STUDI FENOMENA SLUGGING SEBAGAI INISIASI WATER HAMMER PADA PROSES KONDENSASI UAP DI DALAM PIPA HORISONTAL

Sukamta, Prof. Dr. Ir. Indarto, DEA

2012 | Disertasi | EKSTENSI TEKNIK MESIN

Fenomena slugging yang didefinisikan sebagai inisiasi terbentuknya water hamer sangat menarik untuk dikaji karena dampaknya sangat strategis terhadap faktor safety pada sistem dan peralatan di industri, misalnya pada pressurized water reactor, heat exchanger, tansportasi uap dan gas di industri kimia, air conditioning, dan sebagainya. Penelitian ini bertujuan untuk memahami fenomena slugging sebagai inisiasi water hammer melalui eksperimen kondensasi uap tidak kontak langsung dengan analisa data beda tekanan dan data temperatur pada pipa horisontal. Bahan yang digunakan dalam hal ini adalah air (H2O), yang kemudian dipanaskan dengan menggunakan steam generator untuk menghasilkan uap air yang kemudian dikondensasikan untuk membentuk aliran uap-kondensat pada pipa horisontal, dan air yang digunakan sebagai pendingin pada pipa anulus bagian luar. Pipa uji terdiri atas pipa anulus bagian dalam terbuat dari tembaga (din = 17.2 mm, do = 19 mm) dengan panjang 1,8 m, sedangkan pipa anulus bagian luar terbuat dari galvanized iron pipe (din = 108.3 mm, do = 114.3 mm) dengan panjang 1,6 m. Termokopel tipe 36 TT OMEGA dengan material chromel (+) and alumel (-) digunakan untuk mendeteksi distribusi temperatur yang terjadi di sepanjang pipa uji (L=1,6 m). Peralatan akuisisi data seri RX 40 (OMRON, 20 Channels) digunakan untuk merekam data temperatur dengan sampling rate 5 Hz. Pengukuran beda tekanan digunakan differential pressure tranducer sensor model validyne dengan tingkat akurasi ±0,25% dan peralatan akuisisi data dengan sampling rate 1.31 kHz. Data temperatur dan fluktuasi beda tekanan diolah dan dianalisa dengan menggunakan grafik dan analisa statistik. Pada kondisi tekanan statis rata-rata dan temperatur uap sebelum memasukki pipa uji Ps=7,5 kPa dan T = 119,7 °C, diperoleh hasil 1). Peta pola aliran daerah non slugging meliputi aliran stratified dan wavy, transisi yaitu aliran wavy-slug dan slugging (slug dan large-slug). Pola aliran slug dan large-slug inilah yang didefinisikan sebagai inisiasi terjadinya fenomena water hammer karena kondensasi uap. 2). Daerah transisi yaitu pada pola aliran wavy-slug terjadi pada range ṁco=110-1 kg/s sampai dengan ṁco= 610-1 kg/s dan ṁst=610-3 kg/s sampai dengan ṁst=7,510-3 kg/s, serta ṁco< 310-1 kg/s dan ṁst=810-3 kg/s sampai dengan ṁst=910-3 kg/s). Data ini penting untuk melengkapi database yang dapat dijadikan input di dalam merancang early warning system untuk sistem keselamatan instalasi perpipaan aliran dua fase khususnya uap-kondensat.

Slugging phenomenon that defined as initiating the water hammer is very interesting study because it has strategic impact on safety factor in industry system and equipment i.e. . pressurized water reactor, heat exchanger, steam or gas transportation in chamical industry, air conditioning, etc. The objective of this research is to investigate the slugging as initiating water hammer phenomena through non directly cantact steam condensing experimental study in a horizontal pipe. The experiment apparatus used in present experimental study consisted of an inner annulus pipe made from copper (din = 17.2 mm, do = 19 mm) with a length of 1.8 m. The outer pipe annulus was a galvanized iron pipe (din = 108.3 mm, do = 114. 3 mm) with a length of 1.6 m. Tested liquid was water. In the experiment, the water was heated using a boiler to generate steam which was then flowed and condensed inside the annulus pipe to form a steam-condensate two-phase flow in horizontal pipe. On the other hand, the water was used as a coolant in the outer of annulus pipe. Thermocouples type K 36 TT OMEGA with chromel (+) and alumel (-) materials were used as temperature sensors, to detect the spread of temperature in circumferential or axial direction along the pipe. The measurement ranged from -50 to 260 oC, with an accuracy of 0.01 °C. A data logger of RX 40 serial (OMRON, 20 Channels) was used to record the temperature data with a sampling rate of 5 Hz. The pressure drop axial the test is directly measured using a differential pressure tranducer (validyne, accuracy of ±0.25%) with a sampling rate of 1.31 kHz. Data of Temperature and differential pressure fluctuations on the steam condensation in a horizontal pipe was analyzed using statistical analysis. For the static pressure Ps=7,5 kPa dan the temperature T = 119,7 °C, the results are fo 1). Flow pattern area of non slugging (stratified and wavy flow), transition (wavy-slug flow), and slugging (slug and large-slug). The flow pattern of slug and large-slug are defined as initiating water hammer phenomena, 2). Transition area range of wavy-slug flow pattern are from ṁco=110-1 kg/s to ṁco= 610-1 kg/s for ṁst=610-3 kg/s to ṁst=7.510-3 kg/s, and ṁco< 310-1 kg/s for ṁst=810-3 kg/s to ṁst=910-3 kg/s. These data are very important to develop the database for input the early warning system design in a safety of two-phase flow installation piping system.

Kata Kunci : Slugging, water hammer, kondensasi uap, pipa horisontal, pola aliran