KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH TEGANGAN PERMUKAAN TERHADAP MEKANISME TERBENTUKNYA ALIRAN CINCIN (ANNULAR FLOW) PADA ALIRAN DUA FASA CAIR-GAS DI PIPA HORISONTAL

prasetyo, Dr.Eng. Deendarlianto, S.T., M.Eng.

2014 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Aliran annular banyak ditemukan dalam pembangkit listrik panas bumi, Baik pada pipa dengan saluran vertikal dan horisontal. Karena perbedaan antara berat jenis fluida cair dan gas, maka kecepatan gas lebih cepat dari kecepatan cairan, kondisi ini akan membentuk aliran annular. Karena adanya perbedaan suhu dan tekanan, tegangan permukaan dari suatu cairan akan berubah. Tujuan dari studi ini adalah untuk mengetahui pengaruh tegangan permukaan pada mekanisme terbentuknya aliran annular. Penelitian ini akan menggunakan metode visualisasi, menganalisa fungsi liquid hold-up terhadap waktu, probability distribution function, kecepatan gelombang, wave number, dan domain frekuensi dengan metode power spectra density. Untuk memvariasikan tegangan permukaan dari fluida cair, maka digunakan penambahan surfaktan butanol. Dalam penelitian ini, digunakan pipa dengan saluran horisontal diameter 16 mm dan panjang total 9,5 m. Metode visualiasasi penelitian disini menggunakan kamera dan metode Constant Electric Current Method (CECM) untuk pembacaan sinyal. Pada Metode CECM digunakan tiga sensor dengan jarak aksial antar sensor 215 mm. Nilai liquid hold-up didapatkan dengan cara membagi output tegangan dari sensor pada kondisi dalam pipa terisi penuh oleh cairan, dengan output sensor pada kondisi dalam pipa terisi udara dan cairan. Kecepatan gelombang dihitung dengan menggunakan korelasi silang dari keluaran output sensor hold-up. Sebagai hasil, dengan metode visualisasi dan CECM pengaruh tegangan permukaan dapat dianalisa serta dari nilai liquid hold-up selanjutnya diolah untuk mendapatkan data yang dibutuhkan seperti kecepatan gelombang aliran annular, domain frekuensi, dan sebaran nilai liquid hold-up.

Annular flow is widely found in geothermal application, either on the pipe with a vertical and horizontal pipe. Due to the difference in density, the gas velocity is faster than the liquid velocity. This condition will form an annular flow. Because of differences in temperature and pressure, the surface tension of the fluid will change. The purpose of this present study is to investigate the effect of surface tension on annular mechanism. This study will use visualization method, time varying liquid hold-up, probability distribution function, wave velocity, wave number, and frequency dominant with power spectra density method in a horizontal liquid-gas on annular two-phase flow. To variate the liquid surface tension, different ratio of mixed liquid has been added with buthanol. In the present work, time variation of liquid hold-up in a horizontal liquid-gas annular flow (16 mm ID and 9.5 m in total length) has been investigated experimentally. It was investigated by measuring the instantaneous local liquid hold-up by using a Constant Electric Current Method (CECM). Here we used three pairs of liquid hold-up sensors arranged with an axial spacing of 215 mm. The wave velocity was computed by using the cross correlation of two successive liquid hold-up sensors. As a result it was found that the liquid hold-up signal obtained by Constant Electric Current Method (CECM) can be used to determine the liquid hold-up profile and the wave velocity of annular flow. The surface tension has an important role on the liquid hold-up and wave velocity.

Kata Kunci : Aliran annular, tegangan permukaan, liquid hold-up, CECM.