Studi eksperimental perpindahan kalor aliran dua fase air-udara berlawanan arah dalam pipa yang dipanaskan

PUTRO, Sartono, Ir. Purnomo, MSME.,Ph.D

2006 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Koefisien perpindahan kalor dua fase gas-cair merupakan penjumlahan koefisien perpindahan kalor fasa gas dan fase cair berdasarkan volume masingmasing fase. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh antar perubahan debit udara, perubahan debit air, dan perubahan fluks kalor listrik terhadap nilai koefisien perpindahan kalor aliran dua fase, serta mendapatkan korelasi empiris koefisien perpindahan kalor hasil penelitian. Selanjutnya koefisien perpindahan kalor hasil eksperimen dibandingkan dengan nilai hasil korelasi yang ada dari penelitian sebelumnya. Penelitian dilakukan dengan mengalirkan air dari atas dan udara dari bawah dalam bentuk aliran gelembung. Seksi uji terdiri atas pipa tembaga dengan Di 24 mm panjang 800 mm dililit dengan elemen pemanas listrik sepanjang pipa tembaga. Ujung atas dan bawah pipa tembaga disambung dengan pipa transparan untuk mengetahui pola aliran yang terjadi. Untuk mengukur temperatur dinding dipasang termokopel di dinding luar pada lima titik sepanjang pipa tembaga, sedangkan temperatur fluida diukur dengan memasang termokopel pada sumbu pipa di tujuh titik sepanjang pipa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien perpindahan kalor eksperimen meningkat dengan meningkatnya debit udara dan menurun dengan meningkatnya debit air. Koefisien perpindahan kalor eksperimen juga meningkat dengan meningkatnya fluks kalor listrik. Koefisien perpindahan kalor prediksi Chen maupun Ghajar memiliki nilai yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan hasil eksperimen. Korelasi impiris yang dibentuk pada penelitian ini adalah, (rumus) yang berlaku pada kondisi: kualitas gas (x) 0,000058 sampai 0,000116, dan fraksi hampa (α) 0,0462 sampai 0,1021, serta fluks kalor listrik (q”)1627,189 W/m2 sampai 11398,62 W/m2.

Coefficient of heat transfer of gas-liquid two-phase flow is the sum of between gas phase heat transfer coefficient and liquid phase heat transfer coefficient based on its volumes. The aims of this experiment are to study the correlation between air flow rate, water flow rate, electrical heat flux changes and coefficient of two phase flow heat transfer as well as to obtain empirical correlation of experimental heat transfer coefficient that would be compared with the previous experiment result. A Tube with inner diameter of 24 mm and length of 800 mm coiled by electrical heater was set for the experiment. The water was flowed downwards and the air was flowed upwards through the tube in the form of bubble flow. Five thermocouples were set on five points along the outer surface of the tube to measure wall tube temperature, while fluid temperature was measured by seven thermocouples set on seven points along the axis of the tube. The results show that experimental heat transfer coefficient increases with an increase in both air flow rate and electrical heat flux. Meanwhile, the experimental heat transfer coefficient increases with a decrease in water flow rate. This coefficient is much more greater than that of both Chen and Ghajar predictions. The empirical correlation that can be derived from experiment is, (formula) This equation is valid for conditions, i.e.: gas quality (x) from 0,000058 to 0,000116, void fraction (α) from 0,0462 to 0,1021 and electrical heat flux (q”) from 1627,189 W/m2 to 11398,62 W/m2.

Kata Kunci : Perpindahan Kalor,Dua Fasa,Aliran Gelembung, heat transfer, coefficient, two phase, bubble flow, counter-current