pengaruh konsentrasi garam terhadap karakterisitik aliran dua fase gas dan air

12 Pages·2012·5.21 MB·Indonesian

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
PENGARUH KONSENTRASI GARAM TERHADAP
KARAKTERISITIK ALIRAN DUA FASE GAS DAN AIR
Edi Widodo1*,, Ali Akbar2, Supriyanto3⁾
Universitas Muhammadiyah SidoarjoKampus II
Jl. Raya Gelam 250, Candi, Sidoarjo, 61271, Jawa Timur
Telp : [phone]Indonesia
[email protected],[email protected],[email protected]
Abstrak
Fenomena aliran dua fase memiliki karakteristik khusus yang dikaji dalam
penelitian aliran. Sebagai bagian dari aliran multi fase, aliran dua fase diuji untuk
mendapatkan data-data karakteristik aliran, kelebihan dan kekurangannnya. Aliran dua fase
pada pipa vertikal banyak dijumpai pada sistem transportasi perpipaan karena
fleksibiltasnya dalam jaringan dan distribusi. Analisa dilakukan untuk mengetahui
pengaruh penggunaan pipa vertical terhadap karakteristik pressure drop pada aliran dua
fasegas-cairan.
Pengujian dilakukan secara eksperimental mengunakan pipa transparan dengan
diameter dalam 36 mm dan tebal 2 mm pada pipa vertical serta larutan garam sebagai
fluida kerja cairan dan udara sebagai fluida kerja gas. Persentase larutan garam
divariasikan mulai dari 5%, 10%, 15%, dan 20% untuk mendapatkan karakteristik pressure
drop pada masing-masing kondisi. Pengukuran pressure drop pipa vertical diukur dengan
menggunakan flowmeter.
Hasil pengamatan dan pengolahan data didapatkan kondisi flooding selalu diawali
dengan ketidakstabilan aliran film diikuti adanya pola aliran seperti droplet, aliran acak
serta tetesan-tetesan air. Saat flooding, pola aliran tersebut saling berinteraksi dan
membentuk gelombang. Permukaan film bergerak ke atas searah dengan aliran udara dan
gradien tekanan meningkat tajam. Peningkatan kecepatan udara menyebabkan
pengangkatan sebagian film air, dan terjadi peningkatan ketebalan film secara mendadak
terjadi lebih cepat pada jarak relatif lebih jauh dari sisi air masuk. Kecepatan superficial
flooding penuh dari 4 variasi, persentase larutan garam yang paling rendah sebesar 5%
diperoleh kecepatan superficial air 0,06 (m/s) dan kecepatan superficial udara 5,62 (m/s).
Kecepatan superficial ini merupakan nilai kecepatan terbesar dibandingkan dengan 3
presentasi larutan garam yang lebih besar. Dengan demikian semakin kecil persentase
konsentrasi larutan garam, kecepatan superficial baik air maupun udara semakin
meningkat. Flooding yang terjadi dipengaruhi dengan konsentrasi garam. Semakin rendah
kandungan garam, fenomena flooding akan terjadi semakin cepat.
Kata kunci : flooding, aliran dua fase,
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
1. Pendahuluan Cooling Accident). Uap panas yang
Aliran dua fase adalah aliran fluida mengalir keatas di dalam pipa menghambat
yang terdiri dari dua macam zat yang laju pendinginan dari air yang diinjeksikan
berbeda fase yang mengalir secara ke bawah. Air pendingin yang berasal dari
bersamaan dalam suatu saluran. Misalnya, Emergency Core Cooling ini tertahan dan
aliran dua fase air dan udara, aliran dua tidak dapat mengalir kebawah, dengan
fase cair-padat atau aliran dua fase gas- demikian peningkatan suhu tidak
padat. Aliran dua fase ini banyak terelakkan dan menyebabkan lelehnya
ditemukan pada berbagai instalasi mesin, dinding pipa. Disamping itu terbentuk uap
seperti instalasi pompa air lumpur yang yang menyebabkan peningkatan tekanan
mengalirkan zat cair dan padat atau pada didalam pipa. Keadaan ini disebut LOCA
instalasi Air Conditioning yang (Loss of Cooling Accident)[1]yang
mengalirkan fluida freon dalam fase gas disebabkan terjadinya peristiwa flooding di
dan cair. dalam pipa.
