Bab 1. Pendahuluan. 1.1 Latar Belakang Masalah

Transkripsi

1 Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Masalah Gas alam adalah bahan bakar fosil berbentuk gas, dengan komponen utamanya adalah metana (CH 4 ) yang merupakan molekul hidrokarbon rantai terpendek dan teringan. Gas alam dapat berbahaya karena sifatnya yang sangat mudah terbakar dan menimbulkan ledakan. Gas alam lebih ringan dari udara sehingga cenderung mudah tersebar di atmosfer. Akan tetapi, apabila berada di dalam ruang tertutup, seperti di dalam pipa, konsentrasi gas dapat mencapai titik campuran yang mudah meledak. Kesulitan utama dalam penggunaan gas alam adalah masalah transportasi. Oleh karena itu, pengiriman gas alam dari daerah produksi ke konsumen menjadi masalah tersendiri yang memerlukan perhatian khusus. Dalam proses pengiriman gas alam dari produksi ke konsumen, ada faktor yang harus diperhatikan yaitu distribusi tekanan, laju alir dan temperatur gas di dalam pipa. 1

2 BAB 1. PENDAHULUAN 2 Pengiriman gas alam dari daerah produksi ke konsumen dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain dengan sistem transmisi pipa, pengiriman dalam bentuk Compressed Natural Gas (CNG), dan pengiriman dalam bentuk Liquefied Natural Gas (LNG). Carrier LNG merupakan kapal laut yang didesain khusus pada tekanan dan temperatur tertentu sehingga dapat digunakan untuk mentransportasikan Liquefied Natural Gas (LNG) menyebrangi samudra, sedangkan truk tangki dapat membawa Liquefied Natural Gas (LNG) atau Compressed Natural Gas (CNG) dalam jarak dekat. Apabila pengiriman gas alam dilakukan dengan menggunakan sistem transmisi pipa, maka perlu diperhatikan perilaku aliran gas alam dalam pipa selama proses transportasi dari daerah produksi ke konsumen. Hal ini penting agar penanganan operasi pengiriman gas alam dapat dilakukan dengan benar. Berbagai studi telah dilakukan untuk mempelajari perilaku aliran gas alam dalam pipa transmisi, diantaranya adalah melalui pemodelan matematika. Model matematika dibuat sesuai dengan kondisi operasi di lapangan. Model matematika yang diperoleh berbentuk satu sistem persamaan diferensial parsial. Pada pengembangan model seperti itu, ada dua batasan yang saling bertolak belakang, yaitu satu sisi diinginkan model yang akurat, sementara di sisi yang lain diperlukan model yang sesederhana mungkin agar perhitungan penyelesaiannya lebih mudah dan cepat. Dengan demikian perlu adanya kompromi di antara kedua batasan tersebut agar diperoleh model yang dapat menjelaskan perilaku sistem secara akurat tetapi penyelesaiannya mudah dan cepat. Simplifikasi sering dibuat untuk menyederhanakan model dengan cara mengabaikan beberapa suku pada persamaan dasar berdasarkan perkiraan kondisi sistem yang ada di lapangan. Pemodelan aliran gas alam dalam pipa transmisi sering dilakukan dengan membuat asumsi bahwa aliran adalah tunak, dimana kondisi tekanan, laju alir, dan

3 BAB 1. PENDAHULUAN 3 temperatur tidak berubah terhadap waktu. Pada beberapa kondisi, asumsi ini memberikan hasil yang cukup baik. Namun, pada kenyataannya, terdapat banyak situasi dimana asumsi aliran tunak memberikan hasil yang tidak dapat diterima. Operasi sistem transmisi gas alam sering menjumpai berbagai keadaan transien, dimana kondisi tekanan, laju alir, dan temperatur selalu berubah terhadap waktu. Ada beberapa penyebab keadaan transien, seperti kegagalan kompresor, penambah an atau penurunan pasokan, perawatan atau penggantian peralatan, dan kebocoran pipa. Apabila terjadi satu atau lebih keadaan di atas, maka akan memicu terjadinya perubahan parameter-parameter aliran seperti tekanan, laju alir, dan temperatur gas. Pada kondisi seperti ini, model aliran tunak tidak sesuai lagi untuk digunakan. Oleh karena itu, digunakan model aliran gas transien agar diperoleh gambaran yang sebenarnya tentang perilaku aliran dalam pipa transmisi gas alam. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang di atas, penulis merumuskan masalah sebagai berikut: 1. Model seperti apakah yang cocok untuk memodelkan kondisi tekanan, laju alir, dan temperatur yang selalu berubah terhadap waktu? 2. Metode apakah yang tepat untuk menyelesaikan model aliran transien sehingga memberikan hasil yang akurat? 3. Apakah solusi yang didapat sudah dapat menggambarkan perilaku aliran transien dalam pipa trasmisi gas alam yang sesungguhnya di lapangan?

