TUGAS AKHIR – TM 090340
PERHITUNGAN ULANG INSTALASI KOMPRESOR CP9560 PADA CENTRAL PROCESING AREA ( CPA ) JOB PERTAMINA-PETROCHINA EAST JAVA TUBAN
INDRA FAJAR ARRASICH NRP 2111 030 042 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT NIP 19620216 199512 1 001
PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas TeknologiIndustri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014
TUGAS AKHIR – TM 090340
PERHITUNGAN ULANG INSTALASI KOMPRESOR CP9560 PADA CENTRAL PROCESING AREA ( CPA ) JOB PERTAMINA-PETROCHINA EAST JAVA TUBAN
INDRA FAJAR ARRASICH NRP 2111 030 042 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT NIP 19620216 199512 1 001
PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014
FINAL PROJECT – TM 090340
RE-CALCULATION OF COMPRESSOR CP-9650 INSTALATION IN CENTRAL PROCESING AREA ( CPA ) JOB PERTAMINA-PETROCHINA EAST JAVA TUBAN
INDRA FAJAR ARRASICH NRP 2111 030 042 Counselor Lecture Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT NIP 19620216 199512 1 001
DIPLOMA III MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT Faculty of Industry Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2014
FINAL PROJECT – TM 090340
RE-CALCULATION OF COMPRESSOR CP-9650 INSTALATION IN CENTRAL PROCESING AREA ( CPA ) JOB PERTAMINA-PETROCHINA EAST JAVA TUBAN
INDRA FAJAR ARRASICH NRP 2111 030 042 Counselor Lecture Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT NIP 19620216 199512 1 001
DIPLOMA III MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT Faculty of Industry Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2014
DAFTAR ISI Halaman Judul Lembar Pengesahan Abstrak Kata Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel BAB I 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
PENDAHULUAN Latar Belakang………………………………………….. 1 Perumusan Masalah…………………………………….. 2 Tujuan…………………………………………………… 2 Batasan Masalah………………………………………… 2 Manfaat…………………………………………………. 3 Sistematika Penulisan…………………………………… 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Central Processsing Area (CPA)……………. 5 2.1.1 Komponen Utama Pada Central Processsing Area (CPA)………………………………………….......... 6 2.2 Prinsip Kerja Kompresor…………………………………. 7 2.3 Klasifikasi Kompresor……………………………………. 10 2.4 Konstruksi Kompresor Reciprocating……………………. 16 2.4.1 Silinder dan Kepala Silinder……………………….. 17 2.4.2 Katup……………………………………………….. 18 2.4.3 Kotak Engkol………………………………………. 20 2.4.4 Alat Pengatur Kapasitas…………………………… 20 2.4.5 Pelumasan………………………………………….. 22 2.4.6 Peralatan Pembantu……………………………….. 24 2.5 Karakteristik Kompresor Reciprocating…………………. 24 2.5.1 Tekanan Udara…………………………………….. 24 2.5.2 Proses Kompresi…………………………………… 25 2.5.3 Perubahan Temperatur……………………………. 30 2.5.4 Efisiensi Volumetrik dan Adiabatik……………….. 32 2.6 Jenis Penggerak dan Transmisi Daya Poros……………… 39 vi
2.7 Pipa (pipe)…………………………………………………40 2.7.1 Material Pipa……………………………………….. 41 2.7.2 Kode dan Standar Pipa…………………………….. 42 2.6.3 Fitting………………………………………………. 43 2.6.4 Katup (Valve)………………………………………. 44 2.8 Hukum Kontinuitas………………………………………. 44 2.9 Head Fluida………………………………………………. 46 2.10 Perhitungan Kerugian Tekanan………………………… 48 2.10.1 Kerugian Mayor (Major Losses)…………………. 48 2.10.2 Kerugian Minor (Minor Losses)………………….. 49 2.11 Software Pipe Flow Expert…………………………….. 50 BAB III METODE ANALISA 3.1 Metode Penyusunan Tugas Akhir……………………….. 53 3.2 Data-Data Hasil Survey………………………………….. 53 3.2.1 Spesifikasi Sour Gas……………………………….. 54 3.2.2 Data Spesifikasi Kompresor………………………. 54 3.2.3 Data Pipa…………………………………………… 55 3.3 Study Literature…………………………………………... 55 3.4 Pengambilan Data…………………………………………56 3.5 Perhitungan……………………………………………….. 56 3.6 Kesimpulan……………………………………………….. 61 3.7 Urutan Pengerjaan……………………………………….. 62 3.7.1 Diagram Alir Secara Umum……………………….. 62 3.7.2 Diagram Alir Perhitungan Unjuk Kerja Kompresor………………………………………….. 64 BAB IV PERHITUNGAN 4.1 Umum ……………………………………………….......... 67 4.2 Perencanaan Sistem Distribusi Sour Gas………………... 67 4.2.1 Penaksiran Kebutuhan Sour Gas………………….. 67 4.2.2 PerhitunganManual Sistem Distribusi Sour Gas …. 67 4.2.2.1 Pengecekan Diameter Instalasi Perpipaan……. 67 4.2.2.1.1 Perhitungan Kecepatan Aliran pada pipa suction………………………………. 67 4.2.2.1.2 Perhitungan Kcecepatan Aliran pada pipa discharge……………………………. 69 4.2.3 Perhitungan Pressure Drop Instalasi………………. 74 vii
4.2.3.1 Perhitungan Pressure Drop Mayor…………….. 75 4.2.3.2 Perhitungan Pressure Drop Minor………………81 4.3 Perhitungan Daya yang Dibutuhkan…………………… 85 4.4 Perhitungan Secara Pemodelan Numerik………………… 87 4.4.1 Perbandingan Pressure Drop Teoritis dengan Pressure Drop Numerik (∆Pnum)………….. 89 4.5 Perawatan Kompresor…………………………………….. 90 4.5.1 Perawatan Umum………………………………….. 90 4.5.2 Perawatan Berkala Selama Pengoperasian……… 90 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan……………………………………………….. 93 5.2 Saran……………………………………………………… 93 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 2.6 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5
Panas jenis beberapa gas Hubungan antara volume dan tekanan pada berbagai proses kompresi Perhitungan daya adiabatik teoritis Spesifikasi carbon steel pipe – schedule 40 Nilai koefisien kekasaran pada setiap material pipa Equivalent length pada katup dan fitting Kecepatan aliran pipa discharge Pressure Drop Pipa Discharge Pressure Drop Minor pada section F-G Dengan diameter pipa 2 inch Pressure Drop Minor pada section G-H Dengan diameter pipa 6 inch Pressure Drop Minor pada section H-I Dengan diameter pipa 10 inch
xii
29 29 39 41 42 50 79 80 84 84 85
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 2.16 Gambar 2.17 Gambar 2.18 Gambar 2.19 Gambar 2.20 Gambar 2.21 Gambar 2.22 Gambar 2.23 Gambar 2.24 Gambar 2.25
Pompa ban a, b, dan c adalah Proses kerja dari kompresor torak kerja tunggal Proses kerja dari kompresor torak kerja ganda Klasifikasi kompresor Kompresor Vane Kompresor jenis Root Kompresor Skrup atau Ulir Kompresor Torak kerja tunggal Kompresor Torak kerja ganda Kompresor Sentrifugal satu tingkat Kompresor Sentrifugal banyak tingkat Grafik tekanan kapasitas kompresor Kompresor Torak dengan pendingin udara Kompresor Torak dengan pendingin air Konstruksi Kompresor Torak silinder (berpendingin air) Konstruksi Kompresor Torak silinder (berpendingin udara) Konstruksi katup kompresor jenis pita Konstruksi katup kompresor jenis cincin Konstruksi katup kompresor jenis kanal Konstruksi katup kompresor jenis kepak Cara kerja pembebas beban katup hisap Pelumasan paksa pada kompresor Pelumasan luar kompresor torak Grafik proses kompresi isothermal Grafik proses kompresi adiabatic ix
8 9 10 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 17 18 18 18 21 22 23 26 27
Gambar 2.26 Gambar 2.27 Gambar 2.28 Gambar 2.29 Gambar 2.30 Gambar 2.31 Gambar 2.32 Gambar 2.33 Gambar 2.34 Gambar 2.35 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 3.11 Gambar 3.12 Gambar 4.1 Gambar 4.2
Volume gas konstan yang mengalami kenaikan tekanan akibat dipanasi Perbandingan tekanan dan temperatur dalam kompresi adiabatik Langkah torak untuk kerja tunggal dan kerja ganda Diagram P-V dari kompresor torak Grafik efisiensi volumetris dan perbandingan tekanan Kompresor dua stage dengan intercooler Salah satu contoh fitting pipa jenis flange Persamaan kontinuitas dengan volume atur Volume atur dan koordinat analisa energi Instalasi pada Pipe flow expert Kompresor CP9650 Pemilihan satuan Tombol perintah untuk memilih fluida kerja Form pengisian data pipa dan aksesoris Ikon eksekusi untuk menambahkan pompa pada instalasi Jendela pump data, untuk memasukkan data kompresor Tombol eksekusi perhitungan Contoh hasil perhitungan Diagram alir secara umum Diagram alir secara umum lanjutan Diagram alir perhitungan unjuk kerja kompresor Diagram alir perhitungan unjuk kerja kompresor lanjutan Iterasi colebrook pada excell untuk pipa suction Iterasi colebrook pada excell untuk pipa x
28 31 32 34 36 38 43 45 46 51 54 57 57 58 58 59 59 60 62 63 64 65 77
Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6
Discharge Section C-E Tabel Gas Mixture Data Instalasi kompresor Instalasi kompresor setelah di calculate Hasil setelah di-calculate
xi
79 86 89 89 90
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT sang penguasa alam semesta, serta tak lupa sholawat dan salam kami ucapkan kepada Rasulullah Muhammad SAW, serta para sahabatnya. Berkat rahmat dan karunia Allah SWT sehingga penulis dapat menyelesaikan dan menuntaskan seluruh pengerjaan Tugas Akhir ini dengan segala keterbatasan dan kekurangan sebagai manusia biasa dan kesalahan baik disengaja maupun yang tidak disengaja. Penyelesaian Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat kelulusan akademis untuk memperoleh gelar Ahli Madya dalam menempuh pendidikan Bidang Studi Konversi Energi di Program Studi D3 Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Banyak bantuan serta dukungan yang penulis dapatkan selama penyusunan dan pembuatan Tugas Akhir ini sehingga dapat terselesaikan dengan beberapa kekurangan dan kelebihannya. Untuk hal itu penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT. Selaku Dosen Pembimbing yang telah dengan sabar, telaten, tekun dan gigih membantu memberikan pengarahan dan ilmunya sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.. 2. Bapak Ir. Hari Subiyanto, M.Sc. Selaku Dosen Wali yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan ide, arahan, bimbingan dan motivasi selama massa kuliah dan pengerjaan Tugas iii
3.
4.
5. 6.
7.
8.
Akhir ini serta tak lupa juga kesabarannya yang sangat besar. Ayahanda Sugiyono dan Ibunda Arlifah selaku orang tua tercinta, serta kakak Afifah Sugi Permata Putri, Amd.kep. dan adek Ricky Bagus Pratama Putra selaku saudara tercinta, yang selalu memberikan doa kesuksesan serta dukungan dalam bentuk apapun. Bapak Ir. Suhariyanto, MT. Selaku ketua Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS yang telah banyak memberikan bantuan dalam proses pengajuan ijin dan sebagainya sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini. Ibu Ir. Liza Rusdiyana, MT. Selaku koordinator Tugas Akhir Program Studi D3 Teknik Mesin FTIITS. Bapak-Ibu Dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran dalam penyempurnaan dan pengembangan Tugas Akhir ini. Serta seluruh dosen dan staf pengajar Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS., yang telah memberikan ilmunya dan membantu semua selama duduk dibangku kuliah. Bapak Gunarso dan Bapak Suheri selaku pembimbing lapangan serta karyawan dan karyawati yang tidak bisa saya sebutkan satu-persatu yang telah memberikan ilmu maupun kemudahan didalam mendapatkan data analisa untuk Tugas Akhir ini. Sahabat-sahabat D3 Teknik Mesin, Taufiq, Imam, Wenny, Misbah, Daniel, Ardhy, Andi, Bayu, Andri, dan semua pihak yang telah memberikan bantuan, dukungan, motivasi dan doa kepada penulis selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
iv
9. Rekan-rekan D3 Teknik Mesin untuk semua angkatan, atas kebersamaannya sewaktu kuliah. 10. Serta semua pihak yang telah membantu Penulisan Tugas Akhir ini yang tidak bisa penulis sebut satupersatu. Semoga segala keikhlasan dan kebaikan yang telah diberikan mendapatkan balasan yang terbaik dari Allah SWT. Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi masyarakat luas khususnya masyarakat akademis. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi ide baru untuk pengembangan lebih lanjut beserta aplikasinya. Surabaya, Juli 2014
Penulis
v
PERHITUNGAN ULANG INSTALASI KOMPRESOR CP9560 PADA CENTRAL PROCESING AREA ( CPA ) JOB PERTAMINA-PETROCHINA EAST JAVA TUBAN Nama mahasiswa NRP Jurusan Dosen pembimbing
: Indra Fajar Arrasich : 2111030042 : D3 Teknik Mesin FTI-ITS : Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT
Abstrak Kompresor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mengalirkan atau menambah energi (tekanan) pada fluida kerjanya dalam hal ini adalah fluida kompresibel. Pada industri migas, terdapat satu komponen penting yang berperan besar dalam membantu proses pengolahan gas yang terdapat pada crude oil , yaitu kompresor. Kompresor mengalirkan gas dari satu komponen ke komponen yang lain dengan tujuan agar gas mendapat kenaikan tekanan dan dapat memasuki komponen lain sesuai dengan tekanan yang diijinkan pada alat tersebut. Gas yang terbawa oleh crude oil merupakan gas dengan sebutan sour gas atau hydrogen sulfide ( H2S ) yang merupakan gas beracun dan sangat berbahaya apabila sampai terlepas di udara bebas. Oleh karena itu dilakukan perhitungan ulang instalasi kompresor yang melayani aliran sour gas hingga masuk kedalam Sulfur Recovery Unit ( SRU ). Setelah dilakukan perhitungan maka akan diketahui brapa daya yang dibutuhkan kompresor untuk beroperasi. Dari hasil perhitungan didapatkan kapasitas perhari sebesar 2949,675 m3/jam, dengan daya 411,564 KW lebih rendah dari daya yang tertera pada name plate yang sebesar 413 KW, kerugian tekanan yang terjadi pada sepanjang instalasi kompresor adalah sebesar 42620 Pa. Dan perbandingan antara perhitungan manual dan perhitungan numerik dengan software pipe flow expert didapat hasil dengan tingkat kesalahan sebesar 0,73%. Kata kunci :Sour gas, Tekanan , Kapasitas dan Daya
i
RE-CALCULATION OF COMPRESSOR CP-9560 INSTALLATION IN CENTRAL PROCESSING AREA (CPA) JOB PERTAMINA-PETROCHINA EAST JAVA TUBAN Student Name NRP Departement Counsellor Lecturer
: Indra Fajar Arrasich : 2111030042 : D3 Mechanical Engineering FTI-ITS : Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT
Abstract The compressor is a device that serves to drain or add energy (pressure) at work in this fluid is a compressible fluid. In the oil and gas industry, there is one important component that plays a major role in helping the processing of gas contained in crude oil, the compressor. Compressor gas flow from one component to another with the purpose to increase the gas pressure and can get into the another component in accordance with the allowable pressure on the tools. The gas is carried away by crude oil as sour gas or hydrogen sulfide gas (H2S) is a toxic and dangerous gases to be separated when in free air. Therefore the re-calculation is done compressor installations that serve sour gas streams to enter the Sulfur Recovery Unit (SRU). After calculation it will be known how much power is required to operate the compressor From the calculation results obtained by 2949.675 m3 per day capacity, the power is lower than 411.564 KW of power indicated on the name plate is 413 KW, pressure losses that occur during the installation of the compressor is equal to 42 620 Pa. And the comparison between manual calculations and numerical calculations with software pipe flow expert the results obtained with an error rate of 0.73%.
