1.Pendahuluan

Aliran gas dalam pipa selalu menyebabkan beberapa perubahan energi mekanik menjadi panas. Lost Work (lw) mewakili seluruh kehilangan energi yang disebabkan karena arus aliran yang tidak dapat berubah. Dalam aliran satu fasa, seperti aliran gas dalam pipa, ketidak berubahan tersebut terutama terdiri dari friction losses, internal losses karena efek viskositas, losses karena kekasaran dinding pipa.

Dengan pengecualian aliran laminer, kehilangan energi (lw) tidak dapat diperkirakan secara teori harus dengan eksperimen dan kemudian dikorelasikan dengan beberapa fungsi dari variabel aliran. :Lost Work biayanya dihitung menggunakan faktor gesekan (f). Dengan analisa dimensional, faktor gesekan merupakan fungsi dari Bilangan Reynold (Re) dan kekasaran relatif ((/D).

Persamaan yang menghubungkan Lost Work per unit panjang pipa dan variabel aliran adalah :

(1)

dimana

lw= perubahan energi mekanik menjadi panas, ft-lbf/lbm

V= kecepatan alir, ft/sec

gc= faktor konversi gravitasi = 32.17 lbm-ft-sec2

D= diameter pipa

f= faktor gesekan Moody

Integrasi dari persamaan (1) adalah :

(2)

1.1Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds (Re) adalah satu bilangan tak berdimensi yang didefinisikan sebagai berikut :

(3)

dimana :

D= diameter pipa, ft

V= kecepatan aliran pipa, ft/sec

(= densitas fluida, lbm/ft3(= viskositas fluida, lbm/ft-sec

Bilangan Reynolds untuk aliran gas dinyatakan sebagai :

(4)

dimana :

Q= kecepatan aliran gas pada 60 oF, 14.73 psia, Mcfd

G= gravitasi gas

(= viskositas gas pada kondisi aliran, cp

D= diameter pipa, in

1.2 Relative Roughness

Absolute Roughness (e) adalah jarak dari bagian tertinggi dan terendah dari permukaan dinding pipa. Relative Roughness (e/D) adalah bilangan tak berdimensi yang merupakan perbandingan dari harga absolute Roughness terhadap diameter pipa.

Relatif Roughness = e/D

(5)

Harga Absolute Roughness untuk aliran gas bumi adalah :

Jenis Pipae (in)

Drawn Tubing0.00006

Well Tubing0.0006

Line Pipe0.0007

Galvanized Pipe0.006

Cemen Lined Pipe0.001 0.1

1.3Faktor Gesekan Moody

Selang aliran fluida dapat dibagi menjadi dua daerah ekstrim, yaitu aliran laminer dan aliran turbulen (lihat Gambar 1). Diantara selang tersebut terdapat empat zone, yaitu :

Zone laminer

Zone kritis

Zone transisi dan

Zone turbulen

Zone Laminer (Re < 2000)

Harga dari faktor gesekan Moody untuk zone laminer adalah :

f = 64/Re

(6)

Persamaan (6) ini merupakan garis lurus pada grafik Gambar 1 dalam zone laminer, harga faktor gesekan tidak tergantung dari harga relative Roughness.

Gambar 1

Faktor Gesekan untuk Berbagai Jenis Pipa

Zone Kritis (2000 < Re < 4000)

Harga faktor gesekan Moody untuk zone kritis adalah :

(7)

Persamaan (7) ini berlaku untuk 0.00001 < e/D < 0.0001

Zone Transisi [4000 < Re < (200 D/e)1.16]

Harga factor gesekan Moody untuk ini adalah :

(8)

Hubungan Re = (200 D/e)116 digambarkan dengan garis putus-putus pada Gambar (1) yang membagi zone transisi dan zone turbulen.

Zone Turbulen [Re > (200 D/e)1.16]

Harga faktor gesekan Moody adalah :

(9)

2.Persamaan Kehilangan Tekanan dalam Pipa

Teknologi transportasi gas dalam pipa pada jarak yang panjang membutuhkan rumus untuk menentukan kapasitas dan tekanan yang dibutuhkan. Ada beberapa persamaan dalam industri perminyakan untuk aliran gas dalam pipa. Dalam perkembangan awal dari industri transmisi gas, tekanan yang digunakan rendah dan persamaan aliran gas masih sederhana. Tetapi tekanan terus bertambah untuk mendapatkan permintaan kapasitas yang tinggi sehingga persamaan aliran gas dikembangkan. Persamaan Weymouth merupakan persamaan yang umum digunakan, dimana dalam persamaan ini umumnya digunakan pipa dengan diameter kecil (d < 15 inci).

Persamaan Panhandle dan Modified Panhandle umumnya telah lebih baik untuk pipa dengan diameter lebih besar. Persamaan Panhandle didesain untuk tekanan beberapa ratus psi dan diameter pipa lebih dari 12 inchi. Persamaan Modified Panhandle digunakan untuk tekanan yang lebih tinggi.

