buku perpindahan kalor pendidihan dan aliran dua fase

Upload: arbi-riantono

Post on 08-Feb-2018

335 views

Category:

Documents


11 download

TRANSCRIPT

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    1/69

    2012PERPINDAHAN KALOR PENDIDIHAN DAN

    ALIRAN DUA FASE

    Raldi A. Koestoer, dkk.

    2012PERPINDAHAN KALOR

    PENDIDIHAN DAN

    ALIRAN DUA FASE

    Mahasiswa Pascasarjana DTM-FTUI 2012Editor : Raldi Artono Koestoer

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    2/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    i

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan

    Aliran Dua Fase

    Raldi Artono Koestoer

    M. Fajri Hidayat Dian Palasro

    Okwaldu Purba Nurrohman

    Mekro Permana Pinem Sulaiman Achmad

    Ali Abdurrahman Sungkar Kurniawan Teguh Waskito

    Fathin Dwi Wicaksono Mokhtar

    Ihsan Ahmad Zulkarnain Muhammad Andira Mulia Siregar

    Helmi Dadang Ardiansyah Dwika Budianto

    Asryan Abrar Ramadhian Sentot Novianto

    Mokhamad Issubekti

    Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia

    Cetakan Pertama

    Universitas Indonesia

    Fakultas Teknik

    Departemen Teknik Mesin

    Kampus Baru UI Depok 16424

    Website:http://www.mech.eng.ui.ac.id

    Raldi Artono Koestoer

    e-mail:[email protected]

    website:http://koestoer.wordpress.com/

    http://www.mech.eng.ui.ac.id/mailto:[email protected]://koestoer.wordpress.com/http://koestoer.wordpress.com/mailto:[email protected]://www.mech.eng.ui.ac.id/
  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    3/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    ii

    Judul Buku :

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Al ir an Dua Fase

    Oleh : Mahasiswa Pascasarjana Departemen Teknik Mesin FTUI 2012

    Penerbit :

    Diperkenankan untuk mengutip, mengkopi, menggandakan sebagian ataupun

    seluruh isi buku ini untuk kepentingan pendidikan

    Editor : Raldi Artono Koestoer

    Penyunting : Ali Abdurrahman Sungkar

    Desain sampul : Nurrohman

    Materi : Mahasiswa BHT-TPF Program Pascasarjana Teknik Mesin FTUI 2012

    dengan bangga kami

    persembahkan untuk Bangsa I ndonesia

    Departemen Teknik Mesin

    Fakultas Teknik

    Universitas Indonesia

    Tahun 2012 Cetakan I

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    4/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    iii

    Kata Pengantar I

    Alhamdulillah setelah melalui banyak pertemuan di dalam kelas BHT-TPF

    (Boiling Heat Transfer and Two Phase Flow)yang merupakan bagian dari kuliah

    Pascasarjana (S2) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

    Indonesia, lahirlah sebuah karya terjemahan yang merupakan buku kecil dengan

    judul Perpindahan Kalor Pendidihan dan Ali ran Dua Fase.

    Hasil kerja bersama dari 17 orang mahasiswa S-2 Teknik Mesin Universitas

    Indonesia ditambah dengan satu supervisor, yang berupa dokumen elektronik (e-

    book) ini dimaksudkan untuk menambah perbendaharaan karya ilmiah dalam

    bidang BHT-TPF dan diharapkan untuk menjadi rujukan bagi anak bangsa yang

    nanti akan bergelut dalam bidang ilmu ini. Berbasiskan pada rujukan utama buku :

    Engineering Data Book III Chapter 12 oleh John R. Thome dan rujukan

    pembanding bukuAliran Dua Fase dan Fluks Kalor Kritis oleh Raldi A. Koestoer

    dan Sasanti Proborini.

