Studi Eksperimental Karakteristik Aliran Dua Fasa Fluida Non-Newtonian Polyacrylamide (PAM) Konsentrasi 0,2?rat dan Nitrogen pada Microchannel Penampang Persegi dengan Sudden Expansion

TITAHNIA ISNA REFA, Prof. Dr. Deendarlianto, S.T., M.Eng.

2024 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Seiring perkembangan zaman, kebutuhan akan teknologi yang efisien dan berukuran kecil semakin meningkat, termasuk dalam aplikasi skala mikro pada saluran dalam alat penukar panas atau microchannel. Pemahaman mendalam tentang konsep aliran dua fasa menjadi sangat penting untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi sistem tersebut. Studi eksperimental terkait karakteristik aliran dua fasa dengan fluida non-Newtonian dilakukan pada microchannel dengan penampang persegi yang mengalami perubahan luas penampang berupa ekspansi. Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis karakteristik aliran dua fasa, pressure drop, dan slug menggunakan fluida nitrogen-Polyacrylamide (PAM) 0,2?rat yang mengalir sepanjang saluran berdiameter DH = 0,5mm pada bagian upstream dan DH = 0,8mm pada bagian downstream. Sementara itu, penelitian dengan menggunakan fluida nitrogen-air sebagai fluida Newtonian digunakan sebagai pembanding. Variasi kecepatan superfisial gas berada pada rentang jG  = 2,67-20m/s, sedangkan variasi kecepatan superfisial likuid memiliki rentang jL = 0,1-1m/s. Dari variasi tersebut ditemukan beberapa pola aliran yang ditangkap oleh high speed camera seperti bubbly flow, slug flow, slug-annular flow, churn flow, dan annular flow. Analisis pola aliran juga dilakukan dengan signal processing berupa Power Spectral Density (PSD) berdasarkan sinyal tekanan. Microchannel terdiri dari 6 buah pressure taps yang terhubung dengan Differential Pressure Transducer (DPT) untuk mengetahui distribusi tekanan. Fenomena pressure drop pada nitrogen-PAM 0,2%wt lebih tinggi dibandingkan nitrogen-air. Peningkatan pressure drop seiring dengan peningkatan kecepatan superfisial likuid (jL). Selain itu, peningkatan kecepatan superfisial likuid (jL) dapat meningkatkan kecepatan slug dan mengurangi panjang slug. Pada bagian upstream saluran, slug gas memiliki ukuran yang lebih panajng dan kecepatan yang lebih tinggi.

As time progresses, the demand for efficient and compact technology continues to increase, including in micro-scale applications within heat exchanger channels or microchannels. A deep understanding of two-phase flow concepts is essential for improving the performance and efficiency of these systems. An experimental study on the characteristics of two-phase flow with a non-Newtonian fluid was conducted in a microchannel with a square cross-section undergoing cross-sectional area expansion. The research aimed to analyze the characteristics of two-phase flow, pressure drop, and slug behavior using 0.2% weight nitrogen-Polyacrylamide (PAM) fluid flowing through a channel with upstream diameter DH = 0.5mm and downstream diameter DH = 0.8mm. Meanwhile, research using nitrogen-water as a Newtonian fluid was employed for comparison. The superficial gas velocity varied within the range of jG = 2.67-20m/s, while the superficial liquid velocity ranged from jL = 0.1-1m/s. From these variations, several flow patterns were observed, including bubbly flow, slug flow, slug-annular flow, churn flow, and annular flow, captured by a high-speed camera. Flow pattern analysis was also conducted using signal processing techniques such as Power Spectral Density (PSD) based on pressure signals. The microchannel consisted of six pressure taps connected to a Differential Pressure Transducer (DPT) to determine pressure distribution. The phenomenon of pressure drop in nitrogen-PAM 0.2%wt was higher compared to nitrogen-water. The increase in pressure drop correlated with the increase in superficial liquid velocity (jL). Additionally, an increase in superficial liquid velocity (jL) could enhance slug velocity and reduce slug length. In the upstream section of the channel, gas slugs exhibited longer lengths and higher velocities.

Kata Kunci : Aliran Dua Fasa, Microchannel, non-Newtonian, Ekspansi, Pola Aliran, Pressure Drop