Kompresor Sentrifugal: Surge, Choke & Anti-Surge
Kompresor sentrifugal menaikkan tekanan gas untuk proses dan instrument air. Modul ini membahas peta kompresor, dua batas mematikannya (surge di kiri, choke di kanan), intercooling, dan sistem anti-surge.
Peta kompresor: baca sebelum sentuh
Sumbu-x flow, sumbu-y pressure ratio, garis melengkung per putaran. Dua garis vertikal imajiner membatasi hidup:
- Kiri = garis surge β jangan lewati. Dentuman, getaran, sudu bisa patah.
- Kanan = choke β flow sonik, tidak bisa naik lagi walau tekanan turun.
Operasi sehat: di tengah, dekat titik best efficiency, margin β₯ 10% dari surge.
Surge: stall yang berputar jadi aliran balik
Stall diffuser β separasi β tekanan discharge mendorong balik β flow balik β tekanan turun β flow maju lagi β siklus berulang beberapa Hz. Setiap dentuman = beban kejut ke sudu, seal, dan thrust bearing. Beberapa menit surge bisa menghabiskan umur fatigue rotor.
Anti-surge: recycle adalah sabuk pengaman
Katup recycle menghubungkan discharge kembali ke suction. Controller memonitor (flow, tekanan, suhu) dan membuka recycle saat mendekati garis surge. Prinsip desain:
- Fail-open: mati listrik/instrumen = recycle terbuka = aman.
- Respons cepat: < 2 detik penuh buka.
- Margin 10%: garis kontrol di kanan garis surge.
Intercooling: bagi kerja, hemat daya
Kompresi memanaskan gas; gas panas lebih sulit dikompresi. Dinginkan antar tingkat β kerja total turun drastis. Ideal: bagi rp sama rata per tingkat.
Choke dan fouling
Fouling (kotoran di sudu) menggeser peta ke kiri-bawah: flow turun, surge line mendekat. Gejala: daya naik, pressure ratio turun di speed sama. Solusi: online wash (air/detergen) + offline crank wash berkala.
Langkah troubleshooting kompresor
- Plot titik di peta β di mana terhadap surge dan BEP?
- Cek recycle/anti-surge β bekerja atau macet?
- Cek suction: filter buntu? IGV macet?
- Getaran: 1X naik = fouling/unbalance; broadband = surge/stall.
- Suhu discharge naik di duty sama = efisiensi turun (fouling/erosi).
Ringkasan rumus
| Konsep | Rumus | Keterangan |
|---|---|---|
| Daya | αΉΒ·cpΒ·T1Β·(rp^0,2857β1)/Ξ· |
udara, debit massa |
| T2 isentropik | T1Β·rp^0,2857 |
udara |
| Intercooling | rp^(1/n) |
bagi rata |
| Surge | operasi kanan garis + 10% |
recycle fail-open |
| Choke | Mach 1 |
flow mentok |
Rumus kunci
Semua rumus inti modul ini dalam satu tempat β hafalkan maknanya, bukan hurufnya.
Daya kompresi
P = αΉΒ·cpΒ·T1Β·(rp^((kβ1)/k) β 1) / Ξ·
Debit dalam MASSA. cp udara = 1005 J/kgΒ·K.
Pangkat isentropik udara
(kβ1)/k = 0,2857
k = 1,4. T2s = T1Β·rp^0,2857.
Intercooling ideal
rp_tingkat = rp_total^(1/n)
Bagi pressure ratio sama rata, kerja total minimum.
Batas surge
operasi di KANAN garis surge + margin 10%
Flow turun di putaran tetap menggeser titik ke kiri.
Batas choke
Mach = 1 di throat, flow tidak bisa naik lagi
Di kanan peta. Efisiensi jeblok walau tekanan turun.
Kompresor surge tiap start-up: recycle valve terlambat?
Kompresor udara plant 5 kg/s, rp = 4, surge keras tiap start-up: suara dentuman, getaran hebat. Peta kompresor menunjukkan garis surge di 3,5 kg/s pada kecepatan itu. Start-up dilakukan dengan discharge valve tertutup dan recycle valve dibuka manual 30 detik kemudian.
Diketahui
- Flow desain 5 kg/s, garis surge 3,5 kg/s di N operasi
- Saat start valve tertutup: flow β 0 kecuali bocor
- Recycle dibuka 30 detik setelah start
Ditanya
Mengapa surge terjadi dan bagaimana start-up yang benar?
Jangan intip tab Solving dulu β coba analisis sendiri, lalu cocokkan di tab Analisis.
Analisis
Start dengan discharge tertutup = operasi di kiri garis surge (flow ~nol). 30 detik tanpa recycle = 30 detik surge. Recycle harus terbuka SEBELUM start dan menutup bertahap setelah flow proses cukup.
- Plot titik start: flow β 0 < 3,5 kg/s β di kiri garis surge β surge pasti.
- Dentuman = aliran balik-balik: tekanan discharge mendorong balik ke suction.
- Solusi: start dengan recycle/suction valve terbuka penuh (blow-off), tutup bertahap sambil jaga margin 10% dari garis surge.
- Pasang anti-surge controller: buka recycle otomatis saat mendekati garis.
Solving langkah-demi-langkah
Titik operasi start ada di flow ~0, garis surge di 3,5 kg/s.
- Margin surge = (5 β 3,5)/5 = 30% di operasi normal β aman.
- Saat start valve tertutup: flow β 0 β margin negatif β surge.
- Prosedur benar: (1) buka recycle 100%, (2) start, (3) naikkan speed, (4) tutup recycle perlahan sambil monitor flow > 3,85 kg/s (surge + 10%).
- Proteksi: anti-surge valve fail-open (mati listrik = terbuka = aman).
Sumber belajar
Compressor Handbook
Operasi, surge, dan maintenance kompresor.
Thermodynamics: An Engineering Approach
Analisis kompresi bertingkat dan intercooling.
Latihan soal
Soal 1. Udara 300 K dikompresi rp = 4, isentropik ideal. Suhu keluar:
Soal 2. Titik operasi bergeser kiri mendekati garis surge. Tindakan tepat:
Soal 3. Kompresi 2 tingkat dengan intercooling sempurna, rp total = 9. rp per tingkat ideal: