ANALISA PERFORMANSI KOMPRESOR TORAK PADA PENDISTRIBUSIAN MIGAS DARI STASIUN PENGUMPUL (SP XII) KE KILANG MINI DENGAN KAPASITAS 600,6 m3/jam
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh NIA YULITA SINURAT 1205052089
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
INTISARI Kompresor adalah suatu mesin fluida yang digunakan untuk menaikkan gas bertekanan rendah menjadi gas bertekanan tinggi. Jenis kompresor yang digunakan pada perusahaan PT PERTAMINA EP adalah kompresor torak bertingkat dengan penggerakmotor bakar. Kompresor torak bekerja dengan prinsip tekanan bolak-balik dari piston yang digerakkan oleh poros engkol. Udara yang dikompresikan ke silinder melalui katup isap dan dikeluarkan melalui katup buang. Dari hasil perhitungan yang diperoleh adalah: efisiensi kerja isothemal sebesar 16,68923 %, efisiensi kerja adiabatik sebesar 18,756 % , efisiensi kerja politropik sebesar 16,7050 % , dan efisiensi volumetric sebesar 82,142 %. Dilihat dari efisiensinya, kerja kompresor yang diperlukan kompresor torak tiga tingkat akan lebih kecil dan lebih hemat dibandingkan dengan kerja kompresor torak 2 tingkat.
Kata kunci: Kompresor torak bertingkat, efisiensi kerja kompresor
v
ABSTRACT Compressor is a fluid machine that used for lifting low pressure gas. Compressor type that used in company of PT PERTAMINA EP is multistage piston compressor with combustion engine mover. Piston compressor works with the principle of alternating pressure from piston that moved by crankshaft. Air that compressed to cylinder through suction valve and be taken out through exhaust valve. From that result of calculation that obtained is:ishotermal efficiency is about 16,68923 %, adiabatic efficiency is about 18,756 % , politropik efficiency is about 16,7050 %, and volumetric efficiency is about 82,142 %. Observed from the efficiency, work that needed by piston compressor 3 stages will be smaller and more saving if compared by work of piston compressor 2 stage.
Keywords : Multistage piston compressor, compressor efficiency.
vi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat dan kasihnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul
“ANALISA
PERFORMANSI
KOMPRESOR
TORAK
PADA
PENDISTRIBUSIAN MIGAS DARI STASIUN PENGUMPUL (SP XII) KE KILANG MINI DENGAN KAPASITAS 600,6 m3/jam”. Penulisan tugas akhir ini salah satu syarat untuk menyelesaikan mata kuliah tugas akhir semester IV Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan hasil pengamatan dan pengambilan data langsung di PT PERTAMINA EP FIELD Pangkalan Susu dan juga dari beberapa buku referensi. Dalam proses analisa ini, dibutuhkan beberapa data penunjang baik berupa data spesifikasi maupun data operasi. Dalam penulisan laporan ini, penulis telah mendapat bimbingan dan arahan dari berbagai pihak,baik secara material, informasi maupun dukungan. Untuk itu, sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak M Syahruddin,S.T.,M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Bapak Idham Kamil,M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Bapak Ir. Abdul razak,M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 4. Bapak Faisal Fahmi Hasan, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing saya yang selalu memberi saran, motivasi dan waktunya dalam penulisan tugas akhir ini; 5. Seluruh dosen pengajar dan staf pegawai di Jurusan Tenik Mesin Program Studi Teknik Konversi
Energi Mekanik, penulis mengucapkan
terimakasih atas semua bimbingan, nasehat, serta didikan yang diberikan
vii
kepada penulis selama tiga tahun mengenyam pendidikan di Politeknik Negeri Medan; 6. Kedua orang tua (Ayahanda Tinjo Sinurat dan Ibunda Jenny Sihotang) dan saudara-saudara saya ( Yos Sinurat, Friska Sinurat, Inri Sinurat, Sriani Sinurat, Frans Sinurat, Owen Sinurat, Riwi Sinurat) yang selalu memberikan doa, dukungan, materi serta kasih sayang yang berlimpah; 7. Bapak Benry Simanjuntak, Bapak Alex dan seluruh staff lapangan PT PERTAMINA atas bantuannya dalam pengambilan data kompresor di PT PERTAMINA EP FIELD Pangkalan Susu; 8. Andi, Dian, Kanigah, Tryan, Henny teman PKL di PT PERTAMINA PANGKALAN SUSU; 9. Rekan-rekan Mahasiswa Teknik Konversi Energi angkatan 2012 yang telah memberikan semangat dan motivasi kepada penulis. Dalam penulisan laporan ini, penulis menyadari masih terdapat kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu, penulis berharap kritik dan saran yang sifatnya membangun kesempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca atau siapa saja yang ingin membuat penuntun. Medan, Agustus 2015 Hormat penulis,
Nia Yulita Sinurat Nim: 1205052089
viii
