Karaktristik Pola Aliran Pemisahan Kerosene-Water Pada Pipa T-Junction Sudut 90˚ Dan Radius 25 mm  Dengan Bahan Pleksiglass
Kms. Ridhuan
Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Metro Jl. Ki Hajardewantara N0. 116 Metro Timur Kota Metro Email : kmsridhuan@yahoo.co.id

## Abstract
Tests with the fluid flow pattern visualization kerosene (kerosene)-water through a pipe with a T-junction  has  been  performed  at  the  Laboratory  of  Fluid  Mechanics,  Faculty  of  Engineering, Gadjah  Mada  University.  Tests  performed  on  the  test  section  of  T-Junction  with  an  angle  of  90  ˚ and 25 mm bend radius. Fleksiglass material with a diameter of 1.5 inches with kerosene (kerosene) and  water  as  working  fluid.  To  determine  the  flow  pattern  is  done  by  kerosene  and  set  the superficial  velocity  of  water.  Kerosene  superficial  velocity  (Jk)  and  superficial  velocity  of  water (Jw)  that  flowed  in  the  test  section  is  set  by  using  a  valve  and  measured  using  flow  meters  at  a range of values Jk = 0.10 m / s - 0.22 m / s and Jw = 0 , 10 m / s - 0.40 m / s. Flow patterns that occur during the research process was  recorded by using cameras and observed visually with the movement slowed. As a result, it is known that the flow pattern occurring in this study is stratified (S), Stratified Wavy (SW), Three Layer (3L), Stratified Wavy Water in Oil (SWw / o), and dispersed (D).  For  kerosene-water  separation  of  the  most  well  occur  in  Stratified  Wavy  flow  pattern  at  a speed suprfisial kerosene (Jk) 0.14 to 0.18 m / s and superficial velocity of water (Jw) 0.15 to 0.25 m  /  s.  In  the  superficial  mixture  velocity  (Jmix)  0.34  to  0.43  m  /  s.  And  for  kerosene-water separation of the less well occur in dispersed flow pattern (D) velocity suprficial kerosene (Jk) 0.12 m / s down and 0.20 m / s upward. Superficial velocity of water (Jw) 0.15 m / s down and 30 m / s upward. In the superficial mixture velocity (Jmix) below 0.56 m / s. And on top of 0.60 m / s.
Keywords : flow patterns, kerosene-Water, T-junction.

## PENDAHULUAN
Salah satu metode yang digunakan untuk memisahkan  antara  fluida  air  dan  fluida minyak adalah dengan menggunakan konstruksi  perpipaan  dengan  sambungan–T  ( T Junction )  untuk  menggantikan  fungsi  dari separator  yang  selama  ini  digunakan.    Ketika aliran  dua  fase  mengalir  melalui T-junction terjadi distribusi tidak merata terhadap kualitas campuran pada kedua sisi keluar ( run dan side arm )  dari T-junction .  Distribusi  tidak  merata dari aliran fluida tersebut berdampak pula pada parameter  lain  seperti    gradien  tekanan  dan efisiensi pemisahan.
Penelitian  tentang  pola  aliran    minyak dan  air  pada  pipa  horizontal    telah  dilakukan oleh    Angeli  dan  Hewitt  (1999).      Pipa  yang digunakan  adalah stailess  steel dan acrylic dengan  diameter    dalam  7  mm  dan  5,7  mm. Penelitian  dilakukan  pada  kecepatn superficial
campuran  minyak-air  antara  0,2    sampai  3,9 m/s  dan fraksi volume air yang masuk antara 6 %  sampai  86  %.      Minyak  yang  digunakan mempunyai densitas 801 kg/m 3 dan viskositas 1,6 mPa.s.  Hasil penelitinnya yaitu empat pola aliran  utama,  antara  lain    pola  aliran Stratified Wavy pada pipa acrylic terjadi pada  kecepatan campuran 0,6 m/s.   Sedang pada pipa stainless steel terjadi pada kecepatan campuran 0,3 m/s. Pola three layer pada pipa acrylic terjadi pada kecepatan  campuran  0,9  sampai  1,7  m/s    dan fraksi volume air  0,2  sampai 0,5.   Sedangkan pada pipa stainless steel terjadi pada kecepatan campuran  0,9  sampai  1,7  m/s.      Untuk  pola Stratified  Mixed terjadi  pada  pada  kecepatan campuran yang sama  pada Three Layer tetapi fraksi  volume  airnya  di  bawah  0,3  dan  diatas 0,5  pada  kedua  pipa. Fully  Dispersed/Mixed pada pipa stainless steel terjadi pada kecepatan campuran  1,3  m/s  ke  atas.      Sedangkan  pada pipa acrylic terjadi  pada  kecepatan  campuran
1,7 m/s.
a. Pola aliran Stratified Wavy (SW) b. Pola aliran Three Layer (3L) c. Pola aliran Stratified Mixed (SM)
d. Pola aliran Mixed (M)
Gambar 1.  Gambar Pola aliran yang dihasilkan dari penelitian  (Angeli dan  Hewitt,1999).
