Pola Aliran Dasar Teori

15 b. Aliran strata gelombang stratified wavy flow, merupakan aliran yang amplituda gelombangnya meningkat karena terjadinya kenaikan kecepatan fluida gas. c. Aliran sumbat liquid sluq flow, merupakan aliran yang amplitudo gelombangnya sangat besar sehingga menyentuh pipa bagian atas. d. Aliran cincin annular flow, merupakan aliran yang fluidanya lebih tebal di dibagian dasar pipa dibandingkan dibagian atas pipa. e. Aliran gelembung yang tersebar dispered bubbly flow, merupakan aliran yang gelembung gas mengalir pada bagian atas pipa. Peta pola aliran yang sering dipakai adalah peta pola aliran yang dibuat oleh Mandhane 1974. Pola aliran dinyatakan dengan kecepatan superfisial udara J G dan kecepatan superfisial air J L dalam satuan ms. Peta pola aliran ini digunakan untuk menentukan jenis aliran yang terjadi. Gambar 2.24. Peta Pola Aliran Mandhane, dkk, 1974 Menurut Korawan 2015 Perbedaan antar fasa yang mengalir didalam pipa akan membentuk banyak perubahan pola aliran, hal ini dikarenakan fasa fluida yang berbeda, orientasi dan geometri pipa dimana fluida-fluida yang mengalir, dan flow rates dari tiap fasa. Pengaruh elbow terhadap pola aliran pada 16 pipa horizontal terlihat nyata untuk berbagai variasi Superficial Liquid Velocity serta variasi β, hal yang menarik untuk diketahui bahwa pada kasus kecepatan superficial liquid yang tinggi, bubbly flow cenderung berubah menjadi churn flow sedangkan pada kecepatan superficial liquid yang rendah bubbly flow cenderung menjadi stratified flow. Gambar 2.25. Visualisasi Pola Aliran Pada Kecepatan Usl = 0,4 ms Korawan, 2015 17 Gambar 2.26. Visualisasi Pola Aliran Pada Kecepatan Usl = 0,55 ms Korawan, 2015 Gambar 2.27. Visualisasi Pola Aliran Pada Kecepatan Usl = 0,85 ms Korawan, 2015 18 Gambar 2.28. Visualisasi Pola Aliran Pada Kecepatan Usl = 1,0 ms Korawan, 2015 Gambar 2.29. Visualisasi Bubble flow Pada TPI Dengan Variasi Usl Korawan, 2015 Beberapa jenis aliran sangat dipengaruhi oleh bilangan Reynold. Bilangan Reynold adalah bilangan tidak berdimensi yang penting digunakan untuk penelitian aliran fluida didalam pipa. Adapun persamaan bilangan Reynold adalah sebagai berikut: 19 � = ��� � ……………………………………………………………………2.1 Dengan: V = Kecepatan Fluida ms D = Diameter Dalam Pipa m ρ = Massa Jenis Fluida kgm³ μ = Viskositas Dinamik Fluida kgm.s atau N.sm² Kata superficial velocity dari tiap fasa bisa digambarkan sebagai volumetric flux, yaitu flow rate dari tiap fasa dibagi area pipe cross sectional dengan asumsi bahwa fasa mengalir sendiri didalam pipa. Sehingga untuk superficial gas velocity dan superficial liquid velocity bisa diperoleh sebagai berikut: � � = � � � ……………............................................................................. 2.2 � = � � � ………………………………………………………….......... 2.3 Dimana : � � = Kecepatan superficial gas ms � = Kecepatans uperficial liquid ms � = Gas flow rate pada pipa � s = Liquid flow rate pada pipa � s A = Luas pipa pada area cross sectional � 20 Menurut Munson 2013 aliran fluida dibedakan berdasarkan bentuk aliran dan berdasarkan waktu. Aliran fluida berdasarkan bentuk alirannya : a. Aliran Laminar Aliran dengan fluida yang mengalir pada lapisan-lapisan atau lamina – lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar. Aliran laminar ini mempunyai nilai bilangan Reynolds-nya kurang dari 2100 Re 2100. Gambar 2.30. Aliran Laminar Munson, dkk, 2013 b. Aliran Turbulen Aliran bergerak dari partikel-partikel fluida yang tidak menentu karena telah mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida ke bagian fluida yang lain dalam ukuran yang besar. Dimana nilai bilangan Reynolds-nya lebih besar dari 4000 Re 4000. Gambar 2.31. Aliran Turbulen Munson, dkk, 2013 c. Aliran Transisi Aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turblen, nilai bilangan Reynolds- nya antara 2100 sampai dengan 4000 2100Re4000. 21 Gambar 2.32. Aliran Transisi Munson, dkk, 2013 Aliran fluida berdasarkan waktu, yaitu : a. Aliran Steady Aliran yang kecepatannya tidak dipengaruhi terhadap waktu sehingga kecepatan tetap konstan pada setiap titik tidak mempunyai percepatan. b. Aliran Transient Aliran yang kecepatannya terjadi karena dipengaruhi terhadap waktu.

2.2.2 Aliran Annular

Aliran annular merupakan bagian dari aliran dua fasa. Penurunan tekanan pada suatu aliran menjadi masalah yang sangat penting. Tebalnya suatu film atau banyaknya cairan yang masuk kedalam pipa pada aliran annular dapat dideteksi dengan menggunakan model aliran dua fasa. Aliran annular terjadi karena fluida udara mengalir ditengah pipa dalam jumlah yang lebih besar dan membentuk cincin annular dan air mengalir lebih sedikit disepanjang permukaan pipa. Didasar permukaan pipa, air yang mengalir lebih banyak dan cairan film lebih tebal daripada bagian permukaan atas pipa, adanya dua fasa fluida dengan viskositas yang berbeda akan membentuk gelombang yang berpengaruh besar terhadap perilaku aliran. 22

2.3 Computation Fluid Dynamics CFD

Computation Fluid Dynamics CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, interaksi fluida dengan terstruktur, sistem akustik dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan-persamaan matematika model matematika dengan pemodelan dikomputer. Pada dasarnya, persamaan-persamaan pada fluida dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan-persamaan diferensial parsial PDE = partial differential equation yang mempresentasikan hukum konversi massa, momentum dan energi. Dengan menggunakan software ini kita dapat membuat virtual prototype dari sebuah sistem atau alat yang ingin dianalisis dengan menerapkan kondisi nyata dilapangan. Software CFD akan memberikan kita data-data, gambar- gambar, atau kurva –kurva yang menunjukkan prediksi dari performasi keandalan sistem yang didesain tersebut. Hasil analisa CFD sering berupa prediksi kualitatif meski terkadang kuantitatif tergantung dari persoalan dan data yang di-input. Hal yang paling mendasar mengapa computational fluid dynamics CFD banyak sekali digunakan, karena dengan CFD dapat dilakukan analisis terhadap suatu sistem dengan mengurangi biaya eksperimen. Keunggulan atau keuntungan dari software CFD, yaitu : 1. Kemampuan studi sistem yang tidak mampu dikontrol dengan eksperimen. 2. Kemampuan studi sistem dalam kondisi berbahaya diluar batas kinerja normal. 3. Hasil yang didapatkan semakin detail dan akurat. 4. Waktu yang diperlukan sangat sedikit dibandingkan dengan eksperimen. Kelemahan dari software CFD, yaitu : 1. Boundary condition kondisi batas yang dimasukkan salah maka hasil yang didapatkan tidak sesuai atau tidak maksimal. 2. Membutuhkan perangkat komputer yang baik dan sesuai.