KOEFISIEN PERPINDAHAN KALOR DUA FASA UDA
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
KOEFISIEN PERPINDAHAN KALOR DUA FASA UDARA DAN AIR SEARAH
DALAM PIPA VERTIKAL PADA DAERAH ALIRAN KANTUNG (SLUG FLOW)
Imam Syofii, Nuryo Suwito, Kunarto, Deendarlianto
Jurusan Teknik Mesin, UGM
Email: syofii_imam@yahoo.com
ABSTRAK
Koefisien perpindahan kalor lokal dan parameter alir telah terukur untuk aliran kantung
dengan menggunakan aliran dua fasa air-udara dan pipa tembaga berdiameter 25,4 mm dan tinggi
1200 mm . Aliran kantung diperoleh dengan mengalirkan udara melalui nosel sepusat berlubang yang
ditempatkan di dalam suatu pipa transparan yang di dalamnya terdapat aliran air. Data pemindahan
kalor telah terukur di bawah suatu syarat batas fluks kalor dinding berkisar antara 4850 sampai 9250
W/m2. Angka Reynolds supercial dari 4222 sampai 8350 untuk air dan dari 364 sampai 700 untuk
udara. Hasil percobaan menunjukan bahwa koefisien perpindahan kalor eksperimen meningkat
dengan kenaikan angka Reynolds superficial air dan sebaliknya koefisien perpindahan kalor
eksperimen turun dengan turunnya angka Reynolds superficial udara, korelasi koefisien perpindahan
kalor eksperimen bila dibandingkan dengan metode Chen dan Ghajar menunjukkan tren yang
samadan memiliki karekteristik yang sama.
Kata kunci ; koefisien perpindahan kalor, aliran kantung, pipa vertikal
PENDAHULUAN
Aliran gas-cair banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam proses industri.
Gejala perpindahan kalor dalam media dengan aliran gas-cair banyak dijumpai dalam komponenkomponen sistem konversi energi. Ketel uap (boiler) harus merubah air yang mengalir di dalam pipapipanya menjadi uap, sehingga proses pendidihan (boiling) terjadi pada struktur aliran dua fasa.
Perpindahan kalor yang terjadi ditentukan oleh koefisien perpindahan kalor yang dalam hal ini sangat
dipengaruhi oleh hubungan kompleks antara properties fluida, dimensi dan permukaan pipa serta pola
aliran (flow pattern) dua fasa. Apabila fluida terdinginkan lanjut (subcooled) memasuki suatu pipa
penguap (evaporator) dan keluar dari pipa tersebut sebagai uap terpanaskan lanjut (superheated),
maka berbagai pola aliran dan regim perpindahan kalornya dapat terjadi. Berbagai upaya untuk
memprediksi koefisien perpindahan kalor pada aliran dua fasa karena pendidihan dengan berbagai
bentuk pola aliran telah banyak dilakukan secara analitis maupun eksperimen, namun pada aliran dua
fasa dua komponen dengan pola aliran kantung ( slug flow ) belum begitu banyak literature yang
membahas. Tulisan ini melaporkan upaya penelitian perpindahan kalor pada pipa tegak dengan
bentuk aliran kantung aliran searah menggunakan peralatan yang menghasilkan aliran kantung tanpa
proses pendidihan.
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan:
1. Untuk mengetahui harga koefisien perpindahan kalor aliran dua fasa yang dipengaruhi oleh
perubahan debit udara, perubahan debit air dan perubahan fluks kalor listrik pada aliran dua fasa
(air-udara) dengan pola aliran kantung (slug flow) yang mengalir searah keatas dalam pipa yang
dindingnya dipanaskan.
