Analisa Pengaruh Proses Pendinginan Terhadap Temperatur Angin Masukan Stage Terakhir pada Kompresor Sentrifugal Multistage IHI TRE-50
Andika Kurniawan , Henry Charles
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta Email : ndika31.ak@gmail.com, henry.carles@mercubuana.ac.id
Abtrak- Kompresor  sentrifugal  IHI  tipe  TRE-50  merupakan  kompresor  bertipe  sentrifugal,  dimana memanfaatkan  putaran  impeller  dalam  pengoperasiannya.  Adapun  kegagalan  yang  sering  terjadi yakni temperatur tinggi pada angin masukan stage  terakhir. Metode yang digunakan dalam penelitian ini  adalah  metode  analisa  numerik  dengan  mencari  efektifitas,  performa,  efisiensi  dan  mencari perbandingan  kalor  yang  diterima  dan  dibuang  oleh  cooling  tower.  Hasil  dari  perhitungan menunjukkan  bahwa  parameter  yang  dihitung  mengalami  fluktuasi  yang  disebabkan  oleh  kondisi mesin  dan  juga  suhu  lingkungan  yang  meningkat.  Tindakan  yang  perlu  dilakukan  yakni  melakukan pengecekan  serta  pembersihan  intercooler  secara  berkala  dan  juga  mempertimbangkan  kembali desain cooling tower termasuk instrument pendukung dan penempatannya.
Kata  Kunci: Kompresor  sentrifugal,  ,  temperatur  tinggi,  stage  terakhir,  analisa  numerik,  intercooler, cooling tower
Abstact- IHI  type TRE-50  centrifugal  compressor  is  a  centrifugal  type  compressor,  which  utilizes  the impeller rotation in operation. The most common failure is the high temperature in the last input wind stage.  The  method  used  in  this  study  is  a  numerical  analysis  method  by  looking  for  effectiveness, performance,  efficiency  and  looking  for  heat  comparisons  received  and  disposed  of  by  the  cooling tower.  The  results  of  the  calculation  show  that  the  calculated  parameters  fluctuate  due  to  engine conditions  and  also  the  increasing  ambient  temperature.  Actions  that  need  to  be  done  are  checking and  cleaning  the  intercooler  regularly  and  also  reconsider  the  design  of  the  cooling  tower  including supporting instruments and placement.
Keywords: Centrifugal compressor, high temperature, last stage, numerical analysis, intercooler, cooling tower

## 1. PENDAHULUAN
Di  industri,  penggunaan  kompresor  sangat penting, baik sebagai penghasil udara mampat atau  sebagai  satu  kesatuan  dari  mesin. Kompresor  banyak  dipakai  untuk  mesin pneumatik,  sedangkan  yang  menjadi  satu dengan  mesin  yaitu  turbin  gas,  mesin pendingin dan lainnya[1].
Kompresor sentrifugal IHI tipe TRE-50 merupakan  salah  satu  kompressor  tipe sentrifugal  yang  memanfaatkan  energi  putar untuk memperoleh gaya hisapan. Dalam dunia industri,  pengoperasian kompresor digunakan untuk  pemenuhan  kebutuhan  mesin  produksi, otomasi  maupun  salah  satu  aspek  untuk kualitas produk.
Kompresor tersebut menggunakan  motor  elektrik  berdaya  500 KW sebagai sumber penggeraknya.
Dalam pengoperasiannya tentu terdapat  kegagalan-kegagalan  yang  terjadi pada mekanisme mesin yang berdampak pada performa  dan  keluaran  dari  kompressor tersebut.  Salah  satu  kegagalan  yang  sering terjadi  yakni High  Temperature  Final  Stage Inlet, yakni  suatu  kondisi  dimana  angin  yang dihasilkan  memiliki  suhu  diatas  ketentuan Temperature  Final  Stage  Inlet, yakni  suatu
kondisi dimana angin yang dihasilkan memiliki suhu  diatas  ketentuan.  Kegagalan  ini  dapat berpengaruh  terhadap  proses  selanjutnya yakni pemampatan di stage terakhir.
Gambar  1. Grafik  pemantauan  temperatur angin
Data tersebut merupakan pemantauan temperatur udara masukan dari stage terakhir, dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan temperatur  disaat    tertentu  dan  menjadikan kegagalan pada mesin. Kegagalan yang terjadi Untuk  meminimalisir  kegagalan  yang  terjadi maka harus dilakukan  sebuah perlakuan guna menjaga  kestabilan  performa  mesin.  Maka dalam  penelitian  ini  penulis  akan  mengambil tema  analisa  pengaruh  sistem  pendinginan terhadap  temperatur  udara  masukan stage
terakhir  pada  kompresor  sentrifugal  IHI  TRE- 50.

