Upload
arief-nurhamdhan
View
236
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
perancangan kompresor sentrifugal
Citation preview
KOMPRESOR CENTRIFUGAL
V. STUDI KASUS 5
Kompresor Centrifugal 4 (empat) stage untuk mentransfer gas propan pada proses LPG dengan data dan kondisi operasi sebagai berikut :
Diagram alir :
Data Gas :
Jenis propan
Mw = 44,09 lbm/mol, SG = 1,53, Pc = 617 Psia, Tc = 666oR
Kondisi Operasi
Q5=Q1=117615 ICFMQa=46852 ICFM
P5=P1=15,6 PsiaPa=P2 = P2 = 29 Psia
T5=T1=-41oF = 419oRTa=T2 = T2 = 8 oF = 468 oR
Qb=17844 ICFMT4=63oF = 523oR
Pb=P3 = P3 = 43,5 PsiaPd=P5 = 79,25 Psia
Pb=T3 = T3 = 39oF = 499 oRTd=T5 = 87,5 oF = 547,5 oF
Putaran Kompresor 3200 rpm
Lakukan perhitungan rancang bangun ulang dengan proses politropik, meliputi :
a) Laju aliran massa setiap stage,
b) Dimensi Impeler setiap stage
c) Head dan Daya setiap stage, bila = 90 %
d) Daya total
Penyelesaian
1. Kompresor stage 1. (1st)
a. Laju Aliran Massa (m1)
m1 = , lbm/min
dimana :
Q1=117615 ICFM
P1=15,6 Psia
SG=1,53
T1=419 oR
Menghitung Z1Z1 = fungsi (Pr1, Tr1)
Pr1 = P1/Pc = 15,6/617 = 0,025
Tr1 = T1/Tc = 419/666 = 0,63
m1 = , lbm/min
m1 = 19445 lbm/min = 434 lbm/det
b. Head Actual (Hact)Hact =
Menghitung Hpol Hpol =
Menghitung ZavZav = , dimana Z1 = 0,93
Z2 = fungsi (Pr2, Tr2)
Pr2 = P2/Pc = 29/617 = 0,047
Tr2 = T2/Tc = 468/666 = 0,70
Zav =
Menghitung n (exponent politropik 1st)
Substitusi harga Zav dan n diperoleh :
Hpol =
Hpol = 8955 lbf.ft/lbm (dalam batas aman < 9000 lbf. ft/lbm)
Menghitung (pol
k=panas jenis ratio
k=
Menghitung k
Untuk T1 = 141oF, harga Cp (-41oF) dihitung dengan ekstrapolasi
cp (0oF) = 15,64 BTU/lbmoR dan Cp (50oF) = 16,88 BTU/lbmoR
cp (-41oF) = 15,64 +
cp (-41oF) = 14,62 BTU/lbmoR, maka
k (-41oF) =
Subsitusi harga, k = 1,16 didapat
Jadi
Hact =
Hact = 11585lbf.ft/lbm
c. Daya Kompresor 1st (CHP 1st)
CHP 1st =
CHP 1st = 7583 HP
d. Dimensi Impeler 1st Berdasarkan gambar 4.22 untuk Q1 = 117615 ICFM diperoleh diameter Impeller (D2) = 64 inchi
Berdasarkan Tabel 4.2 untuk Q1 = 117615 ICFM didapat diameter luar Impeller (D2) > 60 inchi dan koefisien head () = 0,54
Berdasarkan perhitungan head Impeler (H) hal. 64Hpol = dimana U2=Kecepatan keliling sisi luar Impeler
U2=
n=Putaran kompresor dengan penggerak turbin uap
n=3200 rpm
Hpol = , maka
Diameter Luar Impeler (D2)D2 =
D2 = 4,4 ft = 52,8 inchi 53 inchi
Untuk perhitungan ini ditentukan D2 (1st) = 60 inchi = 5 ft
Sehingga kecepatan keliling U2 =
U2 =
U2 = 838 ft/det
Untuk mendapatkan efisiensi yang baik dan menghindarkan terjadinya choke dan surge, dalam perhitungan ini diambil :
Sudut sudu keluar dan masuk Impeler berkisar 45o 30o, dimana (2 = 45o dan (1 = 30o Kecepatan radial gas keluar dan masuk sudu dalam batas range yang aman, yaitu sebagai berikut :
