TK 4102 EVALUASI KINERJA PROSES
Semester I
2014/2015
EVALUASI PENGARUH KONDISI UMPAN TERHADAP
KECEPATAN PUTAR KOMPRESOR DENGAN KONFIGURASI
PARALEL
MAIN-SWING, EQUAL FLOW,
DAN
EQUIDISTANT
Disusun oleh :
Nabila
(13011003)
Nursyifa Kamilia
(13011068)
Azmi Karima (13011078)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
I. PENDAHULUAN
Pengolahan fluida pada suatu industri terdiri dari berbagai macam proses dengan menggunakan peralatan proses yang beragam. Penggunaan peralatan proses tersebut dapat menyebabkan penurunan tekanan dari fluida yang diolah. Padahal untuk mengalir dari satu tempat ke tempat lain, diperlukan adanya perbedaan tekanan sehingga fluida dapat mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah. Oleh sebab itu, tekanan fluida juga perlu dipertahankan supaya tetap tinggi. Peningkatan tekanan fluida dapat dilakukan dengan beberapa peralatan proses, bergantung pada jenis fluida yang diolah. Pada fluida gas, peningkatan tekanan umumnya dilakukan dengan menggunakan fan, blower, atau kompresor. Fan dan blower memiliki kapasitas peningkatan tekanan yang lebih rendah daripada kompresor. Oleh karena itu, apabila peningkatan tekanan yang dibutuhkan cukup besar sebaiknya digunakan kompresor.
Kompresor merupakan salah satu alat untuk transportasi gas dan dapat berfungsi pula untuk meningkatkan tekanan pada suatu fluida. Semakin tinggi tekanan operasi kompresor maka akan semakin mahal biaya yang perlu dikeluarkan untuk membeli ataupun maintenance kompresor tersebut. Untuk mengantisipasi pengeluaran biaya yang tinggi pada kompresor, umumnya industri tidak hanya menggunakan satu kompresor pada satu aliran. Hal ini dilakukan untuk membagi beban kompresor supaya tidak terlalu besar sehingga biaya yang dikeluarkan untuk kompresor itupun tidak terlalu mahal. Pembagian beban kompresor ini salah satunya dapat dilakukan dengan menggunakan load sharing system. Load sharing system merupakan sistem pembagian kerja terhadap pengolahan aliran gas inlet kompresor. Sistem ini dapat dijalankan dengan menggunakan kompresor paralel. Kompresor paralel merupakan sistem kompresor dimana beban kompresor dibagi dua dengan porsi aliran bergantung pada performansi masing-masing kompresor yang digunakan.
Berdasarkan sistem pembagian bebannya, kompresor paralel dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu main-swing compressor, equal flow compressor, dan
equidistant compressor. Main swing compressor merupakan kompresor paralel yang terdiri dari dua kompresor dengan putaran kompresor yang berbeda. Main-swing compressor terdiri dari main compressor dan swing compressor. Main compressor
merupakan kompresor utama yang dioperasikan pada kecepatan maksimum sehingga dapat mengolah laju alir fluida maksimum dengan kecepatan kompresor yang konstan sedangkan swing compressor merupakan kompresor yang mengolah laju alir sisanya, yang cenderung berfluktuatif. Adanya fluktuatif pada aliran gas akan dikendalikan oleh
swing compressor yang kecepatannya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan.
yang dijalankan dengan mengatur daerah operasi kompresor pada kurva performansinya. Kompresor tipe ini akan dioperasikan sedemikian rupa supaya jarak titik operasi dengan surge-line memiliki persentase yang sama pada kurva performansinya.
II. PERMASALAHAN
Suatu gas yang mengandung komposisi seperti pada Tabel 1, dikompres menggunakan dua kompresor yang disusun secara paralel. Gas inlet memiliki kecepatan 262 MMSCFD pada tekanan 16 kg/cm2g dan temperatur 85oF. Kompresor digunakan untuk
mengubah tekanan gas hingga 48 bar. Produk gas dijaga pada tekanan 44 kg/cm2g. Valve yang digunakan memiliki pressure drop sebesar 2 kg/cm2. Setelah dikompres,
temperatur gas diturunkan menggunakan cooler hingga mencapai 120oF. Konfigurasi
paralel yang digunakan adalah main swing, equal-flow, dan equidistant. Diinginkan evaluasi terhadap perubahan tekanan umpan, densitas, laju alir umpan, dan temperatur terhadap performansi dari kompresor.
