I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang

Transkripsi

1 I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Dalam aplikasi sistem perpipaan seperti pada proses kimia, proses produksi dan distribusi minyak dan gas sering dijumpai junction (percabangan). Ketika aliran dua fase cair-cair yang tidak dapat bercampur mengalir bersama di dalam sistem perpipaan lalu melewati T-junction, jarang sekali keduanya terbagi dalam rasio pemisahan yang sama. Adakalanya semua cairan mengalir ke branch (cabang vertikal) namun di waktu lain bisa terjadi semua cairan mengalir ke run (cabang horisontal). Fenomena seperti ini dikenal dengan istilah phase maldistribution (distribusi fase yang tidak merata). Distribusi fase yang tidak merata ini memberikan dampak negatif dan positif terhadap peralatan yang digunakan. Dampak negatif menyebabkan penurunan efisensi pada peralatan yang digunakan di bagian downstream dari T-junction (Conte dan Azzopardi, 2003), sedangkan dampak positifnya dapat digunakan sebagai partial phase separator /alat pemisah fase (Azzopardi dkk, 2008). Pembagian aliran fluida pada saat mengalir melewati T-junction sangat tidak mudah untuk diprediksi seberapa besar cairan yang mengalir ke branch dan run, hal ini dikarenakan adanya distribusi fase yang tidak teratur (maldistribution). Adanya geometri T-junction, pola aliran di upstream T- junction, laju aliran massa, fraksi massa yang mengalir ke branch merupakan variabel yang sangat berperan dalam pemisahan fase cairan yang terbagi di percabangan T-junction (branch dan run). Pada lokasi pengeboran minyak di lepas pantai (offshore), umumnya digunakan separator (pemisah fase) untuk memisahkan minyak mentah yang berasal dari eksplorasi lepas pantai dan sumur-sumur minyak. Minyak mentah yang berasal dari dalam perut bumi tersebut harus dipisahkan terlebih dahulu dari unsur-unsur lain (gas, air, lumpur, dsb) sebelum dialirkan ke tempat tujuan. Sebagai ilustrasi proses eksplorasi dapat dilihat pada Gambar

2 Gambar 1.1. Diagram skematis proses eksplorasi dalam industri perminyakan (Komunikasi pribadi dengan Deendarlianto, 2009) Dari Gambar 1.1 terlihat bahwa fluida (minyak mentah dan unsur-unsur lain) yang berasal dari reservoir masuk ke saluran pipa. Air yang menyertai minyak mentah mengalir ke atas melalui pipa eksplorasi menuju sumur atas dan selanjutnya menuju separator. campuran minyak dan air ini selanjutnya akan dipisahkan untuk diambil salah satu fasenya dan untuk keperluan pemisahan fase umumnya digunakan separator berbentuk bejana (vessel) yang berukuran besar. Kinerja separator (pemisah fase) tersebut sangat menentukan kualitas minyak dan air yang dihasilkan. Umumnya separator yang digunakan seperti terlihat pada Gambar 1.2 berupa bejana (vessel) besar yang terbuat dari bahan baja dan proses pembuatannya memerlukan biaya yang sangat mahal dan diperlukan tempat yang luas untuk instalasinya. Selain itu vessel yang menyimpan material yang mudah terbakar (flammable material) beresiko terjadinya kebakaran. Karenanya diperlukan pemisah fase yang lebih sederhana instalasinya, murah biaya pembuatannya, sederhana bentuknya dan aman penggunaannya. 2

3 Gambar 1.2. Unit pemisah fase (separator) di instalasi lepas pantai CNOOC (Komunikasi pribadi dengan Deendarlianto, 2009) Hal inilah yang memungkinkan bagi peneliti untuk memanfaatkan phase maldistribution yang terjadi pada T-junction untuk proses pemisahan fase. Berdasarkan pertimbangan ini pula, peneliti mengajukan topik riset disertasi tentang Studi Pemisahan Aliran Dua Fase Cairan-Cairan dengan Menggunakan T-junction. I.2. Rumusan dan Batasan Masalah Berdasarkan pada kondisi praktis seperti terlihat pada Gambar 1.2, beberapa peneliti mengajukan alternatif cara pemisahan yang lebih ekonomis dan sederhana untuk menggantikan tugas bejana/separator tersebut yaitu metode T- junction seperti terlihat pada Gambar 1.3. Metode ini dipilih karena biaya pembuatan dan materialnya relatif murah, konstruksi dan instalasinya lebih sederhana dibanding metode yang sudah ada dan mengurangi resiko flamable material selama proses pemisahan fase (Azzopardi dkk, 2008). 3

4 Branch (3) ṁ :Laju aliran massa (kg/s) x : Kualitas Kerosen (-) ṁ 3 x 3 Run (2) Inlet (1) ṁ 2 x 2 ṁ 1 x 1 Gambar 1.3. Metode pemisahan aliran dua fase pada T-junction (Yang dkk, 2006) Untuk menjawab permasalahan yang terjadi dari beberapa uraian sebelumnya, maka dalam eksperimen ini dilakukan penelitian terhadap 13 geometri T-junction dengan pembatasan masalah : 1. Fluida yang digunakan adalah air dan kerosen. 2. Dalam penelitian mengabaikan perubahan temperatur. 3. Sifat fisis fluida dianggap konstan. 4. Data pemisahan fase diambil pada kondisi steady. 5. Permukaan dalam pipa diasumsikan halus (smooth). 6. Wettability pipa tidak diperhitungkan. 7. Vorticity aliran tidak diperhitungkan. 8. Dalam penelitian ini tidak mempertimbangkan aliran pada free surface. 9. Penggunaaan radius fillet pada penelitian ini terbatas untuk diameter horisontal 36 mm dan diameter branch : 19 mm, 26 mm dan 36 mm. I.3. Keaslian Penelitian Letak keaslian penelitian yang dilakukan bila dibandingkan dengan penelitian-penelitian terdahulu adalah pada geometri T-junction yang digunakan untuk mendapatkan karakteristik pemisahan fase. Untuk satu T-junction umumnya hanya terdapat variabel rasio diameter (r D ) dan sudut kemiringan branch (θ), sedangkan pada penelitian ini ditambahkan satu variabel baru yaitu radius belokan (r) dalam satuan mm yang terletak pada titik sudut antara sisi branch dan run. 4

5 Adanya penambahan parameter r diharapkan dapat mengarahkan lebih banyak fase kerosen yang masuk ke branch. I.4. Tujuan Penelitian Tujuan umum dari penelitian ini adalah mendapatkan kinerja pemisahan fase terbaik (pemisahan fase kerosen-air) dengan menggunakan T-Junction. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah : 1. Mengamati pola aliran ketika melewati variasi geometri T-junction yang menghasilkan kinerja pemisahan fase terbaik. 2. Mendapatkan karakteristik aliran kerosen-air di dalam T-junction sebagai pemisah fase. 3. Mencari geometri T-junction sebagai pemisah fase yang terbaik. I.5. Manfaat Penelitian Hasil-hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah : 1. Berdasarkan fenomena aliran dua fase di T junction dapat diprediksi prilaku aliran kerosen-air yang dapat menghasilkan kinerja pemisahan fase terbaik. 2. Dapat memahami karakteristik T-junction yang berfungsi sebagai pemisah fase. 3. Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat dijadikan sumber informasi ilmiah dan memberikan kontribusi yang baik bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya di bidang aliran dua fase dan diharapkan juga dapat memberikan kontribusi bagi perkembangan teknologi di bidang industri perminyakan. 5