VARIASI HAMBATAN DOWNSTREAMKE SIDE ARM T- JUNCTION SUDUT 45 O PADA SALURAN MIRING TERHADAP KARAKTERISTIK PEMISAHAN KEROSENE - AIR

Transkripsi

1 University Research Colloquiu 205 ISSN VARIASI HAMBATAN DOWNSTREAMKE SIDE ARM T- JUNCTION SUDUT 45 O PADA SALURAN MIRING TERHADAP KARAKTERISTIK PEMISAHAN KEROSENE - AIR Karinto, 2 Suhartoyo,2, Jurusan Teknik Mesin, Akadei Teknologi Warga Surakarta Abstract Research about T-junction as separator still in developing, especially about liquidliquid flow to get axiu efficiency Has been done research about dissociation characteristic of kerosene and water applies T-junction with inlet -,5 0 orientation of side ar upward with angle of 45 0 Pipe diaeter inlet 36, and side ar pipe diaeter 9, fro aterial plexyglass Variable which in easure is, debit kerosene and secretory water passed side ar and run ar to get its the dissociation efficiency based on speed of superficial kerosene and water according to test atrix Pressure difference at area T-junction also is easured To point kerosene flow into side ar hence in doing arrangeent of flow resistance at downstrea equal to 42%, 57%, and 72% Based on visualisation and easureent data yields axiu dissociation efficiency equal to 00% happened at its the flow pattern stratified Keywords: T-junction, Kerosene-Water, Flow resistance downstrea PENDAHULUAN Junctions (percabangan) dapat dijupai diberbagai aplikasi siste perpipaan seperti pada proses kiia, proses produksi dan trasportasi inyak dan gas Ketika aliran dua fase yang tidak dapat bercapur ( gas-cair atau cair-cair ) engalir di dala pipa lalu berteu dengan T-junctions, jarang sekali keduanya terbagi dala rasio yang saa Adakalanya seua cairan engalir seua ke side ar (cabang vertikal) naun diwaktu lain seua cairan ungkin saja engalir enuju run ar (cabang horizontal) Fenoena seperti ini disebut dengan istilah phase aldistribution (distribusi fase tidak erata) Phase aldistribution epunyai konsekuensi yang negatif dan positif terhadap peralatan yang digunakan Pada sisi yang negatif, terjadinya phase aldistribution akan enyebabkan penurunan efisiensi pada peralatan yang digunakan dibagian downstrea dari T-junction (Conte & Azzopardi, 2003) Sisi positifnya, phase aldistribution yang terjadi dapat digunakan sebagai alat yang berguna pada proses industri, yaitu sebagai partial separator phase (Azzopardi dkk, 2002) Di lokasi pengeboran inyak lepas pantai (offshore), separator (alat peisah) diperlukan untuk eisahkan inyak entah dari unsur-unsur lain (gas, air, lupur, dan lain sebagainya) yang terkandung dala perut bui Separator yang uu digunakan adalah suatu bejana (vessels) besar yang terbuat dari baja, yang pebuatannya eerlukan biaya yang sangat ahal dan diperlukan tepat yang luas untuk lokasi peletakannya Selain itu, besarnya resiko yang ditibulkan dari aterial yang udah terbakar yang tersipan di dala vessels harus diinialkan Oleh karena itu, diperlukan separator yang lebih sederhana instalasinya, urah dala pebuatannya, copact bentuknya dan aan penggunaannya, sehingga hal yang lebih ungkin adalah eanfaatkan phase aldistribution yang terjadi pada T-junction untuk proses peisahan fase Sudah lebih dari dua dekade usaha yang dilakukan para peneliti untuk epelajari 07