DAFTAR ISI Halaman JUDUL ......................................................................................................... i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ................................................................ ii LEMBAR PERSETUJUAN ....................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................ iv INTISARI .................................................................................................... v ABSTRACT ................................................................................................ vi KATA PENGANTAR ................................................................................. vii DAFTAR ISI ................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xiv DAFTAR TABEL ....................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah .............................................................. 1 1.2 Batasan Masalah.......................................................................... 2 1.3 Tujuan ......................................................................................... 3 1.4 Manfaat ....................................................................................... 3 1.5 Metode Pengumpulan Data ......................................................... 3 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Kompresor................................................................. 5 2.2 Klasifikasi Kompresor ................................................................ 6 2.2.1 Kompresor Positive Displacement .................................... 7 2.2.1.1 Kompresor Torak Resiprokal .................................... 7 2.2.1.2 Kompresor Torak Dua Tingkat Sistem Pendingin .... 7 2.2.1.3 Kompresor Diafragma............................................... 8 2.2.1.4 Kompresor Putar ....................................................... 9 2.2.1.5 Kompresor Sekrup .................................................... 10 2.2.1.6 Kompresor Root Blower ........................................... 11
ix
2.2.1.7 Kompresor Aliran...................................................... 11 2.2.1.8 Kompresor Aliran Radial ......................................... 12 2.2.1.9 Kompresor Aliran Aksial .......................................... 13 2.2.2 Kompresor Dinamik ........................................................... 13 2.2.2.1 Kompresor Sentrifugal .............................................. 14 2.2.2.2 Kompresor Aksial ..................................................... 15 2.3 Bagian-Bagian Kompresor Secara Umum .................................. 17 2.3.1 Bagian Statis ...................................................................... 17 2.3.2 Bagian Dinamis .................................................................. 19 2.4 Komponen Utama Pada Kompresor Torak dan Fungsinya ........ 20 2.5 Proses Pengolahan Migas dan Pendistribusian Migas di PT PERTAMINA EP PANGKALAN SUSU .................................. 25 2.5.1Tahap Eksplorasi ................................................................. 25 2.5.1.1 Lingkungan Terdapatnya Migas ............................... 25 2.5.1.2 Progonosis ................................................................. 25 2.5.2 Tahap Pengeboran .............................................................. 26 2.5.3 Tahap Evaluasi ................................................................... 27 2.5.4 Tahap Produksi .................................................................. 27 2.5.5 Enhanced Oil Recovery ..................................................... 28 2.5.6 Water Flooding................................................................... 28 2.5.7 Thermal .............................................................................. 28 2.5.8 Chemical ............................................................................ 28
x
2.5.9 Injeksi Campuran ............................................................... 28 2.6 Diagram Alir Produksi Migas di SP XII .................................... 29 2.6.1 Peralatan Proses Produksi .................................................. 29 2.6.1.1 Kepala Sumur ............................................................ 29 2.6.1.2 Manifold .................................................................... 31 2.6.1.3 Separator ................................................................... 31 2.6.1.4 Kompresor ................................................................. 32 2.6.1.5 Booster ...................................................................... 33 2.6.1.6 Pompa........................................................................ 33 2.6.1.7 Pipa............................................................................ 34 2.6.1.8 Tanki ......................................................................... 34 2.7 Proses Kilang Mini LPG ( Liquid Petrolium Gas) Di Paluh Tabuhan Timur................................................................. 35 BAB III KOMPRESOR TORAK 3.1 Kompresor Torak ........................................................................ 38 3.2 Prinsip Kerja Kompresor Torak .................................................. 38 3.3 Penggerak Kompresor ................................................................. 43 3.4 Konstruksi Kompresor Torak...................................................... 43 3.4.1 Silinder dan Kepala Silinder .............................................. 43 3.4.2 Torak dan Cincin Torak ..................................................... 44 3.5 Teori Kompresi ......................................................................... 45 3.5.1 Hubungan Tekanan dan Volume ...................................... 45 3.5.2 Hubungan Antara Temperatur Dan Volume ................... 46 3.5.3 Persamaan Keadaan ......................................................... 47 3.6 Proses Kompresi Gas ................................................................. 48 xi