2.1Persamaan Weymouth

Dasar dari persamaan Weymouth adalah keseimbangan energi antara titik 1 dan 2 (Gambar 2). Asumsi yang digunakan adalah :

1. Perubahan energi kinetik diabaikan

2. Aliran steady state dan isothermal

3. Aliran horizontal

4. Tidak ada perpindahan panas

5. Tidak ada kerja selama aliran gas berlangsung

Gambar 2

Aliran Gas Isothermal dalam Pipa Horizontal

Persamaan Weymouth didefinisikan sebagai :

(10)

dimana

Qh= kecepatan alir gas pada pb dan Tb, ft3/hr

Tb= temperatur dasar, oR

pb= tekanan dasar, psia

p1= tekanan inlet, psia

p2= tekanan outlet, psia

D= diameter dalam pipa, in

G= specific gravity gas (udara= 1)

T= temperatur alir rata-rata, oR

f= faktor gesekan Moody

L= panjang pipa, mil

Z= faktor deviasi gas pada temperatur alir rata-rata dan

tekanan rata-rata

Persamaan (10) dapat ditulis sebagai ;

(11)

dimana

Faktor gesekan Moody (f) pada persamaan (10 dan 11) merupakan fungsi dari laju alir, Qh dan kekasaran pipa, e. Jika kondisi aliran dalam zona turbulen [Re > (200 D/e)1.16], harga f dapat dihitung dengan hubungan :

(12)

dimana harga f merupakan fungsi dari relatif Roughness, e/D. Ketika kondisia aliran belum seluruhnya turbulen, f juga merupakan fungsi dari bilangan Reynolds, dan harga bilangan Reynolds merupakan fungsi dari laju alir gas, yaitu :

(13)

sehingga persamaan aliran gas Weymouth pada persamaan (10 dan 11) membutuhkan prosedur trial and error untuk menghitung Qh.

Untuk menghindari trial and error, Weymouth mengusulkan bahwa harga f merupakan fungsi dari diameter dalam inchi, yaitu :

(14)

Dengan penyederhanaan ini, maka persamaan (10) menjadi :

(15)

atau dengan memasukkan satuan lapangan menjadi :

dimana

L= feet

Q= MMSCFD

P1 & P2= psia

D= inch

T= oR

Persamaan 15 ini merupakan persamaan Weymouth yang umum digunakan.

2.2Persamaan Weymouth untuk Aliran Tidak Horizontal

Persamaan Weymouth dapat diperluas untuk pemakaian pada pipa yang tidak horizontal dalam bentuk persamaan sebagai berikut :

(16)

dimana :

e= bilangan dasar natural log = 2.718

(17)

(h= evaluasi outlet dikurangi dengan elevasi inlet (harga (h akan positif apabila outlet lebih tinggi dari pada inlet)

Le= adalah panjang efektif

Untuk pipa yang mempunyai harga kemiringan, maka panjang ekivalen dihitung dengan persamaan berikut :

(18)

Apabila pipa salur gas antara dua inlet dan outlet mengikuti prifile permukaan tanah yang berbukit, maka panjang ekivalen ditentukan berdasarkan segmen-segmen pipa, yang masing-masing mempunyai perbedaan ketinggian tertentu, dengan menggunakan persamaan berikut :

(19)

dimana :

S1, S2, S3, ... = dihitung dengan menggunakan persamaan 17

2.3Persamaan Panhandle

Dalam persamaan Panhandle diasumsikan harga bilangan Reynolds antara 5 x 106 11 x 106 dan harga f adalah :

(20)

sehingga persamaan aliran menjadi :

(21)

dimana Q adalah kecepatan aliran gas dalam ft3/hari yang diukur pada Tb dan Pb.

2.4Persamaan Modefied Panhandle

Persamaan Modefied Panhandle digunakan untuk pipa yang panjang. Harga f diasumsikan sebagai berikut :

(22)

sehingga persamaan Modified Panhandle menjadi :

(23)

3.Aliran Gas dalam Pipa Seri, Paralel

3.1Pipa Seri

Jika dalam sistem jaringan perpipaan terdiri dari pipa-pipa yang berbeda diameternya, kapasitas alir yang masuk dalam sistem harus ditentukan besarnya berdasarkan panjang dan diameter ekivalen dari sistem tersebut. Gambar 3 mengilustrasikan bentuk tersebut.

Untuk pipa yang dihubungkan secara seri berlaku hubungan :

(pt = (p1 + (p2 + (p3

Qt = Q1 = Q2 = Q3

Gambar 3

Skema Pipa Dipasang Seri

Bila menggunakan persamaan Weymouth, maka :

(24)

3.2Pipa Paralel

Pipa dengan panjang L-mile dan diameter dalam DA-in dihubungkan secara paralel dengan pipa berdiameter DB-in dan memiliki panjang L-mile (Gambar 4). Jika laju alir lama pada pipa dengan diameter DA-in saja adalah QA, maka laju alir baru pada pipa yang memiliki susunan paralel adalah Qt = QA + QB menggunakan persamaan Weymouth (tanpa f) :

(25)

Perbandingan antara laju alir baru terhadap laju alir lama adalah :

(26)

Persamaan (26 dan 27) berlaku hanya untuk pipa-pipa dengan panjang sama.

Jika panjang kedua pipa berbeda, maka :

(27)

Perbandingan laju alir gas menjadi :

(28)

Jika terdapat lebih dari dua pipa paralel, maka :

Qt = QA + QB + QC

(pt = (p1 = (p2 = (p3

sehingga :

(29)

Gambar 4

Skema Pipa Dipasang Paralel

PAGE 1Gas Piping System

_1082626654.unknown

_1082627987.unknown

_1082629565.unknown

_1082630842.unknown

_1082631239.unknown

_1082632641.unknown

_1082632812.unknown

_1082632319.unknown

_1082631040.unknown

_1082630239.unknown

_1082630676.unknown

_1082630003.unknown

_1082628818.unknown

_1082629186.unknown

_1082629462.unknown

_1082629120.unknown

_1082628431.unknown

_1082628681.unknown

_1082628365.unknown

_1082627390.unknown

_1082627636.unknown

_1082627748.unknown

_1082627564.unknown

_1082627061.unknown

_1082627232.unknown

_1082626979.unknown

_1082624144.unknown

_1082625453.unknown

_1082625856.unknown

_1082625119.unknown

_1082623877.unknown

_1082623986.unknown

_1082623582.unknown