Power Generation: Konsep Dasar Mengenai Listrik (2)

Sebelum beranjak kepada alat yang digunakan di industri migas untuk menghasilkan listrik, kita akan mempelajari terlebih dahulu mengenai konsep dasar listrik.

Di alam, kita kenal substansi fisik, yang menempati ruang dan memiliki massa dengan sebutan "matter" atau kita sebut sebagai "zat". Zat adalah substansi fisik dari sebuah benda atau makhluk. 

Zat terbagi menjadi dua, yakni elemen dan senyawa. Bagian terkecil dari sebuah zat disebut atom. Elemen memiliki susunan atom yang sama, sedangkan senyawa memiliki susunan atom yang berbeda. Contoh paling mudah adalah air. Air merupakan senyawa karena memiliki susunan kimia H2O, yakni dua hidrogen atom yang diikat oleh satu oksigen atom.

Mempelajari listrik dimulai dari atom. Atom dimodelkan oleh banyak ilmuwan pada masa lalu. Atom sendiri terbentuk dari partikel yang memiliki muatan, yakni:

1- Electron ==> Bermuatan negatif. Ia bergerak konsentris mengelilingi inti atom yang disebut nukleus.

2- Proton ==> Bermuatan positif. Ia berada di nukleus. Jumlah proton yang ada di nukleus mengidentifikasikan jumlah atom yang dimiliki oleh sebuah zat.

3- Neutron  ==> Bermuatan netral dan ditemukan di dalam nukleus.

Model Atom

Atom dikatakan stabil, jika jumlah proton = elektron. Elektron bergerak mengelilingi nukleus pada jarak yang berbeda terhadap inti atom. Semakin dekat dengan inti atom, maka ikatannya akan semakin kuat karena semakin tertarik oleh inti atom yang juga mengandung muatan positif (proton). Maka dari itu, jarak elektron terhadap inti atom sebenarnya merepresentasikan level energi. Semakin jauh dari pusat atom, maka energinya semakin rendah. Pada akhirnya, ia mudah berpindah antara atom satu ke atom yang lain. Inilah yang disebut "elektron bebas". Perpindahan atom inilah yang kemudian menghasilkan arus listrik pada media logam.

Maka, untuk didapatkan arus listrik, atom harus berada dalam kondisi tidak stabil. Atom dikatakan bermuatan negatif, jika terdapat banyak elektron dibandingkan proton dan sebaliknya. Disini, juga terdapat hukum muatan elektrik, dua partikel yang memiliki muatan yang sama akan saling menolak dan juga sebaliknya. Gaya tarik-menarik atau saling tolak diantara dua partikel ini disebut sebagai perbedaan "potensial".

Ketika terdapat perbedaan muatan antara satu partikel dengan yang lain, maka ada perbedaan potensial antara keduanya. Jumlah perbedaan potensial dari semua muatan yang ada dalam medan listrik dalam keadaan diam disebut sebagai "electromotive force" atau EMF. 

Unit dari perbedaan potensial adalah "volt" yang merupakan kemampuan untuk menciptakan energi dengan cara memaksa sebuah elektron untuk bergerak. Perbedaan potensial disebut sebagai voltase. Dengan adanya perbedaan potensial, maka elektron bergerak. Pergerakan dari elektron ini disebut sebagai "arus". Arus diukur dalam satuan ampere. 

Jadi, listrik sebenarnya adalah elektron yang berpindah dalam sebuah medium sesuai dengan uraian diatas atas dasar perbedaan potensial. 

Pada bagian selanjutnya, akan kita bahas mengenai cara menghasilkan listrik dan medium yang mudah dalam menghantarkan listrik, yang disebut sebagai konduktor listrik. 

Keep Stay Tuned

Power Generation: Pengenalan (1)

Industri pengolahan minyak bumi dan gas, khususnya sisi upstream maupun midstream, membutuhkan jumlah pasokan energi listrik yang tidak sedikit. Hal ini dikarenakan banyak sekali alat-alat yang digunakan membutuhkan jumlah energi listrik yang tidak sedikit. 