3.6.1 Cara Kompresi ................................................................... 48 3.6.2 Kompresi Isotermal ........................................................... 48 3.6.1.2 Kompresi Adiabatik .................................................. 49 3.6.1.3 Kompresi Politropik .................................................. 50 3.7 Efisiensi Volumetrik ................................................................... 51 3.8 Efisiensi Adiabatik ...................................................................... 52 3.9 Kompresor Torak Satu Tingkat ................................................... 53 3.10 Kompresor Torak Dua Tingkat dengan Intercooler .................. 55 3.10.1 Prinsip Kerja Kompresor Torak Dua Tingkat dengan Intercooler .................................................................................. 55 3.10.2 Kerja Kompresor Dua Tingkat ......................................... 55 3.11 Kompresor Torak Tiga Tingkat .............................................. 56 3.11.1 Prinsip Kerja Kompresor Torak Dua Tingkat .................. 56 3.11.2 Kerja Kompresor Torak Dua Tingkat ............................. 56 3.12 Kompresor Torak Tiga Tingkat ............................................... 56
BAB IV ANALISA DATA 4.1 Data Spesifikasi Kompresor Torak Tiga Tingkat ..................... 60 4.2 Data Operasional Kompresor Torak Tiga Tingkat .................... 60 4.3 Perhitungan Performansi Kompresor Torak Tiga Tingkat......... 61 4.4 Kerja Kompresor Torak Tiga Tingkat dengan Pendinginan ...... 62 4.4.1 Kerja Isotermal ................................................................... 62 4.4.2 Kerja Adiabatik .................................................................. 63 4.4.3 Kerja Politropik .................................................................. 63 4.5 Efisiensi Kerja Kompresor Torak Tiga Tingkat......................... 64 4.5.1 Efisiensi Kerja Isotermal .................................................... 64 4.5.2 Efisiensi Kerja Adiabatik ................................................... 64 4.5.3 Efisiensi Kerja Politropik ................................................... 64 4.5.4 Efisiensi Kerja Volumetrik ................................................ 65
xii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ................................................................................ 66 5.2 Saran........................................................................................... 67 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul Gambar
Halaman
Gambar 2.1
Bagan Klasifikasi Kompresor………………………………… 6
Gambar 2.2
Kompresor Torak Resiprokal ………………………………… 7
Gambar 2.3
Kompresor Torak Dua Tingkat Pendinginan Udara…………… 8
Gambar 2.4
Kompresor Diafragma…………………………………………. 9
Gambar 2.5
Kompresor Rotary Baling-Baling Luncur…………………….. 10
Gambar 2.6
Kompresor Sekrup…………………………………………….. 10
Gambar 2.7
Kompresor Model Root Blower………………………………. 11
Gambar 2.8
Kompresor Aliran Aksial……………………………………… 12
Gambar 2.9
Kompresor Aliran Radial……………………………………… 13
Gambar 2.10 Kompresor Dinamik…………………………………………… 14 Gambar 2.11 Kompresor Sentrifugal………………………………………… 15 Gambar 2.12 Kompresor Aksial……………………………………………… 16 Gambar 2.13 Kerangka Kompresor………………………………………….. 21 Gambar 2.14 Poros Engkol………………………………………………….. 21 Gambar 2.15 Batang Penghubung…………………………………………… 22 Gambar 2.16 Kepala Silang………………………………………………….. 22 Gambar 2.17 Silinder………………………………………………………… 23 Gambar 2.18 Torak…………………………………………………………… 24 Gambar 2.19 Katup Kompresor……………………………………………… 25 Gambar 2.20 Wellhead………………………………………………………. 29
xiv
Gambar 2.21 Sumur ………………………………………………………..
30
Gambar 2.22 Manifold………………………………………………………
31
Gambar 2.23 Separator………………………………………………………
32
Gambar 2.24 Kompresor……………………………………………………. 32 Gambar 2.25 Pompa…………………………………………………………
33
Gambar 2.26 Tanki…………………………………………………………. 35 Gambar 3.1
Kompresor Torak…………………………………………….
38
Gambar 3.2
Diagram P-V Kompresor Torak………………………………. 39
Gambar 3.3
Langkah Isap …………………………………………………. 41
Gambar 3.4
Langkah Kompresi……………………………………..……. 42
Gambar 3.5
Langkah Buang……………………………………………….. 42
Gambar 3.6
Kompresor Torak Berpindah………..……………………….. 43
Gambar 3.7
Silinder dan Kepala Silinder…………………………………. 44
Gambar 3.8
Torak Dari Kompresor Bebas Minyak………….…….………
45
Gambar 3.9
Diagram T-S ( Aktual) Siklus Brayton………………………
48
Gambar 3.10 Langkah Torak Kerja Tunggal…………………..……………
51
Gambar 3.11 Diagram P-V Pada Kompresor Torak Satu Tingkat…………
54
xv
DAFTAR TABEL No.
