Karakteristik Hidrodinamik dan Pola Aliran Pada Fenomena FLooding
Dalam Pipa Vertikal
(*) Mahmuddin, (**) Samsul Kamal, (**) Indarto, (**) Purnomo (*) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Muslim Indonesia Makassar (**) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin dan Industri UGM Program Pascasarjana Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin dan Industri FT-UGM Jl. Grafika 2 Yogyakarta 55281
Abstrak
Karakteristk  hidrodinamik,  dan  pola  aliran  pada  aliran  berlawanan  arah  udara-air dalam pipa vertikal telah dilakukan. Pengukuran ketebalan film dengan metode konduktimetri, dan penurunan  tekanan  dengan  manometer  U.  Untuk  mendapatkan  aliran  berlawanan  arahm udara-air, maka air dialirkan dari atas melalui media berpori, sedangkan udara diinjeksikan dari bawah secara aksial. Pengukuran ketebalan film dilakukan pada jarak (X) 400, 1600, dan  2400xmm  dengan  variasi  angka  Reynolds  air  (Re L )  845-2446  dan  laju  injeksi  udara dengan  kecepatan  1.84-5.54m/s  dari  injektor  air.  Pengukuran  ketebalan  film  dilakukan secara simultan.
Hasil  perhitungan  menunjukkan  bahwa  kurva  ketebalan  film  terjadi  penurunan  secara perlahan-lahan  dengan  meningkatnya  laju  aliran  udara.  Tetapi,  saat  flooding  besaran  ini turun  drastis,  dan  gradien  tekanan  (dp/dx) tiba-tiba  meningkat  tajam. Flooding  diawali ketidakstabilan  aliran  film  dimulai  dari  sisi  bagian  bawah  saluran,  kemudian  membentuk formasi gelombang-gelombang kecil dan pola aliran acak bergerak ke atas secara simultan. Saat flooding pola aliran ini berubah menjadi pola aliran annular mengalir ke bawah.  Pada transisi  aliran,  dimana  struktur  aliran  lokal  turun  drastis  dan  kemudian  konstan  sebagai fungsi waktu. Pengukuran ketebalan film dari tiga titik menunjukkan bahwa flooding terjadi lebih awal pada sisi bagian atas dekat sisi masuk air.
Kata kunci: karakteristik hidrodinamik, pola aliran, flooding

## PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
Dalam  dunia  industri  fenomena flooding merupakan batas aliran
berlawanan  arah  ( Counter-current  flow limitation,  CCFL ).  Bila  sebagian  cairan tepat  mengalir  ke  atas  searah  dengan aliran  udara.  Kondisi  ini  dapat  dijadikan faktor  yang  membatasi  operasi  suatu kondensor refluks pipa vertikal. Peristiwa flooding dapat  juga  dijumpai pada  reaktor  nuklir,  bila  inti  reaktor menjadi kering sebahagian atau keseluruhan, dan kemudian diusahakan
pembasahan dari atas. Air yang mengalir ke bawah masuk ke dalam inti, mungkin  dilawan  aliran  uap  hasil pendidihan (flashing) mengalir  ke  atas, sehingga
mengakibatkan gagalnya pendinginan ( Loos Of Coolant Accidents,LOCAs). Pada  kecepatan  uap maksimum  sebagian  dari  air  kondensasi tadi  akan  terbawa  naik  dan  akan menghambat  mengalir  ke  bawah.  Ini kondisi  dimana  batas  awal  terjadinya flooding atau  titik  kecepatan  uap  saat flooding.
Selain itu flooding dapat mengakibatkan kerusakan  dan  menurunkan  kinerja sistem.  Oleh  karena  itu  prinsip-prinsip keselamatan  pada  PWR  PLTN  perlu dipelajari  mencegah  bahaya  atau kecelakaan  yang lebih membahayakan.
