Tinjauan Pustaka TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

5 Gambar 2.3. Struktur Antar Muka Gas-Cair Aliran Wavy-Annular Pada J L = 0,05 ms dan J G = 12 ms Suandi, dkk, 2013 Gambar 2.4. Struktur Antar Muka Gas-Cair Aliran Annular Pada J L = 0,05 ms dan J G =18 ms 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 J L = 0,025 ms dan J G =10 ms Hermawan, 2015 6 Gambar 2.6. Aliran Yang Terbentuk Pada J L = 0,1 ms dan J G = 12 ms Hermawan, 2015 Gambar 2.7. Aliran Yang Terbentuk Pada J L = 0,4 ms dan J G =30 ms 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 ms dan Kecepatan Aliran Air U L Dari 0,397- 1,191 ms Biksono, 2006 7 Gambar 2.9. Fraksi Hampa Vs Kecepatan Superfisial Udara Penambahan Kecepatan Air U L 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 mNm air ke 35 mNm 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 sd = 0,025, kontak vena terbentuk diluar pembatasan, sedangkan untuk lubang tebak sd = 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. 8 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. 9 Gambar 2.11. Aliran Annular Pada Kecepatan Superfisial Air 0,05 ms dan Kecepatan Superfisial Gas 12 ms Pada Pipa 16 mm Purnama, 2013 Gambar 2.12. Aliran Annular Pada Kecepatan Superfisial Air 0,05 ms dan Kecepatan Superfisial Gas 12 ms 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 Isyad, 2012 10 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. 11 Gambar 2.16. Grafik Distribusi Tekanan Pada Alirn Satu Fasa Air dan Aliran Dua Fasa Air-Udara Fauzi, dkk, 2014 a b 12 c d Gambar 2.17. Grafik Hubungan Fraksi Volume Gas Terhadap Faktor Pengali Aliran Dua Fasa a Q 1 = 14 litermenit, b Q 1 = 16 litermenit, c Q 1 = 18 litermenit, d Q 1 = 20 litermenit 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 Q uap = 0,00211361 m 3 s Pada Detik Ke-34 Stratified Sukamta, dkk, 2010 Gambar 2.19. Fenomena Gradien Tekanan Untuk Q uap = 0,005456701 m 3 s Pada Detik Ke-2,75 Pre-Slug Sukamta, dkk, 2010 13 Gambar 2.20. Fenomena Gradient Tekanan Untuk Q uap = 0,005456701 m 3 s Pada Detik Ke-6 Wavy Sukamta, dkk, 2010 Gambar 2.21. Fenomena Gradient Tekanan Untuk Q uap = 0,005456701 m 3 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 PlugSlug, B Aliran Slug, C, D, E, F Aliran Annular-Wavy, G Aliran Annular, H Skala Warna VOF Yang Mewakili Semua Diagram Yao, dkk, 2016 14 Dari uraian tinjauan pustaka diatas belum banyak penelitian mengenai 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.

2.2 Dasar Teori

2.2.1 Pola Aliran

Pola aliran mempunyai arti yang sangat penting dalam hal menetukan perilaku aliran fluida dalam suatu pipa terutama aliran dua fasa. Campuran antara cair-gas dalam suatu pipa dapat digunakan untuk menyelesaikan suatu model analisis pada persamaan konversi aliran dua fasa. Menurut Guo 2015 Aliran dua fasa mempunyai beberapa pola aliran yang beragam, yaitu : aliran starified, aliran annular, aliran slug, aliran stratified wafy, aliran bubble. Stratified flow Stratified wavy flow Slug flow Annular flow Dispersed bubbly flow Gambar 2.23. Pola Aliran Gas-Cair Pada Pipa Horizontal Guo, 2015 a. Aliran strata licin stratified flow, merupakan aliran yang dimana bidang permukaan liquid-gas sangat halus. Akan tetapi, pola aliran ini biasanya tidak terjadi, batas fase hampir selalu bergelombang. 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