2.3.2.2. Sifat-Sifat Fisik GasGas 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 :

(2-24)dimana :P= tekanan, psiV= volume, CuftT= temperatur, oRn= jumlah mol gas, lb-molm= berat gas, lbM= berat molekul gas, lb/lb-molR= 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 :

(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) UnitsRatm, 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 KompresibilitasSebagai 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 :

, dan (2-26)dimana :Pr= tekanan tereduksi gas murniTr= temperatur tereduksi gas murniP= tekanan reservoir, psiT= temperatur reservoir, oRPc= tekanan kritik gas murni, psiTc= 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)CompoundChemicalCompositionSymbol(for Calculation)MolecularWeightCriticalPressure, psiCriticalTemperatue, oR

MethaneCH4C1016.0406730344

EthaneC2H6C2030.0707090550

PropaneC3H8C3044.0906180666

iso-ButaneC4H10i-C4058.1205300733

n-ButaneC4H10n-C4058.1205510766

iso-PentaneC5H12i-C5072.1504820830

n-PentaneC5H12n-C5072.1504850847

n-HexaneC6H14n-C6086.1704340915

n-HeptaneC7H16n-C7100.2003970973

n-OctaneC8H18n-C8114.2003611024

NitrogenN2N2028.0204920227

Carbon dioxideCO2CO2044.0110720548

Hydrogen SulfideH2SH2S034.0813060673

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 :

, dan (2-27)dimana :Ppc= tekanan kritik gas campuran, psiPci= tekanan komponen ke-i, psiTpc= temperatur kritik gas campuran, oRTci= temperatur komponen ke-i, oRYi= 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 campuranTpr= 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 GasViskositas 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 :

(2-29)dimana :1g= viskositas gas campuran pada tekanan satu atmosfer, cpi= viskositas komponen ke-i, cpYi= fraksi mol komponen ke-iMi= 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 GasFaktor 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 :

(2-30)dimana :Bg= faktor volume formasi gas, Cuft/SCFVr= volume gas pada kondisi reservoir, CuftVsc= volume gas pada kondisi standar, SCF.Volume n mol gas pada kondisi standar, adalah :

(2-31)Sedangkan volume n mol gas pada kondisi reservoir, adalah :

(2-32)Dengan mensubstitusikan Persamaan (2-31) dan (2-32) kedalam Persamaan (2-30), maka akan diperoleh harga Bg, yaitu :

, Cuft/scf (2-33)

, BBL/scf (2-34)dimana :Psc= tekanan pada kondisi standar, psi ( 14.7 psi)Pr= tekanan pada kondisi reservoir, psiTsc= temperatur pada kondisi standar, oR ( 520 oR)Tr= temperatur pada kondisi reservoir, oRZsc= faktor kompresibilitas gas pada kondisi standar ( 1)Zr= faktor kompresibilitas gas pada kondisi reservoir.

2.3.2.2.3.Densitas GasDensitas (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 :

(2-35)Persamaan (2-35) merupakan persamaan densitas untuk gas ideal, sedangkan untuk gas nyata, adalah :

(2-36)

2.3.2.2.4.Kelarutan Gas Dalam MinyakKelarutan 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 GasKompresibilitas gas (Cg) didefinisikan sebagai fraksi perubahan volume per unit perubahan tekanan, atau secara matematik dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :

(2-37)Dalam pembahasan mengenai kompresibilitas gas terdapat dua kemungkinan penyelesaian, yaitu : kompresibilitas gas ideal dan kompresibilitas gas nyata.

Kompresibilitas Gas IdealPersamaan gas ideal adalah :

, atau

(2-38)Dengan mensubstitusikan Persamaan (2-38) kedalam Persamaan (2-37) akan dihasilkan persamaan berikut :

(2-39)

Gambar 2.36.Hubungan Kelarutan Gas Dalam Minyak Dengan Tekanan 3)

Gambar 2.37.Korelasi Beal Untuk Menentukan Rs 1)

Kompresibilitas Gas NyataPada gas nyata, faktor kompresibilitas diperhitungkan. Persamaan volume gas nyata adalah sebagai berikut :

Bila temperatur dianggap konstan, maka penurunan persamaan tersebut menghasilkan persamaan berikut :

(2-40)