2 ISSN tentang fenoena peisahan fase elalui T- junction, baik secara eksperien aupun secara analisa teoritis Wang (2007) enjelaskan dala laporan dala penelitiannya bahwa, etode peisahan dengan enggunakan T-junction pertaa kali diperkenalkan oleh Orenje pada tahun 973 yang eneliti tentang peisahan aliran dua fase gas-cair Berdasarkan hasil penelitiannya dinyatakan bahwa rasio peisahan dipengaruhi oleh berbagai aca faktor diantaranya adalah tekanan di tiap cabang (side ar dan run ar), ass inertia dari cairan, pola aliran dibagian inlet A Tujuan penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : Mengetahui efisiensi peisahan yang paling baik dari asing-asing habatan downstrea 2 Mengetahui efisiensi peisahan aksiu dan pola aliran yang terbentuk 2 BAHAN DAN METODE Metode penelitian enjelaskan rancangan kegiatan, ruang lingkup atau objek, bahan dan alat utaa, tepat, teknik pengupulan data, definisi operasional variabel penelitian, dan teknik analisis [Ties New Roan,, noral] Bahan dan Peralatan Peneliti Untuk alakukan penelitian ini diperlukan alat dan bahan sebagai berikut : Fluida kerjanya Kerosene dan air, dengan properties asing-asing adalah : Tabel Properties fluida kerja Fluida kerja Densitas (kg/ 3 ) Viskositas (kg/s) Kerosene 89 0,0092 Air 998 0, Pipa dari bahan plexiglass dengan diaeter,5 inchi = 0,038 untuk saluran inlet dan diaeter 0,75 inchi = 0,0905 untuk saluran side ar 3 Popa untuk ensirkulasikan kerosene dan air, dengan spesifikasi sebagai berikut: Model : PS 226 BI University Research Colloquiu 205 Max Cap : 60 ltr/in Suct Head : 9 Disch Head : 3 Total Head : 40 Output : 200 Watt V/Hz/Ph : 220/50/ RPM : 2850 Size : x 4 Stopwatch untuk engatur waktu pengabilan data pada saat pengujian 5 Mixer sebagai pencapur antara kerosene dan air sebelu dialirkan ke seksi uji 6 Floweter kerosene dan air untuk engukur debit aliran kerosene dan air dengan spesifikasi : Tabel2 Spesifikasi Floweter kerosene dan air Floweter kerosene Floweter air Merk Tech Fluid Oega Kapasitas ltr/hr 0 5 GPM 7 Katup untuk engatur julah debit air dan kerosene yang akan dialirkan ke seksi uji 8 Tangki penapung/reservoir untuk enapung fluida, Kapasitas: 250 liter 9 Pipa berdiaeter dala 4 c dan tinggi 0 c dari bahan plexiglass digunakan sebagai tangki ukur dan separotor, yang berfungsi untuk enilai besarnya fraksi assa yang keluar dari kedua outlet dan untuk eisahkan capuran kerosene dan air supaya bisa digunakan kebali dala pengujian selanjutnya 0 Sony Handyca caera untuk ereka pola aliran yang terjadi pada proses peisahan dit-junction Manoeter untuk engukur perbedaan tekanan antara inlet-run, inlet-side ar dan run-side ar 2 Kajian Pustaka Rodriguez dkk, (2006) elakukan eksperien terhadap aliran inyak-air dengan enggunakan pipa baja D = 8,28 c dan L = 5 untuk berbagai keiringan Fluida yang digunakan adalah inyak 08