Evaluasi dilakukan dengan melihat pengaruh variabel sebagai berikut : (1) tekanan umpan pada rentang 10-25 kg/cm2g; (2) laju alir umpan pada rentang 200-350
MMSCFD; (3) temperatur umpan pada rentang 50-120oF; dan (4) densitas umpan
dengan mengubah fraksi mol propana dari 0,01-0,1.
Evaluasi perubahan variabel dilakukan dengan menggunakan software HYSYS 7.3. Konfigurasi yang digunakan pada HYSYS 7.3 dapat dilihat pada Gambar 3.1. Evaluasi dilakukan dengan membuat case study sehingga terlihat pengaruh variabel-variabel terhadap putaran kompresor ataupun tekanan keluaran kompresor.
Gambar 3.1. Konfigurasi kompresor pada HYSYS 7.3
a. Main swing compressor
Pada konfigurasi main swing, putaran kompresor utama (main) dibuat tetap sehingga laju volumetrik yang masuk adalah maksimal. Hal tersebut dilakukan dengan melakukan perhitungan iterasi. Pada HYSYS 7.3, iterasi dilakukan menggunakan bantuan adjustment dengan variabel yang diubah adalah laju alir keluaran percabangan (TE). Kecepatan putaran kompresor dijadikan variabel terikat pada nilai maksimum, yaitu pada 11500 rpm. Dari tools adjustment, didapatkan laju alir sebesar 146,8 MMSCFD. Simulasi pengaruh variabel baru dilakukan jika konfigurasi telah berjalan dengan baik.
Pengaruh laju alir terhadap putaran kompresor dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Berdasarkan Gambar 3.2, peningkatan laju alir tidak akan mempengaruhi kecepatan kompresor K-100 (main compressor). Hal ini membuktikan bahwa konfigurasi yang digunakan adalah main-swing compressor. Putaran main compressor tidak akan berpengaruh terhadap laju alir karena nilainya yang telah ditetapkan pada putaran maksimum. Pertambahan laju alir akan dibebankan pada swing compressor sehingga kerja kompresor 2 (swing compressor) akan meningkat. Peningkatan kerja kompresor ditandai dengan meningkatnya putaran kompresor. Hal ini dapat terlihat pada Gambar 3.2. Semakin meningkat laju alir umpan, putaran kompresor 2 akan semakin besar. Hal ini menandakan laju alir yang melalui kompresor 2 bertambah besar sehingga dibutuhkan putaran poros yang lebih banyak untuk menaikkan tekanan gas.
Gambar 3.3. Pengaruh tekanan umpan terhadap putaran kompresor
Pengaruh tekanan umpan terhadap putaran kompresor dapat dilihat pada Gambar 3.3. Kompresor utama selalu memiliki putaran yang tetap sehingga perubahan pada tekanan umpan tidak berpengaruh. Tekanan umpan akan berpengaruh terhadap putaran kompresor 2. Semakin besar tekanan umpan, putaran kompresor akan semakin kecil. Dengan laju alir yang sama dan tekanan keluaran yang sama, kerja yang dilakukan kompresor akan semakin kecil ketika tekanan yang masuk semakin besar. Kerja disini ditandai dengan putaran kompresor. Hal ini disebabkan perubahan tekanan yang harus dihasilkan oleh kompresor akan semakin kecil.