Disain  Pembangkit  Listrik  Tenaga Nuklir (PLTN) diarahkan pada peningkatan standar dan tingkat keselamatan  dari  satu  kemungkinan terjadinya  leleh  teras (core  melt) dengan sistem “Defence  in  Depth” . Counter
Current  Flow  Limitation (CCFL)
merupakan  fenomena flooding dan mendapat  perhatian  khusus  di  industri nuklir terutama karakteristik termohidrolik  pada  reaktor  nuklir  jenis Pressurized  Water  Reactors (PWR). Panas yang dibangkitkan oleh uap cukup untuk  melelehkan  material  teras  reaktor dalam beberapa detik jika proses transfer kalor  tidak  efektif,  dan  laju  aliran  uap melebihi yang dizinkan, Pada kondisi ini dapat  mengakibatkan  kecelakaan  atau kerusakan
fatique
pada jaringan
perpipaan. Kecelakaan
tersebut disebabkan  kurangnya  laju  pendinginan pada reaktor ( Smal Break Loss of Coolant Accident,  SBLOCA). Oleh  karena  itu, diperlukan Emergency  Core  Cooling
System (ECCS)  yang  berfungsi  untuk menginjeksikan  air  pendingin  ke  teras reaktor.
Kecelakaan  yang ditimbulkan oleh
kerusakan fatique pada jaringan perpipaan  di  salah  satu  PLTN  di  Jepang tahun 2004,
membuat sebagian masyarakat  ragu  akan  keberhasilan proyek  pengembangan  nuklir  di  sana. Deendarlianto(2005).
Negara maju sedang mengembangkan proyek yang
mengarahkan  untuk  memperbaiki  tingkat pemahaman  mekanisme flooding pada reaktor  nuklir,  diantaranya  adalah  model analisis untuk evaluasi lebih teliti tentang flooding di  dalam  pipa  penghubung Pressurized  Water  Reactor (PWR). Penelitian  tentang  karakterisik  aliran annular air  dan  udara berlawanan  arah vertikal  cukup  menarik  dan  masih  tetap dikembangkan  di  beberapa  negara  di dunia,  misalnya  Jepang,  Polandia, Jerman,  Perancis,  Amerika  Serikat, Inggris  dan  beberapa  negara  di  Asia. Oleh  karena  itu,  pengembangan  dan penelitian  di  bidang  ini  merupakan alternatif  dalam  menjawab  permasalahan ke depan.
1.2. Tujuan Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  karakteristik  aliran, pola aliran, dan fenomena flooding .

## 1.3. Tinjauan pustaka
Publikasi  mengenai  aliran  dua fase dirasakan masih kurang dan sebagian besar  publikasi  ditulis  oleh  para  peneliti yang  berasal  dari  Pusat  Studi  Nuklir misalnya Harwell (Inggris), Argonne (Amerika Serikat),  CENG  (Pewrancis), Kyoto University (Jepang). Memang tidak mengherankan  karena  proyek  reaksi nuklir  membutuhkan  pengetahuan  di bidang  perpindahan  kalor  dan  aliran  dua fase, Koestoer. R.A (1994).
Fenomena flooding dalam  pipa vertikal  telah  dikembangkan  oleh  Wallis dkk  (1969)  hingga  sekarang.  Transisi aliran berlawanan arah ke aliran searah ke
atas  telah  banyak  dikaji  baik  secara teoritis  maupun  eksperimental.  Hasil penelitian  yang  diperoleh  adalah menampilkan  gambar  pola  aliran, pengaruh  viskositas cairan,  tegangan muka serta diameter dan kemiringan pipa terhadap  fenomena flooding. Penelitian serupa dilakukan oleh Mouza dkk (2000) di  dalam  celah  yang  sempit  dengan variasi  viskositas  cairan  dan  beropereasi pada  bilangan  Reynolds  cairan  yang rendah antara 100–400.
Delhaye  dkk  (1981)  mengatakan bahwa flooding dan flow reversal merupakan mekanisme dasar yang terjadi pada  reaktor  nuklir thermohydroulic , seperti  dalam  Gambar  1.  adalah    (1) Peristiwa rewetting . (2)  Peristiwa
pelelehan material. (3) Down comer flow pada emergency  core  cooling sistem. Proses  di  industri, flooding dan flow reversal tidak  jarang  dijumpai  pada peralatan heat  exchanger , vertical  tube destilation, vertical reflux condensor, dan cooling tower. Flooding dan flow reversal sampai  sekarang  belum  dapat  terdefinisi dengan jelas.
