-
Page1of5
PERHITUNGAN KENAIKAN TEKANAN PROPANA DAN BUTANA DALAM PIPA
AKIBAT PEMUAIAN KARENA KENAIKAN TEMPERATUR
Oleh: Taufik R. Mahlan I. PENDAHULUAN Telah diketahui secara
luas bahwa zat cair adalah zat yang tidak dapat dimampatkan, atau
incompressible. Maksudnya, volume zat cair tidak dapat dikecilkan
dengan tekanan.
ZATCAIR
1KG
ZATCAIR
10KG
h
Tekanan yang diberikan kepada zat cair diteruskan ke segala arah
secara sama rata. Sifat ini memungkinkan sistem hidrolik bekerja
sebagai penguat gaya (dongkrak, pengungkit) dan pengendali jarak
jauh. Namun, selain bermanfaat, sifat incompressible ini juga
berbahaya. Kita tahu zat cair pada umumnya memuai bila
temperaturnya bertambah. Karena sifatnya yang incopressible,
pemuaian zat cair akibat kenaikan temperatur akan disertai dengan
tekanan yang tak berhingga besarnya. Zat cair yang terperangkap
dalam pipa antara dua valve yang tertutup dapat menyebabkan pipa
pecah bila zat cair memuai karena kenaikan temperatur. Tulisan ini
akan memperkirakan besarnya tekanan yang ditimbulkan oleh propana
atau butana yang terperangkap dalam wadah tertutup ketika
temperaturnya naik. Perthitungan didasarkan kepada data yang
tersedia pada website NIST (National Institute of Standards and
Technology), semacam lembaga metrologi di Amerika Serikat. II.
KOEFISIEN MUAI RUANG Koefisien muai ruang adalah perbandingan
antara pertambahan volume dengan volume awal dibagi dengan kenaikan
temperatur. Satuannya: per oC, atau oC-1
Dalam rumus; oC-1
-
Page2of5
= koefisien muai ruang dV= pertambahan volume dT= kenaikan
temperatur II.1. KOEFISIEN MUAI RUANG PROPANA Koefisien muai ruang
propana dihitung dari data propana (fluid properties) yang tersedia
pada NIST chemistry webbook. Data yang diperlukan adalah data
isobar pada rentang temperatur yang sesuai dengan temperatur ruang
yang normal. Data yang dipilih dan diunduh dari webbook tampak
seperti berikut: Isobaric Data for P = 10.000 bar Propane
Temperature
(C) Pressure
(Bar) Density (kg/m3)
Volume (m3/kg) Phase
22 10 497.4 0.0020104 liquid23 10 495.8 0.0020169 liquid24 10
494.18 0.0020235 liquid25 10 492.55 0.0020302 liquid26 10 490.9
0.0020371 liquid
Koefisien muai ruang dihitung untuk setiap kenaikan 1oC.
Temperature (C)
Pressure (Bar)
Density (kg/m3)
Volume (m3/kg)
22 10 497.4 0.0020104 23 10 495.8 0.0020169 0.00323324 10 494.18
0.0020235 0.00327225 10 492.55 0.0020302 0.00331126 10 490.9
0.0020371 0.003399
propana-rata2 = 0.003304oC1Dengan kata lain, volume propana
berubah sebanyak 0,3304 % setiap terjadi perubahan temperatur
sebesar 1oC. II.2. KOEFISIEN MUAI RUANG BUTANA Koefisien muai ruang
butana dihitung dari data butana (fluid properties) yang tersedia
pada NIST chemistry webbook. Data yang diperlukan adalah data
isobar pada rentang temperatur yang sesuai dengan temperatur ruang
yang normal. Data yang dipilih dan diunduh dari webbook tampak
seperti berikut:
-
Page3of5
Isobaric Data for P = 10.000 Bar Butane Temperature
(C) Pressure
(Bar) Density (kg/m3)
Volume (m3/kg) Phase
22 10 577.6 0.001731 liquid23 10 576.45 0.001735 liquid24 10
575.3 0.001738 liquid25 10 574.14 0.001742 liquid26 10 572.98
0.001745 liquid
Koefisien muai ruang dihitung untuk setiap kenaikan 1oC.
Temperature (C)
Pressure (Bar)
Density (kg/m3)
Volume (m3/kg)
22 10 577.6 0.001731 23 10 576.45 0.001735 0.00202224 10 575.3
0.001738 0.00196025 10 574.14 0.001742 0.00201426 10 572.98
0.001745 0.002067
butana-rata2 = 0.002016oC1Dengan kata lain, volume butana
berubah sebanyak 0,2016 % setiap terjadi perubahan temperatur
sebesar 1oC. III. KOMPRESIBILITAS (COPRESSIBILITY) Di atas
disebutkan bahwa zat cair adalah zat yang incompressible.
