STUDI EKSPERIMEN LIQUID HOLD-UP PADA ALIRAN CINCIN (ANNULAR) AIR – UDARA DI PIPA HORISONTAL MENGGUNAKAN CECM

SURYADI, ST, Prof. Dr. Ir. Indarto, DEA ; Dr.Eng. Deendarlianto, S.T., M.Sc

2014 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Pola aliran annular merupakan bagian dari pola aliran dua fasa. Fasa cair membentuk cincin (annulus) pada keliling permukaan pipa dan fasa gas sebagai inti (core) di tengah pipa. Pola aliran annular dapat terjadi di pipa horisontal pada ketel uap, kondensor, reaktor nuklir, sistem geotermal, proses industri perminyakan dan gas alam cair (LNG). Oleh karena itu diperlukan pemahaman mengenai perilaku aliran annular dari parameter-parameter utama seperti frekuensi, dimensi, kecepatan, tekanan dan liquid hold-up. Penelitian ini bertujuan mengetahui karakteristik pola aliran Annular melalui studi visulisasi dan nilai liquid hold-up dengan metode signal processing. Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi eksperimental visualisasi dan pengukuran liquid hold-up air-udara dari aliran annular pada pipa horisontal menggunakan Constant Electric Current Method (CECM). Pencampuran udara dan air menggunakan mixer dengan masing-masing saluran masuk dipisahkan oleh plat datar. Pipa acrylic transparan dengan diameter dalam 26 mm digunakan agar perilaku aliran dapat diamati secara visual. Panjang pipa seksi uji 9,5 m, panjang pipa seksi uji 1 m untuk visualisasi dan 1,72 m untuk liquid hold-up. Untuk mengukur liquid hold-up digunakan sensor CECM sebanyak 3 buah dengan jarak antar sensor 215 mm. Sensor CECM terdiri dari sepasang elektroda kuningan dengan tebal 1 mm dan jarak antar elektroda 5 mm. Pada ujung-ujung seksi uji dipasang anoda dan katoda yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik konstan yang berasal dari power suplai. Sinyal liquid hold-up dari sensor dikuatkan dengan amplifier, kemudian diubah oleh Analog to Digital Converter (ADC). Dari data sinyal tersebut kemudian dianalisis secara statistik yang meliputi rata-rata, probability distribution function (PDF), cross correlation (Cxx) dan power spectral density (PSD). Karakteristik visual dan sinyal aliran annular ditandai dengan adanya gelombang (disturbance wave dan ripple wave) juga droplet entrainment. Pola aliran annular mempunyai nilai liquid holdup yang mengumpul dari hasil analisa PSD dan bernilai kecil yang menandakan liquid film pada permukaan pipa yang tipis. Nilai liquid hold-up rata-rata cenderung semakin turun, jika nilai kecepatan superfisial udara (JG) semakin besar dan nilai kecepatan superfisial air (JL) dijaga konstan. Sedangkan nilai liquid hold-up rata-ratanya cenderung semakin naik, jika nilai kecepatan superfisial air (JL) yang semakin besar dengan nilai kecepatan superfisial udara (JG) dijaga konstan. Semakin besar kecepatan superfisial udara (JG) dan kecepatan superfisial air (JL) maka kecepatan gelombangnya (disturbance wave dan ripple wave) dan frekuensi gelombang (disturbance wave) akan semakin meningkat dan bertambah. Hasil analisa menggunakan cross correlation menunjukkan bahwa pada pola aliran yang sama, kecepatan gelombang cenderung akan semakin meningkat jika nilai kecepatan superfisial udara (JG) semakin besar dan kecepatan superfisial air (JL) dijaga konstan.

An experimental investigation was made on liquid hold-up of an annular flow in horizontal pipes of 26.0 mm ID. Superficial velocity of both phases ranged from 18.32 m/s to 36.64 m/s for air and from 0.06 m/s to 0.38 m/s for water. In the present experimental study, the visualisation study was carried-out from the analizing of the visual data obatined from the video camera. The liquid hold-up data were obtained by using a constant electric current method (CECM). The principle of this method is on the basic of the conductivity ratio of the two-phase components. In this experimental, we used three pairs of liquid hold-up sensors arranged with an axial spacing of 215 mm. As the result, it is found that : 1. Both the visual and the signal characterization by presence of wave (disturbance and ripple wave) also droplet entrainment of annular flow pattern, 2. The wave velocity (disturbance and ripple wave) of the wave (disturbance wave) will increase and grow as the increase of the air water velocity, 2. The average of liquid hold-up increases as the increase of the air water velocity, meanwhile it decreases as the air superficial velocity increases, 3. 4. Results using cross correlation analysis showed that for the same flow pattern, the wave velocity tends to be increased if the value of the superficial velocity of air increases and the water superficial velocity ( JL ) kept constant.

Kata Kunci : Aliran Dua Fasa, horisontal, annular, liquid hold-up, proses sinyal. x