KOMPRESOR CENTRIFUGAL

V. STUDI KASUS 5

Kompresor Centrifugal 4 (empat) stage untuk mentransfer gas propan pada proses LPG dengan data dan kondisi operasi sebagai berikut :

Diagram alir :

Data Gas :

Jenis propan

Mw = 44,09 lbm/mol, SG = 1,53, Pc = 617 Psia, Tc = 666oR

Kondisi Operasi

Q5=Q1=117615 ICFMQa=46852 ICFM

P5=P1=15,6 PsiaPa=P2 = P2 = 29 Psia

T5=T1=-41oF = 419oRTa=T2 = T2 = 8 oF = 468 oR

Qb=17844 ICFMT4=63oF = 523oR

Pb=P3 = P3 = 43,5 PsiaPd=P5 = 79,25 Psia

Pb=T3 = T3 = 39oF = 499 oRTd=T5 = 87,5 oF = 547,5 oF

Putaran Kompresor 3200 rpm

Lakukan perhitungan rancang bangun ulang dengan proses politropik, meliputi :

a) Laju aliran massa setiap stage,

b) Dimensi Impeler setiap stage

c) Head dan Daya setiap stage, bila = 90 %

d) Daya total

Penyelesaian

1. Kompresor stage 1. (1st)

a. Laju Aliran Massa (m1)

m1 = , lbm/min

dimana :

Q1=117615 ICFM

P1=15,6 Psia

SG=1,53

T1=419 oR

Menghitung Z1Z1 = fungsi (Pr1, Tr1)

Pr1 = P1/Pc = 15,6/617 = 0,025

Tr1 = T1/Tc = 419/666 = 0,63

m1 = , lbm/min

m1 = 19445 lbm/min = 434 lbm/det

b. Head Actual (Hact)Hact =

Menghitung Hpol Hpol =

Menghitung ZavZav = , dimana Z1 = 0,93

Z2 = fungsi (Pr2, Tr2)

Pr2 = P2/Pc = 29/617 = 0,047

Tr2 = T2/Tc = 468/666 = 0,70

Zav =

Menghitung n (exponent politropik 1st)

Substitusi harga Zav dan n diperoleh :

Hpol =

Hpol = 8955 lbf.ft/lbm (dalam batas aman < 9000 lbf. ft/lbm)

Menghitung (pol

k=panas jenis ratio

k=

Menghitung k

Untuk T1 = 141oF, harga Cp (-41oF) dihitung dengan ekstrapolasi

cp (0oF) = 15,64 BTU/lbmoR dan Cp (50oF) = 16,88 BTU/lbmoR

cp (-41oF) = 15,64 +

cp (-41oF) = 14,62 BTU/lbmoR, maka

k (-41oF) =

Subsitusi harga, k = 1,16 didapat

Jadi

Hact =

Hact = 11585lbf.ft/lbm

c. Daya Kompresor 1st (CHP 1st)

CHP 1st =

CHP 1st = 7583 HP

d. Dimensi Impeler 1st Berdasarkan gambar 4.22 untuk Q1 = 117615 ICFM diperoleh diameter Impeller (D2) = 64 inchi

Berdasarkan Tabel 4.2 untuk Q1 = 117615 ICFM didapat diameter luar Impeller (D2) > 60 inchi dan koefisien head () = 0,54

Berdasarkan perhitungan head Impeler (H) hal. 64Hpol = dimana U2=Kecepatan keliling sisi luar Impeler

U2=

n=Putaran kompresor dengan penggerak turbin uap

n=3200 rpm

Hpol = , maka

Diameter Luar Impeler (D2)D2 =

D2 = 4,4 ft = 52,8 inchi 53 inchi

Untuk perhitungan ini ditentukan D2 (1st) = 60 inchi = 5 ft

Sehingga kecepatan keliling U2 =

U2 =

U2 = 838 ft/det

Untuk mendapatkan efisiensi yang baik dan menghindarkan terjadinya choke dan surge, dalam perhitungan ini diambil :

Sudut sudu keluar dan masuk Impeler berkisar 45o 30o, dimana (2 = 45o dan (1 = 30o Kecepatan radial gas keluar dan masuk sudu dalam batas range yang aman, yaitu sebagai berikut :

*) Cr2 = dimana

=Koefisien untuk menghindarkan choke

=0,2 0,3, ditentukan ( = 0,3

*) Cr1 = dimana

=Koefisien untuk menghindarkan Surge

=0,2 0,4 ditentukan ( = 0,4

*) Ref.Compressor Handbook

Berdasarkan segitiga kecepatan sisi keluar Impeler 1 st dapat dihitung sebagai berikut :

