFM) pada kondisi standard yaitu pada tekanan 14,7 psia dan suhu 60oF = 520o R.
3. Mass flow rate : kapasitas yang dihitung dalam laju aliran massa dengan satuan lbm/minute.
Hubungan antara kondisi standard dengan kondisi inlet (actual), dapat digunakan persamaan gas ideal :



Dimana :
Ps = Tekanan standard = 14,7 psia
Ts = Temperatur standard = 60o F = 520o R
maka didapat :


Bila kapasitas dihitung dalam laju aliran massa, maka harus dilihat hubungan kapasitas dan laju aliran massa.



Catatan : Angka 144 merupakan faktor konversi dari psia ke lb/ft2 . Karena 1 foot-pound = 12 inch-pound, maka 1 lb/ft2 = 144 psi.
Bila dikoreksi terhadap faktor kompresibilitas, maka :



4. Daya
Ada beberapa daya yang berhubungan dengan gas :





4.1 Daya gas
Daya yang di terima oleh gas di namakan gas power atau aerodinamic power yang dapat dihitung dengan persamaan :


4.2. Daya kompresor
Daya dihitung dengan persamaan :

4.3. Daya penggerak
Dihitung dengan persamaan :


5. Perhitungan Gas Propertis

Untuk menghitung gas propertis, digunakan langkah sebagai berikut :
1. Siapkan data komposisi gas campuran dengan setiap mol fraksinya.
2. Siapkan tabel berat molekul, tekanan kritis, dan temperatur kritis setiap fraksi gas.
3. Masukan juga nilai kalor spesifik pada tekanan konstan, Cp untuk setiap gas, pada temperatur kondisi campuran. (dengan satuan berbasis mol, seperti Btu/lbm mol atau J/k mol. K).
4. Hitung dan buat daftar kontribusi dari setiap gas untuk berat molekul, tekanan kritis, temperatur kritis dan panas spesifik dengan mengalikannya dengan mol fraksi setiap gas.
5. Jumlahkan masing-masing kontribusi setiap gas hingga didapat parameter dalam kondisi campuran (BM mix, Pc mix, Tc mix dan Cp mix).
6. Hitung nilai perbandingan panas spesifik, K dengan persamaan :

7. Hitung nilai tekanan reduksi (Pr) dan temperatur reduksi (Tr) untuk mendapatkan faktor kompesibilitas, dengan persamaan :

8. Dimana P dan T adalah tekanan dan temperatur yang diukur (aktual).
9. Dapatkan nilai faktor kompesibilitas (Z) dengan memplotkan nilai Pr dan Tr pada grafik kompresibilitas.

6. PARAMETER YANG MEMPENGARUHI UNJUK KERJA

Unjuk kerja kompresor centrifugal dipengaruhi oleh beberapa parameter, antara lain sebagai berikut :
1. Pengaruh Suhu Gas Masuk (T1)
Bila suhu gas masuk naik menyebabkan :
• Kerapatan massa gas menurun pada kapasitas yang sama.
• Laju aliran massa yang dihasilkan menurun.
• Daya yang dibutuhkan oleh 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 dengan putaran tinggi, akibatnya daya yang dibutuhkan oleh kompresor bertambah.
3. Pengaruh Jenis Gas (S.G)
Bila jenis gas berubah komposisinya dan spesific gravity (S.G) gas turun menyebabkan :
• Laju aliran massa menurun.
• Daya yang dibutuhkan kompresor menurun.
4. Pengaruh Faktor Kompresibelitas (Z)
Faktor kompresibelitas gas sangat dipengaruhi oleh jenis/komposisi gas dan tekanan dan temperatur.
Bila Z naik dan kapasitas konstan menyebabkan :
• Daya yang diperlukan kompresor naik.
• Pressure ratio menurun.
• Dan begitu pula sebaliknya.
5. Pengaruh Putaran Kompresor (n)
Perubahan putaran kompresor akan berpengaruh banyak terhadap karakteristik kompresor.
Dengan kenaikan putaran kompresor mengakibatkan :
• Naiknya kapasitas/laju aliran massa sebanding dengan kenaikan putarannya.
• Naiknya head yang sesuai dengan perbandingan putaran pangkat 2.
• Naiknya kebutuhan daya yang diperlukan sesuai dengan perbandingan putaran pangkat 3.
• Dan begitu pula sebaliknya.
Hal tersebut diatas dapat dilihat dari teori kesamaan sebagai berikut :


