Saya mau nanya sedikit soal teori dan itung2an untuk CNG, barangkali ada yang bisa bantu. Misalnya, kedalam sebuah cylinder CNG saya compress gas dengan tekanan 650 psig dan diperoleh volume gas yang masuk kurang lebih 1.5 liter. Pertanyaan saya: kalau tekanan gasnya saya naikkan menjadi 2000 psig, berapa kira2 volume gas yang masuk kedalam cylinder tsb?

Tanya – Indra Prasetyo

Dear rekans,

Saya mau nanya sedikit soal teori dan itung2an untuk CNG, barangkali ada yang bisa bantu. Misalnya, kedalam sebuah cylinder CNG saya compress gas dengan tekanan 650 psig dan diperoleh volume gas yang masuk kurang lebih 1.5 liter. Pertanyaan saya: kalau tekanan gasnya saya naikkan menjadi 2000 psig, berapa kira2 volume gas yang masuk kedalam cylinder tsb?

Dalam sebuah presentasi tentang CNG saya pernah mendapat penjelasan atau teori sbb:
CNG volume reduction is a function of pressure and temperature, for example CNG volume reduction at 2850 psig at 100F = 206 times, at 32 F = 280 times, then at 1400 psig at 100F = 103 times, at 32F = 133 times.

Sayangnya dalam presentasi tsb tidak disebutkan rumusnya bagaimana sampai bisa mendapat angka2 diatas. Mungkin diantara rekans ada yang tahu rumusnya?

Terima kasih banyak sebelumnya.

Tanggapan 1 – roeddy setiawan

Pak Indra,

anda bisa pakai persamaan P1 x V1/T1 = P2 x V2/T2 kalau ngak salah P (atm) ; V(liter) ; T (rankine)

atau P V = n R T

P(atm)

V(liter)

n(mol gas)

R = o.o82 lt atm/mol Kelvin

T(kelvin)

satu mol gas apa saja 22.4 lt at STP.

persamaan diatas barangkali about 5 – 10 % error untuk > 500 psig. kalau mau lebih detil lagi bisa lihat buku gpsa untuk real gas

Tanggapan 2 – Indra Prasetyo

Thanks Pak Roeddy. Kalo gak salah itu namanya rumus/hukum Boyle-Gay Lussac ya? Kalo mengikuti rumus tsb, semakin tinggi tekanan, volume gasnya semakin kecil? Padahal kalo bicara CNG, semakin kita compress gasnya dengan tekanan yang lebih tinggi, volume gas yang tersimpan semakin besar/banyak?

Mungkin Pak Roeddy bisa jelasin lebih lanjut, maklum saya baru mulai belajar soal CNG.

Btw, kalo saya gak salah LEMIGAS juga sedang study soal CNG (untuk keperluan rumah tangga atau program konversi minyak tanah dengan gas), barangkali ada yang tahu contact personnya di LEMIGAS yang in-charge di study tsb?

Again, thanks Pak Roeddy.

Tanggapan 3 – roeddy setiawan

dear pak Indra,

untuk diskusi ini kita anggap saja gas ideal jadi kita pakai PV/T = konstant.

pak indra kan mau ngisi tabung yang volume nya 1.5 liter, dengan tekanan 2000 psig (2014.7 psia). misal temp nya 30 C = (273 +30)derajat kelvin.

jadi berapa sebenarnya yang disimpan kalau tekanan standard, 1 atm = 14.7 psia dan temperatur 30 C

P1 = 14.7 (psia), V1 = dicari (liters), T1 = 303 (K)

P2 =2014.7(psia) V2= 1.5 (liters) , T2 =303 (K)

P1V1/T1=P2V2/T2 ——> V1 = P2 x V2 x T1/P1 x T2

V1 = 2014.7 X 1.5 x 303/14.7 x 303 = 205 liter .

jadi tanki yang 1.5 liter itu bisa simpan gas sebanyak 205 lt dg tingkan kesalahan barangkali 10 %

sebetulnya untuk tekanan sebesar ini perhitungan ini anda harus pakai real gas .
bapak bisa melihatnya di section fugacity dan persamaan virial, refence yang baik buku gpsa, atau buku2 thermodinamik.