Vijayan  dkk  (2002)  telah melakukan  eksperimen  tentang  aliran berlawanan  arah  air  dan  udara  pada kondidi flooding dalam pipa  berdiameter 25,  67  dan  99  mm.  Pengukuran  gradien tekanan,  ketebalan  film  dan  laju  aliran aiar  keluar  pada  kondisi flooding. Data pada  diameter  25  dan  67mm  yang ditunjukkan  dalam  Gambar  2.  Gradien tekanan  pada  umumnya  memperlihatkan tidak mengalami peningkatan yang cukup besar di bawah kondisi flooding
peningkatan laju aliran udara
Gambar 1. Mekanisme flooding Data pada diameter 25 dan 67mm yang  ditunjukkan  dalam  Gambar  2. Gradien  tekanan  pada  umumnya memperlihatkan tidak mengalami peningkatan  yang  cukup  besar  di bawah kondisi flooding .  Peningkatan  gradien tekanan  yang  mendadak  dengan  tingkat laju  aliran  udara  terjadi  saat flooding. Peningkatan  ini  dapat  disebabkan  karena adanya  hantaman  ombak  saat flooding terutama laju aliran gas meningkat. Pada  laju  aliran  air ditetapkan 0.0278  kg/s  dan  laju  aliran  udara divariasikan  di  dalam  pipa  berdiameter 25mm, gradien tekanan dan laju aliran air keluar  diplot  sebagai  fungsi  laju  aliran udara  ditunjukkan  dalam  Gambar  3.
Selanjutnya Jayanti dkk (2001) menyatakan  bahwa  gradien  tekanan  di bawah flooding sangat  rendah  dan  laju aliran  air  keluar  konstan.  Dengan  laju aliran  gas  sedikit  lebih  tinggi,  maka droplet ke atas terus meningkat. Gradien tekanan naik seiring dengan turunnya laju aliran  air  keluar  dan  cenderung  tidak berubah  meskipum  di  bawah  kondisi flooding. Pada  aliran  udara  yang  lebih tinggi, gerakan aliran acak ( churn ) akan menyebar  di  seluruh  penampang  pipa.
(d) ) (c) (b) (a) Gas cairan keluar cairan masuk
Hal ini struktur aliran seperti aliran acak tidak kelihatan.
Gambar    2.  Gradien  tekanan  dengan peningktan laju aliran udara berbagai variasi laju aliran air pada diameter 67mm
.

## G
Gambar 3. Gradien tekanan dan laju aliran air keluar dengan peningkatan laju aliran udara (d i =25mm)
Gambar 3. Gradien tekanan dan laju aliran  air  keluar  dengan  peningkatan  laju aliran udara (d i =25mm)
Ousaka.,  dkk.,  (2005),  telah melakukan  pengukuran  ketebalan  film lokal  terhadap  fungsi  waktu,  tegangan geser,  kecepatan  rata-rata  film  cairan dilakukan  pengukuran  secara  serentak ditunjukkan
dalam Gambar 4.
Pengamatan  yang  diperoleh  bahwa sebelum  terjadi  gelombang  besar  terjadi peningkatan  tebal  film  secara  mendadak yang diikuti dengan tegangan geser fluida dengan  permukaan  dinding.    Karena
lapisan  film  yang  tipis  mengakibatkan tegangan  geser  menjadi  kecil  sejalan dengan  gaya  gravitasi  lokal.  Dengan amplitudo  gelombang  tidak  menentu akibat dari perubahan tegangan geser dan efek  viskositas  cairan.  Selain  itu, ketebalan  film  saat  permulaan flooding lebih  berfluktuasi  bila  dibandingkan dengan ketebalan film pada kondisi tanpa aliran udara yang melawan arah aliran air di dalam pipa.