2. Mendapatkan korelsi empiris koefisien perpindahan kalor hasil penelitian.
Tinjauan Pustaka
Ghajar dkk (2006), melakukan penelitian tentang koefisien perpindahan kalor aliran dua fasa
dalam pipa horizontal, dengan fluida uji air-udara dalam bentuk aliran kantung. Peralatan utama untuk
melakukan percobaan adalah pipa stainless steel diameter 27,9 mm dan L/D adalah 100. Data
perpindahan kalor yang diukur pada kondisi batas heat flux dinding uniform dengan daerah antara
3000 W/m 2 sampai 10 600 W/m2, bilangan Reynold superficial antara 820 sampai 26000 untuk air
dan dari 560 sampai 48000 untuk udara. Hasil penelitiannya menunjukan terjadi kenaikan koefisien
perpindahan kalor rata-rata dengan kenaikan ReSL (ReSG konstan ) dan terjadi penurunan perpindahan
kalor dengan kenaikan ReSG (ReSL konstan).
Kim dkk (2000) meneliti korelasi perpindahan panas dua fasa tanpa pendidihan (non boiling)
pada pipa vertikal dengan menggunakan kombinasi empat fluida ( air-udara, slikon-udara, air helium,dan air-freon 12) untuk aliran turbulen (ReSL>4000) di dalam pipa vertikal. Hasil penelitiannya
47
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
menunjukan peningkatan korelasiperpindahan panas cal dan deviasi rata 3,53 %, rms deviasi 12,98
%, range deviasi -13,97% dan 39,55% (airudara 105 titik data Vijay).
Kamal, melakukan penelitian tentang koefisien perpindahan kalor aliran dua fasa dalam pipa
vertikal yang dipanaskan tanpa pendidihan, dengan fluida uji air-udara dalam bentuk aliran kantung.
Peralatan utama untuk melakukan percobaan adalah pipa stainless steel diameter 12,7 mm dan
panjang 1500 mm, ujung atas dan bawah pipa dipasang pipa kaca untuk mengukur pola aliran fluida
uji. Sepanjang pipa uji diberi elemen pemanas listrik yang mampu menghasilkan fluks kalor 400
kW/m2. untuk mengukur temperatuir dinding dipasang 10 termokopel sepanjang pipa uji, temperatur
aliran masuk dan keluar diukur menggunakan termokopel yang dipasang masuk sampai sumbu pipa.
Analisis hasil penelitian dilakukan menggunakan korelasi Chen dan Wadekar. Hasil penelitiannya
menunjukan bahwa prediksi Wadekar lebih dekat dengan hasil pengukuran dibanding prediksi Chen.
Namun demikian, terutama untuk kondisi kualitas gas yang kecil sekitar 0,05 hingga 0,2 prediksi Chen
memberikan harga perpindahan kalor yang cukup baik.
Aliran kantung biasanya terjadi pada proses pendidihan yang mengalir dengan fluks massa
dan kualitas uap yang rendah. Sebagai criteria transisi dari aliran kantung ke aliran annular dapat
*
digunakan angka Froud termodifikasi JG > 1 dengan
(1)
Kualitas uap x, akan naik terhadap tekanan. Dengan demikian, penelitian aliran kantung
diharapkan lebih stabil jika dilakukan pada flow boiling dengan fluks massa dan kualitas uap yang
rendah, tapi dengan tekanan yang tinggi. Namun demikian gabungan ketiga factor tersebut di atas
pada pipa percobaan yang dipanasi, juga lebih mendorong terjadinya nucleat boiling pada saat
temperature dinding melebihi temperature saturasi dari fluida, dan perpindahan kalor konveksi dua
fasa dalam bentuk aliran kantung dengan mudah akan sangat terganggu oleh adanya nucleat boiling
tersebut.
Koefisien perpindahan kalor eksperimen dihitung dari koefisien kalor lokal masing-masing
segmen.Kalor yang diserap oleh fluida dua fasa adalah,
(2)
Koefisien perpindahan kalor lokal dihitung dengan persamaan berikut,
(3)
Tb dan Tw adalah temperatur bulk dan wall fluida pada masing-masing segmen. Koefisien
perpindahan kalor seluruh pipa uji merupakan hasil rata-rata dari koefisien perpindahan kalor masing
masing segmen.
