Perpustakaan Digital ITB

Pengukuran laju aliran fluida multi-fasa tetap menjadi kebutuhan krusial di berbagai sektor industri, seperti farmasi, petrokimia, serta minyak dan gas. Namun, proses pengukuran ini masih menghadapi berbagai tantangan akibat kompleksitas karakteristik aliran, seperti interaksi antar fasa, distribusi kecepatan yang tidak merata, serta fluktuasi tekanan yang dinamis. Selain itu, pola aliran seperti slug flow, churn flow, anular flow, stratified flow dan bubble flow dapat menimbulkan fluktuasi hidrodinamik yang berpotensi menyebabkan degradasi pada dinding pipa. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, penelitian ini mengusulkan kombinasi metode ultrasonik refleksi (UR) dan tomografi resistansi elektrikal (TRE) untuk pengukuran aliran fluida dua-fasa. Pendekatan ini bertujuan mengukur laju aliran sekaligus merekonstruksi distribusi fluida dua-fasa cairan dan udara (water and air) di dalam pipa, serta mengidentifikasi struktur aliran, khususnya pada fasa cair dan gas. Metode TRE bekerja dengan menginjeksikan arus lemah melalui elektroda dan mengukur perubahan resistansi untuk merekonstruksi profil aliran, sedangkan konfigurasi dual-plane TRE digunakan untuk meningkatkan resolusi temporal dan spasial melalui analisis korelasi silang. Metode UR memanfaatkan pantulan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi perbedaan sifat akustik antar fasa, sehingga efektif dalam mengidentifikasi struktur aliran. Sensitivitas metode UR ditingkatkan melalui analisis sinyal pantulan (echo) dan variasi frekuensi. Untuk mendukung akuisisi data berkecepatan tinggi, sistem diimplementasikan menggunakan field programmable gate array (FPGA) yang memungkinkan sampling rate tinggi sesuai dengan karakteristik transduser ultrasonik berfrekuensi tinggi. Validasi eksperimen dilakukan menggunakan pipa akrilik transparan dengan konfigurasi aliran horizontal agar observasi visual dapat dilakukan secara langsung. Selain itu, pendekatan komputasional dinamika fluida (KDF) diterapkan untuk memodelkan dinamika aliran dua-fasa, mengamati mekanisme pembentukan slug flow, serta membandingkan distribusi pola aliran hasil simulasi dengan hasil eksperimen. Dengan demikian, simulasi KDF berperan sebagai pendukung analisis fisis terhadap fenomena aliran dan sebagai pembanding terhadap hasil pengukuran berbasis UR dan TRE. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem yang dikembangkan mampu membedakan karakter sinyal antara aliran slug dan aliran stratifikasi (stratified) yang menjadi objek utama pengamatan, serta mengidentifikasi pola aliran slug yang pada kondisi eksperimen dikategorikan sebagai low-aerated slug flow. Pengukuran menggunakan metode UR menunjukkan bahwa ketebalan aliran slug berada pada kisaran 0,330 hingga 0,355 cm, dengan kecenderungan meningkat seiring bertambahnya kecepatan UR pada rentang 0,6 hingga 1,3 m/s. Hubungan antara kedua parameter menunjukkan kecenderungan nonlinier. Pada tahap kalibrasi, sistem UR menunjukkan kesalahan pengukuran kurang dari 1% terhadap referensi. Hasil simulasi KDF menunjukkan kesesuaian dengan tren eksperimen dalam merepresentasikan pembentukan dan distribusi aliran, walaupun masih terdapat perbedaan akibat penyederhanaan model numerik dan kompleksitas dinamika aliran dua-fasa. Kontribusi utama penelitian ini terletak pada pendekatan integratif yang menggabungkan metode UR, TRE, dan KDF untuk meningkatkan kemampuan pengukuran laju aliran, identifikasi karakteristik aliran, serta analisis perilaku slug flow secara lebih representatif. Pendekatan ini memberikan dasar yang lebih komprehensif bagi pengembangan sistem pemantauan aliran dua-fasa pada aplikasi industri.