Studi Eksperimental Karakteristik Aliran Dua Fasa Fluida non-Newtonian Carboxymethyl Cellulose (CMC) Konsentrasi 0,4?rat dan Nitrogen pada Microchannel dengan Perubahan Luas Penampang Ekspansi

Natanael Christian Sinaga, Prof. Dr. Eng. Ir. Deendarlianto, S.T., M.Eng.

2023 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Studi eksperimental mengamati karakteristik aliran dua fasa dan pressure drop pada saluran microchannel berpenampang persegi yang memiliki bagian perubahan luas penampang ekspansi. Microchannel berpenampang persegi dengan memiliki DH = 0,5 mm di bagian upstream dan DH = 0,8 mm di bagian downstream. Microchannel memiliki enam buah lubang pressure taps yang dihubungkan ke DPT (Differential Pressure Transducer) untuk mengukur distribusi tekanan pada microchannel. Variasi yang digunakan adalah kecepatan superfisial likuid (jL) dengan rentang jL= 0,1 – 1 m/s dan kecepatan superfisial gas (jG) dengan rentang jG= 0,67 – 20 m/s. Selain itu, Fluida yang digunakan adalah Fluida non-Newtonian berupa CMC – Nitrogen dan Newtonian berupa Air – Nitrogen digunakan sebagai pembanding. Aliran dengan fluida non-Newtonian (CMC 0,4%) memiliki pressure drop yang lebih tinggi dibanding fluida Newtonian (Air). Fenomena penurunan tekanan terjadi lebih besar akibat perubahan luas penampang baik pada fluida Newtonian maupun non-Newtonian. Karakteristik pola aliran yang terbentuk ditangkap menggunakan high speed camera dan teramati pola aliran antara lain bubbly flow, slug flow, elongated – slug flow, slug – annular flow, dan churn flow. Data pola aliran tersebut dibuat ke dalam peta pola aliran dan dibandingkan dengan penelitian terdahulu. Akibat dari perubahan luas penampang menurunkan panjang slug dan juga kecepatan slug dari bagian upstream ke downstream microchannel. Karakteristik slug berupa panjang slug dan kecepatan slug lebih pendek dan lebih tinggi pada fluida non-Newtonian CMC 0,4%.

Experimental studies on the two-phase flow of non-Newtonian fluids were carried out on flow pattern characteristics and pressure drop in microchannels with square cross-section with sudden expansion. Rectangular cross section of microchannel has DH= 0.8 mm in the upstream and DH= 0.5 mm in the downstream. Variations in superficial liquid velocity has a range of jL= 0.1 – 1 m/s and the superficial gas velocity (jG) has a range of jG= 0.67 – 20 m/s. The microchannel has six pressure taps that are connected to the DPT (Differential Pressure Transducer) to measure the pressure drop. Additionally, the Newtonian two-phase flow with water - Nitrogen is used as a reference. The non-Newtonian fluid, CMC 0.4%, shows a higher pressure drop compared to the Newtonian fluid, water. The pressure drop phenomenon is significantly influenced by the cross-sectional area change for both Newtonian and non-Newtonian fluids.Flow pattern characteristics are captured using a high-speed camera, revealing flow patterns including bubbly flow, slug flow, elongated-slug flow, slug-annular flow, and churn flow. These flow pattern data are charted into flow pattern regime maps and compared with previous research. Cross-sectional with expansion area results in a reduction in slug length and slug velocity from the upstream to downstream microchannel. The characteristics of the slug with non-Newtonian fluid CMC 0.4% are shorter slug length and higher slug velocity than Newtonian fluid Aquadest.

Kata Kunci : Aliran Dua Fasa, Microchannel, Non-Newtonian, Perubahan Luas Penampang, Ekspansi, Pola Aliran, Karakteristik Slug, Pressure Drop