Studi Eksperimental Mengenai Karakteristik Aliran Dua Fasa dan Pola Aliran Slug Fluida Newtonian serta Perbandingannya Terhadap Fluida Non-Newtonian pada Upstream Square Microchannels

FARHAN IQBAL B, Prof. Dr. Deendarlianto, S.T., M.Eng.

2021 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Studi eksperimental aliran dua fasa pada microchannel dilakukan terhadap karakteristik pola aliran untuk fluida newtonian dan perbandingannya secara spesifik dengan fluida non-newtonian untuk karakteristik pola aliran slug. Saluran microchannel berbentuk square dengan ukuran 0,8 mm x 0,8 mm dilewati oleh fluida kerja cairan newtonian berupa Aquadest dan non-newtonian berupa Carboxymethyl Cellulose (CMC) dengan nitrogen sebagai fluida kerja gas. Kecepatan superfisial cairan yang digunakan adalah pada rentang JL =0,1 - 1 m/s dan gas JG = 0,07 - 8,594 m/s. Karakteristik pola aliran dianalisis dengan untuk fluida kerja Aquadest dengan menggunakan high speed camera yang mendapatkan pola aliran bubbly, slug, slug-churn, churn, wavy-annular, dan slug-annular. Peta pola aliran yang dihasilkan memiliki kesesuaian yang cukup baik terhadap penelitian terdahulu. Karakteristik slug seperti frekuensi kemunculan, panjang, dan kecepatan dianalisa dengan membandingkan fluida kerja Aquadest dan CMC dan pengaruh variasi JG dan JL menggunakan metode image processing dengan aplikasi MATLAB R2021a. Frekuensi slug pada CMC meningkat seiring bertambahnya nilai JG hingga titik tertentu saat viskositasnya berubah dan frekuensi menurun drastis seperti Aquadest. Viskositas CMC yang lebih kental membuat panjang slug lebih pendek dan kecepatan slug lebih tinggi dibandingkan dengan Aquadest. Pada pengujian fluida Aquadest, peningkatan JL berbanding lurus dengan frekuensi kemunculan tetapi berbanding terbalik dengan panjang slug. Sedangkan, kecepatan slug berbanding lurus terhadap peningkatan JG maupun JL.

Experimental studies of two-phase flow in microchannels were carried out on the characteristics of the flow pattern for Newtonian fluids and their comparison with non-Newtonian fluids for specific characteristics of slug flow patterns. The microchannel in the form of a square with a size of 0.8 mm x 0.8 mm is passed by the Newtonian fluid in the form of Aquadest and non-Newtonian in the form of Carboxymethyl Cellulose (CMC) with nitrogen as the gas working fluid. The superficial velocity of the liquid used is in the range of JL =0,1 - 1 m/s and gas JG = 0,07 - 8,594 m/s. The characteristics of the flow pattern were analyzed for Aquadest working fluid using a high-speed camera which obtained a bubbly, slug, slug-churn, churn, wavy-annular, and slug-annular flow pattern. The resulting flow pattern map has a fairly good match with previous research. Slug characteristics such as frequency of occurrence, length, and speed were analyzed by comparing the working fluid of Aquadest and CMC and the effect of JG and JL variations using the image processing method with the MATLAB R2021a application. The slug frequency in CMC increases with increasing JG value up to a certain point when the viscosity changes and the frequency decrease drastically like Aquadest. The thicker CMC viscosity makes the slug length shorter and the slug speed higher than the Aquadest. In the Aquadest fluid test, the increase in JL is directly proportional to the frequency of occurrence but inversely proportional to the slug length. Meanwhile, the slug speed is directly proportional to the increase in JG and JL.

Kata Kunci : Aliran Dua Fasa, Microchannel, Pola Aliran, Newtonian, Non-Newtonian, Karakteristik Slug, Viskositas