    Kami berusaha untuk menerjemahkan sebisa mungkin semua istilah dalam

    BHT-TPF ke dalam bahasa Indonesia yang baik dan benar sehingga kami membuat

    daftar istilah terjemahan dari bahasa Inggris ke bahasa Indonesia. Selain itu,didalam buku ini diberikan nomenklatur agar mempermudah pengguna buku ini

    untuk memahami fenomena dalam aliran dua fase ini. Setelah terbitnya buku Aliran

    Dua Fase dan Fluks Kalor Kritis pada tahun 1994 dan yang sebenarnya buku itu

    aslinya selesai dibuat tahun 1992 (proses pencetakan memakan waktu hampir 2

    tahun), berarti bahwa selama kurun waktu hampir 20 tahun belum pernah ada lagi

    terbit buku dalam bahasa Indonesia tentang aliran dua fase. Maka muncullah ide,

    mengapa tidak kita re-make remix dan remajakan sekaligus ditambah saja buku

    yang sudah lama itu. Sebagian besar ternyata masih relevan juga, namun

    bagaimanapun juga riset dan pengembangan ilmu pengetahuan bergerak majusehingga perlulah kita tambah dengan berbagai hal yang merupakan hasil

    pengembangan satu dekade terakhir ini utamanya setelah tahun 2000-an.

    Diwakili oleh 17 anak muda, terlihat bahwasanya generasi yang muncul

    baru ini amat antusias untuk menggali ilmu pengetahuan dan teknologi, sehingga

    kami merasa bersyukur ibarat kata pepatah cina: gelombang yang di belakang telah

    menyusul gelombang yang di muka, dengan demikian sepertinya sudah syah

    amanah ini diserah terimakan pada generasi penerus, yang akan mengembangkan

    ilmu ini serta tak lupa mengamalkan, mengaplikasikan, dan mengimplementasikan

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    5/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    iv

    guna kepentingan bangsa Indonesia masa kini dan masa datang. Ada kalanya kita

    memerlukan biaya besar untuk mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi,

    namun dengan cara yang cerdas kita tetap bisa mengembangkannya bahkan bisa

    menunjukkan kemanfaatan yang lebih hanya dengan biaya yang minim dan terbatas.Allah memiliki semuanya, Allah pemilik ilmu yang memercikkan sedikit kepada

    kita untuk kita amalkan. Allah pula yang membuka pintu hati, pintu pikiran, dan

    kunci pemahaman sehingga kita bisa mengerti dan selanjutnya meneruskan estafet

    pengembangannya agar bisa bermanfaat bagi masyarakat banyak di Indonesia

    khususnya dan di dunia pada umumnya.

    Semoga apa yang telah dibuat bersama ini menjadi titik tolak bagi kita

    bahwa bila ada kemauan pastilah kita bisa berbuat sesuatu. Tak lupa kami

    mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dan

    membantu sehingga karya ini bisa menjadi kenyataan, dan khususnya untuk kelas

    BHT-TPF ini, berdelapan belas, Jangan pernah berhenti berkarya.

    Depok, 06 Desember 2012

    Prof. Dr. Ir. Raldi Artono Koestoer, DEA

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    6/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    v

    Kata Pengantar II

    Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena dari rahmat dan

    ridho-Nyalah buku dengan judul Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua

    Fase ini dapat diselesaikan. Didalam menjalani kuliah perpindahan kalor lanjut

    bersama dengan Prof. Dr. Ir Raldi Artono Koestoer, DEA kami fokus terhadap

    pembahasan Boiling Heat Transfer-Two Phase Flow (BHT-TPF). Proses kuliah

    selama setengah semester diwarnai dengan aktivitas diskusi dan tanya jawab,

    sebagai mahasiswa secara khusus kami mengucapkan banyak terima kasih kepada

    Prof. Raldi Artono Koestoer yang telah membimbing kami dalam kuliah bahkan

    menjadi mobilisator untuk menerjemahkan buku ini sehingga dapat dimanfaatkanbagi bangsa Indonesia.

