## POLA ALIRAN FLUIDA PADA DELIQUIDISER
Ragil T.  Indrawati
Program Studi Teknik Mesin Universitas Sains Al-Quran Wonosobo Email : ragil.indrawati@gmail.com
INFO ARTIKEL ABSTRAK Riwayat Artikel : Diterima : 23 April 2018 Disetujui : 28 April 2018 Tujuan penelitian ini untuk mengetahui fenomena pola aliran fluida yang terjadi  pada  deliquidiser  serta  properties  yang  ada  pada  daerah  inlet, drain,  oil  outlet  dan  gas  outlet.  Penelitian  dilakukan  menggunakan pendekatan  simulasi  pemodelan  matematis  Computational  Fluid Dynamic  (CFD)  menggunakan  software  Ansys.    Dalam  penelitian  ini diasumsikan  bahwa  model  akan  disimulasikan  skala  1:1  pada  2  phase fluida  yaitu  fase  gas  dan  liquid  dengan  2  jenis  fluida  (gas  dan  liquid).
Simulasi  akan  mengacu  pada  kondisi  steady  state  dan  tidak  ada  solid content.  Asumsi inlet  fluid  pada  kondisi  5%  turbulence,  komposisi  gas dan  fraksi  volume  gas  &  liquid  ialah  konstan.  Drag  coefficient  yang diguankan ialah 0.44 dengan working pressure 207 psi.
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  bahwa  persebaran  fraksi  gas  dari bagian  inlet  tersebar  secara  merata  pada  semua  bagian.  Akan  tetapi, setelah  weirplate,  ketika  melewati  nozzle  dan  menuju  outlet  gas,  gas cenderung bergerak ke atas. Sedangkan,  fraksi liquid mengalir dibagian bawah  tengah  ke  bawah  setelah  fraksi  gas.  Gas  dan  liquid  velocity streamline  menunjukkan  pola  pergerakan  dari  inlet  kemudian menumbuk  weirplate,  melewati  nozzle  dan  keluar  melalui  outlet  gas. Optimasi  pada  sistem  telah  dilakukan  dan  hasil  yang  diperoleh menunjukkan  nilai  fraksi  gas  dan  fraksi  liquid  sebesar  0.74  dan  0.17 dalam aliran yang keluar dari bagian outlet. Sedangkan, untuk mass flow pada outlet gas sebesar 8.8 kg/s dan mass flow pada drain sebesar 0.05 kg/s.
Kata Kunci :
pola  aliran,  fluida,  deliquidiser,
ANSYS

## ARTICLE INFO

## ABSTRACT
Article History : Received : April 23, 2018 Accepted : April 28, 2018 The aim of this research is to know the phenomenon of fluid flow pattern that occurs in deliquidiser and also properties in inlet,  drain, oil outlet and gas outlet. The research was conducted using simulation approach of  Computational  Fluid  Dynamic  (CFD)  mathematical  modeling  using Ansys  software.  In  this  research  it  is  assumed  that  the  model  will  be simulated 1: 1 scale in 2 phase fluid that is gas phase and liquid with 2 type  of  fluid  (gas  and  liquid).  Simulations  will  refer  to  steady  state conditions  and  no  solid  content.  The  fluid  inlet  assumption  under  5% turbulence,  gas  composition  and  volume  fraction  of  gas  &  liquid  is constant.  The  drag  coefficient  used  is  0.44  with  a  working  pressure  of 207 psi.
The results showed that the distribution of the gas fraction from the inlet portion was evenly distributed in all parts. However, after the weirplate, as it passes through the nozzle and into the gas outlet, the gas tends to move  upwards.  Meanwhile,  the  liquid  fraction  flows  down  the  middle down  after  the  gas  fraction.  Gas  and  liquid  streamline  velocity  shows the  movement  pattern  of  the  inlet  then  weirplate  pounding,  passing through  the  nozzle  and  out  through  the  gas  outlet.  Optimization  of  the system has been done and the results obtained show the fraction of gas and  liquid  fractions  of  0.74  and  0.17  in  the  outflow  of  the  outlet.
Meanwhile,  for  mass  flow  at  gas  outlet  of  8.8  kg /  s  and  mass  flow  on drain of 0.05 kg / s.
Key words : flow  pattern,  fluid,  deliquidiser, ANSYS

