STUDI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK ALIRAN DUA FASA FLUIDA NON-NEWTONIAN CARBOXYMETHYL CELLULOSE KONSENTRASI 0,2?RAT DAN HIDROGEN PADA MICROCHANNEL DENGAN PERUBAHAN LUAS PENAMPANG EKSPANSI

IVANDO MANDALA PUTRA, Prof. Dr. Eng. Ir. Deendarlianto, S.T., M.Eng.

2024 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Studi eksperimental ini mempelajari karakteristik aliran dua fasa dan penurunan tekanan pada saluran mikro dengan penampang persegi yang memiliki perubahan luas penampang berupa ekspansi. Microchannel ini memiliki diameter hidraulik (DH) sebesar 0,5 mm pada bagian upstream dan 0,8 mm pada bagian downstream. Terdapat enam lubang tekanan yang dihubungkan dengan Differential Pressure Transducer (DPT) untuk mengukur distribusi tekanan di sepanjang microchannel. Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah kecepatan superfisial likuid (Jl) dalam rentang 0,1 hingga 1 m/s serta kecepatan superfisial gas (Jg) antara 0,67 hingga 13,3 m/s. Fluida yang digunakan meliputi fluida non-Newtonian berupa CMC-Hidrogen dan fluida Newtonian berupa Akuades-Hidrogen sebagai pembanding. Hasilnya menunjukkan bahwa aliran dengan fluida non-Newtonian (CMC 0,2%) mengalami penurunan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan fluida Newtonian (Akuades). Penurunan tekanan ini lebih besar disebabkan oleh perubahan luas penampang pada kedua jenis fluida. Pola aliran yang terbentuk, seperti bubbly, slug, slug-annular, dan churn, diidentifikasi menggunakan high speed camera. Data mengenai pola aliran ini kemudian digunakan untuk membuat peta pola aliran dan dibandingkan dengan penelitian terdahulu. Perubahan luas penampang juga menyebabkan penurunan panjang dan kecepatan slug dari bagian upstream ke downstream microchannel. Pada fluida non-Newtonian CMC 0,2%, panjang slug lebih pendek dan kecepatan slug lebih cepat dibandingkan dengan fluida Newtonian.

This experimental study examines the characteristics of two-phase flow and pressure drop in a square microchannel with a section where the cross-sectional area expands. The microchannel has a hydraulic diameter (DH) of 0.5 mm in the upstream section and 0.8 mm in the downstream section. Six pressure taps connected to a Differential Pressure Transducer (DPT) are used to measure the pressure distribution along the microchannel. The study varies the superficial liquid velocity (<!--[if gte msEquation 12]>jL<![endif]--><!--[if !msEquation]--> <!--[endif]-->) between 0.1 and 1 m/s and the superficial gas velocity (<!--[if gte msEquation 12]>jG<![endif]--><!--[if !msEquation]--> <!--[endif]-->) between 0.67 and 13.3 m/s. The fluids used include a non-Newtonian fluid, CMC-Hydrogen, and a Newtonian fluid, Aquadest-Hydrogen, for comparison. The results show that the flow with the non-Newtonian fluid (CMC 0.2%) experiences a higher pressure drop than the Newtonian fluid (Distilled Water). This pressure drop is more significant due to the change in cross-sectional area for both fluid types. Flow patterns such as bubbly, slug, slug-annular, and churn were identified using a high-speed camera. The flow pattern data were then used to create a flow pattern map and compared with previous studies. The change in cross-sectional area also reduces the slug length and increases slug velocity from the upstream to the downstream microchannel. In the non-Newtonian fluid CMC 0.2%, the slug length is shorter, and the slug velocity is faster compared to the Newtonian fluid.

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