3 University Research Colloquiu 205 ineral (ρ = 830 kg/ 3 dan μ = 7,5 Pa s) dan brine (ρ = 060 kg/ 3 dan μ = 0,8 Pa s) Data untuk kondisi steady ditentukan berdasarkan pola aliran, gradient tekanan dua fase dan holdup untuk keiringan pipa -5º; - 2º; -,5º; 0º; º; 2º dan 5º Karakteristik pola aliran dan identifikasi kondisi stedi diperoleh dari pengaatan kaera pereka dan analisis perilaku hoogen Prediksi pola aliran pada berbagai sudut keiringan pipa downward yang epunyai stratified paling baik adalah pada sudut -5 o Yang dk (2006) elakukan eksperien peisahan fase cairan - cairan pada horizontal T-junction dan vertikal upward side ar dengan enggunakan fluida kerja kerosene dan air Hasil penelitiannya enunjukkan bahwa efisiensi yang tinggi dapat dicapai oleh T-junction yang berfungsi sebagai alat peisah fase ketika pola aliran di inlet T-junction adalah stratified dan peisahan kurang baik ketika pola alirannya dispersed Mereka juga telah ebuat sebuah odel untuk eprediksi terjadinya phase aldistributin di T-junction Wang dkk (2007) elakukan penelitian yang saa tentang phase aldistrbution dengan fokus kajian pada pola aliran stratified with ixture interface (ST dan MI) dan pola aliran dispersed Data yang diukur berdasarkan pada besarnya aliran fraksi assa yang keluar dari side ar Mereka juga enyatakan bahwa peisahan fase juga dapat diukur berdasarkan pada fraksi assa yang berbeda-beda, persentasi air di dala capuran (water cut), dan kecepatan superficial capuran pada pola aliran yang berbeda-beda Peisahan fasa di T-junction, perlu untuk endefinisikan beberapa paraeter berdasarkan penelitian dari Yang L dan BJ Azzopardi Dari gabar, dan x erupakan laju aliran assa dan kualitas assa kerosene (rasio dari laju aliran assa kerosene terhadap laju aliran assa total); dan subskrip K dan W enunjukkan kerosene dan air Paraeter aliran pada pipa inlet ditunjukkan dengan indeks, straight ar (run) 2 dan side-ar (branch) 3 Paraeter lain yang sering digunakan untuk dua cairan yang berbeda adalah water cut, yang didefinisikan sebagai fraksi volue air dala aliran Gabar Paraeter-paraeter aliran duafasa di T-junction Fraksi kerosene yang terpisahkan dan fraksi air yang terpisahkan Fraksi assa terpisahkan = Untuk efisiensi peisahan, Persaaan yang dipakai adalah: = F k = x 3 ( 3 x )() 3 = - F w = - + ( x ) 3 ( ( x ) x )(2) Secara uu, hasil dari peisahan fase di sebuah T-junction ditunjukkan dengan enggunakan perbandingan fraksi dari fase yang eninggalkan inlet enuju side ar antara fase satu dengan fase lainnya, seperti ditunjukkan oleh gabar 2 ISSN

4 ISSN University Research Colloquiu 205 peisahan di definisikan sebagai perbandingan antara peisahan aktual dengan peisahan sepurna (L ax = Sin ), aka dapat ditulis sebagai berikut : = L = Fk - F w (6) L ax Gabar 2 Kriteria untuk enunjukkan peisahan fase di T-junction (Yang dkk,2006) Fraksi kerosene dan air yang eninggalkan inlet enuju side ar dapat ditulis sebagai berikut: k 3 F k = (3) k w3 F w = (4) w Pada gabar 2 garis horisontal adalah fraksi kerosene yang eninggalkan inlet enuju side ar (F k ) dan garis vertikal adalah fraksi air yang eninggalkan inlet enuju side ar (F w ) Sebuah garis diagonal antara (0,0) dan (,) enunjukkan peisahan yang saa, isalnya jika ada data yang terletak di garis ini berarti tidak terjadi peisahan Garis ini ebagi luasan gabar enjadi dua bagian Data yang ada di bagian bawah berhubungan dengan aliran kerosene yang engalir enuju side ar dan data yang ada di bagian atas adalah aliran air yang engalir enuju side ar Di ujung gabar ini, pada titik (0,) atau (,0), adalah kondisi diana terjadi peisahan yang sepurna Seakin dekat data dengan ujung gabar, aka peisahan seakin baik Jarak (L) dari garis peisah ketitik data adalah ukuran (penilaian) yang baik dari pengaruh peisahan, dapat ditulis sebagai berikut: Diana nilai utlak digunakan karena data eksperien ungkin saja diletakkan pada salah satu sisi dari garis peisah, bergantung pada fase ana yang paling doinan berada di side ar Persaaan 6 enunjukkan bahwa effisiensi peisahan adalah perbedaan antara fraksi dua fase yang berada di side ar Dengan kata lain, titik data yang berada pada garis lurus yang sejajar dengan garis diagonal epunyai harga effisiensi peisahan yang saa Ini dapat dilihat bahwa ereka ungkin eiliki kualitas assa yang berbeda di kedua saluran keluarnya tetapi ereka epunyai effisiensi peisahan yang saa Biasanya, harga effisiensi peisahan lebih kecil dari 00 %Pada kasus yang ditunjukkan ini diana air urni uncul elalui run ar adalah yang diinginkan Untuk engidentifikasi optialnya kondisi aliran yang naik ke side ar, data peisahan digabarkan sebagai effisiensi peisahan ( ) versus fraksi assa yang enuju side ar ( 3 / ) dan ditunjukkan oleh gabar 3 diana persaaan ewakili garis yang cenderung naik dan persaaan 2 ewakili garis yang cenderung turun Garis yang berpotongan enggabarkan peisahan sepurna Untuk kerosene yang lebih doinan engalir ke side ar, peisahan sepurna terjadi ketika fraksi assa yang engalir ke side ar adalah saa dengan kualitas assa (kerosene) di inlet (x ) Analisa yang saa dapat dilakukan untuk air yang doinan enuju side ar, dengan peisahan sepurna terjadi pada kualitas air di inlet (- x ) L = (F k - F w ) Sin (5) Diana adalah sudut antara garis diagonal dan garis horisontal (absis) Effisiensi 0

5 Side ar Φ36 University Research Colloquiu 205 ISSN Φ36 Gabar 3 Metode penyajian effisiensi peisahan dan peisahan ideal di T-junction (Yang dkk, 2006) 45º Metode Penelitian Skea Peralatan Pengujian Gabar 4 Seksi Uji M C S Seksi uji Phase ixer T C T S Run ar T-junction Caera F F Keterangan : A: Katup by-pass B: Katup pengatur debit C: Katup pebagi aliran D: Katup pengosongan F: Floweter P: Popa M: Manoeter N: Katup recirculation R: Katup buang S: Katup by-pass ke separator T: Katup ke gelas ukur A A Separator P P Tangki Kerosene P Tangki Air P Gabar 5 Skea instalasi penelitian 2 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian yang di lakukan dala penelitian ini adalah sebagai berikut: Peralatan yang di pakai dala penelitian ini ditunjukkan oleh gabar 2 Fluida kerja yang digunakan adalah kerosene (ρ = 89 Kg/ 3 dan μ = 0,0092 Kg/s) dan air (ρ = 998 Kg/ 3 dan μ = 0,0002 Kg/s) Pipa uji yang digunakan dari bahan plexyglass yang berdiaeter dala 36 untuk inlet dan 9 untuk side ar Cara pengabilan data adalah air terlebih dahulu dipopakan dari tangki penapungan kedala pipa saluran inlet sapai penuh, selanjutnya kerosene dipopakan dari tangki penapungan kedala pipa saluran inlet sehingga kerosene dan air akan bercapur dala ixer Keudian diatur katup habatan aliran pada downstrea Setelah kerosene dan air bercapur di dala ixer, keudian debit aliran keduanya diatur dengan enggunakan floweter dengan nilai besaran sesuai dengan atriks tes penelitian