    Salah satu yang menjadi pertimbangan kami untuk menerjemahkan buku ini

    adalah karena kurangnya referensi dalam bahasa indonesia untuk topik BHT-TPF,

    padahal di Indonesia sendiri aplikasi ilmu ini sangat banyak dipergunakan. Faktor

    ini membuat efek ketergantungan terhadap bangsa lain ketika kita ingin

    menggunakan penerapan ilmu ini di Indonesia, sehingga kita kerap kali tertinggal

    dalam kemajuan teknologi dunia. Kami meyakini Indonesia sebagai bangsa yang

    besar dan berpendidikan mempunyai kapasitas untuk mengembangkan ilmu ini,

    hanya saja perlu ide-ide kreatif dan sinergis yang selama ini kurang dimotori dandiperhatikan sehingga dampaknya tidak signifikan.

    Buku Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase diharapkan

    dapat menjadi salah satu referensi yang menolong dalam permasalahan aliran dua

    fase. Lebih jauh dari itu kami merindukan buku ini juga dapat menjadi motivasi dan

    inspirasi bagi anakanak bangsa supaya semakin bersemangat dan berjuang dalam

    mengembangkan teknologi indonesia.

    Depok, 06 Desember 2012

    Mahasiswa Pascasarjana Teknik Mesin UI

    Dinamika Fluida dan Perpindahan Kalor Lanjut 2012

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    7/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    vi

    Daftar Isi

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase .................................................. i

    Kata Pengantar I ........................................................................................................ iii

    Kata Pengantar II ....................................................................................................... v

    Daftar Gambar ......................................................................................................... vii

    Daftar Istilah ............................................................................................................. ix

    Nomenklatur .............................................................................................................. x

    Pola Aliran Dua Fase ................................................................................................. 1

    12.1 Pola Aliran dalam Pipa Vertikal ........................................................................ 2

    12.2 Pola Aliran dalam Pipa Horisontal..................................................................... 4

    12.3 Penggambaran Pola Aliran Adiabatik pada Aliran Vertikal dan Horizontal di

    Tabung ............................................................................................................. 7

    12.4 Diagram Pola Aliran pada Proses Evaporasi di dalam Tabung Horisontal ...... 15

    12.4.1 Contoh Diagram Pola Aliran Fluida Terpilih untuk Evaporasi di PipaHorisontal ...................................................................................................... 38

    12.5. Diagram Pola Aliran Untuk Kondensasi pada Pipa Horisontal ...................... 40

    12.6. Pola Aliran Pada Tabung Horisontal yang Diperluas Permukaan Dalamnya . 42

    12.7. Pola Aliran Dan Diagram Untuk Aliran Dua Fase Melalui Susunan Tabung

    Horisontal ...................................................................................................... 45

    Kesimpulan .............................................................................................................. 50

    http://c/Documents%20and%20Settings/user/Desktop/Full%20Version%20(Repaired).docx%23_Toc342846963http://c/Documents%20and%20Settings/user/Desktop/Full%20Version%20(Repaired).docx%23_Toc342846963http://c/Documents%20and%20Settings/user/Desktop/Full%20Version%20(Repaired).docx%23_Toc342846963
  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    8/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    vii

    Daftar Gambar

    Gambar 12. 1 Aliran dua fase dalam arah aliran vertikal 3

    Gambar 12.2 Pola aliran horizontal dua fase dalam aliran horizontal 5

    Gambar 12.3 Pola aliran dalam tabung evaporator vertical dari collier dan

    Tahome (1994) 6

    Gambar 12.4 Grafik Pola aliran dua fase dari Fair (1960) pada pipa vertikal 8

    Gambar 12.5 Grafik pola aliran dua fase dari Hewitt dan Roberts (1969) untuk

    tabung vertical 9

    Gambar 12.6 Grafik pola aliran dua fase Baker (1954) untuk pipa horizontal 10

    Gambar 12.7 Diagram Pola Aliran Dua Fase pada Pipa Horizontal (Taitel dan

    Duckler, 1976) 11

    Gambar 12.8 Pola aliran sepanjang penguapan pada pipa horizontal Collier dan

    Thome (1994) 14

    Gambar 12.9 Diagram pola aliran Kattan, Thome dan Favrat ilustrasi batas

    transisi bagian aliran 15Gambar 12.10 Bagian Penampang Melintang dan fraksi likuid dan gasdistribusi