Keywords: Sour Gas, Pressure, Capacity and Power
ii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pengusahaan minyak dan gas bumi di Indonesia mencatat kemajuan pesat sejak Pertamin dan Permina diintegrasikan ke dalam Pertamina. Seluruh operasi perminyakan yang mencakup berbagai aspek kegiatan dapat diarahkan pada sasaran yang dituju oleh Pemerintah. Peranan minyak, yang menyangkut berbagai aspek pembanguna,menjadikan minyak sebagai unsur penting di dalam ketahanan nasional. Seluruh bidang perminyakan, produksi, pengolahan, distribusi,pengangkutan, maupun pemasaran minyak mentah menjadi semakin penting dan harus dipegang langsung oleh Pertamina.Di Indonesia, energi migas masih menjadi andalan utama perekonomian Indonesia, baik sebagai penghasil devisa maupun pemasok kebutuhan energi dalam negeri. Pembangunan prasarana dan industri yang sedang giat-giatnya dilakukan di Indonesia, membuat pertumbuhan konsumsi energi rata-rata mencapai 7% dalam 10 tahun terakhir. Penemuan- penemuan sumur- sumur dan lapangan baru, baik di lepas pantai maupun di darat pada sekitar tahun 1970-an telah mampu memproduksi minyak mentah 1,6 juta barrel/hari (bbl/day). Untuk mengolah minyak dari perut bumi, maka dibutuhkan pompa untuk menaikkan minyak ke dalam stripper, sedangkan untuk memanfaatkan gas yang terbawa bersama minyak, maka diperlukan kompresor. Seperti pada PT. JOB Pertamina Petrochina Tuban yang menggunakan kompresor untuk mengolah gas yg terbawa bersama minyak. Pada PT. JOB Pertamina Petrochina Tuban, digunakan kompresor untuk mengalirkan gas untuk diolah sebagai bahan bakar turbin yang berguna untuk power plan. Kompresor yang digunakan adalah kompresor reciprocating dengan kapasitas perhari sebesar 2,5 MMSCFD. Mengingat pentingnya pengaruh tekanan dan kapasitas yang dibutuhkan untuk mentransfer gas dari Stripper sampai Turbin agar sesuai dengan sistem instalasi pipa dan waktu yang diinginkan, maka penulis bermaksud melakukan analisa unjuk kerja pada kompresor reciprocating untuk menghitung ulang instalasi sistem 1
udara tekan pada Kompresor CP9650 dengan jalur instalasi dari Scrubber hingga menuju Coalesching Filter dengan. 1.2 Perumusan Masalah Perumusan masalah dalam melakukan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Bagaimana memahami karakteristik kompresor reciprocating. Bagaimana cara menganalisa unjuk kerja kompresor reciprocating CP9650 yang digunakan. Bagaimana cara melakukakan perhitungan kecepatan aliran fluida mulai dari keluaran scrubber sampai menuju ke coallesching filter. Bagaimana cara menghitung kerugian tekanan yang di alami pada instalasi pipa Bagaimana cara menentukan daya yang digunakan untuk kompresor melakukan start. Bagaimana perawatan yang harus dilakukan pada kompresor CP9650 1.3 Tujuan Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Memahami karakteristik kompresor reciprocating. Mengevaluasi unjuk kerja dari kompresor CP9650. Melakukan perhitungan kecepatan aliran fluida pada pipa, termasuk juga aliran sour gas dari scrubber sampai masuk ke coallesching filter yang dituju. Melakukan perhitungan kerugian tekanan yang terjadi pada instalasi pipa. Melakukan perhitungan daya yang dibutuhkan untuk meggerakkan kompresor. Melakukan maintenance yang sesuai untuk kondisi kompresor CP9650. 1.4 Batasan Masalah Permasalahan ini dibatasi pada perhitungan unjuk kerja kompresor reciprocating dan perhitungan pengoptimasian instalasi 2
sistem perpipaan yang digunakan untuk proses pengolahan sour gas dan juga dibatasi dalam beberapa hal seperti : Tidak memperhitungkan perpindahan panas pada kompresor dan instalasi sistem pipa. Selama proses, aliran fluida dianggap uniform, steady state dan steady flow. Properties fluida udara yang masuk kompresor di asumsikan memenuhi persamaan gas ideal. Temperatur sour gas yang masuk kompresor disesuaikan dengan suhu keluar dari scrubber yaitu sebesar 123oC Kapasitas sour gas yang masuk ke pipa disesuaikan dengan volume perpindahan torak pada kompresor. Tekanan maksimal yang mampu diterima coallesching filter telah diketahui sebesar 85 psia. 1.5 Manfaat Adapun manfaat dari penyusunan tugas akhir ini adalah Mengetahui dan memahami karakteristik kompresor reciprocating. Mengetahui dan memahami unjuk kerja kompresor PV9650. Mampu menghitung kerugian tekanan yang terjadi pada instalasi . Mengetahui settingan putaran poros kompresor, agar diperoleh kapasitas dan tekanan yang balance untuk melakukan optimasi instalasi. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penyusunan tugas akhir ini terbagi menjadi beberapa bab yang dapat dijabarkan sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan latar belakang permasalahan, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan permasalahan, manfaat, serta sistematika penulisan tugas akhir. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi teori-teori dari berbagai literatur yang diambil untuk selanjutnya digunakan sebagai referensi penunjang dalam melakukan analisa unjuk kerja kompresor reciprocating dan perhitungan ulang instalasi sistem udara tekan pada pipa-pipa. BAB III METODOLOGI ANALISA Pada bab ini menggambarkan dengan jelas data-data yang dipakai dalam menganalisa perhitungan dan memberikan gambaran langkah dalam menganalisa data berupa diagram alir. BAB IV ANALISA KOMPRESOR Bab ini terdiri dari perhitungan tentang masalah yang diangkat dalam tugas akhir ini dan pembahasan singkat mengenai hasil yang diperoleh, seperti perhitungan daya kompresi kompresor, perhitungan kecepatan aliran pada pipa, dan perhitungan pressure drop pada instalasi pipa. Kemudian dilakukan pengoptimasian sistem instalasi dengan cara merubah putaran poros kompresor yang sesuai dengan sistem instalasi dan dengan cara pemilihan kompresor yang sesuai dengan kebutuhan. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi mengenai kesimpulan dari hasil perhitunganperhitungan yang didapatkan, sehingga nantinya akan diketahui cara mengoptimasi instalasi sistem, serta saran dalam pemilihan kompresor yang sesuai dengan sistem instalasi. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bab berikut ini dijelaskan teori-teori dasar dari berbagai literatur yang turut mendukung analisis perhitungan dan pembahasan mengenai instalasi perpipaan pompa booster pada salah satu Unit Produksi yang ada di Central Processsing Area (CPA)Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java (JOB P-PEJ) Tuban. 2.1 Pengertian Central Processsing Area (CPA) Central Processsing Area merupakan tempat memproses fluida produksi dari lapangan pengeboran Mudi, Sukowati dan Lengowangi, dan kemudian mengalirkan crude oil yang sudah di proses ke FSO Cinta Natomas. Central Processing Area (CPA) juga mengalirkan crude oil dari Geolink (Mobil Cepu Limited) dan Pertamina EP Cepu.Dalam sehari CPA mampu mengalirkan 60 MSTB crude oil ke FSO Cinta Natomas. CPA JOB P-PEJ Tuban menggunakan beberapa peralatan yang dioperasikan semi-otomatis menggunakan sistem Logic Controller. Peralatan-peralatan ini dioperasikan dari control room. Peralatan tersebut dioperasikan secara semi-otomatis karena masih dilakukan pencatatan secara manual untuk beberapa peralatan setiap 2 jam sekali. Sistem Logic Controller digunakan untuk menjaga kondisi unit pada nilai pengesetan yang di ijinkan dimana alarm akan berbunyi apabila terjadi kondisi menyimpang dari unit yang telah diset sebelum akhirnya mematikan unit secara otomatis. Beberapa peralatan produksi yang terdapat di CPA Mudi dapat dibagi dalam lima kelompok besar, yaitu: i. Peralatan pemroses fluida produksi ii. Peralatan pemroses minyak iii. Peralatan pemroses air iv. Peralatan pemroses gas v. Peralatan penunjang Untuk Process Flow Diagram dari Central Processsing Area di JOB P-PEJ Tuban dapat dilihat pada lampiran P&ID.
5
2.1.1 Komponen Utama Pada Central Processsing Area (CPA) Process plant berisi tentang serangkaian process yang dilaksanakan pada Central Processing Area (CPA) meliputi gas handling, oil handling dan water handling. 1. Gas handling meliputi proses pemisahan gas dari crude oil sampai menjadi sweet gas yang akhirnya digunakan sebagai sumber penggerak gas engine dan ada juga yang diolah menjadi sulfur cake. 2. Oil handling meliputi proses pemisahan oil (Crude Oil) dari kandungan air dan gas nya sampai proses shiping ke kapal tanker. 3. Water handling meliputi proses awal pemisahan air dari crude oil sampai akhirnya di injeksikan kembali ke dalam tanah. Berikut ini adalah komponen utama proses pemisahan sour gas dari kandungan air dan minyak sampai proses terbentuknya sweet gas di dalam SRU diantaranya meliputi, EPS (Early Production System), FKWO (Free Water Knock Out), stripper, scrubber, compressor, water cooling, vassel, coallesching filter, dan SRU(Sulphur Recovery Unit). EPS (Early Production System) Proses produksi tahap ini meliputi produksi fluida mulai dari pengangkatan fluida dari dalam sumur sampai ke separator dengan menggunakan pompa benam (submersible pump). Pompa ini bekerja dengan menginjeksikan air ke dasar tanah sehingga minyak akan terdorong naik ke permukaan. FWKO (Free Water Knock Out) Fluida produksi yang menuju separator / FWKO (Free Water Knock Out) ini berasal dari manifold dimana alirannya masih campuraan tiga fasa. Fluida yang keluar dari separator telah dipisahkan fasa-fasanya yaitu air, minyak dan gas.Crude oil yang keluar dari FWKO masih mengandung beberapa pengotor dan masih memiliki kandungan gas H2S. Stripper(PV-3300) Stripper digunakan untuk mengurangi kandungan H2S yang masih terlarut dalam crude oil.Pengurangan kandungan 6
H2S dilakukan dengan menginjeksikan sweet gas.Sweet gas dimasukkan ke dalam stripper akan meningkatkan H2S yang terkandung dalam crude oil sehingga minyak yang keluar dari stripper adalah minyak dengan kandungan H2S rendah. Sedangkan H2S selanjutnya akan masuk kedalam Scrubber. Scrubber(PV-9650) Scrubber digunakan untuk menangkan minyak yang terbawa gas, dengan tujuan agar sour gas yang masuk kedalam kompresor adalah sour gas yg mempunyai kandungan minyak seminimal mungkin. Compressor(CP-9650) Kompresor digunakan untuk menaikkan tekanan sour gas dari scrubber dengan kenaikan tekanan dari 18 psig menjadi 224,2 psig. Kompresor CP-9650 ini hanya berfungsi untuk melayani sour gas yang akan dimasukkan kedalam SRU. Water Coolling Water Coolling berfungsi untuk mendinginkan Sour gas yang keluar dari kompresor. Dalam Water cooling ini penurunan temperature terjadi antara 10-20oF. Vassel Vassel diletakkan pada keluaran water cooling dengan tujuan agar dapat menangkap kotoran yang terbawa sour gas. Vassel juga berfungsi sebagai pendingin sour gas, tetapi dengan penurunan temperature yang tidak begitu signifikan. Coallesching Filter(PV-1100) Coallesching Filter mempunyai kegunaan yang sama seperti Scrubber ataupun vassel yaitu menangkan kotoran yang tebawa sour gas, seingga sour gas yang akan masuk kedalam SRU termasuk dalam kategori yang bersih. 2.2. Pinsip Kerja Kompresor Kompresor adalah suatu alat atau peralatan yang menerima energi atau kerja dari luar (berupa daya poros), dengan tujuan untuk menaikkan tekanan fluida udara atau gas. Tekanan yang masuk dapat berbagai macam harga tekanan, yaitu tekanan vakum hingga tekanan positif yang tinggi. Sedangkan tekanan yang keluar dapat bervariasi mulai tekanan atmosfir hingga ribuan 7
psi diatas atmosfir. Variasi tekanan masuk dan keluar ini tentunya sesuai dengan tipe atau konfigurasi kompresor. Pemakaian gas atau udara bertekanan ini sangat luas mulai peralatan rumah tangga, refrigerator, berbagai peralatan untuk workshop atau industri manufaktur, peralatan besar dan komplek seperti pada industri perkapalan, kimia hingga mesin pesawat terbang, dan lain-lain.
Gambar 2.1 Pompa ban Dengan mengambil contoh kompresor sederhana, yaitu pompa ban sepeda atau mobil, prinsip kerja kompresor dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika torak pompa ditarik keatas, tekanan di bawah silinder akan turun sampai di bawah tekanan atmosfir sehingga udara akan masuk melalui celah katup hisap yang kendur. Katup terbuat dari kulit lentur, dapat mengencang dan mengendur dan dipasang pada torak. Setelah udara masuk pompa kemudian torak turun kebawah dan menekan udara, sehingga volumenya menjadi kecil. Tekanan menjadi naik terus sampai melebihi tekanan di dalam ban, sehingga udara mampat dapat masuk ban melalui katup (pentil). Karena diisi udara mampat terus-menerus, tekanan di dalam ban menjadi naik. Jadi jelas dari contoh tersebut, proses pemampatan terjadi karena perubahan volume pada udara yaitu menjadi lebih kecil dari kondisi awal. 8
Pada gambar 2.2 adalah proses kerja dari kompresor kerja tunggal dan ganda. Langkah pertama adalah langkah hisap, torak bergerak ke bawah oleh tarikan engkol. Di dalam ruang silinder tekanan menjadi negatif di bawah 1 atm, katup hisap terbuka karena perbedaan tekanan dan udara terhisap. Kemudian torak bergerak keatas, katup hisap tertutup dan udara dimampatkan. Karena tekanan udara mampat, katup keluar menjadi terbuka. Hisap Udara masuk kompresor karena tekanan di dalam silinder lebih rendah dari 1 atm.
(a)
Kompresi Udara di dalam kompresor dikompresi, tekanan dan temperatur udara naik.
(b) Pengeluaran Karena tekanan udara mampat, katup keluar terbuka dan udara mampat keluar silinder. (c) 9
Gambar 2.2 (a), (b), dan (c) adalah Proses kerja dari kompresor torak kerja tunggal
Gambar 2.3 Proses kerja dari kompresor torak kerja ganda Gambar 2.3 diatas adalah kompresor torak kerja ganda. Proses kerjanya tidak berbeda dengan kerja tunggal. Pada kerja ganda, setiap gerakan terjadi sekaligus langkah penghisapan dan pengoperasian. Dengan kerja ganda, kerja kompresor menjadi lebih efisien. 2.3. Klasifikasi Kompresor Prinsip kerja kompresor dan pompa adalah sama, kedua mesin tersebut menggunakan energi luar kemudian diubah menjadi energi fluida. Pada pompa, di nosel keluarnya energi kecepatan diubah menjadi energi tekanan, begitu juga kompresor pada katup keluar udara mampat mempunyai energi tekanan yang besar. Hukum-hukum yang berlaku pada pompa dapat diaplikasikan pada kompresor. Berbeda dengan pompa yang klasifikasinya berdasarkan pola aliran, klasifikasi kompresor biasanya berdasarkan tekanannya atau cara pemampatannya. Pada gambar 2.4 adalah klasifikasi dari kompresor. Secara umum penjelasannya sebagai berikut. Kompresor berdasarkan cara pemampatannya dibedakan menjadi dua, yaitu jenis turbo dan jenis perpindahan. Jenis turbo 10
menggunakan gaya sentrifugal yang diakibatkan oleh putaran impeller sehingga udara mengalami kenaikan energi yang akan diubah menjadi energi tekanan. Sedangkan jenis perpindahan, dengan memperkecil volume udara yang dihisap ke dalam silinder atau stator dengan torak atau sudu. Kompresor yang diklasifikasikan berdasarkan tekanannya adalah kompresor untuk pemampat (tekanan tinggi), blower untuk peniup (tekanan sedang) dan fan untuk kipas (tekanan rendah). Pada gambar di bawah terlihat, kompresor jenis turbo (dynamic) berdasarkan pola alirannya dibagi menjadi tiga, yaitu ejector, radial, dan aksial. Kompresor jenis ini hampir semuanya dapat beroperasi pada tekanan dari yang rendah sampai tinggi. Kompresor turbo dapat dibuat banyak tingkat untuk menaikkan tekanan dengan kapasitas yang besar (gambar 2.9)
Gambar 2.4 Klasifikasi kompresor Berbeda dengan jenis turbo, kompresor jenis perpindahan (displacement) beroperasi pada tekanan sedang sampai tinggi. Kompresor jenis perpindahan, dibedakan berdasarkan bentuk konstruksinya, sekrup (gambar 2.7), sudu luncur (gambar 2.5), dan roots jenis torak bolak-balik atau reciprocating (gambar 2.8). Untuk kompresor jenis torak dapat menghasilkan udara mampat bertekanan tinggi. 11
Pada gambar 2.12 Adalah grafik tekanan –kapasitas untuk kompresor, terlihat jelas bahwa kompresor torak mempunyai daerah operasi dengan tekanan yang paling tinggi, sedangkan untuk kompresor axial mempunyai daerah operasi dengan kapasitas paling besar. Kompresor untuk tekanan rendah adalah fan. Kompresor bertekanan sedang adalah blower dan bertekanan tinggi adalah kompresor.