Pada aliran satu fase, pressure drop Mahmudin (2008) menyatakan
dipengaruhi oleh Reynolds number yang tebal film dan fenomena dengan
merupakan fungsi dari viscositas, berat menggunakan suatu instalasi water injector
jenis fluida dan diameter pipa. Sedangkan berbentuk annular berlubang banyak.
aliran dua fase mempunyai fenomena yang Proses flooding terjadi pada kecepatan
sangat kompleks disamping dipengaruhi aliran udara 2,904 m/s.water injector
oleh Reynolds number pada aliran dua fase berbentuk annular berlubang banyak
juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, menemukan bahwa bila air yang terbawa
diantaranya adalah interaksi antar fase, oleh aliran udara semakin banyak maka air
pengaruh deformasi permukaan dan yang mengalir ke seksi uji semakin kecil
pergerakan antar fluida, pengaruh hingga mencapai nol (Q ≈ 0), serta akan
Liq
ketidakseimbangan fase, perubahan pola terjadi sumbat fluida.[2]
aliran dan hambatan-hambatan yang ada Dalam aliran dua fase larutan
didalam pipa. garam dan udara juga dapat dimungkinkan
Flooding adalah peristiwa pembalikan terjadinya kerak yang terjadi didalam
arah aliran fluida cair yang semula sistem perpipaan, sambungan pada sistem
kebawah menjadi keatas searah dengan perpipaan, pengecilan dan pembesaran
aliran udara, faktor-faktor yang sistem perpipaan dan lain-lainnya. Yang
mempengaruhi terjadinya flooding antara menyebabkan terjadinya fenomena
lain diameter dan panjang saluran, flooding. Fenomena flooding pada aliran
kekasaran permukaan dinding saluran, dan dua fase larutan garam dan udara
system inlet dan outlet saluran. Dalam berlawanan arah, konsentrasi larutan garam
aliran dua fase berlawanan arah tidak memberikan dampak terhadap
menutup kemungkinan terjadinya karakteristik aliran dua fase air dan udara.
hambatan-hambatan yang terjadi seperti Tujuan yang ingin dicapai adalah melihat
sambungan,kerak dan lain-lainnya yang terjadinya fenomena flooding jika terjadi
bisa menyebabkan terjadinya flooding perubahan konsentrasi larutan garam
lebih cepat. Batas aliran berlawanan arah dalam sistem perpipaan. Penggunaan
(counter-current flow limitation) terjadi larutan garam dengan konsentrasi
bila kecepatan aliran yang mengalir ke bervariasi, diberikan prosentase garam
bawah dan udara mengalir ke atas melebihi mulai dari 5%, 10%, 15%, dan 20%.
harga kritisnya, maka sebagian larutan Pengamatan dilakukan pada gradient
akan terangkat ke atas searah dengan aliran tekanan, pola aliran, dan batas kecepatan
udara, fenomena ini disebut onset of maksimal dari fluida.
flooding. Kegagalan pendinginan pada Variasi larutan garam dilakukan
reaktor nuklir disebabkan terjadinya untuk menganalisa pengaruh konsentrasi
kegagalan pendinginan iti reaktor (Loss of terhadap besar kecepatan superficial udara
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
pada saat terjadi flooding pada aliran dua perubahan karakterisitik flow patern yang
fase khususnya larutan garam dan udara dipengaruhi oleh kecepatan superficial
vertikal berlawanan arah. Pola aliran pada cairan dan kualitas volumetrik gas.[3] Pada
aliran dua fase vertical larutan garam dan setiap kecepatan superficial cairan untuk
udara berlawanan arah diamati untuk kualitas volumetrik gas menengah
mendapatkan karakteristik pola aliran yang (medium) terjadi homogeneous bubbly flow
terjadi. Selanjutnya didapatkan data dan dense bubbly flow untuk kisaran
Fenomena flooding pada aliran dua fase kualitas volumetrik gas yang tinggi.
