karakteristik aliran dua fase pada saluran kontraksi … filepressure drop yang disebabkan karena...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

i

KARAKTERISTIK ALIRAN DUA FASE PADA SALURAN

KONTRAKSI TIBA-TIBA

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

AMMAR MUFRIH

NIM. I0410003

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016


commit to user

ii

ii


commit to user

iii

iii


commit to user

iv

iv

MOTTO

“Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan, maka apabila

engkau telah selesai (dari sesuatu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk

urusan lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau berharap.”

(Q.S. Al Insyirah : 6-8)

“Tidak ada masalah yang tidak bisa diselesaikan selama ada komitmen

bersama untuk menyelesaikannya”

“Sesali masa lalu karena ada kekecewaan dan kesalahan-kesalahan, tetapi

jadikan penyesalan itu sebagai senjata untuk masa depan agar tidak ada

kesalahan lagi”

“Jadilah seperti karang di lautan yang tetap kokoh meski diterjang

ombak, dan lakukanlan hal yang bermanfaat untuk diri sendiri dan juga

untuk orang lain, karena hidup tidak abadi”


commit to user

v

v

PERSEMBAHAN

Segala puji syukur kepda Allah SWT dan atas doa dan dukungan dari

orang-orang tercinta, akhirnya skripsi ini dapat selesai dengan baik. Oleh karena

itu dengan rasa bangga dan bahagia saya persembahkan tulisan ini kepada:

1. Allah SWT, karena hanya atas izin dan karunia-Nya maka skripsi dapat dibuat

dan selesai dengan baik.

2. Bapak, Ibu dan adik serta keluarga besar tercinta, yang telah memberikan doa

yang tiada henti untuk kesuksesan saya, karena tiada kata seindah lantunan

do’a dan tiada do’a yang paling khusuk selain do’a yang terucap dari orang

tua.

3. Bapak dan Ibu dosen pembimbing, penguji dan pengajar, yang selama ini tulus

dan ikhlas meluangkan waktunya untuk menuntun dan mengarahkan saya,

memberikan bimbingan dan pelajaran yang tiada ternilai harganya agar saya

menjadi lebih baik.

4. Sahabat, teman dan mahasiswa Program Studi Teknik Mesin UNS khususnya

angkatan 2010 tanpa semangat dukungan dan bantuan kalian semua tak kan

mungkin sampai disini, terima kasih untuk canda tawa, tangis, dan perjuangan

yang kita lewati bersama dan terima kasih untuk kenangan manis yang telah

mengukir selama ini.

5. Terima kasih yang sebesar-besarnya untuk kalian semua, orang-orang yang

saya sayangi, dan semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan berguna untuk

kemajuan ilmu pengetahuan dimasa yang akan datang.


commit to user

vi

vi

ABSTRAK

KARAKTERISTIK ALIRAN DUA FASE PADA SALURAN

KONTRAKSI TIBA-TIBA

Ammar Mufrih

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Indonesia

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik aliran dua fase yang

melalui saluran dengan kontraksi tiba-tiba. Penelitian ini menguji perubahan pola

aliran dua fase dan penurunan tekanan yang berkaitan dengan saluran kontraksi

tiba-tiba dari saluran konvensional persegi panjang ke saluran mini persegi.

Pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan superfisial air 0.09-0.65 m/s dan

kecepatan superfisial udara 0.09-0.93 m/s yang menghasilkan pola tiga pola aliran

yaitu bubble, plug, dan slug. Saluran kontraksi mengakibatkan adanya beberapa

perubahan pola aliran yang semula bubble pada saluran hulu menjadi plug pada

saluran hilir dan plug menjadi slug. Hasil pola aliran diplot pada peta pola aliran

yang diajukan oleh Zhao dan terdapat adanya pergeseran daerah transisi pola

aliran. Pressure drop yang disebabkan karena saluran kontraksi dibandingkan

dengan persamaan model aliran homogen dan korelasi Abdelall, kedua korelasi

tersebut memiliki nilai prediksi dengan nilai simpangan baku sebesar 0.07 dan

0.09.

Kata kunci: aliran, dua fase, pola aliran, kontraksi, pressure drop.


commit to user

vii

vii

ABSTRACT

CHARACTERISTICS OF TWO-PHASE FLOW IN SUDDEN

CONTRACTION CHANNEL

Ammar Mufrih

Mechanical Engineering Department

Sebelas Maret University

Surakarta, Indonesia

This research was conducted to investigate two-phase flow characteristics

which across sudden contraction horizontal channels. This research examines the

two-phase flow pattern change and pressure drop pertaining to the sudden

contraction from a conventional rectangular channel into mini square channel.

