KARAKTERISTIK ALIRAN PLUG AIR-UDARA PADA PIPA BERDIAMETER KECIL DAN HORISONTAL

BILHAN GAMALIEL HARTANTO, Dr. Eng. Deendarlianto, ST., M.Eng.

2013 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Aliran multi fase dapat ditemukan pada sistem perpipaan. Pola aliran yang sering ditemukan adalah pola aliran slug. Pola aliran ini harus dihindari karena dapat menyebabkan pipa pecah (blasting pipe), kerusakan struktur akibat getaran, atau memicu terjadinya korosi akibat kavitasi. Dalam pola aliran slug terdapat pola aliran plug yang merupakan transisi aliran dari stratified ke slug. Pola aliran plug berfungsi sebagai pendeteksi aliran slug yang akan masuk ke dalam sistem. Jenis aliran plug dapat dilihat melalui metode visualisasi dan metode signal processing. Oleh karena itu diperlukan pemahaman mengenai perilaku pola aliran plug dari parameter-parameter utama seperti : kecepatan, frekuensi, dan liquid hold-up. Penelitian ini mempelajari karakteristik aliran plug yang terjadi di pipa kecil berdiameter 16 mm dan horisontal. Penelitian ini juga mengamati pengaruh dari perubahan diameter yang timbul akibat pergantian dari pipa yang besar menjadi pipa yang kecil. Dengan menggunakan pipa yang lebih kecil dapat menimbulkan kerugian aliran fluida, seperti : gesekan, bentuk, kecepatan, energi aliran serta terbentuknya sedimentasi dan turbulensi aliran. Metodologi yang digunakan adalah visualisasi dan pengukuran liquid hold-up air-udara dari aliran plug pada pipa horisontal menggunakan Constant Electric Current Method (CECM). Pencampuran udara dan air menggunakan mixer dengan pipa porous. Pipa acrylic transparan dengan diameter 16 mm. Perilaku aliran dapat diamati secara visual menggunakan kamera video kecepatan tinggi. Panjang pipa sebelum seksi uji 5 m, panjang pipa uji 1 m untuk visualisasi dan 1,72 m untuk liquid hold-up. Untuk mengukur liquid hold-up digunakan sensor CECM sebanyak 2 buah dengan jarak antar sensor 215 mm. Pada ujungujung seksi uji dipasang anoda dan katoda yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik konstan. Sinyal dari sensor dikuatkan dengan amplifier, kemudian diubah oleh Analog to Digital Converter (ADC). Dari data sinyal tersebut kemudian diubah menjadi data liquid hold-up, kecepatan, dan frekuensi plug. Aliran plug pada pipa horisontal mempunyai ciri visual dengan adanya kantong udara panjang yang bergerak pada bagian atas pipa dimana batas antara udara dan air terlihat jelas. Bentuk dan ukuran plug yang berada di pipa berdiameter 16 mm lebih kecil dibandingkan di pipa berdiameter 26 mm. Ini disebabkan banyaknya gelembung gas yang pecah dan menjadi gelembunggelembung gas yang kecil, sehingga bentuk dan ukuran plug di pipa berdiameter 16 mm lebih kecil. Ini berpengaruh terhadap frekuensi gelombang yang lebih banyak di pipa berdiameter 16 mm. Untuk hasil liquid hold up pada aliran plug lebih banyak terbentuk di pipa berdiameter 16 mm. Pola aliran plug di diameter yang berbeda dapat terbentuk secara bersamaan dengan variasi kecepatan superfisial air (JL) dan kecepatan superfisial udara (JG) yang sama, hasil analisa dari metode visualisasi dan metode signal processing tidak berbeda jauh secara signifikan.

Slug flow in a multi-phase flow pattern of piping systems should be avoided because it can lead to blasting pipe, structural failure due to vibration, or lead to corrosion caused by cavitation. Plug flow is a part of the slug flow. Plug flow is transition of flow pattern from stratified to slug flow. It has simillar characteristics with slug flow and it has also potensial danger in nuclear reactor on loss of coolant accident (LOCA) case. Plug flow can be seen with visualization and signal analysis method. In this study, characteristic of plug flow and effects due to changes pipe diameter was investigated. The plug flow mechanism was studied by change the superficial velocity of gas (JG) from 0,12 to 0,70 m/s on change of liquid superficial velocity (JL) from 0,25 m/s to 1,13 m/s for each pipe diameter of 16 and 26 mm. The CECM (constant electric current method) method is compared with the visualitation method. The result of CECM is used to analysis liquid hold up, cross correlation, Probability Distribution Function (PDF), and Power Spectra Density (PSD). From the analysis is known that the higher of gas velocity superficial, the higher of velocity of gas plug for each pipe diameter. Liquid hold up is indicating transient characteristic of plug flow. The result of visualitation methode is used to analysis shape and size plug, wave frequency and wave velocity. From the analysis is known that the shape and size of the plug in the pipe diameter 16 mm is smaller compare with pipe diameter 26 mm. The pipe diameter 16 mm produces more plug than pipe diameter 26 mm, it caused higher wave frequency than pipe diameter 26 mm.

Kata Kunci : Aliran plug, Diameter pipa, Liquid hold-up, Constant Electric Current Method (CECM), Bentuk dan ukuran gas plug, Frekuensi gelombang