Pengaruh Variasi Sudut Kemiringan Pipa Arah Vertikal terhadap Two Phase Flow Induced Vibration pada Sistem Perpipaan

Emil Hakim, Dr. I Made Miasa S.T., M.Sc.

2019 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Getaran yang disebabkan oleh aliran dua fase atau biasa disebut two phase flow induced vibration (FIV) merupakan fenomena yang kerap kali ditemukan dalam dunia industri. Hal ini dapat menyebabkan kegagalan pada sebuah sistem apabila dibiarkan terjadi dan tentu berdampak pada meningkatnya biaya perawatan serta berkurangnya produktivitas. Salah penyebab terjadinya FIV pada adalah komponen pengubah arah aliran seperti elbow dan tee. Penelitian ini memiliki fokus untuk mengetahui karakter two phase FIV pada variasi kemiringan pipa akibat penggunaan elbow dengan sudut yang bervariasi. Penelitian ini dilakukan menggunakan sistem perpipaan dengan pipa akrilik berdiameter 24 mm, dengan lima variasi sudut elbow yaitu 30 derajat, 45 derajat, 60 derajat, 75 derajat dan 90 derajat. Selain itu digunakan sembilan variasi komposisi aliran dua fase dengan cara mengatur kecepatan superfisial aliran fluida. Terdapat tiga variasi kecepatan superfisial air yaitu 0,418, 0,558 dan 0,697 m/s sedangkan untuk kecepatan superfisial udara yang digunakan adalah 0,835, 3,967 dan 7,0978 m/s. Eksperimen dilakukan menggunakan sensor accelerometer yang diletakkan pada tiga posisi yaitu 30 cm sebelum elbow, tepat pada elbow serta 30 cm setelah elbow. Selanjutnya, dilakukan simulasi modal analisis untuk membandingkan frekuensi natural yang muncul pada saat eksperimen. Dari hasil penelitian dapat diketahui bahwa variasi komposisi aliran dua fase serta variasi sudut elbow memberikan pengaruh pergeseran frekuensi meskipun tidak signifikan. Variasi pola aliran slug menimbulkan getaran yang paling tinggi. Hasil eksperimen juga menunjukkan sistem perpipaan dengan kemiringan semakin tajam menghasilkan getaran yang semakin besar dengan kenaikan nilai rata-rata RMS percepatan 4,82 % serta RMS kecepatan 6,60 % tiap kenaikan sudut elbow 15 derajat.

Two-phase flow-induced vibration (FIV) is a phenomenon that often occurs in industrial plants. This can lead to the failure of a system if allowed to occur and certainly has an impact on increasing maintenance costs and reduced productivity. One of the causes of FIV is the flow direction modifying components such as elbows and tees. This study has a focus on knowing the character of two-phase FIV on incline pipe angle due to the use of elbow with varying angles. The experiment was conducted using an acrylic pipe with inside diameter 24 mm and using five variations of elbow angle that is 30 degrees, 45 degrees, 60 degrees, 75 degrees and 90 degrees. . In addition, nine variations of the composition of two-phase flow were also used by regulating the superficial velocity of fluid flow. There are three variations of superficial velocity of water, namely 0.418, 0.558 and 0.697 m/s while for superficial velocity of air used are 0.835, 3.967 and 7.0978 m/s. The experiment was conducted using an accelerometer sensor which was placed in three positions, 30 cm before the elbow, on the elbow and 30 cm after the elbow. Next, a modal analysis simulation is performed to compare the natural frequencies that appear during the experiment. The experiment showed that the variation of the composition of two-phase flow and the variation of elbow angle gives the effect of frequency shifting although not significant. Slug flow pattern causes the highest vibration. The experimental results also show that the piping system with larger incline pipe angle produces greater vibration with an increase in the average value of the RMS acceleration of 4.82% and the RMS speed of 6.60% for each increase 15 degrees elbow angle.

Kata Kunci : Flow induced vibration, aliran dua fase, elbow, frekuensi alami, spektrum frekuensi, modal analisis