Gambar 2.5 Kompresor Vane
Gambar 2.6 Kompresor jenis Root 12
Gambar 2.7 Kompresor skrup atau Ulir
Gambar 2.8 Kompresor Torak kerja tunggal 13
Gambar 2.9 Kompresor Torak kerja ganda
Gambar 2.10 Kompresor Sentrifugal satu tingkat
14
Gambar 2.11 Kompresor Sentrifugal banyak tingkat
Gambar 2.12 Grafik tekanan kapasitas kompresor
15
2.4. Konstruksi Kompresor Reciprocating
Gambar 2.13 Kompresor Torak dengan pendingin udara Karena proses kompresi menaikkan suhu udara mampat, pada silinder kompresor torak dipasang sistem pendinginan, yaitu sirip-sirip untuk pendinginan dengan udara (gambar 2.13) untuk pendinginan yang menggunakan air, prinsipnya sama dengan media yang berbeda. Pada gambar tidak terdapat sirip-sirip pada silinder tetapi menggunakan selubung air di dalam bloknya. Pada kepala silinder juga terdapat dua katup yaitu katup hisap dan katup pengeluaran. Untuk yang bekerja ganda terdapat tutup atas dan tutup bawah.
Gambar 2.14 Kompresor Torak dengan pendingin air
16
2.4.1. Silinder dan Kepala Silinder Karena proses pemampatan tekanan di dalam silinder naik, sehingga silinder harus dibuat cukup kuat untuk menahan tekanan yang tinggi. Biasanya dipakai besi cor dengan kombinasi pendinginan, dengan maksud silinder tidak menerima dua pembebanan sekaligus yaitu tekanan tinggi dan temperatur tinggi.
Gambar 2.15 Konstruksi Kompresor Torak silinder (berpendingin air)
Gambar 2.16 Konstruksi kompresor Torak silinder (berpendingin udara) Di dalam silinder terdapat torak dan cincin-cincinnya. Fungsi torak sudah jelas yaitu sebagai alat pemampat sehingga 17
dengan pergerakan torak volume silinder dapat berubah-ubah. Mengingat pentingnya fungsi tersebut, torak harus mempunyai persyaratan khusus yaitu harus kuat, tahan panas dan ringan. Pada torak terdapat cincin-cincin torak yang bertugas sebagai perapat antara torak dan dinding silinder bagian dalam. 2.4.2. Katup Pengaturan udara masuk dan keluar, dari dan kedalam silinder diatur dengan mekanisme katup. Katup pada kompresor bekerja karena perbedaan tekanan. Untuk katup hisap terbuka karena dalam silinder vakum sehingga dengan desakan tekanan udara luar katup terbuka. Sedangkan katup keluar terbuka karena tekanan silinder sudah cukup kuat untuk membuka katup keluar. Permasalahan katup tidak berbeda dengan silinder karena katup juga harus bekerja pada tekanan dan panas yang tinggi, khususnya bagian katup keluar yang menerima beban tekanan dan panas tinggi. Pada saluran katup hisap dipasang penyaring udara, sehingga udara yang dihisap lebih bersih terbebas dari kotorankotoran yang dapat menyebabkan sumbatan pada katup atau saluran lainnya. Konstruksi dari katup model pita (gambar 2.17), model cincin (gambar 2.18), model katup kanal (gambar 2.19), dan katup kepak (gambar 2.20). model berbeda-beda tetapi prinsip kerjanya sama.
Gambar 2.17 Konstruksi katup kompresor jenis pita
18
Gambar 2.18 Konstruksi katup kompresor jenis cincin
Gambar 2.19 Konstruksi katup kompresor jenis kanal
Gambar 2.20 Konstruksi katup kompresor jenis kepak 19
2.4.3. Kotak Engkol Komponen penting yang lain pada kompresor torak adalah poros engkol dan batang penggerak (gambar 2.15 dan 2.16). kedua komponen ini bertugas mengubah gerakan putar poros menjadi gerak bolak-balik torak. Gerakan putar diperoleh poros engkol dari motor penggerak yaitu motor bakar atau motor listrik. Poros motor penggerak dan poros engkol dapat dikopel langsung, atau dengan transmisi (roda gigi, sabuk, atau puli). Untuk menyeimbangkan gerakan dan juga memperhalus getaran pada poros engkol dipasang pemberat imbangan. Poros engkol dan peralatan tambahan lainnya ditopang dengan kotak engkol. Kotak engkol harus kuat dan mampu menahan getaran dari pergerakan torak pada silinder. Poros engkol ditopang dengan bantalan pada bak engkol. Pemilihan bantalan bergantung dari ukuran kompresornya. Bantalan luncur dengan terbelah dua atau empat banyak dipakai, untuk bantalan gelinding dipakai terutama yang berjenis bola. 2.4.4. Alat Pengatur Kapasitas Kompresor adalah alat untuk melayani udara mampat dari tekanan rendah sampai tekanan tinggi. Untuk peralatan pemampat udara dengan tendon penyimpan udara bertekanan (tangki udara), apabila suplai udara bertekanan melebihi kapasitas dari yang dibutuhkan, tekanan akan naik tidak terkontrol pada tangki udara, hal ini sangat membahayakan karena tangki dapat pecah. Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukan suatu katup pembebas beban (unloader). Dengan alat ini, dapat mengatur laju udara yang dihisap sesuai dengan laju aliran keluar yang dibutuhkan. Pembebas beban dapat digolongkan menurut azas kerjanya yaitu : 1. Pembebas beban katup hisap 2. Pembebas celah katup 3. Pembebas beban trotel hisap 4. Pembebas dengan pemutus otomatik Untuk kompresor torak dengan tangki udara banyak menggunakan pembebas katup hisap dan pembebas dengan 20
pemutus otomatik. Sedangkan untuk mengurangi beban pada waktu starter digunakan pembebas beban awal. Metode pembebas katup hisap banyak dipakai pada kompresor kecil atau sedang. Cara ini menggunakan katup hisap dimana plat katupnya dapat dibuka terus pada langkah hisap atau kompresi sehingga udara dapat bergerak bebas keluar masuk silinder tanpa terjadi kompresi. Pada gambar 2.21 menunjukkan proses kerja dari kompresor torak dengan katup pilot pembebas beban. Fungsi katup itu adalah sebagai pembuang udara mampat dari tangki apabila tekanan di dalam tangki melebihi batas yang diijinkan. Kompresor akan bekerja pertama kali untuk pengisian tangki udara, setiap langkahnya masih normal. Katup hisap akan terbuka karena tekanan vakum dalam silinder dan langkah kompresi dimulai. Udara mampat kemudian keluar lewat katup buang dan masuk saluran masuk tangki udara. Apabila tekanan di dalam tangki sudah melewati batas kekuatan pegas katup pilot, maka katup pilot akan terbuka dan mengalirkan udara bertekanan menuju torak pembebas beban pada katup hisap. Karena terdorong udara bertekanan dari katup pitot, torak pembebas beban akan terbuka, dan mendorong katup hisap. Karena katup hisap terdorong maka menjadi terbuka, baik pada langkah hisap atau kompresi.
(a) (b) Gambar 2.21 (a) dan (b) Adalah Cara kerja pembebas beban katup hisap
21
Selama katup hisap terbuka udara mampat dari tangki bebas keluar sehingga tekanan terus menurun sampai tekanan di dalam tangki udara tidak dapat lagi menekan pegas pilot sehingga katup pilot pembebas tekan tertutup. Hal ini juga menyebabkan torak pembebas beban pada katup hisap tertutup. Katup hisap kemudian akan bekerja normal. 2.4.5. Pelumasan
(a)
(b) Gambar 2.22 (a) dan (b) adalah pelumasan paksa pada kompresor 22
Komponen-komponen kompresor torak yang bekerja dengan pembebanan tinggi berakibat cepat panas karena gesekan atau menerima panas dari proses pemampatan. Untuk mengurangi gesekan dan mendinginkan komponen-komponen seperti torak, dinding silinder, poros engkol, batang torak dan komponenkomponen terutama yang bergerak, diperlukan pelumasan. Dengan pelumasan komponen-komponen akan bekerja lebih halus, karena antar permukaan terlindungi minyak pelumas. Panas yang berlebihan pada komponen-komponen juga dapat dihindari, keausan komponen berkurang, dan kebocoran udara dari ruang silinder keluar lewat cincin torak dapat dihindari.
Gambar 2.23 Pelumasan luar kompresor torak 23
Gambar 2.23 menunjukkan system pelumasan luar kompresor torak. Dengan metode ini minyak pelumas didistribusikan ke semua bagian komponen yang akan dilumasi dengan pompa minyak. Tekanan pompa minyak diatur oleh sebuah alat pengatur tekanan. Minyak sebelum disalurkan terlebih dahulu ke penyaring minyak pelumas. Metode pelumasan lain adalah dengan pelumasan minyak dalam dimana metode ini banyak dipakai untuk kompresor kapasitas sedang dan besar. Jenis pompa minyak yang dipakai adalah pompa plunyer bertekanan tinggi. Untuk pelumasan luar digunakan pompa roda gigi. 2.4.6. Peralatan Pembantu Peralatan tambahan yang dipasang pada kompresor torak adalah sebagai berikut : 1. Saringan udara, digunakan untuk menyaring udara yang dihisap kompresor sehingga lebih bersih dan bebas dari kandungan debu dan pengotor lainnya, terutama yang bersifat korosi 2. Katup pengaman, katup ini harus ada pada instalasi kompresor. Katup pengaman dipasang pada pipa keluar dan bekerja apabila tekanan mencapai 1,2 kali tekanan normal maksimum dari kompresor 3. Tangki udara, fungsi tangki udara adalah sebagai penampung sekaligus pengatur kapsitas udara mampat. 2.5. Karakteristik Kompresor Reciprocating 2.5.1. Tekanan Udara 1. Tekanan Atmosfir Tekanan atmosfir yang bekerja di permukaan bumi dapat dipandang sebagai berat kolom udara mulai dari permukaan bumi sampai batas atmosfir yang paling atas. Untuk kondisi standar, gaya berat kolom udara ini pada setiap 1 cm2 luas permukaan bumi adalah 1,033 kgf. Dengan perkataan lain dapat 24
dinyatakan bahwa tekanan 1 atmosfir (1 atm) = 1,033 kgf/cm2 = 0,1013 Mpa. Tekanan atmosfir juga biasa dinyatakan dalam tinggi kolom air raksa (mm Hg), di mana 1 atm = 760 mmHg. 2. Tekanan Gage (psig) Tekanan Gage (psig) adalah tekanan di atas tekanan atmosfir. 3. Tekanan Absolut Tekanan Absolut adalah penjumlahan antara tekanan gage dengan tekanan atmosfir atau tekanan barometrik. Pada permukaaan laut (sea level), tekanan absolut adalah tekanan gage ditambah dengan 14,7 psi. Pada ketinggian di atas permukaan laut (sea level), tekanan atmosfir atau tekanan barometrik menjadi lebih rendah, misal pada ketinggian 5000 feet (1600 meter), tekanan atmosfir adalah 12,2 psi (84,116 kPa). 𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑒 = 𝑃𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟 + 𝑃𝑔𝑎𝑔𝑒
(2.1)
𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑒 = 14,7 𝑝𝑠𝑖 + 𝑃𝑔𝑎𝑔𝑒 (𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑒𝑎 𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙)
(2.2)
2.5.2. Proses Kompresi Kompresi gas dapat dilakukan menurut tiga cara yaitu dengan proses isotermal, adiabatik, dan politropik. Adapun perilaku masing-masing proses ini dapat diuraikan sebagai berikut. 1. Proses Kompresi Isothermal Bila suatu gas dikompresikan, maka berarti ada energi mekanik yang diberikan dari luar kepada gas. Energi ini diubah menjadi energi panas sehingga temperatur gas akan naik jika tekanan semakin tinggi. Namun, jika proses kompresi ini dibarengi dengan pendinginan untuk mengeluarkan panas yang terjadi, temperatur dapat dijaga tetap. Kompresi secara ini disebut kompresi isotermal (temperatur tetap). Hubungan antara P dan v dapat diperoleh dari Pers. (2.3).
25
𝑃. 𝑉 = 𝑚. 𝑅. 𝑇 (2.3) Dimana : P = tekanan mutlak Pascal (N/m2) V = volume (m3) m = Massa udara/Gas (kg) T = temperatur mutlak (oK) = 273 + t (oC) R = konstanta udara (KJ/kg oK) = 29,27 m/K (pada t = 00C dan P = 760 mmHg) Apabila v = V/m adalah volume spesifik (m3/kg), maka persamaan diatas menjadi : (2.4)
𝑃. 𝑣 = 𝑅. 𝑇 Untuk T = konstan persamaan tersebut menjadi
(2.5)
𝑃. 𝑣 = 𝑡𝑒𝑡𝑎𝑝 Persamaan ini dapat ditulis sebagai 𝑃1 𝑣1 = 𝑃2 𝑣2 = 𝑡𝑒𝑡𝑎𝑝
(2.6)
Kompresi isotermal merupakan suatu proses yang sangat berguna dalam analisa teoritis, namun untuk perhitungan kompresor tidak banyak kegunaannya. Pada kompresor yang sesungguhnya, meskipun silinder didinginkan sepenuhnya, maka tidak mungkin menjaga temperatur udara yang tetap di dalam silinder. Hal ini disebabkan oleh cepatnya proses kompresi (beberapa ratus sampai seribu kali per menit) di dalam silinder.
Gambar 2.24 Grafik proses kompresi isothermal 26
2. Proses Kompresi Adiabatik Jika silinder diisolasi secara sempurna terhadap panas, maka kompresi akan berlangsung tanpa ada panas yang keluar dari gas atau masuk ke dalam gas. Proses semacam ini disebut adiabatik. Dalam praktek, proses adiabatik tidak pernah terjadi secara sempurna karena isolasi terhadap silinder tidak pernah dapat sempurna pula. Namun proses adiabatik sering dipakai dalam kajian teoritis proses kompresi. Hubungan antara tekanan dan volume dalam proses adiabatik dapat dinyatakan dalam persamaan 𝑃. 𝑣 𝑘 = 𝑡𝑒𝑡𝑎𝑝 (2.7) Atau (2.8) 𝑃1 . 𝑣1 𝑘 = 𝑃2 . 𝑣2 𝑘 = 𝑡𝑒𝑡𝑎𝑝 Dimana : 𝐶 𝐾= 𝑝 (2.9) 𝐶𝑣
Gambar 2.25 Grafik proses kompresi adiabatik Jika rumus ini dibandingkan dengan rumus kompresi isothermal dapat dilihat bahwa untuk pengecilan volume yang sama, kompresi adiabatik akan menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dibanding proses isothermal. Sebagai contoh, jika volume diperkecil menjadi 1/2, maka tekanan pada kompresi adiabatik akan menjadi 2,64 kali lipat, sedangkan pada kompresi isotermal 27
hanya menjadi 2 kali lipat. Karena tekanan yang dihasilkan oleh kompresi adiabatik lebih tinggi dari pada kompresi isotermal untuk pengecilan volume yang sama, maka kerja yang diperlukan pada kompresi adiabatik juga lebih besar.
