COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

COMPRESSOR Compressor adalah suatu mesin yang berfungsi untuk menekan atau memampatkan gas

atau udara, dapat juga disebut sebagai mesin yang mengkonversikan enerji mekanik menjadi enerji aliran .

6.1 TABEL TIPE COMPRESSOR 200 20 2 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 FLOW RATE ( C F M )

COMPRESSORS

Dinamic

Continous Flow

Positive Displacement

Intermitten Flow

Reciprocating

Rotary Axial Flow

Mixed Flow

Radial Flow

Ejector

SINGLE STAGE RECIPROCATING

MULTI STAGE RECIPROCATING

MULTISTAGE CENTRIFUGAL

MULTI STAGE AXIAL

ROTARY

COMPRESSORS

SINGLE STAGE CENTRIK

PR

ES

SU

RE

R

AT

IO

Mechanical Piston

Sliding Vane Liquid Piston Helical Lube Straight Lube

Centrifugal Mixed Flow

Axial

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

Tabel diatas digunakan unuk menentukan jenis COMPRESSORS yang efectip untuk digunakan, caranya dengan terlebih dahulu menghitung dan dari hasil perhitungan dapat diperoleh harga Pressure ratio dan jumlah aliran ( flow rate ).

. 1. KLASIFIKASI KOMPRESSOR

a. Berdasarkan Suction dan Delivery Pressure, Compressors dapat dibedakan : a. Vacum Pumps

Tekanan hisap ( Ps ) < ( P atm ) Tekanan keluaran (Pd) = ( Patm )

b. Fans Tekanan hisap ( Ps ) = ( P atm ) Tekanan keluaran (Pd) diatas sampai 1200 mm H2O mm kolom air ( mm H2O ) = 1 kg / m2

c. Blowers

Tekanan hisap ( Ps ) = ( P atm ) Tekanan keluaran (Pd) = ( Patm )

Tekanan keluaran (Pd) ≤ 3

Tekanan hisap ( Ps ) = ( P atm )

d. Compressors Tekanan keluaran (Pd) = < 2 ~ 500 atg Low Pressure, Tekanan keluaran (Pd) = sampai 25 atg Medium Pressure, Tekanan keluaran (Pd) = 25~100 atg High Pessure, Tekanan keluaran (Pd) = 100~500 atg Multi Stage = > 500 atg

b. Berdasarkan Kapasitasnya) a. Small Compressors kapasitas = sampai 160 m3/ jam b. Medium Compressors kapasitas = 160 ~ 4000 m3/ jam c. Large Compressors kapasitas = > 4000 m3/ jam

c. RECIPROCATING COMPRESSOR dibedakan menurut kerjanya

a. Single Acting / Kerja tunggal b. Double Acting / Kerja ganda

d. Reciprocating Compressors jika dibedakan menurut tenaga penggeraknya

1. Steam Reciprocating 2. Double Turbine 3. Internal combustion engine 4. Electric motor

e. Reciprocating Compressors jika dibedakan menurut hubungan unit

penggeraknya a. Direct Connected ( close – coupled )

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

b. Flexible coupling c. Reduction- gear coupled d. Belt driven

DIAGRAM INDIKATOR COMPRESSORS SATU TINGKAT, KERJA TUNGGAL DPL DPR

Proses Kerja Reciprocating Compressor 1 tingkat 1. Langkah Expansi Piston bergerak dari titik 1 ke 2 tekanan turun dari P2 ke P1 2. Pada saat langkah Piston sampai di titik 2 klep Isap dibuka , udara luar masuk dengan

tekanan tetap P1 ( tekanan pemasukan ) . Setelah langkah Piston sampai di titik 3 ( DPR ) Klep Isap dan Klep Tekan semua tertutup.

3. Langkah Kompressi Piston bergerak dri titik 3 ke titik 4 udara ditekan dari P1 menjadi P2 , kedua katup masih menutup.