Korelasi Chen (1966) diasumsikan untuk dapat digunakan pada seluruh daerah aliran mulai
dari nucleat boiling sampai dengan titik dry out dalam bentuk
(4)
dengan demikian F dapat juga dikatakan merupakan rasio perpindahan kalor konvektif aliran dua fasa
terhadap aliran satu fasa cair. Komponen satu fasa cair dihitung dari persamaan Dittus Boelter
(5)
Ghajar, mengembangkan korelasi perpindahan kalor dua fasa aliran gas-cair dalam pipa tanpa
pendidihan. Koefisien perpindahan kalor dua fasa merupakan penjumlahan perpindahan kalor tiap
fasa
48
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
(6)
dimana hL dari Seider dan Tate korelasi perpindahan panas adalah
(7)
Berdasarkan korelasi ini, koefisien perpindahan panas satu fasa pada persamaan 6), hL dan hG dapat
dimodelkan sebagai fungsi bilangan Reynolds, bilangan Prandtl dan rasio bulk terhadap dinding
viscositas. Setelah melalui analitis matematis, koefisien perpindahan kalor dua fasa (pers.6) menjadi
(8)
Dimana C = 16,69; m = -0,32; n = 1,68; p = 1,23; q = 0,40 Koefisien perpindahan kalor dua fasa hasil
penelitian dianalisis dalam bentuk bilangan Nuselt, persamaan 8 dapat dikembangkan menjadi,
(9)
selanjutnya dibentuk dalam persamaan logaritma,
(10)
Persamaan 10 merupakan persamaan linier yang sama dengan persamaan berikut,
Y = b0 + b1v1 + b2v2 + b3v3
Menggunakan regresi linier jamak dapat dibentuk menjadi persamaan berikut,
(11)
(12)
Persamaan 12 diselesaikan menggunakan metode eliminasi Gaus untuk mendapatkan nilai b0, b1,
b2, b3 yang equivalen dengan koefisien a, b, c, dan d
Alat Dan Cara Percobaan
Pipa seksi uji terbuat tembaga berdiameter 25,4 mm dan panjang 1200 mm.Sebagai pemanas
digunakan listrik dari pemasok daya dengan tegangan dan arus langsung pada pipa seksi uju dengan
kemampuan menghasilkan fluks kalor sampai dengan kW/m2. Sepanjang pipa percobaan, dipasang
16 termokopel untuk mengukur temperature permukaan. Temperatur aliran masuk dan keluar pipa
percobaan diukur menggunakan termokopel yang dipasang masuk ke dalam tengah laju aliran massa
aliran dan udara diukur menggunakan rotameter. Keseleruhan peralatan percobaan terlihat pada
gambar 1). Untuk memeriksa bahwa peralatan dan alat ukur beroperasi dengan benar, maka pertama
dilakukan percobaan aliran satu fasa, menggunakan air, dan dilakukan pembacaan serta kalkulasi
berdasar kesetimbangan kalor. Percobaan dilakukan dengan pertama, mengalirkan air ke dalam pipa
percobaan menggunakan pompa dan kemudian udara, yang diambil dari saluran udara laboratorium,
dialirkan ke dalam pipa percobaan melalui pengatur tekanan dan debit udara. Kedua aliran tersebut
diatur menggunakan keran pengatur, sampai terjadi aliran kantung steady pada percobaan yang
terlihat pada pipa gelas bawah seksi uji dan atas seksi uji. Setelah itu, aliran listrik diberikan dengan
mengaktifkan pemasok daya yang dapat diatur. Bila sudah tercapai kondisi steady state secara
keseluruhan, maka mulai dilakukan pencatan dan penghitungan; catu aliran air dan udara, tekana,
49
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
temperature udara dan air masuk dan keluar pipa percobaan, serta temperature permukaan pipa
percobaan untuk mendapatkan fluks kalor. Pembacaan tekanan diperlukan untuk menentukan