Beberapa contoh sistem yang membutuhkan energi yang tidak sedikit, diantaranya adalah sebagaimana berikut:

1. Untuk transmisi, misalkan eksport produk dari satu plant menggunakan pipeline ke tempat yang lain, yang jaraknya bisa puluhan bahkan ratusan kilometer. 

2. Sistem refrigerasi, misalkan pada plant LNG, dimana C3 harus dikompresi dari yang semula gas hingga menjadi cair untuk dijadikan sebagai pendingin gas methane untuk diubah menjadi LNG.

3. Untuk injeksi, misalkan pada gas maupun water injection. Tekanan yang dihasilkan harus lebih besar daripada tekanan sumur. Sehingga energi yang dibutuhkannya juga besar.

4. Unit AGRU. Lean Amine Pump bekerja pada tekanan tinggi pada pabrik yang mengolah gas alam sebagai produk utama.   

Sistem Pendinginan di LNG Plant 

Dari beberapa contoh diatas, kita bisa mengetahui bahwasannya industri minyak dan gas bumi membutuhkan energi yang besar untuk menjalankan operasinya. Kebanyakan kebutuhan energi tersebut disuplai oleh generator yang menghasilkan listrik. Untuk kemudian didistribusikan ke penerima agar sistem produksi bisa berjalan dengan baik, misalkan rotating equipment seperti pompa dan kompresor. 

Oleh karena itu, mempelajari bagaimana sebuah listrik diproduksi di suatu pabrik pengolah minyak dan gas adalah sebuah hal yang juga cukup penting untuk diketahui oleh bagi seorang process engineer.

Pada tulisan selanjutnya, kita akan bahas terlebih dahulu mengenai konsep dasar tentang listrik. Untuk kemudian berlanjut mengenai sistem kelistrikan di industri pengolah minyak dan gas.

Keep Stay Tuned

Menghitung NPSHa pada Sistem Pompa Sentrifugal (Bagian-2)

Bagian-1, kita telah mengenal mengenai apa itu NPSH, dimana ia terbagi menjadi dua, yakni NPSHa dan juga NPSHr. Nilai dari NPSHa harus lebih besar daripada NPSHr. Simak kembali bahasan terdahulu mengenai pengertian NPSH melalui tautan berikut. 

Kali ini, kita akan menghitung NPSH yang dimiliki oleh sebuah sistem pompa. Misalkan, jika ditemui sistem sebagaimana berikut:

Contoh soal menghitung NPSHa pompa

Maka, dari rumus, kita bisa dapatkan nilai dari NPSHa adalah sebagaimana berikut:

NPSHa = Ha+Hs-Hvp-Hf-Hi

             = 26.2 + (-14) -0.411-1-2 = 8.8 ft

Maka, untuk mencegah adanya problem ketika pompa dijalankan, nilai NPSHr harus kurang dari 8.8 ft. Jika kita mengalami masalah ketika pemompaan berlangsung, kita bisa memodifikasi nilai NPSHa dan juga NPSHr untuk dapat mengatasi masalah tersebut. 

Caranya adalah sebagaimana berikut:

1. Menaikkan nilai NPSHa, dengan cara

- Menaikkan level reservoir. Hs >>>

- Menurunkan posisi pompa. Hs >>>

- Menaikkan tekanan reservoir. Ha >>>

- Mengurangi friksi di bagian suction pipa, lewat: menaikkan diameter, menurunkan schedule pipa, mengganti material pipa yang memiliki tingkat kekasaran yang rendah, mengurangi jumlah sambungan ataupun belokan, memakai valve yang memiliki nilai friksi yang rendah  Hf <<<

- Mendinginkan fluida yang masuk. Hvp <<<

2. Atau, dengan cara menurunkan nilai NPSHr, yakni dengan cara

- Mengganti pompa dengan impeller yang sama, namun memiliki ukuran diameter suction yang lebih besar. Hf dan Hi  <<<

- Memasang booster pump di suction pipa. Ha >>>

- Memperbesar diamater mata impeller. Hi <<<

Dengan demikian, kita bisa membuat assessment ketika melihat pompa yang kita jalankan memiliki masalah ketika sedang bekerja.