## 1.1 Rumusan Masalah
Berdasarkan  latar  belakang  masalah  diatas, maka dapat disimpulkan bahwa permasalahan pada  penelitian  ini  yaitu  “  Bagaimana  analisa kondisi  instrumen  pendingin  pada  kompressor sentrifugal IHI tipe TRE-50 dan perlakuan apa saja  yang  dibutuhkan  untuk  meminimalisir kegagalan yang terjadi “

## 1.2 Batasan Masalah
Adapun  batasan  masalah  dari  penelitian  ini adalah sebagai berikut :
1. Objek penelitian yaitu Kompressor
Sentrifugal IHI dengan tipe TRE-50
2. Kegagalan yang dijadikan dasar penelitian  yaitu High  Temperature  Inlet Final  Stage (  temperatur  tinggi  pada udara masukan stage terakhir )
3. Aspek  yang  dianalisa hanya  pada instrumen  pendinginan  ( Cooling  tower, intercooler )

## 1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Mengatahui  kondisi  dan  performa  dari instrumen pendingin
2. Menentukan tindakan yang dapat meminimalisir terjadi nya kegagalan.

## 1.4 Tinjauan Umum
Kompresor  adalah  peralatan  mekanik  yang digunakan  untuk  memberikan  energi  kepada fluida  gas/udara,  sehingga  gas/udara  dapat mengalir  dari  suatu  tempat  ke  tempat  lain secara  kontinyu.  Fungsi  kompresor  adalah mengubah  energi  mekanik  (kerja)  ke  dalam energi  tekanan  (potensial)  dan  energi  panas yang  tidak  berguna.  Prinsip  kerja  kompresor sentrifugal  yaitu  mengkonversikan  energi kecepatan  gas/udara  yang  dibangkitkan  oleh aksi/gerakan  impeller  yang  berputar  dari energi mekanik unit penggerak menjadi energi potensial (tekanan) di dalam diffuser[2].
Gambar 2. Kompresor Sentrifugal IHI TRE-50
Kompessor  sentrifugal  IHI  TRE-50 adalah  kompresor  bertipe  sentrifugal  yang merupakan produk dari IHI Rotating Machinery Engineering Co., LTD. Kompressor ini merupakan  kompressor  tipe  sentrifugal  yang memiliki  sumber  penggerak  berupa  motor listrik  berdaya  500  kW  dan  kapasitas  aliran 4753 /  h.  Keunggulan  dari  kompressor sentrifugal  ini  yakni  berkapasitas  besar  dan perawatan  yang  terbilang  mudah,  sehingga sangat  cocok  digunakan  dalam  industri  yang membutuhkan  supply  angin  dalam  jumlah yang besar.

## 1.5 Prinsip Kerja Kompressor
Pada  dasarnya  prinsip  kerja  dari  kompressor sentrifugal  menggunakan  gaya  sentrifugal yang dihasilkan oleh putaran impeler sehingga udara  mengalami  kenaikan  energi  yang  akan diubah menjadi energi tekanan[1] Adapun  beberapa  komponen  utama  dari Kompressor sentrifugal IHI TRE-50 antara lain A. Motor Suatu mesin listrik yang merubah energi listrik menjadi  energi  gerak  dengan  menggunakan gandengan  medan  listrik  dan  mempunyai  slip antara medan stator dan medan rotor[3]. Motor yang  digunakan  yaitu  motor  elektrik  3  phase dengan daya 500  kW.
B. Rotor Rotor  berfungsi  untuk  menaikan  /  menambah enersi  kinetik  gas[4] . Rotor  yang  digunakan yakni berjenis impeller.
C. Cooler Intercooler adalah  salah  satu  jenis  dari Heat Exchanger (HE)  yang  memiliki  bentuk  yang cukup  sederhana  dibandingkan  dengan  HE yang  lain  namun  memiliki  manfaat  besar dalam mesin turbocharger [5].
D. Suction Filter
Berfungsi  untuk  menyaring  udara  ruangan yang  menjadi  udara  masukan  yang  nantinya akan dimampatkan oleh kompresor.

