Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam mengembangkan metode pengukuran aliran dua fasa lewat simulasi CFD.
4 2.1 Tinjauan Pustaka
Penelitian mengenai pola aliran annular dua fasa air-udara pada pipa horizontal telah banyak dilakukan. Distribusi liquid hold up pada aliran cincin
(annular) air-udara dipipa horizontal menggunakan C.E.C.M. Nilai liqid hold up
sangat tergantung pada besar dan kecilnya kecepatan superfisial gas (Suryadi, dkk, 2013).
Gambar 2.1. Visualisasi Aliran Annular JL = 0,06 m/s dan JG = 18,32 m/s (Suryadi, dkk, 2013)
Gambar 2.2. Visualisasi Aliran Annular JL = 0,13 m/s dan JG =39,26 m/s (Suryadi, dkk, 2013)
Suandi, dkk (2013) melakukan penelitian tentang pengaruh viskositas terhadap liquid hold-up dan kecepatan gelombang aliran annular dua fasa gas-cair pada pipa horizontal. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaruh viskositas terhadap liquid hold-up ditandai dengan nilai liquid hold-up rata-rata larutan gliserin 30% yang lebih tinggi dibandingkan dengan liquid hold-up air 100%.
Gambar 2.3. Struktur Antar Muka Gas-Cair Aliran Wavy-Annular Pada JL = 0,05 m/s dan JG = 12 m/s (Suandi, dkk, 2013)
Gambar 2.4. Struktur Antar Muka Gas-Cair Aliran Annular Pada JL = 0,05 m/s dan JG =18 m/s (Suandi, dkk, 2013)
Hermawan (2015) melakukan penelitian tentang deteksi mulai terbentuknya aliran cincin pada pipa horizontal menggunakan sensor elektrode. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa meningkatnya kecepatan superfisial udara terhadap kecepatan superfisial air yang konstan menghasilkan tebal film rata-ratanya semakin menipis.
Gambar 2.5. Aliran Yang Terbentuk Pada JL = 0,025 m/s dan JG =10 m/s (Hermawan, 2015)
Gambar 2.6. Aliran Yang Terbentuk Pada JL = 0,1 m/s dan JG = 12 m/s (Hermawan, 2015)
Gambar 2.7. Aliran Yang Terbentuk Pada JL = 0,4 m/s dan JG =30 m/s (Hermawan, 2015)
Biksono (2006) melakukan penelitian tentang karakteristik dan visualisasi aliran dua fasa pada pipa spiral. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien gesek dua fasa lebih besar dibandingkan data satu fasa. Aliran transisi lebih cepat terjadi pada aliran dua fasa, yaitu pada bilangan Reynold ( � antara (1,600-1,700). Efek penambahan variasi kecepatan udara ( �), menyebabkan kenaikan nilai koefisien gesek.
Gambar 2.8. Grafik Hubungan (Re-�) Dengan Penambahan Kecepatan Aliran Udara Ug Dari (0,0199-0,1191) m/s dan Kecepatan Aliran Air UL Dari (0,397-1,191) m/s (Biksono, 2006)
Gambar 2.9. Fraksi Hampa Vs Kecepatan Superfisial Udara Penambahan Kecepatan Air (UL) Pada Pipa Spiral (Biksono, 2006)
Tzotzi, dkk (2010) melakukan penelitian tentang pengaruh properti pada pola aliran gas-cair dua fasa pada pipa horizontal dan pipa bawah. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa penurunan tegangan permukaan dari 72 mN/m (air) ke 35 mN/m (dengan menggunakan butanol) hasil penurunan gas dari tingkat yang lebih besar diperlukan untuk terjadinya ganguan pertama untuk tingkat cairan yang sama.
Roul, dkk (2012) melakukan penelitian tentang permodelan numerik dari penurunan tekanan akibat aliran satu fasa dan aliran dua fasa dari udara-air melalui lubang tebal. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa aliran melalui lubang tipis (s/d = 0,025), kontak vena terbentuk diluar pembatasan, sedangkan untuk lubang tebak (s/d = 0,59) kontak vena selalu terbentuk didalam pembatasan. Penurunan tekanan ∆P dilubang meningkat dengan penurunan ketebalan orifice
dan penurunan tekanan berkurang dengan peningkatan rasio daerah.
Sadatomi, dkk (2010) melakukan pengujian tentang pengaruh tegangan dua fasa gas-cair pada pipa horizontal berdiameter kecil. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa sifat cair dan diameter pipa berpengaruh kuat pada transisi pola aliran, terutama dalam masa transisi aliran slug dan bubble.