Mudah-mudahan tulisan ini bisa bermanfaat bagi kita semua.

Pengenalan NPSHr dan NPSHa pada Pompa Sentrifugal- Net Positive Suction Head- (Bagian-1)

Net Positive Suction Head (NPSH) adalah istilah yang sering kita dengar ketika berbicara mengenai pompa sentrifugal. Istilah "Head" mengacu pada satuan energi. Head pompa menandakan banyaknya energi yang ditransfer oleh sebuah pompa ke dalam fluida. Head diukur dalam ketinggian. Namun, di lapangan yang bisa kita ukur adalah tekanan fluida discharge yang keluar dari pompa, melalui pressure gauge.

Kenapa demikian? 

Hal ini dikarenakan tekanan adalah satuan yang mudah untuk diukur jika dibandingkan dengan satuan ketinggian. Namun, manufaktur pompa menggunakan istilah head karena untuk fluida yang memiliki berat jenis (specific gravity) yang berbeda, akan menghasilkan tekanan yang juga berbeda. Ilustrasinya adalah sebagaimana berikut:

Hubungan antara Head dengan tekanan pada discharge

Hubungan antara tekanan dengan head dinyatakan dalam satuan berikut : H = P/d, dimana

H ==> Head, P ==> Pressure dan d ==> massa jenis

Dalam jenis satuan yang lain, dinyatakan sebagaimana berikut:  

H (ft) = 2.31*Pressure (psi)/ specific gravity

Tekanan discharge pompa merupakan akumulasi dari tekanan suction dan juga tekanan yang dihasilkan oleh pompa. Pompa dibuat dengan memperhatikan tekanan suction. Hal ini dikarenakan tekanan suctionlah yang nantinya akan dikonversi menjadi tekanan discharge. Ketidakcukupan dari tekanan suction, akan membuat pompa tidak bisa berjalan dengan baik. Itulah mengapa, muncullah istilah NPSH yang menandakan persyaratan yang harus dipenuhi oleh sebuah pompa khususnya pada bagian suction. Head dari suction harus bernilai positif agar pompa bisa berjalan dengan baik. 

Jika kita melihat arrangement nozzle dari sebuah pompa, nozzle pada bagian suction akan selalu lebih besar jika dibandingkan dengan pada bagian discharge. Hal ini semata-mata supaya fluida yang keluar dari pompa tidak lebih besar dari fluida yang masuk. NPSH adalah jumlah energi yang tersedia di dalam sebuah fluida yang masuk ke dalam pompa. 

NPSH dibagi menjadi dua jenis, yakni:

1. NPSHa (available) ==> NPSH yang dimiliki dalam sebuah sistem pada bagian suction, mencakup perpipaan, reservoir dan juga segala macam koneksinya.

2. NPSHr (required) ==> Energi yang dibutuhkan oleh fluida untuk mengatasi hilang energi karena friksi dari bagian nozzle suction hingga ke bagian mata impeller pompa tanpa menyebabkan perubahan fasa.

Nilai NPSHr ditentukan oleh manufaktur. Agar pompa bisa berjalan dengan baik, maka 

NPSHa > NPSHr

Bagaimana cara menghitung NPSHa? 

Rumusnya adalah sebagaimana berikut: NPSHa = Ha + Hs - Hvp - Hf - Hi

Ha ==> Head atmosfer. Head yang muncul dari tekanan atmosfer. Nilainya sekitar 33.9 ft

Hs ==>  Head static. Ketinggian daripada reservoir ditinjau dari garis tengah pompa. Nilainya bisa negatif ataupun positif bergantung daripada posisi pompa.

