SIFAT-SIFAT ALIRAN STRATIFIED DITINJAU DARI KARAKTERISTIK LOKAL (VISUALISASI, LIQUID HOLD-UP DAN SIGNAL PROCESSING) PADA PIPA HORIZONTAL

Akhmad Zidni Hudaya, Prof. Dr. Ir. Indarto, DEA,

2013 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Pola aliran stratified merupakan pola aliran dua fasa yang mempunyai tingkat keamanan operasional yang tinggi. Pada aliran stratified fasa cairan dan fasa gas terpisah secara jelas oleh adanya perbedaan berat jenis antara kedua fasa. Selain pengamatan dan analisa visual, analisa sinyal liquid hold-up merupakan salah satu metode untuk menentukan pola dan karakteristik aliran dua fasa. Sedangkan pengukuran Liquid hold-up sebagai fungsi waktu masih menjadi permasalahan yang belum tuntas dalam aliran dua fasa. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik visual aliran stratified dan karakteristik transient aliran stratified dari data liquid hold-up. Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi eksperimental visualisasi dan pengukuran liquid hold-up air-udara dari aliran stratified 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 sebelum seksi uji 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/stochastic yang meliputi rata-rata, probability distribution function (PDF), cross correlation dan power spectral density (PSD). Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik visual dan karakteristik transien aliran stratified ditandai dengan bentuk atau pola antarmuka cairan dan gas. Pola aliran stratified smooth (SS) mempunyai bentuk antarmuka yang datar dengan sebaran nilai liquid hold-up yang mengumpul, sedangkan pada pola aliran stratified wavy + ripple (SR), Stratified wavy + Roll (SW), dan Pseudo-slug (PS) mempunyai bentuk antarmuka bergelombang dan sebaran nilai liquid hold-up yang melebar. Nilai liquid hold-up rata-rata cenderung semakin turun, jika nilai kecepatan superfisial udara (JG) semakin besar, sedangkan nilai liquid hold-up rata-ratanya cenderung semakin naik, jika nilai kecepatan superfisial air (JL) semakin besar. 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. Hasil analisa menggunakan Power Spectra Density (PSD) menunjukkan bahwa frekuensi gelombang aliran stratified wavy+ripple akan cenderung turun jika nilai kecepatan superfisial air (JL) semakin besar. Sedangkan pengaruh perubahan kecepatan superfisial udara (JG) tidaklah signifikan terhadap frekuensi gelombang.

The visualitation and the time variation of liquid hold-up in a horizontal air-water stratified flow (26.0 mm ID and 9.5 m in total length) has been investigated experimentally. In the present experimental study, the visualisation study was carried-out from the analizing of the visual data obatined from the video camera and the liquid film behavior was investigated by measure the instantaneous local liquid hold-up by using a Constant Electric Current Method (CECM). The principle of this method is on the basis of the conductivity ratio of the two-phase components. Here we used three pairs of liquid hold-up sensors arranged with an axial spacing of 215 mm. As a result it was found that : (1) Both the visual and the signal characterization of the interfacial wave can be used to determine the flow sub-regime in air-water stratified flow. In the smooth stratified sub-regime, no wave were observed and dominant liquid value in probability distribution function (PDF) were cumulated into a narrow. Meanwhile, in the stratified wavy + ripple (SR), stratified wavy + roll (SW), and pseudo-slug (PS) sub-regimes, the interfacial wave were appeared and dominant liquid value in probability distribution function (PDF) were spreaded, (2) the average liquid hold-up increases as the water superficial velocity increases, meanwhile it decreases as the air superficial velocity increases, (3) in the same flow sub-regime, the wave velocity increases as the air superficial velocity increases, and (4) in the stratified wavy+ripple (SR,) dominant frequency decreases as the air superficial velocity increases.

Kata Kunci : Aliran stratified, CECM, karakteristik visual, karakteristik transien, liquid hold-up.