Gambar  4.  Pengukuran    ketebalan  film cairan, kecepatan rata-rata  dan  laju aliran air lokal pada Re L 3348
Karimi.  G  dan  Kawaji.  M  (2000) mempresentasikan  hasil  pengukuran ketebalan  film  untuk  Re G =0  dan permulaan flooding. Pipa yang digunakan adalah pipa dengan diameter 50.8mm dan tinggi  244cm. Pengukuran  dilakukan pada  Re  cairan  1391  sampai  6584  pada jarak  1500mm  dari  sisi  masuk  cairan. Hasil  pengukuran  dituangkan  dalam Gambar 5. Ketebalan film pada Re yang tinggi  seperti  kurva  paling  bawah  dalam Gambar  5.  menunjukkan  bahwa  aliran
film lebih berfluktuasi bila dibandingkan dengan  Re  yang  rendah.  Seperti  kurva pada  Re  11448  saat flooding, fluktuasi alirannya lebih kecil.
Gambar  5.  Fluktuasi  ketebalan  film  untuk aliran  film  jatuh  bebas  dan  aliran  film permulaan flooding

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Instalasi  penelitian  dituangkan dalam  Gambar  6,  terdiri  dari  2  (dua) rangkaian  yaitu  rangkaian  tertutup  untuk air dan rangkaian terbuka untuk udara..
Pengukuran
ketebalan film dengan  menggunakan  teknik  konduktan dengan  kawat paralel yang dipasang pada jarak  (L)  4mm.  Kawat  ini  terbuat  dari bahan remanium dengan  diameter (d p )1mm. Salah satu ujung kawat tersebut dialirkan  arus  listrik  dengan  tegangan  5 volt. Tegangan luaran merupakan respon dari perubahan ketebalan air. Metode ini secara  luas  telah  digunakan  di  dalam aliran  dua  fasa,  cukup  sederhana  dan tidak mengganggu aliran film.
Metode konduktansi pada dasarnya menggunakan elektroda ditempatkan  dekat  satu  sama  lain  pada permukaan di mana film cairan mengalir (Indarto,  1992).  Sedangan  cakupan  L/dp yang efektif untuk pengukuran ketebalkan film  cairan  (  )  efektif.  Bila  L/dp=4, pengukuran  ketebalan  film  efektif  dalam ul, K. 1991). Resistansi  air  akan  semakin  kecil bila  ketebalan  air  meningkat,  sehingga daya  hantar  akan  meningkat  serta tegangan  luaran  akan  lebih  besar. Pengukuran dilakukan pada 322  Re L ≤2446 dengan injeksi udara pada kecepatan  1.83m/s  sampai  di  atas kecepatan kritis udara . Hal ini dilakukan untuk  mendapat  larakteristik  dan fenomena  aliran  sebelum  dan  sesudah flooding. Probe ketebalan film dihubungkan  ke  terminal  top silkscreem melalui  kabel scerm ,  dari  terminal dihubungkan  ke  PCB  ( Printed  Circuit Board ). Pada PCB dilengkapi rangkaian non  inverting untuk  elektroda  dan rangkaian non  inverting termocouple . Masing-masing rangkain di atas dihubungkan  dengan LabJack U12-PH kemudian  diteruskan  ke  komputer  (PC) yang  dilengkapi  monitor.  Respon tegangan luaran dari perubahan  tahanan film  sangat  kecil,  maka  diberikan penguatan.
Pola  aliran  sesaat  sebelum flooding diamati  dengan  cermat  dengan seksama  untuk  mendapatkan  pola  aliran yang  diinginkan.  Pola  aliran  direkan dengan  kamera  digital  merek  canon 4.0MP.  Perbedaan tekanan  dapat diketahui dengan menggunakan
manometer  U.  Sedangkan    volume  air keluar  bersama  aliran  udara  ke  atas dengan  menggunakan  gelas  ukur. Pengukuran dilakukan secara simultan.
