STUDI PENGARUH FREKUENSI DROPLETS TERHADAP LAJU PERPINDAHAN KALOR PADA PERMUKAAN STAINLESS STEEL

DANNYS ARIF KUSUMA, Fauzun, S.T., M.T., Ph.D.; Indro Pranoto, S.T., M.Eng., Ph.D.

2018 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Pengaturan temperatur pada suatu aplikasi dengan heat flux yang tinggi menjadi hal yang penting saat ini. Metode spray cooling terbukti dapat membuang heat flux yang tinggi sekaligus mengontrol laju pendinginan yang diinginkan. Spray cooling dianalisa dengan melakukan pendekatan yang lebih sederhana dengan meneliti tumbukan multiple droplets pada permukaan padat yang dipanaskan, akan terjadi beberapa fenomena yaitu menyebar (spreading), melambung (rebound), pengumpulan kembali (recoiling) dan menyiprat (splashing). Pada penelitian ini diamati pengaruh frekuensi tetesan terhadap heat transfer rate, efektivitas pendinginan dan waktu evaporasi. Pengujian dilakukan dengan tiga variabel frekuensi tetes pada 250, 400 dan 600 tetes/menit. Permukaan yang digunakan adalah Stainless Steel dengan rentang temperatur 100 oC sampai 200 oC. Teknik image precessing digunakan untuk mengambil data secara sequential dari gambar yang berhasil diambil dengan menggunakan high-speed camera. Hasil studi eksperimen menunjukkan bahwa variasi frekuensi tetesan akan mempengaruhi heat transfer rate dan waktu evaporasi. Peningkatan frekuensi tetesan yang tinggi mampu memberikan heat trasnfer rate yang lebih besar disebabkan mampu memberikan daerah pembasahan dan heat flux yang lebih besar. Nilai heat transfer rate tertinggi terjadi pada frekuensi tetes tertinggi yaitu 600 tetes/menit dan temperatur permukaan 180 oC, dimana dikatakan sebagai titik kritis. Setiap kenaikan frekuensi tetesan juga meningkatkan nilai efektivitas pendinginan, nilai tertinggi efektivitas pendinginan terjadi pada frekuensi tetes tertinggi yaitu 600 tetes/menit dan temperatur permukaan 140 oC. Nilai frekuensi tetesan yang semakin meningkat menyebabkan penurunan waktu evaporasi, dimana waktu evaporasi tersingkat terjadi pada frekuensi tetes 600 tetes/menit dan temperatur permukaan 200 oC.

In the present and the future, temperature control in an application with high heat flux becomes important. The spray cooling method is proven to remove high heat flux while controlling the desired cooling rate. Spray cooling was analyzed by a simpler approach by examining the collision of multiple droplets on heated solid surface. Multiple droplets are drop of water which continuosly dropped on a surface by certain time difference. When droplet impingement on the surface, the droplet will have be spreading, rebound, recoiling and splashing. In this study, the effect of drop frequency to heat transfer, cooling effectiveness and evaporation time on stainless steel surface are investigated. The observation is performed by using a variable drops frequency of 250, 400 and 600 drops/minute. The surface temperatur ranges from 100 oC to 200 oC. Image processing techniques are used to extract the data sequentially from images that successfully taken by using high-speed camera. The experimental results show that, the variation of the droplet frequency affect significantly the heat transfer rate and evaporation time. The results also show that increasing frequencies of droplets are able to provide a larger heat transfer rate due to being able to provide a larger wetting area and a larger heat flux. It was found that the highest heat transfer occurs at the highest drop frequency at 600 drops/minute and surface temperature 180 oC, which is the critical point. The increasing frequencies of droplets also increases the value of cooling effectiveness, the highest value of cooling effectiveness occurs at the highest drop frequency at 600 drops/minute and surface temperature 140 oC. The increasing frequency of droplets causes a decrease in evaporation time, which is the shortest evaporation time occurs at 600 drops/minute drop frequency and surface temperature 200 oC.

Kata Kunci : Droplets, frekuensi tetesan, efektivitas pendinginan, waktu evaporasi, rasio penyebaran tetesan