1

2 3

4 P

V

Vc Vs

S1

S

P2

P1

S0

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

4. Pada saat Piston sampai di titik 4 klep keluaran dibuka udara dalam Silinder keluar dengan tekanan tetap P2 sampai Piston pada titik 1 dan tekanan udara menurun dari titik P2 menjadi P1 , hingga Piston mencapai DPL

Catatan Tekanan isap P1 < Tekanan Atmosphere

Kerja Reciprocating Compressor Kondisi Gas Ideal, udara sehingga digunakan persaman keadan Boyle-Charles p v = m R T Ukuran utama Reciprocating Compressor

I = 1 , menyatakan single acting Compressor dan 2 untuk double acting A = Luas piston ( penampang melintang piston ) dalam m2 L = Langkah piston = S - So dalam m D = Diameter piston dalam m N = Kecepatan putar dalam rpm

η ev = Efisiency Volumetrik ( table 3 )

m = Berat gas / udara yang tersalurkan Kompressor dalam kg / mnt V = Volume Gas ./ udara hasil Compressor m3 / min v = Spesifik volume gas / udara dalam m3 / kg υ = Satis factory ratio

∏ = phi ( 3,14 )

Untuk Compressor Reciprocating 1 tingkat akan menghasilkan Volume gas / udara :V

V = i.A.L.N. η ev m3 / min

A = ¼∏ D2 m2

L

υ = ------

D

Untuk vacuum pump dan Compressor kecepatan tinggi dapat diambil υ ≥ 0,5

Untuk fluorocarbon Compressor dapat diambil υ ≈ 0,8

Untuk AmmoniaCompressor dapat diambil υ ≈ 1,0

Untuk Compressor tekanan tinggi dapat diambil υ ≈ 4 sampai 6

V m = ----- kg / min v

Untuk Gas Ideal, udara sehingga v dapat dihitung dengan persaman keadan Boyle-Charles p v = m R T

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

mR T v = ---------

p Untuk menghitung Power yang diperlukan dapat digunakan rumusan dibawah dengan terlebih dahulu mengetahui proses yang terjadi pada Compressor 1. Kompressi Isothermal ( T = C ) Kondisi yang harus dicapai temperature tetap( t = 0 ), perlu dilakukan pendinginan p v = m R T , kondisi t = tetap atau Td = Ts Diperoleh p v = constant p1 v1 = p2 v2 v1 p2 --- = ---- v2 p1 Kerja yang dilakukan pada proses kompressi udara secara Isothermal = Wit v2 Wit = - ∫ p . dV v1 v2 = - ∫ m.R / V.dV v1 v2 = - m R.T. ln ------ v1 v1 = m R.T. ln ------ v2 p2 Wit = m R.T. ln ------ p1 p2 Wit = P1.V1. ln ------ p1 Dalam menghitung Daya / Tenaga penggerak yang diperlukan Compressor dengan

proses Polytropik dapat digunakan pendekatan rumusan sbb : Lit = Daya / Tenaga penggerak dalam Copressor Isothermis dalam HP / kW m = Berat gas / udara yang tersalurkan Kompressor dalam kg / mnt, lb / mnt pd = p2 + p atm Absolut , tekanan keluaran Kompressor kg f / m2 absolute ps = patm = p1 , tekanan hisap / masuk Kompressor kg f / m2 absolute Qs = debit / flow keluaran Compressor dalam m3 / min m Wit Lit = ------------ HP Atau 60 x 75

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

m p1 . V1 p2 = ---------------- ln ----- ……….HP 4500 p1

ps . QS pd Lit = ---------------- ln ------ dalam HP Atau 4500 ps m Wit Lit = ------------ kW 60 x 102 catatan m.V1 = Qs dalam m3 / min

Contoh Perhitungan Isothermal Gas Nitrogen dikompresikan secara reversible dalam system tertutup ( non flow sys) dengan proses polytropik dimana harga n : 1,4 Suatu Compressor yang bekerja dengan proses Adiabatik , media yang dikompressikan adalah gas Nitrogen dengan tekanan awal : 14,7 psia dan temperature : 70oF, dikompresikan menjadi : 100 psia.

Tentukan kerja yang diperlukan bila proses berlangsung secara Isothermal Tentukan Daya motor penggerak Compressor jika jumlah Gas Nitrogen 150 lbm /jam

Jawab Dari table diperoleh Constanta Gas Nitrogen ( R0 ) =1545 ft-lbf / mole 0 R = 18354,6 inc-lbf / mole 0 R Berat molekul Nitrogen ( M ) = 28 lb m / lb m – mole Dari konversi table 1 HP (Horse Power = 1,98 .10 6 ft lb / jam

Jika pada soal diatas jumlah udara yang dikompresikan sebanyak 150 lbm tiap jam Hitung berapa Tenaga / Daya motor yang digunakan untuk menggerakkan Compressor tersebut m = 150 lbm / jam 1 HP = 1,98 . 10 6 ft.lb / jam p atm = 30 in .Hg = 30 x 0,491 lb / in2 = 14,7 lb / in2 pd(A) = p atm + pd(g) = ( 100 + 14,7 ) lb / in2 = 114,7 lb / in2 (A) 1 psi = 144,0058 psf Dihitung dengan rumus Isothermal

