VISKOSITAS GAS
Wahyu Dwiagasta Wibowo
³Viskositas adalah ukuran tahanan yang diberikan oleh suatu fluida terhadap gaya geser terapan.´ (Robert A. Alberty, 1984: 144) Semakin tinggi interaksi dan ikatan antar molekul fluida, semakin se makin tinggi taha nan yang diberikan diberi kan oleh suatu suat u fluida ke tekanan tekana n geser yang diterapkan diterapkan pada fluida fluida tersebut, karenanya, viskositas viskositas fluida akan semakin tinggi. tinggi. tekanan geser adalah gaya geser dibagi dengan luas. Tekanan geser berbanding lurus dengan dengan laju regangan geser (atau gradien velocity). Dimana
= Tekanan geser geser dV/dY = Laju regangan rega ngan geser µ = Viskositas
Dalam definisi sederhana viskositas alias kekentalan sebenarnya merupakan gaya gesekan antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Atau kita sebut juga sebagai gesekan internal fluida. Jadi molekul-molekul yang membentuk suatu fluida saling gesekmenggesek ketika fluida tersebut mengalir. Pada zat cair, viskositas disebabkan karena adanya gaya kohesi (gaya tarik menarik antara molekul sejenis). Sedangkan dalam zat gas, viskositas disebabkan oleh tumbukan antara molekul. Viskositas berhubungan langsung dengan temperatur, dimana pada viskositas liquid, semakin tinggi temperatur semakin rendah viskositas. Sedangkan pada viskositas gas, semakin tinggi temperatur semakin tinggi viskositas, dapat diartikan bahwa pada liquid (zat cair) semakin tinggi temperatur, interaksi dan ikatan antar molekul fluida pada zat cair akan berkurang (gaya kohesi melemah), sehingga tahanan fluida akan semakin rendah, viskositas semakin rendah. Pada fluida gas semakin tinggi temperatur, interaksi dan ikatan antar molekul fluida pada gas akan semakin tinggi (molekul-molekul bertumbukan), sehingga tahanan fluida akan semakin tinggi, viskositas gas semakin tinggi. Dua poin ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik. Tumbukan antara partikel yang berbentuk bola atau dekat dengan bentuk bola adalah tumbukan elastik atau hampir elastic, seperti pada fluida gas. Namun, tumbukan antara partikel yang bentuknya tidak beraturan cenderung tidak elastic, seperti pada fluida cair. Dalam tumbukan tidak elastik, sebagian energi translasi diubah menjadi energi vibrasi, dan akibatnya partikel menjadi lebih sukar bergerak dan cenderung berkoagulasi.
-
Viskositas secara umum dibagi dua: Dynamic viscosity atau absolute viscosity Kinetic viscosity, adalah dynamic viscosity dibagi dengan densitas
Viskositas pada fluida pada umumnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Poiseville, sebagai berikut: = koefisien viscositas (centi Poise) T = waktu alir (detik) 2 P = tekanan yang menyebabkan zat cair mengalir (dyne/cm ) R = jari-jari pipa dialiri fluida (c m) V = volume zat (liter) L = panjang pipa (cm) Satuan viskositas didefinisikan sebagai tekanan geser dibagi dengan gradien velocity 2 2 N.Sec/m . Satuan berikut juga sering digunakan: cP = 0.001 N.Sec/m dan Poise = 100 cP = 0.1 N.Sec/m2. Rumus viskositas pada komponen gas murni menurut persamaan Golubev (Jamal. M. Saleh, Ph.D., PE,2002:2.24) dapat didefinisikan sebagai berikut:
Tabel Efek Temperatur pada Viskositas dari Komponen Gas* Degree F Udara Hydrogen Ethane (Degree C) 30 (-1.11) 0.0164 0.00829 0.00862 40 (4.44) 0.0167 0.0084 0.00878 50 (10) 0.0169 0.00851 0.00895 77 (25) 0.0176 0.0088 0.00939 90 (32.22) 0.0179 0.00894 0.0096 100 (37.77) 0.0181 0.00904 0.00976 120 (48.88) 0.0186 0.00926 0.01 2 *(nilai tabel dalam cP. Untuk mengkonversi ke N.s/m , kalikan nilai tabel dengan 1000, untuk mengkonversi ke lbm/ft/hr, kalikan dengan 2.419)