Tanggapan 4 – BKC1037@cc.m-kagaku

Dear Pak Indra

Kalau boleh saya terangkan sedikit.

Persamaan yang disampaikan pak Roeddy adalah persamaan gas ideal.

Ma’af sebelumnya, kalau penjelasan saya terlalu menyederhanakan.

Untuk memudahkan, kita asumsikan molekul gas seperti bantal busa, dia mudah dikompress.

P = tekanan terhadap bantal busa.

V = volume ruang (misal Truk)

n (jumlah molekul) = jumlah bantal

==> maka volume tiap bantal = V/n

Mr (berat molekul) = berat tiap bantal

Beban truk M = n* Mr

Kita anggap Temperatur konstan (Jadi setelah ditekan, bantalnya didinginkan agar kembali ke temperature awal) (PV = nRT ==> PV/n = RT = konstant)

Jika bantal ditekan, maka volumenya akan mengecil.

Misalnya satu truk biasanya memuat bantal hanya 100 buah.

Kemudian kita press dengan P2 = 2* P1 => maka volume tiap bantal akan menyusut jadi setengahnya.

Maka sekarang dalam satu truk bisa muat 200 buah.

( P1*(V/n1) = P2*(V/n2 )

jika P2 = 2*P1 ==> (V/n2) = 0.5 * (V/n1) ==> n2 = 2*n1.

Tentu saja beban truk naik 2 kali lipat. (M2 = 2*M1)

Sedikit koreksi :

Satuan T dalam rumus yang disampaikan Pak Roeddy adalah Kelvin, bukan Rankine.

Kalau pakai satuan sbb:

P = psia

V = cuft

T = Rankine

n = lb-mole

maka pada PV/n = RT, nilai yang dipakai R = 10.7316

Tambahan:

Jika ingin lebih akurat, maka rumusnya yang masih sederhana adalah ditambahkan kompressibility factor (Z) menjadi :

PV/n = ZRT.

Besarnya Z ini sedikit di bawah 1 (0.xxx ~ 1.000).

Anda bisa temukan Chart/tabel harga Z pada tiap Tekanan dan temperature Gas, untuk tiap2 Gas.

Yang paling gampang di Perry’s Chemical Engineering Handbook.

Tanggapan 5 – Tri P. Adhi

Pak Indra, Pak Dadang, Pak Roedy, dan lainnya

Diskusi ini menarik karena melibatkan pengetahuan praktis yang mendasar.

Saya kurang sepakat atas perumpamaan molekul gas sebagai bantal busa seperti yang disampaikan oleh Pak Dadang.

Dengan perumpamaan tersebut, Pak Dadang menyampaikan bahwa bila terdapat suatu ruang tertutup dengan volume tetap V (misal ruang yang dimiliki Truk) dan diisi sejumlah n molekul gas (n bantal), maka volume tiap bantal (tiap molekul) adalah V/n. Pengertian ini benar secara matematik, tetapi keliru berdasarkan konsep pengertian fasa gas (seperti dibahas dalam paragraf di bawah).

Selanjutnya juga disampaikan bahwa bila dilakukan penekanan gas (bantal ditekan), maka volume bantal (molekul) akan mengecil. Menurut hemat saya, ukuran (volume) suatu molekul cenderung tidak bergantung pada kondisi tekanan dan temperatur. Ukuran suatu molekul juga cenderung relatif tetap/sama ketika molekul tersebut berada dalam keadaan sebagai fasa gas, fasa cair maupun fasa padat. Yang berubah dengan tekanan dan temperatur adalah jarak antar molekul dan kecepatan gerak tiap molekul.