temperature saturasinya. Selanjunya, catu udara dan air divariasi untuk menghasilkan angka Reynold
superficial air dan udara pada fluks massa nominal yang sama /tetap. Total percobaan yang dilakukan
adalah sebanya 90 data titik percobaan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari gambar 3(a) dapat diobservasi bahwa koefisien perpindahan kalor rata-rata overall pada
hakekatnya meningkat dengan peningkatan Angka Reynolds superficial cairan dan gambar 3(b)
menunjukkan suatu pengurangan sedikit dengan peningkatan Angka Reynolds superficial gas pada
suatu Angka Reynolds superficial cairan ditetapkan. Di dalam gambar ini, telah ditunjukkan bahwa
cairan adalah fase yang dominan untuk pemindahan kalor, dan seperti itu, diasumsikan bahwa
pemindahan kalor di dalam aliran kantung adalah serupa dengan aliran satu fase. Dengan korelasi
Sider dan Tate's, efek Angka Reynolds superficial gas, yang mana menunjukkan suatu gradient
negatif di dalam gambar 3(b), pada pemindahan kalor telah diadaptasikan sebagai suatu parameter
tambahan. Koefisien perpindahan kalor hasil eksperimen memiliki harga yang jauh berbeda dengan
hasil yang diberikan dari korelasi Chen maupun Ghajar. Korelasi Chen telah digunakan untuk analisis
perpindahan kalor dua fasa air-udara dalam bentuk aliran kantung vertical tanpa pendidihan, hasilnya
cukup baik untuk kualitas gas yang kecil sekitar 0,05 hingga 0,2 (Kamal 2000). Adanya perbedaan
yang cukup besar dapat dikemukakan alasannya bahwa penelitian ini memiliki harga kualitas gas
0,001153 hingga 0,003217. Sementara itu korelasi Ghajar menggunakan syarat batas Angka Re
superficial cairan 4000 sampai 1,26E05 dan 1,18E- 3
KOEFISIEN PERPINDAHAN KALOR DUA FASA UDARA DAN AIR SEARAH
DALAM PIPA VERTIKAL PADA DAERAH ALIRAN KANTUNG (SLUG FLOW)
Imam Syofii, Nuryo Suwito, Kunarto, Deendarlianto
Jurusan Teknik Mesin, UGM
Email: syofii_imam@yahoo.com
ABSTRAK
Koefisien perpindahan kalor lokal dan parameter alir telah terukur untuk aliran kantung
dengan menggunakan aliran dua fasa air-udara dan pipa tembaga berdiameter 25,4 mm dan tinggi
1200 mm . Aliran kantung diperoleh dengan mengalirkan udara melalui nosel sepusat berlubang yang
ditempatkan di dalam suatu pipa transparan yang di dalamnya terdapat aliran air. Data pemindahan
kalor telah terukur di bawah suatu syarat batas fluks kalor dinding berkisar antara 4850 sampai 9250
W/m2. Angka Reynolds supercial dari 4222 sampai 8350 untuk air dan dari 364 sampai 700 untuk
udara. Hasil percobaan menunjukan bahwa koefisien perpindahan kalor eksperimen meningkat
dengan kenaikan angka Reynolds superficial air dan sebaliknya koefisien perpindahan kalor
eksperimen turun dengan turunnya angka Reynolds superficial udara, korelasi koefisien perpindahan
kalor eksperimen bila dibandingkan dengan metode Chen dan Ghajar menunjukkan tren yang
samadan memiliki karekteristik yang sama.
Kata kunci ; koefisien perpindahan kalor, aliran kantung, pipa vertikal
PENDAHULUAN
Aliran gas-cair banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam proses industri.
Gejala perpindahan kalor dalam media dengan aliran gas-cair banyak dijumpai dalam komponenkomponen sistem konversi energi. Ketel uap (boiler) harus merubah air yang mengalir di dalam pipapipanya menjadi uap, sehingga proses pendidihan (boiling) terjadi pada struktur aliran dua fasa.