4 BAB 1. PENDAHULUAN Tujuan Berdasarkan permasalahan yang ada, maka tugas akhir ini dilakukan dengan tujuan: 1. Membangun model aliran transien. 2. Menentukan metode penyelesaian yang tepat untuk model aliran transien sehingga didapatkan hasil yang akurat. 3. Melakukan simulasi menggunakan data lapangan dan mempelajari perilaku aliran gas dalam pipa sehingga diperoleh gambaran yang sesungguhnya tentang perilaku aliran gas dalam pipa di lapangan. 1.4 Batasan Masalah Kenyataan yang terjadi pada operasi sistem transmisi gas alam dengan keadaan transien sangat rumit. Oleh karena itu diperlukan batasan agar diperoleh model yang lebih sederhana sehingga penyelesaiannya mudah dan cepat, tetapi tetap dapat menjelaskan perilaku sistem secara akurat. Dengan demikian, pada tugas akhir ini digunakan beberapa asumsi sebagai berikut: 1. Pipa transmisi lurus dan horisontal. 2. Luas penampang pipa konstan. 3. Aliran gas satu dimensi. 4. Fluida aliran adalah gas satu fasa (gas kering).

5 BAB 1. PENDAHULUAN 5 5. Berlaku faktor gesekan kondisi tunak. 6. Faktor deviasi gas dianggap konstan. 1.5 Manfaat Kondisi perilaku aliran gas yang ditemui di lapangan oleh perusahaan yang ber gerak di bidang perminyakan sangat rumit. Sifat fluida seperti tekanan sangat mudah mengalami perubahan. Hal ini disebabkan temperatur, laju alir dan densitas gas dapat mempengaruhi tekanan. Tugas akhir ini dilakukan dengan tujuan dapat membantu perusahaan yang bergerak di bidang perminyakan dalam memprediksi perilaku aliran gas seperti tekanan, temperatur dan laju alir dengan kondisi transien. Hal ini sangat penting dalam menjaga keamanan dalam proses transmisi gas alam. 1.6 Metodologi Penelitian Tugas akhir ini dilakukan dengan cara melakukan simulasi komputer untuk mengetahui perilaku aliran gas transien dalam pipa transmisi. Simulasi dilakukan dengan menggunakan metode numerik Lax-Wendroff dan menerjemahkannya ke dalam computer code menggunakan bahasa pemrograman Mathlab.

6 BAB 1. PENDAHULUAN Sistematika Penulisan Pembahasan dalam tugas akhir ini diawali dengan Bab 1 Pendahuluan yang terdiri dari latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, manfaat, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. Pada Bab 2 dibahas landasan teori tentang topik penelitian, meliputi pembahasan sifat-sifat gas, landasan teori persamaan aliran gas dalam pipa, metode Newton Raphson dan hubungan laju alir gas (Q) dan fluks massa gas (m). Bab 3 berisi uraian tentang alur penurunan model aliran gas bersifat tunak dan transien dalam pipa, serta pembahasan tentang metode penyelesaian yang digunakan, yaitu metode numerik Lax-Wendroff dengan sebelumnya membahas terlebih dahulu mengenai analisis dimensi, syarat awal, dan syarat batas. Pada Bab 4 diuraikan tentang analisis terhadap hasil-hasil simulasi. Bab 5 berisi kesimpulan hasil penelitian dan saran-saran guna pengembangan penelitian ini lebih lanjut.