Judul Tabel
Halaman
Tabel 2.1
Kriteria Umum Kompresor................................................. 16
Tabel 2.2
Perbandingan Untuk Beberapa Kompresor............................ 17
xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi yang semakin komplek mampu mempengaruhi pola pikir manusia. Kemajuan ini telah mendorong manusia untuk berusaha mengatasi segala permasalahan yang timbul disekitarnya. Gas bumi atau gas alam bukan saja merupakan gas bakar yang paling penting, tetapi juga merupakan bahan baku utama untuk berbagai sintesis kimia. Produk dari gas bumi yang terutama adalah hidrokarbon dan LPG. Dengan semakin naiknya nilai minyak bumi, maka proses pemulihan hasil gas makin ditingkatkan. Pada usaha pengembangan infrastruktur dalam industri maupun kebutuhan rumah tangga, manusia saat ini dituntut oleh zaman yang semakin maju. Pemerintah Indonesia telah memperioritaskan pengusahaan sumber daya energi alternative seperti gas LPG ( Liquied Petrolium Gas) untuk kebutuhan rumah tangga dan industri. Liquied Petrolium Gas (LPG) merupakan merek dagang pertamina yang mana komponen utamanya terdiri dari Propana (C3H8), dan butana (C4H10) serta mengandung sejumlah kecil Ethana (C2H6) dan pentana (C5H12). LPG merupakan bahan bakar gas yang berbentuk cairan yang diperoleh dari hasil destilasi bertekanan dari fraksi gas yang dicairkan/diembunkan pada kondisi tertentu. Proses pendistribusian awal dimulai dari pengeboran sumur, fluida sumur yang merupakan fluida campuran gas, minyak dan air dialirkan ke SP (stasiun pengumpul) melalui pipa air atau fluida-fluida tersebut akan bertemu satu sama lain karena adanya hubungan atau koneksi pada manifold dan header. Migas yang di stasiun pengumpul (SP XII) akan didistribusikan ke kilang mini tabuhan 1
batu dengan menggunakan kompresor. Kita ketahui bahwa kompresor adalah alat yang digunakan untuk menggerakkan udara atau gas dari suatu tempat ke tempat yang lain. Gas mempunyai sifat yang dapat dimampatkan sehingga butuh peralatan untuk pemampatan. Pada proses pemampatan, udara mempunyai tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan udara lingkungan (1atm). Prinsip kerja kompresor, menggunakan energi luar kemudian diubah menjadi energi fluida pada katup keluar, udara mampat mempunyai energi tekanan yang besar. Penggunaan kompresor sangat penting di industri, baik sebagai penghasil udara mampat atau sebagai satu kesatuan dari mesin-mesin. Aktivitas keseharian kita sering memanfaatkan udara mampat baik secara langsung atau tidak langsung. Contoh pemakaiannya adalah, udara mampat yang digunakan untuk mengisi ban mobil atau sepeda motor, udara mampat untuk membersihkan bagian-bagian mesin yang kotor di bengkel-bengkel dan lain-lain. Tugas akhir ini, hanya membahas tentang kompresor yang berperan penting pada pendistribusian migas, topiknya dipersempit untuk kompresor yang berjenis torak. Berdasarkan uraian diatas tentang pentingnya kompresor dalam kegiatan industri, terutama pada pendistribusian migas. Penulis tertarik untuk mengangkatnya menjadi sebuah tugas akhir yang berjudul Analisa performansi kompresor torak pada pendistribusian migas dari stasiun pengumpul (SP XII) ke kilang mini dengan kapasitas produksi 6006,6 m3/jam.
1.2 Batasan Masalah Dalam penulisan laporan tugas akhir ini memiliki batasan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana klasifikasi kompresor torak? 2. Bagaimana prinsip kerja kompresor torak? 2
3. Bagaimana memperoleh data-data perhitungan kompresor torak? 4. Bagaimana menghitung performansi kompresor torak?
1.3 Tujuan Adapun tujuan penulisan laporan tugas akhir ini adalah: 1. Untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III Politeknik Negeri Medan, Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik. 2. Untuk mengetahui pendistribusian migas di Pertamina dari stasiun pengumpul (SP XII) ke Kilang Mini. 3. Untuk mengetahui peranan kompresor dalam pemindahan fluida berupa migas.
1.4 Manfaat 1. Bagi penulis sendiri untuk menambah wawasan dan pengetahuan tentang kompresor agar nantinya setelah terjun kelapangan dapat dijadikan sebagai pedoman atau buku petunjuk. 2.
Membandingkan antara teori yang diperoleh dari bangku perkuliahan dengan yang ada dilapangan.
3. Sebagai bahan perbandingan bagi mahasiswa lain yang akan membahas hal yang sama.
1.5 Metode Pengumpulan Data Dalam penyusunan laporan ini,penulis melakukan beberapa metode dalam penyusunan laporan ini,diantaranya:
3
1. Observasi langsung ke lapangan. 2. Konsultasi dengan pembimbing lapangan dan dosen pembimbing. 3. Studi pustaka, yaitu mempelajari buku-buku referensi dalam melengkapi teori-teori yang berhubungan dengan kompresor.
4