Cr2 = 0,3 x 838 ft/det = 251 ft/det

Wu2 =

Wu2 =

Cu2 = U2 Wu2 = 838 251 = 587 ft/det

tan

= 23o

Lebar laluan sudu sisi luar (b2)

b2 = dimana D2 = 60 inchi = 5 ft

Cr2 = 251 ft/det

Menghitung Q2Berlaku hubungan m1 = m2 = 19445 lbm/min sehingga

Q2 =

Q2 =

Q2 = 71427 ICFM = 1190 ft3/det

Maka

b2 =

b2 = 0,3 ft = 3,6 inchi

Diameter sisi masuk Impeler (D1)

Berdasarkan segitiga kecepatan sisi masuk Impeler 1st, dimana sudut (1 = 30o dan (1 = 90o dapat dihitung sebagai berikut :

Cr1 = (1 x U2 = 0,4 x 838 ft/det = 335 ft/det

Maka

U1 =

U1 =

D1 =

D1 = 3,5 ft = 42 inchi

Lebar Laluan Sudu Sisi Masuk (b1)

b1 = , ftdimana Q1= 117615 ICFM

Q1= 1960 ICFS

b1 =

b1 = 0,53 ft = 6,4 inchi

e. Jumlah Sudu (Zv) Impeler 1stUntuk menghitung jumlah sudu (Zv) perlu ditentukan harga slip faktor, yaitu perbandingan antara kecepatan gas kearah tangensial sebenarnya dengan teoritis.

Berdasarkan segitiga kecepatan sisi luar dapat ditentukan slip faktor ()

Harga slip faktor menurut Stodola

Dalam perhitungan ini diambil = 0,9, maka jumlah sudu Impeler 1st (Zv).

atau

Zv =

Zv = 22,2 buah

Sedang berdasarkan gambar 4.23 untuk harga = 0,9 dan = 45o didapat Zv = 22 buah

Untuk itu ditetapkan Zv (1st) = 22 buah

f. Jarak antara sudu Impeler 1stJarak antara sudu sisi luar (t2)

t2 =

t2 = 8,6 inchi 9 inchi

Jarak antara sudu sisi masuk (t1)

t1 =

t1 = 6,0 inchi

g. Diameter hub (Impeler), dh

dh =

dimana :

D1=3,5 ft

Q1=1960 ICFS

ch=Kecepatan gas pada hub (masuk Impeler)

=0,9 x C1 ( untuk C1 = Cr1 = 335 ft/det

ch=0,9 x 335 ft/det

ch=302 ft/det

maka

dh =

dh = 2 ft = 24 inchi

h. Dimensi Difusor dan Jumlah Sudu

Diameter inlet difusor (D3)

D3 = D2 + (0,002 x D2), ft

D3 = 5 + (0,002 x 5) = 5,01 ft = 60,12 inchi

Diameter luar difusor (D4)

D4 = (1,7 ( 2,0) D2, ft ditentukan

D4 = (1,75 x 5) ft = 8,75 ft

D4 = 105 inchi Lebar laluan masuk dan keluar difusor b3, b4b3 = b4 = 0,85 x b2 = 0,85 x 3 ft = 2,55 ft = 30,6 inchi

Jumlah sudu difusor (Zvi)

Zvi = Zv + 1 = 22 + 1 = 23 buah

i. Pengecekan terhadap Machine Mach Number 1stMachine MN =

=

Machine MN=1,2

(Untuk mencegah kebisingan casing dibuat Barrel Type)

Lakukan untuk 2nd, 3rd dan 4th sehingga perhitungan dapat dibuatkan rekapitulasi.2. Kompresor Stage 2 (2nd)a. Laju aliran massa (m2)

m2 = , lbm/min

dimana

P2 = P2 = 29 Psia

T2 = T2 = 468oR

Z2 = Z2 = 0,94

Q2 = Q2 + Qa, ICFM ( Qa = 46852 ICFM

Menghitung Q2Berlaku hubungan bahwa m1 = m2 = 19445 lbm/min, maka

Q2 =

Q2 =

Q2 = 71427 ICFM. Substitusi harga Q2 ke pers Q2

Didapat

Q2 = 71427 + 46852, ICFM = 118279 ICFM

Jadi m2

m2 =

m2 = 32200 lbm/min = 537 lbm/min

b. Head Actual (Hact)