vertical larutan garam dan udara Sedangkan (Muhammad, 2008)
berlawanan arah. Penelitian dilakukan mengatakan, flooding ditentukan oleh
dengan menggunakan ketentuan: kecepatan kritis udara, yang membentuk
gelombang film pada bagian bawah saluran
1. Media yang digunakan adalah pipa uji, dan merambat keatas searah
larutan garam dan udara. dengan aliran udara, yang rnengakibatkan
2. Trial pengujian dilakukan pada lonjakan beda tekanan secara tiba-tiba pada
posisi vertical. manometer diatas injektor cairan.
3. Tidak ada heat dan mass transfer Fenomena flooding selalu diawali dengan
antara fase. ketidakstabilan aliran film diikuti adanya
4. Karena tidak ada heat dan mass pola aliran seperti droplet, aliran acak serta
transfer maka viscositas tidak tetesan-tetesan air. Saat flooding pola
mendekati nol. aliran tersebut saling berinteraksi dan
5. Pengujian dengan memakai pipa membentuk gelombang. Pada permukaan
acrylic dengan diameter film yang bergerak ke atas searah dengan
dalam(Din) = 36 mm dengan aliran udara dan gradien tekanan
ketebalan 2 mm. Pipa acrylic meningkat tajam Sementara itu,
dengan tujuan agar dapat dilihat peningkatan kecepatan udara yang
visualisasi pola aliran. menyebabkan pengangkatan sebagian film
6. Fenomena flooding akibat adanya air, dan teramati juga peningkatan
pencampuran larutan garam ketebalan film secara mendadak terjadi
terhadap aliran dua fase air udara. lebih cepat pada jarak relatif lebih jauh dari
sisi air masuk (z=2200 mm), bila
Tujuan penelitian yang menjadi dibandingkan pada z=400 mm dan z=1600
target yang akan didapatkan adalah : mm. Peningkatan ketebalan film tersebut
1. Mengetahui pengaruh adanya diindikasikan sebagai fenomena hydraulic
pencampuran media fluida terhadap jump look like.
terjadinya flooding pada aliran
Aliran dua fase adalah aliran fluida
duafase.
yang terdiri dari dua macam zat yang
2. Mengetahui bagaimana pengaruh
berbeda fase yang mengalir secara
adanya pencampuran media fluida
bersamaan dalam suatu saluran.
terhadap fluktuasi perbedaan
Misalnya, aliran dua fase cair-gas, aliran
tekanan dan pola aliran pada aliran
dua fase cair-padat atau aliran dua fase
dua fase larutan garam dan udara
gas-padat. Aliran dua fase ini banyak
vertical berlawanan arah.
ditemukan pada berbagai instalasi
3. Melihat fenomena yang terjadi
mesin, seperti instalasi pompa air
ketika persentase larutan garam di
lumpur yang mengalirkan zat cair dan
variasikan.
zat padat. Aliran dua fase merupakan
.
