BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Fasa (phase) adalah suatu wujud atau kondisi dari suatu zat yang dapat berupa cair, padat, dan gas. Aliran multi fasa (multiphase flow) adalah aliran simultan dari beberapa fasa dari sebuah zat. Aliran dua-fasa (two-phase flow) merupakan contoh aliran multi fasa yang hanya melibatkan dua macam wujud dari suatu zat pada sebuah aliran. Aliran dua-fasa dalam dunia industri dapat dijumpai seperti pada ketel uap, alat penukar panas, reaktor nuklir, pencairan gas alam, dan pembangkit listrik tenaga panas bumi. Aliran dua-fasa dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam. Menurut kombinasi antar fasanya, aliran dua-fasa dapat dibedakan menjadi aliran gas-cair, cair-padat, dan padat-gas. Menurut arah alirannya, aliran dua-fasa dapat dibedakan menjadi aliran dua-fasa searah keatas, searah kebawah dan berlawanan arah. Sedangkan menurut kedudukan salurannya aliran dua-fasa dapat dibedakan menjadi aliran mendatar, tegak, dan miring. Semua macam aliran dua-fasa tersebut dapat terjadi pada saluran atau pipa dari berbagai macam ukuran, yaitu pipa berukuran besar (large pipe), normal (normal pipe), kecil (mini pipe) dan sangat kecil (micro pipe), sehingga studi tentang aliran dua-fasa sangat luas dan beragam. Dewasa ini perkembangan teknologi cenderung mengarah pada peralatan dan produk yang kecil. Banyak teknologi yang memanfaatkan teknologi micro untuk menunjang sebuah sistem yang efisien. Zhao dan Bi (2001) memberikan gambaran tentang aplikasi aliran pada saluran kecil seperti pada pendinginan modul-modul high-density multy-chip pada supercomputer, peralatan X-ray dan peralatan diagnostik lainnya yang berdaya tinggi, penukar kalor fluks tinggi pada sistem kedirgantaraan (aerospace system) dan sebagainya. Kawahara dkk.(2002) juga memberikan contoh lain dari aplikasi micro scale devices, yaitu untuk

2 2 pendinginan mikroelektrik, aplikasi pada bioengineering, aerospace dan micro heat pipe. Aplikasi tersebut melibatkan aliran dua-fasa dalam pipa berdiameter kurang dari 1 mm. kandlikar dkk (2003) memberikan gambaran aplikasi aliran dua-fasa pada ukuran saluran antara 2,5 µm - 25 mm seperti pada gambar dibawah. Gambar 1.1. Skema aplikasi aliran dua-fasa berdasarkan ukuran saluran (Kandlikar, 2005). Klasifikasi terhadap ukuran diameter pipa pada studi aliran dua-fasa, beberapa peneliti sebelumnya memberikan penamaan yang bervariasi terhadap berbagai ukuran pipa. Mehendale dkk. (2000), membagi ukuran menjadi 4, yaitu 1 µm sampai 100 µm sebagai microchannels, 100 µm sampai 1 mm sebagai mesochannels, 1 mm sampai 6 mm sebagai compact passages, dan di atas 6 mm sebagai sebagai conventional passages. Zhao dan Bi (2001) menyebutkan bahwa seksi uji yang digunakan (saluran segitiga dengan diameter hidraulik 2,886 mm, 1,443 mm, dan 0,866 mm) dengan microchannels. Kandlikar dan Grande (2003) membagi ukuran saluran menjadi 5 macam, yaitu : saluran konvensional, saluran mini, saluran mikro, saluran transisi, dan saluran nano (molecular nanochannels). Pengelompokan jenis pipa berdasarkan ukuran yang dilakukan oleh Kandlikar dan Grande dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 1.1. Pengelompokan jenis pipa berdasarkan ukuran pipa, Kandlikar dan Grande (2003)