Gambar 3.4. Pengaruh tekanan umpan terhadap laju alir gas masukan kompresor
Gambar 3.5. Pengaruh temperatur umpan terhadap putaran kompresor
bekerja pada kapasitas maksimumnya sehingga perubahan besarnya aliran umpan tidak akan memberikan pengaruh apapun pada kompresor ini. Sementara itu, swing compressor bertugas untuk mengolah fluida sisa yang tidak diolah oleh main compressor, dengan kata lain kompresor ini yang bertanggung jawab terhadap fluktuasi aliran. Oleh karena itu, apabila terjadi perubahan terhadap laju alir yang perlu diolah oleh kompresor, perubahan hanya akan terjadi pada swing compressor. Pada kasus ini, ketika temperatur umpan dinaikkan, akan terjadi kenaikan pula pada swing compressor
namun tidak terjadi perubahan pada main compressor.
14.5 15 15.5 16 16.5 17
Gambar 3.6 Pengaruh densitas terhadap putaran kompresor
Perubahan densitas fluida terhadap putaran kompresor ditampilkan pada gambar 3.6. Peningkatan densitas fluida menyebabkan penurunan kerja yang perlu diberikan oleh kompresor. Kerja kompresor ini diamati dari putaran kompresor. Semakin besar laju densitas fluida, semakin berat juga fluida tersebut. Selain itu, titik didih fluida juga akan menjadi lebih tinggi (sulit menguap). Hal ini mengakibatkan akan semakin banyak umpan pada fasa cair. Fasa gas akan menjadi lebih sedikit sehingga laju alir yang masuk ke dalam kompresor akan berkurang. Putaran kompresor yang dibutuhkan akan semakin kecil karena kebutuhan kerja akan semakin kecil. Maka dengan adanya peningkatan densitas fluida, terjadi penurunan nilai putaran kompresor 2.
b. Equal flow compressor
Pengaruh perubahan tekanan terhadap performansi kedua kompresor ditampilkan pada Gambar 3.7 berikut.
Gambar 3.7 Pengaruh tekanan terhadap putaran kompresor
Pada Gambar 3.7 terlihat bahwa perubahan tekanan umpan terhadap putaran kompresor sama antara kompresor satu dengan paralelnya. Perubahan tekanan umpan dilakukan dengan tetap menjaga tekanan keluaran kompresor pada nilai yang sama. Gambar 3.7 menunjukkan semakin besar tekanan umpan yang dialirkan menuju kompresor akan menurunkan putaran kompresor. Hal ini terjadi karena semakin besar tekanan umpan yang dialirkan menuju kompresor maka semakin sedikit kerja yang perlu diberikan oleh kompresor untuk meningkatkan tekanan aliran tersebut. Kerja kompresor ini diperoleh dari putaran kompresor, sehingga semakin kecil kerja kompresor yang dibutuhkan maka putaran kompresor akan semakin kecil pula.
Gambar 3.8 Pengaruh perubahan temperatur terhadap putaran kompresor
dikompresi pada kompresor. Hal ini dilakukan supaya aliran umpan yang masuk ke kompresor hanya aliran pada fasa uap saja. Semakin besar temperatur umpan pada proses ini menyebabkan komposisi fasa uap akan meningkat. Peningkatan komposisi fasa uap ini berakibat pada peningkatan laju alir fluida yang akan dikompresi oleh kompresor. Semakin besar laju alir, maka semakin besar pula kerja yang perlu diberikan oleh kompresor untuk meningkatkan tekanan aliran tersebut. Oleh karena itu, peningkatan temperatur akan menyebabkan peningkatan pula pada putaran kompresor.
Gambar 3.9 Pengaruh perubahan laju alir umpan terhadap putaran kompresor
Perubahan laju alir umpan terhadap putaran kompresor ditampilkan pada Gambar 3.9. Peningkatan laju alir umpan menyebabkan peningkatan pula pada kerja yang perlu diberikan oleh kompresor. Kerja kompresor ini dapat diamati dari putaran kompresor. Semakin besar laju alir umpan menunjukkan semakin banyak fluida yang perlu diolah oleh kompresor. Peningkatan jumlah fluida ini menyebabkan semakin besar pula kerja yang perlu diberikan oleh kompresor untuk meningkatkan tekanan aliran. Oleh karena itu, adanya peningkatan laju alir umpan akan berdampak pula pada peningkatan putaran kompresor.
