PERANCANGAN KOMPRESOR SENTRIFUGAL DAN SIMULASI NUMERIK DENGAN VARIASI SUDUT SISI KELUAR IMPELLER

HAFID NUR SHAFUAT, Ir. Joko Waluyo, M.T., Ph.D.

2021 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Kompresor sentrifugal merupakan salah satu jenis kompresor yang paling banyak digunakan di dunia industri. Impeller adalah salah satu komponen kompresor sentrifugal yang memiliki peranan penting dalam proses pembangkitan tekanan. Perbedaan bentuk dan ukuran komponen tersebut sangat berpengaruh terhadap kemampuan pembangkitan tekanan kompresor secara keseluruhan. Pada penelitian tugas akhir ini, penulis melakukan perancangan dan prediksi perfoma kompresor sentrifugal dengan memvariasikan sudut sisi keluar impeller. Proses perancangan diawali dengan penentuan jenis kompresor berdasarkan data kebutuhan rasio tekanan pembangkitan (rp) dan laju aliran massa (mdot). Setelah proses perancangan selesai, kompresor sentrifugal hasil rancangan disimulasikan dengan metode numerik untuk mengetahui karakteristik perfoma kompresor terutama ketika beroperasi diluar kondisi desain. Selain itu, simulasi numerik juga dilakukan untuk memprediksi perfoma kompresor sentrifugal dengan variasi nilai sudut sisi keluar impeller (beta2). Proses perancangan yang dilakukan menghasilkan suatu desain kompresor sentrifugal satu tingkat dengan diameter impeller 236,24 mm, sudut sisi masuk (beta1) sebesar 42 derajat, dan sudut sisi keluar (beta2) sebesar 50 derajat. Hasil simulasi dengan metode numerik menunjukkan bahwa kompresor sentrifugal tersebut dapat menghasilkan rasio tekanan sebesar 1,5 pada nilai laju aliran massa udara kering sebesar 0,998 kg/s dan memiliki Best Efficiency Point (BEP) sebesar 83,71 persen. Dari hasil dari simulasi numerik juga dapat diketahui bahwa rasio tekanan kompresor meningkat seiring bertambahnya nilai beta2. Efisiensi kompresor mengalami peningkatan pada semua kondisi laju aliran massa. Namun, penambahan nilai beta2 berakibat pada naiknya tingkat ketidakstabilan aliran pada sisi keluar impeller dan puncaknya terjadi aliran balik pada beta2 sebesar 90 derajat sehingga akan mengurangi nilai efisiensi volumetrik kompresor.

Centrifugal compressor is one type of compressor which is mostly used in many industries. Impeller is a part of centrifugal compressor that has an important role in the pressure generation process. Differences in the shape and size of this component greatly affect the overall ability of the compressor to generate pressure. In this research, the author conduct design and prediction of centrifugal compressor by varying the impeller outlet blade angle. The design process begins with the determination of compressor type based on the demand pressure ratio (rp) and mass flow rate (mdot). After the design process had been completed, numerical simulation was held to predict the performance characteristics of the compressor, especially when it operates in off-design condition. The numerical simulation had also been carried out to predict centrifugal compressor performance with the variation of impeller outlet blade angel (betha2). The result of design process is a single-stage centrifugal compressor design with an impeller diameter of 236,24 mm, an impeller inlet blade angle (betha1) of 42 degree, and an impeller outlet blade angle (betha2) of 50 degree. Result of the numerical simulation shows that the compressor can generate a pressure ratio od 1,5 at a dry air mass flow rate of 0,98 kg/s and has Best Efficiency Point (BEP) of 83,71 percent which occurs at the design mass flow rate. Result of the numerical simulation also shows that the higher value of betha2, the higher pressure ratio that can be produced under all mass flow rate condition. Compressor overall efficiency also increases with the increase of betha2 value. However, higher value of betha2 results in an increase of instability level of gas flow at impeller outlet and eventually backflow began to occur in the betha2 value of 90 degree that would reduce the volumetric efficiency of the compressor.

Kata Kunci : perancangan kompresor sentrifugal, simulasi numerik, sudut sisi keluar impeller