bagian dari aliran multifase. Aliran dari
2. Sistematika Aliran Fluida
fase yang berbeda ini banyak dijumpai
2.1. Aliran Dua-Fase
dalam kehidupan sehari-hari maupun
Aliran dua fase gas cairan yang
dalam proses-proses industri. Aliran
melewati pipa vertikal mengalami
multifase dalam berbagai aplikasi
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
dijumpai pada sistem perpipaan, boiler lewat injektor berbentuk saluran pada
pada pembangkit tenaga nuklir, pada bagian atas. Sedangkan gas dialirkan
industri perminyakan dan lain keatas dari dasar pipa uji dengan laju aliran
sebagainya. Aliran multifase sendiri bervariasi dari kecepatan 0 hingga
dapat dibagi menjadi beberapa bagian, melewati kecepatan kritis. Pada laju aliran
ada aliran dua fase, tiga fase, atau lebih. konstan cairan sebagai film akan mengalir
Aliran dua fase sendiri masih dapat kebawah sepanjang pipa uji karena
dibedakan menjadi beberapa bagian pengaruh gravitasi. Film cairan ini tidak
lagi, dilihat dari fase yang merata, tetapi berbentuk riak yang sangat
menyertainya, yaitu aliran dua fase cair- halus. (gambar 1a) Jika laju aliran udara
padat, cair-gas, dan gas-padat. dinaikkan, film semakin bergelombang
Disamping dari fasenya aliran dua fase terutama pada bagian bawah saluran pipa
juga dibedakan berdasar arah aliran uji (gambar 1b). Jika laju aliran udara terus
(searah dan berlawanan arah) dan dinaikkan maka gelombang film pada
kedudukan salurannya (tegak, mendatar, seluruh permukaan makin besar,
atau miring). Aliran dua fase ini banyak mengakibatkan butiran cairan terbawa
dijumpai baik dalam kehidupan sehari- kedalam inti udara (gambar 1c). Pada laju
hari maupun dalam proses-proses aliran udara semakin tinggi, butiran cairan
industri, seperti pada ketel uap, semakin besar dan membentuk sumbatan
kondensor, alat penukar panas, reaktor yang merambat keatas (gambar 1d) massa
nuklir, pencairan gas alam, pipa saluran cairan ini menempel pada bagian dalam
dan lain-lain. saluran diatas injektor. Fenomena ini
terjadi secara tiba-tiba data peristiwa ini
Aliran yang mengalami perubahan
disebut flooding atau titik flooding.
pola aliran (flow regime) dapat
menyebabkan pressure drop (penurunan
tekanan) yang berubah pula atau
berfluktuasi. Maka dilakukan
identifikasi pola aliran (flow regime)
yang terjadi sepanjang aliran untuk
memprediksi hubungan pressure drop
dengan aliran dua fase tersebut. Secara
umum parameter–parameter yang
diperhatikan diantaranya debit fluida
cair dan gas, viskositas fluida, pola
aliran, tegangan geser antar fase dan Gambar.1 Mekanisme Flooding [1]
konfigurasi pipa.
Aliran dua fase ini banyak dijumpai Pada proses industri yang
baik dalam kehidupan sehari-hari maupun menggunakan kondensor refluks, yang
dalam proses-proses industri, seperti pada mengandalkan aliran uap dan kondensat
ketel uap, kondensor, alat penukar panas, berlawanan arah, laju aliran uap tidak
reaktor nuklir, pencairan gas alam, pipa diizinkan melampaui laju aliran yang
saluran dan lain-lain. Tujuan mempelajari menyebabkan terjadinya flooding (laju
aliran dua fase, suatu prediksi untuk aliran gas flooding), sebab akan
menggambarkan peformance peralatan menghasilkan terbawanya kondensator
seperti penurunan tekanan, fraksi hampa, yang tidak diinginkan. Peristiwa flooding
koefisien perpindahan panas dan massa dapat pula dijumpai pada reaktor nuklir.
serta fenomena fisik dari peralatan. [4] Bila inti reaktor menjadi kering sebahagian
atau seluruhnya, kemudian diusahakan
2.2. Flooding pembasahan dari atas. Air yang mengalir
Aliran berlawanan arah terjadi ketika kebawah masuk kedalam inti akan dilawan
cairan dimasukkan kedalam pipa vertikal
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
oleh uap hasil pendidihan (flasing) yang aliran gas dan cairan tidak berpengaruh
mengalir keatas, sehingga mengakibatkan terhadap arah aliran.
gagalnya pendinginan. Hal ini disebut
Pentingnya pengaturan debit aliran atau
sebagai LOCA (Lost of Cooling Accident).
kecepatan aliran gas dan cairan maksudnya
Dengan memprediksi awal terjadinya
adalah untuk memperoleh daerah-daerah
flooding dan memberikan pertimbangan
aliran yang diharapkan untuk masing-
yang tepat, kerugian pendinginan tersebut
masing kondisi. Dengan varibel kecepatan
dapat dihindari.