6. Pengaruh Perubahan Diameter Luar Impeler (D2)
Perubahan ukuran diameter luar impeler mempunyai pengaruh yang sama dengan perubahan putaran.
Bila ukuran diameter luar impeler diperbesar dimana kompresor beroperasi pada putaran tetap, maka menyebabkan :
• Kenaikan kapasitas sebanding dengan perbandingan kenaikan diameter.
• Kenaikan head sebanding dengan perbandingan kenaikan diameter impeler pangkat 2.
• Kenaikan daya yang diperlukan kompresor sesuai dengan perbandingan kenaikan diameter impeller pangkat 3.
• Dan begitu pula sebaliknya.
Hal tesebut diatas dapat dilihat dari teori kesamaan sebagai berikut :

7. Pengaruh Laju Aliran Massa (m)
Pada kondisi awal yang sama, maka kenaikan laju aliran massa mengakibatkan :
• Kenaikan tenaga yang diperlukan kompresor. Dan begitu pula sebaliknya
Menyambung pembahasan kita pada teori perhitungan unjuk kerja kompresor sentrifugal, kali ini saya akan memberikan contoh perhitungan evaluasi unjuk kerja dimaksud.

Contoh ini diambil dari salah satu kertas kerja saya di salah satu perusahaan minyak di Indonesia pada penghujung tahun 2002. Sebut saja misalnya kita akan mengevaluasi sebuah kompresor dengan tag number 86 K 201. Dalam hal ini Kompresor 86 K 201 adalah kompresor sentrifugal dengan penggerak turbin uap yang berfungsi sebagai sarana untuk mensirkulasikan kembali (recycling) gas hidrogen yang diperlukan pada proses tatoray yang merupakan proses transalkylasi aromatik secara katalis di sebuah industry minyak.
Gas dari separator 86 V 201 (recycle gas) dikompresikan bertemu dengan feed hidrokarbon masuk ke reaktor R201 melalui combined feed exchanger E201 dan furnace F201. Kemurnian hidrogen di dalam recycle gas dijaga dengan make up hidrogen dari unit plat forming. Kegagalan aliran recycle gas ini dapat menyebabkan terhentinya proses pada unit ini. Diagram alir dari kompresor 86 K 201 dapat dilihat dalam gambar berikut.

Mengingat pentingnya fungsi kompresor 86 K 201, perlu dilakukan analisa dan monitoring yang terus menerus terhadap unjuk kerja kompresor tersebut.
Untuk mengevaluasi unjuk kerja kompresor, perlu diketahui data spesifikasi yang menunjukan karakteristik kompresor dimaksud serta data kondisi operasi yang menunjukan kemampuan kerja kompresor secara nyata.

1. Data Spesifikasi Kompresor 86 K 201

Manufacture / model : Hitachi-Pignone / BCL 353
Tipe kompresor : Centrifugal - multi stage double casing.
Kapasitas : 120883 Nm3/hr
Service gas : H2 – HC
Berat molekul : 6,7
Tekanan masuk : 32,6 kg/cm2abs.
Tekanan keluar : 38,5 kg/cm2abs.
Temperatur masuk : 38 0C
Kecepatan : normal : 10.860 rpm rated : 11.400 rpm
Tekanan casing maks. : 42 kg/cm2abs
Manufacture no. : 88P7120501
Tahun : 1989

2. Data Spesifikasi Penggerak

Jenis Penggerak : Turbin uap
Nomor seri : 17947
Tipe : B4-R3
Rated Power/speed : 1100 KW / 11.400 rpm
Putaran kritis : 1st 5550 rpm - 2nd 31.700 rpm
Temperatur masuk : normal 330 0C maks. 370 0C
Tekanan keluar : 3 kg/cm2 g
Tekanan masuk : normal 19 kg/cm2 maks. 22 kg/cm2
Berat : 4000 kg
Tahun : 1989