Gambar 2.10. Aliran Air-Udara, PLE-Udara, FC-Udara dan Aliran HFE-Udara Pada Pipa 5 mm di Empat Cairan dan Volumetric Gas Fluks Kombinasi (Sadatomi, dkk, 2010)
Purnama (2013) melakukan penelitian tentang kajian eksperimen mengenai topologi dasar dari aliran annular air-udara pada pipa horizontal. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi perubahan mean liquid hold-up, wave velocity, dan wave number tergantung pada kecepatan superficial cairan dan gas. Mean liquid hold-up berkurang terhadap peningkatan kecepatan superficial gas dan meningkat terhadap kenaikan kecepatan superficial cairan. Selanjutnya wave velocity dan wave number meningkat terhadap peningkatan kecepatan superficial cairan dan gas.
Gambar 2.11. Aliran Annular Pada Kecepatan Superfisial Air 0,05 m/s dan Kecepatan Superfisial Gas 12 m/s Pada Pipa 16 mm (Purnama, 2013)
Gambar 2.12. Aliran Annular Pada Kecepatan Superfisial Air 0,05 m/s dan Kecepatan Superfisial Gas 12 m/s Pada Pipa 26 mm (Purnama, 2013)
Isyad (2012) melakukan penelitian tentang pengaruh aliran dua fasa gas-cair terhadap fluktuasi gaya pada dinding pipa horizontal. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa gaya terbesar terjadi pada saat pola aliran gelembung (bubble), sedangkan pada pola aliran sumbat liquid lebih menunjukkan gaya yang ditimbulkan lebih berfluktuasi dibandingkan dengan pola aliran yang lain.
Gambar 2.13. Grafik Fluktuasi Gaya Pada Aliran Gelembung (Bubble)
Gambar 2.14. Grafik Fluktuasi Gaya Pada Aliran Kantung Gas (Plug) (Isyad, 2012)
Gambar 2.15. Grafik Fluktuasi Gaya Pada Aliran Strata Licin (Stratified) (Isyad, 2012)
Fauzi, dkk (2014) melakukan penelitian tentang karakteristik aliran dua fase (air-udara) pada horizontal circular channel melalui orifice. Adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa distribusi tekanan pada aliran dua fase memiliki kecenderungan yang sama dengan aliran satu fasa.
Gambar 2.16. Grafik Distribusi Tekanan Pada Alirn Satu Fasa (Air) dan Aliran Dua Fasa (Air-Udara) (Fauzi, dkk, 2014)
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2.17. Grafik Hubungan Fraksi Volume Gas Terhadap Faktor Pengali Aliran Dua Fasa (a) Q1 = 14 liter/menit, (b) Q1 = 16 liter/menit, (c) Q1 = 18 liter/menit, (d) Q1 = 20 liter/menit (Fauzi, dkk, 2014)
Sukamta, dkk (2010) melakukan penelitian tentang identifikasi pola aliran dua fasa uap-kondensat berdasarkan pengukuran beda tekanan pada pipa horizontal. adapun hasil penelitian menunjukkan bahwa pola aliran yang teridentifikasi pada aliran dua fasa air-uap air (kondensat) dari hasil kondensasi uap pada pipa horizontal ini meliputi pola aliran stratified, wavy, plug, pre-slug
dan slug.
Gambar 2.18. Fenomena Gradien Tekanan Dengan Quap = 0,00211361 m3/s Pada Detik Ke-34 (Stratified) (Sukamta, dkk, 2010)
Gambar 2.19. Fenomena Gradien Tekanan Untuk Quap = 0,005456701 m3/s Pada Detik Ke-2,75 (Pre-Slug) (Sukamta, dkk, 2010)
Gambar 2.20. Fenomena Gradient Tekanan Untuk Quap = 0,005456701 m3/s Pada Detik Ke-6 (Wavy) (Sukamta, dkk, 2010)
Gambar 2.21. Fenomena Gradient Tekanan Untuk Quap = 0,005456701 m3/s Pada Detik Ke-102 (Plug) (Sukamta, dkk, 2010)
Yao, dkk (2016) melakukan penelitian tentang permodelan aliran annular
dua fasa udara dan air pada pipa horizontal berdiameter kecil. Adapun penelitian menunjukkan bahwa pola aliran annular-wavy berhasil dimodelkan menggunakan simulasi CFD dan aliran annular menggunakan proses transient. CFD digunakan untuk memprediksi ketebalan film distribusi air.
Gambar 2.22. Kontur Volume Air-Udara Menggunakan VOF Permodelan Transient Dari Pola Aliran Plug Sampai Pola Aliran Annular, Menunjukkan Bahwa : A) Aliran Plug/Slug, B) Aliran Slug, C), D), E), F) Aliran Annular-Wavy, G) Aliran Annular, H) Skala Warna VOF Yang Mewakili Semua Diagram (Yao, dkk, 2016)
analisa terjadinya pola aliran annular dengan menggunakan software CFD. Maka dari itu penelitian ini mengambil topik simulasi CFD aliran annular air-udara searah pipa horizontal, yang bertujuan untuk mempelajari secara detail bentuk pola aliran annular dengan menggunakan aplikasi FLUENT dan untuk membandingkan hasil eksperimen dan hasil simulasi.