aliran gas dan cairan diperoleh pola aliran
seperti aliran gelembung, aliran kantung
2.3. Sistem Likuid -Gas
gas atau sumbat cairan, aliran acak, aliran
Dalam sistem aliran dua fase yang
kabut tetes cairan dan aliran cincin.[6]
terdiri dari fase likuid-gas masalah yang
perlu diketahui adalah konfigurasi aliran,
2.6. Pipa Vertikal
penurunan tekanan (pressure drop) dan
fraksi dari volume saluran yang
ditempati oleh fase udara atau yang lebih
Pola aliran dua fase dalam saluran
dikenal dengan fraksi hampa (void
horisontal akan berbeda dengan saluran
fraction).
vertikal. Dalam saluran horisontal udara
akan cenderung berada diatas, karena
2.4. Konfigurasi Aliran
lebih ringan. Pola aliran dalam saluran
Pemisahan air dan uapnya dalam
vertikal dapat ditentukan menjadi 5
saluran pipa panas atau dingin dapat seperti pada gambar 2.2 [7]
dipresentasikan dalam berbagai bentuk
1. Aliran gelembung (buble), dimana
dimana pengetahuan dan prediksi
gelembung udara mempunyai
dibutuhkan untuk menghitung penurunan
ukuran uniform.
tekanan dan koefisien perpindahan kalor
2. Aliran kantung udara atau sumbat
antara fluida dua fase dan dinding pipa.
likuid (plug/slug), dimana gas yang
Aliran likuid-gas dapat mengambil
mengalir membentuk gelembung
berbagi konfigurasi geometris yang
besar (kadang-kadang gelembung
dikenal sebagai pola aliran. Parameter
udara kecil terdistribusi di cairan.
yang penting dalam menentukan pola
3. Aliran acak (churn), dimana terjadi
aliran adalah :
gerakan osilasi sehingga cairan
1. Pegangan permukaan atau injektor,
menjadi tidak stabil.
yang menjaga dinding saluran tetap
4. Aliran cincin (annular), dimana
basah dan cenderung untuk membuat
sebagian fase likuid berlaku sebagai
tetes-tetes likuid dan gelembung gas
film di dinding pipa dan sebagian
kecil.
lagi berupa tetesan yang terdistribusi
2. Gravitasi, yang cenderung mendorong
dalam gas yang mengalir pada
likuid pada dasar saluran.
bagian tengah pipa.
5. Aliran cincin kabut tetes likuid
2.5. Pola aliran
(wispy annular), dimana konsentrasi
Dalam sistem aliran berlawanan arah
tetesan dalam gas bertambah dan
(counter-current) dengan pipa vertikal ada
akhirnya bergabung membentuk
kondisi batas dimana kecepatan aliran
gumpalan.
kedua fase tidak dapat dinaikkan lagi, bila
melewati kondisi kritisnya maka akan
Pola aliran yang berlaku pada pipa
terjadi penggenangan (flooding), tidak ada
vertikal dengan arah aliran ke atas, dapat
lagi cairan yang turun kebawah dan aliran
dilihat pada gambar 2
menjadi searah ke atas. Pada aliran searah
(counter-current) perubahan kecepatan
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
mempunyai arti penting, kecepatan
dimana semua turbulensi diredam oleh
kekentalan fluidanya.
Bilangan Reynolds yang tak
berdimensi, menyatakan perbandingan
perbandingan gaya-gaya inersia terhadap
gaya-gaya viskositas (kekentalan). Untuk
Gambar 2. Pola aliran pipa vertikal.[7] pipa bundar dengan aliran penuh,
bilangan Reynolds :
2.7. Penentuan konfigurasi aliran pipa
vertikal
Diagam Hewitt-Robert (gambar 3)
merupakan diagram yang paling sering
dipakai untuk meramalkan konfigurasi
(3)
aliran. Sistem koordinat yang digunakan
adalah sebagai berikut:
Dengan:
Absis : = = kekentalan kinematik fluida (m2
/det)
(1)
= diameter pipa (m) ; r = jari-jari
0
pipa (m)
(2) = kerapatan massa jenis fluida
Dengan :
(kg/m3)
= berat jenis (kg/m)
= kekentalan absolut (Pa . s)
U = kecepatan superficial (m/s)
G = fluks massa (kg/ms) = kecepatan rata-rata (m/det)
X = kualitas uap
2.9. Penurunan Tekanan (Pressure
Drop)
Penurunan tekanan adalah perubahan
tekanan karena aliran dua fase melalui
suatu sistem yang merupakan parameter
penting dalam perancangan, baik untuk
sistem adiabatik maupun sistem dengan
perubahan fase seperti ketel dan
kondensor.