3 3 Dalam penelitian aliran dua-fasa terdapat beberapa parameter yang penting untuk diteliti. Parameter-parameter tersebut berupa parameter dasar dan parameter efek perpindahan kalor (heat transfer effect). Salah satu parameter dasar pada aliran dua-fasa yaitu perubahan tekanan (pressure gradient atau pressure drop). Triplett dkk. (1999) mengatakan bahwa pada aliran duafasa di dalam pipa berukuran mini berbeda dengan aliran dua-fasa pada pipa besar dimana aliran fluida pada pipa berukuran mini mempunyai sifat yang unik, dimana tegangan permukaan memiliki peran yang sangat dominan dalam aliran tersebut. Oleh karena itu penelitian mengenai parameter dasar aliran dua-fasa pada pipa berukuran mini menjadi sangat penting guna mendapatkan informasi dan data base yang bermanfaat untuk membuat sebuah desain peralatan kecil (mini device) atau compact system yang melibatkan aliran dua-fasa. Penurunan tekanan atau pressure drop adalah parameter yang penting dalam sebuah aliran. Perbedaan tekanan dapat menyebabkan suatu zat dapat berubah wujud. Pressure drop pada aliran dua-fasa perlu diperhitungkan secara terperinci untuk mendapatkan aliran yang diinginkan. Penelitian mengenai aliran dua-fasa pada saluran kecil dengan parameter penurunan tekanan telah diteliti oleh beberapa peneliti sebelumnya. Penelitian tersebut dilakukan diantaranya oleh : Mishima dan Hibiki (1996), Triplett dkk. (1999), Lee (2001), Kawahara dkk. (2002), Hasan dkk. (2005), dan beberapa peneliti lainnya. Penelitian diantara para peneliti tersebut memiliki perbedaan antara satu dengan yang lainnya mengenai korelasi penurunan tekanan (pressure drop). Penelitian yang dihasilkan oleh beberapa peneliti tersebut dibandingkan dengan penelitian sebelumnya untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Oleh arena itu, studi eksperimental mengenai aliran dua-fasa gas-cairan pada pipa berukuran mini sangat penting untuk dilakukan guna mendapatkan informasi, data base, dan metode yang tepat dalam melakukan analisa aliran dua-fasa melalui pipa mini.

4 4 1.2 Rumusan Masalah Penelitian ini akan mengkaji parameter dasar aliran dua-fasa udara-air yaitu pressure drop pada pipa berukuran mini pada saluran horizontal yang didasarkan pada kajian eksperimen. Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Mempelajari karakteristik dari gradien penurunan tekanan (pressure gradient atau pressure drop) pada kecepatan superfisial gas dan cairan (J G dan J L ) yang beragam b. Membandingkan antara data dari hasil eksperimen dengan data dari penelitian sebelumnya c. Mencari nilai koefisien C yang sesuai dengan hasil penelitian yang didapatkan 1.3 Batasan Masalah Untuk menyederhanakan permasalahan diatas, maka perlu diambil batasan rumusan masalah dalam penelitian ini, diantaranya : a. Penelitian dilakukan dalam keadaan steady pada suhu kamar 25 o C dan tekanan 1 atmosfer. b. Pipa yang digunakan sebagai seksi uji berupa pipa acrylic yang permukaannya dianggap licin dengan ukuran diameter dalam 1,6 mm c. Sistem tidak dipengaruhi keadaan lingkungan dan dianggap tidak terjadi perpindahan kalor (adiabatis). d. Fluida kerja adalah air-udara yang mengalir secara paralel horizontal. 1.4 Tujuan Penelitian Penelitian mengenai aliran dua-fasa udara-air pada pipa mini horizontal bertujuan untuk : a. Untuk mendapatkan informasi mengenai karakteristik penurunan tekanan aliran dua-fasa udara-air pada pipa mini horizontal. b. Mendapatkan korelasi yang sesuai dengan hasil dari eksperimen pada pipa mini horizontal. c. Mendapatkan nilai koefisien C yang sesuai dari hasil eksperimen.

5 5 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini akan memberikan informasi tentang karakteristik gradien penurunan tekanan pada aliran dua-fasa udara-air pada pipa berukuran mini horizontal sehingga menghasilkan suatu data base yang memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan terutama dalam bidang konversi energy. Hasil yang didapat juga dapat dibandingkan dengan penelitian-penelitian sebelumnya sehingga akan didapatkan sebuah metode yang tepat untuk melakukan analisa aliran dua-fasa pada pipa berukuran mini pada saluran horizontal.