The test were performed at water superficial velocities in the range 0.09-0.65 m/s

and the air superficial velocities in the range 0.09-0.93 m/s, bubble, plug, slug

flow patterns are observed. Several of original bubble flow pattern in upstream

changes become plug in downstream and plug become slug flow pattern due to

sudden contraction. Experimental flow pattern plotted at pattern map proposed by

Zhao, the present data have a difference in bubble-plug pattern transition.

Experimental pressure drop due to contraction channel compared to the

homogeneous flow model equations and Abdelall’s correlation, they have

predictive with the standard deviation of 0.07 and 0.09.

Keywords: two-phase flow, flow pattern, contraction, pressure drop.


commit to user

viii

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan

rahmat dan karunia-Nya kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan

penyusunan skripsi dengan judul “Karakteristik aliran dua fase pada saluran

kontraksi tiba-tiba”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk

menyelesaikan jenjang pendidikan strata satu (S1) di jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala

bantuan dan perhatian selama melaksanakan riset dan penyusunan skripsi kepada:

1. Allah SWT atas ridho-Nya telah menghendaki terselesaikannya skripsi ini.

2. Bapak dan Ibu serta seluruh anggota keluarga yang selalu memberikan

dukungan penuh secara moral dan materi.

3. Bapak Dr. Budi Santoso, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I dan Bapak

Wibawa Endra Juwana, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan inspirasi dan bimbingan dalam menyelesaikan penulisan skripsi

ini.

4. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., Bapak Prof. Dr. Dwi Aries

Himawanto, S.T., M.T., dan Bapak Sukmaji Indro Cahyono, S.T., M.Eng.

selaku dosen penguji yang telah memberikan koreksi dalam setiap detail hasil

penelitian agar menjadi lebih baik.

5. Bapak Dr. Nurul Muhayat, S.T,. M.T., selaku pembimbing akademik dan

koordinator Tugas Akhir.

6. Seluruh Dosen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu, inspirasi, dan

motivasi selama menjalani proses perkuliahan

7. Rekan seperjuangan MEKATRO (Teknik Mesin Angkatan 2010) atas bantuan

dukungan semangat dan motivasinya selama ini, semoga selalu diberi

kumudahan dan kesuksesan karir.

8. Keluarga Besar IKKAPIM Solo yang telah memberi warna hidup dan

pengalaman luar biasa semasa kuliah, semoga IKKAPIM Solo semakin besar

dan selalu jaya.


commit to user

ix

ix

9. Latif, Catur, Dedi, Dewi, Adi, Jordie, Aryo, Aris, mas Rahmat dan mas Solikin

yang selalu siap menemani jam ektra di Laboratorium.

10. Semua pihak yang telah membantu dalam proses pembuatan skripsi ini,

walaupun penulis tidak bisa menyebutkan satu persatu, tetapi kontribusi anda

sekalian sangat berarti.

Penulis telah berusaha memberikan hasil yang terbaik dan penulis

berharap semoga skripsi ini bisa bermanfaat serta menambah wawasan bagi yang

membacanya. Penulis juga menyadari masih terdapat banyak kekurangan oleh

karena itu saran dan kritik yang membangun penulis harapkan untuk

menghasilkan karya berikutnya yang lebih baik lagi.

Surakarta,

Ammar Mufrih


commit to user

x

x

DAFTAR ISI

Halaman Judul ............................................................................................ i

SURAT PENUGASAN .............................................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... iii

MOTTO ...................................................................................................... iv

PERSEMBAHAN ....................................................................................... v

ABSTRAK .................................................................................................. vi

KATA PENGANTAR ................................................................................. viii

DAFTAR ISI ............................................................................................... x

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiii

DAFTAR NOTASI ....................................................................................... xv

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1

1.2 Perumusan Masalah ...................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ........................................................................... 3

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian ..................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ........................................................................... 5

2.2 Dasar Teori .................................................................................... 12

2.2.1 Jenis Saluran .......................................................................... 12

2.2.2 Pola aliran ............................................................................... 13

2.2.3 Fraksi Hampa .......................................................................... 15

2.2.4 Distribusi Tekanan dan Pressure Drop .............................. ... 16

2.2.5 Simpangan Baku (Standard Deviation) .................................. 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian ....................................................................... 19

3.2 Alat dan Bahan Penelitian............................................... .............. 19

3.2.1 Alat Penelitian ......................................................................... 20


commit to user

xi

xi

3.2.2 Bahan Penelitian ..................................................................... 22

3.3 Prosedur Penelitian ....................................................................... 22

3.3.1 Tahap Persiapan ...................................................................... 25

3.3.2 Proses Pengambilan Data ........................................................ 25

3.4 Metode Analisis Data .................................................................... 27

BAB IV DATA DAN ANALISIS

4.1 Data Pola Aliran Dua Fase ............................................................ 30

4.2 Data dan Perhitungan Pressure Drop ........................................... 34

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 43

5.2 Saran ............................................................................................ 43

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 44

LAMPIRAN ................................................................................................ 46


commit to user

xii

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Hasil identifikasi pola aliran (Huang. dkk, 2011). .................... 7