6 ISSN University Research Colloquiu 205 Q w (GPM) J w (/s) Tabel 3Matriks Tes Penelitian Q k (ltr/hr) J k (/s) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,20 0,22 J ix (/s),5 0,0 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 2,5 0,5 0,25 0,27 0,29 0,3 0,33 0,35 0,37 3,5 0,20 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 4 0,25 0,35 0,37 0,39 0,4 0,43 0,45 0,47 5 0,30 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,52 6 0,35 0,45 0,47 0,49 0,5 0,53 0,55 0,57 6,5 0,40 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 Aliran capuran engalir enuju seksi uji keudian dilakukan pengabilan sapel/data diatur berdasarkan waktu konstan 5 detik, dan sapel/data di tapung pada tabung ukur Setelah pengabilan sapel, aliran di alihkan keseparator Sabil enunggu proses peisahan kerosene dan air, dilakukan pebacaan tekanan pada anoeter U, dan visualisasi terhadap pola aliran pada sisi inlet dan daerah T-junction dengan enggunakan handyca Setelah kerosene dan air yang ada di tabung ukur sudah terpisah, dilakukan pebacaan level kerosene dan level air Aliran capuran yang sudah selesai diaati selanjutnya dipisahkan di separator, setelah terpisah kerosene dan air keudian dipopa kebali ke tangki penapungan untuk digunakan lagi pada pengabilan data selanjutnya Tidak Mulai Instalasi Alat dan Uji coba Alat Kalibrasi alat uji Siap elakukan Pengujian? Ya Pengabilan Data Analisa Data Kesipulan Selesai Gabar 6 Diagra Alir Penelitian 2

7 University Research Colloquiu HASIL DAN PEMBAHASAN A Peisahan Fasa Dari penelitian ini, data hasil peisahan fasa disajikan berdasarkan perbandingan fraksi kerosene dan fraksi air yang engalir ke side ar Pengaturan habatan aliran pada downstrea sebesar 42%, 57 % dan 72% dari total aliran yang engalir di downstrea dan kondisi water cut 45 %, 53%, 64% dan 7% Hasil peisahan fasa kerosene-air (gabar 7) enunjukkan bahwa peisahan fasa terjadi bila habatan aliran pada downstrea sebesar 42 % julah fraksi kerosene sekitar 98 % yang asuk ke side ar dan julah fraksi air lebih sedikit Sedangkan (gabar 8) enunjukkan bahwa kerosene lebih udah engalir ke side ar bila habatan aliran pada downstrea sebesar 57%, tapi julah fraksi air asih banyak yang ikut asuk ke side ar Kondisi water cut dan kecepatan superficial capuran eberikan pengaruh terhadap hasil peisahan fasa Seakin kecil nilai water cut aka peisahan fasa seakin baik Peisahan fasa yang terjadi pada pengaturan habatan aliran downstrea baik 42%, 57% aupun 72% pada kecepatan superficial capuran 0,53 /s; 0,48/s dan 0,3 /s diana 98 % kerosene engalir ke side ar Gabar 7 Peisahan Fasa pada Habatan Aliran Downstrea 42% ISSN Gabar 8 Peisahan Fasa pada Habatan Aliran Downstrea 57% Gabar 9 Peisahan Fasa pada Habatan Aliran Downstrea 72% B Efisiensi Peisahan Fasa Efisiensi peisahan yang diperoleh enunjukkan kecenderungan grafik yang saa, baik water cut 45 %, 53 %, 64 % dan 7% Lihat gabar 0 di ana seua data fraksi assa yang engalir ke side ar terletak pada garis peisahan ideal kedua yang enunjukkan bahwa air urni engalir ke run ar dan capuran engalir ke side ar Kondisi ini terjadi ketika di atur habatan aliran pada downstrea elalui sebuah katup Selain itu, pengaturan kecepatan superficial kerosene dan kecepatan superficial air engakibatkan terbentuk pola aliran yang berbeda pada bagian inlet T- junction yang epengaruhi efisiensi peisahan fasa Dala penelitian ini, pada kecepatan superficial air 0, /s dan kecepatan aliran kerosene 0, /s bentuk alirannya stratified Kenaikan kecepatan inyak enjadi 0,2 /s enghasilkan bentuk aliran stratified dan ixture interface atau three layer 3

