BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Aliran dua

BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Aliran dua fase merupakan peristiwa alam yang sering kita jumpai dalam
kehidupan kita sehari-hari. Contohnya dapat ditemukan pada kabut, pembuatan
kopi, salju, aliran darah, serta peralatan rumah tangga (misalnya : air conditioner,
kulkas, dan lain-lain). Produksi minyak bumi tidak terkecuali merupakan contoh
lain dari peristiwa yang melibatkan aliran dua fase karena fluida kerjanya terdiri
dari campuran minyak mentah, air laut, lumpur, dan gas. Campuran multi fasa
tersebut membutuhkan penanganan khusus karena berpengaruh terhadap kualitas
minyak bumi yang dihasilkan selama proses produksi dan pemeliharaan
peralatannbyang digunakan. Aplikasi aliran dua fase juga dijumpai pada sistem
perpipaan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (geothermal), pembangkit
listrik tenaga uap, reaktor nuklir, dan lain-lain. Pembangkit listrik tenaga panas
bumi (PLTP) memanfaatkan geothermal atau tenaga panas bumi selama
pengoperasianya. Fluida kerjanya adalah air dan uap air yang mengalir secara
bersamaan pada saluran tertutup yang berfungsi untuk menggerakkan sudu turbin.
Beberapa parameter perlu diketahui seperti kecepatan aliran, temperatur, tekanan,
debit aliran, jumlah uap, dan beberapa parameter lain. Untuk mengetahui
parameter-parameter tersebut diperlukan suatu instrument atau perangkat ukur
yang berfungsi sebagai alat kontrol sehingga performance dari sistem dapat
diketahui.
Perubahan temperatur pada suatu fluida akan mempengaruhi atau
berdampak pada sifat-sifat fisis ataupun kimianya seperti massa jenis, viskositas,
dan kecepatan suara. Perubahan ini akan mempengaruhi debit aliran atau flow rate
dalam saluran. Debit aliran merupakan salah satu parameter penting, karena akan
mempengaruhi performance dari suatu sistem. Oleh karena itu debit aliran fluida
dalam suatu sistem perlu diketahui. Untuk mengetahui debit aliran fluida
1
2
diperlukan suatu alat ukur yang dapat memonitor laju aliran dalam saluran
tertutup.
Orifice, nozzle, dan venturi merupakan alat ukur dengan prinsip beda
tekanan yang banyak digunakan di dunia industri untuk mengukur laju aliran
dalam pipa. Metode pengukuran ini mengakibatkan terjadinya perubahan kondisi
aliran karena terjadinya perubahan penampang aliran pada pipa, sehingga
menimbulkan kerugian yang tidak diinginkan. Hal ini menyebabkan banyaknya
kalangan industri menginginkan suatu sistem pengukuran dengan metode noninvasif, dengan biaya rendah dan mudah dalam penggunaannya. Untuk mengatasi
hal ini maka diperlukan suatu alat ukur untuk mengukur aliran tanpa melakukan
perubahan pada penampang aliran, yaitu penggunaan flowmeter ultrasonik yang
dapat menjadi salah satu solusi permasalahan ini.
Pengukuran dengan menggunakan gelombang ultrasonik memiliki
kemungkinan memenuhi tuntutan tersebut. Flowmeter ultrasonik dapat digunakan
untuk mengukur laju aliran dua fase karena adanya fase gas atau padat berupa
gelembung atau partikel padat yang mengalir bersama fase cair berfungsi sebagai
reflektor gelombang ultrasonik. Teknologi pengukuran dengan metode gelombang
ultrasonik dapat diterapkan untuk pengukuran aliran fluida pada saluran tertutup
maupun saluran terbuka, pengukuran aliran gas, cairan serta dalam kondisi aliran
fluida yang beragam. Metode ini lebih mudah dalam instalasinya, mudah
dipindahkan, dan tidak menimbulkan kerugian aliran. Harganya masih tergolong
mahal dan membutuhkan desain yang lebih spesifik untuk mengukur aliran pada
kondisi operasi tertentu sehingga masih jarang penggunaanya.
