Analisis Karakteristik Aliran Fluida dengan Temperatur Berbeda pada Pipa Sambungan-T

Abstract

Pipa sambungan-T merupakan struktur sistem perpipaan yang paling umum dan banyak digunakan di bidang industri seperti bidang petrokimia, bidang kelautan, bidang nuklir dan sebagainya. Pipa Sambungan T diaplikasikan pada material yang sesuai dengan kondisi fluida yang dialirkan, seperti pipa PVC yang biasa digunakan untuk mengairkan limbah rumah tangga. Struktur sambungan-T dibagi menjadi dua, sambungan-T bercabang dan sambungan-T impact. Kelelahan termal atau biasa disebut dengan Thermal Fatigue merupakan resiko potensial pada sistem perpipaan, dapat terjadi pada aliran pencampuran di persambungan-T. Penelitian simulasi sambungan-T dengan perbedaan kecepatan dan sudut belum banyak diteliti. Perbedaan suhu sebesar 30°C menjadi fokus dan pembeda dari penelitian sebelumnya. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh kecepatan aliran terhadap karakter campuran aliran fluida pada pipa dekat outlet dan mengetahui pengaruh sudut pipa sambungan-T terhadap karakter campuran aliran fluida pada pipa dekat outlet. Penelitian ini menggunakan metode simulasi dan eksperimen sebagai alat validasi. Simulasi menggunakan perangkat lunak Ansys Student dengan mesh tethrahedral. Eksperimen menggunakan alat yang dibuat sendiri. Pengambilan data pada penelitian ini menggunakan termokopel probe sedalam 18mm dengan posisi 100mm (kiri), 175mm (atas), 250mm (kanan) dari sambungan-T. Variabel bebas pada penelitian ini adalah sudut sambungan-T 45°, 90° dan kecepatan aliran inlet hot 0,2 m/s, 0.5 m/s dan 0,8 m/s. Variabel terikat pada penelitian ini adalah karakteristik aliran fluida meliputi distribusi suhu, profil kecepatan, dan pola aliran. Sudut pipa sambungan-T berpengaruh terhadap karakter campuran aliran fluida pada pipa dekat outlet dibuktikan dengan profil kecepatan pada pipa dekat outlet dan intensitas turbulensi. Sudut pipa 45° kecepatan pada pipa dekat outlet rata-rata stabil 0,3 m/s pada variasi sudut pipa 90°, sedangkan pada variasi sudut 45° kecepatan aliran pada pipa utama dekat outlet mencapai 0,39 m/s dengan variasi kecepatan aliran pipa cabang 0,8 m/s. Intensitas turbulensi ditunjukkan dengan arah aliran, variasi sudut 90° dengan tiga variasi kecepatan rata-rata menunjukkan aliran pada posisi Log-Layer atau berkembang penuh. Kecepatan aliran berpengaruh terhadap karakter campuran aliran fluida pada pipa dekat outlet, terbukti bahwa sesuai dengan perhitungan momen rasio dan angka Reynold yang perhitungannya dipengaruhi oleh kecepatan aliran, karakter masing-masing variasi berbeda. Pada aliran pipa cabang 0,2 m/s menghasilkan perhitungan momen rasio sebesar 0,014941 dan disebut aliran Impinging Jet, sedangkan kecepatan aliran 0,5 m/s menghasilkan nilai MR 0,938955 sehingga disebut aliran Deflecting Jet dan kecepatan aliran 0,8 m/s menghasilkan MR 2,403727 sehingga disebut Wall Jet. Angka Reynold menunjukkan bahwa karakter aliran adalah Turbulen, terbukti dari perhitungan variasi kecepatan pipa cabang 0,2 m/s, 0,5 m/s dan 0,8 m/s mencapai lebih dari 4000. Angka Reynold tertinggi dihasilkan oleh kecepatan aliran 0,8 m/s dengan nilai 49.643.