Yang  dan  Azzopardi  (2006)  meneliti pengaruh  kecepatan  superfisial  campuran terhadap pola aliran yang terjadi pada sisi inlet dari T-junction dan    pemisahan  fase  antara kerosene -air.  Pada  tahun  berikutnya  (2007) mereka  melakukan  penelitian  tentang phase maldistribution dengan  fokus  kajian  pada  pola aliran stratified  with  mixture  interface (ST  & MI)  dan  pola  aliran dispersed .  Data  yang diukur berdasarkan pada besarnya aliran fraksi massa yang keluar dari side arm . Penelitian  tentang  pola  aliran kerosene - air  pada  pipa  horizontal  dengan  bahan  acrylik telah    dilakukan  juga  oleh    Imam  Syopii (2009).   Diameter pipa yang digunakan 1 inch. Kecepatan superficial air  0,087  m/s  sampai
0,58  m/s  Dan  kecepatan superfisian    kerosene 0,084  m/s  sampai  0,336  m/s. Dengan  fraksi volume  air (water  cut) 21  %  samapi  87  %. Secara  umum  ada  lima  pola  aliran  yang  dapat ditemui  yaitu stratified  wavy terjadi  pada kecepatan superficial  kerosene 0,087  sampai 0,204  m/s,  dan  air  0,087  sampai  0,583  m/s. Pola  aliran Three  layer terjadi  pada  kecepatan superficial  kerosene 0,0141  sampai  0,274  m/s dan  air  0,087  sampai  0,583m/s.    Untuk  pola alira mixed atau dispersed pada  kecepatan superfisial  kerosene 0,029  sampai  0,336  m/s dan    air  pada  0,521  sampai  0,583  m/s.      Pola aliran dispersed  water  in  oil  (Dw/o) pada
kecepatan superfisial  kerosene 0,029  sampai 0,336  m/s,    air  0,389  sampai  0,583.  Dan  pola aliran Caterpillar  wavy pada  kecepatan superficial  kerosene 0,084  sampai  0,141  m/s, dan air 0,472 sampai 0,583.

## a. Pola Aliran
Aliran  cairan-cairan  dapat  mempunyai berbagai  konfigurasi  geometrik  yang  dikenal dengan  pola  aliran.      Parameter  fisik  yang penting  dalam  menentukan  pola  aliran  adalah tegangan permukaan dan gravitasi.   Pola aliran dalam  pipa  vertikal  dan  horizontal  akan berbeda.    Banyak  kriteria  pola  aliran  yang dilaporkan,  seperti  Brauner  dan  Maron  (1992) membagi  pola  aliran  cairan-cairan  pada  pipa horizontal,  seperti  pola  aliran  strata  licin (stratified) merupakan  pola  aliran  dasar  yang terjadi  dengan  densitas  cairan  yang  berbeda. Pola aliran strata dengan dipisahkan campuran (stratified  with  mixing  interface) ,  ini  pola aliran stratified tetapi  diantara  kedua  fase terdapat  pemisah  yang  berupa  campuran  fase. Dan  pola  aliran dispered atau mixing yaitu ketika  ada  dua  fluida  yang  salah  satunya mengalir  terus-menerus  tetapi  yang  lain menyebar.
Bareta  dkk  (1997)  telah  meneliti  efek viskositas    terhadap  pola  aliran  minyak-air pada  pipa  horisontal  yang  berdiameter  3  mm, panjang 1000 mm, dengan variasi water cut 0,2 dan  0,4.  Dengan  menggunakan  tiga  macam minyak  yaitu  Gilotherm  ALD  (viskositas kinematik  71,170x10 -2 m 2 /s),  Gilotherm  RD (viskositas  kinematik  9,874x10 -2 m 2 /s),  dan
Santhotherm SP (viskositas kinematik 53,325x10 -2 m 2 /s).    Hasil  penelitiannya
mendapatkan    lima  pola  aliran  utama,  yaitu pola aliran dispersed, annular, slug, bubbly dan plug.