Hact = , lbf.ft/lbm

Menghitung HpolHpol =

Menghitung ZavZav = , dimana Z2 = Z2 = 0,94

Z3 =fungsi (Pr3, Tr3)

Pr3=P3/Pc = 43,5/617 = 0,071

Tr3=T3/Tc = 499/666 = 0,75

Zav =

Menghitung n

Substitusi harga Zaw dan n didapat

Hpol =

Hpol = 6389 lbf.ft/lbm (dalam batas aman < 9000 lbf.ft/lbm)

Menghitung

k= panas jenis ratio

k=

Menghitung k

Untuk T2 = 8oF, harga Cp (8oF) dihitung dengan interpolasi Cp (0oF) = 15,64 BTU/lbmoR dan Cp (50oF) = 16,88 BTU/lbm oR

Cp (8oF) = 15,64 +

maka

Jadi HactHact =

Hact = 8233 lbf.ft/lbmc. Daya Kompresor 2nd (CHP 2nd)

CHP 2nd = 8932 HP

d. Dimensi Impeler 2nd (spt 1st)

Berdasarkan gambar 4.22 untuk Q21 = 118279 ICFM diperoleh diameter Impeller (D2) = 64 inchi

Berdasarkan Tabel 4.2 untuk Q21 = 118279 ICFM didapat diameter luar Impeller (D2) > 60 inchi dan koefisien head () = 0,54

Berdasarkan perhitungan head Impeler (H)

Hpol = dimana U2=Kecepatan keliling sisi luar Impeler

U2=

n=Putaran kompresor dengan penggerak turbin uap

n=3200 rpm

Hpol = , maka

Diameter Luar Impeler (D2)D2 =

D2 = 4,4 ft = 52,8 inchi 53 inchi

Untuk perhitungan ini ditentukan D2 (1st) = 60 inchi = 5 ft

Sehingga kecepatan keliling U2 =

U2 =

U2 = 838 ft/det

Untuk mendapatkan efisiensi yang baik dan menghindarkan terjadinya choke dan surge, dalam perhitungan ini diambil :

Sudut sudu keluar dan masuk Impeler berkisar 45o 30o, dimana (2 = 45o dan (1 = 30o Kecepatan radial gas keluar dan masuk sudu dalam batas range yang aman, yaitu sebagai berikut :

*) Cr2 = dimana

=Koefisien untuk menghindarkan choke

=0,2 0,3, ditentukan ( = 0,3

*) Cr1 = dimana

=Koefisien untuk menghindarkan Surge

=0,2 0,4 ditentukan ( = 0,4

*) Ref.Compressor Handbook

Berdasarkan segitiga kecepatan sisi keluar Impeler 1 st dapat dihitung sebagai berikut :

Cr2 = 0,3 x 838 ft/det = 251 ft/det

W2 =

Wu2 =

Cu2 = U2 Wu2 = 838 251 = 587 ft/det

tan

= 23o

Lebar laluan sudu sisi luar (b2)

b2 = dimana D2 = 60 inchi = 5 ft

Cr2 = 251 ft/det

Menghitung Q2Berlaku hubungan m1 = m2 = 19445 lbm/min sehingga

Q2 =

Q2 =

Q2 = 71427 ICFM = 1190 ft3/det

Maka

b2 =

b2 = 0,3 ft = 3,6 inchi

Diameter sisi masuk Impeler (D1)

Berdasarkan segitiga kecepatan sisi masuk Impeler 1st, dimana sudut (1 = 30o dan (1 = 90o dapat dihitung sebagai berikut :

Cr1 = (1 x U2 = 0,4 x 838 ft/det = 335 ft/det

Maka

U1 =

U1 =

D1 =

D1 = 3,5 ft = 42 inchi

Lebar Laluan Sudu Sisi Masuk (b1)

b1 = , ftdimana Q1= 117615 ICFM

Q1= 1960 ICFS

b1 =

b1 = 0,53 ft = 6,4 inchi

e. Jumlah Sudu (Zv) Impeler 1stUntuk menghitung jumlah sudu (Zv) perlu ditentukan harga slip faktor, yaitu perbandingan antara kecepatan gas kearah tangensial sebenarnya dengan teoritis.