    tabung 17

    Gambar 12.11 Diagram pola aliran dari Thome-El Hajal untuk R-410A pada

    5oC pipa berdiameter 13.84 inch dengan nilai yang dievaluasi pada mass

    flux 100, 200, dan 300 kg/m2s dan fluks kalor 17.5 kW/m2 24

    Gambar 12.12. Foto daerah aliran strata licin Barbieri, Saiz-Jabardo dan

    Bandarra Filho (2005). Atas : aliran strata licin; tengah dan bawah: aliran

    strata gelombang, diameter pipa: 15,8 mm 25

    Gambar 12.13. Foto-foto daerah aliran kaca-lihat Barbieri, Saiz-Jabardo dan

    Bandarra Filho (2005) dengan sebuah rangkaian gelombang batas fase di

    dalam sebuah pipa 9,52 mm (atas) diikuti dengan gelombang mendaki di

    dalam sebuah pipa 15,8 mm (tengah) dan kemudian sebuah gelombang

    amplitude besar mencapai bagian atas saluran di dalam pipa 15,8 mm

    (bawah) 26

    Gambar 12.14 Foto-foto daerah aliran cincin Barbieri, Saiz-Jabardo dan

    Bandarra Filho (2005) menunjukkan tiga gambar gelombang-gelombang

    batas fase pada sebuah film likuid cincin Atas: pipa 9,52 mm; tengah: pipa

    15,8 mm; bawah: pipa 15,8mm 27

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    9/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    viii

    Gambar 12.15. Diagram pola aliran baru disimulasikan untuk R-22 pada

    5oC,diameter 13.84, laju aliran 100 kg/m

    2s dan 2.1 kW/m

    2 untuk

    menentukan kurva-kurva transisi 29

    Gambar 12.16. Pengeringan pada tabung horisontal. (a) daerah pengeringanselama penguapan dalam tabung horisontal mulai di xdi pada bagian atas

    tabung dan berakhir di xde pada dasar tabung. (b) Potongan melintang : A-A

    permulaan pengeringanpada aliran cincin ; B-B pengeringan; C-C akhir dari

    pengeringan dan mulai aliran kabut 30

    Gambar 12.17. Pengujian koefisien heat transfer pada diameter 13.84 mm

    untuk R-22 pada suhu 5oC dengan fluks kalor awal 57.5 kW/m

    2dan laju alir

    massa 600 kg/m2s 31

    Gambar 12.18 Pola aliran untuk R-22 pada 5oC dalam pipa diameter 13.84 mm

    dengan 300 kg/m2s untuk empat fluks kalor: a) 7.5 kW/m2, b) 17.5 kW/m2,c) 37.5 kW/m

    2, d) 57.5 kW/m

    2 35

    Gambar. 12.19. Diagram pola aliran evaporasi untuk n-butane dan propana pada

    pipa horisontal 36

    Gambar 12.20. Diagram pola aliran kondensasi dalam pipa untuk R-134a pada

    suhu 40oC di pipa horisontal dengan diameter dalam 8 mm oleh El Hajal,

    Thome dan Cavallini (2003) 38

    Gambar 12.21. Pola aliran cincin untuk R-134 a pada 50C dan 500 kg/m

    2dari

    Bandarra Filho dan Saiz-Jabardo (2006) pada keluaran tabung evaporator.Foto atas : tabung licin; foto bawah : tabung microfin . Diameter tabung:

    9.52 mm 40

    Gambar 12.22 Diagram pola aliran dari Kattan, Thome dan Favrat (1998a)

    diperbaiki oleh Meyer dan Cowokers untuk mengillustrasikan pengamatan

    terbaru mereka pada tabung licin dan dua tabung microfin untuk tiga

    refrigerant 42

    Gambar 12. 23. Pola aliran pada tabung bundle dari Chischolm (1983). Diagram

    diatas adalah untuk aliran vertical dan gambar bawah aliran horisontal 44

    Gambar 12.24. Diagram aliran Shell-side dari Grant dan Chisholm (1979) 45

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    10/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    ix

