Studi ekperimental mengenai dinamika tetesan tunggal yang menimpa permukaan panas pada bilangan Weber rendah

PADANG, Yesung Allo, Prof. Dr. Ir. Indarto, DEA

2008 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Pengujian tetesan tunggal yang menimpa permukaan panas pada bilangan Weber rendah telah dilakukan di Laboratorium Hidrodinamika UGM. Untuk melihat pengaruh perlakuan permukaan terhadap sudut kontak maka dipakai tiga jenis permukaan yaitu stainless steel (SS), stainless steel yang dilapisi TiO2 tanpa pengaruh UV (NUV), dan stainless steel yang dilapisi TiO2 dan dipengaruhi sinar UV (WUV). Untuk melihat pengaruh bilangan Weber terhadap droplet wettability dan droplet life time maka bilangan Weber divariasikan 5,4; 6,4 dan 9,0. Sedangkan untuk melihat pengaruh temperatur permukaan terhadap wettability dan waktu evaporasi maka temperaturnya divariasikan dari 60oC-240oC dengan interval 20oC. Diameter permukaan padat adalah 30 mm dan tebal lapisan TiO2 adalah 200 nm. Untuk menghasilkan gambar yang baik, dipakai pencahayaan lampu 500W. Dinamika tetesan di atas permukaan padat direkam dengan high speed camera dengan kecepatan 500 fps. Gambar selanjutnya diolah dengan menggunakan software Phantom. Hasilnya adalah sudut kontak statis, θs, stainless steel 85,72o; TiO2 tanpa UV 35,04o dan TiO2 dengan UV ≈ 0o. Sudut kontak statis berpengaruh terhadap wettability dan waktu evaporasi, tevap. Jika sudut kontak besar, maka tingkat wettability permukaan kecil dan waktu evaporasi tinggi, sebaliknya jika sudut kontak kecil tingkat wettability besar dan waktu evaporasi rendah. Pada temperatur permukaan 60oC dengan We = 5,4 diperoleh pada θs ≈ 0o, te = 70 s; pada θs = 35,04o, te = 97 s dan pada θs = 85,72o, te = 132 s. Dengan variasi bilangan Weber 5,4; 6,4 dan 9,0 belum memberikan efek terhadap wettability permukaan, hal ini disebabkan selisih kenaikan bilangan Weber yang kecil. Variasi bilangan Weber ini berpengaruh terhadap waktu penguapan pada permukaan SS tetapi tidak pada NUV dan WUV. Pada permukaan SS, makin tinggi bilangan We makin singkat waktu penguapan. Pada temperatur permukaan di bawah temperatur wetting limit, naiknya temperatur menaikkan wettability dan menurunkan waktu penguapan. Di atas temperatur wetting limit, naiknya temperatur menurunkan wettability dan menaikkan waktu penguapan.

An experimental of a single droplet impinging upon a hot surface at low Weber number has been conducted in the Laboratory of Hydrodynamics Gajah Mada University. To evaluate the efects of surface treatment to the contact angle, three different modules were introduced, they were stainless steel; stainless steel coated with TiO2 without UV light and stainless steel coated with TiO2 with UV light. To evaluate the effect of Weber number to droplet wettability and droplet life time, Weber numbers were varied 5.4, 6.4 dan 9.0. And to evaluate the effect of surface temperature on wettability and evaporation time, the surface temperature were varied from 60oC-240oC by interval 20oC. The diameter of the solid surface and the depth of TiO2 coating were 30 mm and 200 nm, respectively. For better illumination, a 500W light was applied. Dynamics of the droplet on a solid surface were recorded using high speed camera at 500 fps. The images then were analyzed using Phantom software. As a result, it was found that the static or equilibrum contact angle, θs, for stainless steel was 85.72o; TiO2 without UV 35.04o and TiO2 with UV approximately 0o. Static contact angle influenced wettability and evaporation time , tevap. If the contact angle increase then surface wettability decrease and the the droplet evaporation time increase, otherwise, if the contact angle decrrease, the surface wettability increase and the droplet evaporation time decrease. At surface temperature 60oC with We = 5.4 it was found that at θs ≈ 0o, te = 70 s; at θs = 35.04o, te = 97 s and at θs = 85.72o, te = 132 s. Variation of Weber number from 5.4 to 9.0 had no effect on the surface wettability. However, these variations influenced droplet evaporation time on SS but not on NUV and WUV. On the SS, increasing Weber number would be decreasing droplet evaporation time. When surface temperature below wetting limit, increasing temperature result in increasing wettability but decreasing evaporation time. In contrary, above wetting limit temperature, increasing temperature result in decreasing wettability but increasing evaporation time.

Kata Kunci : Tetesan,Bilangan weber,Wettability,Waktu penguapan,Sudut kontak,Faktor penjalaran,Tinggi puncak,droplet,Weber number,wettability,evaporation time,contact angle,spreading factor,apex height