Midtest Metopen

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.      Latar Belakang

Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah suatu cabang dinamika fluida yang menggunakan metode numerik dan algoritma untuk memecahkan dan menganalisa masalah-masalah yang melibatkan aliran fluida. Komputer digunakan untuk melakukan jutaan penghitungan yang diperlukan dalam mensimulasikan interaksi antara cairan dan gas dengan benda padat. Dasar fundamental hampir semua masalah CFD adalah persamaan Navier-Stokes, yang menenentukan setiap fase tunggal aliran fluida. Dalam industri proses kimia, jaringan perpipaan dan bidang keteknikan lainnya hampir semua aliran berhubungan satu dengan yang lain. Kemampuan seorang engineer dalam memodelkan proses kimia ke dalam CFD membutuhkan pemahaman yang mendalam mulai dari sifat kimia, kinetis, sifat fisika, dinamik, karakteristik fluida dsb.

Dinamika fluida adalah salah satu disiplin ilmu yang mengkaji perilaku dari zat cair dan gas dalam keadaan diam ataupun bergerak dan interaksinya dengan benda padat. Dinamika fluida sering dikatakan sebagai persoalan fisika klasik terbesar yang belum terpecahkan. Dalam kajian dinamika fluida ini akan dipelajari berbagai karakteristik fluida, maka kita perlu menggambarkan karakteristik–karakteristik ini secara kualitatif dan kuantitatif. Aspek kualitatif berfungsi untuk mengidentifikasikan sifat dasar atau jenis dari karakteristik tersebut (seperti panjang, waktu, tegangan dan kecepatan), sementara aspek kuantitatif memberikan ukuran numerik dari karakterisik tersebut.

Dalam dunia industri penurunan tekanan (pressure drop) sangat penting untuk diketahui guna merancang sistem perpipaan. Hal-hal yang mempengaruhi pressure drop antara lain adalah faktor friksi, panjang pipa, kecepatan alir fluida, diameter pipa dan juga seberapa besar pengaruh diameter terhadap koefisien kerugian pada percabangan pipa, untuk menjawab permasalahan diatas maka akan dilakukan penelitian dengan judul " Pengaruh laju alir dan Material Pipa bersambung pada SP-V PT PERTAMINA EP ASSET 1 Rantau Field terhadap Analisis Profil aliran fluida dengan metode Computational Fluid Dynamic (CFD)”. Untuk mengetahui hal tersebut maka perlu dilakukan simulasi dengan menggunakan software CFD, perubahan dari variabel-variabel fungsi yang berpengaruh terhadap tekanan akan dilakukan menggunakan CFD, Karena dalam modeling perubahan bentuk geometri lebih mudah dilakukan. Oleh karena itu dalam modeling alur pipa bersambung SP-V PT.Pertamina EP Asset 1 Rantau Field menggunakan software Autodesk Inventor Professional 2015, Autodesk Simulation CFD 2015. Setelah itu dilakukan analisa dimensional khususnya menyangkut perubahan geometri yang akan berpengaruh pada penurunan tekanan (pressure drop) pada aliran fluida didalam pipa  bersambung tersebut.

Penelitian aliran dalam pipa (internal flow) dimulai oleh seorang maha guru dari Jerman Julius Weisbach tahun 1850 meneliti rugi pada hulu pipa, yang kemudian dilanjutkan oleh insinyur Perancis, Henry Darcy 1857 yang melakukan eksperimen aliran pipa dan pertama kalinya mengungkap efek kekasaran pada hambatan pipa yang dikenal dengan persamaan Darcy-Weisbach.

            Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Efridoroni (2017) untuk mendapatkan nilai optimasi pressure drop dengan variable bebas berupa diameter pipa didapat hasil bahwa semakin besar diameter pipa maka semakin kecil nilai pressure dropnya Untuk membedakan dengan penelitian sebelumnya, maka penulis memvariasikan variabel bebas nya laju alir sedangkan variabel tetapnya diameter pipa.

1.2       Rumusan Masalah

Dalam perpipaan salah satu hal yang paling penting diperhatikan adalah kehilangan tekanan, yang mana semakin tinggi kehilangan tekanan pada perpipaan maka semakin banyak energi yang akan hilang. Oleh karena itu banyak perusahaan yang mengoptimasikan pressure drop guna untuk menghemat energi yang dibutuhkan. Panjang pipa merupakan salah satu pengaruh pressure drop yang apabila panjang pipanya semakin panjang maka pressure drop akan tinggi.

Beda tekanan (ΔP) hasil pengamatan memiliki nilai berbeda dengan beda tekanan hasil teoritis, namun memiliki prinsip yang sama yaitu semakin besar debit udara maka beda tekanan akan semakin menurun. Beda tekanan (ΔP) yang semakin menurun disebabkan karena kualitas aliran (x) dan fraksi hampa (a) yang semakin meningkat. Pada aliran satu fase, pressure drop dipengaruhi oleh Reynold number yang merupakan fungsi dari viskositas, densitas fluida diameter pipa, dan panjang pipa.

Hal yang paling mendasar mengapa konsep CFD digunakan karena dengan CFD dapat dilakukan analisa terhadap suatu sistem atau kajian terutama sekali dari segi lamanya waktu penelitian yang dibutuhkan sehingga lebih singkat dan efisien serta kerugian yang terjadi akibat kesalahan dapat diperkecil dalam proses design enggineering tahap yang harus dilakukan menjadi lebih pendek. Selain itu, yang mendasari pemakaian konsep CFD adalah pemahaman lebih mendalam akan suatu masalah yang akan diselesaikan atau dalam hal ini pemahaman lebih mendalam mengenai karakterisrik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, kontur dan bahkan animasi, dapat dijelaskan jika debit aliran udara mengalami peningkatan, maka akan berpengaruh terhadap beda tekanan yang terjadi artinya adalah nilai debit udara berbanding lurus dengan beda tekanan, yaitu beda tekanan mengalami penurunan seiring naiknya debit aliran udara.

1.3.      Batasan Masalah

Ruang lingkup pada penelitian ini, hanya mengkaji pengaruh laju alir dan material pipa pada alur pipa  bersambung SP-V PT.Pertamina EP Asset 1 Rantau Field terhadap penurunan tekanan dan melihat profil aliran pada perbandingan material pipa dengan melakukan simulasi menggunakan metode CFD.

1.4.      Tujuan Penelitian

Berdasarkan perumusan masalah diatas penelitian ini dilakukan untuk mengetahui penurunan tekanan pada aliran fluida di pipa bersambung SP-V PT.Pertamina EP Asset 1 Rantau Field dengan metode CFD. Penelitian ini bersifat komputasi numerik dengan bantuan perangkat lunak dan komputer. Secara umum penelitian ini mengkaji penurunan tekanan yang terdapat pada aliran fluida di pipa bersambung, secara khusus penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut:

1.  Memahami aplikasi dan prinsip-prinsip CFD pada jaringan perpipaan.

2. Mengetahui pengaruh laju alir dan material pipa terhadap besarnya penurunan tekanan pada pipa bersambung.

1.5.      Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini selain dapat memberikan informasi terbaru tentang variasi panjang dan laju alir pada pipa bersambung dengan bantuan CFD juga diharapkan dapat dimanfaatkan oleh para insinyur teknik kimia guna merancang sistem perpipaan berkelok dengan diamater yang sesuai dalam designnya sehingga dapat digunakan untuk memperoleh kinerja yang optimum dalam pengoperasiannya

Share this post