Studi eksperimental perpindahan kalor dua fasa pada air-udara untuk daerah Slug-Flow aliran searah ke atas

KUNARTO, Ir. Purnomo, MSME.,Ph.D

2007 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Koefisien perpindahan kalor dua fasa gas cair merupakan penjumlahan antara koefisien perpindahan kalor fasa gas dan fasa cair berdasarkan volume masing-masing fasa. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui pengaruh perubahan debit udara, perubahan debit air, dan perubahan fluks kalor listrik terhadap harga koefisien perpindahan kalor aliran dua fasa, serta mendapatkan korelasi empiris koefisien perpindahan kalor hasil penelitian. Selanjutnya koefisien perpindahan kalor hasil eksperimen dibandingkan dengan harga hasil korelasi yang ada dari penelitian sebelumnya. Penelitian dilakukan dengan mengalirkan air dari bawah dan udara dari bawah dalam bentuk aliran kantung. Alat uji terdiri atas pipa tembaga dengan Di 24 mm panjang 1200 mm dililit dengan elemen pemanas listrik sepanjang pipa. 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 tujuh titik sepanjang pipa, sedangkan temperatur fluida diukur dengan memasang termokopel pada sumbu pipa di sembilan titik sepanjang pipa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien perpindahan kalor eksperimen meningkat dengan meningkatnya debit udara pada debit cairan konstan dan meningkat dengan meningkatnya debit air pada debit udara konstan. Koefisien perpindahan kalor prediksi Chen maupun Ghajar memiliki harga yang jauh lebih besar dibandingkan dengan hasil eksperimen. Korelasi impiris yang dibentuk pada penelitian ini adalah, NU tp = 4,6404 Re TP 0,3465 Pr TP −0,3801 yang berlaku pada kondisi: kualitas gas (x) 0,00115 s.d. 0,00354, dan fraksi hampa (α) 0,04110 s.d 0,60263, bilangan Reynolds superfisial air (Resl) 4120,08323 s.d 8358,82710 serta fluks kalor listrik (q”) 2963,55271 W/m2 s.d. 9288,74700 W/m2.

The gas-liquid two phase flow heat transfer coefficient is the sum of gas and liquid phase heat transfer coefficient based on its volumes. The aims of this research are to study the correlation between air flow rate, water flow rate, electrical heat flux changes and two phase flow heat transfer coefficient, to obtain empirical correlation of experimental heat transfer coefficient that would be compared to the other researcher results. The experiment used a tube with inner diameter of 24 mm and length of 800 mm coiled by electrical heater. The water and air flow were upwards through the tube in the form of slug flow. Seven thermocouples were placed on seven points along the outer surface of the tube to measure wall tube temperature, while fluid temperature was measured by nine thermocouples on nine points along the axis of the tube. The results show that heat transfer coefficient increases in air flow rate at fixed liquid flow rate. Meanwhile, the heat transfer coefficient also increases in air flow rate at fixed air flow rate.. This coefficient is greater than that of both Chen and Ghajar predictions. The empirical correlation that can be derived from the experiment is, NU tp = 4,6404 Re TP 0,3465 Pr TP −0,3801 This equation is only valid for : gas quality (x) from 0,00115 to 0,00354, void fraction (α) from 0,04110 to 0,60263, Resl from 4120,08323 to 8258,82710 and electrical heat flux (q”) from 2963,555271 W/m2 to 9288,74700 W/m2.

Kata Kunci : Perpindahan kalor, aliran dua fasa, aliran kantung, aliran searah keatas, heat transfer, two phase flow, slug flow, upwards flow