Perpindahan kalor yang terjadi ditentukan oleh koefisien perpindahan kalor yang dalam hal ini sangat
dipengaruhi oleh hubungan kompleks antara properties fluida, dimensi dan permukaan pipa serta pola
aliran (flow pattern) dua fasa. Apabila fluida terdinginkan lanjut (subcooled) memasuki suatu pipa
penguap (evaporator) dan keluar dari pipa tersebut sebagai uap terpanaskan lanjut (superheated),
maka berbagai pola aliran dan regim perpindahan kalornya dapat terjadi. Berbagai upaya untuk
memprediksi koefisien perpindahan kalor pada aliran dua fasa karena pendidihan dengan berbagai
bentuk pola aliran telah banyak dilakukan secara analitis maupun eksperimen, namun pada aliran dua
fasa dua komponen dengan pola aliran kantung ( slug flow ) belum begitu banyak literature yang
membahas. Tulisan ini melaporkan upaya penelitian perpindahan kalor pada pipa tegak dengan
bentuk aliran kantung aliran searah menggunakan peralatan yang menghasilkan aliran kantung tanpa
proses pendidihan.
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan:
1. Untuk mengetahui harga koefisien perpindahan kalor aliran dua fasa yang dipengaruhi oleh
perubahan debit udara, perubahan debit air dan perubahan fluks kalor listrik pada aliran dua fasa
(air-udara) dengan pola aliran kantung (slug flow) yang mengalir searah keatas dalam pipa yang
dindingnya dipanaskan.
2. Mendapatkan korelsi empiris koefisien perpindahan kalor hasil penelitian.
Tinjauan Pustaka
Ghajar dkk (2006), melakukan penelitian tentang koefisien perpindahan kalor aliran dua fasa
dalam pipa horizontal, dengan fluida uji air-udara dalam bentuk aliran kantung. Peralatan utama untuk
melakukan percobaan adalah pipa stainless steel diameter 27,9 mm dan L/D adalah 100. Data
perpindahan kalor yang diukur pada kondisi batas heat flux dinding uniform dengan daerah antara
3000 W/m 2 sampai 10 600 W/m2, bilangan Reynold superficial antara 820 sampai 26000 untuk air
dan dari 560 sampai 48000 untuk udara. Hasil penelitiannya menunjukan terjadi kenaikan koefisien
perpindahan kalor rata-rata dengan kenaikan ReSL (ReSG konstan ) dan terjadi penurunan perpindahan
kalor dengan kenaikan ReSG (ReSL konstan).
Kim dkk (2000) meneliti korelasi perpindahan panas dua fasa tanpa pendidihan (non boiling)
pada pipa vertikal dengan menggunakan kombinasi empat fluida ( air-udara, slikon-udara, air helium,dan air-freon 12) untuk aliran turbulen (ReSL>4000) di dalam pipa vertikal. Hasil penelitiannya
47
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
menunjukan peningkatan korelasiperpindahan panas cal dan deviasi rata 3,53 %, rms deviasi 12,98
%, range deviasi -13,97% dan 39,55% (airudara 105 titik data Vijay).
Kamal, melakukan penelitian tentang koefisien perpindahan kalor aliran dua fasa dalam pipa
vertikal yang dipanaskan tanpa pendidihan, dengan fluida uji air-udara dalam bentuk aliran kantung.
Peralatan utama untuk melakukan percobaan adalah pipa stainless steel diameter 12,7 mm dan
panjang 1500 mm, ujung atas dan bawah pipa dipasang pipa kaca untuk mengukur pola aliran fluida
uji. Sepanjang pipa uji diberi elemen pemanas listrik yang mampu menghasilkan fluks kalor 400
kW/m2. untuk mengukur temperatuir dinding dipasang 10 termokopel sepanjang pipa uji, temperatur
aliran masuk dan keluar diukur menggunakan termokopel yang dipasang masuk sampai sumbu pipa.