Gambar 6. Instalasi alat penelitian
Kalibrasi ketebalan film dilakukan dengan mengganti silinder dalam dengan diameter  yang  berbeda.  Jarak  antara silnder  dalam  dengan  silinder  luar merupakan  tebal  cairan  Skema  kalibrasi dituangkan dalam Gambar 7(a)
Karakteristik ketebalan film dapat diketahui  dengan  merekam  perubahan tegangan  luaran  pada  setiap  Re L dengan
peningkatan  laju  aliran  udara.  Suhu  air dipertahankan
konstan
selama pengambilan  data  sehingga  dapat dianggap proses adiabatik.
(a)

## (b)
Gambar 7. (a) skema kalibrasi ketebalan film dan  (b)  rangkaian  listrik  pengukuran ketebalan film

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Mekanisme Flooding
Gejala flooding selalu  diawali dengan  ketidakstabilan  permukaan  aliran film akibat  interaksi  antara  permukaan aliran  film  dengan  aliran  udara. Ketidakstabilan  aliran  film  tersebut  akan berlanjut  dengan  timbulnya  riak  atau gelombang  di  permukaan  seiring  dengan
air masuk dinding tabung selinder co-aksial air keluar Prob e sens or suhu termokopel konektor seperangkat akusisi data Keterangan: 1. Kompresor, 2. Regulator tekanan, 3 flowmeter cairan , 4
Monometer,  5  Pompa  air,  6.  Tangki  air,    7. Flowmeter gas, 8   Separator, 9. Injektor cairan, 10.Isolator, 11. Pipa uji, 12. Rangkaian sensor ketebaln film,  13. Seperangkap alat  akuisisi  data, 14.  Injektor  udara,  15.  gelas  ukur, T f =temperatur air. T= Temperatur, P= Tekanan, Subkrip: out =keluar, in =masuk,. air udara 1 8 gas-air T T f-in 5 7 1 3 2 4 13 PC udara air T Tf-out 9  p2 ∆p 1 15  -1  -2  -3  -8 Tf- 8 air keluar 5 V 50 H Z Tahanan luar R L V S tegangan keluaran i film cairan Tahanan listrik film R FL i V L
laju  aliran  udara  meningkat.  Dengan demikian, aliran menjadi tidak stabil dan flooding akan terjadi lebih cepat. Gambar 8,  menunjukkan  pola aliran  dengan peningkatan  laju  aliran  udara.  Pada  laju aliran udara rendah interaksi antara udara dan  permukaan  film  lemah,  sehingga permukaan  aliran  masih  stabil  seperti dalam  Gambar  8(a)  dan(  b).  Dengan peningkatan laju aliran
udara mengakibatkan  aliran film  menjadi  tidak stabil,  dengan  munculnya  formasi  pola aliran sumbat bergerak ke atas kemudian berhenti sesaat dan kemudian bergerak ke atas  akibat  dorongan  aliran  sumbat berikutnya.  Kejadian  berlangsung  sangat cepat,  sehingga  sulit  diamati  secara seksama.  Pola  aliran ini  disebut local bridging seperti pada Gambar (c) dan (d). Penjalaran  pola  aliran  sumbat
dengan kecepatan tinggi akan mengakibatkan  permukaan  aliran  film lebih  tidak  stabil  dan  mempercepat terjadi floodnig .  Mekanisme  tersebut  di depan  disebut  mekanisme flooding (lihat Gambar 8). Saat flooding aliran  menjadi annular dan  permukaan  aliran  film menjadi  stabil  Gambar 8(e)  dan  (f).  Bila laju  aliran  udara  dinaikkan  jauh  di  atas kecepatan kritis saat flooding maka, aliran akan membalik ke atas seperti gelombang merambat  ke  atas  satu  sama  lain  seperti dalam Gambar 8(g) dan (h).
a     b     c      d       e       f       g
h
Gambar 8. Mekanisme flooding

## 3.2. Pola aliran
Pola  aliran  direkam  dengan kamera  canon  dengan  4.0MP.  Hasil rekaman  menunjukkan  bahwa  kecepatan udara  jauh  dari  kecepatan  kritis    belum memberikan pengaruh signifikan terhadap  permukaan  aliran  film  seperti ditunjukkan pada Gambar 9(a).
a            b           c
d
Gambar 9. Pola aliran
Bila laju  aliran  udara  dinaikkan  sedikit demi  sedikit,  maka  terjadi  gangguan aliran  film  cairan  dekat  injektor  udara. Gangguan  ini  berupa  aliran  acak  yang disertai droplet cairan  dan  kemudian membentuk  pola  aliran  sumbat  ( pluq flow ).