*) Cr2 = dimana
=Koefisien untuk menghindarkan choke
=0,2 0,3, ditentukan ( = 0,3
*) Cr1 = dimana
=Koefisien untuk menghindarkan Surge
=0,2 0,4 ditentukan ( = 0,4
*) Ref.Compressor Handbook
Berdasarkan segitiga kecepatan sisi keluar Impeler 1 st dapat dihitung sebagai berikut :
Cr2 = 0,3 x 838 ft/det = 251 ft/det
Wu2 =
Wu2 =
Cu2 = U2 Wu2 = 838 251 = 587 ft/det
tan
= 23o
Lebar laluan sudu sisi luar (b2)
b2 = dimana D2 = 60 inchi = 5 ft
Cr2 = 251 ft/det
Menghitung Q2Berlaku hubungan m1 = m2 = 19445 lbm/min sehingga
Q2 =
Q2 =
Q2 = 71427 ICFM = 1190 ft3/det
Maka
b2 =
b2 = 0,3 ft = 3,6 inchi
Diameter sisi masuk Impeler (D1)
Berdasarkan segitiga kecepatan sisi masuk Impeler 1st, dimana sudut (1 = 30o dan (1 = 90o dapat dihitung sebagai berikut :
Cr1 = (1 x U2 = 0,4 x 838 ft/det = 335 ft/det
Maka
U1 =
U1 =
D1 =
D1 = 3,5 ft = 42 inchi
Lebar Laluan Sudu Sisi Masuk (b1)
b1 = , ftdimana Q1= 117615 ICFM
Q1= 1960 ICFS
b1 =
b1 = 0,53 ft = 6,4 inchi
e. Jumlah Sudu (Zv) Impeler 1stUntuk menghitung jumlah sudu (Zv) perlu ditentukan harga slip faktor, yaitu perbandingan antara kecepatan gas kearah tangensial sebenarnya dengan teoritis.
Berdasarkan segitiga kecepatan sisi luar dapat ditentukan slip faktor ()
Harga slip faktor menurut Stodola
Dalam perhitungan ini diambil = 0,9, maka jumlah sudu Impeler 1st (Zv).
atau
Zv =
Zv = 22,2 buah
Sedang berdasarkan gambar 4.23 untuk harga = 0,9 dan = 45o didapat Zv = 22 buah
Untuk itu ditetapkan Zv (1st) = 22 buah
f. Jarak antara sudu Impeler 1stJarak antara sudu sisi luar (t2)
t2 =
t2 = 8,6 inchi 9 inchi
Jarak antara sudu sisi masuk (t1)
t1 =
t1 = 6,0 inchi
g. Diameter hub (Impeler), dh
dh =
dimana :
D1=3,5 ft
Q1=1960 ICFS
ch=Kecepatan gas pada hub (masuk Impeler)
=0,9 x C1 ( untuk C1 = Cr1 = 335 ft/det
ch=0,9 x 335 ft/det
ch=302 ft/det
maka
dh =
dh = 2 ft = 24 inchi
h. Dimensi Difusor dan Jumlah Sudu
Diameter inlet difusor (D3)
D3 = D2 + (0,002 x D2), ft
D3 = 5 + (0,002 x 5) = 5,01 ft = 60,12 inchi
Diameter luar difusor (D4)
D4 = (1,7 ( 2,0) D2, ft ditentukan
D4 = (1,75 x 5) ft = 8,75 ft
D4 = 105 inchi Lebar laluan masuk dan keluar difusor b3, b4b3 = b4 = 0,85 x b2 = 0,85 x 3 ft = 2,55 ft = 30,6 inchi
Jumlah sudu difusor (Zvi)
Zvi = Zv + 1 = 22 + 1 = 23 buah
i. Pengecekan terhadap Machine Mach Number 1stMachine MN =
=
Machine MN=1,2
(Untuk mencegah kebisingan casing dibuat Barrel Type)
Lakukan untuk 2nd, 3rd dan 4th sehingga perhitungan dapat dibuatkan rekapitulasi.2. Kompresor Stage 2 (2nd)a. Laju aliran massa (m2)
m2 = , lbm/min
dimana
P2 = P2 = 29 Psia
T2 = T2 = 468oR
Z2 = Z2 = 0,94
Q2 = Q2 + Qa, ICFM ( Qa = 46852 ICFM
Menghitung Q2Berlaku hubungan bahwa m1 = m2 = 19445 lbm/min, maka
Q2 =
Q2 =
Q2 = 71427 ICFM. Substitusi harga Q2 ke pers Q2