## b. Kecepatan Superfisial
Kecepatan superficial (J) (m/s) didefinisikan  sebagai  perbandingan  antara  laju alir  volumetrik  dari  fase  tunggal  (V)  dengan luas  melintang  pipa  (A).  Berikut  beberapa persamaan  untuk  mengetahui  karaktristik pemisahan kerosene-water :
Kecepatan Superfisial : A J A J k k ks  (1)
Kecepatan Superfisial Water : A J A J w w ws  (2)
Kecepatan superficial campuran :
ws ks m J J J   (3)
Fraksi volume air (water cut) :
ws ks ws w J J J    (4) Fraksi volume kerosene (kerosene cut) :
ws ks ks k J J J   
(5)

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan fluida kerosene (densitas  =  819  kg/m 3 dan  viskositas kinematik  =  0,00192  kg/m.s)  dan  air  (densitas =  998  kg/m 3 dan  viskositas  absolut  =  0,00102 kg/m.s).  Pipa  uji  yang  berdiameter  dalam  1,5 inci.  Sudut T-junction yang  digunakan  adalah 90˚ dengan radius belokan 25 mm.
Pada  tahap  awal,  air terlebih  dahulu dipompakan  dari  tangki  penampungan  ke dalam  pipa  saluran  sampai  penuh,  selanjutnya kerosene
dipompakan
dari tangki
penampungan  ke  dalam  pipa  saluran  sehingga kerosene dan  air  akan  bercampur  di  dalam mixer .  Setelah kerosene dan  air  bercampur  di dalam mixer ,  kemudian  laju  aliran  keduanya diatur  dengan  menggunakan  katup  dan  diukur dengan flow meter dengan nilai besaran sesuai dengan  matriks  tes  penelitian  pada      Tabel    1. Aliran        campuran      kemudian  mengalir menuju  seksi  uji  dan  besarnya  fraksi  massa campuran  yang  keluar  dari  kedua outlets diukur.  Pengukuran  pola  aliran  dilakukan dengan  menggunakan camera pada  sisi  inlet dan sisi T-Junction .  Selanjutnya aliran tersebut keluar  dari  kedua  bagian  yaitu  air  dominan  ke run dan kerosene ke branch. Selanjutnya aliran  tersebut  masuk  ke  sparator,  kemudian dipisahkan,  setelah  itu  air  kembali  ke  tangki penampung  air  dan kerosene pun  demikian. Kemudian    dengan    cara    yang    sama dilakukan  pengukuran  untuk  matrik  tes selanjutnya dan seterusnya.
Tabel 1. Matriks Test Penelitian No. Kecepatan superficial air J w (m/s) Kecepatan superficial keroseneJ k (m/s) 1 0,10 0,10 2 0,15 0,12 3 0,20 0,14 4 0,25 0,16 5 0,30 0,18 6 0,35 0,20 7 0,40 0,22

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengukuran  pada  kecepatan superficial campuran (Jmix) 31  m/s  sampai  80  m/s.  Dan farksi volume air  masuk 0,23  m/s  sampai 0,64 m/s.  Secara  umum  ada  5  pola  aliran  yang ditemui pada penelitian ini yaitu :
1. Stratified Wavy (SW),
2. Three Layer (3L),
3. Dispersed atau Mixer (D),
4. Dispersed water in oil (Dw/o) dan
5. Dispersed oil in water (Do/w).
a. Kecepatan Superficial Rendah
Pada kecepatan superfisial air rendah ( J w ≤  0,15  m/s)  ada  4  pola  aliran  yang  terbentuk yaitu (SW) terjadi  pada Jk ≤  0,12  m/s,  Pola aliran (SWw/o) pada Jk ≤ 0,16 m/s, Pola aliran (3L) pada Jk ≤ 0,20. Dan pola aliran (D) pada ≥ 0,2.   Keempat pola aliran tersebut mempunyai karaktristik  yang  berbeda,  karena  fraksi volume  air  yang  semakin  sedikit,  seperti  pada gambar 2, 3, 4 dan 5.