Sebagian besar metode yang digunakan pada teknik ultrasonik
konvensional menggunakan pengaturan kontak transduser, yang berarti bahwa
transduser bersentuhan langsung dengan fluida yang mengalir dalam saluran.
Sebuah metode pulse echo, yang berdasarkan pada refleksi dari pulsa
ultrasonik pada aliran gas-cair, diterapkan untuk memperoleh ukuran gelembung
tunggal dan jarak dari permukaan gelembung dengan mengukur waktu transit dari
pulse. Metode ini juga diaplikasikan untuk mengukur ketebalan lapisan cairan dari
aliran annular dan karakteristik rezim aliran. Seiring dengan perkembanganya kini
3
telah dikembangkan metode ultrasonik tomografi komputer. Metode ini memiliki
kemampuan merekonstruksi distribusi aliran dua fase gas-cair selama melintasi
penampang dari pipa. Namun, metode ini memerlukan banyak transduser untuk
mengelilingi permukaan pipa untuk mendeteksi echo yang tersebar dari batas
antara gelembung dan air, sehingga metode ini memungkinkan terjadi
peningkatan biaya dan kompleksitas sistem.
1.2.
Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas maka masalah utama yang akan dikaji dalam
penelitian ini adalah pengaruh perubahan debit aliran terhadap respon amplitudo
pada aliran stratified dengan menggunakan gelombang ultrasonik pada pipa
horizontal. Permasalahan ini dapat diuraikan menjadi:
1. Bagaimana pengaruh perubahan debit aliran terhadap respon amplitudo
pada pengukuran debit aliran pada pola aliran stratified
2. Bagaimana pengaruh perubahan debit aliran udara dan air terhadap
transit time pada pengukuran debit aliran pada pola aliran stratified.
1.3.
Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil pada penelitian ini adalah untuk
menyederhanakan bagaimana pengaruh perubahan debit aliran udara dan air
terhadap respon amplitudo pada pola aliran stratified horizontal.
Asumsi yang digunakan pada penelitian ini adalah:
1.
Pengamatan pola aliran pada aliran stratified.
2.
Sistem tidak dipengaruhi oleh keadaan lingkungan (tidak ada kalor
yang
3.
masuk dan keluar ke lingkungan /adiabatis).
Pipa yang digunakan sebagai seksi uji adalah pipa acrylic dan pipa
carbon yang permukaannya dianggap licin.
4
4.
Fluida kerjanya adalah air-udara dalam arah horizontal, aliran searah
dengan diameter dalam pipa 18 mm dan diameter luar 28 mm
(ketebalan pipa 5 mm).
5.
Pada saat pengukuran, tranduser ultrasonik tidak dipengaruhi oleh
adanya getaran pada sistem instalasi uji.
6.
Pengukuran temperatur fluida air-udara dalam pipa diasumsikan sama
pada seksi uji.
1.4.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian adalah untuk:
1. Mengetahui hubungan antara besar-kecilnya amplitudo dan besar
laju aliran massa air-udara dengan variasi perubahan debit pada
pipa horizontal pada pola aliran stratified.
2. Mengetahui metode dan prinsip kerja pengukuran laju aliran dua
fase dengan menggunakan gelombang ultrasonik pada pipa
horizontal pada pola aliran stratified.
3. Mengetahui hubungan antara transit time dengan variasi perubahan
debit pada pipa horizontal pada pola aliran stratified.
1.5.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan memberikan pemahaman
yang lebih baik
dalam bidang pengukuran aliran dua fase, dapat memberikan konstribusi dalam
mengembangkan metode pengukuran aliran dua fase, menjadi pembanding dari
penelitian pengukuran laju aliran dua fase, memberikan konstribusi pada bidang
pendidikan sebagai media pembelajaran bagi mahasiswa, dan pada dunia
industri.