Didapat
Q2 = 71427 + 46852, ICFM = 118279 ICFM
Jadi m2
m2 =
m2 = 32200 lbm/min = 537 lbm/min
b. Head Actual (Hact)
Hact = , lbf.ft/lbm
Menghitung HpolHpol =
Menghitung ZavZav = , dimana Z2 = Z2 = 0,94
Z3 =fungsi (Pr3, Tr3)
Pr3=P3/Pc = 43,5/617 = 0,071
Tr3=T3/Tc = 499/666 = 0,75
Zav =
Menghitung n
Substitusi harga Zaw dan n didapat
Hpol =
Hpol = 6389 lbf.ft/lbm (dalam batas aman < 9000 lbf.ft/lbm)
Menghitung
k= panas jenis ratio
k=
Menghitung k
Untuk T2 = 8oF, harga Cp (8oF) dihitung dengan interpolasi Cp (0oF) = 15,64 BTU/lbmoR dan Cp (50oF) = 16,88 BTU/lbm oR
Cp (8oF) = 15,64 +
maka
Jadi HactHact =
Hact = 8233 lbf.ft/lbmc. Daya Kompresor 2nd (CHP 2nd)
CHP 2nd = 8932 HP
d. Dimensi Impeler 2nd (spt 1st)
Berdasarkan gambar 4.22 untuk Q21 = 118279 ICFM diperoleh diameter Impeller (D2) = 64 inchi
Berdasarkan Tabel 4.2 untuk Q21 = 118279 ICFM didapat diameter luar Impeller (D2) > 60 inchi dan koefisien head () = 0,54
Berdasarkan perhitungan head Impeler (H)
Hpol = dimana U2=Kecepatan keliling sisi luar Impeler
U2=
n=Putaran kompresor dengan penggerak turbin uap
n=3200 rpm
Hpol = , maka
Diameter Luar Impeler (D2)D2 =
D2 = 4,4 ft = 52,8 inchi 53 inchi
Untuk perhitungan ini ditentukan D2 (1st) = 60 inchi = 5 ft
Sehingga kecepatan keliling U2 =
U2 =
U2 = 838 ft/det
Untuk mendapatkan efisiensi yang baik dan menghindarkan terjadinya choke dan surge, dalam perhitungan ini diambil :
Sudut sudu keluar dan masuk Impeler berkisar 45o 30o, dimana (2 = 45o dan (1 = 30o Kecepatan radial gas keluar dan masuk sudu dalam batas range yang aman, yaitu sebagai berikut :
*) Cr2 = dimana
=Koefisien untuk menghindarkan choke
=0,2 0,3, ditentukan ( = 0,3
*) Cr1 = dimana
=Koefisien untuk menghindarkan Surge
=0,2 0,4 ditentukan ( = 0,4
*) Ref.Compressor Handbook
Berdasarkan segitiga kecepatan sisi keluar Impeler 1 st dapat dihitung sebagai berikut :
Cr2 = 0,3 x 838 ft/det = 251 ft/det
W2 =
Wu2 =
Cu2 = U2 Wu2 = 838 251 = 587 ft/det
tan
= 23o
Lebar laluan sudu sisi luar (b2)
b2 = dimana D2 = 60 inchi = 5 ft
Cr2 = 251 ft/det
Menghitung Q2Berlaku hubungan m1 = m2 = 19445 lbm/min sehingga
Q2 =
Q2 =
Q2 = 71427 ICFM = 1190 ft3/det
Maka
b2 =
b2 = 0,3 ft = 3,6 inchi
Diameter sisi masuk Impeler (D1)
Berdasarkan segitiga kecepatan sisi masuk Impeler 1st, dimana sudut (1 = 30o dan (1 = 90o dapat dihitung sebagai berikut :
Cr1 = (1 x U2 = 0,4 x 838 ft/det = 335 ft/det
Maka
U1 =
U1 =
D1 =
D1 = 3,5 ft = 42 inchi
Lebar Laluan Sudu Sisi Masuk (b1)
b1 = , ftdimana Q1= 117615 ICFM
Q1= 1960 ICFS
b1 =
b1 = 0,53 ft = 6,4 inchi
e. Jumlah Sudu (Zv) Impeler 1stUntuk menghitung jumlah sudu (Zv) perlu ditentukan harga slip faktor, yaitu perbandingan antara kecepatan gas kearah tangensial sebenarnya dengan teoritis.