Pola aliran  di T-Junction Pola aliran  di  inlet          (Skala 1:3) Gambar 2. Pola aliran Stratified Wavy (SW)
kerosene
Mixed Layer Gambar 3. Pola aliran Three Layer (3L)  (Skala 1:3)
Dispersed Dispersed Gambar 4.  Pola aliran Dispersed (Skala 1:3)
(DWw/o)
(DWw/o)
Gambar 5. Pola aliran DispersedWavy Water in Oil (DWw/o) (Skala 1:3)
(DWo/w)
Gambar 6. Pola aliran Dispersed Wavy Oil in Water (SWo/w)
(Skala 1:3)
b. Kecepatan Superficial Menengah
Pada  kecepatan superfisial air  menengah ( J w ≤  0,20  sampai  0,30  m/s)  ada  4  pola  aliran yang  terbentuk  yaitu  (SW)  terjadi  pada Jk ≤ 0,10 m/s, Pola aliran (DWo/w) pada Jk ≤ 0,12 sampai  0,14  m/s,  Pola  aliran  (3L)  pada Jk ≤ 0,16 sampai 0,20 m/s. Dan pola aliran (D) pada ≥  0,22.    Konfigurasi  pola  aliran  yang  terjadi hampir  sama  dengan  konfigurasi  pola  aliran kecepatan superficial rendah.  Ini  terlihat  pada gambar  2, 3, 4 dan 6.
c. Kecepatan Superficial Tinggi
Pada  kecepatan superfisial air  tinggi  ( J w ≤ 0,20 sampai 0,30 m/s) ada 2 pola aliran yang terbentuk  yaitu  Pola  aliran Dispersed  Wavy Water  in  Oil (DWw/o)  pada Jk 0,10  sampai 0,16    m/s.  (DWo/w)  pada Jk ≤  0,16  sampai 0,22  m/s.  Dibandingkan  dengan  kecepatan superficial sebelumnya, pada kecepatan superfisial  air  tinggi  ini  hanya  terdapat  pola aliran  yang  hampir  sama,  seperti  pada  gambar 5 dan 6.
Pola  aliran Stratified  Wafi (SW)  terjadi
pada  kecepatan superficial  kerosene 0,10 sampai 0,12 m/s. Dan kecepatan superficial air 0,10 sampai 0,30 m/s. Dimana pada pola aliran ini  terjadi  gelombang  pada  lapisan kerosene karena  relative  terpengaruh  oleh    tegangan geser  yang  terjadi  pada  kedua  lapisan  fluida, sehingga  efisiensi  pemisahan kerosene -air belum sempurna, seperti pada gambar 2.
Pada pola Dispersed  Wavy  Oil in  Water (DWo/w)  terjadi  pada  kecepatan superficial kerosene 0,12  sampai  0,22  m/s.  Dan  pada semua  kecepatan superficia l  air    yaitu  0,10 sampai  0,22  m/s.  Hal  ini  terjadi  akibat tegangan geser yang terjadi dekat dinding pipa pada lapisan kerosene relative lebih terpengaruh oleh tegangan geser, dimana fluida lebih cendrung menyebar dan pecah membentuk  butiran-butiran  dan  pada  butiran- butiran kerosene diselimuti  atau  dikelilingi oleh air sehingga kerosene di dalam air, seperti pada gambar 6.
Untuk  pola  aliran Dispersed  Wavy  Wate in  Oil (DWw/o)  terjadi  pada  kecepatan superficial kerosene 0,10 samapi 0,14 m/s. Dan kecepatan superficial air 0,30 sampai 0,40 m/s. yang  terjadi  pada  pola  aliran  (SWw/o)
analisanya tidak jauh berbeda dengan (SWo/w) hanya  saja  tegangan  geser  kedua  permukaan fluida  yang  terjadi lebih dominan pada lapisan air,  sehingga  air  cendrung  pecah  dan membentuk  butiran-butiran.  Dimana  butiran- butiran  air  tersebut  diselimuti  atau  dikelilingi oleh kerosene, sehingga air di dalam kerosene, seperti pada gambar 5 dan 6.
Pola aliran Three Layer (3L) terjadi pada kecepatan superficial  kerosene 0,16  sampai 0,20  m/s.  Dan  kecepatan superficial air  0,10 sampai  0,30  m/s.    yang  terjadi  karena  dekat dinding  pipa  pada  lapisan  kerosene  relative terpengaruh  oleh  tegangan  geser  permukaan yang  tejadi  sehingga  fluida  cenderung  pecah dan menyebar. Semakin meningkatnya kecepatan superficial air menyebabkan butiran- butiran kerosene berubah  menjadi  butiran berukuran  kecil  dan  terdistribusi  pada  daerah batas  fase  dan  membentuk  lapisan  campuran antara air dan kerosene seperti pada gambar 3. Pola  aliran Dispersed (D)  atau pully Dispersed terjadi  pada  kecepatan superficial kerosene 0,20 samapi 0,22 m/s. Dan kecepatan superficial air  0,10  sampai  0,30  m/s.  Pola aliran  ini  terjadi  akibat  kecepatan  superficial kerosene lebih besar dari kecepatan superfisial air,  sehingga  kerosene  cendrung  menyebar karena pengaruh tegangan geser dan membetuk lapisan  campuran  dibagian  atas  sedangkan  air bergerak  secara  kontinyu  dibagian  bawah. Pembentukan  pola  aliran Dispersed dengan diawali  terjadinya  pola  aliran Three  Layer, karena  meningkatnya  salah  satu  kecepatan superficial fluida yang mengakibatkan naiknya tegangan  geser  kedua  permukaan  fluida sehingga berpengaruh terhadap semakin meluasnya  daerah  campuran  ( mixed )  dan akhirnya  terbentuklah  pola  aliran dispersed, seperti pada gambar 4.