Tidak ada korelasi umum untuk
penurunan aliran dua fase yang akurat,
Gambar 3 Diagram aliran Hewitt-Robert
untuk pipa vertikal. [7] hal ini mungkin disebabkan karena
korelasi yang ada digunakan untuk
mewakili berbagai situasi fisik.
2.8. Kecepatan Kritis
Walaupun demikian, untuk menghitung
Dilihat dari kecepatan aliran
penurunan tekanan diadakan pendekatan
dikategorikan sebagai laminar bila aliran
seperti aliran dianggap homogen atau
tersebut mempunyai bilangan Reynolds
terpisah. Semakin besar fluks massa dan
kurang dari 2300. Untuk aliran transisi
kualitas aliran semakin besar pula
berada pada bilangan Re 2300 dan 4000
penurunan tekanan.
biasa juga disebut sebagai bilangan
Reynolds kritis, sedangkan aliran
Tabel 1 Perbandingan Air dan Garam yang
turbulen mempunyai bilangan Reynolds
di variasikan
lebih dari 4000. Kecepatan kritis yang
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
a. Polaaliran.
N Debit
Satuan Garam Satuan b. Kecepatan maksimal fluida saat
o Air
terjadi flooding.
c. Kecepatan maksimal udara saat
1 5
terjadi flooding.
2 100 Liter 10
%
3.2. Instalasi Penelitian
3 15
Instalasi penelitian yang digunakan
4 20
pada penelitian ini terlihat seperti skema
Dengan menggunakan metode
pada gambarberikut
eksperimental variasi konsentrasi larutan
garam dilakukan, untuk mendapatkan data
pengaruh terhadap terjadinya flooding.
3. Metode penelitian
3.1. Variabel Penelitian
Variabel-variabel yang digunakan
dalam penelitian ini adalah :
1. Variabel bebas (Independent
Variable)
Variabel bebas adalah variabel
yang besarnya ditentukan. Pada
penelitian ini variabel bebasnya
adalah Debit udara divariasikan
dari 3, 5, 7, 9, L/s.
Sedangkan untuk debit larutan
garam di variasikan yang tertera
pada tabel 1 perbandingan air dan Gambar 4. Instalasi Penelitian.
garam. 3.3. Alat dan Bahan Penelitian
2. Variabel terkontrol (Controlled 3.3.1. Alat
Variable) A.Kompressor
Variabel terkontrol adalah variabel Kompressor berfungsi untuk
yang nilainya ditentukan dan menyuplai udara bertekanan menuju test
dikondisikan konstan. Dalam section.
penelitian ini variabel terkontrolnya B. Pompa air
adalah larutan garam dan udara Pompa air berfungsi untuk
sebagai media pengujian, posisi menyuplai fluida cair bertekanan menuju
pipa acrylic vertikal, diameter pipa seksi uji.
acrylic 36 mm, tidak ada heat dan C.Water flowmeter dan Air flowmeter
mass transfer antar fase, dan Berfungsi untuk mengukur flowrate
viscositas larutan garam dan udara udara dan larutan garam yang akan masuk
tidak mendekati nol. kedalam seksi uji.