Berdasarkan segitiga kecepatan sisi luar dapat ditentukan slip faktor ()
Harga slip faktor menurut Stodola
Dalam perhitungan ini diambil = 0,9, maka jumlah sudu Impeler 1st (Zv).
atau
Zv =
Zv = 22,2 buah
Sedang berdasarkan gambar 4.23 untuk harga = 0,9 dan = 45o didapat Zv = 22 buah
Untuk itu ditetapkan Zv (1st) = 22 buah
f. Jarak antara sudu Impeler 1stJarak antara sudu sisi luar (t2)
t2 =
t2 = 8,6 inchi 9 inchi
Jarak antara sudu sisi masuk (t1)
t1 =
t1 = 6,0 inchi
g. Diameter hub (Impeler), dh
dh =
dimana :
D1=3,5 ft
Q1=1960 ICFS
ch=Kecepatan gas pada hub (masuk Impeler)
=0,9 x C1 ( untuk C1 = Cr1 = 335 ft/det
ch=0,9 x 335 ft/det
ch=302 ft/det
maka
dh =
dh = 2 ft = 24 inchi
h. Dimensi Difusor dan Jumlah Sudu
Diameter inlet difusor (D3)
D3 = D2 + (0,002 x D2), ft
D3 = 5 + (0,002 x 5) = 5,01 ft = 60,12 inchi
Diameter luar difusor (D4)
D4 = (1,7 ( 2,0) D2, ft ditentukan
D4 = (1,75 x 5) ft = 8,75 ft
D4 = 105 inchi
Lebar laluan masuk dan keluar difusor b3, b4b3 = b4 = 0,85 x b2 = 0,85 x 3 ft = 2,55 ft = 30,6 inchi
Jumlah sudu difusor (Zvi)
Zvi = Zv + 1 = 22 + 1 = 23 buah
i. Pengecekan terhadap Machine Mach Number 1stMachine MN =
=
Machine MN=1,2
(Untuk mencegah kebisingan casing dibuat Barrel Type)3. Kompresor Stage 3 (3rd)a. Laju aliran massa (m3)
m3 =
dimana :
P3 = P3 = 43,5 Psia
T3 = T3 = 39o F = 499oR
Z3 = Z3 = 0,93
Q3 = Q3 + Qb, ICFM ( Qb = 17844 ICFM
Menghitung Q3Berlaku hubungan bahwa m2 = m3 = 32200 lbm/min, maka
Q3=
Q3=
Q3=83182 ICFM Substitusi harga Q3 ke pers. Q3
Didapat
Q3 = 83182 + 17844 ICFM = 101026 ICFM
Jadi m3
m3=
m3=39107 lbm/min = 652 lbm/detb. Head Actual (Hact)
Hact =
Menghitung HpolHpol =
Menghitung ZavZav = , dimana Z3 = Z3 = 0,93
Z4 = fungsi (Pr4, Tr4)Pr4 = P4/Pc, untuk P4 =
Pr4 = 58,7/617 = 0,095Tr4 = 523/666 = 0,785
Zav =
Menghitung n
Substitusi harga Zaw dan n ke Hpol didapat
Hpol =
Hpol = 4938 lbf.ft/lbm Menghitung
=
k=panas jenis ratio
k=
Menghitung k
Untuk T3 = 39oF, harga Cp (39oF) dihitung dengan interpolasi Cp (0oF) = 15,64 BTU/lbmoR dan Cp (50oF) = 16,88 BTU/lbmoR
Cp (39oF) = 15,64 +
maka
Jadi HactHact =
Hact = 6463 lbf.ft/lbm
c. Daya Kompresor 3rd (CHP 3rd)
CHP 3rd =
CHP 3rd = 8513, HP
d. Dimensi Impeler 3rd (spt 1st)
4. Kompresor Stage 4 (4 th)
a. Laju aliran massa (m4)
Berlaku hubungan bahwa m3 = m4 = 39107 lbm/min = 652 lbm/det, maka
Dimana
P4=58,7 Psia
T4=523 oR
Z4=0,92
Q4=
Q4=77622 ICFM
b. Head Actual (Hact)
Hact =
Menghitung HpolHact =
Menghitung ZawZav = , dimana Z4 = 0,92
Z5=fungsi (Prs, Trs)
Pr5=P5/Pc = 79,25/617 = 0,13
Tr5=T5/Tc = 547,5/666 = 0,82
Zav=
Menghitung n
Substitusi harga Zaw dan n ke Hpol didapat
Hpol =
Hpol = 5182 lbf.ft/lbm
Menghitung
Untuk T4 = 63oF, harga Cp (63oF) dihitung dengan Interpolasi Cp (60oF) = 17,13 BTU/lbm oR dan Cp (100oF) = 18,17 BTU/lbm oR, maka :
Cp (63oF) = 17,13 +
maka
Jadi HactHact =
Hact = 6873 lbf.ft/lbmc. Daya Kompresor 4th (HP 4th)
CHP 4th =
CHP 4th = 9053 HP
d. Dimensi Impeler 4th (spt 1st)