Sesungguhnya tidak demikian. Zat cair mengecil volumenya bila
ditekan, namun diperlukan tekanan yang sangat besar untuk
mendapatkan perubahan volume yang teramati. Kompresibltias adalah
perbandingan antara pengurangan volume dengan volume awal dibagi
dengan kenaikan tekanan. Satuannya: per Bar, atau Bar -1.
Dalam rumus; Bar -1 = kompresibilitas dV= pengurangan volume dP=
kenaikan tekanan
-
Page4of5
III.1 KOMPRESIBILITAS PROPANA Kompresibilitas propana dihitung
dari data propana (fluid properties) yang tersedia pada NIST
chemistry webbook. Data yang diperlukan adalah data isotermal
dengan tekanan dimana fasa propana adalah liquid. Data yang dipilih
dan diunduh dari webbook tampak seperti berikut: PROPANE
Temperature
(C) Pressure
(bar) Density (kg/m3)
Volume (m3/kg) Phase
25 7 14.208 0.070382 vapor 25 8 16.632 0.060124 vapor 25 9
19.204 0.052073 vapor 25 9.5218 20.614 0.048512 vapor 25 9.5218
492.4 0.002031 liquid 25 10 492.55 0.00203 liquid 25 11 492.86
0.002029 liquid 25 12 493.17 0.002028 liquid 25 13 493.48 0.002026
liquid 25 14 493.79 0.002025 liquid
dihitung untuk settiap kenakan tekanan 1 bar pada fasa
liquid.
Temperature (C)
Pressure (bar)
Density (kg/m3)
Volume (m3/kg)
25 10 492.55 0.002030 25 11 492.86 0.002029 0.00059125 12 493.17
0.002028 0.00064125 13 493.48 0.002026 0.00064125 14 493.79
0.002025 0.000592
propana-rata2 = 0.000616Bar1Dengan kata lain, volume propana
berubah sebanyak 0,0616 % setiap terjadi perubahan tekanan sebesar
1 bar. III.2. KOMPRESIBILITAS BUTANA Kompresibilitas butana
dihitung dari data butana (fluid properties) yang tersedia pada
NIST chemistry webbook. Data yang diperlukan adalah data isotermal
dengan tekanan dimana fasa butana adalah liquid. Data yang dipilih
dan diunduh dari webbook tampak seperti berikut:
-
Page5of5
BUTANETemperature
(C) Pressure
(bar) Density (kg/m3)
Volume (m3/kg) Phase
25 10 574.14 0.0017417 liquid 25 11 574.31 0.0017412 liquid 25
12 574.48 0.0017407 liquid 25 13 574.65 0.0017402 liquid 25 14
574.82 0.0017397 liquid
dihitung untuk settiap kenakan tekanan 1 bar pada fasa
liquid.
Temperature (C)
Pressure (bar)
Density (kg/m3)
Volume (m3/kg)
25 10 574.14 0.0017417 25 11 574.31 0.0017412 0.00028725 12
574.48 0.0017407 0.00028725 13 574.65 0.0017402 0.00028725 14
574.82 0.0017397 0.000287
butana-rata2 = 0.000287Bar1Dengan kata lain, volume propana
berubah sebanyak 0,0287 % setiap terjadi perubahan tekanan sebesar
1 bar. IV. KOEFISIEN KENAIKAN TEKANAN KARENA TEMPERATUR Koefisien
kenaikan tekanan karena temperatur KPT adalah dan satuannya adalah
Bar/oC.PT propana = propana-rata2/propana-rata2 =
0.003304/0.000616=5.36Bar/oCPT butana = butana-rata2/butana-rata2 =
0.002016/0.000287=7.02Bar/oCV. KESIMPULAN Propana yang terperangkap
dalam pipa pada malam hari dan tidak bergerak sampai tengah hari
akan mengalami kenaikan temperatur sekitar 10 derajat Celcius, dan
tekanannya akan bertambah sebesar 10x5,36 bar, atau 53,6 bar. Bila
tekanannya semula 6 bar, maka pada tengah hari tekanannya akan
mencapai 59,6 bar. Bila ini butana, maka tekanannya akan mencapai
lebih dari 70 bar. Bila fluida merupakan campuran antara butana dan
propana, maka tekanannya akan berada di antara dua angka di atas.
Oleh karena itu setiap ruas pipa yang dapat menyebabkan butana atau
propana terperangkap, apalagi bila ada instrumen yang penting
(coriolis flowmeter) di ruas tersebut, harus dilindungi oleh
thermal safety valve.
Jakarta, 12 Juni 2015.