Analisis hasil penelitian dilakukan menggunakan korelasi Chen dan Wadekar. Hasil penelitiannya
menunjukan bahwa prediksi Wadekar lebih dekat dengan hasil pengukuran dibanding prediksi Chen.
Namun demikian, terutama untuk kondisi kualitas gas yang kecil sekitar 0,05 hingga 0,2 prediksi Chen
memberikan harga perpindahan kalor yang cukup baik.
Aliran kantung biasanya terjadi pada proses pendidihan yang mengalir dengan fluks massa
dan kualitas uap yang rendah. Sebagai criteria transisi dari aliran kantung ke aliran annular dapat
*
digunakan angka Froud termodifikasi JG > 1 dengan
(1)
Kualitas uap x, akan naik terhadap tekanan. Dengan demikian, penelitian aliran kantung
diharapkan lebih stabil jika dilakukan pada flow boiling dengan fluks massa dan kualitas uap yang
rendah, tapi dengan tekanan yang tinggi. Namun demikian gabungan ketiga factor tersebut di atas
pada pipa percobaan yang dipanasi, juga lebih mendorong terjadinya nucleat boiling pada saat
temperature dinding melebihi temperature saturasi dari fluida, dan perpindahan kalor konveksi dua
fasa dalam bentuk aliran kantung dengan mudah akan sangat terganggu oleh adanya nucleat boiling
tersebut.
Koefisien perpindahan kalor eksperimen dihitung dari koefisien kalor lokal masing-masing
segmen.Kalor yang diserap oleh fluida dua fasa adalah,
(2)
Koefisien perpindahan kalor lokal dihitung dengan persamaan berikut,
(3)
Tb dan Tw adalah temperatur bulk dan wall fluida pada masing-masing segmen. Koefisien
perpindahan kalor seluruh pipa uji merupakan hasil rata-rata dari koefisien perpindahan kalor masing
masing segmen.
Korelasi Chen (1966) diasumsikan untuk dapat digunakan pada seluruh daerah aliran mulai
dari nucleat boiling sampai dengan titik dry out dalam bentuk
(4)
dengan demikian F dapat juga dikatakan merupakan rasio perpindahan kalor konvektif aliran dua fasa
terhadap aliran satu fasa cair. Komponen satu fasa cair dihitung dari persamaan Dittus Boelter
(5)
Ghajar, mengembangkan korelasi perpindahan kalor dua fasa aliran gas-cair dalam pipa tanpa
pendidihan. Koefisien perpindahan kalor dua fasa merupakan penjumlahan perpindahan kalor tiap
fasa
48
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
(6)
dimana hL dari Seider dan Tate korelasi perpindahan panas adalah
(7)
Berdasarkan korelasi ini, koefisien perpindahan panas satu fasa pada persamaan 6), hL dan hG dapat
dimodelkan sebagai fungsi bilangan Reynolds, bilangan Prandtl dan rasio bulk terhadap dinding
viscositas. Setelah melalui analitis matematis, koefisien perpindahan kalor dua fasa (pers.6) menjadi
(8)
Dimana C = 16,69; m = -0,32; n = 1,68; p = 1,23; q = 0,40 Koefisien perpindahan kalor dua fasa hasil
penelitian dianalisis dalam bentuk bilangan Nuselt, persamaan 8 dapat dikembangkan menjadi,
(9)
selanjutnya dibentuk dalam persamaan logaritma,
(10)
Persamaan 10 merupakan persamaan linier yang sama dengan persamaan berikut,
Y = b0 + b1v1 + b2v2 + b3v3
Menggunakan regresi linier jamak dapat dibentuk menjadi persamaan berikut,
(11)
(12)
Persamaan 12 diselesaikan menggunakan metode eliminasi Gaus untuk mendapatkan nilai b0, b1,
b2, b3 yang equivalen dengan koefisien a, b, c, dan d
Alat Dan Cara Percobaan
Pipa seksi uji terbuat tembaga berdiameter 25,4 mm dan panjang 1200 mm.Sebagai pemanas