3. Variabel terikat (Dependent
Variable) D.Pengaduk larutan garam
Variabel terikat adalah variabel menggunakan mixer.
yang nilainya tergantung dari Mixer digunakan sebagai alat bantu
variabel bebas dan diketahui pengaduk dengan tujuan agar air dan
setelah penelitian garam dapat tercampur secara merata.
dilakukan.Variabel terikat yang E. Flowmeter
diamati pada penelitian ini adalah: Flowmeter berfungsi untuk
mengukur perubahan gradient tekanan
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
pada seksi uji untuk mendeteksi terjadinya 6. Amati perubahan gradient tekanan
flooding. diatas injector untuk mendeteksi awal
F. Handycam / kamera digital terjadinya flooding.
Handycam / kamera digital 7. Dengan menggunakan kamera digital
digunakan untuk mendapatkan pola aliran atau handycame pola aliran dapat
dari aliran fluida duafase. direkam dengan baik dan dilakukan
dengan cermat untuk mendapatkan
3.3.2. Bahan gambarfenomenaflooding.
A. Pipa acrylic 8. Catat Debit udara saat terjadinya
Pipa acrylic berfungsi sebagai flooding dan rekam fenomena
keluarnya campuran dua fase udara alirannya.
dan larutan garam dari test section 4. Pembahasan
menuju connecting line, kemudian Hasil pengujian tentang pengaruh
menuju separator. variasi konsentrasi larutan garam terhadap
B. Pipa PVC fenomena flooding pada aliran dua fase
Pipa PVC berfungsi sebagai cair-udara vertical berlawanan arah,
connecting line pipe. dipergunakan dalam perhitungan data.
C. Regulator
Regulator berfungsi untuk mengatur 4.1. Perhitungan konversi ∆P rata-rata
tekanan input udara dan air dari (mmH2O) ke∆P rata-rata ( )
compressor dan pompa air, diharapkan
tekanan udara dan air masing-masing Untuk ∆P = 2 mmH O
2
sama.
D. Larutan garam
(4)
Larutan garam berguna untuk
mempengaruhi konsentrasi terhadap
karakteristik aliran dua fase air uadra di
mana massa jenis larutan garam lebih
berat di bandingkan dengan massa jenis
air.
3.4. Prosedur pengambilan data
Langkah-langkah pelaksanaan
pengujian :
1. Mixing 100 liter air dengan variasi
prosentase garam dari 5,10,15,20%.
2. Kompresor dijalankan sampai tekanan 4.2. Perhitungan kecepatan
udaradalam tangki 10 bar. superficial air
3. Pompa dijalankan dan dibiarkan Untuk debit air 3 liter/menit
sampai akumulator air terisi 3/4 1. Volume alir air (Va)
bagian.
4. Dengan menggunakan katup, debit
larutan garam dapat dipertahankan 2. Massa alir air (ma)
mulai dari 3, 4, 5, 6,7,9 L/min. dan
dapat dibacapadaskalaflowmeter air. (5)
5. Debit udaradinaikkan setiap satu skala
flowmeter udara dimulai dari skala 3,
4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 L/s, atau sampai
terjadi flooding.
3. Fluks massa air (Ga)
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Fenomena ini terjadi karena pada saat itu
sudah banyak air dipaksa mengalir keatas
oleh pergerakan udara. Fenomena ini
(6)
dikategorikan sebagai fenomena terjadinya
awal flooding.
Hubungan kenaikan tekanan differensial
seiring debit udara, secara teoritis dapat
dijelaskan sebagai berikut. P1 adalah
tekanan pada titik sebelah atas pipa,
sedangkan P2 adalah tekanan pada titik
bawah pipa. Kedua titik ini dihubungkan
dengan manometer kolom air. Sesuai
4. Kecepatan superficial (Ua)
dengan teori yang telah umum diketahui
bahwa kecepatan mempunyai nilai yang
(7) berbanding terbalik dengan tekanan.
Semakin tinggi tekanan maka semakin
kecil kecepatan. Pada pengukuran tekanan
differensial pada penelitian ini, saat
diberikan penambahan debit udara pada
seksi uji maka akan merubah tekanan
differensial yang terbaca pada manometer.
4.2. Hubungan Debit Udara Terhadap Penambahan debit alir udara sebanding
Tekanan pada Berbagai Debit Air dengan peningkatan massa alir udara.