Perubahan densitas fluida terhadap putaran kompresor ditampilkan pada gambar 3.10. Peningkatan densitas fluida menyebabkan penurunan kerja yang perlu diberikan oleh kompresor. Kerja kompresor ini diamati dari putaran kompresor. Pada tekanan yang sama, semakin besar densitas fluida menyebabkan kenaikan titik didih fluida sehingga umpan akan lebih banyak menjadi fasa cair dibandingkan fasa gas. Oleh karena itu laju alir umpan kompresor semakin mengecil sehingga daya yang dibutuhkan kompresor semakin sedikit. Maka dengan adanya peningkatan densitas fluida, terjadi penurunan nilai putaran kompresor.
c. Equidistant compressor
Pada equidistant compressor, titik operasi kedua kompresor memiliki persentase jarak yang sama dari surge-line. Hal ini dilakukan dengan melihat titik operasi pada
performance curve kedua kompresor dengan mengubah splitter pada tee. Proses dilakukan dengan cara memasukkan secara manual nilai splitter. Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan, didapatkan bahwa kondisi equidistant didapat pada saat nilai
splitter 0,5. Hal ini menunjukkan kemiripan dengan konfigurasi equal flow compressor.
Perbedaannya hanya diakibatkan oleh performance curve kompresor yang berbeda.
Pengaruh temperatur umpan terhadap putaran kompresor dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Pengaruh temperatur umpan terhadap putaran kompresor
semakin cepat. Namun, kecepatan putaran kedua kompresor akan berbeda karena keduanya memiliki spesifikasi yang berbeda. Hal ini juga terlihat dari pengaruh laju alir.
Gambar 3.12. Pengaruh laju alir umpan terhadap putaran kompresor
Gambar 3.12 memperlihatkan hubungan antara laju alir dan putaran kompresor. Semakin besar laju alir, putaran kompresor akan semakin besar pada penaikkan/rasio tekanan yang sama. Hal ini disebabkan oleh kebutuhan kerja yang semakin meningkat ketika laju alir meningkat. Jika putaran kompresor tidak berubah, peningkatan laju alir akan berpengaruh terhadap tekanan keluaran kompresor. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13. Pengaruh laju alir terhadap tekanan keluaran kompresor
lebih banyak menjadi fasa cair dibandingkan fasa gas. Oleh karena itu laju alir umpan kompresor semakin mengecil sehingga daya yang dibutuhkan kompresor semakin sedikit. Maka dengan adanya peningkatan densitas fluida, terjadi penurunan nilai putaran kompresor. Putaran kompresor 2 selalu lebih besar dibandingkan putaran kompresor 1 karena kompresor 2 memiliki kecepatan putar maksimum yang lebih besar.
13 14 15 16 17 18 19 20
Gambar 3.14 Pengaruh densitas fluida terhadap tekanan keluaran kompresor
Gambar 3.15 Pengaruh tekanan umpan terhadap putaran kompresor
V. KESIMPULAN
Berdasarkan simulasi dan evaluasi yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.
1. Pada konfigurasi main-swing, kenaikkan laju alir dan temperatur umpan menyebabkan kenaikkan kecepatan putaran kompresor tambahan (swing) tetapi tidak terjadi perubahan di main compressor. Selain itu, kenaikkan tekanan dan densitas umpan menyebabkan penurunan kecepatan putaran kompresor.
2. Pada konfigurasi equal flow, kecepatan putaran di kedua kompresor akan selalu sama. Kenaikkan laju alir dan temperatur umpan menyebabkan kenaikkan kecepatan putaran kedua kompresor. Tetapi, kenaikkan tekanan dan densitas umpan menyebabkan penurunan kecepatan putaran kompresor.
3. Pada konfigurasi equidistant, kenaikkan laju alir dan temperatur umpan menyebabkan kenaikkan kecepatan putaran kedua kompresor. Tetapi, kenaikkan tekanan dan densitas umpan menyebabkan penurunan kecepatan putaran kompresor.
VI. PUSTAKA
