POLA ALIRAN 2 FASA 1. PENDA ENDAH HULU ULUAN a. Dalam aliran aliran 2 fase fase terdapat terdapat berbagai berbagai pola pola aliran. aliran. Aliran Aliran 2 fase fase pada pada pipa horizon horizontal, tal, vertikal atau miring akan memiliki pola aliran yang berbeda. b. Faktor penting yang berpengaruh terhadap pola pola aliran : - Tegangan permukaan - Gravitasi - apat massa - !e"epatan aliran - Diameter# geometri pipa 2. Pola Pola Ali Alira ran n Ve Vertik rtikal al 2.1. 2.1. Pola Pola alir aliran an pipa pipa vert vertica icall den denan an pe!an pe!ana" a"an# an# a. Fase Fase tun tunggal ggal "air "air ter$ ter$ad adii pad pada saat saat
memasuki pipa yang dipanaskan %etelah h men"ap men"apai ai suhu suhu saturasi saturasi ter$adi ter$adi $. %etela aliran gelembung hingga terbentuk aliran kabut c. %etelah butiran "air seluruhnya menguap maka akan ter$adi fase tunggal gas
2.2 2.2. %en& n&r& r&tt 'oll 'ollie ierr et al(. al(. )1** )1**+, +, pola aliran vertikal dalam dikelompokkan dalam beberapa grup diantaranya :
-a!$ar 2.1. Pola Aliran vertikal )'ollier et al(.1**+, a. Bubbly flow patern )aliran ele!$&n, Di sini fase gas mengalir dalam bentuk gelembung&gelembung ke"il, sedang fase "air mengalir se"ara kontinyu. $. Plug flow patern )aliran kant&n, Dalam tipe aliran ini beberapa gas tetap berbentuk gelembung ke"il dan ada $uga gas yang mengalir dalam bentuk kantung&kantung atau mirip dengan peluru. c. Churn flow patern )aliran acak, 'ila ke"epatan aliran gas pada plug flo( semakin "epat, maka ter$adi aliran yang tidak stabil,pola aliran ini disebut "hurn flo(. d. Annular flow patern )aliran cincin, Disini fase "air akan "enderung berada di samping atau daerah yang bersentuhan dgn pipa. %edangkan aliran gas "enderung berada di tengah&tengah. )ada aliran ini $umlah gas lebih mendominasi dibandingkan dgn li*uid. e. Wispy-annular flow )cincin ka$&t, )ada pola aliran ini terbentuk lapisan "airan tipis pada dinding pipa dan se$umlah
"airan seperti gumpalan yang tidak teratur pada tengah pipa. . Pola Aliran Hori"ontal .1. Aliran pada pipa /ori0ontal denan pe!ana"an# -a!$ar .1 Aliran pada pipa /ori0ontal an dipana"kan
a. Fase tunggal "airan ter$adi pada saat masuk pipa yang dipanaskan,setelah men"apai suhu saturasi ter$adi gelembung $. %emakin besar kalor,maka gelembung semakin besar dan membentuk plug,slug,(avy,annular flo( hingga ter$adi kabut c. 'ila seluruh butiran kabut menguap akan tinggal fasa uap sa$a .2. %en&r&t H&$$ard D&kler )1*33, ada + pola aliran dasar pada pipa horisontal yaitu# a. Separated flow patterns, kedua fase mengalir kontinyu.a"am pola aliran ini : -. )ola aliran bertingkat (stratified flow) 2. )ola aliran "in"in (annular flow) $. Intermittent flow patterns , salah satu fase mengalir se"ara discontinue. a"am pola aliran ini : -. )ola aliran gelembung diperpan$ang elongated bubble flow/ 2. )ola aliran sumbat atau kantung slug/plug flow/ +. )ola aliran a"ak churn flow/ c. Dispersed flow patterns , fase "air kontinyu sedang fasa gas tidak kontinyu. a"am pola aliran ini : -. Aliran gelembung bubble flow/ 2. Aliran gelembung tersebar dispersed bubble flow/
-a!$ar .2. Pola Aliran Hori0ontal !eterangan Gambar +.2. : 0ntuk mendapatkan pola aliran yang kita inginkan dapat dengan mengubah
ke"epatan#debit aliran "air atau gas. 1ika debit air besar sedang gas ke"il akan terbentuk aliran gelembung.