## 1.6 Proses pendinginan Kompresor
Proses  pendinginan  yang  digunakan  yakni dengan memanfaatkan media air yang dialirkan secara terus-menerus melalui intercooler bertipe shell and tube dimana terdiri dari  pipa-pipa  tubing  yang  terlapisi  dengan sirip-sirip  evaporator,  dimana  nanti  nya  akan berkontak  secara  langsung  dengan  udara bertekanan. Di saat inilah nantinya akan terjadi perpindahan  panas  dari  udara  bertekanan menuju air melalui sirip-sirip evaporator.
Air  yang  telah  menerima  kalor  dari aliran  udara  yang  melewati intercooler akan didinginkan  oleh cooling  tower yang  nantinya akan
disirkulasikan kembali menuju intercooler.
Gambar 3. Proses pendinginan kompresor

## 1.6.1  Proses  pendinginan  air  oleh  Cooling Tower
Pada  kebanyakan  menara  pendingin  yang dipakai  pada  sistem  pendinginan  udara menggunakan  sistem  pompa  sentrifugal untuk menggerakkan  air  vertikal  melintasi  menara. Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam range dan approach [6] . Parameter  yang  akan  dilakukan  perhitungan, yaitu : a.  Range Merupakan perbedaan antara suhu air masuk  dan  keluar  cooling  tower.  Nilai  range yang tinggi menunjukkan bahwa cooling tower telah  mampu  menurunkan  suhu  secara efektif[7].
( ) ( 1 )
b. Approach Approach  adalah  perbedaan  suhu  air  dingin keluaran  cooling  tower  dan  suhu  wet  bulb ambient.  Saat  kondisi  rendah  maka  semakin baik performa sebuah cooling tower[7].

## ( )
( 2 ) e. Efisiensi cooling tower Efisiensi  disini  adalah  keefisiensian  cooling tower proses pendinginan air[6].
( 3 )

## 1.6.2  Proses  pendinginan  angin  oleh Intercooler
Apabila  terdapat  dua  zat  atau  benda  yang memiliki  perbedaan  suhu  (Δt  )  maka  akan terjadi perpindahan panas[8].

## Perpindahan panas
Kalor  air  yang  dimaksud  yakni  kalor  yang diterima  air  dari  udara  setelah  dilakukan pemampatan  di  impeller.  Dapat  di  hitung dengan menggunakan persamaan
( )
( )
( 4 )
Disamping  menentukan  kalor  yang  diterima air,  dapat  juga  menentukan  besarnya  kalor yang telah dibuang oleh Cooling tower
( 5 )

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Gambar 4. Diagram alir penelitian
Teknik pengumpulan data yang dipakai penulis yakni berasal dari check sheet operator,  peninjauan  langsung  ke  lapangan, asistensi  dengan  pembimbing  dan  studi pustaka  dari  jurnal,  literatur  yang  terkait dengan penelitian ini.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengambilan data
Waktu CT ( ) Intercooler ( ) Water out Water in Tbef cooler Taft cooler 07.00 27.5 36 88.1 48 08.00 29 38.5 88.5 52.9 09.00 29 38.5 89 53 10.00 29.5 38.5 90.5 55.6 11.00 30 40 90.3 56.8 12.00 31 42 90.5 60.1 13.00 33 43.5 90.6 49 14.00 35 44 90.2 50 15.00 29 36 90.6 49.9 16.00 30 37 91 53 17.00 31 38 90.3 53.6 Selain data tersebut didapat juga data sebagai berikut Debit : 0,0379 Ø inner tubing  : 1,12 mm Ø outer tubing  : 1,2 mm
3.1 Cooling Tower Range Dari persamaan (1):

## (   )
Sebagai  contoh  dilakukan  perhitungan  range saat pukul 07.00
( ) ( ) ( ) Setelah  dilakukan  perhitungan  pada  setiap waktu  pemantauan  maka  diperoleh  grafik perhitungan seperti Gambar 5.
Gambar 5. Grafik perhitungan Range
Dalam grafik tersebut terlihat efektifitas cooling tower yang  terbaik  terjadi  pada  jam  12.00 akan  tetapi  langsung  mengalami  penurunan hingga mencapai nilai 7 .

## Approach
Dari persamaan (2) :
( )
Contoh perhitungannya adalah sebagai berikut ( Pukul 07.00 ) ( ) ( )
( )
Lalu  didapatkan  grafik  perhitungan  seperti berikut:
Gambar 6. Grafik perhitungan Approach
Dalam grafik tersebut terlihat performa cooling tower mengalami  titik  terendah  di  jm  14.00 dan  naik  drastis  pada  jam  berikutnya dikarenakan mesin trip disebabkan temperatur angin yang mencapai > 60 .