3. Data Desain

Kapasitas : 120.883 Nm3/hr
Aliran massa : 602 kg/min
Kondisi masuk :
Tekanan : 32,6 kg/cm2
Temperatur : 38 0C
K=Cp/Cv : 1,378
Faktor Kompresibilitas (Z1) : 1,015
Volume : 73,82 kg/cm2
Kondisi Keluar :
Tekanan : 38,5 kg/cm2
Temperatur : 54,6 0C
K=Cp/Cv : 1,38
Faktor Kompresibilitas (Z2) : 1,019
Rasio tekanan : 1,181
Head politropik : 6844 m
Efisiensi politropik : 80,5 %
Daya : 875 KW
Putaran : 10860 rpm

4. Data Kondisi Operasi

Kapasitas : 131.600 Nm3/hr
Temperatur masuk (T1) : 37 oC = 558,6 oR
Tekanan masuk (P1) : 28 kg/cm2g = 412,3 psia
Temperatur keluar (T2) : 60 oC = 600 oR
Tekanan keluar (P2) : 34,12 kg/cm2g = 499,2 psia
{tab=Perhitungan Kompresor}
5. Perhitungan Kompresor
5.1 Komposisi Gas :


5.2 Komposisi Gas Propertis Partial



5.3 Perhitungan Gas Propertis Campuran.

Hasil perhitungan gas propertis campuran dapat dilihat dalam tabel 3.
Dimana dari perhitungan tersebut didapat harga gas propertis campuran sebagai berikut :
BM mix = 6,74
Pc mix = 299,45 psia
Tc mix = 146,04 oR
Cp mix = 7,77 BTU/lbm.mol. oR

5.4 Panas Jenis Spesifik dan Spesifik Gravity

a. Panas jenis spesifik
Panas jenis spesifik (specifik heat ratio) dapat dicari dengan menggunakan persamaan :

dimana :
K : Panas jenis spesifik
Cp mix: Panas spesifik pada tekanan konstan, kondisi campuran.

b. Spesifik gravity
Sedangkan spesifik gravity dapat dicari dengan dua persamaan :

5.5 Mencari Faktor Kompresibilitas (Z)

a. Kondisi masuk.


Dari hubungan Pr1 dan Tr1 pada gambar 1 didapat harga Z1 = 1,015.
b. Kondisi keluar.



Dari hubungan Pr2 dan Tr2 pada gambar 1 didapat harga Z2 = 1,02.


Gambar 1 Faktor Kompresibilitas Chart
c. Kondisi rata-rata.

d. Mencari harga Cp.
Dapat digunakan persamaan :



5.6 Eksponen Politropik
Besarnya eksponen politropik (n) dapat dihitung dengan persamaan :


5.7 Menghitung Head
Karena head yang dihitung adalah head dalam kondisi aktual, maka persamaan yang digunakan menggunakan asumsi politropik, dengan rumus :



5.8 Efisiensi
Efisiensi adalah perbandingan antara kerja sesungguhnya dengan kerja desain (teoritis). Efisiensi politropik dapat diketahui dengan persamaan :


Hubungan antara harga head dan efisiensi politropik menunjukan head aktual politropik, hal ini dapat dilihat dari persamaan berikut :

{tab=Kapasitas Kompresor}
5.9 Kapasitas Kompresor

a. Konversi kapasitas desain.



b. Kapasitas operasi :


c. Dalam weight flow :

5.10 Daya Kompresor
a. Daya gas (aerodinamic)



b. Daya Kompresor
Daya kompresor merupakan perbandingan antara daya gas dengan efisiensi mekanis. Di mana untuk kompresor sentrifugal kehilangan daya karena mekanis sekitar 3 %. Sehingga, daya kompresor menjadi :


b. Daya penggerak
Sedangkan daya penggerak adalah daya kompresor dibanding efisiensi transmisi. Dimana efisiensi transmisi menggunakan fleksibel kopling sekitar 98 %.Sehingga daya penggerak menjadi :

Dari hasil perhitungan di atas dapat diketahui parameter pokok yang paling berpengaruh yaitu :


Hasil tersebut dapat dianalisa sebagai berikut :
1. Kompresor beroperasi pada kapasitas aktual.
2. Hal ini disebabkan oleh turunnya tekanan masuk sebesar : dari tekanan masuk desain. Ini dapat dibuktikan dengan rumus :