(a)
(b)
Gambar 2.26 (a) dan (b) adalah volume gas konstan yang mengalami kenaikan tekanan akibat dipanasi
3. Proses Kompresi Politropik Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya bukan merupakan proses isotermal, karena ada kenaikan temperatur, namun juga bukan proses adiabatik karena ada panas yang dipancarkan keluar. Jadi proses kompresi yang sesungguhnya, ada di antara keduanya dan disebut kompresi politropik. Hubungan antara P dan v pada proses politropik ini dapat dirumuskan sebagai : 28
𝑃. 𝑣 𝑛 = 𝑡𝑒𝑡𝑎𝑝 atau 𝑃1 . 𝑣1 𝑛 = 𝑃2 . 𝑣2 𝑛 = 𝑡𝑒𝑡𝑎𝑝
(2.10)
Di sini n disebut indeks politropik dan harganya terletak antara 1(proses isotermal) dan k (proses adiabatik). Jadi: 1< n < k. Untuk kompresor biasa, n 1,25 ~ 1,35 . Dari rumus ini, dengan n = 1,25, pengecilan volume sebesar v 2 / v1 1 / 2 misalnya, akan menaikkan tekanan menjadi 2,38 kali lipat. Harga ini terletak antara 2,0 (untuk kompresi isotermal) dan 2,64 (untuk kompresi adiabatik). Tabel 2.1 Panas jenis beberapa gas
29
Tabel 2.2 Hubungan antara volume dan tekanan pada berbagai proses kompresi
2.5.3. Perubahan Temperatur Pada waktu proses kompresi, temperatur gas dapat berubah tergantung pada jenis proses yang dialami. Untuk masing-masing proses, hubungan antara temperatur dan tekanan adalah sebagai berikut. 1. Proses Isothermal Seperti telah disinggung di muka, dalam proses ini temperatur dijaga tetap sehingga tidak berubah. 2. Proses Adiabatik Dalam kompresi adiabatik tidak ada panas yang dibuang keluar atau dimasukkan silinder, sehingga seluruh kerja mekanis yang diberikan dalam proses ini akan dipakai untuk menaikkan temperatur gas. Temperatur yang dicapai oleh gas yang 30
keluar dari kompresor dalam proses adiabatik dapat diperoleh secara teoritis dari rumus berikut: (𝑛−1)
𝑇𝑑 =
𝑃 𝑚.𝑛 𝑇𝑠 ( 𝑃𝐷 ) 𝑆
(2.11)
Dimana :
Td = Temperatur mutlak gas keluar kompresor (°K) Ts = Temperatur isap gas masuk kompresor (°K) m = Jumlah tingkat kompresi; m = 1, 2, 3, .... (untuk m > 1, rumus tersebut mencakup proses pendinginan pada pendingin antara (intercooler), sehingga proses kompresi keseluruhan dari Ps menjadi Pd bukan proses adiabatik murni). 𝑟𝑝 =
𝑃𝑑 𝑇𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛 𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 = = 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑇𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛 𝑖𝑠𝑎𝑝 𝑃𝑠
Dengan kompresor, tekanan keluar Pd dapat dicapai dengan satu tingkat kompresi (pada kompresor satu tingkat) atau dengan beberapa tingkat kompresi (pada kompresor bertingkat banyak). Pada kompresor bolak-balik, untuk kompresi satu tingkat digunakan satu silinder, dan untuk kompresi bertingkat banyak digunakan beberapa silinder. Untuk kompresor 2 tingkat misalnya, gas yang telah dikompresikan dan dikeluarkan dari silinder pertama, disalurkan lebih lanjut ke sisi isap silinder kedua, dikompresikan untuk kedua kalinya, lalu dikeluarkan. Pada kompresor 3-tingkat, gas yang keluar dari silinder kedua dimasukkan ke silinder ketiga lalu dikompresikan dan dikeluarkan. Cara kerja yang sama juga berlaku pada kompresorkompresor dengan jumlah tingkat yang lebih banyak. Kompresor bertingkat digunakan untuk memperoleh perbandingan tekanan PD/PS yang tinggi. Kompresi dengan perbandingan kompresi yang besar, jika dilakukan hanya dengan satu tingkat akan kurang efektif karena efisiensi volumetriknya menjadi rendah. Namun jika jumlah tingkat terlalu 31
banyak, kerugian gesek menjadi terlalu besar dan harga kompresor menjadi mahal. Karena itu untuk tekanan sampai 7 atau 10 kgf/cm2 kompresi dilakukan dalam 1 atau 2 tingkat, dan untuk tekanan sampai 60 kgf/cm2 dilakukan dalam 3 tingkat. Persamaan (2.11) secara grafis dapat ditunjukkan dalam Gambar. 2.27.
Gambar 2.27 Perbandingan tekanan dan temperatur dalam kompresi adiabatik (untuk m = 1 dalam kompresi satu tingkat). 3. Proses Politropik Jika selama proses kompresi udara didinginkan, misalnya dengan memakai air pendingin untuk silinder, maka sebagian panas yang timbul akan dikeluarkan. Untuk menghitung temperatur kompresi dapat digunakan persamaan 2.10 di mana sebagai ganti k dipakai indeks politropik (n) yang harganya lebih rendah. Temperatur pada kompresor yang sesungguhnya, tergantung pada ukuran dan jenisnya, dan biasanya diusahakan serendah-rendahnya. 2.5.4. Efisiensi Volumetrik dan Adiabatik Dalam proses kompresi pada kompresor terdapat dua macam efisiensi yang penting, yaitu efisiensi volumetrik dan 32
efisiensi adiabatik keseluruhan. Arti kedua macam efisiensi tersebut dapat diterangkan seperti di bawah ini. 1. Efisiensi Volumetrik Perhatikan sebuah kompresor torak dengan diameter silinder D (m), langkah torak S (m), dan putaran N (rpm) seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.28(a). Dengan ukuran seperti ini 𝜋𝐷2
kompresor akan memampatkan volume gas sebesar 𝑉 = (m3) 4 untuk setiap langkah kompresi yang dikerjakan dalam setiap putaran poros engkol. Jumlah volume gas yang dimampatkan per menit disebut perpindahan torak. Jadi jika poros kompresor mempunyai putaran N (rpm) maka :
Gambar 2.28 Langkah torak untuk kerja tunggal dan kerja ganda
𝜋 4
𝑃𝑒𝑟𝑝𝑖𝑛𝑑𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑟𝑎𝑘 = 𝑉𝑠 𝑥 𝑁 = 𝐷 2 𝑥 𝑆 𝑥 𝑁 (
𝑚3 ) 𝑚𝑖𝑛
(2.12)
Rumus di atas hanya berlaku untuk kompresor kerja tunggal. Kompresor ini hanya menggunakan ruang di sisi kiri torak (Gambar 2.28 a) untuk bekerja memampatkan udara. Pada kompresor torak kerja ganda, pemampatan gas terjadi bukan hanya pada waktu torak bergerak ke kiri, tetapi juga pada waktu torak bergerak ke kanan, karena ruang di sebelah kanan torak berlaku juga sebagai kompresor (Gambar 2.8 b). Luas penampang 𝜋 efektif silinder di sebelah kanan torak adalah 𝑉 = (𝐷 2 − 𝑑2 ), 4
33
dimana d (m) adalah diameter batang torak. Dengan demikian untuk kompresor yang bekerja ganda berlaku persamaan sebagai berikut : 𝜋 𝜋2 2 𝐷 𝑆 𝑁 + (𝐷 2 − 𝑑2 ) 𝑆 𝑁 𝑃𝑒𝑟𝑝𝑖𝑛𝑑𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑡𝑜𝑟𝑎𝑘 = 4 4 =
𝜋2 (2𝐷 2 4
− 𝑑2 ) 𝑆 𝑁 , (
𝑚3 ) 𝑚𝑖𝑛
(2.13)
Perpindahan torak menyatakan kemampuan teoritis torak menghasilkan volume gas tiap menit. Namun dalam kompresor yang sesungguhnya volume gas yang dikeluarkan adalah lebih kecil dari pada perpindahan torak. Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut. Seperti diperlihatkan pada diagram P-V gambar 2.29, torak memulai langkah kompresinya pada titik (1). Torak bergerak ke kiri dan gas dimampatkan hingga tekanannya naik ke titik (2). Pada titik ini tekanan di dalam silinder mencapai harga tekanan PD yang lebih tinggi dari pada tekanan di dalam pipa keluar (atau tangki tekan), sehingga katup keluar pada kepala silinder akan terbuka. Jika torak bergerak terus ke kiri, gas akan didorong keluar silinder pada tekanan tetap sebesar PD. Di titik (3) torak mencapai titik mati atas, yaitu titik akhir gerakan torak pada langkah kompresi dan pengeluaran.
34
Gambar 2.29 Diagram P-V dari kmpresor torak
Pada waktu torak mencapai titik mati atas ini, antara sisi atas torak dan kepala silinder masih ada volume sisa yang besarnya VC. Volume ini idealnya harus sama dengan nol agar gas dapat didorong seluruhnya keluar silinder tanpa sisa. Namun dalam praktek harus ada jarak (clearance) di atas torak agar torak tidak membentur kepala silinder. Selain itu juga harus ada lubang-lubang laluan pada katup-katup. Karena adanya volume sisa ini ketika torak mengakhiri langkah kompresinya di atas torak masih ada sejumlah gas dengan volume sebesar VC dan tekanan sebesar PD. Jika kemudian torak memulai langkah isapnya (bergerak ke kanan), katup isap tidak dapat terbuka sebelum sisa gas di atas torak berekspansi sampai tekanannya turun dari PD menjadi PS. Dalam Gambar. 2.29 katup isap baru mulai terbuka di titik (4) ketika tekanan sudah mencapai tekanan isap PS. Di sini pemasukan gas 35
baru mulai terjadi dan proses pengisapan ini berlangsung sampai titik mati bawah (1). Dari uraian di atas dapat dilihat bahwa volume gas yang diisap tidak sebesar volume langkah torak sebesar VS melainkan lebih kecil, yaitu hanya sebesar volume isap antara titik mati bawah (1) dan titik (4). Adapun efisiensi volumetris v didefinisikan sebagai 𝑄
𝜂𝑣 = 𝑄 𝑠
(2.14)
𝑡ℎ
Dimana : 𝑄𝑆
= Volume gas yang dihasilkan, pada kondisi tekanan dan temperatur isap (m3/min) 𝑄𝑡ℎ = Perpindahan torak (m3/min) Besarnya efisiensi volumetris ini dapat dihitung secara teoritis berdasarkan volume gas yang dapat diisap secara efektif oleh kompresor pada langkah isapnya, seperti telah diuraikan di atas. Dari perhitungan tersebut diperoleh rumus yang dapat ditulis sebagai berikut : 1
𝜂𝑣 ≈ 1 −
𝑃 𝑛 ℇ {( 𝑃𝑑 ) 𝑠
− 1}
(2.15)
Dimana : 𝑉 ℰ = 𝑉𝐶 , volume sisa (clearance) relatip. 𝑆
Pd = Tekanan keluar dari silinder tingkat pertama (N/cm2 abs), Ps = Tekanan isap dari silinder tingkat pertama (N/cm2 abs). n
= Koefisien ekspansi gas yang tertinggal di dalam volume sisa; untuk udara, n = 1,2.
Tanda, berarti "kira-kira sama dengan", karena pers. (2.15) diperoleh dari perhitungan teoritis. Adapun harga 𝜂𝑣 yang sesungguhnya adalah sedikit lebih kecil dari harga yang diperoleh dari rumus di atas karena adanya kebocoran melalui 36
cincin torak dan katup-katup, serta tahanan pada katup-katup. Dalam Gambar 2.30 diperlihatkan pengaruh dan 𝑃𝐷 ⁄𝑃𝑆 pada efisiensi volumetris (𝜂𝑣 ). Sehubungan dengan hal-hal di atas dapat dimengerti jika efisiensi volumetris juga tergantung pada faktorfaktor rancangan kompresor seperti bentuk dan ukuran silinder, serta bentuk, ukuran, dan susunan katup-katup.
Gambar 2.30 Grafik efisiensi volumetris dan perbandingan tekanan 2. Efisiensi Adiabatik Keseluruhan Efisiensi kompresor ditentukan oleh berbagai faktor seperti tahanan aerodinamik di dalam katup-katup, saluransaluran, pipa-pipa, kerugian mekanis, efektivitas pendinginan, dll. Namun, menentukan secara tepat pengaruh masing-masing faktor tersebut adalah sangat sulit. Karena itu faktor-faktor ini digabungkan dalam efisiensi adiabatik keseluruhan. Efisiensi adiabatik keseluruhan didefinisikan sebagai daya yang diperlukan untuk memampatkan gas dengan siklus adiabatik 37
(menurut perhitungan teoritis), dibagi dengan daya yang sesungguhnya diperlukan oleh kompresor pada porosnya. Dalam rumus, efisiensi ini dapat ditulis sbb :
𝜂𝑎𝑑 =
𝐿𝑎𝑑
Dimana :
(2.16)
𝐿𝑠
𝜂𝑎𝑑 = Efisiensi adiabatik kesekuruhan (biasanya dinyatakan dalam %), 𝐿𝑎𝑑 = Daya adiabatik teoritis (kW) 𝐿𝑠 = Daya yang masuk pada poros kompresor (kW). Besarnya daya adiabatik teoritis dapat dihitung dengan rumus 𝑚.𝑘
𝐿𝑎𝑑 = (𝑘−1)
𝑃𝑆 𝑄 𝑆 60.000
{(𝑟𝑝 )
(𝑘−1) 𝑚𝑘
− 1}
(2.17)
Dimana : 𝑃𝑠 = Tekanan isap tingkat pertama (N/m2 abs) 𝑃𝑑 = Tekanan keluar dari tingkat terakhir (N/m2 abs) 𝑄𝑠 = Jumlah volume gas yang keluar dari tingkat terakhir (m3/min) dinyatakan pada kondisi tekan dan temperatur isap m = Jumlah tingkat kompresi; lihat keterangan pada Pers. (2.11). Dalam Tabel 2.3 diberikan harga-harga daya adiabatik teoritis yang diperlukan untuk mengkompresikan 1 m3/min udara dengan kondisi standar sebagai hasil perhitungan berdasarkan rumus 2.17 di atas. Dari tabel terlihat bahwa daya yang diperlukan untuk kompresi 2 tingkat harganya lebih kecil dari pada kompresi satu tingkat. Harga yang lebih rendah ini diperoleh pada kompresor 2 tingkat yang menggunakan pendingin antara (inter-cooler) di antara tingkat pertama dan tingkat ke dua. 38
Penggunaan pendingin antara akan memperkecil kerja kompresi. Jika tidak digunakan pendingin antara, maka daya yang diperlukan untuk kompresi 2 tingkat adalah sama besarnya dengan daya untuk 1 tingkat, pada perbandingan tekanan yang sama.
