STUDI EKSPERIMENTAL ALIRAN CAMPURAN AIR-CRUDE OIL YANG MELALUI PIPA PENGECILAN MENDADAK HORIZONTAL BERPENAMPANG LINGKARAN - Diponegoro University | Institutional Repository (UNDIP-IR)
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
Pengadaan Crude Oil
Pembuatan Alat Uji
Tidak
Pengujian Sifat Fisik
Seksi Uji
Tidak Bocor
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
Pressure
gauge
Flowmeter
Mistar
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
Shimizu Pump
Model
PS-121 BIT
Pump type
Centrifugal
Single suction
Single discharge
Impeller
Straight radial type
No. of blades
41-in each side
Impeller diameter
7 cm
Max. Head
33 m
Max. Flow
31 l/min
Max. Power
0.44 hp
Motor speed
2900 rpm
Max. Current
1.5 A
Frequency
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
T, 28oC
Water Property
1
Density (w)
0,996 g/cm3
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, 29oC
1
Density (o)
0,806 g/cm3
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
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
Pengadaan Crude Oil
Pembuatan Alat Uji
Tidak
Pengujian Sifat Fisik
Seksi Uji
Tidak Bocor
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
Pressure
gauge
Flowmeter
Mistar
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
Shimizu Pump
Model
PS-121 BIT
Pump type
Centrifugal
Single suction
Single discharge
Impeller
Straight radial type
No. of blades
41-in each side
Impeller diameter
7 cm
Max. Head
33 m
Max. Flow
31 l/min
Max. Power
0.44 hp
Motor speed
2900 rpm
Max. Current
1.5 A
Frequency
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
T, 28oC
Water Property
1
Density (w)
0,996 g/cm3
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, 29oC
1
Density (o)
0,806 g/cm3
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