Meskipun T1 naik, akan tetapi tidak terlalu signifikan (hanya 1 oC).
3. Naiknya kapasitas menyebabkan laju aliran massa ( ) naik, sehingga daya juga menjadi bertambah. Hal ini dapat dibuktikan dengan rumus :


Dimana daya kompresor naik sebesar :


4. Turunnya tekanan masuk menyebabkan naiknya nilai eksponen politropik, sesuai dengan rumus :
Hal ini menyebabkan :
Naiknya head politropik sebesar :
Turunnya efisiensi politropik sebesar :
{tab=Unjuk Kerja mekanis}
6. Unjuk Kerja mekanis
6.1 Data riwayat kerusakan (History record)
Berdasarkan data pada kartu riwayat menunjukan bahwa kompresor 86K201 dalam kondisi yang cukup bagus. Sejak dioperasikan pada tahun 1991, tidak ada kerusakan yang cukup berarti. Perbaikan hanya berkaitan dengan masalah penunjang kompresor dan turbin penggerak, seperti perbaikan pada kebocoran steam, pompa lube oil, oil filter dan pekerjaan kecil lainnya.
Overhaul biasanya dilakukan pada saat turn around yang dilakukan setiap 2 tahun. Pada saat itulah biasanya dilakukan pengukuran-pengukuran clearance, penggantian suku cadang maupun rekondisi aparat.
6.2 Data vibrasi
Vibrasi merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan sebagai analisa terhadap unjuk kerja sebuah peralatan. Trend kenaikan vibrasi dapat dijadikan acuan untuk menentukan schedule perbaikan.
Kompresor 86K201 dilengkapi dengan detector vibrasi yang outputnya dapat dilihat di panel lokal maupun di ruang kontrol, sehingga setiap gejala yang timbul dari perubahan vibrasi dapat dimonitor setiap saat.
Spesifikasi detector vibrasinya adalah :
Tipe : Non contact probe
Untuk radial :
Range skala : 0 ~ 125 µm
Setting alarm : 60 µm
Setting alarm : 600 µm = 24 mils
Time delay : 3 sec.
Untuk aksial :
Range skala : 1000 ~ 0 ~ 1000 µm
Setting alarm : 600 µm = 24 mils
Time delay : 3 sec.
Dari monitoring yang dilakukan setiap bulan (diluar daily monitoring) didapat data vibrasi seperti pada tabel 5.



Sedangkan trend vibrasi dinyatakan dalam grafik berikut :



6.3 Konsumsi Seal Oil
Kompresor 86K201 menggunakan seal oil film menggunakan overhead tank. Dalam prosesnya terjadi losses dalam bentuk sour seal oil yang merupakan pencampuran antara seal oil dengan gas. Untuk mengevaluasi unjuk kerja seal oil dapat dikaji dari kapasitas seal oil yang di drain. Hal ini dapat dihitung dengan persamaan :

Basic Data for centrifugal Compressor by Dresser
Dimana :
Q : Sour seal oil drain consumption (lt/day/seal)
D : OD shaft = 10,5 cm
S : Seal clearance = 0,03 cm
g : grafitasi = 980 cm/sec2
ΔP : Differential pressure S/O and gas = 0,5 kg/cm2
ν : Viskositas oil = 0,16 cm2/sec
γ : Berat jenis oil =0,87 gr/cm2
L : Axial length of floating ring = 1,9 cm
Maka :


Dimana data make up seal oil rata-rata perbulan 600 liter atau rata-rata per hari 20 liter / 2 seal (sebanding dengan hasil perhitungan). Dan untuk perhitungan desain sebesar 25 lt/day/seal. Sehingga kondisi seal oil assembly masih bagus.
6.4 Analisa Unjuk Kerja Mekanis
Berdasarkan analisa di atas dapat dinyatakan bahwa :
1. Kondisi mekanik kompresor masih cukup bagus, di mana tidak ada indikasi kerusakan yang cukup berarti setelah dioperasikan selama 11 tahun.
2. Data vibrasi menunjukan trend yang cukup baik, dimana baik posisi radial maupun aksial masih jauh dari range maksimum.
3. Kondisi sealing system masih cukup baik. Hal ini dapat dibuktikan dari perhitungan seal oil consumption yang juga merupakan indikator kebocoran seal oil, yaitu sebesar 8,6 lt/day/seal lebih kecil dari 25 lt/day/seal (maksimum estimate desain).
{tab=Simpulan dan Saran}
7. Simpulan
Berdasarkan hasil perhitungan (data rekapitulasi) dan kondisi mekanik terhadap evaluasi unjuk kerja kompresor sentrifugal 86 K 201 dapat di simpulkan sebagai berikut :
• Kompresor beroperasi dengan tekanan lebih rendah dari desain sehingga kapasitas operasi lebih besar dari desain, menyebabkan efisiensi turun sebesar 6,5 % dan daya naik 6,8 %.
• Kondisi kompresor secara mekanik dalam kondisi baik, dimana selama 11 tahun operasi tidak mengalami gangguan yang berarti.
• Pelaksanaan pemeliharaan selama ini tidak terjadi penyimpangan dari schedule yang ditetapka