Ketika temperatur suatu fasa gas (yang tersusun dari n molekul) meningkat, maka kandungan energi kinetik yang dimiliki tiap molekul penyusun fasa tersebut juga meningkat, sehingga kecepatan gerak tiap molekul tersebut juga meningkat. Ketika n molekul tersebut terlingkup dalam ruang rigid tertutup dengan volume tetap (V), maka kenaikan temperatur fasa akan diikuti dengan kenaikan tekanan fasa gas. Hal ini dapat difahami dengan uraian sebagai berikut:

a. Temperatur meningkat mengakibatkan kecepatan gerak tiap molekul meningkat.

b. Karena n molekul tersebut berada dalam ruang yang tetap, maka gerakan molekul tersebut dapat dibayangkan sebagai gerakan mondar-mandir (bolak-balik) dari dinding ke dinding ruangan tersebut. Makin tinggi temperatur, berarti makin sering frekuensi tiap molekul untuk membentur dinding.

c. Tekanan fasa gas pada dasarnya adalah tekanan molekul-molekul gas yang dirasakan oleh dinding ruangan. Tekanan adalah gaya per satuan luas. Gaya yang diberikan oleh molekul gas ke dinding adalah gaya impact saat terjadi benturan molekul ke dinding. Makin tinggi temperatur, maka makin tinggi gaya impact yang diterima dinding karena makin sering terjadi benturan molekul gas ke dinding, sehingga makin tinggi pula tekanan gas yang dirasakan oleh dinding. Dalam hal ini, luas permukaan dinding adalah tetap karena volume dan bentuk ruang dapat dianggap tetap/rigid (meskipun terjadi perubahan temperatur).

Konsep pengertian fasa gas menyatakan bahwa bila sejumlah n molekul gas dimasukkan dalam ruang tertutup dengan volume V, maka seluruh molekul tersebut akan selalu bergerak tersebar menempati seluruh ruang tersebut sehingga dapat dikatakan sejumlah n molekul gas tersebut memiliki volume V. Bila kemudian ke dalam ruang tersebut ditambahkan lagi sejumlah n molekul, maka sejumlah 2n molekul gas tersebut akan memiliki volume yang tetap sama yaitu V, tetapi dengan tekanan gas yang lebih tinggi. Kenapa tekanan gas tersebut meningkat meskipun temperatur fasa dipertahankan tetap? Jawabnya adalah karena penambahan jumlah molekul dalam ruang tetap tersebut meningkatkan frekuensi benturan molekul gas ke dinding ruangan.

Kembali ke pertanyaan pak Indra, bila suatu tabung silinder CNG (volume tetap) diisi gas, maka tekanan gas dalam tabung tersebut akan meningkat dengan bertambahnya massa gas yang dimasukkan ke silinder tersebut. Dalam percaturan mengenai gas, massa gas seringkali dinyatakan dengan satuan volume pada kondisi rujukan tekanan dan temperatur tertentu (misal volume standar pada kondisi 14.7 psia dan 60 F). Jadi, makin banyak massa gas yang dimasukkan ke dalam silinder berarti makin besar pula (dalam satuan volume standar) gas yang berada dalam silinder. Sekali lagi, pertambahan massa gas ini tidak mengubah volume silinder, tetapi berakibat pada kenaikan tekanan gas di dalamnya.

Demikian tambahan penjelasan secara deskriptif tanpa melibatkan rumus-rumus.

Tanggapan 6 – BKC1037@cc.m-kagaku

Dear Pak Tri.

Terimakasih masih sempat meluangkan waktu milis ini.
Uraian saya memang tidak benar2 ilmiah, makanya di awal tulisan sengaja saya tulis ‘maaf kalau terlalu menyederhanakan’. Tujuannya, untuk sesederhana mungkin difahami. Maklum, saya kurang tahu background dari penanya (Pak Indra).

Kenapa saya umpamakan bantal? Karena bantal itu sebagian besarnya adalah gas (udara), sehingga dia compressible. Betul adanya bahwa molekuk gas tidak membesar atau mengecil.
Mungkin perumpamaan yang lebih tepat adalah ‘jumlah penumpang dalam Truk'(Volume tetap).[kalau mudik lebaran, di kampung masih banyak yang piknik pakai truk]…ketika jumlah penumpang ditambah (n bertambah), ukuran orang tidak berubah tetapi jarak antar orang menjadi semakin dekat…, antar orang jadi lebih sering tubruk-menubruk (Pressure naik) , bisa juga menjadi lebih anget (temperature naik). ..he….he…

To Pak Indra, silakan menyimak uraian dari Pak Tri yang lebih ilmiah.