Garam Sedangkan massa alir udara sebanding
dengan kecepatan superficial udara.
(8)
Saat kecepatan superficial udara pada titik
2 meningkat, maka P2 akan menurun,
sehingga P1>P2. Saat terjadi flooding,
kecepatan udara adalah cepat bahkan jika
dilihat dari pola alirannya maka ada aliran
udara yang sampai menempel dinding
dalam tabung. Kondisi ini semakin
menurunkan V2. Sebaliknya aliran air
kebawah akan terganggu sehingga
Gambar 5. Hubungan tekanan diferensial kecepatannya pun akan menjadi semakin
terhadap debit udara pada konsentrasi rendah dan akan meningkatkan tekanan P1.
larutan garam 5%. Pada grafik terlihat bahwa pada debit
air 3 liter/menit, terjadi peningkatan
Pada gambar 5 terlihat pada setiap tekanan differensial yang tidak terlalu
variasi debit air yang diberikan, didapat drastis walaupun debit udara sudah
suatu tren grafik, jika debit udara mencapai nilai 40 liter/second. Pada
dinaikkan maka tekanan differensial akan pelaksanaan penelitian memang pada
naik. Kenaikan tekanan differensial variabel ini tidak tampak terjadinya awal
cenderung tidak terlalu drastis pada debit flooding.
udara awal atau dibawah 5 liter/second. Meninjau tekanan differensial awal
Namun pada saat debit udara di naikkan flooding, dari gambar 5 terlihat bahwa
diatas 7 liter/second, terjadi kenaikkan untuk semua debit air, terkecuali debit air 3
tekanan differensial secara drastis.
KE-22
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTMXIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
liter/menit, awal flooding terjadi pada
tekanan diferensial diatas 40 N/m2.
Flooding tercepat terjadi pada debit air
3 liter/menit dengan debit udara 16
liter/second. Flooding terlama terjadi pada
debit air 3 liter/menit dengan debit udara
40 liter/second.
Gambar.7. Hubungan tekanan diferensial
terhadap debit udara pada konsentrasi
larutan garam 15%.
Pada gambar 7 terlihat bahwa tren
grafik yang tersaji, menunjukkan
kemiripan dengan grafik yang tersaji pada
gambar 6. Perbedan yang tampak adalah
bahwa awal flooding (kenaikan drastis
tekanan differensial) terjadi pada debit
udara yang lebih besar. Flooding tercepat
Grafik 6 Hubungan tekanan diferensial terjadi pada debit air 15 liter/menit dengan
terhadap debit udara pada konsentrasi debit udara 40 liter/second. Flooding
larutan garam 10%. terlama terjadi pada debit air 3 liter/menit
dengan debit udara 20 liter/second.
Pada gambar 6 terlihat bahwa tren Tekanan differensial awal flooding terjadi
grafik yang tersaji, menunjukkan rata-rata diatas 30 N/m2, bahkan ada yang
kemiripan dengan grafik yang tersaji pada lebih dari 120 N/m2.
gambar 5. Perbedan yang tampak adalah
bahwa awal flooding (kenaikan drastis Pada gambar 8 dapat dianalisa unjuk
tekanan differensial) terjadi pada debit kerja dari masing-masing persentase
udara yang lebih kecil. Flooding tercepat larutan garam menunjukkan fenomena
terjadi pada debit air 3 liter/menit dengan flooding. Bahwa flooding awal terjadi
debit udara 16 liter/menit. Flooding padad debit air 3 dengan debit udara 16
terlama terjadi pada debit air 9 liter/menit pada persentase 5%.
dengan debit udara 24 liter/menit. Tekanan Bahwa dapat disimpulkan dari ke
differensial awal flooding terjadi pada empat variasi persentase larutan garam
kurang lebih 20 N/m2. untuk massa jenis 5% lebih ringan
dibandingkan dengan persentase larutan
garam 10,15 dan 20 % sehingga terjadinya
flooding awal pada persentase 5%.
KE-22