BAB V - Digilib ITS

Tesis Rekayasa Konversi Energi
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
Penelitian tentang karakteristik aliran dua fase (air-udara)
(air udara) yang melewati
elbow 75° dari pipa vertikal menuju ke pipa dengan sudut kemiringan 15° telah
dilakukan baik secara eksperimental dan secara teoritis (numerik). Karakteristik aliran
dua fase yang diteliti adalah perubahan pola aliran (flow
(
pattern),
), distribusi global
void fraction pada pipa vertikal dan pressure drop aliran baik pada pipa vertikal,
elbow dan pipa miring downstream dari elbow. Pada penelitian ini aliran dua fase
dikondisikan dengan memvariasikan kecepatan superficial cairan (USL) antara 0,3 m/s
~ 1,1 m/s dan variasi volumetric gas quality (β)) antara 0,03 ~ 0,25. Berdasarkan hasil
penelitian ini, secara umum dapat disimpulkan sebagai berikut:
5.1.1
Global Void Fraction
raction pada Pipa Uji Vertikal
Global void fraction pada pipa uji vertikal diukur dengan menggunakan
metode pressure gradient.
gradient Dari hasil penelitian didapat bahwa void fraction akan
semakin meningkat dengan bertambahnya volumetric gas quality (β).
β). Distribusi void
fraction yang diperoleh lebih rendah daripada homogenous model (=β), dengan
penyimpangan antara 26 % ~ 78%. Penyimpangan tertinggi terjadi pada kecepatan
aliran gas rendah dan penyimpangan akan berkurang dengan meningkatnya kecepatan
aliran gas. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi slip antara fase gas dan fase cairan
dimana hal ini lebih berpotensi terjadi pada pipa vertikal.
Slip velocity dihitung dari hubungan antara (USG/)) dengan (USG + USL) pada
diagram Zuber and Findlay (1965).
(1965) Dari hasil ini diperoleh nilai slip velocity (WGJ) =
0,2 m/s. Ini menunjukkan bahwa terdapat slip yang tinggi antara fase cairan dan fase
gas. Nilai distribusi parameter (Co)
(
= 1,375 yang menunjukan bahwa konsentrasi gas
yang tinggi terdistribusi pada centre region dari pipa atau fase gas mungkin tertinggi
pada jarak tertentu
ertentu dari dinding dalam kondisi bubbly flow.
129
Tesis Rekayasa Konversi Energi
5.1.2
I.
Karakteristik Pola
ola Aliran
Pada Pipa Uji Vertikal
ertikal Sebelum Elbow 75°
Aliran bubbly flow pada pipa uji vertikal secara umum dapat dikelompokkan
menjadi 3, yaitu:
1. Clustered bubbly flow pada volumetric gas quality (β)
β) rendah.
2. Homogenous bubbly flow pada volumetric gas quality (β)
(β menengah.
3. Dense bubbly flow pada volumetric gas quality (β)) tinggi
II.
Pada Elbow 75° dan Pipa Miring 15° Setelah Elbow
1. Gelembung udara (bubble)
(
) yang dialirkan dari pipa vertikal akan
terdistribusi merata sepanjang luasan elbow baik pada sisi luar (outer
(
surface)) dan sisi dalam (inner
(
surface) dari elbow pada variasi
kecepatan superficial cairan rendah (USL= 0,3 m/s, 0,5 m/s). Ketika
kecepatan superficial cairan dinaikkan (USL= 0,7 m/s, 0,9 m/s dan 1,1
m/s) distribusi bubbles cenderung terjadi pada sisi bagian dalam (inner
(
surface) elbow.
elbow Hal ini terjadi karena pada kecepatan superficial cairan
tinggi, gaya apung (bouyancy
(
force) dari bubbles tidak
idak cukup kuat
mengatasi tekanan pada outer surface dari elbow dan bubbles akan
terdorong bergerak menuju ke inner surface dari elbow.
2. Pada pipa miring 15° downstream dari elbow, pola aliran dua fase
yang terjadi akan sangat dipengaruhi oleh kecepatan superficial cairan
(USL). Pada kecepatan superficial cairan rendah (USL = 0,3 m/s dan 0,5
m/s) pola aliran bubbly flow dari pipa vertikal akan mengalami
perubahan pada jarak tertentu dari sisi outlet elbow dan akan
membentuk koalisi gelembung gas sehingga akan terjadi pola aliran
plug bubbly flow/ slug bubbly flow.
flow. Ketika kecepatan superficial gas
dinaikkan (USL = 0,7 m/s, 0,9 m/s dan 1,1 m/s) pola aliran yang terjadi
berupa gas core yang lebih panjang sehingga koalisi dari bubbles akan
lebih tertunda.