## 1. PENDAHULUAN
Dalam  beberapa  tahun  terakhir,  proses subsea  khususnya  untuk  subsea  separation, telah  diakui  sebagai  salah  satu  teknologi separation  yang    paling  banyak  menjanjikan di  industri  lepas  pantai.  Dengan  keberhasilan baru-baru  ini  di  Perdido  (Ju  et  al.,  2010), Parque  das  Conchas  /BC-10  (Deuel  et  al., 2011),  dan  Pazflor  (Eriksen,  2012),  proses subsea  separation  menarik  perhatian  dari industri karena kemampuannya untuk meningkatkan produksi, meningkatkan recovery,  dan  meningkatkan  field  economics pada skala komersial. Deliquidiser merupakan salah  satu  jenis  teknologi  separation  yang dipasang pada inlet scrubber. Prinsip kerjanya sama  dengan  vane  atau  cylone,  tetapi deliquidiser  digunakan  untuk  menghilangkan sisa  liquid  yang  terbawa  oleh  aliran  yang didominasi  gas.  McClimans  dan  Fantoft (2006)  dan  Di  Silvestro  dkk  (2011)  telah menyajikan tinjauan mengenai manfaat deliquidiser  untuk  proses  pemisahan  gas- liquid    subsea,  pemisahan  gas-liquid  subsea telah  terbukti  memberikan  dampak  positif pada  industri,  termasuk  :  (i)  liquid  boosting lebih  efisien,  (ii)  jarak  kompresi  gas  lebih jauh antara subsea ke darat, (iii) biaya hydrate manajement lebih efisien. Penelitian
mengenai teknologi separation terus berlanjut dan
dikembangkan hingga membahas mengenai  perilaku  aliran  dalam  teknologi separator.
Pemodelan Computasional Fluid Dynamics (CFD) digunakan untuk mempelajari perilaku aliran  dalam  teknologi  separator.  Malyshkina (2010)  memperoleh  parameter  dinamis  gas menggunakan  metode  komputasi  CFD,  dan prosedur tersebut dikembangkan untuk memprediksi  pemisahan  kemampuan  gas  dan liquid dari dengan  menggunakan  deliquidiser. Karimi  dan  Abdi  (2009)  memprediksi  efek dari  parameter  inlet  dan  outlet  nozzle  pada kondisi  tekanan  tinggi  dengan  menggunakan MATLAB.
Hingga  saat  ini  penelitian  mengenai deliquidiser  hanya  terfokus  pada  manfaat serta  efisiensi  penggunaan  deliquidiser  tanpa membahas  fenomena  pola  aliran  fluida  serta properties  yang  terjadi  pada  deliquidiser. Tujuan  penelitian  ini  untuk  mengetahui fenomena  pola aliran  fluida  yang terjadi pada
deliquidiser  serta  properties  yang  ada  pada daerah  inlet,  drain,  oil  outlet  dan  gas  outlet dengan  menggunakan  pemodelan  matematis CFD.