dimana:
GAS LIQUEFACTION Gas liquefaction adalah proses pengembunan atau pencairan gas dengan cara: -
Didinginkan pada tekanan atmosferis Ditekan pada suhu atmosferis Gabungan didinginkan dan ditekan Gabungan antara didinginkan dan diekspansikan
Menurut teori kinetik, jika energi kinetik molekul-molekul gas diturunkan dengan menurunkan temperatur secukupnya, gaya antar molekul akan menjadi efektif dalam mengikat partikel-partikel dalam keadaan cair. Demikian pula merapatkan molekul-molekul gas dengan menaikkan temperatur akan mengefektifkan gaya antar molekul. Jika molekulmolekul tersebut berjauhan, gaya tarik akan melemah, tetapi dengan mendekatnya molekulmolekul itu satu sama lain, tarikan itu akan meningkat. (Charles W. Keenan, Donald C. Kleinfelter, Jesse H. Wood, 1986:299) Titik kritis (Tc) adalah suhu maksimum dimana gas masih dapat dicairkan dengan cara ditekan (kompresi). Apabila suhu penekanan diatas temperatur kritis, maka gas tersebut tidak akan mencair. Proses pencaira n gas dengan pendinginan pada tekanan atmosferis. Semua gas dapat dicairkan dengan cara didinginkan pada tekanan atmosferis, asalkan tersedia media pendingin (refrigerant) yang sesuai, yakni suhu penguapannya lebih rendah dari t itik embun (dew point) dari gas yang akan dicairkan. Sebagai contoh: -
o
titik embun C1 (methane) pada tekanan 1 atmosfer = -162 C titik embun C2 (ethane) pada t ekanan 1 atmosfer = -89 oC Untuk cairkan gas tersebut pada tekanan 1 atmosfer diperlukan MCR (Multy Component Refrigerant)
Proses pencairan gas dengan ditekan pada suhu atmosferis, semua gas dapat dicairkan dengan cara ditekan pada suhu atmosferis, asalkan temperatur kritis dari gas tersebut lebih tinggi dari pada suhu atmosferis. Apabila suhu atmosferis rata-rata diasumsikan 35 oC, maka o semua gas yang titik kritisnya < 35 C tidak dapat mencair bila dicairkan dengan cara ditekan hingga berapapun tekanannya dan suhunya atmosferis. Contoh dewpoint dan temperatur kritis pada komponen hidrokarbon fraksi ringan Hidrokarbon
Dew Point (o C) P=1atm
Temperatur Kritis ( oC)
Methane
-162
-82
Ethane
-89
32
Propane
-42
97
i-Butane
-12
135
n-Butane
-0.5
152
i-Pentane
28
187
n-Pentane
36
197
dapat kita lihat bahwa C3+ (propane, butane, pentane) masing-masing temperatur kritisnya lebih tinggi dari suhu atmosferis (asumsi 35 oC), sehingga keduanya dapat dicairkan dengan cara ditekan pada suhu atmosferis. Proses pencairan gas dengan cara didinginkan dan ditekan. Dengan metoda ini suhu pencairan gas lebih tinggi dibanding suhu pencairan pada tekanan atmosferis. Pada operasi gas dilapangan proses pencairan gas tahap awal dilakukan dengan cara ini. Yakni gas pada tekanan operasi didinginkan dengan media refrigerant propan. Proses pencairan gas dengan cara didinginkan dan diekspansikan. Proses pencairan gas ini pada umumnya untuk mencairkan C2+ (ethane, propane, butane, pentane) dan lebih o dikenal dengan sebutan proses cryogenic, yakni suhu pencairan gas berkisar antara - 100 F sampai -150 oF. Bila gas hidrokarbon didinginkan sampai suhu ini maka sebagian besar ethan dan propan plus akan mencair. Selanjutnya cairan hidrokarbon tersebut akan dapat dipisahkan dengan sederetan kolom fraksinasi, yakni deethanizer, depropanizer, dan debutanizer.
Tujuan pencairan gas hidrokarbon 1. Agar dapat dipisahkan komponen-komponen dengan proses distilasi 2. Untuk memudahkan dalam handling