Tabel 4.1. Data parameter tak berdimensi db/Dh pada daerah transisi

bubble-plug ............................................................................... 32

Tabel 4.2. Simpangan antara pressure drop hasil penelitian dengan

persamaan ................................................................................. 42


commit to user

xiii

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pola aliran dua fase dengan variasi diameter saluran yang

berbeda (Ide H. dkk, 2006) .................................................... 5

Gambar 2.2 Pola aliran pada pipa berdiameter 3,4 mm dan 2,6 mm

(Venkatesan. dkk, 2010)....................................... ................. 6

Gambar 2.3 Peta pola aliran pada saluran persegi (Zhao dkk, 2004) ........ 7

Gambar 2.4 Peta pola aliran pada saluran mini (Coleman dan

Garimella, 1999) .................................................................... 8

Gambar 2.5 Peta pola aliran pada saluran mini (Mishima dan Hibiki,

1996) ...................................................................................... 9

Gambar 2.6 Perbandingan data eksperimen dengan korelasi Abdelall

(Chen dkk, 2008) .................................................................... 10

Gambar 2.7 Perubahan tekanan pada kontraksi tiba-tiba (Abdelall dkk,

2005) ...................................................................................... 11

Gambar 2.8 Penerapan pada setiap ukuran saluran (Kandlikar, 2006) ...... 13

Gambar 2.9 Pola aliran dua fase pada saluran horisontal (Coleman dan

Garimella, 1999) .................................................................... 14

Gambar 2.10 Distribusi tekanan pada aliran dengan kontraksi tiba-tiba

(Chen dkk, 2008) .................................................................... 16

Gambar 3.1 Skema alat pengujian ............................................................ 19

Gambar 3.2 Skema pengukuran tekanan.................................................... 20

Gambar 3.3 Skema kalibrasi sensor tekanan ............................................. 23

Gambar 3.4 Diagram alir penelitian 24

Gambar 4.1 Pola aliran dua fase pada saluran hulu.................................... . 30

Gambar 4.2 Perbandingan peta pola aliran eksperimen dengan literatur ... 31

Gambar 4.3 Perubahan pola aliran bubble menjadi plug ........................... 33

Gambar 4.4 Perubahan pola aliran plug menjadi slug ............................... 34

Gambar 4.5 Distribusi tekanan aliran dua fase pada variasi Jl= 0,37 m/s

dan Jg= 0,18 m/s. .................................................................... 35

Gambar 4.6 Distribusi tekanan aliran dua fase pada variasi Jl= 0,56 m/s

dan Jg= 0,46 m/s. .................................................................... 37


commit to user

xiv

xiv

Gambar 4.7 Pressure drop sebagai fungsi dari kualitas gas. ......... 40

Gambar 4.8 Perbandingan nilai ∆Pc eksperimen dengan perhitungan ....... 41


commit to user

xv

xv

DAFTAR NOTASI

A = luas penampang saluran, m2

Dh = diameter hidrolik, m

= fluks massa fase, kg/m2s

= kecepatan superfisial fase, m/s

= konstanta empiris pada saluran kontraksi untuk aliran dua fase (udara-air)

= laju aliran massa, kg/s

∆Pc = pressure drop, kPa

Re = bilangan Reynold

S = simpangan baku (standard deviation)

= kecepatan aktual fase, m/s

x = kualitas gas

= fraksi hampa

εr = nilai rata-rata dari simpangan

= massa jenis campuran, kg/m3

= rasio kontraksi, A1/A2 (0,5)

Subscript:

g = fase gas (udara)

l = fase cair (air)

1 = pada saluran hulu

2 = pada saluran hilir


commit to user

xvi

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A. Sifat fisik air ........................................................................... 46

Lampiran B. Sifat fisik udara ....................................................................... 47

Lampiran C. Grafik kalibrasi sensor tekanan................................................ 48

Lampiran D. Pola aliran dua fase pada saluran hulu..................................... 49

Lampiran E. Pola aliran dua fase pada area kontraksi .................................. 51

Lampiran F. Pola aliran dua fase pada saluran hilir ...................................... 53

Lampiran G. Tabel data distribusi tekanan aliran dua fase ........................... 55

Lampiran H. Data pressure drop ............................................................ ..... 56

Lampiran I. Pengerjaan saluran uji ............................................................ .. 57

Lampiran J. Gambar Saluran Uji ............................................................ ..... 58

Lampiran K. Script program arduino ............................................................ 59


commit to user

i

i

karakteristik aliran dua fase pada saluran kontraksi … filepressure drop yang disebabkan karena...

Documents