## 2. LANDASAN TEORI
Computational fluid dynamic (CFD) merupakan  salah  satu  sarana  yang  dapat digunakan dalam  menganalisa  fenomena  pola aliran  fluida,  sebagai  contoh  fenomena  yang terjadi  sekitar  kehidupan  manusia  (Indrawati, 2017).  Beberapa  pendekatan  matematis  CFD yang  digunakan  dalam  penelitian  ini,  antara lain:

## a) Fluid Flow
Fluid  flow  (aliran  fluida)  merupakan aliran  dari  gas  ataupun  liquid  dimana shear  stress  merupakan  penentu  dari gerakan  fluida.  Aliran  dapat  bersifat steady  dan  unsteady.  Pada  mekanika fluida,  besaran  dimensional  seperti Reynold  number,  selalu  digunakan untuk mendeskripsikan perilaku fluida.  Definisi  Reynold  number ditunjukkan pada persamaan 1
(Mansour et al. , 2013).
dimana V dan L merupakan kecepatan dan  panjang  aliran, dan μ adalah flow density dan viscosity. Re biasa digunakan untuk menunjukkan  aliran  bersifat  laminar ataupun  turbulent.  Pada  penelitian  ini dilakukan simulasi dengan
menggunakan  steady  flow  dengan aliran turbulent. b) Newton’s Law Newton’s Law berlaku untuk
Reynold’s  number  antara  500  – 200.000,  dan  dapat  diterapkan  untuk pemisahan  droplet  atau  partikel  dari fase  gas.  Koefisien  hambatan  yang diguanakan  pada  rentang  Cd  =  0.44 dengan  nilai  Reynold  number    500
(turbulence). Persamaan Hukum
Newton dinyatakan sebagai (Saramito,
2016):
DimanaVt  dan    g  adalah  critical  atau terminal gas velocity  yang dibutuhkan untuk  ukuran  partikel    Dp, dan adalah  gas  phase  density  dan    liquid phase  density,  Dp    adalah  droplet diameter,  KCR  adalah  proportionality constant  dan adalah  viscosity  dari continuous phase.

## c) Multiphase flow
Aliran  multifasa  mengacu  pada aliran  yang  terdiri  dari  lebih  dari  satu fase,  misalnya  partikel  padat  yang tersuspensi  dalam  cairan.  Sebagian besar  arus  yang  ditemukan  di  alam bersifat  multifase. Ini  juga  merupakan kasus  di  banyak  aplikasi  industri  dan aliran  multifase  dapat  ditemukan  di fluidised  beds,  stirred  vessels  dan bubble  columns.    Aliran  multifase, terdiri  dari  tetesan  natural  gas  dan  oil droplets.  Simulasi  dinamik  fluida
komputasi (Computational fluid dynamic  /CFD)  dari  aliran  multifase satu jalur dipecahkan dengan menggunakan  persamaan  konservasi massa dan momentum, persamaan gas riil  Lagrangian,  Redlich  Kwong. Dalam  simulasi  ini  menggunakan persamaan  gas  nyata  Redlich  Kwong, yang  diturunkan  dari  persamaan  van der walls digunakan untuk memprediksi parameter dinamika gas.

## Redlich Kwong Equation
Persamaan Van der Waals tahun 1873 merupakan  persamaan  pertama  yang
mewakili perilaku gas dengan memperhatikan hubungan antara koefisien PVT (Mansour et al , 2013) :
dimana  p  merepresentasikan  tekanan, T  adalah  temperatur,  V  adalah  volum dan R adalah konstanta molar gas.
Model  yang  paling  penting  untuk modifikasi  persamaan  Van  der  Waals adalah persamaan Redlich-Kwong (RK)  (Redlich  dan  Kwong,  1949). Persmaaan  ini  mempertahankan  Van der Waalshard-sphere tetapi memperhatikan pengaruh  suhu : Parameter  RK  a  dan  b  dihitung  untuk gas  nyata  menggunakan  konstanta kritis  untuk  gas.  Nilai  a  dan  b didefinisikan sebagai persamaan
berikut :