Peningkatan Umur Bearing pada Pompa Sentrifugal dengan Optimasi Penggunaan Angular Contact Ball Bearing


Pada pompa centrifugal salah satu komponen yang penting adalah bearing sebagai penumpu poros untuk menggerakkan impeler pada pompa centrifugal. Akibat adanya gaya-gaya yang timbul sebagai akibat dari putaran pada impeler pompa, timbul gaya aksial yang menyebabkan bantalan/ bearing tipe 6305 mudah mengalami kerusakan. Oleh sebab itu, digunakan bantalan/ bearing tipe 7305 BE sebagai pengganti bantalan tipe 6305 yang sanggup menerima gaya-gaya aksial yang ditimbulkan akibat putaran pada poros impeler pompa. Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat diketahui bahwa Akibat putaran dari impeller maka timbul juga gaya aksial sehingga bearing tipe 6305 tidak dapat mengatasi gaya-gaya yang timbul tersebut. Penggunaan angular contact ball bearing tipe 7305 BE menggantikan deep groove ball bearing tipe 6305 pada pompa centrifugal produksi RRC tipe XA40/26 dapat meningkatkan umur bearing hingga 200%.
1. Pendahuluan
Dewasa ini pompa semakin banyak digunakan dan penggunaannya semakin bermacam-macam. Dahulu pompa hanya digunakan untuk memindahkan air saja tetapi sekarang penggunaannya semakin luas yaitu juga digunakan untuk memindahkan bahan-bahan kimia serta benda cair lainnya. Pompa merupakan suatu alat yang digunakan untuk mempermudah kerja manusia terutama untuk memindahkan benda yang berupa fluida cair.

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan fluida cair dari tekanan rendah ke tekanan dan / atau posisi yang rendah ke posisi yang tinggi. Pompa centrifugal mempunyai sebuah impeler untuk mengangkat zat cair dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi. Daya dari luar diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeler didalam zat cair, maka zat cair yang ada di dalam impeler oleh dorongan sudu-sudu ikut berputar.

Bearing yang dipasang pada pompa harus benar agar bearing tersebut dapat tahan lama dan berfungsi sebagaimana mestinya yaitu untuk menopang poros pada saat berputar. Pada pemilihan dan pemasangan bearing harus dicermati terlebih dahulu gaya apa saja yang terjadi pada poros tersebut agar dapat dipilih bearing yang sesuai dengan kebutuhan tersebut.

2. Alat-alat Percobaan
2.1 Pompa centrifugal buatan RRC tipe XA 40/26 dengan spesifikasi:
• Total Head: 40 m
• Kapasitas:26 m3/jam
2.2 Elektromotor dengan spesifikasi:
• Daya 18 KW
• Putaran 3000 rpm
• Jumlah kutub 2 kutub
2.3 Deep Groove ball bearing tipe 6305
• Principal dimensions :
Diameter luar = 40 mm
Diameter dalam = 90 mm
Tebal = 23 mm
• Basic load rating :
Dynamic (C) = 41000 N
Static (Co) = 24000 N
• Fatigue load limit (pu) = 1020 N
• Speed ratings :
Lubrication grease = 7500 rpm
Lubrication Oil = 9000 rpm
• Mass = 0,63 kg
2.4 Angular contact ball bearing tipe 7305 BE
• Principal dimensions :
Diameter luar = 40 mm
Diameter dalam = 90 mm
Tebal = 23 mm
• Basic load rating :
Dynamic (C) = 49400 N
Static (Co) = 33500 N
• Fatigue load limit (pu) = 1400 N
• Speed ratings :
Lubrication grease = 6700 rpm
Lubrication Oil = 9000 rpm
• Mass = 0,63 kg