8 ISSN Efisiensi peisahan fasa tertinggi sebesar 00% terjadi ketika pengaturan habatan aliran pada downstrea sebesar 42 % pada kecepatan superficial capuran 0,62 /s (J w = 0,40 /s dan J k = 0,22 /s), pengaturan habatan downstrea 57% efisiensi 98% terjadi pada kecepatan superficial capuran 0,48 /s (J w =0,30 /s dan J k =0,8 /s),sedangkan pengaturan habatan downstrea 72% efisiensi 95% terjadi pada kecepatan superficial capuran 0,27 /s (J w = 0,5 /s dan J k = 0,2 /s), pola aliran yang terbentuk adalah stratified, dapat dilihat pada gabar 2 Water cut juga sangat epengaruhi dala peisahan fasa Seakin rendah water cut seakin tinggi puncak efisiensi peisahan yang dicapai Dari gabar 0a enunjukkan puncak efisiensi peisahan encapai 96% pada kecepatan superficial capuran sebesar 0,33 /s (J w = 0,5 /s dan J k = 0,8 /s) Untuk pengaturan habatan aliran pada downstrea sebesar 42% enunjukkan efisiensi peisahan fasa paling tinggi yang bisa dicapai pada water cut 64% Pada gabar, perbandingan efisiensi peisahan fasa water cut 64% dengan hasil penelitian Ega T Beran (2009) diana efisiensi aksial 70% pada J ix = 032 /s sedangkan hasil penelitian ini aksial 00% pada J ix = 062 /s University Research Colloquiu 205 (a) (b) (c) (d) Gabar 0 Efisiensi peisahan fasa pada habatan aliran downstrea 42%, 57% dan 72% a) Water cut 45% b) Water cut 53% c)water cut 64% d)water cut 7% Gabar Perbandingan efisiensi peisahan fasa water cut 64% dengan hasil penelitian EgaTBeran 4

9 University Research Colloquiu 205 Air J ix = 0,62/s J w =0,40 J k = 0,22 Kerosene Air (a) J ix = 0,62 /s J w =0,40 /s (b) Kerosene Gabar 2 Pola aliran stratified pada J w = 0,40 /s dan J k = 0,22 /s a) Inlet b) Seksi uji 4 KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat diabil kesipulan : Pada habatan aliran downstrea sebesar 42 %, 57% dan 72% enghasilkan efisiensi peisahan kerosene sebesar 00% pada kecepatan superficial capuran 0,62 /s (J w = 0,40 /s dan J k = 0,22 /s), efisiensi 98% terjadi pada kecepatan superficial capuran 0,48 /s (J w =0,30 /s dan J k =0,8 /s),sedangkan efisiensi 95% terjadi pada kecepatan superficial capuran 0,27 /s (J w = 0,5 /s dan J k = 0,2 /s) 2 Efisiensi peisahan aksiu sebesar 00% terjadi pada water cut 64%, dan pola aliran yang terbentuk adalah stratified ISSN DAFTAR PUSTAKA Azzopardi BJ, Colan DA, Nicholson D, 2002Plant application of a T- junction as a partial phase separator Trans I Che E Vol 80, part A, pp Conte G, Azzopardi BJ, 2003 Fil thicness variation about a T-junction International Journal of Multiphase Flow Vol 29, pp Ega Taqwali Beran, 2009 Studi eksperiental pengaruh variasi sudut T-junction terhadap karakteristik peisahan keroseneair Tesis Universitas Gadjah Mada Yogyakarta Rodriguez,OMH,Olieans,RVA,2006ex periental Study on Oil-Water Flow in Horizontal and Slightly Inclined Pipes International Journal of Multiphase Flow Vol 32, pp Wang Li-yang, Wu Ying-xiang, Zheng Zhichu, Guo Jun, Zhang Jun, Tang Chi, 2007 Oil-water two-phase flow inside T-junction Journal of Hydrodynaic Vol 20(2), pp47-53 Yang L, Azzopardi BJ, 2006 Phase split of liquid- liquid two-phase flow at a horisontal T-junction International Journal of Multiphase Flow Vol 33(2),pp