3. Hasil dari pemodelan dengan menggunakan CFD menunjukkan
kecenderungan
yang
sama
dengan
hasil
visualisasi
secara
eksperimental. Konsentrasi gas yang tinggi akan terjadi pada bagian
dalam (inner
inner surface)
surface dari elbow dan fase cairan akan menempati sisi
130
Tesis Rekayasa Konversi Energi
luar (outer
uter surface)
surface dari elbow.. Pada jarak tertentu dari outlet elbow,
fase gas akan bergerak naik dan akan terkonsentrasi pada sisi bagian
atas dari permukaan pipa miring.
5.1.3
Karakteristik Pressure Drop
D
Aliran
1. Pressure drop aliran satu fase akan meningkat dengan
dengan meningkatnya bilangan
Reynolds
eynolds superficial cairan (ReSL) pada semua bidang uji. Ini menunjukkan
kecenderungan yang sama dengan prediksi secara teoritis, dimana peningkatan
frictional pressure drop dengan meningkatnya kecepatan aliran akan membuat
kecenderungan peningkatan pressure drop baik pada pipa uji vertikal maupun
pipa miring.
2. Pressure drop aliran dua fase secara eksperimental maupun prediksi secara
teoritis akan cenderung menurun dengan bertambahnya
ber
bilangan Reynolds
superficial gas (ReSG) untuk setiap bilangan Reynolds
eynolds superficial cairan (ReSL)
yang konstan baik pada pipa vertikal, elbow 75° dan pipa miring 15° baik.
Sedangkan dengan bertambahnya bilangan Reynolds
eynolds superficial cairan (ReSL)
besarnya pressure drop akan meningkat.
3. Pada pipa vertikal perbedaan nilai pressure drop yang diperoleh antara
eksperimental dan prediksi secara teoritis disebabkan karena pada perhitungan
secara teoritis nilai pressure drop dihitung dengan mengasumsikan bahwa
aliran yang terjadi berupa homogenenous model,, sedangkan pada eksperimen
diketahui bahwa terjadi penyimpangan dari homogenous model.
Pada elbow 75°, perbedaan nilai pressure drop secara eksperimen dan prediksi
teoritis disebabkan karena pada prediksi teoritis perhitungan dilakukan tanpa
mempertimbangkan pola aliran yang terjadi pada elbow.
Pada pipa miring 15°, perbedaan nilai pressure drop antara eksperimen dan
prediksi secara teoritis karena pada perhitungan secara teoritis pada pipa
miring 15° pola aliran dipertimbangkan sebagai slug flow, sedangkan pada
kenyataannya pada pipa miring tidak selalu pola aliran berupa slug flow.
flow
131
Tesis Rekayasa Konversi Energi
5.2
Saran
Berdasarkan hasil – hasil yang diperoleh dari penelitian ini maka masih
diperlukan adanya perbaikan – perbaikan yang dituangkan dalam bentuk saran agar
dapat diperoleh hasil yang lebih baik bagi penelitian di masa yang akan datang
khususnya mengenai fenomena karakteristik aliran dua fase.. Beberapa saran yang
bisa dituliskan antara lain:
1. Melakukan penelitian
penelitian dengan mengganti konfigurasi eksperimen set-up
set
dari
pipa vertikal menuju pipa miring menjadi dari pipa miring menuju pipa
vertikal.
2. Melakukan penelitian lebih lanjut dengan mengganti fluida kerja dari
eksperimen menjadi campuran dua fase solid-liquid atau juga liquid-gas
liquid
tetapi
dengan menggunakan campuran fluida yang berbeda.
3. Memvariasikan penggunaan radius elbow dari R/D = 0,7 dengan radius elbow
yang lebih besar (R/D = 0,8; 0,9; 1) sehingga dapat diketahui pengaruh dari
radius elbow terhadap karakteristik
karakteristik aliran dua fase yang terjadi.
4. Memperluas data kondisi penelitian baik variasi kecepatan superficial cairan
(USL) dan juga volumetric gas quality (β)) agar dapat diperoleh fenomena
karakteristik aliran dua fase yang lebih banyak.
5. Melakukan perbaikan-perbaikan
perbaikan
pada eksperimen set-up agar data yang
diperoleh bisa lebih sempurna.
132