5. Total Daya Kompresor (CHP)
CHP = CHP 1st + CHP 2nd + CHP 3rd + CHP 4th, HP
= 7583 + 8932 + 8513 + 9053, HP
CHP= 34081 HP
6. Daya Penggerak (DHP)
Dalam hal ini penggerak adalah turbin uap dengan transmisi gear box
DHP = dimana = 98 %
DHP =
Qs
Qa
Qb
1
2
3
4
4th
5
Qd
3rd
2nd
1st
Grafik Z1 = 0,93
Grafik Z2 = 0,94
U2
Cu2
Wu2
(2
Cr2
(2
W2
C2
W1
(1
C1 = Cr1
(1
U1 = Wu1
CU2
CU2
U2
WU2
(2
Cr2
Cr2
(2
w2
W2
C2
C2
Grafik Z3 = 0,93
U2
Cu2
Wu2
(2
Cr2
(2
W2
C2
W1
(1
C1 = Cr1
(1
U1 = Wu1
CU2
CU2
U2
WU2
(2
Cr2
Cr2
(2
w2
W2
C2
C2
Grafik Z4 = 0,92
Grafik Z5 = 0,93
2
3
_1264351062.unknown
_1264351091.unknown
_1264351107.unknown
_1264351115.unknown
_1264357566.unknown
_1317496952.unknown
_1355639348.unknown
_1355727172.unknown
_1299907442.unknown
_1264355427.unknown
_1264357256.unknown
_1264351117.unknown
_1264351119.unknown
_1264351120.unknown
_1264351118.unknown
_1264351116.unknown
_1264351111.unknown
_1264351113.unknown
_1264351114.unknown
_1264351112.unknown
_1264351109.unknown
_1264351110.unknown
_1264351108.unknown
_1264351099.unknown
_1264351103.unknown
_1264351105.unknown
_1264351106.unknown
_1264351104.unknown
_1264351101.unknown
_1264351102.unknown
_1264351100.unknown
_1264351095.unknown
_1264351097.unknown
_1264351098.unknown
_1264351096.unknown
_1264351093.unknown
_1264351094.unknown
_1264351092.unknown
_1264351075.unknown
_1264351083.unknown
_1264351087.unknown
_1264351089.unknown
_1264351090.unknown
_1264351088.unknown
_1264351085.unknown
_1264351086.unknown
_1264351084.unknown
_1264351079.unknown
_1264351081.unknown
_1264351082.unknown
_1264351080.unknown
_1264351077.unknown
_1264351078.unknown
_1264351076.unknown
_1264351066.unknown
_1264351071.unknown
_1264351073.unknown
_1264351074.unknown
_1264351072.unknown
_1264351069.unknown
_1264351070.unknown
_1264351068.unknown
_1264351064.unknown
_1264351065.unknown
_1264351063.unknown
_1264351030.unknown
_1264351039.unknown
_1264351049.unknown
_1264351053.unknown
_1264351057.unknown
_1264351059.unknown
_1264351060.unknown
_1264351061.unknown
_1264351058.unknown
_1264351055.unknown
_1264351056.unknown
_1264351054.unknown
_1264351051.unknown
_1264351052.unknown
_1264351050.unknown
_1264351044.unknown
_1264351047.unknown
_1264351048.unknown
_1264351046.unknown
_1264351042.unknown
_1264351043.unknown
_1264351040.unknown
_1264351034.unknown
_1264351037.unknown
_1264351038.unknown
_1264351036.unknown
_1264351032.unknown
_1264351033.unknown
_1264351031.unknown
_1264351021.unknown
_1264351026.unknown
_1264351028.unknown
_1264351029.unknown
_1264351027.unknown
_1264351023.unknown
_1264351024.unknown
_1264351022.unknown
_1264351012.unknown
_1264351016.unknown
_1264351018.unknown
_1264351020.unknown
_1264351017.unknown
_1264351014.unknown
_1264351015.unknown
_1264351013.unknown
_1264351008.unknown
_1264351010.unknown
_1264351011.unknown
_1264351009.unknown
_1264351006.unknown
_1264351007.unknown
_1264351005.unknown