Hvp ==> Head vapor. Tekanan uap daripada fluida pada suhu tertentu. Semakin besar suhu, maka head vapor akan semakin besar. Head vapor mengurangi nilai daripada NPSH karena menunjukkan seberapa besar kemungkinan fluida untuk menguap.

Hf ==> Head friction. Hilang tekan dalam perpipaan. Head friction juga mengurangi nilai NPSH.

Hi ==> Head inlet. Safety factor sebanyak 2 ft yang digunakan agar supaya operasi dapat berjalan dengan lebih aman. 

Pada bagian selanjutnya, akan kita bahas mengenai cara menghitung NPSH lewat contoh soal yang sering kita temukan dalam operasional sebuah plant.

Keep Stay Tuned. 

Fluid Flow (1): Mengenal Karakteristik Fluida yang Dipindah

Sobat sekalian, mimin pernah membahas mengenai yang kaitannya dengan perpindahan fluida, yakni:

- Dasar cara kerja pompa sentrifugal

- Desain perpipaan

Tulisan berseri kali ini, kita coba mempelajari kembali dasar dari perpindahan fluida. Tujuannya adalah agar supaya bisa lebih melekatkan pemahaman kita secara integral terhadap apa yang telah kita pelajari sebelumnya.

Dalam sebuah unit proses, untuk memindahkan suatu fluida dari satu tempat ke tempat yang lain digunakan pipa. Desain daripada perpipaan sangatlah bergantung daripada jenis dan karakteristik fluida yang dipindahkan. Tidak hanya itu saja, bahkan desain pompa, compressor dsb sebagai alat penggerak juga sangat bergantung pada hal ini. Hal ini dikarenakan akan sangat berpengaruh terhadap energi yang dibutuhkan untuk memindahkan fluida tersebut. 

Fluida bisa berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain karena perbedaan energi. Contoh yang paling mudah bisa dilihat ketika dalam sebuah plant adalah dari pressure gauge atau dilihat dari tekanannya. Tekanan fluida masuk harus lebih besar daripada tekanan fluida keluar. Dalam prosesnya, tekanan tersebut bisa hilang di perpipaan. Maka, mempelajari dasar perpindahan fluida, tidak hanya belajar mengenai karakteristik fluidanya ketika diberikan energi, tetapi juga spesifik mengenai hilang tekan dalam sistem perpipaan ketika fluida tersebut dipindah.    

Dasar pemahaman terhadap aliran dalam fluida dimulai daripada fase fluida yang ditransfer. Dengan mengetahui jenis fasenya, kita bisa mendefinisikan hukum alam yang berlaku pada fluida tersebut. Fase sebuah fluida erat kaitannya dengan kondisi fluida tersebut, umpamanya tekanan dan suhu.

1.  Likuid/ cair ==> Fluida dalam fase cair tidak mengalami perubahan massa jenis yang signifikan terhadap perubahan tekanan- disebut incompressible. 

2. Gas/ Vapor ==> Mengalami perubahan yang sangat besar terhadap massa jenis terhadap perubahan tekanan- disebut compressible.

3. Multi fase ==> Adanya dua fase yang hadir dalam range tekanan operasi. 

Jenis fase ini akan sangat menentukan daripada hilang tekan (pressure drop) dan juga hilang energi akibat friksi karena kontak dengan permukaan pipa. Fluida ditransfer ke dalam suatu sistem dengan kecepatan tertentu sesuai dengan kuantitas yang diinginkan. Hal ini akan berpengaruh terhadap pola

Percobaan Reynold untuk mengetahui pola aliran

aliran yang terbentuk. Bilangan Reynold digunakan untuk memprediksi pola aliran tersebut.