Bila  kecepatan  udara  terus dinaikkan  akan  timbul  pola  gelombang dan kemudian  menyatu  membentuk  pola
aliran  sumbat.  Aliran  sumbat  ini  akan merambat  ke  atas  dan  berhenti  sesaat kemudian  bergerak/  terdorong  ke  atas oleh  aliran  sumbat  berikutnya  yang mengakibatkan flooding seperti  dalam
Gambar 9(b). Fenomena ini disebut local bridging (tanda  arah  panah) .  Local bridging dapat
mengakibatkan penyumbatan saluran terjadi dalam waktu yang  singkat  dengan  peningkatan  gaya tekanan  udara  yang  cukup  tinggi  untuk mengangkat  air  ke  atas.. Saat  air terangkat/ terdorong  ke atas atau flooding aliran  berangsur-angsur  menjadi  aliran annular mengalir  ke  bawah  dan permukaan  aliran  menjadi  stabil  seperti pada Gambar 9(c).  Sedangkan pola aliran pasca flooding seperti pada Gambar 9(d) menunjukkan  adanya  gelombang  pada permukaan  merambat  ke  atas  searah dengan aliran udara. Pola aliran ini akan mengakibatkan ketebalan film meningkat.

## 3.3. Gradien tekanan
Pengukuran  beda  tekanan  (  p) dilakukan  bersamaan  dengan  pengkuran debit  air  yang  mengalir  sebelum  dan sesudah flooding . Beda tekanan dipresentasikan  dengan    gradien  tekanan ( dp/dx ) dalam bentuk grafik seperti dalam Gambar  11.    Hasil  perhitungan menunjukkan  bahwa  pada  laju  aliran udara rendah, gradien tekanan meningkat sedikit  demi  sedikit,  tetapi  saat flooding besaran ini meningkat tajam. Peningkatan dp/dx disebabkan  oleh  interaksi  antara udara  dengan  air  semakin  kuat mengakibatkan  terjadinya  pola  aliran sumbat  bergerak  ke  atas.  Pola  aliran  ini akan mengakibatkan penyempitan saluran dan  kecepatan  permukaan  meningkat.
Sedangkan    debit  air  yang  mengalir  ke bawah  pada  seksi  uji  turun  drastis. Penurunan  ini  disebabkan  sebagian  air mengalir  ke  atas  searah  dengan  aliran udara.  Kurva  penurunan  debit  air dituangkan dalam Gambar 12.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 Jg (m/s) dp /d x (N /m 3) ReL=845 ReL=1085 ReL=1244 ReL=1475
ReL=1680 ReL=1870
ReL=2026 ReL=2202 ReL=2446 Gambar 11. Gradien tekanan fungsi dari kecepatan udara 0.0E+00 5.0E-06 1.0E-05 1.5E-05 2.0E-05 2.5E-05 3.0E-05 3.5E-05 4.0E-05 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 Jg (m/s) Q -m as uk (m 3/ s) ReL=845
ReL=1085 ReL=1244 RLe=1475 ReL=1680 ReL=1870 ReL=2026 ReL=2202 ReL=2446
Gambar  12.  Debit  air  mengalir  ke  seksi uji sebelum dan sesudah flooding
Gradien tekanan dan debit air (Q in ) diplot dalam  1  (satu)  grafik  seperti  yang dituangkan dalam Gambar 13(a) dan (b). Kurva  ini  memperlihatkan  karakteristik dp/dx dengan  debit  air  sebelum  dan  saat flooding.