P1 = 14,7 psi = 14,7 x 6,895 k Pa = 10.328, 227 kgf / m2 P2 = 100 psi = 100 x 6,895 k Pa = 689,5 kgf / m2 Qs = 150 lbm / jam = 1,25 kg m / menit = 0,9 m3 m / menit 1 lb = 0,454 kg

Γ N2 = 1,250 kg / m3 ( dari tabel )

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

PV = RT Ro 18354,6 inc -lbf / mole R R = ----- = ---------------------------------- = 655,52 inc -lbf / mole 0 R M 28 RT1 655,52 inc -lbf / mole 0 R . 530 R V1 = ------ = ----------------------------------------------- = 23634,45 inch 3/ mole P1 14,7 lb / inc2 p2

Wit = P1.V1. ln ------ p1 lb 100 psi

= 14,7 ----- . 23634,45 Inch 3 / mole ln ------------ inc 2 14,7 psi Wit = 666016,4375 Lb Inch / Lb-mole = 56053,073 Lb ft / mole m Wit Lit = ---------------- HP untuk satuan British 1,98 . 10 6

1 HP = 1,98 . 10 6 ft.lb / jam m Wit Lit = ------------------------------ HP untuk satuan british 1,98 . 10 6 ft.lb / jam 150 Lb –mole / jam . 56053,073 Lb ft / Lb- mole Lit = --------------------------------------------------------------------- x 1 HP 1,98 . 10 6 Lit = 4,25 HP

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

2. Kompressi Adiabatik ( dq = 0 ) Kondisi yang harus dicapai tidak adanya panas keluar ( dq = 0 ) dapat dilakukan dengan

mengisolasi Silindernya. dq = dU + dW = 0 diperoleh dw = - dU k p v = constant p1 . v1

k p = --------- v k Cp k = ----- Cv Kerja yang dilakukan pada proses kompressi udara secara Adiabatik = Wad v2 Wad = ∫ p.dV v1 v2 p1 . v1

k = .∫ ---------- dv v1 v k 1 Wad = -------- ( p2 . v 2 - p1 . v 1 ) k - 1 Wad Lad = ----------- HP Atau 60 x 75 Wad Lad = ----------- kW 60 x 102 Dalam menghitung Daya / Tenaga penggerak yang diperlukan dapat digunakan

pendekatan rumusan k -1/ mk

m k Ps . Qs Pd Lad = ------ ------------- { ----- - 1 } dalam kW k – 1 6120 Ps Pd = p atm + p2 absolute Lad = Daya / Tenaga penggerak dalam Copressor Adiabatis dalam kW m = Berat gas / udara yang tersalurkan Kompressor dalam kg / mnt , lb / mnt k = exponent adiabatic untuk udara = 1,4

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

Ps = patm = p1 , tekanan hisap / masuk Kompressor kg f / m2 absolute Pd = p2 + p atm Absolut , tekanan keluaran Kompressor kg f / m2 absolute Qs = debit / flow keluaran Compressor dalam m3 / menit

Contoh Perhitungan Kompressor dengan proses Adiabatik Gas Nitrogen dikompresikan secara reversible dalam system tertutup ( non flow sys) dengan proses Adiabatik dimana harga n : 1,4 Gas Nitrogen tsb dengan tekanan awal : 14,7 psia dan temperature : 70oF, dikompresikan menjadi : 100 psia. Tentukan kerja yang diperlukan bila proses berlangsung secara Adiabtik reversible ( Isentropik ) Tentukan Daya motor penggerak Compressor jika jumlah Gas Nitrogen 150 lbm /jam

Jawab Dari table diperoleh Constanta Gas Nitrogen ( R0 ) = 1545 ft-lbf / mole 0 R Berat molekul Nitrogen ( M ) = 28 lb m / lb m – mole Dari konversi table 1 HP (Horse Power = 1,98 .10 6 ft lb / jam

Jika pada soal diatas jumlah udara yang dikompresikan sebanyak 150 lbm tiap jam Hitung berapa Tenaga / Daya motor yang digunakan untuk menggerakkan Compressor tersebut

m = 150 lbm / jam 1 HP = 1,98 . 10 6 ft.lb / jam p atm = 30 in .Hg = 30 x 0,491 lb / in2 = 14,7 lb / in2 p2 = p atm + pd = ( 100 + 14,7 ) lb / in2 = 114,7 lb / in2 p2 n – 1/ n T2 = T1 ( ----- )