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Gambar 1. Model Deliqudiser
Gambar 1 menunjukkan model deliquidiser yang  akan  dianalisa  dan  disimulasikan menggunakan  pemodelan  matematis  CFD yaitu  menggunakan  software  ANSYS. Simulasi  bertujuan  untuk  mengetahuni fenomena  pola  aliran  fluida  yang  terjadi pada deliquidiser serta properties yang ada pada  daerah  inlet,  drain,  oil  outlet  dan  gas outlet. Simulasi dilakukan melalui beberapa tahapan, antara lain :
1) Mendefinisikan model
2) Pembuatan model 3D dan menentukan meshing
3) Menentukan kondisi boundary
4) Melakukan proses iterasi
5) Menganalisa hasil simulasi pola aliran fluida dalam deliquidiser
Dalam  penelitian  ini  diasumsikan  bahwa model  akan  disimulasikan  skala  1:1  pada  2 phase  fluida  yaitu  fase  gas  dan  liquid  dengan 2  jenis  fluida  (gas  dan  liquid).  Simulasi  akan mengacu  pada  kondisi  steady  state  dan  tidak ada  solid  content.  Asumsi  inlet  fluid  pada kondisi  5%  turbulence,  komposisi  gas  dan fraksi volume gas & liquid ialah konstan.

## 4. HASIL DAN DISKUSI

## 1) Boundary Condition dan Meshing
Gambar 2. Meshing model deliquidiser (a) isometric view (b) front view
Dalam melakukan kalkulasi numerik pada setiap  node  dan  element  pada  model deliquidiser,
perlu
diperlukan pembentukan  grid  /  meshing  pada  model deliquidiser sebagai boundary guna memperoleh  hasil  simulasi  yang  akurat. Jumlah  node  dan  element  mempengaruhi lama waktu pemecahan governing equation. Gambar 2 menunjukkan pemecahan  governing  equation  aliran fluida  multi  fase  pada  deliquidiser menggunakan nodes 316324 dan elements sebanyak 1471373 dengan tingkat kepadatan mesh  ialah medium. Penentuan jumlah  meshing  dibatasi  sampai  hasil simulasi  model  cukup  representative. Meshing pada Ansys 15 telah menerapkan autogenerate  mesh,  sehingga  software yang  menentukan  bentuk,  distribusi  dan konfigurasi  mesh  yang  paling  sesuai dengan  kebutuhan.  Tabel  1  menunjukkan boundary  condition  yang  digunakan  pada simulasi  untuk  mengetahui  pola  aliran deliquidiser.
Tabel 1. Boundary condition
Set-up Working pressure  : 207 psi
Drag Coefficien : 0.44 Material Properties Densitas gas : 0.70 lb ft -3 Densitas Liquid : 48 lb ft -3 Gas-Liquid Surface tension : 20.3 dyne cm -1 Inlet Mass flow : 8.8 kg s -1
Gas Volume Fraction : 0.10 Liquid Volume Fraction : 4.8 e -6 Turbance : Medium (Intensity = 5%) Iteration process : 100 kali
2) Gas Volume Fraction & Velocity Streamline
Gambar 3. Gas Volume Fraction & Velocity Streamline
Gambar  3  menunjukkan  persebaran fraksi  gas  volume dan velocity streamline pada  deliquidiser.  Fraksi  gas  dari  bagian inlet  tersebar  secara  merata  pada  semua bagian.  Akan  tetapi,  setelah  weirplate, ketika  melewati  nozzle dan  menuju outlet gas,  gas  cenderung  bergerak  ke  atas. Sedangkan gas velocity streamline menunjukkan  pola  pergerakan  berupa  gas bergerak  dari  inlet  kemudian  menumbuk weirplate,  melewati  nozzle  dan  keluar melalui outlet gas.
Pada  bagian  outlet  menunjukkan  nilai fraksi  gas  sebesar  0.74  dan  nilai  fraksi liquid  sebesar  0.17.  Mass  flow  pada
bagian outlet 8.8 kg/s.