0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Jg (m/s) (d p/ dx ) d an Q in Debit masuk (m3/s)x10 Gradien tekanan (MPa/m) (a) 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Jg (m/s) (d p/ dx ) d an Q in Debit masuk (m3/s) Gradien tekanan (MPa/m) (b)
Gambar  13.  Debit  air  masuk  seksi  uji  dan gradien tekanan terhadap laju aliran udara (a) untuk Re L 2446 dan (b) Re L 2202
3.4. Ketebalan film
Hasil  pengukuran  ketebalan  film (  ) terhadap peningkatan laju aliran udara berbagai  Re L dapat  dituangkan  dalam Gambar  14.  Pada  Re L yang  tinggi permukaan  aliran  film  menjadi  tidak stabil  dengan  adanya  gelombang permukaan  dengan  ukuran  lebih  besar yang  memungkinkan flooding dapat terjadi  lebih  awal.  Gelombang  ini merupakan  hasil  interaski  antara permukaan  aliran  film  dengan  aliran udara yang mengalir berlawanan arah.
Pada  laju  aliran  udara  sebelum flooding ketebalan  film  menurun  sampai mencapai maksimum dan kemudian turun drastis  saat flooding, hai  ini  terjadi  paad 845  Re L  2446.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 Jg (m/s) (m m ) Re=2446 Re=2202 Re=2026
Re=1870 Re=1680 Re=1475 Re=1244 Re=1085
Re=845
Gambar 14. Ketebalan film fungsi kecepatan udara berbagai angka Reynolds cairan

## 3.5. Struktur ketebalan film
Gambar  15.  Struktur  ketebalan  film  lokal pada    Re L 2446  dan  kecepatan  udara  saat flooding , J gF 3.57m/s jarak (a) X400mm, (b) X1600, dan (c) X2200mm
Struktur  ketebalan  film  lokal terhadap waktu (t) seperti dalam Gambar 15. Jauh dari titik flooding struktur aliran cenderung  konstan,  kemudian  turun  saat flooding .  Penurunan  ini  disebabkan  oleh berkurangnya debit air masuk ke seksi uji seperti yang dijelaskan bagian depan.

## 3.6. Kecepatan udara saat flooding
Pada  Re L lebih  tinggi  permukaan aliran film lebih berombak, dan fluktuasi aliran  yang  lebih  tinggi.  Pola  aliran  ini akan  mempercepat  interaksi  kuat  antara udara  dan  air,  sehingga  dibutuhkan  laju injeksi  udara  yang  rendah  untuk mendukung terjadinya flooding. Perbandingan  fluktuasi  ketebalan  film tanpa  laju  aliran  udara  (Jg=0)  pada  Re L 845,  1475,  1680  dan  2446  seperti  dalam Gambar  16.    Terlihat  bahwa  fluktuasi ketebalan  film  lebih  tinggi  pada  Re L 2446, bila dibandingkan dengan Re L yang lebih  kecil,  karena  adanya  gelombnag yang  lebih  dominan  pada  permukaan aliran.
Kecepatan
flooding dipresentasikan  dalam  grafik  hubungan antara  kecepatan  udara  dan  air  tak berdimensi  seperti  dalam  Gambar  17. Dari  grafik  (lihat Gambar 17) diperoleh korelasi seperti  pada persamaan  (1).  
  993 . 0 686 . 0 2 / 1 * 2 / 1 *   L G j j (1) 0.0 0.5 1.0 1.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 t (menit) (m m) ReL845 ReL1475 ReL1680
ReL2446 Gambar 16. Struktur ketebalan film tanpa laju aliran udara (Jg=0) berbagai Re L 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 JL*1/2 Jg *1 /2 Data Pengukuran Wallis Sudo dkk Indarto (1995)
Mahmuddin & Indarto (1997) Linear (Data Pengukuran ) Gambar 17. Grafik hubungan kecepatan udara dan air tak berdimensi.