P1 114,7 (1,4 - 1) /1,4 = 530 ( ----------- ) 14,7 T2 = 951,75 R

Dihitung dengan rumus Adiabatis

Ps = 14,7 psi = 14,7 x 6,895 k Pa = 10.328, 227 kgf / m2 Pd = 114,7 psi = = 80.588,277 kgf / m2 Qs = 150 lbm / jam = 1,25 kg m / menit = 0,9 m3 m / menit 1 lb = 0,454 kg

Γ N2 = 1,250 kg / m3 ( dari tabel )

k -1/ mk

m k Ps . Qs Pd Lad = ------ ------------- { ----- - 1 }……… dalam kW k – 1 6120 Ps

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

1,4 -1/ 1 . 1,4

(1).(1,4) ( 10.328,227 ) ( 0,9 ) 80.588,277 Lad = - --------- --------------------------------{ ---------------- - 1 }……… kW 1,4 – 1 6120 10.328,227 0,286

.(1,4) ( 10.328,227 ) ( 0,9 ) Lad = - ------- --------------------------------{ 7,802 - 1 }……… kW 0,4 6120

Lad = 4,19 kW

3. Kompresi Polytropik Dalam mesin Compressor hal sesungguhnya yang terjadi bukan Proses Isothermal

ataupun Proses Adiabatik, tetapi sesuatu kondisi yang adanya diantara siklus keduanya kemudian disebut sebagai Compressi Polytropik

n p v = constant n = indeks polytropik , antara k = 1 dan k = 1,4 ( untuk udara ) Kerj yang dilakukan pada proses kompressi udara secara Polytropik = Wpl v2 Wpl = ∫ p. dv v1 Kita tahu n C p v = constant , atau p = ----- vn sedangkan C = p1 v1

n = p2 v2 n = p v n

v2 . dv Wpl = ∫ C ----- v1 v

n v2 . dv = ∫ p v n --------- v1 v

n v2 . = p v n ∫ v -n dv v1 2

v –n+1 } = p v n -------- 1 –n – 1 2

v +1 } = p -------- 1 – n – 1

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

p2 .v2 – p1 .v1 = -------------------- – n + 1 p1 .v1 – p2 . v2 Wpl = ---------------------- n - 1 Wpl Lpl = ----------- ………..HP Atau 60 x 75 Wpl Lpl = ----------- ………..kW 60 x 102 Contoh Perhitungan

Gas Nitrogen dikompresikan secara reversible dalam system tertutup ( non flow sys) dengan proses polytropik dimana harga n : 1,4 Gas Nitrogen tsb dengan tekanan awal : 14,7 psia dan temperature : 70oF, dikompresikan menjadi : 100 psia. Tentukan kerja yang diperlukan bila proses berlangsung secara Adiabtik reversible ( Isentropik ) Tentukan Daya motor penggerak Compressor jika jumlah Gas Nitrogen 150 lbm /jam

Jawab

Dari table diperoleh Constanta Gas Nitrogen ( R0 ) = 1545 ft-lbf / mole 0 R Berat molekul Nitrogen ( M ) = 28 lb m / lb m – mole Dari konversi table 1 HP (Horse Power = 1,98 .10 6 ft lb / jam

T1 = ( 70 + 460 ) = 530 o R p1 = 14,7 lb / in 2 p2 = 100 lb / in 2 n = 1,4 T2 = T1 . ( p1 / p2 ) n -1/ n = 530. ( 100 / 14,7 ) 0,29 = 924 o R Kerja yang diperlukan ( W )

p1 .v1 – p2 . v2 Wpl = ---------------------- n – 1 R ( T1 – T2 ) = ---------------------- n - 1

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

Ro ( T1 – T2 ) Ro = ---------------------- catatan R = --------- M ( n – 1 ) M

Ft . lb . oR ----------------

1545 ( 530 – 924 ) lbm – mole oR = ----------------------------- ------------------------------ 28 ( 1,4 – 1 ) lbm

--------------- lbm – mole Wpl = - 54750 ft . lb / lbm ( POLYTROPIK )

Jika pada soal diatas jumlah udara yang dikompresikan sebanyak 150 lbm tiap jam Hitung berapa Tenaga / Daya motor yang digunakan untuk menggerakkan Compressor tersebut