Gambar 2.31 Kompresor dua stage dengan intercooler Semakin tinggi efisiensi adiabatik keseluruhan sebuah kompresor, berarti semakin kecil daya poros yang diperlukan untuk perbandingan kompresi dan kapasitas yang sama. Namun setinggi-tinggi efisiensi ini, harganya tidak akan mencapai 100%. Selanjutnya, karena harga daya adiabatis teoritis untuk kompresor satu tingkat berbeda dengan harga untuk kompresor dua tingkat, maka memperbandingkan efisiensi kompresor harus dilakukan di antara yang sama jumlah tingkatnya. Sebagai kesimpulan dapat dikemukakan bahwa efisiensi diabatik keseluruhan merupakan petunjuk bagi baik buruknya performansi dan ekonomi sebuah kompresor. Adapun efisiensi volumetris hanya merupakan suatu koefisien yang diperlukan oleh perencana kompresor dan tidak penting artinya bagi pemakai. Efisiensi volumetris dan efisiensi adiabatik keseluruhan sebenarnya tidak tetap harganya dan berubah-ubah menurut 39
konstruksi dan tekanan keluar kompresor. Karena itu perhitungan daya tidak dapat dilakukan semudah cara di atas. Namun untuk perhitungan kasar, efisiensi volumetris dapat ditentukan dari gambar 2.30, efisiensi adiabatik keseluruhan dapat diambil kira-kira 80 sampai 85 % untuk kompresor besar, 75 sampai 80% untuk kompresor sedang, dan 65 sampai 70% untuk kompresor kecil. Tabel 2.3 Perhitungan Daya Adiabatik Teoritis
2.6. Jenis Penggerak dan Transmisi Daya Poros 40
Sebagai penggerak kompresor umumnya dipakai motor listrik dan motor sinkron. Adapun macam, sifat-sifat, dan penggunaan masing-masing jenis penggerak tersebut dapat diuraikan seperti di bawah ini. 1. Motor Listrik Motor listrik dapat diklasifikasikan secara kasar atas motor induksi dan motor sinkron. Motor induksi mempunyai faktor daya dan efisiensi yang lebih rendah dari pada motor sinkron. Arus awal motor induksi juga sangat besar. Namun motor induksi sampai 600 kW banyak dipakai karena harganya relatip murah dan pemeliharaannya mudah. 2. Cara Start Motor Motor listrik dapat distart dengan berbagai cara. Dalam memilih gabungan yang sesuai dari table ini, perlu diperhatikan momen awal, kapasitas sumber daya di tempat pemasangan kompresor, dan pengaruh arus awal pada sistem distribusi daya yang ada. 3. Motor Bakar Torak Motor bakar torak dipergunakan sebagai penggerak kompresor bila tidak tersedia sumber listrik di tempat pemasangannya, atau bila kompresor tersebut merupakan kompresor portable. Untuk daya kecil sampai 5,5 kW dapat dipakai motor bensin, dan untuk daya yang lebih besar dipakai motor Diesel. 4. Transmisi Daya Poros Untuk mentransmisikan daya dari poros motor penggerak ke poros kompresor, ada beberapa cara yang sekarang banyak dipakai. Bila dipakai motor listrik sebagai penggerak maka transmisisnya dapat menggunakan sabuk-V, kopling tetap, dan rotor terpadu. Bila dipakai motor torak dapat digunakan sabuk-V, kopling tetap, atau kopling gesek. 41
2.7. Pipa (Pipe) Panjang pipa dinyatakan dalam Single Random (panjang ± 6 meter) dan Double Random (panjang ± 12 meter). Diameter pipa dinyatakan dengan Nominal Pipe Size (NPS). NPS tidak mencerminkan diameter luar maupun diameter dalam suatu pipa. Khusus pipa dengan NPS 14 inch dan lebih besar, NPS sama dengan diameter luar pipa. Ketebalan dinding pipa dinyatakan dalam Schedule Number, dimana semakin tinggi angka Schedule Number menunjukkan ketebalan dinding yang semakin besar. Tabel 2.4 Spesifikasi carbon steel pipe – schedule 40
Ditinjau dari proses pembuatannya pipa dibedakan menjadi dua macam yaitu Seamless Pipe dan Welded Seam Pipe. Pipa Seamless tidak memiliki sambungan pada dinding pipa, pipa jenis ini biasanya memiliki panjang yang terbatas karena keterbatasan panjang peralatan di pabrik pembuatnya. Pipa Welded seam memiliki sambungan pada pipa dengan cara pengelasan. Bentuk sambungan pada dinding pipa ada yang searah dengan sumbu pipa (longitudinal seam) dan ada pula sambungan yang berbentuk melingkar (spiral welded). 42
2.7.1. Material Pipa Material pipa yang digunakan dalam suatu perencanaan sangat menentukan panjang pendeknya umur pemakaian pipa tersebut. Pemilihan material pipa sangat ditentukan oleh : Sifat fluida (korosif atau tidak) Temperatur dan tekanan operasi Kondisi lingkungan dimana pipa akan ditempatkan Contoh material pipa antara lain adalah : cast iron, cast steel, alloy steel, stainless steel dan lain-lain. Masing-masing material memiliki sifat fisik dan mekanik yang berbeda-beda sedangkan penggunaanya didasarkan atas jenis fluida, tekanan dan temperatur operasi. Untuk kondisi operasi tertentu dan juga atas pertimbangan ekonomis dan perencanaan ada pipa yang terbuat dari gabungan bahan yang berbeda dalam bentuk campuran yang homogen maupun berupa lapisan khusus atau lining. Tabel 2.5 Nilai koefisien kekasaran pada setiap material pipa
2.7.2. Kode dan Standar Pipa Kode dan Standar yaitu merupakan suatu acuan teknis dalam perencanaan yang diterbitkan oleh institusi/lembaga internasional dan digunakan secara internasional pula. 43
Untuk perusahaan-perusahaan yang sudah maju, kode dan standar tersebut dikembangkan lagi dalam bentuk Company Standard, Code of Practice maupun Rule of Thumb yang biasanya berlaku intern perusahaan yang menyusunnya. Untuk sistem perpipaan, kode dan standar yang digunakan antara lain : ANSI (American National Standard Institution) API (American Protoleum Institute) ASME (American Society of Mechanical Engineers) ASTM (American Society of Testing and Material) JIS (Japanese Insdustrial Standard) MSS (Manufacturers Standardization Society) 2.7.3. Fitting Fitting digunakan untuk menghubungkan suatu sistem perpipaan itu sendiri maupun dengan peralatan lain dalam suatu unit atau plant. Ukuran fitting biasanya mengikuti ukuran diameter pipa dimana fitting tersebut akan dipasang. Contoh fitting antara lain: Elbow 90 atau 45 derajat : untuk belokan pipa 90o atau 45o Return bend /”U” bend : untuk belokan pipa 180o Tee /”Y” : untuk percabangan pipa, bisa bercabang sama besar atau lebih kecil Reducer / diffuser : untuk perubahan ukuran pipa menjadi lebih kecil/lebih besar Flange : untuk menghubungkan pipa dengan peralatan agar mudah dilepas/dipasang, antara flange harus dipasang gasket untuk mencegah kebocoran.
44
Gambar 2.32 Salah satu contoh fitting pipa jenis flange 2.7.4. Katup (Valve) Katup atau valve digunakan untuk mengatur laju aliran fluida yang ada didalam pipa. Jenis katup bermacam-macam dan disesuaikan dengan kebutuhannya. Ukuran suatu katup biasanya mengikuti ukuran diameter pipa dimana katup tersebut akan dipasang. Contoh katup antara lain : Gate/ball/plug valve : untuk membuka atau menutup penuh saluran suatu aliran Globe valve : untuk mengatur besar kecilnya suatu aliran di dalam pipa Check valve : untuk menahan aliran balik Diaphragma valve : untuk fluida yang beracun (tidak boleh ada bocoran) 2.8. Hukum Kontinuitas Setelah tercapai kondisi yang steady berat fluida persatuan waktu adalah sama dengan 𝛾𝐴𝑉 dimana V adalah kecepatan rata-rata pada penampang tersebut, A luas penampang, dan γ adalah berat per satuan volume. Untuk sembarang penampang a dan b, 𝛾𝑎 𝑉𝑎 𝐴𝑎 = 𝛾𝑏 𝑉𝑏 𝐴𝑏 untuk setiap penampang, sehingga 𝛾𝐴𝑉 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛, persamaan ini dikenal sebagai persamaan kontinuitas dan sangat penting dalam perhitunganperhitungan aliran fluida. 45
Untuk cairan-cairan seperti ini, γ secara praktis adalah konstan, dan persamaan diatas menjadi, Q = AV dimana Q adalah jumlah fluida yang mengalir per satuan waktu (misalnya feet kubik per detik). Jadi, begitu luasan penampang mengecil, secara perlahan-lahan kecepatan akan bertambah besar, dan sebaliknya seperti pada gambar 2.33. Selama interval waktu tertentu aliran yang melalui volume atur memiliki sejumlah massa yang masuk dan keluar dari volume atur tidak sama, dengan demikian akan terjadi perubahan massa dan volume atur tersebut. Berkaitan dengan hal tersebut dapat diformulasikan volume atur untuk kekekalan massa yaitu : 𝜕
1
1
0 = 𝜕 ∫𝐶𝑉 𝜌𝑑𝐴 + ∫𝐶𝑆 𝜌𝑉𝑑𝐴
(2.18)
Asumsi bahwa : Aliran fluida adalah incompressible Aliran fluida kerjanya adalah steady state Maka persamaan 2.12 dapat ditulis sebagai berikut : 1
0 = ∫𝑐𝑠 𝜌𝑉𝑑𝐴
46
(2.19)
Gambar 2.33 Persamaan kontinyuitas dengan volume atur Dengan mengintegralkan persamaan 2.20 maka didapat persamaan sebagai berikut :
0 = −|𝜌𝑉1 𝐴1 | + |𝜌𝑉2 𝐴2 |
( 2.20 )
𝑚̇1 = 𝑚̇2 𝜌1 𝑣1 𝐴1 = 𝜌2 𝑣2 𝐴2 𝜋 𝑃1 𝑃1 . 𝑣1 . 𝐷2 = .𝑄 𝑅1 𝑇1 4 𝑅1 𝑇1 2 Asumsi : T1 = T 2 R1 = R2 P1 = P2 Sehingga :
𝑣1 =
𝑄2 . 4 𝜋. 𝐷2
47
( 2.21 )
2.9. Head Fluida Untuk analisa kerugian melalui pipa dapat digunakan persamaan energi, dimana sistem terlihat pada gambar berikut ini.
Gambar 2.34 Volume atur dan koordinat analisa energi Dimana diasumsikan bahwa : Wother, Wshear = 0 Steady Flow Incompressible Energy dalam dan tekanan pada tiap penampang bersifat uniform Dengan asumsi-asumsi diatas, maka persamaan 2.22 dapat diolah menjadi, 𝑃 𝑃 𝑄̇ − 𝑊𝑠 = 𝑚̇(𝑢2 − 𝑢1 ) + 𝑚̇ ( 2 − 𝜌1 ) + 𝑚̇𝑔(𝑍2 − 𝑍1 ) + 𝜌
1 𝑉2 ∫𝐴 22 𝜌𝑉2 𝑑𝐴2 2
1 𝑉2
− ∫𝐴 1 𝜌𝑉1 𝑑𝐴1 ( 2.22 ) 1 2 Karena aliran fluida bersifat viscous, kecepatan aliran pada suatu penampang tidak akan uniform. Dengan demikian untuk menyelesaikan persoalan ini digunakan kecepatan rata-rata kedalam persamaan energy tersebut, sehingga tanda integral pada persamaan tersebut dapat dihilangkan. Untuk melakukannya harus digunakan koefisien energi kinetik (a) kedalam persamaan tersebut. 48
1
∫ 𝐴
1 2 𝑉2 𝑉 𝑉2 𝜌𝑉𝑑𝐴 = 𝛼 ∫ 𝜌𝑉𝑑𝐴 = 𝛼𝑚 2 2 𝐴 2
Sehingga persamaan 2.22 dapat ditulis menjadi, 𝑃2 𝑃1 𝑄 − 𝑊 = 𝑚̇(𝑢2 − 𝑢1 ) + 𝑚̇ ( + ) + 𝑚̇𝑔(𝑍2 − 𝑍1 ) 𝜌 𝜌 2 2 ( 2.23 ) 𝛼2 ⃗⃗⃗ 𝑉2 𝛼1 ⃗⃗⃗ 𝑉1 + 𝑚̇ ( − ) 2 2 Dimana : 2 2 ⃗⃗⃗1 ⃗⃗⃗2 𝑉 𝑃2 𝑉 𝑃1 −𝑊𝑠 + [ + 𝛼1 + 𝑔𝑍1 ] − [ + 𝛼2 + 𝑔𝑍2 ] 𝜌 𝜌 2 2 𝜕𝑄 ( 2.24 ) = (𝑢2 − 𝑢1 ) − 𝑑𝑚 Dimana : 𝜕𝑄 𝑑𝑚 Kerugian energi dalam karena timbulnya energi panas yang disebabkan oleh gesekan fluida cair dengan dinding saluran. Bila persamaan 2.24 dikalikan dengan 1/g, maka persamaan menjadi : (𝑢2 − 𝑢1 ) −
𝑃2 − 𝑃1 𝑊𝑠 𝑉2 2 − 𝑉1 2 = 𝐻𝑃 = ( ) + (𝑍2 𝑍1 ) + ( ) + ∑ 𝐻𝑙𝑜𝑠𝑠 𝛾 2𝑔 𝑔 2.10. Perhitungan Kerugian Tekanan Kerugian tekanan menyebabkan penurunan tekanan, oleh sebab itu harus diusahakan agar kerugian tekanan tetap serendah mungkin. Kerugian tekanan di bedakan menjadi 2, yaitu : Kerugian tekanan mayor Meliputi : kerugian tekanan pada pipa Kerugian tekanan minor Meliputi : kerugian tekanan karena aksesoris 49
2.10.1. Kerugian Mayor (Mayor Losses) Merupakan kehilangan tekanan karena gesekan pada dinding pipa yang mempunyai luas penampang yang tetap yang terjadi dalam pipa yang bergantung pada panjang saluran (L), saluran dalam pipa (diameter dalam saluran), tekanan kerja (P) Sehingga kerugian tekanan pada saluran pipa dapat dihitung dengan rumus : 𝐿 𝑣2 ∆𝑃 = 𝑓 ( ) ( ) . 𝜌 ( 2.25 ) 𝐷 2 Diamana : 𝑓 = faktor gesekan L = panjang pipa D = diameter dalam pipa v = Kecepatan rata-rata fluida 𝜌 = Densitas Udara Untuk menentukan besar koefisien gesek (𝑓), maka perlu diketahui dahulu bentuk alirannya dengan cara menentukan besarnya bilangan Reynold, besarnya Reynold Number dapat dicari dengan menggunakan persamaan di bawah ini : 𝑣𝐷 ( 2.26 ) 𝑅𝑒 = 𝜌 𝜇 Dimana : 𝑅𝑒 = Reynold number 𝜌 = massa jenis udara (Kg/m3) v = kecepatan fluida (m/dt) µ = viskositas absolut fluida (Ns/m2) D = Diameter pipa (m) Apabila dari perhitungaan diperoleh harga Re, maka jenis aliran fluida akan dapat diketahui. Adapun harga-harga Re adalah sebagai berikut : Re < 2300 aliran bersifat laminar Re > 2300 aliran bersifat turbulen 50
Re = 2300 – 2400
aliran bersifat transisi
Untuk aliran laminar, besarnya koefisien gesek dapat dicari menggunakan persamaan di bawah ini. 64 ( 2.27 ) 𝑓= 𝑅𝑒 Sedangkan untuk turbulen besarnya koefisien kerugian geseknya bergantung pada Reynold Number (Re) dan Relatif 𝑒 Roughness (𝐷) yang dapat dihitung dan selanjutnya nilai tersebut di plotkan pada Moody Diagram. 2.10.2. Kerugian Minor (Minor Losses) Kerugian minor merupakan gesekan yang terjadi pada katup atau fitting seperti tee, elbow, dan bengkokan (bends). Dan untuk menghitung kerugian tekanan akibat adanya katup perubahan penampang pada sisi aliran fluida dalam pipa, dan lainlain. Besarnya dapat dicari dengan menggunakan persamaan dibawah ini. 𝐿𝑒 𝑣 2 𝑣2 . ( ) . 𝜌 ( 2.28 ) ∆𝑃 = 𝐾 ( ) . 𝜌 𝑎𝑡𝑎𝑢 ∆𝑃 = 𝑓 𝑑 2 2 Dimana : K = faktor K untuk berbagai macam katup dan fitting yang besarnya dapat dilihat pada lampiran Le/d = koefisien tekanan yang hilang pada katup dan fitting yang besarnya dapat dilihat pada table 2.1 v = Kecepatan rata-rata fluida (m/sec) 𝜌 = massa jenis udara (kg/m3) Selain menggunakan rumus di atas, perhitungan kerugian tekanan dapat dilakukan dengan menggunakan Rumus Harris. Metode dengan menggunakan equivalent Length merupakan metode yang paling sederhana dengan perkiraan bahwa kerugian gesekan pada katup dan alat penyambung sama dengan panjang pipa dengan diameter nominal yang sama. Kerugian gesekan dalam katup alat penyambung akan menjadi fungsi dari faktor gesekan dari pipa. Equivalent Length dari katup 51
dan alat penyambung dapat menimbulkan kesalahan karena asumsi dari faktor gesekan, tetapi hal ini lebih akurat untuk aliran turbulent pada perencanaan jalur pipa. Tabel 2.6 Tabel Equivalent Length pada katup dan fitting
2.11 Software Pipe Flow Expert Pipe Fow Expert merupakan program perangkat lunak yang digunakan untuk desain perpipaan dan pemodelan sistem pipa.Software ini dapat digunakan untuk menghitung aliran fluida dalam jaringan pipa terbuka maupun tertutup dengan suatu kapasitas reservoar, beberapa pompa yang dihubungkan secara seri dan paralel serta beberapa ukuran dan fitting suatu pipa.Pipe flow expert ini akan menghitung laju aliran di setiap pipa dan akan menghitung penurunan tekanan pipa seluruh sistem. Pada gambar 2.27 menunjukkan penampang salah satu instalasi pada software pipe flow expert.