3. Teori Dasar
3.1 Bantalan/ Bearing
Bantalan merupakan salah satu bagian dari elemen mesin yang memegang peranan cukup penting karena fungsi dari bantalan yaitu untuk menumpu sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan. Bantalan harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Berikut ini adalah gambar jenis-jenis bantalan Deep groove ball bearings dan Angular contact ball bearing :

Pada umumya bantalan dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu.
a. Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros
• Bantalan luncur: Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.
• Bantalan gelinding: Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola, rol, dan rol bulat.
b. Berdasarkan arah beban terhadap poros
• Bantalan radial: Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu.
• Bantalan aksial: Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros.
• Bantalan gelinding khusus: Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
Meskipun bantalan gelinding menguntungkan, orang tetap memilih bantalan luncur dalam hal tertentu, contohnya bila kebisingan bantalan menggangu, pada kejutan yang kuat dalam putaran bebas.

I. Kerusakan bantalan
Kerusakan bantalan gelinding dapat disebabkan karena:
• Kesalahan bahan (faktor produsen) yaitu retaknya bantalan setelah produksi baik retak halus maupun berat, kesalahan tolransi, kesalahan celah bantalan.
• Kesalahan pada saat pemasangan.
• Pemasangan yang terlalu longgar yang akibatnya cincin dalam atau cincin luar yang berputar yang menimbulkan gesekan denga housing/poros.
• Pemasangan yang terlalu erat yang akibatnya ventilasi atau celah yang kurang sehingga pada saat berputar suhu bantalan akan cepat meningkat dan terjadi konsentrasi tegangan yang lebih.
• Terjadi pembenjolan pada jalur jalan atau pada roll sehingga bantalan saat berputar akan tersendat-sendat.
• Kesalahan operasi seperti.
• Bahan pelumas yang tidak sesuai akibatnya akan terjadi korosi atau penggumpalan pelumas yang dapat menghambat berputarnya bantalan.
• Pengotoran dari debu atau daerah sekitarnya yang akibatnya bantalan akan mengalami keausan dan berputarnya dengan bushing.
• Pemasangan yang tidak sejajar maka akan menimbulkan guncangan pada saat berputar yang dapat merusak bantalan.
II. Pembacaan nomor nominal pada bantalan gelinding.
Dalam praktek, bantalan gelinding standart dipilih dari katalog bantalan. Ukuran utama bantalan adalah
• Diameter lubang
• Diameter luar
• lebar
• Lengkungan sudut
Nomor nominal bantalan gelinding terdiri dari nomor dasar dan nomor pelengkap. Nomor dasar yang ada merupakan lambang jenis, lambang ukuran(lambang lebar, diameter luar). Nomor diameter lubang dan lambang sudut kontak penulisannya bervariasi tergantung produsen bearing yang ada.

Bagian Nomor nominal
A B C D
A menyatakan jenis dari bantalan yang ada.
Jika A berharga
0 maka hal tersebut menunjukkan jenis Angular contact ball bearings, double row.
1 maka hal tersebut menunjukkan jenis Self-aligning ball bearing.
2 maka hal tersebut menunjukkan jenis spherical roller bearings and spherical roller thrust bearings.
3 maka hal tersebut menunjukkan jenis taper roller bearings.
4 maka hal tersebut menunjukkan jenis Deep groove ball bearings, double row.
5 maka hal tersebut menunjukkan jenis thrust ball bearings.
6 maka hal tersebut menunjukkan jenis Deep groove ball bearings, single row.
7 maka hal tersebut menunjukkan jenis Angular contact ball bearings, single row.
8 maka hal tersebut menunjukkan jenis cylindrical roller thrust bearings.

B menyatakan lambang diameter luar.
Jika B berharga 0 dan 1 menyatakan penggunaan untuk beban yang sangat ringan.
Jika B berharga 2 menyatakan penggunaan untuk beban yang ringan.
Jika B berharga 3 menyatakan penggunaan untuk beban yang sedang.
Jika B berharga 4 menyatakan penggunaan untuk beban yang berat.

