STUDI EKSPERIMENTAL TENTANG INISIASI DAN PERKEMBANGAN ALIRAN SLUG PADA PIPA HORIZONTAL

YUSNANDA AGUS N, Dr. Deendarlianto, S.T., M. Eng. ; Prof. Dr. Ir. Indarto, D.E.A.

2016 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Aliran multifase merupakan aliran yang melalui sebuah pipa atau saluran di mana terdapat dua atau lebih fase dari zat yang mengalir di dalam aliran tersebut. Fase-fase dari zat yang mengalir tersebut merupakan kombinasi dari gas dan cairan. Pada prakteknya, hampir semua proses teknologi harus berhadapan dengan aliran multifase. Pada pembangkit listrik tenaga panas bumi, aliran multifase merupakan aliran yang sering terjadi dan sangat diperhitungkan. Salah satu contoh aliran multiphase adalah aliran slug. Aliran slug pada dunia industri merupakan aliran yang sering dihindari karena dapat merusak peralatan industri seperti pipa akibat momentum yang besar dari aliran slug itu sendiri. Inisiasi slug dari aliran gas-liquid sendiri sudah menjadi subyek penelitian dan masih menjadi perdebatan. Berdasarkan latar belakang tersebut, sebuah penelitian dilakukan pada 3 pipa dengan diameter 16 mm, 26 mm, dan 50 mm untuk meneliti tentang perkembangan dari frekuensi slug, pengaruh diameter dan kecepatan superfisial dari air-udara terhadap perkembangan slug dan pengamatan visual dari perkembangan slug dengan menggunakan high speed camera. Rentang kecepatan superfisial udara yang digunakan adalah JG dari 0,7 m/s hingga 6 m/s dan untuk kecepatan superfisial air adalah JL dari 0,2 m/s hingga 1,13 m/s. Untuk pengambilan data visual sendiri dilakukan pada daerah inisiasi slug dan 6 titik yaitu 25D, 50D, 75D, 100D, 150D dan 200D dengan menggunakan high speed camera. Data berupa frekuensi inisiasi dan perkembangan slug kemudian mekanisme pembentukan slug akan dianalisis melalui data visual. Hasil yang didapatkan adalah untuk nilai kecepatan superfisial air yang konstan, seiring bertambahnya kecepatan superfisial udara, slug terbentuk semakin mendekati inlet. Selanjutnya, mekanisme pembentukan slug terbagi menjadi : Mekanisme perkembangan gelombang yang terjadi pada rentang JL dari 0,2 m/s hingga 0,44 m/s dan JG dari 0,7 m/s hingga 2,83 m/s; Mekanisme wave coalescence terjadi pada JL dari 0,2 m/s hingga 0,44 m/s dan JG lebih besar dari 3,77 m/s pada ketiga pipa; Selanjutnya mulai JL = 0,77 m/s terjadi gangguan pada daerah inlet yang mempengaruhi mekanisme pembentukan slug. Hasil yang terakhir yaitu diameter pipa memberikan pengaruh terhadap perkembangan slug berupa : pergeseran mekanisme pembentukan slug, pergeseran lokasi inisiasi slug terutama yang melalui mekanisme perkembangan gelombang, dan frekuensi dari slug dimana semakin kecil diameter pipa, frekuensi slug yang terbentuk semakin besar. Kata kunci : inisiasi slug, frekuensi slug, perkembangan slug, visualisasi

Multiphase flow was simultaneous flow of materials with different states or phases (i.e. gas, liquid or solid) or materials with different chemical properties but in the same state or phase. In geothermal reservoirs and many other geo-technical applications, coupled multiphase flow is considered to be the underlying governing process that controls the system behavior. Under the high temperature and high pressure environment, the phase change phenomena such as evaporation and condensation have a great impact on the heat distribution, as well as the pattern of fluid flow. One example of multiphase flow was slug flow. The existence of slug flow can create problems for the designer or operator in geothermal industry. The high momentum of the liquid slugs can create considerable force as they change direction passing through elbows. Because of that, slug flow became one of hot topic in multiphase flow research. Based on that background, the experimental investigation to give a better understanding about the mechanism of slug initiation and development was carried out. Using inner diameter of 0.016 m, 0.026 m, and 0.05 m of acrylic pipe, 6 axial locations which are 25D, 50D, 75D, 100D, 150D, and 200D were observed by a high speed camera. Visualization analysis was conducted to obtain the slug frequency and to determine the slug mechanism. The effect of pipe diameter was also analyzed through this experiment. The range of gas superficial velocity was from 0.7 m/s until 6 m/s and the range of liquid superficial velocity was from 0.2 m/s until 1.13 m/s. The result of this experiment were : at fixed liquid velocity, slugs were formed closer to the inlet along with the increase of gas velocity; The mechanisms of slug formation were also observed. There were 3 mechanism based on the magnitude of gas and liquid velocities. At JL from 0.2 m/s until 0.44 m/s and JG from 0.7 m/s until 2.83 m/s the mechanism was through wave growth mechanism; The second mechanism was through wave coalescence which is at JL from 0.2 m/s until 0.44 m/s and JG larger than 3.77 m/s. At JL = 0.77 m/s, there is a disturbance in the inlet that affect the initiation of the slug. As the result, slug was formed near the inlet; The last result of this experiment was pipe diameter will affect the development of slug which are the mechanism of slug formation, the location of slug initiation and the frequency of slug. Keywords: slug initiation, slug frequency, slug development, visualization

Kata Kunci : inisiasi slug, frekuensi slug, perkembangan slug, visualisasi