52
Gambar 2.35 Instalasi pada Pipe flow expert
53
Halaman ini sengaja dikosongkan
54
BAB III METODE ANALISA 3.1. Metode Penyusunan Tugas Akhir Adapun langkah dan prosedur penyusunan tugas akhir ini dilakukan dengan metode penyusunan yang dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Studi literatur, bertujuan untuk mendapatkan berbagai macam informasi dan data yang berkaitan dengan obyek penelitian, misalnya cara kerja kompresor saat proses kompresi sour gas sedang berlangsung dan parameter unjuk kerja yang diinginkan. 2. Melakukan pengambilan data di PT. JOB Pertamina Petrochina Tuban untuk mendapatkan spesifikasi kompresor, spesifikasi mesin penggerak kompresor, spesifikasi sour gas, jenis dan ukuran pipa, serta proses kerja. 3. Analisa data, dalam hal ini dilakukan analisa berdasarkan data-data spesifikasi yang diperoleh, meliputi : a. Spesifikasi Sour Gas b. Spesifikasi Kompresor c. Ukuran pipa dan aksesorisnya d. Spesifikasi Scrubber dan Coallesching filter yang dituju 4. Pembahasan dan evaluasi perbandingan, dalam tahap ini akan dilakukan pembahasan serta evaluasi perbandingan terhadap hasil-hasil yang di dapat. 5. Kesimpulan dan rekomendasi yang didapat setelah melakukan analisa dan evaluasi perhitungan. 3.2. Data-Data Hasil Survey Setelah melakukan survey lapangan di PT. JOB Pertamina Petrochina Tuban yang bergerak di bidang industri minyak dan gas, maka diperoleh data-data sebagai berikut :
53
3.2.1. Data Spesifikasi Sour Gas Spesifikasi Sour gas Rumus Molekul Specific Gravity ( SG ) Compressibility Factor Gross Heating Value
: H2S : @60oF, 14,7 Psia = 1,18994 : 0,98876 : 1085,58359
3.2.2. Data Spesifikasi Kompresor Kompresor yang digunakan untuk proses pengolahan sour gas pada perusahaan ini adalah produksi dari PT.Daekyung Indah Heavy Industri. Dimana kompresor tersebut akan dianalisa unjuk kerjanya, kemudian dijadikan perbandingan dengan tujuan untuk menemukan kompresor yang sesuai dengan kebutuhan sistem instalasi. Berikut adalah spesifikasi compressor :
Gambar 3.1 Kompresor CP9650 Spesifikasi kompresor merk CP9650 Jenis Kompresor : Compressor Reciprocating Year Build : 2001 Corrosion Allowed : 0,125 Inch 54
Tekanan Keluar Kapasitas Kecepatan Max Daya
: 250 psi : 2,5 MMSCFD : 900 rpm : Service Primary HP/KW = 554/413 Secondary HP/KW = 554/413 Overload Primary HP/KW = 604/450 Secondary HP/KW = 588/438
3.2.3 Data Pipa Diameter pipa pada kondisi di lapangan: Diameter pipa suction A-B Diameter pipa section C-E Diameter pipa section E-F Diameter pipa section F-G Diameter pipa section G-H Diameter pipa section H-I Panjangpipa pada kondisi di lapangan:
: 8 inch : 4 inch : 6 inch : 2 inch : 6 inch : 10 inch
Panjang pipa suction A-B : 42,5 m : 18,5 m Panjang pipa section C-E Panjang pipa section E-F : 14,9 m Panjang pipa section F-G :5m Panjang pipa section G-H : 47,6 m Panjang pipa section H-I : 37,2 m Bahan pipa kondisi di lapangan:Carbon Steel Pipeschedule 40 3.3. Study Literature a. Penentuan tema awal Tugas Akhir mengenai “Analisa instalasi kompresor CP9650” di JOB P-PEJ Tuban pada Central Processsing Area. b. Pengajuan tema dan persetujuan dosen pembimbing. c. Memenuhi prosedur pengambilan data yang telah ditetapkan oleh perusahaan.
55
3.4. Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan berdasarkan pada data – data yang diperlukan dalam analisa perencanaan instalasi. Kegiatan diatas meliputi : a. Studi Literatur. Dalam studi literature ini dipelajari dari buku - buku yang menjadi referensi dalam perencanaan instalasi kompresor, baik yang ada di perusahaan ataupun literature dari mata kuliah yang berhubungan dengan tujuan pengambilan Tugas Akhir ini. b. Kegiatan ini dimaksudkan untuk mengetahui kondisi riil instalasi serta jenis peralatan yang dipergunakan. Dengan didampingi pembimbing lapangan, diharapkan ada komunikasi dua arah yang dapat memberikan gambaran secara jelas data - data yang kita perlukan untuk melakukan analisa perhitungan. 3.5. Perhitungan Melakukan perhitungan kapasitas, kecepatan aliran pada pipa, pressure drop instalasi kompresor serta daya kompresor yang dibutuhkan dengan menggunakan data yang telah diperoleh dari perusahaan. Perhitungan tersebut meliputi : a. Perhitungan Manual Dalam perhitungan manual ini digunakan persamaan dasar sesuai dengan teori yang ada untuk menghitung berbagai data yang diperlukan. Perhitungan ini dilakukan secara manual dengan bantuan alat bantu hitung. b. PerhitunganNumerik Perhitungan numeric ini digunakan untuk membandingkan antara perhitungan manual yang 56
dilakukan secara manual dengan hasil perhitungan menggunakan software. Software yang digunakan dalam perhitungan numeric ini adalah Pipe Flow Expert. Langkah – langkah dalam menggunakan soft ware ini adalah sebagai berikut: 1. Membuka jendela software Pipe Flow Expert 2. Memilih satuan yang akandigunakandalam proses perhitungan
Gambar 3.2 Pemilihan satuan 3. Memilih fluida kerja dan temperature kerja pada perintah ‘fluid’ , seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 3.3 tombol perintah untuk memilih fluida kerja 4. Menggambar instalasi pompa sesuai dengan kondisi lapangan, kemudian mengisikan data – data berupa material pipa, diameter pipa, aksesoris dan panjang pipa. 57
Gambar 3.4 Form pengisian data pipa dan aksesoris 5. Untuk memasukkan data kapasitas kompresor, klik pada tombol kompresor seperti pada gambar, kemudian akan muncul jendela ‘pump data’. Pilih ‘set flow rate’, kemudian masukkan data kapasitas.
Gambar 3.5 Ikon eksekusi untuk menambahkan pompa pada instalasi
58
Gambar 3.6 Jendela pump data, untuk memasukkan data kompresor 6. Apabila semua data telah dimasukkan, maka untuk mendapatkan hasil perhitungan, klik pada tombol CALCULATE hingga muncul hasil perhitungan instalasi.
Gambar 3.7 tombol eksekusi perhitungan
59
Gambar 3.8 Contoh hasil perhitungan 7. Untuk melihat data hasil perhitungan yang lebih lengkap, klik pada 3 pilihan pada gambar 3.10 ‘view results drawing’, ‘view result sheet’, atau ‘create PDF Report’. Dengan melakukan perhitungan secara numeric menggunakan Pipe Flow Expert, maka secara otomatis kita akan mendapatkan data berupa: a. Data fluida kerja berupa tekanan uap jenuh dan viskositas kinematic b. Data pipa berupa diameter dalam dan nilai kekasaran permukaan (Roughness) c. Debit masing – masing pipa d. Kecepatan aliran dalam pipa e. Reynold number ( Re ) f. Friction factor g. Friction loss 60
h. Tekanan pada masing – masing pipa i. Compressor pressure drop 3.6. Kesimpulan Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari perhitungan. Catatan : data-data lain yang tidak diketahui dan berhubungan dengan analisa perhitungan instalasi pompa dapat dicari pada table, lampiran-lampiran, dan buku referensi yang mendukung. Untuk gambar instalasi dapat dilihat pada lampiran.
61
3.7. Urutan Pengerjaan 3.7.1. Diagram Alir Secara Umum
Gambar 3.9 Diagram alir secara umum
62
Gambar 3.10 Diagram alir secara umum lanjutan
63
3.4.2. Diagram Alir Perhitungan Unjuk Kerja Kompresor
Gambar 3.11 Diagram alir perhitungan unjuk kerja kompresor 64
Gambar 3.12 Diagram alir perhitungan unjuk kerja kompresor lanjutan 65
Halaman ini sengaja dikosongkan
66
BAB IV PERHITUNGAN Pada bab berikut ini dijelaskan perhitungan ulang dalam pembahasan mengenai system perpipaan compressor pada Central Processsing Area (CPA) di JOB P-PEJ Tuban. 4.1 Umum Sistem perpipaan pada instalasi compressor ini untuk melayani proses penyaluran sour gas dari three phase stripper menuju ke SRU ( Sulphur Recovery Unit ). Dimana setelah melewati compressor, sour gas akan dikompresikan menuju ke SRU. 4.2 Perencanaan Sistem Distribusi Sour Gas 4.2.1 Penaksiran Kebutuhan Sour Gas Untuk memperkirakan besarnya kebutuhan sour gas yang ada di Central Procesing Area (CPA), perhitungan kapasitas kompresor ini didasarkan pada kapasitas yang paling besar dari pengoperasian kompresor tersebut yaitu sebesar 2,5MMSCFD = 2949,675 m3/jam. (gambar instalasi kompresor dapat dilihat pada lampiran) 4.2.2PerhitunganManual Sistem Distribusi Sour Gas Perhitungan manual ini dilakukan dengan melakukan menghitung Head effektif instalasi kondisi eksisting dimana dari perhitungan tersebut akan diketahui seberapa besar pressure drop yang harus dilayani oleh kompresor. 4.2.2.1Pengecekan Diameter Instalasi Perpipaan Dalam pengecekan diameter pipa, perlu diperhatikan akan kecepatan aliran di dalam pipa. Pengecekan diameter pipa meliputi : Pada instalasi pipa suction dari Scrubber Pada instalasi pipa discharge dari Coallasching Filter 4.2.2.1.1Perhitungan Kecepatan Aliran pada pipa suction 𝑉=
4𝑄 𝜋𝐷 2
67
Kecepatan aliran pada pipa berdiameter 8 inch schedule 40s Diketahui : 𝑄 = 2949,675
𝑚3 𝑗𝑎𝑚
×
1 𝑗𝑎𝑚 3600 𝑠𝑒𝑐
= 0,819
𝑚3 𝑠
𝑚3
0,819 𝑠 merupakan kapasitas standart. Utuk menghitung kapasitas tiap section dengan menggunakan persamaan berikut: 𝑃𝐴 𝑄𝐴 𝑃𝐵 𝑄𝐵 = 𝑇 𝑇 Temperature (T) diabaikan dan dianggap konstan. Maka persamaan tersebut menjadi : 𝑃𝐴 𝑄𝐴 = 𝑃𝐵 𝑄𝐵 Maka, kapasitas pada section B adalah PA = 18,0psig + 14,7 = 32,7 psia = 32,7psia x 0,06847 = 2,238 Bar = 223,8Kpa QA PB
𝑚3
= 0,819 𝑠 = 16,5psig + 14,7 = 31,2 psia = 31,2psia x 0,06847 = 2,136 Bar = 213,6Kpa
𝑃𝐴 𝑄𝐴 = 𝑃𝐵 𝑄𝐵 223,8 × 0,819 = 213,6 × 𝑄𝐵 183,292 = 213,6 × 𝑄𝐵 183,292 𝑄𝐵 = 213,6 𝑚3 = 0,858 𝑠 Sekarang telah diketahui kapasitas pada Section A-B sebesar 0,858
𝑚3 𝑠
68
Maka, kecepatan pada pipa Suction adalah 𝑚3 𝑄𝐴_𝐵 = 0,858 𝑠 𝐷𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙 = 0.202717𝑚 Sehingga, 𝑉=
4𝑄 𝜋𝐷 2
=
4 × 0,858
𝑚3 𝑠
3,14 × (0,202717 𝑚)2
= 26,597
𝑚 𝑠
4.2.2.1.2.Perhitungan Kcecepatan Aliran pada pipa discharge 4𝑄 𝜋𝐷 2 Sebelum menghitung kecepatan pada masing—masing pipa Discharge, maka harus diketahui kapasitas pada keluaran kompresor, dengan cara sebagai berikut : 𝑉=
𝑃𝐶 𝑄𝐶 𝑃𝐷 𝑄𝐷 = 𝑇 𝑇 Temperature (T) diabaikan dan dianggap konstan. Maka persamaan tersebut menjadi : 𝑃𝑠𝑡 𝑄𝑠𝑡 = 𝑃𝑑𝑠 𝑄𝑑𝑠 Maka, kapasitas pada kompresor adalah Pst = 16,5psig + 14,7 = 31,2 psia = 31,2psia x 0,06847 = 2,136 Bar = 213,6Kpa Qst Pds
𝑚3
= 0,858 𝑠 = 224,2psig + 14,7 = 238,9 psia
69
= 238,9psia x 0,06847 = 16,357 Bar = 1635,7Kpa 𝑃𝑠𝑡 𝑄𝑠𝑡 = 𝑃𝑑𝑠 𝑄𝑑𝑠 213,6 × 0,858 = 1635,7 × 𝑄𝑑𝑠 183,268 = 1635,7 × 𝑄𝑑𝑠 183,268 𝑄𝑑𝑠 = 1635,7 𝑚3 = 0,112 𝑠 Kecepatan aliran pada pipa section C-D dan section D-E berdiameter 4 inch schedule 40s Diketahui : 𝑚3 𝑄 = 0,112 𝑠 𝑚3 0,112 𝑠 merupakan kapasitas discharge kompresor atau titik C. Pada section C-D terdapat pressure drop pada water cooling, sedangkan pada section D-E terdapat pressure drop pada vassel. Sebelum menentukan kecepatan aliran pada section C sampai E, maka terlebih dahulu menghitung pressure drop pada water cooling dan vassel dengan persamaan sebagai berikut: Dimana,
∆𝑃𝐶−𝐸 = (∆𝑃𝑊𝐶 + ∆𝑃𝑉𝑎𝑠 ) × (𝜌 × 𝑔) 1 𝑓𝑡 12 𝑖𝑛𝑐ℎ
∆PWC
= 10 inch H2O×
∆PVas
= 0,2533 𝑚 1 𝑓𝑡 = 17 inch H2O× 12 𝑖𝑛𝑐ℎ 𝑥
= 0,4306 𝑚 ρ
= 14,299
𝐾𝑔 𝑚2 𝑠2
Maka, ∆𝑃𝐶−𝐸 = (∆𝑃𝑊𝐶 + ∆𝑃𝑉𝑎𝑠 ) × (𝜌 × 𝑔)
70
𝑥
0,304 𝑚 1 𝑓𝑡 0,304 𝑚 1 𝑓𝑡
𝐾𝑔 = (0,2533 𝑚 + 0,4306 𝑚) × 14,299 2 2 𝑚 𝑠 𝐾𝑔 = 0,6839 𝑚 × 14,299 2 2 𝑚 𝑠 = 9,779 Pa + 223,8 = 233,579 Kpa = 2,335 Bar Setelah diketahui pressure drop pada section C-E, maka selanjutnya menghitung tekanan pada section D-E dengan persamaan berikut : 𝑃𝐷−𝐸 = 𝑃𝑑𝑠 − ∆𝑃𝐶−𝐸 = 16,357 𝐵𝑎𝑟 − 2,335 𝐵𝑎𝑟 = 14,022 𝐵𝑎𝑟 = 1402,2 𝐾𝑝𝑎 Untuk menghitung kapasitas section D-E dengan menggunakan persamaan berikut: 𝑃𝐶−𝐷 𝑄𝐶−𝐷 𝑃𝐷−𝐸 𝑄𝐷−𝐸 = 𝑇 𝑇 Temperature (T) diabaikan dan dianggap konstan. Maka persamaan tersebut menjadi : 𝑃𝐶−𝐷 𝑄𝐶−𝐷 = 𝑃𝐷−𝐸 𝑄𝐷−𝐸 Dimana, PC-D = 224,2psig + 14,7 = 238,9 psia = 238,9psia x 0,06847 = 2,3579 Bar = 233,579Kpa 𝑚3
QC-D = 0,112 𝑠 PD-E = 1402,2 𝐾𝑝𝑎 Maka, 𝑃𝐶−𝐷 𝑄𝐶−𝐷 = 𝑃𝐷−𝐸 𝑄𝐷−𝐸 2335,79 × 0,112 = 1402,2 × 𝑄𝐷−𝐸
71
261,608 = 1402,2 × 𝑄𝐷−𝐸 261,608 𝑄𝐵 = 1402,2 𝑚3 = 0,186 𝑠 Sekarang telah diketahui kapasitas pada Section D-E sebesar 𝑚3
0,186 𝑠 Maka, kecepatan pada section C-E adalah 𝑚3 𝑄 = 0,186 𝑠 𝐷𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙 = 0,102260 𝑚 Sehingga, 𝑉=
4𝑄 𝜋𝐷 2
=
4 × 0,186
𝑚3 𝑠
3,14 × (0,102260 𝑚)2
𝑚 𝑠 Kecepatan aliran pada pipa section E-F berdiameter 6 inch schedule 40s Diketahui : 𝑚3 𝑄 = 0,186 𝑠 𝐷𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙 = 0,154051 𝑚 = 22,658
Sehingga, 𝑉=
4𝑄 𝜋𝐷 2
=
4 × 0,186
𝑚3 𝑠
3,14 × (0,154051 𝑚)2
72
𝑚 𝑠 Dari perhitungan kecepatan pada pipa discharge section B-C, maka kecepatan pada pipa discharge section G-H juga mempunyai kecepatan yang sama. Kecepatan aliran pada pipa section F-G berdiameter 2 inch schedule 40s Diketahui : 𝑚3 𝑄 = 0,186 𝑠 = 9,984
𝐷𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙 = 0,052502 𝑚 Sehingga, 𝑉=
4𝑄 𝜋𝐷 2
=
4 × 0,186
𝑚3 𝑠
3,14 × (0,052502 𝑚)2
𝑚 𝑠 Kecepatan aliran pada pipa section H-I berdiameter 10 inch schedule 40s Diketahui : 𝑃𝐺−𝐻 𝑄𝐺−𝐻 𝑃𝐻−𝐼 𝑄𝐻−𝐼 = 𝑇 𝑇 Temperature (T) diabaikan dan dianggap konstan. Maka persamaan tersebut menjadi : = 15,859
𝑃𝐺−𝐻 𝑄𝐺−𝐻 = 𝑃𝐻−𝐼 𝑄𝐻−𝐼 Dimana, PG-H = 1402,2Kpa 𝑚3
QG-H = 0,186 𝑠 PH-I = 85psig + 14,7 = 99,7 psia
73
= 99,7psia x 0,06847 = 6,826 Bar = 682,6Kpa Maka, 𝑃𝐺−𝐻 𝑄𝐺−𝐻 = 𝑃𝐻−𝐼 𝑄𝐻−𝐼 1402,2 × 0,186 = 682,6 × 𝑄𝐻−𝐼 260,809 = 682,6 × 𝑄𝐻−𝐼 260,809 𝑄𝐻−𝐼 = 682,6 𝑚3 = 0,382 𝑠 Sekarang telah diketahui kapasitas pada Section H-I sebesar 𝑚3
0,382 𝑠 Maka, kecepatan pada section H-I adalah 𝑚3 𝑄 = 0,382 𝑠 𝐷𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑙 = 0,254508 𝑚 Sehingga, 𝑉=
4𝑄 𝜋𝐷 2
=
4 × 0,382
𝑚3 𝑠
3,14 × (0,102260 𝑚)2
= 4,775
𝑚 𝑠
4.2.3 Perhitungan Pressure Drop Instalasi Pressure Drop instalasi adalah kerugian-kerugian yang didapat dari adanya komponen dan asesoris yang ada disepanjang pipa suction dan pipa discharge.