C D menyatakan lambang diameter dalam.
Untuk bearing yang berdiameter 20 - 500 mm, kalikanlah 2 angka lambang tersebut untuk mendapatkan diameter lubang sesungguhnya dalam mm. Nomor tersebut biasanya bertingkat dengan kenaikan 5 mm tiap tingkatnya.

III. Pengoperasian yang bebas dari kerusakan (Trouble Free Operation)
Untuk dapat melaksanakan TFO maka faktor-faktor penting perlu diperhatikan:
1. Kualitas. Kualitas yang dimaksud adalah kualitas dari bearing yang ada yang dipengaruhi oleh:
• Pemilihan desain. Pemilihan desain ini meliputi perhitungan penggambaran dan perencanaan.
• Dukungan teknik dari produsen yang meliputi informasi dan pelatihan.
• Training atau seminar tentang bearing kepada konsumen sehingga dapat memahami karakteristik dari bearing.
• R & D produsen untuk mengembangan produknya sesuai dengan kebutuhan konsumen.
• Quality Control.
• Bahan dasar bearing.
2. Proses pemasangan bearing.
• Proses balancing. Pemasangan bearing pada komponen mesin, komponen tersebut pertama-tama harus benar-benar balance agar bearing dapat bertahan dengan baik.
• Alignment (pengaturan sumbu poros pada mesin harus benar-benar sejajar).
• Proses pemberian beban. Pemberian beban ini harus sesuai dengan jenis bearing yang digunakan apakah itu beban radial atau beban aksial.
• Pengaturan posisi bearing pada poros.
• Clearance bearing. Metode pemasangan dan peralatan yang digunakan.
• Toleransi dan ketepatan yang diperlukan. Pada saat pemasangan bearing pada poros, maka toleransi poros pada proses pembubutan harus diperhatikan karena hal tersebut mempengaruhi keadaan bearing.
3. Environment/lingkungan tempat bearing dioperasikan.
• Pemberian Seal pada bearing agar bebas terhadap debu atau air.
• Sistem pendinginan bearing jika beroperasi pada suhu tinggi.
• Sistem pemanasan jika beroperasi pada suhu rendah.
• Penyimpanan bearing.
4. Maintenance atau perawatannya yang terbagi menjadi
• Sistem pelumasannya menggunakan olie atau grease.
• Pemeriksaaan visual.
• Pemonitoran dari kondisi yang ada seperti :
• Kondisi getarannya.
• Analisis olinya.
• Aliran, tekanan dan arus yang mungkin timbul.
• Pemonitoran secara kontinyu.
• Sistem perlindungannya seperti rumah bearing, dan lain-lain.

Untuk proses mounting & dismounting atau pemasangan dan pelepasan bearing dapat dilihat langsung bagian berikut ini.


Pada prakteknya untuk memilih bantalan, bantalan tersebut harus dihitung umur pada bantalan selama menerima gaya-gaya yang terjadi
Perhitungan untuk umur bantalan adalah sebagai berikut :


3.2 Pompa
Dalam sebuah pompa unjuk kerja dari setiap pompa ditentukan oleh ukuran-ukuran dasar sebagai berikut :
• Tinggi kenaikan isap (suction head), tinggi kenaikan tekan (delivery head) dan tinggi kenaikan total (total head)
• Kapasitas
Kapasitas adalah jumlah fluida yang ditransfer oleh pompa selama satuan waktu tertentu.
• Daya
• Efisiensi
Pompa sentrifugal terdiri dari bermacam-macam komponen dan bagian. Pada gambar 4 terlihat pompa sentrifugal dan bagian-bagian penyusunnya :

Pada gambar 5 terlihat bahwa pada saat impeller berputar, ruang pada pompa mempunyai tekanan P1 pada ruang inlet yang lebih rendah dari tekanan P2 pada bagian outlet. Jika tidak ada gerakan berputar, maka tekanan pada celah-celah 1 dan 2 seperti terlihat pada gambar 5 tersebut sama dengan P2. Tetapi karena pengaruh viskositas cairan dan putaran impeller, distribusi tekanan pada celah 1 dan 2 tidak uniform seperti terlihat pada gambar 5 di bawah ini.
Tekanan cairan yang terjadi pada bidang lingkaran dengan lebar D2-D0 , dari kiri dan kanan impeller adalah sama dan berlawanan arah sehingga saling meniadakan. Jadi, yang tidak sama adalah gaya-gaya R1 dan R2 yang bekerja dari kanan dan kiri bidang lingkaran sebelah D0-dsh.