## 3) Liquid Volume Fraction & Velocity

## Streamline
Gambar 4. Liquid Volume Fraction & Velocity Streamline
Gambar  4  menunjukkan  persebaran fraksi liquid volume dan velocity streamline  pada deliquidiser. Fraksi  liquid mengalir dibagian bawah tengah ke bawah setelah fraksi gas. Pergerakan fraksi liquid dapat  dilihat  mulai  dari  inlet,  menumbuk weirplate  melewati  nozzle  dan  sebagian besar  keluar  nozzle  menuju  outlet  gas serta  sebagian  kecil  keluar  melalui  holes menuju  drain.  Besar  fraksi  liquid  pada drain  ialah  sebesar  0.002.  Hal  ini  sangat kecil  disbanding  dengan  liquid  yang keluar melalui outlet gas. Mass flow pada drain adalah sebesar 0.05 kg/s.

## 5. KESIMPULAN
Simulasi  deliquidizer  menunjukkan  bahwa persebaran fraksi gas dari bagian inlet tersebar secara  merata  pada  semua  bagian.  Akan tetapi,  setelah  weirplate,  ketika  melewati nozzle  dan  menuju  outlet  gas,  gas  cenderung bergerak  ke  atas.  Sedangkan,  fraksi  liquid mengalir  dibagian  bawah  tengah  ke  bawah setelah  fraksi  gas.  Gas  dan  liquid  velocity streamline  menunjukkan pola pergerakan dari inlet kemudian menumbuk weirplate, melewati nozzle dan keluar melalui outlet gas.
Optimasi  pada  sistem  telah  dilakukan  dan hasil yang diperoleh menunjukkan  nilai fraksi gas  dan  fraksi  liquid  sebesar  0.74  dan  0.17
dalam  aliran  yang  keluar  dari  bagian  outlet. Sedangkan,  untuk  mass  flow  pada  outlet  gas sebesar  8.8  kg/s  dan  mass  flow  pada  drain sebesar 0.05 kg/s.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
Deuel,  C.;  Chin,Y.D.;  Harris;  Germanese; Seunsom.  (2011)  ‘Field  Validation  and
Learning of Parque das Conchas (BC-10) Subsea  Processing  System  and  Flow Assurance Design’. OTC.21611.
Di  Silvestro,  R;  Abrand;  Shaiek;  Butin;
Decrin.  (2011)  ‘A  Novel  Gas/Liquid Separator  to  Enhance  Production  of Deepwater Marginal Field’. OTC.21394.
Eriksen, S.; McLemon; Mohr. (2012) ‘Pazflor SSPS  Project,  Testing  and  Qualification of  Novel Technology: A  key  to  success’.
OTC.23178.
Indrawati,  RT.  (2017)  ‘Analisa  Numerik Kebocoran  Gas  Kompor  Pada  Dapur Rumah  Hunian’,  Jurnal  PPKM  I  (2017) pp 6-11. ISSN: 2354-869X.
Karimi,  A.  dan  Abdi,  M.,  (2009),  ‘Selective dehydration  of  high-pressure  natural  gas using
supersonic nozzles’. Chem . Eng . Process ,  48 , 560- 568.
Malyshkina,  M.,  (2010).  ‘The  procedure  for investigation of the efficiency of purification  of  natural  gases  in  a supersonic separator’. High Temperature , 48:244-250.
Mansour, E. M. et al. (2013) ‘Predicting PVT properties  of  Egyptian  crude  oils  by  a modified Soave–Redlich–Kowng
equation  of  state’, Egyptian  Journal  of Petroleum . Egyptian Petroleum Research Institute,  22(1),  pp.  137–148.  doi: 10.1016/j.ejpe.2012.09.005.
O.  Redlich  and  J.  N.  S.  Kwong,  Chem.  Rev. 44, 233 (1949).
Saramito,  Pierre.  (2016)  ‘A  damped  Newton algorithm  for  computing  viscoplastic fluid  flows’,    Journal  of  Non-Newtonian Fluid  MechanicsVolume  238, December 2016, Pages 6-15.