74
4.2.3.1 Perhitungan Pressure Drop Mayor Besarnya Pressure Drop Mayor dapat dicari dengan menggunakan persamaan : 𝐿 𝑉2 ×𝛾 ∆𝑃𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 = 𝑓 × × 𝐷 2𝑔 Dimana : f : koofisien gesek L : panjang pipa (m) D : diameter pipa (m) V : kecepatan aliran fluida(m/s) G : percepatan gravitasi(m/s2) γ : density untuk mendapatkan density, maka digunakan perhitungan sebagai berikut : 𝛾 = 𝜌×𝑔 𝜌 = 𝑆𝐺 × 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 Dimana : SG : 1,18994 ( didapat dari reading data di CPA pada 3 april 2014 ) 𝐾𝑔 ρudara :1,225 𝑚3 Maka, 𝜌 = 𝑆𝐺 × 𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
Jadi,
𝐾𝑔 = 1,18994 × 1,225 3 𝑚 𝐾𝑔 = 1,45 3 𝑚
𝛾 =𝜌×𝑔 𝐾𝑔 𝑚 = 1,45 3 × 9,81 2 𝑠 𝑚 𝐾𝑔 = 14,299 2 2 𝑚 𝑠 a. Perhitungan Pressure Drop Mayor pipa Suction section A-B
75
Pada pipa suction, besar diameter pipa adalah 8 inch, maka perhitungannya sebagai berikut : ∆𝑃𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 = 𝑓 × Dimana : L Dinside
𝐿 𝑉2 × ×𝛾 𝐷 2𝑔
= 42,8 m = 0,202717 m
𝑉=
4𝑄 𝜋𝐷 2
=
4 × 0,858
𝑚3 𝑠
3,14 × (0,202717 𝑚)2
𝑚 𝑠 Harga koofisien gesek ditentukan dari Reynold Number (RE). = 26,597
Re
V .D
Dari table A.3 Properties and Selected Gases didapat harga viscositas kinematik = 8,67x106 m2/s Sehingga, 𝑅𝑒 = =
𝑉×𝐷 𝜐 𝑚 26,597 𝑠 × 0,202717 𝑚 𝑚2
8,67 × 10−6 𝑠 = 621875,899 ( 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛 ) Material pipa dari carbon steel dengan kekasaran permukaan ε = 0.046 mm = 4.6 x10-5 m
76
Maka,
Dint ernal
0,046 mm 0,0002269 202,717 mm
Dengan mengetahui harga Re dan
dari Colebrook D equation (Sumber :Robert W Fox, Introduction to Fluid Mechanic) dengan cara mengiterasi sehingga didapat f = 0,01545
e/ D 1 2,51 2.0 log 3,7 Re . f f
Gambar 4.1Iterasi colebrook pada excell untuk pipa suction ∆𝑃𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 = 𝑓 ×
𝐿 𝑉2 × ×𝛾 𝐷 2𝑔 𝑚 2
(26,597 ) 42,8 𝑚 𝑠 = 0,1545 × × 𝑚 0,202717 𝑚 2 × 9,81 2 𝑠 𝐾𝑔 × 14,299 2 2 𝑚 𝑠 = 16813,677 𝑃𝑎 = 16,813 𝐾𝑝𝑎 = 0,168 𝐵𝑎𝑟
b. Perhitungan Pressure Drop Mayor pipa Discharge Pada pipa discharge section C-E, besar diameter pipa adalah 4 inch, maka perhitungannya sebagai berikut :
77
∆𝑃𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟
𝐿 𝑉2 =𝑓× × ×𝛾 𝐷 2𝑔
Dimana : L Dinside
= 18,5 m = 0,102260 m 4𝑄 𝑉= 𝜋𝐷 2 𝑚3 4 × 0,186 𝑠 = 3,14 × (0,102260 𝑚)2 = 22,658
𝑚 𝑠
Harga koofisien gesek ditentukan dari Reynold Number (RE).
Re
V .D
Dari table A.3 Properties and Selected Gases didapat harga viscositas kinematik = 8,67 x 106 m2/s Sehingga, 𝑅𝑒 = =
𝑉×𝐷 𝜐 𝑚 22,658 × 0,102260 𝑚 𝑠
𝑚2
8,67 × 10−6 𝑠 = 267244,184 ( 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛 ) Material pipa dari carbon steel dengan kekasaran permukaan ε = 0.046 mm = 4.6 x10-5 m Maka,
Dint ernal
0,046 mm 0,000449 102,260 mm 78
dari Colebrook D equation (Sumber :Robert W Fox, Introduction to Fluid Mechanic) dengan cara mengiterasi sehingga didapat f = 0,01677 Dengan mengetahui harga Re dan
e/ D 1 2,51 2.0 log 3,7 Re . f f
Gambar 4.2 Iterasi colebrook pada excell untukpipa discharge Section C-E ∆𝑃𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 = 𝑓 ×
𝐿 𝑉2 × ×𝛾 𝐷 2𝑔 𝑚 2
(22,658 ) 18,5 𝑚 𝑠 = 0,1677 × × 𝑚 0,102260 𝑚 2 × 9,81 𝑠2 𝐾𝑔 × 14,299 2 2 𝑚 𝑠 = 11351,068 𝑃𝑎 = 11,351 𝐾𝑝𝑎 = 0,113 𝐵𝑎𝑟
Untuk menghitung pressure drop pada pipa discharge section E-I, maka dapat dilihat pada table dibawah ini. Tabel 4.1 kecepatan aliran pipa discharge Section
Nominal
Diameter
79
Kapasitas
Kecepatan
E-F F-G G-H H-I
Pipa size (NPS) (inch)
Dalam (Din) (m)
6 2 6 10
0,154051 0,052502 0,154051 0,254508
(Q) 𝑚3 ( ) 𝑠 0,186 0,186 0,186 0,382
(V) 𝑚 ( ) 𝑠 9,984 15,859 9,984 4,775
Tabel 4.2 Pressure Drop Pipa Discharge Section E-F
Pressure Drop Pipa Discharge ( Bar ) F-G G-H
H-I
Diameter (inch) 𝑉̅(m/s)
6
2
6
10
9,984
15,859
9,984
4,775
Re
177398,521
96704,903
177398,521
140170,207
𝜀 ⁄𝐷 F L (m) γ 𝐾𝑔 𝑚2 𝑠 2 Pressure Drop mayor
0,000298 0,01582 14,9 14,299
0,000876 0,01916 1,5 14,299
0,000298 0,01582 49,8 14,299
0,001087 0,02062 39,8 14,299
0,0011
0,001
0,00075
0,00053
∑∆𝑃𝐷𝑖𝑠𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 = ∆𝑃𝐶−𝐸 + ∆𝑃𝐸−𝐹 + ∆𝑃𝐹−𝐺 + ∆𝑃𝐺−𝐻 + ∆𝑃𝐻−𝐼 = 0,113 + 0,0011 + 0,001 + 0,00075 + 0,00053 ∑∆𝑃𝐷𝑖𝑠𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 = 0,1163 𝐵𝑎𝑟 Jadi, Pressure Drop Total instalasi adalah : ∑∆𝑃𝑀𝑎𝑦𝑜𝑟 = ∑∆𝑃𝑠𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 + ∑∆𝑃𝑑𝑖𝑠𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒
80
= 0,168 𝐵𝑎𝑟 + 0,1163 𝐵𝑎𝑟 = 0,284 𝐵𝑎𝑟 4.2.3.2 Perhitungan Pressure Drop Minor Pressure Drop Minor adalah kerugian gesek yang ditimbulkan karena adanya asesoris di sepanjang pipa instalasi. Besarnya Pressure Drop Minor dapat dicari dengan menggunakan persamaan : 𝑉2 ∆𝑃𝑚𝑖𝑛𝑜𝑟 = 𝑘 × ×𝛾 2𝑔 Dimana : k : nilai koofesien minor losses V : kecepatan aliran fluida(m/s) G : percepatan gravitasi(m/s2) γ : density 1. Pressure Drop Minor pada pipa suction section A-B a. Pressure DropMinor Pada Check Valve Disepanjang instalasi pipa suction terdapat 1 buah Check Valve dengan harga K= 1,50 (table minor losses coefficient pipe flow experts) ∆𝑃𝐶𝑉 = 𝐾 ×
𝑉̅ 2 ×𝛾 2𝑔
= 1,50 ×
(26,597
𝑚 2 ) 𝑠 𝑚 ) 𝑠2
× 14,299
2. (9,81 = 773,327 𝑃𝑎 = 0,00773 𝐵𝑎𝑟
𝐾𝑔 𝑚2 𝑠 2
b. Pressure Drop Minor Pada Ball Valve Disepanjang instalasi pipa suction terdapat 2 buahBall Valve dengan harga K= 0,12 (table minor losses coefficient pipe flow experts) 𝑉̅ 2 ∆𝑃𝐵𝑉 = 𝐾 × ×𝛾 2𝑔
81
= 0,12 ×
(26,597
𝑚 2 ) 𝑠 𝑚 ) 𝑠2
× 14,299
2. (9,81 = 61,866 𝑃𝑎 = 0,000618 𝐵𝑎𝑟
𝐾𝑔 𝑚2 𝑠 2
c. Pressure Drop Minor pada elbow 90o Pressure Drop Minor pada elbow 900 pipe bends dengan harga K= 0,45 sebanyak 8 buah, maka : ∆𝑃𝑒𝑙𝑏 90 = 𝑛 (𝐾.
𝑉̅ 2 × 𝛾) 2𝑔
= 8 (0,45.
(26,597 2. (9,81
𝑚 2 ) 𝑠 𝑚 ) 𝑠2
× 14,299
𝐾𝑔 ) 𝑚2 𝑠 2
= 1855,985 𝑃𝑎 = 0,0185 𝐵𝑎𝑟 Pressure Drop Minor total dari pipa suction adalah ∑∆𝑃𝑚𝑖𝑛𝑜𝑟 = ∆𝑃𝐶𝑉 + ∆𝑃𝐵𝑉 + ∆𝑃𝑒𝑙𝑏 90 = 0,00773 Bar + 0,000618 Bar + 0,0185 Bar = 0,0262 𝐵𝑎𝑟 2. Pressure Drop Minor pada pipa discharge a. Pressure Drop Minor pada section C-E Pressure Drop Minor pada elbow 900 pipe bends dengan harga K= 0,2 sebanyak 8 buah, maka : ∆𝑃𝑒𝑙𝑏 90 = 𝑛 (𝐾. = 8 (0,2.