Jika tekanan yang bekerja pada bagian inlet adalah sebesar P1 dan pada celah 2 adalah P2, maka :
R’ = R2 – R1 ………… (ii)
Dimana R’ adalah cairan masuk ke dalam impeller secara aksial dan selanjutnya melalui impeller arahnya dirubah menjadi radial pada saat keluar impeller. Akibatnya, terjadi gaya aksial R3 dari kiri ke kanan. Dengan rumus momentum, didapatkan:

Pada pompa multistage, gaya axial total sama dengan jumlah seluruh gaya-gaya axial masing-masing impeller dan ini bisa mencapai beberapa ton.
Cara membalans gaya-gaya axial tersebut :
• Memakai peralatan pembalans tipe hydraulis
• Memakai bantalan aksial
• Memakai pemasukan ganda (double admission) paralel dari pada cairan yang masuk ke dalam impeller.








4. Hasil Percobaan dan Analisa

Percobaan dan pengamatan yang dilakukan adalah dengan melakukan pengamatan selama pompa tersebut bekerja pada keadaan normal (14 jam/ hari). Kemudian kerusakan bearing pada ke tiga pompa yang diuji dalam kurun waktu tiga tahun dicatat dan didapatkan hasil seperti tabel diatas

Berikut ini adalah tabel perbandingan umur rata-rata penggunaan bearing tipe 6305 dan bearing tipe 7305 BE:


• Dari data-data di atas dapat dilihat bahwa bearing tipe 7305 BE angular contact ball bearing lebih baik dibandingkan tipe 6305 deep groove ball bearing. Untuk lebih jelas dapat dilihat diagram batangnya pada gambar 6. Hal ini disebabkan bearing tipe 7305 BE sanggup menerima beban axial yang timbul karena adanya putaran dari impeler.
• Pemakaian bearing tipe 6305 pada pompa centrifugal tipe XA 40/26 mempunyai rata rata umur bearing 6,7 bulan yang dimana umur tersebut terlalu singkat. Umur bearing yang singkat tersebut disebabkan oleh adanya ketidak balansan gaya-gaya axial yang terjadi pada pompa, sehingga perlu dilakukan cara untuk membalans gaya-gaya axial tersebut antara lain dengan memakai peralatan pembalans tipe hidrolis, memakai pemasukan fluida ganda dan memakai bantalan yang tahan terhadap gaya axial (bantalan axial). Dari tipe-tipe peralatan pembalans yang ada, dipilih memakai bantalan yang tahan terhadap gaya axial (bantalan axial) karena yang dilakukan dalam cara tersebut sangat sederhana yaitu hanya mengganti bearing tipe deep groove ball bearing dengan anggular contact ball bearing serta tidak perlu alat-alat tambahan dan tidak perlu melakukan modifikasi yang sulit pada pompa tersebut.



5. Kesimpulan
Dari pengamatan, pengukuran dan pengujian yang dilakukan didapat :
• Akibat putaran dari impeller maka timbul juga gaya aksial sehingga bearing tipe 6305 tidak dapat mengatasi gaya yang timbul tersebut dan perlu dilakukan penggantian dengan bearing tipe 7305 BE yaitu suatu pemecahan yang paling sederhana dan paling mudah cara membalans gaya-gaya yang terjadi pada pompa centrifugal yang sedang beroperasi.
• Pengguanan Angular contact ball bearing tipe 7305 BE lebih baik dan memiliki umur yang lebih panjang dibandingkan dengan deep groove ball bearing tipe 6305 pada pompa centrifugal tipe XA 40/26.
• Angular contact ball bearing tipe 7305 BE mempunyai ketahanan axial yang lebih baik sehingga mempengaruhi umur bearing rata-rata lebih lama menjadi 13.4 bulan yang semula hanya berumur 6,7 bulan jika memakai bearing tipe 6305 pada pompa XA 40/26.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar