BAB III METODOLOGI PENELITIAN Penelitian terhadap aliran campuran air crude oil yang mengalir pada pipa pengecilan mendadak ini dilakukan di Laboratorium Thermofluid Jurusan Teknik Mesin. 3.1 Diagram Alir Dalam melakukan penelitian ini, diperlukan beberapa langkah persiapan untuk mencari dan mengkaji teori-teori tentang aliran fluida dalam pipa sebelum melakukan pengujian. Kemudian data diolah untuk mendapatkan kesimpulan sesuai tujuan penelitian. Mulai Penentuan Judul Studi Pustaka Pembuatan Alat Uji Pengadaan Crude Oil Tidak Seksi Uji Tidak Bocor Pengujian Sifat Fisik Ya A 45
A Pengujian Aliran Campuran Air - Crude Oil yang Mengalir pada Pipa Pengecilan Mendadak Berpenampang Lingkaran Data Hasil Tidak Ya Pengolahan Data, Analisa dan Pembahasan Selesai Gambar 3.1 Diagram alir penelitian 3.2 Variabel Penelitian Dalam penelitian ini, variabel yang ditentukan adalah: Debit aliran sesuai dengan bukaan katup ½, 1 ½ dan 3 ½ putaran. Fraksi volume minyak dalam air adalah 0%, 2%, 4%,6%,8% dan 10%. 3.3 Peralatan Uji Sarana dan prasarana utama dan pendukung dipersiapkan dengan baik untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan apa yang diharapkan yaitu meliputi alat dan bahan uji serta instalasi perpipaan. 3.3.1 Instalasi Pengujian 46
Secara sederhana, skema instalasi pengujian ditampilkan pada Gambar 3.2. Injeksi Section Test Stirrer Mistar Flowmeter Pressure gauge Tangki penampung Gate valve Fluida Pompa Vacum gauge Gate valve Gambar 3.2 Instalasi pengujian Komponen-komponen: Pompa sentrifugal Tangki penampung dan Alat Penyampur Seksi uji Injeksi Alat kontrol dan ukur 3.3.2 Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal yang digunakan adalah pompa Shimizu (Model : PS-121 BIT). Spesifikasi pompa tersebut ditunjukkan dalam Tabel 3.1. 47
Tabel 3.1 Spesifikasi Pompa Specification Model Pump type Impeller No. of blades Impeller diameter Max. Head Max. Flow Max. Power Motor speed Max. Current Frequency Shimizu Pump PS-121 BIT Centrifugal Single suction Single discharge Straight radial type 41-in each side 7 cm 33 m 31 l/min 0.44 hp 2900 rpm 1.5 A 50 z Sedangkan pipa yang digunakan sebagai pipa isap dan tekan adalah pipa jenis PVC dengan diameter ¾ inchi. 3.3.3 Tangki Penampung dan Alat Penyampur Tangki penampung terbuat dari bahan akrilik untuk memudahkan visualisasi apakah air dan crude oil dapat bercampur atau tidak dengan bantuan alat penyampur yaitu stirrer. Pada saat pengujian, penting untuk dipastikan bahwa air dan crude oil telah bercampur untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat karena penghitungan yang dilakukan selanjutnya mengasumsikan bahwa aliran yang mengalir ke dalam pipa adalah aliran homogen (homogenous flow). 48
3.3.4 Seksi Uji Digunakan dua buah pipa kaca berpenampang lingkaran untuk memudahkan visualisasi terhadap pola aliran campuran air-minyak yang mengalir melalui pipa pengecilan mendadak dengan perbandingan diameter 21:14 mm. Panjang masingmasing pipa adalah 50 mm. Dalam melakukan pengukuran terhadap koefisien rugi pengecilan mendadak digunakan alat ukur manometer U untuk mengetahui perbedaan tekanan yang terjadi pada penampang masuk (pipa besar) dan keluar (pipa kecil) untuk kemudian dapat dianalisa lebih lanjut mengenai pressure drop dan hal lainnya. 3.3.5 Injeksi Penginjeksian diberikan kepada aliran fase air untuk membuktikan jenis aliran yang terjadi dalam pipa serta mengamati fenomena pada pipa pengecilan mendadak. 3.3.6 Alat Ukur dan Kontrol Flowmeter Digunakan untuk mengetahui debit aliran yang mengalir dalam pipa. Gate Valve Digunakan untuk mengatur besaran debit aliran. Vacum Gauge dan Pressure Gauge Digunakan untuk mengukur tekanan suction dan discharge pada pompa Mistar Digunakan untuk mengukur ketinggian permukaan air. 49
3.4 Fluida Uji Fluida uji yang digunakan dalam pengujian aliran campuran air-minyak yang mengalir papa pipa pengecilan mendadak berpenampang lingkaran adalah air dan minyak mentah (crude oil). Minyak mentah tersebut berasal dari Pertamina Refinery Unit IV Cilacap, Jawa Tengah. Sifat-sifat fisik air dan crude oil (seperti densitas, viskositas dinamik, dan viskositas kinematik) diukur terlebih dahulu sebelum dilakukan pengujian kinerja pompa. Viskositas dinamik fluida diukur dengan menggunakan alat viskometer. Sedangkan pengukuran densitas fluida dilakukan dengan memasukkan fluida tersebut ke dalam gelas ukur dengan volume tertentu, kemudian menimbangnya ke alat timbangan digital. Sehingga dengan menggunakan persamaan (1) : = m/, diperoleh nilai densitasnya. Selain itu, nilai viskositas kinematik fluidanya dapat diperoleh menggunakan persamaan (9) : = /. Hasil pengukuran sifat-sifat fisik air dan crude oil pada temperatur ruangan masing-masing ditunjukkan dalam Tabel 3.2 dan Tabel 3.3. Tabel 3.2. Sifat fisik air No Water Property T, 28 o C 1 Density ( w ) 0,996 g/cm 3 2 Dynamic Viscosity ( w ) 0,82 mpa.s 3 Kinematic Viscosity ( w ) 0,823 cst Tabel 3.3. Sifat fisik crude oil No Crude Oil Property T, 29 o C 1 Density ( o ) 0,806 g/cm 3 2 Dynamic Viscosity ( o ) 9,33 mpa.s 3 Kinematic Viscosity ( o ) 11,575 cst 50
3.5 Prosedur Pengujian Pengujian terhadap aliran campuran air - crude oil yang mengalir pada pipa pengecilan mendadak dilakukan dengan cara mengalirkan fluida campuran air crude oil di dalam instalasi perpipaan yang telah dibuat dengan desain khusus pada bagian seksi uji, yaitu dengan memanfaatkan pipa kaca transparan untuk memudahkan pengamatan secara visual pada bagian pengecilan mendadak. Selanjutkan digunakan alat bantu berupa kamera maupun video perekam untuk mendokumentasikan hasil pengujian ini. Prosedur pengujiannya adalah sebagai berikut: 1. Memasukkan air ke dalam tangki penampung sebanyak 20 L dan kemudian memompanya dalam kondisi kedua katup terbuka penuh (100% bukaan) hingga air mengalir. 2. Memberi zat pewarna kuning agar mempermudah visualisasi aliran campuran dengan minyak yang berwarna hitam. Spektrum warna kuning memberikan warna kontras jika dihadapkan dengan warna hitam. 3. Setelah aliran bersirkulasi selama 5 menit dengan maksud untuk menghilangkan udara dalam pipa sehinggar aliran mencapai steady. 4. Mengatur bukaan katup menjadi ½ putaran untuk mendapatkan kecepatan aliran rendah dan selanjutnya melakukan pemotretan pada seksi uji untuk mendapatkan visualisasi pola aliran serta mencatat perbedaan ketinggian pada manometer U. 5. Mengulangi prosedur ke-4 untuk tiap variasi bukaan katup dengan cara mengatur bukaan katup tekan. Variasi bukaan katup selanjutnya adalah 1 ½ dan 3 ½ putaran. 6. Mencampurkan crude oil ke dalam tangki yang berisi air dengan persentase volume crude oil 2% dari volume total campuran crude oil dan air di dalam tangki. 7. Mengoperasikan pengaduk (stirrer) yang dipasang di dalam tangki untuk mencampur air - crude oil sehingga terbentuk fluida campuran yang bersifat homogen. Pompa tetap bersirkulasi. 8. Setelah fluida campuran air - crude oil mengalir melalui instalasi perpipaan, maka dilakukan kembali prosedur 4 dan 5. 51
9. Mengulangi prosedur 6 dan 7 untuk persentase minyak dalam campuran air - crude oil sebesar 4%, 6%, 8%, dan 10%. 52