Dengan penambahan debit gas maka akan terbentuk aliran kantung,dan seiring debit gas semakin besar maka akan terbentuk stratified flow, annular flow, dan aliran kabut .. Pola aliran /ori0ontal !en&r&t He4itt( 1*56 a. Aliran -ele!$&n ) Bubble, Gelembung gas "enderung untuk mengalir pada bagian atas tube
-a!$ar .. Pola Aliran -ele!$&n $. Aliran kant&n ) Plug , Gelembung gas ke"il bergabung membentuk kantung gas
-a!$ar .+. Pola Aliran 7ant&n c. Aliran L&r&"8 Strata )Strati9ied, 'atas )ermukaan bidang antara "airan dan gas sangat tampak,tetapi pola aliran seperti ini biasanya $arang sekali ter$adi, batas fasanya hampir selalu bergelombang.
-a!$ar .:. Pola Aliran L&r&"
d. Aliran Strata ;erelo!$an )Strati9ied<4av, Amplitudo gelombang meningkat karena kenaikan ke"epatan gas
-a!$ar .3. Pola Aliran ;erelo!$an e. Aliran "&!$at )Sl&, Amplitudo gelombang biasanya besar hingga menyentuh bagian atas pipa. Gelembung terbentuk dengan ukuran sebesar diameter kolom,dan gelembung& gelembung ke"il mengikuti dibelakangnya.
-a!$ar .5. Pola Aliran S&!$at 9. Aliran cincin )ann&lar, %ama dengan tabung vertikalDisini fase "air akan "enderung berada di samping atau daerah yang bersentuhan dgn pipa. %edangkan aliran gas "enderung berada di tengah&tengah. )ada aliran ini $umlah gas lebih mendominasi dibandingkan dgn li*uid.
-a!$ar .=. Pola Aliran 'incin +. Diara! >eori ;ata" Pola Aliran pada Pipa Hori0ontal etode modelisasi diagram pola aliran dengan sistem koordinat Taitel dan Dukler.
-a!$ar +.1. Diara! pola aliran &nt&k pipa /ori0ontal )>aitel dan D&kler(1*53,
Taitel dan Dukler membagi aliran horizontal men$adi tipe,berdasarkan analisa mekanisme transisi dan mengusulkan diagram pada gambar 3.- sesuai observasi berikut :
>ran"i"i A Antara aliran strata dengan "in"in atau peralihan intermittent/ transisi ini timbul bila ter$adi gelombang pada permukaan bebas dimana likuid men$adi tidak stabil.
Dengan d,diameter dan penurunan tekanan akibat gesekan "airan dan gas yang diukur bila likuid atau gas sendiri yang mengalir dalam saluran.