## Efisiensi
Dari persamaan (3):
Contoh  perhitungan  yang  dilakukan  pada  jam 07.00
Setelah  dilakukan  perhitungan  maka  dapat diperoleh  grafik  perhitungan  seperti  pada Gambar 7 berikut:
Gambar 7. Grafik perhitungan Efisiensi
Dalam  grafik  tersebut  terlihat  kinerja cooling tower pada pagi hari memiliki efisiensi 82,21% lalu  terus  mengalami  penurunan  sampai  pada titik terendah di jam 14.00 (55,35%), dikarenakan  meningkatnya  temperatur  angin
dan  berpengaruh  langsung  pada  temperatur air yang didinginkan oleh cooling tower.
3.2 Intercooler
Jumlah  kalor  yang  di terima  air  dapat  dihitung dengan persamaan (4) berikut.
( ) ( )
Sedangkan  kalor  yang  dibuang  oleh cooling tower dapat  dihitung  dengan  persamaan  (5)
berikut.
Setelah dilakukan perhitungan guna mengetahui  kalor  yang  diterima  air  dan  kalor yang  dibuang  oleh cooling  tower, maka didapatkan grafik perbandingan seperti berikut.
Gambar 8. Grafik perbandingan kalor
Dalam  grafik  tersebut  terlihat  bahwa  kalor yang  diterima  air  lebih  besar  dibandingkan kalor  yang  dibuang  oleh cooling  tower .  Hal ini dapat dikarenakan beberapa faktor antara lain:

## Intercooler
 Kondisi sirip-sirip evaporator pada
intercooler
yang kotor sehingga
menghambat laju aliran angin lalu mengakibatkan adanya tekanan sehingga temperatur menjadi tinggi.
 Adanya kebocoran pada salah satu tubing yang  mengakibatkan  adanya  bocoran  air yang  akan  terus  menerus  berkontak dengan  angin  lalu  terbentuk  kerak  yang menghambat  laju  angin  pada  sirip-sirip evaporator.

## Cooling Tower
 Kurang  tepatnya desain cooling  tower yang  digunakan,  termasuk  instrument pendukung lainnya ( pompa, basin )
 Menurunnya  performa cooling  tower dikarenakan umur pemakaian.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  parameter-paremeter  yang  telah dilakukan  perhitungan  pada  instrumen  pend ingin  pada  kompresor  maka  dapat  diambil kesimpulan sebagai berikut :
1.  Efektifitas,  performa  dan  efisiensi  pada cooling  tower mengalami  fluktuasi  yang disebabkan  oleh  kondisi  mesin  dan  juga suhu lingkungan yang meningkat. 2.  Berdasarkan Gambar 6 terlihat ketidakmampuan cooling  tower dalam membuang  seluruh  kalor  yang  diterima air.  Dikarenakan  kalor  yang  diterima  air lebih  besar  dibandingkan  kalor  yang dibuang oleh cooling tower.
3.  Sesuai  dengan  kemungkinan  yang  terjadi di  instrumen pendingin, maka ada beberapa tindakan yang mungkin dilakukan  guna  meminimalisir  terjadinya kegagalan, yaitu  Melakukan pengecekan dan pembersihan intercooler secara terjadwal  guna  memastikan  tidak ada kebocoran tubing dan kotoran pada sirip-sirip evaporator.  Melakukan pembersihan dan penggantian  secara  berkala  pada suction filter guna memastikan kebersihan dari udara yang dihisap.
 Memastikan  kembali  desain cooling tower termasuk instrumen pendukungnya dan juga penempatan nya.
 Apabila memungkinkan, lakukan
pergantian cooling  tower dengan kapasitas  pendinginan  yang  lebih besar.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B. A. B. D. Kompresor and A. P. K. Kompresor, “Bab 9 dasar kompresor.”
[2] S. A. Jalil and F. Arlena, “PERAWATAN PADA LABYRINTH KOMPRESOR SENTRIFUGAL KAWASAKI K-2501 A
DENGAN METODE FAILURE MODE
AND EFFECT ANALYSIS ( FMEA ) DI PT . ARUN NGL BLANG LANCANG,” vol. 14, pp. 32 –36, 2016.
[3] A. A. Frima, N. N. Dyto, and E. S. Siregar, “Motor Induksi 3 Phasa.”
[4] T. Di, P. T. Pertamina, R. U. Ii, T. Akhir, and J. T. Mesin, “SENTRIFUGAL 910- C-1 DI PE RTAMINA RU II,” 2016.
[5] A. H. Yoewono, “Perbandingan karakteristik intercooler satu dan dua laluan dengan variasi kubah,” pp. 1–7, 1840. [6] R. S. Putra, C. Soekardi, J. T. Mesin, F.
Tehnik, and U. M. Buana, “Analisa Perhitungan Beban Cooling Tower,” vol. 04, no. 2, pp. 19 –25, 2015.
[7] Y. Handoyo, “Analisis Performa Cooling
Tower LCT 400 Pada P.T. XYZ, Tambun Bekasi,” J. Ilm. Tek. Mesin , vol. 3, no. 1, pp. 38 –52, 2015.
[8] L. gang Liu, C. wei Gu, and X. Ren, “An investigation of the conjugate heat transfer in an intercooled compressor vane based on a discontinuous
Galerkin method,” Appl. Therm. Eng. , vol. 114, pp. 85 –97, 2017.