2.3.2.2. Sifat-Sifat Fisik Gas
Gas merupakan suatu fluida yang homogen dengan densitas dan viskositas
rendah serta tidak tergantung pada bentuk tempat yang ditempatinya, sehingga
dapat mengisi semua ruangan yang ada. Berdasarkan jenisnya, gas dapat
dibedakan menjadi dua, yaitu gas ideal dan gas nyata. Penjelasan kedua jenis gas
ini adalah sebagai berikut :
Gambar 2.26.
Tegangan Permukaan Hidrokarbon Parafin Sebagai Fungsi Temperatur 3)
Gambar 2.27.
Tegangan Permukaan Sebagai Fungsi Tekanan 3)
1. Gas ideal, adalah fluida dimana :
Mempunyai molekul yang dapat diabaikan bila dibandingkan dengan
volume fluida keseluruhan.
Tidak mempunyai tenaga tarik-menarik maupun tolak-menolak antar
molekul-molekulnya, atau antara molekul-molekul dengan dinding
wadahnya.
Tumbukan antar molekul-molekulnya bersifat lenting sempurna, sehingga
tidak terjadi kehilangan tenaga akibat tumbukan tersebut.
Persamaan untuk gas ideal adalah sebagai berikut :
PV =nRT= mM
RT ......................................................................... (2-24)
dimana :
P = tekanan, psi
V = volume, Cuft
T = temperatur, oR
n = jumlah mol gas, lb-mol
m = berat gas, lb
M = berat molekul gas, lb/lb-mol
R = konstanta gas, psi-Cuft/(lb-mol oR).
Konstanta gas (R) memiliki harga berlainan, tergantung satuan yang
digunakan. Tabel 2.7 menunjukkan harga R untuk beberapa unit satuan.
2. Gas nyata, adalah gas yang tidak mengikuti hukum-hukum gas ideal.
Persamaan untuk gas nyata adalah sebagai berikut :
PV =nZRT= mM
ZRT ..................................................................... (2-25)
dimana : Z = faktor kompresibilitas gas.
Harga Z untuk gas ideal adalah satu. Sedangkan untuk gas nyata, harga Z
bervariasi tergantung dari tekanan dan temperatur yang bekerja. Gambar 2.28
menunjukkan bentuk plot antara faktor kompresibilitas gas (Z), sebagai fungsi
tekanan pada temperatur konstan.
Tabel 2.7.
Berbagai Harga R Untuk Beberapa Unit Satuan 18)
Units R
atm, cc/g-mole, oK. .......................... 0082.060000atm, liter/g-mole, oK. ........................ 0000.082060BTU/lb-mole, oR. ............................. 0001.987000psia, cu ft/lb-mole, oR. ..................... 0010.730000lb/sq ft abs, cu ft/lb-mole, oR. .......... 1544.000000atm, cu ft/lb-mole, oR. ...................... 0000.730000kwh/lb-mole, oK. .............................. 0000.001049hp-hr/lb-mole, oR. ............................ 0000.000780atm, cu ft/lb-mole, oK. ...................... 0001.314500mm Hg, liters/g-mole, oK. ................ 0062.370000in. Hg, cu ft/lb-mole, oR. .................. 0021.850000cal/g-mole, oK. ................................. 0001.987000atm, cu ft/lb-mole, oK. ...................... 0001.314000
Gambar 2.28.
Bentuk Plot Antara Faktor Kompresibilitas
Sebagai Fungsi Tekanan Pada Temperatur Konstan 18)
Untuk suatu gas tertentu yang belum diketahui harga Z-nya, dapat dicari
berdasarkan hukum corresponding state yang berbunyi, pada suatu tekanan dan
temperatur tereduksi yang sama, maka semua hidrokarbon mempunyai harga Z
yang sama. Tekanan dan temperatur tereduksi untuk gas murni dapat dinyatakan
dengan persamaan sebagai berikut :
Pr=PPc , dan
T r=TT c ......................................................................... (2-26)
dimana :
Pr = tekanan tereduksi gas murni
Tr = temperatur tereduksi gas murni
P = tekanan reservoir, psi
T = temperatur reservoir, oR
Pc = tekanan kritik gas murni, psi
Tc = temperatur kritik gas murni, oR.
Harga Pc dan Tc untuk masing-masing gas murni ditentukan dari
Tabel 2.8. Kemudian dengan menggunakan grafik-grafik tertentu yang sesuai dengan
jenis gasnya, seperti terlihat pada pada Gambar 2.29 dan 2.30, yang masing-
masing menunjukkan grafik Z untuk metana dan etana, maka akan diperoleh
harga Z.
Tabel 2.8.