digunakan listrik dari pemasok daya dengan tegangan dan arus langsung pada pipa seksi uju dengan
kemampuan menghasilkan fluks kalor sampai dengan kW/m2. Sepanjang pipa percobaan, dipasang
16 termokopel untuk mengukur temperature permukaan. Temperatur aliran masuk dan keluar pipa
percobaan diukur menggunakan termokopel yang dipasang masuk ke dalam tengah laju aliran massa
aliran dan udara diukur menggunakan rotameter. Keseleruhan peralatan percobaan terlihat pada
gambar 1). Untuk memeriksa bahwa peralatan dan alat ukur beroperasi dengan benar, maka pertama
dilakukan percobaan aliran satu fasa, menggunakan air, dan dilakukan pembacaan serta kalkulasi
berdasar kesetimbangan kalor. Percobaan dilakukan dengan pertama, mengalirkan air ke dalam pipa
percobaan menggunakan pompa dan kemudian udara, yang diambil dari saluran udara laboratorium,
dialirkan ke dalam pipa percobaan melalui pengatur tekanan dan debit udara. Kedua aliran tersebut
diatur menggunakan keran pengatur, sampai terjadi aliran kantung steady pada percobaan yang
terlihat pada pipa gelas bawah seksi uji dan atas seksi uji. Setelah itu, aliran listrik diberikan dengan
mengaktifkan pemasok daya yang dapat diatur. Bila sudah tercapai kondisi steady state secara
keseluruhan, maka mulai dilakukan pencatan dan penghitungan; catu aliran air dan udara, tekana,
49
Seminar Nasional Aplikasi Sains dan Teknologi 2008 – IST AKPRIND Yogyakarta
temperature udara dan air masuk dan keluar pipa percobaan, serta temperature permukaan pipa
percobaan untuk mendapatkan fluks kalor. Pembacaan tekanan diperlukan untuk menentukan
temperature saturasinya. Selanjunya, catu udara dan air divariasi untuk menghasilkan angka Reynold
superficial air dan udara pada fluks massa nominal yang sama /tetap. Total percobaan yang dilakukan
adalah sebanya 90 data titik percobaan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari gambar 3(a) dapat diobservasi bahwa koefisien perpindahan kalor rata-rata overall pada
hakekatnya meningkat dengan peningkatan Angka Reynolds superficial cairan dan gambar 3(b)
menunjukkan suatu pengurangan sedikit dengan peningkatan Angka Reynolds superficial gas pada
suatu Angka Reynolds superficial cairan ditetapkan. Di dalam gambar ini, telah ditunjukkan bahwa
cairan adalah fase yang dominan untuk pemindahan kalor, dan seperti itu, diasumsikan bahwa
pemindahan kalor di dalam aliran kantung adalah serupa dengan aliran satu fase. Dengan korelasi
Sider dan Tate's, efek Angka Reynolds superficial gas, yang mana menunjukkan suatu gradient
negatif di dalam gambar 3(b), pada pemindahan kalor telah diadaptasikan sebagai suatu parameter
tambahan. Koefisien perpindahan kalor hasil eksperimen memiliki harga yang jauh berbeda dengan
hasil yang diberikan dari korelasi Chen maupun Ghajar. Korelasi Chen telah digunakan untuk analisis
perpindahan kalor dua fasa air-udara dalam bentuk aliran kantung vertical tanpa pendidihan, hasilnya
cukup baik untuk kualitas gas yang kecil sekitar 0,05 hingga 0,2 (Kamal 2000). Adanya perbedaan
yang cukup besar dapat dikemukakan alasannya bahwa penelitian ini memiliki harga kualitas gas
0,001153 hingga 0,003217. Sementara itu korelasi Ghajar menggunakan syarat batas Angka Re
superficial cairan 4000 sampai 1,26E05 dan 1,18E- 3