Berdasarkan segitiga kecepatan sisi luar dapat ditentukan slip faktor ()

Harga slip faktor menurut Stodola

Dalam perhitungan ini diambil = 0,9, maka jumlah sudu Impeler 1st (Zv).

atau

Zv =

Zv = 22,2 buah

Sedang berdasarkan gambar 4.23 untuk harga = 0,9 dan = 45o didapat Zv = 22 buah

Untuk itu ditetapkan Zv (1st) = 22 buah

f. Jarak antara sudu Impeler 1stJarak antara sudu sisi luar (t2)

t2 =

t2 = 8,6 inchi 9 inchi

Jarak antara sudu sisi masuk (t1)

t1 =

t1 = 6,0 inchi

g. Diameter hub (Impeler), dh

dh =

dimana :

D1=3,5 ft

Q1=1960 ICFS

ch=Kecepatan gas pada hub (masuk Impeler)

=0,9 x C1 ( untuk C1 = Cr1 = 335 ft/det

ch=0,9 x 335 ft/det

ch=302 ft/det

maka

dh =

dh = 2 ft = 24 inchi

h. Dimensi Difusor dan Jumlah Sudu

Diameter inlet difusor (D3)

D3 = D2 + (0,002 x D2), ft

D3 = 5 + (0,002 x 5) = 5,01 ft = 60,12 inchi

Diameter luar difusor (D4)

D4 = (1,7 ( 2,0) D2, ft ditentukan

D4 = (1,75 x 5) ft = 8,75 ft

D4 = 105 inchi

Lebar laluan masuk dan keluar difusor b3, b4b3 = b4 = 0,85 x b2 = 0,85 x 3 ft = 2,55 ft = 30,6 inchi

Jumlah sudu difusor (Zvi)

Zvi = Zv + 1 = 22 + 1 = 23 buah

i. Pengecekan terhadap Machine Mach Number 1stMachine MN =

=

Machine MN=1,2

(Untuk mencegah kebisingan casing dibuat Barrel Type)3. Kompresor Stage 3 (3rd)a. Laju aliran massa (m3)

m3 =

dimana :

P3 = P3 = 43,5 Psia

T3 = T3 = 39o F = 499oR

Z3 = Z3 = 0,93

Q3 = Q3 + Qb, ICFM ( Qb = 17844 ICFM

Menghitung Q3Berlaku hubungan bahwa m2 = m3 = 32200 lbm/min, maka

Q3=

Q3=

Q3=83182 ICFM Substitusi harga Q3 ke pers. Q3

Didapat

Q3 = 83182 + 17844 ICFM = 101026 ICFM

Jadi m3

m3=

m3=39107 lbm/min = 652 lbm/detb. Head Actual (Hact)

Hact =

Menghitung HpolHpol =

Menghitung ZavZav = , dimana Z3 = Z3 = 0,93

Z4 = fungsi (Pr4, Tr4)Pr4 = P4/Pc, untuk P4 =

Pr4 = 58,7/617 = 0,095Tr4 = 523/666 = 0,785

Zav =

Menghitung n

Substitusi harga Zaw dan n ke Hpol didapat

Hpol =

Hpol = 4938 lbf.ft/lbm Menghitung

=

k=panas jenis ratio

k=

Menghitung k

Untuk T3 = 39oF, harga Cp (39oF) dihitung dengan interpolasi Cp (0oF) = 15,64 BTU/lbmoR dan Cp (50oF) = 16,88 BTU/lbmoR

Cp (39oF) = 15,64 +

maka

Jadi HactHact =

Hact = 6463 lbf.ft/lbm

c. Daya Kompresor 3rd (CHP 3rd)

CHP 3rd =

CHP 3rd = 8513, HP

d. Dimensi Impeler 3rd (spt 1st)

4. Kompresor Stage 4 (4 th)

a. Laju aliran massa (m4)

Berlaku hubungan bahwa m3 = m4 = 39107 lbm/min = 652 lbm/det, maka

Dimana

P4=58,7 Psia

T4=523 oR

Z4=0,92

Q4=

Q4=77622 ICFM

b. Head Actual (Hact)

Hact =

Menghitung HpolHact =

Menghitung ZawZav = , dimana Z4 = 0,92

Z5=fungsi (Prs, Trs)

Pr5=P5/Pc = 79,25/617 = 0,13

Tr5=T5/Tc = 547,5/666 = 0,82

Zav=

Menghitung n

Substitusi harga Zaw dan n ke Hpol didapat

Hpol =

Hpol = 5182 lbf.ft/lbm

Menghitung

Untuk T4 = 63oF, harga Cp (63oF) dihitung dengan Interpolasi Cp (60oF) = 17,13 BTU/lbm oR dan Cp (100oF) = 18,17 BTU/lbm oR, maka :