Konstanta Fisik Beberapa Jenis Hidrokarbon Pembentuk Gas Alam 18)
CompoundChemicalComposition
Symbol(for Calculation)
MolecularWeight
CriticalPressure, psi
CriticalTemperatue, oR
Methane CH4 C1 016.04 0673 0344Ethane C2H6 C2 030.07 0709 0550Propane C3H8 C3 044.09 0618 0666iso-Butane C4H10 i-C4 058.12 0530 0733n-Butane C4H10 n-C4 058.12 0551 0766iso-Pentane C5H12 i-C5 072.15 0482 0830n-Pentane C5H12 n-C5 072.15 0485 0847n-Hexane C6H14 n-C6 086.17 0434 0915n-Heptane C7H16 n-C7 100.20 0397 0973n-Octane C8H18 n-C8 114.20 0361 1024Nitrogen N2 N2 028.02 0492 0227Carbon dioxide CO2 CO2 044.01 1072 0548Hydrogen Sulfide H2S H2S 034.08 1306 0673
Gambar 2.29.
Faktor Kompresibilitas Metana 18)
Gambar 2.30.
Faktor Kompresibilitas Etana 18)
Untuk suatu gas campuran yang terdapat senyawa impurities (N2, CO2,
H2S), maka dalam penentuan harga Z terlebih dahulu harus diketahui komposisi
campurannya. Kemudian harga P dan T kritik gas campuran ditentukan dengan
persamaan berikut :
Ppc=S (Y i Pci) , dan T pc=S (Y i T c i )....................................................... (2-27)
dimana :
Ppc = tekanan kritik gas campuran, psi
Pci = tekanan komponen ke-i, psi
Tpc = temperatur kritik gas campuran, oR
Tci = temperatur komponen ke-i, oR
Yi = fraksi mol komponen ke-i.
Sedangkan P dan T tereduksi untuk gas campuran dapat ditentukan dengan
menggunakan persamaan berikut :
, dan .................................................................. (2-28)
dimana :
Ppr = tekanan tereduksi untuk gas campuran
Tpr = temperatur tereduksi untuk gas campuran.
Selain menggunakan Persamaan (2-27), harga Ppc dan Tpc dapat ditentukan
dengan Gambar 2.31, dengan terlebih dahulu mengetahui gravity gasnya.
Kemudian harga Ppc dan Tpc dikoreksi terhadap adanya senyawa impurities.
Dengan memasukkan harga Ppc dan Tpc yang telah dikoreksi kedalam Persamaan
(2-28), maka akan diperoleh harga Ppr dan Tpr. Selanjutnya dengan menggunakan
Gambar 2.32, akan diperoleh harga Z gas campuran.
2.3.2.2.1. Viskositas Gas
Viskositas gas (g) didefinisikan sebagai ukuran ketahanan gas terhadap
aliran, dengan satuan centi poise (cp) atau gr/100-cm-sec. Viskositas gas
tergantung dari tekanan, temperatur dan komposisi gas. Herning dan Zipperer
(1936) menurunkan persamaan viskositas gas campuran berdasarkan viskositas
masing-masing komponen penyusunnya, yaitu sebagai berikut :
μ1 g=Σμi Y i M i
12
ΣY i M i
12
............................................................................... (2-29)
dimana :
1g = viskositas gas campuran pada tekanan satu atmosfer, cp
i = viskositas komponen ke-i, cp
Yi = fraksi mol komponen ke-i
Mi = berat molekul komponen ke-i, lb/lb-mole.
Gambar 2.31.
Sifat-Sifat Pseudocritic Gas Alam 18)
Gambar 2.32.
Faktor Penyimpangan Gas Alam 37)
Harga i dapat ditentukan dengan korelasi Carr, et al. (1954), seperti
terlihat pada Gambar 2.33. Harga g yang diperoleh merupakan viskositas gas
campuran pada tekanan satu atmosfer. Selain menggunakan Persamaan (2-29),
viskositas gas campuran pada tekanan satu atmosfer dapat ditentukan dengan
Gambar 2.34, dengan terlebih dahulu mengetahui berat molekul gas atau gravity
gas campurannya. Jika terdapat senyawa impurities dalam gas campuran tersebut,
maka perlu dilakukan koreksi.
Gambar 2.33.
Viskositas Gas Pada Tekanan Atmosfer 18)
Gambar 2.34.
Viskositas Gas Hidrokarbon Parafin Pada Tekanan Satu Atmosfer 18)
Harga g pada kondisi reservoir, dapat ditentukan dengan Gambar 2.35,
yang menunjukkan hubungan perbandingan viskositas (g/g1) versus P dan T
tereduksi. Dengan mengalikan harga g pada tekanan satu atmosfer (g1) dengan
perbandingan harga (g/g1), maka akan diperoleh harga g pada kondisi reservoir.
Gambar 2.35.
g/g1 Versus Ppr dan Tpr 18)
2.3.2.2.2. Faktor Volume Formasi Gas
Faktor volume formasi gas (Bg) didefinisikan sebagai volume dalam barrel
pada kondisi reservoir yang ditempati oleh satu standard cubic feet (SCF) gas.