Jawab

m = 150 lbm / jam 1 HP = 1,98 . 10 6 ft.lb / jam p atm = 30 in .Hg = 30 x 0,491 lb / in2 = 14,7 lb / in2 p2 = p atm + pd = ( 100 + 14,7 ) lb / in2 = 114,7 lb / in2 p2 n – 1/ n T2 = T1 ( ----- )

P1 114,7 (1,4 - 1) /1,4 = 530 ( ----------- ) 14,7 T2 = 951,75 R m . R0 ( p1 .v1 – p2 . v2 ) m . R0 ( T1 - T2 ) Wpl = ---------------------------------- = ----------------------------- M ( n – 1 ) M ( n – 1 ) Lbm. ft . lb . oR

---------------------- 150 .1545 ( 530 – 951,75 ) jam. lbm – mole oR = - ------------------------------------ --------------------------------- 28 ( 1,4 – 1 ) lbm

--------------- lbm – mole

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

977405625 Wpl = - ------------------ = - 8726835,937 ft . lb / jam 11,2 - 8726835,937 ft .lb /jam Wpl = ---------------------------------- =

1,98 . 10 6 ft lb / jam Wpl = - 4,4 HP ( Negatip system perlu Tenaga )

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

1. Soal Kompressor Diketahui Suatu Compressor yang bekerja dengan proses Adiabatik , media yang dikompressikan adalah gas Nitrogen dengan tekanan awal : 13,50 psia dan temperature : 65oF, dikompresikan menjadi : 120 psia. Tentukan kerja yang diperlukan bila proses berlangsung secara Adiabtik reversible ( Isentropik ) dimana harga n : 1,4 Tentukan Daya motor penggerak Compressor jika jumlah Gas Nitrogen 105 lbm /jam

Jawab Dari table diperoleh Constanta Gas Nitrogen ( R0 ) = 1545 ft-lbf / mole 0 R Berat molekul Nitrogen ( M ) = 28 lb m / lb m – mole Dari konversi table 1 HP (Horse Power = 1,98 .10 6 ft lb / jam

Jika pada soal diatas jumlah udara yang dikompresikan sebanyak 105 lbm tiap jam Hitung berapa Tenaga / Daya motor yang digunakan untuk menggerakkan Compressor tersebut 1psia = 6,895 kPa 1Pa ≡ N / m2 = 0,1019 kg f / m2 m =105 lbm / jam = 0,7945 kg m / mnt = 0,6356 m3 m / mnt 1 HP = 1,98 . 10 6 ft.lb / jam p atm = 30 in .Hg = 30 x 0,491 lb / in2 = 14,7 lb / in2 p2 = p atm + pd = ( 120 + 14,7 ) lb / in2 = 134,7 lb / in2 T1 = ( 460 + 65 ) = 525 R

p2 n – 1/ n

T2 = T1 ( ----- ) P1 134,7 (1,4 - 1) /1,4 = 525 ( ----------- ) 13,5

T2 = 1013, 64 R

Dihitung dengan rumus Adiabatis

Ps = 13,5 psi = 13,5 x 6,895 k Pa = 93,0825 kPa = 93,0825 x 1000 x 0,1019 = 9485,107 kgf / m2 Pd = 134,7 psi = 134,7 x 6,895 k Pa = 928,7565 kPa = 928,7565 x 1000 x 0,1019 = 94640,287 kgf / m2 Qs = 105 lbm / jam = 0,7945 kg m / menit = 0,6356 m3 m / menit 1 lb = 0,454 kg

COMPRESSOR

SANTOSO BUDI

Γ N2 = 1,250 kg / m3 ( dari tabel )

k -1/ mk

m k Ps . Qs Pd Lad = ------ ------------- { ----- - 1 }……… dalam kW k – 1 6120 Ps 1,4 -1/ 1 . 1,4

(1).(1,4) (9485,107 ) ( 0,6356 ) 94640,287 Lad = - --------- --------------------------------{ ---------------- - 1 }……… kW 1,4 – 1 6120 9485,107

0,286

.(1,4) (10328,227 ) ( 0,6356 ) Lad = - ------- --------------------------------{ 9,9777 - 1 }……… kW 0,4 6120

Lad = 3,21 Kw

Wad Lad = ----------- kW = 3,21 kW ( Daya motor penggerak Compressor) 60 x 102 W ad = 3,21X 60 X 102 Kg .m / mole W ad = 19645,2 Kg .m / mole ( Kerja yang diperlukan secara Adiabatik reversible )