Studi eksperimental perpindahan kalor dua fasa air-udara untuk daerah slug flow aliran searah pada pipa horizontal

ZAI, Yulius, Prof. Dr. Ir.Indarto, DEA

2008 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan nilai koefisien perpindahan kalor aliran dua fasa air-udara pada aliran kantung. Seksi uji terdiri atas pipa horizontal dengan diameter dalam 24 mm dan panjang 1568 mm. Aliran kantung diperoleh dengan mengalirkan udara melalui nosel yang mempunyai pusat sama dengan pipa transparan dan ditempatkan di dalam pipa transparan yang di dalamnya terdapat aliran air. 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 sembilang titik sepanjang pipa. Pengambilan data yang digunakan dalam perhitungan koefisien perpindahan kalor dua fasa telah dilakukan dalam suatu syarat batas fluks kalor dinding berkisar antara 1804,3 W/m2 sampai 7282,7 W/m2, kecepatan superficial berkisar antara 0,184 m/s sampai 0,276 m/s untuk air dan 0,073 m/s sampai 0,438 m/s untuk udara. Hasil percobaan menunjukan bahwa koefisien perpindahan kalor dua fasa meningkat dengan kenaikan fraksi hampa pada kecepatan superficial udara divariasikan dan kecepatan air konstan. Koefisien perpindahan kalor dua fasa eksperimen jika dibandingkan dengan prediksi Ghajar dan Chen mempunyai kecenderungan yang sama dan memiliki karekteristik yang sama. Korelasi empiris yang dihasilkan pada penelitian ini adalah: =1,3102 Re0,4874 Pr-0,2985 tp TP TP Nu Korelasi ini berlaku pada kualitas uap (x) 0,000466 sampai 0,002788, fraksi hampa (a) 0,190 sampai 0,564, bilangan Reynolds superficial air berkisar 5362 sampai 8165, bilangan Reynolds superficial udara berkisar 110 sampai 663 dan fluks kalor berkisar 1804,3 W/m2 sampai 7282,7 W/m2.

The purpose of this research was to obtain the heat transfer coefficient of water-air two-phase flow in a horizontal slug flow. The test section was consisted of a horizontal pipe of 24 mm in inner diameter and 1,568 mm in length. The slug flow was obtained by channeling the air through nozzles whose center is the same with that of the transparent pipe and located in the transparent pipe within of which water channels inside. Seven thermocouples were set on seven points along the outer surface of the tube to measure the temperature of the pipe wall, while nine ones were set on seven points along the axis of the tube to measure that of the fluid inside. Data used in calculating the coefficient of two-phase heat transfer was obtained with a condition that the limit of wall heat flux ranges from 4,997.1 W/m2 to 7,282.7 W/m2, superficial velocity ranges from 0.184 m/s to 0.276 m/s for the water and from 0.073 m/s to 0.438 m/s for the air. Result of the experiment shows that the coefficient of two-phase heat transfer increases with the increased superficial velocity of air flow. The coefficient of experimental two-phase heat transfer, as compared with the predictions of Ghajar and Chen, has the same trend with the same characteristics. Moreover, an empirical correlation could be derived and expressed as: =1,3102 Re0,4874 Pr-0,2985 tp TP TP Nu The correlation was valid for the following conditions, i.e. gas quality (x) of 0.000466-0.00278, void fraction (a) of 0.190-0.564, water superficial Reynolds numbers in a range of 5362-8165, air superficial Reynolds numbers in a range of 110-663, and electrical heat flux (q”) of 1804.3 W/m2-7282.7 W/m2.

Kata Kunci : Aliran kantung,Koefisien perpindahan kalor,Pipa horizontal,Aliran searah,Fraksi hampa, Slug flow, Heat transfer coefficient, Horizontal pipe, Cocurrent, Void fraction