Pengantar Teknik KimiaSesi 1: Peralatan Proses

Ir. Abdul Wahid Surhim, MT.

Expander adalah

Sebuah alat mekanik untuk mengubah sebagian energi dari aliran proses menjadi kerja mekanik, sehingga menyebabkan penurunan pada temperatur dan tekanan dalam proses fluida

Fungsi

Fungsi utama dari expander adalah untuk menurunkan temperatur dari gas yang diexpansi untuk proses refrigeration

Prinsip kerja

Expander meningkatkan dan menurunkan volume dalam suatu siklus perubahan yang berkesinambungan. Pada awal proses peningkatan volume, uap dipindahkan ke sebuah ruangan, menghasilkan tenaga kemudian dikirim keluar melalui jaringan mesin. Pada beberapa hal uap dihentikan dan ditinggalkan untuk memperbesar volume uap tersebut dan tetap menghasilkan tanaga yang dikirim ke output namun dalam jumlah yang semakin sedikit seiring dengan turunnya tekanan selama perluasan. Pada akhir perluasan, expander berada dalam perluasan maksimal. Dalam hal ini katup pengeluaran terbuka lalu uap keluar dari expander. Lalu expander melanjutkan siklus untuk menurunkan volume uap lalu uap keluar ke pembuangan. Dalam hal ini pembuangan ditutup dan sisa uap yang terperangkap diperkecil volumenya ke ruangan yang tak kontaminasi.

Jenis-jenis Expander

• Reciprocating Expander

• Turboexpander

• Turbo Altenator

Jenis-jenis Expander

Reciprocating Expander

• Sama dalam konsep dan desain dengan reciprocating compressor • Pada umumnya, bekerja pada tekanan masukan yaitu 4-20 MPa,

meskipun mereka digunakan dengan tekanan yang lebih rendah dari 4 MPa untuk aliran yang berkekuatan kecil atau gas dengan berat molekul kecil.

• Beroperasi pada kecepatan 500 rpm.• Efisiensi termal berkisar dari 75% untuk unit yang kecil sampai

85% untuk unit yang besar.

Reciprocating expander

Turbo Expander

• Turbo expander telah menggantikan reciprocating expander dalam instalasi berenergi tinggi seperti pada alat pencairan helium yang kecil.

• Ukurannya berkisar dari 0.75 – 7500 kW dengan rata-rata aliran di atas 28 juta m3/hari.

• Pabrik pemisahan udara tonasi yang besar sekarang adalah realita disebabkan perkembangan dari turbo expander yang efisien.

• Expander ini dipilih dari peralatan kriogenik yang lain karena kemampuannya untuk mencairkan etana dan hidrokarbon yang lebih berat.

TurBo Expander

Turbo Altenator

• Turbo altenator dikembangkan pada awal tahun 1960 untuk menyediakan mesin-mesin turbo yang digunakan pada miniatur pendingin kriogenik dan meningkatkan efisiensi dari sistem tersebut. Secara signifikan mengurangi ukuran dari heat exchanger dengan menurunkan temperatur fluida yang digunakan pada pendingin kriogenik.

• Prinsip kerja turbo altenator adalah mengubah energi kinetik di dalam pendingin menjadi energi listrik yang kemudian diarahkan secara eksternal oleh peralatan elektrik dan diubah dalam bentuk panas.

• Turbo alternator ada dua jenis,yaitu: magnet permanen dan polyphase induction generator.

Turbo Alternator

Kelebihan dan Kelemahan

Reciprocating expander

Kelebihan:• Efisiensinya relatif tidak berubah

Kelemahan:• Perawatan yang cukup mahal• Adanya masalah pada katup• Tidak sesuai dengan aliran pengembunan

Kelebihan & Kelemahan

Turbo ExpanderKelebihan:• Efisiensi yang lebih tinggi• Konstruksi yang sederhana• Membutuhkan sedikit tenaga operasional• Harganya murah

Kelemahan:• Kotoran atau partikel yang padat dalam aliran gas dapat

menyebabkan erosi dalam expander

Kelebihan & Kelemahan

Turbo AlternatorKelebihan:• Mengurangi ukuran dari heat exchanger dengan

merendahkan temperatur dari fluida yang digunakan dalam pendingin kriogenik

Kelemahan:• Pada Permanent Magnet Alternator: menyumbat rotor

selama permulaan dan pemindahan magnet rotor selama beroperasi.l

• Pada Polyphase Induction Generator: mempunyai pertemuan voltasi dan efisiensi yang buruk.

Aplikasi

Expander-Compressors • Adalah sebuah mesin berputar yang digunakan

dalam aplikasi kriogenik seperti: proses gas alam, proses petrokimia, dan pemisahan udara. Tenaga yang dipindahkan oleh expander dari proses alir seluruhnya di transfer ke proses alir compresor. Hasilnya, expander bisa menghasilkan proses pendinginan yang dibutuhkan dalam proses gas kriogenik lalu pada saat itu juga mengembalikan tenaga tersebut untuk digunakan dalam proses lain.

Expander-Generator• Digunakan untuk mengubah energi dari expander

ke energi listrik. Mesin-mesin ini terbentuk dari tiga penyusunan. Yang pertama, pipa dari ekspander berkecepatan tinggi digabungkan dengan gearbox pengurang kecepatan yang kemudian digabungkan dengan generator yang cocok. Yang kedua, roda dari expander diletakkan di atas roda bergerigi gearbox sehingga menghilangkan kopling berkecepatan tinggi dan expander shaft yang terpisah. Yang ketiga, roda dari expander langsung diletakkan di atas pipa dari generator berkecepatan tinggi, menghilangkan gearbox seluruhnya.

Expander-Brake• Untuk aplikasi kriogenik dengan tenaga yang

sangat rendah, akan sangat tidak ekonomis apabila mengembalikan tenaga expander di dalam compresor ataupun dalam generator. Dalam kasus ini, tenaga di kurangi dengan ‘brake wheel’ yang memanaskan aliran minyak atau aliran udara.

Expander-Powershaft • Digunakan di beberapa proses dimana tenaga

yang dihasilkan expander tidak cukup untuk digunakan dalam proses kompresi. Contohnya, unit EPS bisa dihubungkan secara langsung ke proses compressor yang kemudian dihubungkan dengan penggerak utama (motor atau turbin). Tenaga yang dihasilkan oleh expander kemudian mengurangi tenaga yang dibutuhkan dalam mesin penggerak utama. Dengan cara ini, expander bisa menyediakan baik pendinginan maupun pengembalian tenaga.