Hal ini dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara volume yang ditempati oleh
gas pada kondisi reservoir dengan sejumlah gas yang sama pada kondisi standar
(14.7 psi, 60 oF). Jadi bentuk persamaan matematiknya adalah sebagai berikut :
Bg=V r
V sc .......................................................................................... (2-30)
dimana :
Bg = faktor volume formasi gas, Cuft/SCF
Vr = volume gas pada kondisi reservoir, Cuft
Vsc = volume gas pada kondisi standar, SCF.
Volume n mol gas pada kondisi standar, adalah :
V sc=Z sc nRT sc
Psc ................................................................................. (2-31)
Sedangkan volume n mol gas pada kondisi reservoir, adalah :
V r=Zr nRT r
Pr .................................................................................... (2-32)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (2-31) dan (2-32) kedalam Persamaan
(2-30), maka akan diperoleh harga Bg, yaitu :
Bg=0.02829Zr T r
Pr , Cuft/SCF ......................................................... (2-33)
Bg=0.00504Zr T r
Pr , BBL/SCF ........................................................ (2-34)
dimana :
Psc = tekanan pada kondisi standar, psi ( 14.7 psi)
Pr = tekanan pada kondisi reservoir, psi
Tsc = temperatur pada kondisi standar, oR ( 520 oR)
Tr = temperatur pada kondisi reservoir, oR
Zsc = faktor kompresibilitas gas pada kondisi standar ( 1)
Zr = faktor kompresibilitas gas pada kondisi reservoir.
2.3.2.2.3. Densitas Gas
Densitas (berat jenis) gas didefinisikan sebagai perbandingan antara
rapatan gas tersebut dengan rapatan suatu gas standar. Densitas gas biasanya
dinyatakan dalam specific gravity gas (g), yang merupakan perbandingan
densitas gas pada kondisi tekanan dan temperatur tertentu terhadap densitas udara
kering pada tekanan dan temperatur yang sama, atau secara matematik dituliskan
dengan persamaan sebagai berikut :
ρ=mV
=PM g
RT ................................................................................. (2-35)
Persamaan (2-35) merupakan persamaan densitas untuk gas ideal, sedangkan
untuk gas nyata, adalah :
ρ=PM g
ZRT ......................................................................................... (2-36)
2.3.2.2.4. Kelarutan Gas Dalam Minyak
Kelarutan gas dalam minyak (Rs) didefinisikan sebagai banyaknya
standard cubic feet (SCF) gas yang berada dalam larutan minyak sebanyak satu
barrel tangki pengumpul (STB), ketika minyak dan gas masih berada dalam
kondisi reservoir. Kelarutan gas dalam minyak dipengaruhi oleh tekanan,
temperatur, dan komposisi keduanya. Gambar 2.36 menunjukkan hubungan antara
kelarutan gas dalam minyak terhadap tekanan.
Penentuan harga Rs dapat dilakukan dengan menggunakan korelasi
Beal (1946), dengan terlebih dahulu mengatahui tekanan dan gravity minyak
(Gambar 2.37).
2.3.2.2.5. Kompresibilitas Gas
Kompresibilitas gas (Cg) didefinisikan sebagai fraksi perubahan volume
per unit perubahan tekanan, atau secara matematik dapat dituliskan dengan
persamaan sebagai berikut :
Cg=-1V ( dV
dP ) ................................................................................ (2-37)
Dalam pembahasan mengenai kompresibilitas gas terdapat dua
kemungkinan penyelesaian, yaitu : kompresibilitas gas ideal dan kompresibilitas
gas nyata.
Kompresibilitas Gas Ideal
Persamaan gas ideal adalah :
PV =nRT , atau V=nRT
P
( dVdP )=-
nRT
P2 ................................................................................ (2-38)
Dengan mensubstitusikan Persamaan (2-38) kedalam Persamaan (2-37) akan
dihasilkan persamaan berikut :
Cg=(− 1V )(−nRT
P2 )= 1P ............................................................... (2-39)
Gambar 2.36.
Hubungan Kelarutan Gas Dalam Minyak Dengan Tekanan 3)
Gambar 2.37.
Korelasi Beal Untuk Menentukan Rs 1)
Kompresibilitas Gas Nyata
Pada gas nyata, faktor kompresibilitas diperhitungkan. Persamaan volume
gas nyata adalah sebagai berikut :
V=nRTZP
Bila temperatur dianggap konstan, maka penurunan persamaan tersebut
menghasilkan persamaan berikut :
( dVdP )=nRT [ P
dZdP
−Z
P2 ]T
Cg=-P
nRTZnRT
P2 (PdZdP
−Z )Cg=
1P
− 1Z
dZdP ............................................................................... (2-40)