Pada tingkat simetris ini, kenaikan tekanan pada sudu gerak sama dengan kenaikan tekanan pada sudu tetap. Hubungan ini dapat ditulis dalam bentuk :
Δp
tingkat
= Δp
sudu gerak
+ Δp
sudu tetap
……..lit. 2 hal. 513 Dimana, Δp
sudu gerak
= Δp
sudu tetap
Sehingga dari tingkat dengan R
R
= 0,5 ini, dapat dilihat segitiga kecepatan yang bentuknya simetris antara rotor dan stator seperti gambar 5.1 berikut.
Gambar 5.1 Segitiga kecepatan pada satu tingkat kompresor.
5.2 Jumlah tingkat Kompresor
Banyaknya jumlah tingkat kompresor dinyatakan sebagai perbandingan antara kenaikan temperatur setiap tingkatnya. Secara sistematis, menurut dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Z
k
=
Kenaikan temperatur seluruh tingkat adalah selisih antara temperatur udara keluar dengan temperatur udara masuk kompresor. Dari diagram h – s untuk
kompresor dapat dilihat kenaikan temperatur untuk seluruh tingkat yaitu: ∆Tα = T
02
– T
1
… Lit 1 hal 159
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan kenaikan temperatur setiap tingkatnya menurut [1] halaman 166. ∆T
0s
= . U . C
a
.tan β
1
- tan β
2
Dimana : λ = Faktor kerja setiap tingkat, besarnya antara 0,80 – 1,0
= diambil 0,9 …Lit 1 hal 166
U
t
= Kecepatan keliling sudu rata-rata = 350 ms
…Lit 1 hal 161 β
1
= Sudut kecepatan masuk aksial β
2
= Sudut kecepatan keluar aksial
Kerapatan udara untuk titik 1 dan 2 diagram h – s adalah … Lit 1 hal 180
Dimana : Ra
= 0,287 kJkgK ρ
1
= 1,013 . 10
2
0,287 x 314,09 = 1,124 kgm
3
ρ
2
= = 12,21. 10
2
0,287 x 617,17 = 6,893 kgm
3
Jari-jari puncak kompresor adalah r
t
: … Lit 1 hal 180
Dimana : = Perbandingan dasar dan puncak sudu [1] hal 166 = 0,2 ÷ 0,6
=
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan aliran sudu U
t
diperoleh dari hubungan r
k
yaitu : U
t
= 2π. r
t
. N … Lit 1 hal 166
Sehingga besarnya kecepatan poros rotor adalah :
=
Perhitungan harga r
t
dan N dapat dilakukan dengan memasukkan harga-harga r
r
r
t
seperti tabel berikut:
Tabel 5.1. Perbandingan dasar dan Puncak Sudu
r
r
r
t
r
t
N
0.250 1.091
51.078
0.300 1.107
50.324 0.350
1.127 49.417
0.400 1.152
48.349
Dari tabel tersebut tabel 5.1. dapat dilihat harga yang mendekati putaran poros 3000 rpm = 50 rps adalah pada r
r
r
t
= 0,30. Dari perbandingan dasar dan puncak, maka diperoleh r
r
= 0,332m. sehingga jari-jari tengah sudu rata-rata adalah :
= = 0,719m
Kecepatan keliling sudu rata-rata U
t
: U
t
= 2π. r
m
. N = 2π. 0,719 . 50
= 226,03 ms
Universitas Sumatera Utara
Sudut kecepatan masuk aksial udara pada tingkat pertama menurut [1] halaman 183 adalah :
= = 1,507
β
1
= 56,43º
Kecepatan relatif udara masuk V
1
V
1
= … Lit 1 hal 183
= = 271,28 ms
Kecepatan relatif udara keluar V
2
dapat diketahui dengan mempergunakan angka De Haller minimum yang disarankan menurut [1] hal 183 yaitu V
2
V
1
≤ 0,72, sehingga didapat :
V
2
= 0,72 . V
1
= 0,72 . 271,28 ms = 195,319 ms
Sudut kecepatan keluar aksial β
2
adalah : cos β
2
= =
= 0,768 β
2
= 39,83º
Universitas Sumatera Utara
Dalam perancangan ini, dapat kita lihat segitiga kecepatan pada tingkat pertama kompresor seperti pada gambar berikut.
Gambar 5.2 Segitiga kecepatan tingkat pertama kompresor
Sehingga kenaikan temperatur setiap tingkatnya adalah: Δ T
os
= . U . C
a
. tan - tan
= = 20,43 K
Maka jumlah tingkat kompresor yang dibutuhkan adalah : Z
k
= =
= = 14,85
≈ 15 tingkat
Menurut [1] halaman 166 dan [2] halaman 493, kemungkinan penggunaan kompresor sebanyak 15 tingkat adalah wajar, mengingat dari pengaruh faktor
kerja work – done faktor. Pada perancangan ini diambil 15 tingkat yang terdiri dari stator dan rotor pada setiap tingkatnya.
Universitas Sumatera Utara
Dengan 15 tingkat dan kenaikan temperatur seluruhnya ∆Tα = 303,08 K,
maka kenaikan temperatur rata-rata setiap tingkat adalah 20,21 K. Hal ini normal dalam kenaikan temperatur yang agak rendah pada tingkat pertama dan terakhir.
Pada perencanaan ini diambil ∆T
o
≈ 20 K untuk tingkat pertama dan tingkat terakhir. Sementara
∆T ≈ 20,24 K untuk tingkat selanjutnya.
Perbedaan tekanan untuk setiap tingkatnya adalah : ΔP
= =
= 1,179 Bar
Volume spesifik v setiap tingkat adalah : v
= =
= 0,872 m
3
kg Selanjutnya besarnya tekanan dan temperatur setiap tingkat dapat dihitung seperti
pada tingkat pertama berikut ini.
Masuk P
= 1 atm T
= 314,09K keluar
P = 1,193 bar
T = 314,09 + 20,2 = 334,29K
Maka, perhitungan tersebut akan berulang dengan pola yang sama mengingat derajat reaksi yang kita gunakan adalah 50. Sehingga dapat dilihat
kenaikan tekanan yang teratur dan juga temperature yang teratur pada tahapan selanjutnya. Untuk lebih jelas kondisi setiap tingkat dapat dilihat pada tabel 5.2.
sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Tabel 5.2. Kondisi Udara Tiap Tingkat Kompresor Tingkat
Udara Masuk Udara Keluar
V mkg
P kgm
P bar T K
P bar T K
1 1.013
314.09 1.193
334.29 0.890
1.124 2
1.193 334.29
1.406 354.49
0.804 1.244
3 1.406
354.49 1.656
374.69 0.724
1.382 4
1.656 374.69
1.951 394.89
0.649 1.540
5 1.951
394.89 2.298
415.09 0.581
1.721 6
2.298 415.09
2.707 435.29
0.518 1.929
7 2.707
435.29 3.189
455.49 0.462
2.167 8
3.189 455.49
3.756 475.69
0.410 2.439
9 3.756
475.69 4.425
495.89 0.363
2.751 10
4.425 495.89
5.213 516.09
0.322 3.109
11 5.213
516.09 6.141
536.29 0.284
3.519 12
6.141 536.29
7.234 556.49
0.251 3.990
13 7.234
556.49 8.521
576.69 0.221
4.529 14
8.521 576.69
10.038 596.89
0.194 5.148
15 10.038
596.89 11.825
617.09 0.171
5.860
5.3 Sudu Kompresor