Pada  seksi  pemisahan kerosene -air  di T- Junction terlihat  bahwa  pembentukan  pola aliran yang terjadi sangat berpengaruh terhadap hasil  pemisahan  yang  didapat.  Seperti  terlihat pada gambar 2 dan 6 di atas bahwa untuk pola aliran Stratified Wavy pada kecepatan superficial kerosene (Jk) 0,10 sampai 0,20 m/s dan kecepatan superficial air (Jw) 0,25 sampai
0,30 m/s adalah merupakan kondisi pemisahan yang baik sekali, dimana efisiensi pemisahannya yang paling baik.

## KESIMPULAN
Dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Variasi kecepatan superficial
aliran kerosene dan  air  dalam  penelitian  ini  akan menghasilkan  pola  aliran Stratified  Wavy (SW) ,  Three  Layer (3L) ,  Dispersed  atau Mixer (D), Dispersed  water  in  oil (Dw/o) dan Dispersed oil in water (Do/w). 2. Untuk  pemisahan kerosene -air  yang  paling baik  terjadi pada pola  aliran Stratified  Wavy pada  kecepatan superficial  kerosene (Jk) 0,10  sampai  0,20  m/s  dan  kecepatan superficial air  (Jw)  0,25  sampai  0,30  m/s. Atau  pada  kecepatan superficial campuran (J mix ) 0,30  sampai  0,40  m/s.  Dan  dengan Water cut 67 % sampai 70 %. 3. Dan  untuk  pemisahan kerosene -air    yang kurang  baik  terjadi  pada  pola  aliran Dispersed (D)  kecepatan suprfisial  kerosene (Jk)  0,20  sampai  0,22  m/s  dan  kecepatan superficial  air  (Jw)  0,10  sampai  0,20  m/s. Atau  pada  kecepatan superficial campuran (J mix )  0,30  sampai  0,47  m/s.  Dan  dengan
Water cut 31 % sampai 50 %.
4. Ditemukan  aliran  transisi  atau  peralihan yaitu Stratified  Wavy,  dan  Dispersed  yaitu
Three  Layer pada kecepatan  kerosen (Jk)
0,16–0,20  m/s  dan  kecepatan  air  (Jw)  0,15-
0,30 m/s.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Angeli,  P  and  Hewitt,  G.F.  1999. Flow Structure  in  Horizontal  Oil-Water  Flow. International  Journal  of  Multiphase  Flow.
Vol-26. pp 1117-1140.
[2] Bereta  A,  Ferrari  P,  Galbiati  L  and Andreini  PA,  1997, Horizontal  Oil-Water Flow  in  Small  Diameter  Tubes  Flow Paterns .  International  Comunkastion  of Heat  and  Mass  Transfer,  Vol.24,  pp223- 229
[3] Brauner,  N.  And  Maron  DM.1992. Flow
Pattern  Transition  in  Two  phase  Liquid- liquid Flow in Horizontal Tube. International  Journal  of  Multiphase  Flow, Vol 18, pp. 123-140.
[4] Syofii  Imam,  2009,  Studi  eksperimen
mengenai pola aliran cairan-cairan minyak tanah dan air pada pipa horizontal sebagai simulasi  aliran  dua  fase  pada  pipa ekspolasi
[5] Yang L, B.J Azzopardi, A. Belghasi, 2006. Phase  separation  of  liquid-liquid  two- phase  flow  at  a  T-junction. AIChE
Journal. Vol. 52(1), pp. 141-149.
[6] Yang  L,  B.J  Azzopardi,  2007. Phase  split of  liquid-liquid  two-phase  flow  at  a
horisontal T-junction. International
Journal of Multiphase Flow. Vol. 33(2),pp. 207-216.