Transisi ' Antara aliran peralihan dengan "in"in. ulai dari aliran strata kita dapatkan aliran peralihan bila level permukaan bebas berada diatas tube, bila tidak,maka akan kita dapatkan aliran "in"in. Transisi 4 Antara aliran strata li"in dengan strata gelombang, Taitler dan Dukler menggunakan teori 1effrey relatif terhadap timbulnya gelombang permukaan bebas, transisi ini dinyatakan dengan :
Transisi D Antara aliran peralihan dengan aliran gelembung.Taitler dan Dukler sampai pada sebuah transisi dengan koordinat sebagai berikut:
:. %odel Aliran 2 Fa"a Dalam model ini, fasa dimodelkan se"ara terpisah, dengan massa, momentum dan energi. odel ini berlaku untuk setiap pola aliran dua fase. )endekatan digunakan dalam mengembangkan model dua fluida satu untuk steady state - dimensi. Adapun persamaan momentum untuk model aliran 2 fasa adalah :
Dimana denganhubungan Fanning/ nilai tegangan geser : Dimana fg , f1 dan fi adalah faktor gesekan didapat dari pers :
!onstanta 4 dan m pers. +.+5a ke +.+5" didefinisikan seperti yang di$elaskan
sebelumnya yaitu, untuk aliran laminar, 4 6 - dan m 6 &-, dan untuk aliran turbulen, 4 6 7,73 dan m 6 &7,2/ 0ntuk menghindari kebutuhan menentukan e transisi, dan untuk menghilangkan diskontinuitas dalam transisi antara laminar dan aliran turbulen, faktor gesekan dihitung sebagai : :.1. -radien >ekanan Pada Aliran 2 Fa"e
Gradien tekanan gesek diekspresikan dapat diperoleh dengan men$umlahkan persamaan +.+a dan +.+b untuk menghilangkan istilah antarmuka gesekan Ti Pi/ dan rata&rata fraksi hampa 8α9 )erlu di"atat bah(a meskipun 8α9 tidak mun"ul dalam persamaan di atas, masih diperlukan untuk menentukan tegangan geser dan perameter kontak. Diameter hidrolik dan parameter kontak dapat dibagi men$adi beberapa pola aliran, yaitu : a. Pola Aliran >enan ) Stratified Flow Regime,
-a!$ar :.1. Aliran 2 9a"e pada pola aliran tenan
Gambar .-. menun$ukkan distribusi dari fase gas dan "airan dalam pola aliran bergelombang bertingkat. !elan"aran arus bertingkat mengasumsikan konfigurasi yang sama ke"uali interfa"e gas&"air yang halus. ;leh karena itu, parameter kontak untuk kedua pola aliran didefinisikan dengan "ara yang sama. Diameter hidrolik dan batas&batas kontak untuk aliran stratified diberikan sebagai fungsi dari <, yang merupakan setengah dari sudut yang dihubungkan pada pusat pipa dengan lebar antarmuka gas&"air seperti ditun$ukkan pada Gambar. .-.
)ersamaan mengaitkan sudut
-ovan et al. )1*==, , melakukan per"obaan dan mendapatkan pola aliran "in"in
dengan angka Re yang die>presikan sebagai berikut : 'ollier and >/o!e )1**+, , melakukan per"ooobaan dan mengatakan pada Re ?66 fluida akan membentuk pola aliran "in"in, yang diekspresikan dengan persamaan berikut : e dan 1g adalah fungsi dari sifat gas dan "airan sa$a. enggunakan sifat&sifat udara dan air pada kondisi atmosfer standar, e 6 32? dan 1g 6 25,+ m #s
c. Pola Aliran 7ant&n ) Plug Flow Regime, -a!$ar :.2.-a!$ar repre"enta"i pola aliran kant&n odel ini didasarkan pada representasi ideal dari aliran ditun$ukkan pada Gambar
.2. Disposisi fase sepan$ang bagian u$i dibagi men$adi fase tunggal "air dan dua fase gas&"air. ata&rata gradien tekanan sepan$ang tes dihitung sebagai rata&rata tertimbang dari gradien tekanan dalam satu&fase dan (ilayah dua&tahap menggunakan persamaan berikut : Di daerah&fase tunggal, rata&rata tekanan gesekan
gradien
adalah dihitung dengan menggunakan hubungan arus
fase
tunggal
konvensional d. Pola Aliran S&!$at ) Slug Flow Regime, Aliran slug dapat dilihat sebagai aliran berlapis dengan gas&sangat bergelombang dan tidak stabil antara fase "air dan gas. )engukuran gradien tekanan gesek dapat dikorelasikan seperti di aliran bergelombang bertingkat untuk menentukan peningkatan faktor gesekan antar muka.
