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)