TK 4102 EVALUASI KINERJA PROSES Semester

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
Nursyifa Kamilia
Azmi Karima

(13011003)
(13011068)
(13011078)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Oktober 2014

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.
Equal flow compressor merupakan penggunaan dua kompresor identik. Laju alir fluida
yang diolah pada kedua kompresor dibuat sama. Pengolahan dengan sistem ini hanya
dapat berjalan efektif apabila kompresor yang digunakan merupakan kompresor yang

sama identik sebab bila menggunakan kompresor dengan performansi yang berbeda
akan sangat berisiko. Sementara itu, equidistant compressor merupakan kompresor

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/cm 2g.
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.
Tabel 1. Komposisi gas umpan

Komponen
CO2
N2
CH4
C2
C3
i-C4
n-C4
i-C5
n-C5
n-C6
n-C7
n-C8
n-C9
n-C10
H2O

%-mol
2,12
0,77

78,46
6,57
2,47
0,74
0,53
0,27
0,16
0,26
0,31
0,29
0,16
0,08
6,81

III.

RUANG LINGKUP
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 50-120 oF; dan (4) densitas umpan

dengan mengubah fraksi mol propana dari 0,01-0,1.

IV.

PEMBAHASAN

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.

Gambar 3.2. Pengaruh laju alir terhadap putaran kompresor main-swing

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.
Selain putaran kompresor, tekanan umpan juga mempengaruhi jumlah gas yang masuk
ke dalam kompresor. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.4. Semakin besar tekanan
umpan, jumlah gas akan semakin sedikit. Tekanan kompresor berpengaruh terhadap
titik didih senyawa yang terdapat pada aliran umpan. Jika tekanan kompresor
dinaikkan, titik didih senyawa akan menurun. Oleh karena itu, dengan kondisi
temperatur yang sama, akan lebih banyak senyawa yang terkondensasi jika tekanan
dinaikkan. Dengan demikian, jumlah gas yang terdapat pada umpan akan lebih sedikit.

Gambar 3.4. Pengaruh tekanan umpan terhadap laju alir gas masukan kompresor

Gambar 3.5. Pengaruh temperatur umpan terhadap putaran kompresor
Pada konfigurasi main-swing, pengaruh perubahan temperatur umpan terhadap putaran
kompresor ditampilkan pada Gambar 3.5. Pada gambar 3.5 tersebut terlihat bahwa

perubahan temperatur hanya mempengaruhi kompresor K-101 yang merupakan swing
compressor sedangkan pada main compressor (K-100) tidak terjadi perubahan.
Perubahan temperatur umpan akan mempengaruhi besarnya fraksi uap pada aliran
umpan. Semakin besar fraksi uap pada aliran umpan semakin besar pula fasa uap yang
perlu diolah di kompresor sehingga akan meningkatkan putaran kompresor. Oleh
karena itu, semakin besar temperatur umpan maka akan semakin besar pula putaran
kompresor. Namun, perubahan temperatur ini hanya mempengaruhi putaran kompresor
pada swing compressor sedangkan pada main compressor tidak terjadi perubahan
apapun. Hal ini dapat terjadi karena pada main compressor, kompresor diatur supaya

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.

densitas fluida vs putaran kompresor 2

putaran kompresor (rpm)

9800
9600
9400
9200
9000
8800
8600
8400
14.5

15

15.5

16

16.5

17

densitas (kg/m3)

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
Pada equal flow compressor, kompresor yang digunakan memiliki spesifikasi yang
sama dan laju alir pada kedua kompresor diatur supaya sama besar. Pengaturan laju alir
ini dilakukan oleh tee dengan mengatur splitter sama besar, yaitu 0.5. Setelah laju alir
pada kedua kompresor sama besar, evaluasi dilakukan terhadap performansi kompresor
dengan mengubah beberapa variabel, yaitu tekanan umpan, temperatur, laju alir, dan
densitas aliran. Penggunaan kompresor yang identik sama dan laju alir kompresor yang
juga sama menyebabkan performansi antara kedua kompresor paralel ini sama pula.

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
Gambar 3.8 menunjukkan pengaruh perubahan temperatur umpan terhadap putaran
kompresor. Umpan yang diolah pada sistem ini merupakan umpan yang terdiri dari fasa
uap dan cair. Aliran umpan ini dialirkan terlebih dahulu ke separator sebelum

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.

putaran kompresor (rpm)

densitas fluida vs putaran kompresor
7,000
6,900
6,800
6,700
6,600

kompresor 2

6,500
6,400
29

kompresor 1
30

31

32

33

34

35

36

densitas (kg/m3)

Gambar 3.10 Pengaruh perubahan densitas fluida terhadap 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
Berdasarkan Gambar 3.11, peningkatan temperatur umpan menyebabkan peningkatan
pada putaran kompresor. Temperatur umpan mempengaruhi kondisi umpan. Umpan
merupakan campuran fasa gas dan cair. Semakin besar temperatur dengan kondisi
tekanan tetap, semakin banyak fasa cair yang menguap menjadi gas. Selain itu,
kenaikkan temperatur juga berdampak terhadap volume gas. Berdasarkan persamaan
gas ideal, semakin besar temperatur, volume gas akan semakin besar. Jadi, semakin
besar temperatur, akan semakin banyak aliran gas yang mengakibatkan kompresor
harus melakukan kerja lebih banyak. Dengan demikian, putaran kompresor pun akan

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
Pengaruh densitas fluida terhadap putaran kompresor dapat dilihat pada gambar 3.14.
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.
Putaran kompresor 2 selalu lebih besar dibandingkan putaran kompresor 1 karena kompresor
2 memiliki kecepatan putar maksimum yang lebih besar.

densitas fluida vs putaran kompresor
putaran kompresor (rpm)

12500
12000
11500

kompresor 1
kompresor 2

11000
10500
10000
13

14

15

16

17

18

19

20

densitas (kg/m3)

Gambar 3.14 Pengaruh densitas fluida terhadap tekanan keluaran kompresor

Gambar 3.15 Pengaruh tekanan umpan terhadap putaran kompresor
Pada Gambar 3.15 terlihat pengaruh tekanan umpan terhadap putaran kompresor. Perubahan
tekanan umpan dilakukan dengan tetap menjaga tekanan keluaran kompresor pada nilai yang
sama. Gambar 3.15 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.

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
Fleming., Tang, Y., Anderson, H., “Twin Screw Compressor Performance and Its
Relationship with Rotor Cutter Blade Shape and Manufacturing Cost”, International
Compressor Engineering Conference (1994).