## 3.7. Karakteristik ketebalan film
Karakteristik ketebalan film Re L 2446,  dan  Re L 2206  tanpa  laju  aliran udara  (Jg=0)  dengan  ketebalan  film real time  flooding (RTF)  ditampilkan  dalam satu grafik seperti pada Gambar 4.18.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 t (menit) (m m ) X400-Jg=0 X400-JgF=3.57 (a)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 t (menit) (m m ) Jg=0 JgF=3.935m/s (b)
Gambar 18. Karakakteristik ketebalan film
pada
(a) Re L 2446 dan (b) Re L 2206
Kurva  dalam  Gambar  18  menunjukkan ketebalam  film  RTF  lebih  tipis  bila dibandingkan dengan ketebalan film pada J g =0.  Hal  ini  sejalan  dengan  hasil penelitian  Karimi.  G  dan  Kawaji.  M (2000).
3.8. Kecepatan waktu flooding
Kecepatan  waktu flooding adalah waktu  yang  dibutuhkan  aliran  udara untuk  mendorong  saat  sebagian  air mengalir  searah  dengan  aliran  udara  ke atas.  Pada  Gambar  19  menunjukkan bahwa  waktu  yang  pendek  dibutuhkan untuk  mencapai flooding terjadi  pada jarak lebih dekat dari sisi masuk air, yaitu 400mm  ,  bila  dibandinmgkan  dengan jarak  1600  dan  2200mm.  Hal  ini  terjadi karena  olakan  maupun  turbulensi  aliran film  sangat  dipengaruhi  ketidakstabilam aliran yang keluar dari media berpori atau sisi  masuk  air.  Disamping  itu,  interaksi antar  fase  yang  kuat  di  daerah  tersebut dapat  mendukung  terjadinya flooding
lebih cepat..
(a) (b) (a) (c)
Gambar  19.  Waktu flooding lokal  pada Re L 845 saat flooding (a) X400 (b) X1600 dan (c) X2200.

## DAFTAR NOTASI
J             kecepatan fluida (m/s) dp/dx gradien tekanan (N/m 3 )
Re angka Reynolds RTF real time flooding (menit) 
tebal lapisan film (mm)
Subskrip L air g udara F flooding

## KESIMPULAN
Hasil  pembahasan  di  atas  dapat disimpulkan bahwa.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t  (m e n it ) d ( m m ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t  (m e n it ) d ( m m ) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t  (m e n it ) d ( m m ) OF t>3.5 OF t>4.15 OF t<3.75
1. Flooding dapat  terjadi  lebih  awal pada  sisi  bagian  atas  saluran  dekat masuk air.
2. Saat flooding ,  gradien  tekanan meningkat  tajam,  debit  air  masuk  ke seksi  uji  turun  drastis,  dan  ketebalan film menipis.
3. Local bridging dapat menyebabkan penyempitan saluran dan membentuk  formasi  pola  aliran gelombang ( single wave ) ,  sumbat dan pola aliran acak.

## DAFTAR PUSTAKA
1.Delhaye,  J.M.,  Giot,  M.,  Rietmuller, H.L.,  1980.,  Thermodynamic  of  Two Phase System for Industrial Design and Nuclear  Engneerimg,  Mc.  Graw-Hill Book Company, pp. 61-76., New York.
2.Indarto,  Lusseyran.  F.,  Cognet.G., (1991) Investigation Of The flooding Of a Falling Film: Flow Characteristic and Length Effect. LEMTA-INPL., France
3.Kamal,  S.,  (1992)  The  Effect  Of Drainage  In  The  From  Of  A  Sheet  On Heat  Transfer  On  Horizontal  Tube., Seminar Analisis dan aplikasi Perpindahan  Panas    dan Massa ,  PAU UGM Yogyakarta
4.Karimi, G., Kawaji, M. (2000) Flooding in vertical counter-current annular flow. Journal  Nuclear  Engineering  and Design 200.95–105.
5.Ousaka.  A,  dkk.,  (2005)  Prediction  of flooding  gas  velocity  in  gas–liquid counter-current  two-phase  flow  in inclined  pipes. Journal  Nuclear Engineering and Design. Tokyo 6.Vijayan, M., dkk. (2002) Eksperimental study  of  air-water  countercurrent  flow annular  flow  under  post-flooding conditions. International Journal Multiphase flow 28. 51-56.