𝑉̅ 2 × 𝛾) 2𝑔 (22,658 2. (9,81
82
𝑚 2 ) 𝑠 𝑚 ) 𝑠2
× 14,299
𝐾𝑔 ) 𝑚2 𝑠 2
= 0,0589 Bar b. Pressure Drop Minor pada section E-F Pada sepanjang instalasi section E-F terdapat 1 buah Shutdown Valve dengan harga K= 0,05 (table minor losses coefficient pipe flow experts) maka : 𝑉̅ 2 ∆𝑃𝑆𝐷𝑉 = 𝐾 × ×𝛾 2𝑔 = 0,05 ×
𝑚 2 ) 𝑠 𝑚 2. (9,81 𝑠2 )
(9,984
× 14,299
𝐾𝑔 𝑚2 𝑠 2
= 0,00036 Bar
Pada sepanjang instalasi section E-F juga terdapat 1 buah Reducer tipe concentric dengan harga K= 4,75 (table minor losses coefficient pipe flow experts) maka : 𝑉̅ 2 ×𝛾 ∆𝑃𝐶𝑅 = 𝐾 × 2𝑔 = 4,75 ×
𝑚 2 ) 𝑠 𝑚 2. (9,81 𝑠2 )
(9,984
× 14,299
𝐾𝑔 𝑚2 𝑠 2
= 0,0345 𝐵𝑎𝑟 Pressure Drop Minor pada elbow 900 pipe bends dengan harga K= 0,18 sebanyak 2 buah, maka : ∆𝑃𝑒𝑙𝑏 90
𝑉̅ 2 = 𝑛 (𝐾. × 𝛾) 2𝑔
=
𝑚 2 ) 𝑠 2 (0,18. 𝑚 2. (9,81 𝑠2 )
(9,984
× 14,299
𝐾𝑔 ) 𝑚2 𝑠 2
=0,00261 Bar
∑∆𝑃𝑚𝑖𝑛𝐸−𝐹 = ∆𝑃𝑆𝐷𝑉 + ∆𝑃𝐶𝑅 + ∆𝑃𝑒𝑙𝑏 90 = 0,00036 𝐵𝑎𝑟 + 0,0345 𝐵𝑎𝑟 0,00261 𝐵𝑎𝑟 = 0,0374 Bar
83
c. Pressure Drop Minor pada section F-G, G-H, H-I Dengan menggunakan cara yang sama seperti Pressure Drop Minor pada pipa suction, maka pada instalasi pipa discharge dapat ditabelkan sebagai berikut. Tabel 4.3 Pressure Drop Minor pada section F-G Dengan diameter pipa 2 inch Fitting pada section C-D Ball valve Flow Meter Diffuser
Jumlah fitting
ΣK
2 1 1
0,06 1,2 0,79
𝒎 ̅( ) 𝑽 𝒔 15,859
Σ∆𝑃minor, F-G
∆𝑃 (𝐵𝑎𝑟) 0,00021 0.00219 0,00144 0,00384
Tabel 4.4 Pressure Drop Minor padasection G-H Dengan diameter pipa 6 inch Fitting pada section D-E
Jumlah fitting
ΣK
Ball valve Check Valve Shutdown Valve Elbow 900
1 1 1 11
0,05 1,85 0,85 1,8
Σ∆𝑃 minor, G-H
𝒎 ̅( ) 𝑽 𝒔 9,984
∆𝑃(𝐵𝑎𝑟) 0,000036 0,00134 0,000617 0,0143 0,0162
Tabel 4.5 Pressure Drop Minor pada section H-I Dengan diameter pipa 10 inch
84
Fitting pada section E-F Gate valve Ball Valve Flow meter Elbow 90o Elbow 45o
Jumlah fitting
ΣK
1 2 1 7 4
0,11 0,3 0,55 0,16 0,22
𝒎 ̅( ) 𝑽 𝒔 4,775
Σ∆𝑃 minor, E-F
∆𝑃 (𝐵𝑎𝑟) 0,000018 0,000099 0,000091 0,000186 0,000146 0,00054
∑∆𝑃𝑚𝑖𝑛.𝐶−𝐼 = 𝐻𝐶−𝐸 + 𝐻𝐸−𝐹 + 𝐻𝐹−𝐺 +HG-H+ HH-I = 0,0589 +0,0374+0,00384+0,0162+0,00059 = 0,116 Bar Jadi, Pressure Drop Total instalasi adalah : ∑∆𝑃𝑀𝑖𝑛𝑜𝑟 = ∑∆𝑃𝑠𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 + ∑∆𝑃𝑑𝑖𝑠𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 = 0,0262 + 0,116 = 0,1422 𝐵𝑎𝑟 Setelah diketahui pressure drop mayor dan pressure drop minor pada instalasi, maka dapat dihitung pressure drop total sebagai berikut : ∆𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∑∆𝑃𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 + ∑∆𝑃𝑚𝑖𝑛𝑜𝑟 = 0,284 𝐵𝑎𝑟 + 0,1422 𝐵𝑎𝑟 = 0,4262 𝐵𝑎𝑟 = 42620 𝑃𝑎 ∑𝐻𝑙 = 42620 × 10−3 𝑃𝑎 × 𝜌 × 𝑔 = 42,62 × 1,45 × 9,81 = 606,248 𝑚 4.3 Perhitungan Daya yang Dibutuhkan Daya yang dibutuhkan adalah daya yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor ( Reff : Sularso & Haruo Tahara. Pompa
85
Dan Kompresor ). Daya yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : 𝑘−1
𝑚×𝑘 𝑃𝑑 𝑚×𝑘 𝑁= × 𝑃𝑠𝑡 × 𝑄 × [( ) − 1] 𝑘−1 𝑃𝑠 Dimana, 𝐶𝑝
𝑀𝐶𝑃
9,59
k
:
Q m
: = 0,858 𝑠 : tingkat kompresi = 2 tingkat
𝐶𝑉
=𝑀
𝐶𝑃 −1,99
= 9,59−1,99 = 1,36
𝑚3
H2S
Gambar 4.3 Tabel Gas Mixture Data Harga Mcp didapat dari tabel Gas Mixture Data ( sumber : Royce N Brown. Compressors : selection and sizing, 3rd Edition ) Jika K = 1,36, maka : 𝑘−1 𝑛−1 = 𝑘 𝑛 × 0,7 1,36 − 1 𝑛−1 = 1,36 𝑛 × 0,7 0,36 𝑛−1 = 1,36 𝑛 × 0,7
86
0,252 𝑛 = 0,36 𝑛 = 1,224 Maka, Harga n adalah 1,224 Maka, daya yang dibutuhkan adalah 𝑛−1
𝑁
𝑚×𝑛 𝑃𝑑 𝑚×𝑛 = × 𝑃𝑠𝑢𝑐𝑡 × 𝑄 × [( ) − 1] 𝑛−1 𝑃𝑠 =
2 × 1,224 𝑚3 × 213,6 𝐾𝑝𝑎 × 0,858 × 1,224 − 1 𝑠𝑒𝑐 1,224−1
1635,7 2×1,224 ) − 1] [( 213,6 = 10,928 × 213,6 × 0,858 = 2002,761 × [0,203] = 407,579 𝐾𝑊 = 407,579 𝐾𝑊 × 1,01 = 411,654 𝐾𝑊
𝑚 × [(7,657)0,091 − 1] 𝑠𝑒𝑐
Daya dari perhitungan manual didapat sebesar 411,654 KW, sedangkan daya yang tertera pada name plate kompresor adalah 413 KW. Dengan demikian maka daya hasil dari perhitungan manual sudah mendekati denagn daya yang tertera pada name plate sehingga dapat dikatakan perhitungan daya berikut adalah benar. 4.4 Perhitungan Secara Pemodelan Numerik Dengan menggunakan software Pipe Flow Expert, maka selain perhitungan secara manual perhitungan secara pemodelan numerik pun dapat dilakukan. Dengan langkah- langkah memulai program seperti pada Bab III Flowchart Pipe Flow Expert, maka akan didapatkan gambar instalasi seperti pada gambar 4.2.
87
Gambar 4.4 Instalasi kompresor Lalu untuk mendapatkan data-data yang diperlukan, khususnya pressure drop instalasi kompresor, maka dengan meng-klik calculate, akan muncul seperti pada gambar 4.3.
Gambar 4.5 Instalasi kompresor setelah di calculate
88
Gambar 4.6 hasil setelah di-calculate Dengan melihat gambar 4.4, didapatkan harga pressure drop total instalasi = 610,709 m.hdfluid. 4.4.1
Perbandingan Pressure Drop Teoritis dengan Pressure Drop Numerik (∆Pnum)
Dengan berdasar pada kedua perhitungan pressure drop instalasi di atas dapat diketahui tingkat kesalahan perhitungan adalah 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑘𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 =
∆𝑃𝑛𝑢𝑚 − ∆𝑃𝑡𝑒𝑜 𝑥 100% ∆𝑃𝑛𝑢𝑚
𝑡𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑘𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 =
610,709 m − 606,248 𝑚 𝑥 100% 610,709 m
𝑡𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑘𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 = 0,73 %
89
4.5 Perawatan Kompresor Perawatan kompresor meliputi perawatan secara umum dan perawatan selama pengoperasian. 4.5.1 Perawatan Umum Kompresor harus ditangani dan diurus dengan benar untuk mendukung produksi, seumur hidup maksimum, kinerja terbaik, dan sehingga mereka dapat beroperasi terus menerus dan lancar, pemeliharaan Kompresor meliputi: a. Pemeliharaan pencegahan Pemeliharaan preventif adalah kegiatan pemeliharaan, yang dilakukan untuk melindungi kompresor reciprocating dari kerusakan, yang tidak diantisipasi ketika kompresor beroperasi atau tidak beroperasi. Pemeliharaan preventif biasanya mengikuti seumur hidup peralatan dari buku pedoman manufaktur. b. Pemeliharaan Prediktif Pemeliharaan prediktif adalah kegiatan pemeliharaan, yang dilakukan oleh peralatan pemantauan secara berkala untuk melindungi kompresor reciprocating dari kerusakan. Kegiatan pemantauan dapat dilakukan dengan pemantauan visual, pemantauan kebisingan, atau dengan pemantauan instrumentasi untuk bagian peralatan. Pemantauan getaran adalah yang paling digunakan untuk saat ini. c. Pemeliharaan Korektif Pemeliharaan korektif adalah kegiatan pemeliharaan, yang dilakukan ketika kerusakan kompresor terjadi. d. Pemeliharaan Breakdown Pemeliharaan breakdown adalah komponen pengganti atau kegiatan perbaikan, yang dilakukan tiba-tiba. Untuk kegiatan ini, proses harus dihentikan. 4.5.2 Perawatan Berkala Selama Pengoperasian a. Pemeliharaan Harian • Periksa alat pengukur tekanan semua dalam kondisi baik. • Periksa tekanan pembuluh / tangki. • Tiriskan kondensat dari tangki. • Periksa tekanan katup kontrol dalam bekerja rentang yang diijinkan.
90
• Periksa saklar tekanan. • Periksa katup pengaman. • Periksa dan tekanan merekam dan temperatur masukan udara dingin. • Periksa dan tekanan catatan, temperatur, dan minyak pelumas tingkat. • Periksa dan catat kecepatan (rotasi). • Periksa dan catat tekanan dan suhu gas inlet (sebelum filter). • Periksa dan catat tekanan suction dan discharge setiap tahap. • Periksa dan catat suhu gas / silinder setiap tahap. • Periksa dan catat tekanan dan suhu gas keluar. Jika ada suara aneh atau operasi penasaran, perubahan dan perbaikan intensif. Menjaga kondisi bersih di wilayah kerja. b. Pemeliharaan Bulanan (setelah 500 jam) Kompresor berhenti operasi dan lakukan: • Periksa semua instalasi yang terkait dengan huruf a. • Tiriskan pendingin air. • Tiriskan minyak melumasi, cek dan isi ulang. • Periksa dan pembersihan saringan gas dan filter oli. • Periksa dan membersihkan katup hisap dan debit. • Periksa ring piston c. Pemeliharaan Setiap 2000 Jam • Melakukan kegiatan seperti dalam huruf a, dan huruf b. • Periksa kebocoran pada kotak isian. • Periksa cincin minyak pengerik. •Periksa pin kepala silang, bantalan / bushing, dan membimbing kepala silang. • Periksa batang piston. • Periksa katup unloader. d. Pemeliharaan Setiap 4000 Jam • Melakukan kegiatan seperti pada butir a, b, dan titik c. • Periksa dan mengkalibrasi alat pengaman / alat pelindung. •Jika bagian perlu perbaikan atau memodifikasi, segera melakukannya. e. Pemeliharaan Setiap 8000 Jam • Melakukan kegiatan seperti pada butir a, b, c, dan d. titik • Periksa bantalan izin utama, menghubungkan bantalan.
91
Halaman ini sengaja dikosongkan
92
BAB V PENUTUP Pada bab berikut ini memaparkan kesimpulan dan saran dari hasil perhitungan ulang dalam pembahasan mengenai system perpipaan kompresor CP9650 pada Central Processsing Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java Tuban. 5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan dapat disimpulkan sebagai berikut: a. Kapasitas sour gas yang diproduksi di JOB P-PEJ Tuban sebesar 2,5MMSCFD = 2949,675 m3/jam b. Hasil perhitungan berdasarkan diameter yang terdapat di lapangan, maka kecepatan aliran dalam pipa tiap section adalah : 𝑚 Kecepatan pipa suction A-B : 26,597 𝑠 𝑚 𝑠 𝑚 9,984 𝑠 𝑚 15,859 𝑠 𝑚 9,984 𝑠 𝑚 4,775 𝑠
Kecepatan pipa section C-E
: 22,658
Kecepatan pipa section E-F
:
Kecepatan pipa section F-G
:
Kecepatan pipa section G-H
:
Kecepatan pipa section H-I : dengan jenis pipa Carbon Steel Pipe schedule 40. c. Hasil perhitungan manual dan menggunakan software pipe flow expert didapat pressure drop efektif instalasi(∆Peff) dari perhitungan manual didapat 606,248 𝑚 sedangkan dari perhitungan menggunakan software pipe flow expert didapat 610,709 m dengan selisih tingkat kesalahan sebesar 0,73%. d. Berdasarkan pada NORSOC STANDART P-0013 kecepatan gas dalam pipa yang diijinkan maksimal 42,2 m/s, sedangkan pada analisa yang saya dapat diketahui bahwa semua aliran dalam pipa telah memenuhi standart .
93
e. Hasil perhitungan daya penggerak pompa didapatkan daya sebesar = 411,654 𝐾𝑊 5.2. Saran Adapun saran untuk Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java Tuban yaitu : a. Sistem perawatan pada Central Processsing Area secara teratur dan terjadwal mulai dari Preventive Maintenance, Predictive Maintenance, Breakdown Maintenance, dan Corrective Maintenance agar peralatan pada sistem instalasi mempunyai umur keja yang panjang dengan performa yang maksimal. b. Untuk melakukan penghematan daya dan biaya instalasi agar lebih efisien, penulis menyarankan diameter pipa yang mempunyai aliran tidak memenuhi standart sebaiknya diganti dengan pipa yg diameternya dapat memenuhi kecepatan aliran yang diijinkan.
94
LAMPIRAN 1 : Tabel konversi
LAMPIRAN 2 : Lanjutan
LAMPIRAN 3 : Lanjutan
LAMPIRAN 4 : Moody Diagram
LAMPIRAN 5: koefisien kontraksi reducer
LAMPIRAN 6 : Harga koefisien pipa entrance
LAMPIRAN 7 : Harga tahanan asesoris
LAMPIRAN 8 : Tabel A3. Properties of selected gas
DAFTAR PUSTAKA
1. Brown, Royce N. Compressors Selection and Sizing. Gulf Publishing Company, Second Edition, Houston, 1997. 2. Dietzel, Fritz. Turbin, Pompa dan Kompresor. Alih Bahasa Dakso Sriyono, Erlangga, Jakarta, 1996. 3. F. Rase, Howard. Piping Design for Process Plants. John Wiley and Sons, New York, 1963 4. Fox, Robert W. and McDonald, Alan T. Introduction to Fluid Mechanics, 7th. ed., John Wiley and Sons, 2010 5. Suwono, Agus (2008). Evaluasi Unjuk Kerja Kompresor Torak. From http://www.agussuwasono.com, 3 Januari 2010 6. Tahara,Haruo.Pompa dan Kompresor, pemilihan, pemkaian dan pemeliharaan. Alih bahasa Sularso, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 2006.
BIODATA PENULIS Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara yang dilahirkan pada tanggal 13 November 1992 di Surabaya, Provinsi Jawa Timur. Pendidikan formal yang pernah ditempuh meliputi SDN Ngampelsari Candi Sidoarjo, SMP Negri 2 Candi Sidoarjo, dan SMK Negri 1 Sidoarjo dengan kejuruan Teknik Kendaraan Ringan. Setelah itu penulis meneruskan pendidikan tingkat perguruan tinggi di Program Studi D3 Teknik Mesin dan mengambil bidang studi Konversi Energi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember pada tahun 2011. Selama duduk di bangku kuliah penulis aktif mengikuti kegiatan perkuliahan. Penulis juga pernah mengikuti berbagai kegiatan dan bergabung dalam organisasi. Kegiatan yang pernah diikutinya antara lain : Menjadi Staf Kewirausahaan HMDM FTIITS 2012-2013dan. PT PETROKIMIA GRESIK merupakan tempat kerja praktek penulis selama satu bulan pada 01 s/d 31 July 2013 di Departemen Pemeliharaan I bagian mekanik. Pelatihan yang pernah diikuti penulis : LKMM Pra-TD FTI-ITS (2011), LKMM TD HMDM FTI-ITS (2012),Pelatihan karya tulis ilmiah HMDM FTI-ITS (2012), dan Pelatihan Peningkatan Aqidah Dan Dasar Ilmu Islam HMDM FTI-ITS (2012). Email :
[email protected]