Cp (63oF) = 17,13 +

maka

Jadi HactHact =

Hact = 6873 lbf.ft/lbmc. Daya Kompresor 4th (HP 4th)

CHP 4th =

CHP 4th = 9053 HP

d. Dimensi Impeler 4th (spt 1st)

5. Total Daya Kompresor (CHP)

CHP = CHP 1st + CHP 2nd + CHP 3rd + CHP 4th, HP

= 7583 + 8932 + 8513 + 9053, HP

CHP= 34081 HP

6. Daya Penggerak (DHP)

Dalam hal ini penggerak adalah turbin uap dengan transmisi gear box

DHP = dimana = 98 %

DHP =

Qs

Qa

Qb

1

2

3

4

4th

5

Qd

3rd

2nd

1st

Grafik Z1 = 0,93

Grafik Z2 = 0,94

U2

Cu2

Wu2

(2

Cr2

(2

W2

C2

W1

(1

C1 = Cr1

(1

U1 = Wu1

CU2

CU2

U2

WU2

(2

Cr2

Cr2

(2

w2

W2

C2

C2

Grafik Z3 = 0,93

U2

Cu2

Wu2

(2

Cr2

(2

W2

C2

W1

(1

C1 = Cr1

(1

U1 = Wu1

CU2

CU2

U2

WU2

(2

Cr2

Cr2

(2

w2

W2

C2

C2

Grafik Z4 = 0,92

Grafik Z5 = 0,93

2

3

_1264351062.unknown

_1264351091.unknown

_1264351107.unknown

_1264351115.unknown

_1264357566.unknown

_1317496952.unknown

_1355639348.unknown

_1355727172.unknown

_1299907442.unknown

_1264355427.unknown

_1264357256.unknown

_1264351117.unknown

_1264351119.unknown

_1264351120.unknown

_1264351118.unknown

_1264351116.unknown

_1264351111.unknown

_1264351113.unknown

_1264351114.unknown

_1264351112.unknown

_1264351109.unknown

_1264351110.unknown

_1264351108.unknown

_1264351099.unknown

_1264351103.unknown

_1264351105.unknown

_1264351106.unknown

_1264351104.unknown

_1264351101.unknown

_1264351102.unknown

_1264351100.unknown

_1264351095.unknown

_1264351097.unknown

_1264351098.unknown

_1264351096.unknown

_1264351093.unknown

_1264351094.unknown

_1264351092.unknown

_1264351075.unknown

_1264351083.unknown

_1264351087.unknown

_1264351089.unknown

_1264351090.unknown

_1264351088.unknown

_1264351085.unknown

_1264351086.unknown

_1264351084.unknown

_1264351079.unknown

_1264351081.unknown

_1264351082.unknown

_1264351080.unknown

_1264351077.unknown

_1264351078.unknown

_1264351076.unknown

_1264351066.unknown

_1264351071.unknown

_1264351073.unknown

_1264351074.unknown

_1264351072.unknown

_1264351069.unknown

_1264351070.unknown

_1264351068.unknown

_1264351064.unknown

_1264351065.unknown

_1264351063.unknown

_1264351030.unknown

_1264351039.unknown

_1264351049.unknown

_1264351053.unknown

_1264351057.unknown

_1264351059.unknown

_1264351060.unknown

_1264351061.unknown

_1264351058.unknown

_1264351055.unknown

_1264351056.unknown

_1264351054.unknown

_1264351051.unknown

_1264351052.unknown

_1264351050.unknown

_1264351044.unknown

_1264351047.unknown

_1264351048.unknown

_1264351046.unknown

_1264351042.unknown

_1264351043.unknown

_1264351040.unknown

_1264351034.unknown

_1264351037.unknown

_1264351038.unknown

_1264351036.unknown

_1264351032.unknown

_1264351033.unknown

_1264351031.unknown

_1264351021.unknown

_1264351026.unknown

_1264351028.unknown

_1264351029.unknown

_1264351027.unknown

_1264351023.unknown

_1264351024.unknown

_1264351022.unknown

_1264351012.unknown

_1264351016.unknown

_1264351018.unknown

_1264351020.unknown

_1264351017.unknown

_1264351014.unknown

_1264351015.unknown

_1264351013.unknown

_1264351008.unknown

_1264351010.unknown

_1264351011.unknown

_1264351009.unknown

_1264351006.unknown

_1264351007.unknown

_1264351005.unknown