    Daftar Istilah

    Pressure Drop = Jatuh Tekanan

    Likuid = Likuid

    Vapor = Uap

    Froth = Buih

    Dispersed = Terpecah-pecah

    Bubbly = Gelembung

    Slug = Sumbat likuid

    Churn = AcakAnnular flow = Aliran Cincin

    Wispy Annular = Cincin Kabut Tetes Likuid

    Mist = Kabut

    Stratified = Strata/Strata Licin

    Stratified Wavy = Strata Licin Gelombang

    Intermittent = Terputus-Putus

    Plug = Kantung Gas

    Subcooled = Daerah Prajenuh

    Superheated = Panas Lanjut

    Flux = Fluks

    Nucleate Boiling = Didih Nukleat

    Dryout = Pengeringan= Fluks Kalor Kritis

    Qonb/Qpnb =QPDN

    Interface = Antar muka

    Bundle = Susunan

    Shell = Cangkang

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    11/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    x

    Nomenklatur

    : Laju aliran massa, kg/s

    x : Kualitas uap

    : Massa jenis (kerapatan), kg/m3

    : Viskositas, Ns/m2, cP

    : Kalor laten penguapan, J/kg

    : Parameter tidak berdimensi fase cair

    : Tegangan permukaan, N/m

    X : Parameter Martinelli

    Fr : Bilangan Froude

    dp/dz : Gradien penurunan tekanan, N/m3

    T : Parameter baru yang dikenalkan oleh Baker (1954)

    K : Parameter baru yang dikenalkan oleh Baker (1954)

    g : Percepatan gravitasi (9.81 m/s2)

    Re : Bilangan Reynolds

    h : Koefisien perpindahan kalor, W/(m

    2

    K) : Gesekan

    P : Parameter batas aliran, m

    : Koefisien Fluks Geser

    : Sudut pembentukan fluks kalor kritis

    f : Koefisien gesek

    : Kecepatan massa, kg/m2s

    : Fraksi hampa

    S : Daerah identifikasi antara koefisien perpindahan kalor dengankualitas uap (Moti et. al. 2000)

    We : Bilangan Weber

    Q : Energi Kalor, kW

    : Tegangan geser, N/m2

    A : Luas permukaan, m2

    m : Eksponen dalam model Blasius fase tunggal

    Subscript

    i : inner (dalam)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    12/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    xi

    Gd : Fase gas yang dinormalisasikan oleh diameter

    Ld : Fase likuid yang dinormalisasikan oleh diameter

    Sat : Saturasi

    Ph : Fisikmin : Minimum

    strat : Strata licin

    tt : Turbulen-turbulen

    R : Parameter yang dikenalkan oleh Chisholm (1985)

    B : Parameter yang dikenalkan oleh Chisholm (1985)

    FKK : Fluks kalor kritis

    IA : Terputus-putus menuju cincin

    S : Strata licin

    exp : Percobaandi : Dryout out inception, atau, Awal pengeringan

    de : Dryout out exception, atau, Akhir pengeringan

    G : Gas

    L : Likuid

    ONB : Onset of Nucleate Boiling

    PNB/PDN :Departure of Nucleate Boiling/Permulaan Didih Nukleat

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    13/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    1

    Pola Aliran Dua FaseRingkasan : Untuk aliran dua fase, distribusi aliran pada masing-masing

    fase likuid dan uap menjadi aspek yang sangat penting. Distribusi masing-

    masing alirannya memiliki karakteristik yang dapat dilihat pada pola aliran

    dua fase. Koefisien perpindahan kalor dan kerugian jatuh tekanan sangat

    berhubungan dengan struktur aliran dua fase dari fluida sehingga prediksi

    pola aliran dua fase adalah sebuah aspek penting dalam pemodelan evaporasi

    dan kondensasi. Saat ini pemodelan perpindahan kalor untuk memperkirakan

    pendidihan didalam pipa dan kondensasi adalah berdasarkan pada pola aliran

    lokal dan oleh sebab itu, untuk keperluannya memerlukan diagram pola

    aliran yang baik untuk mengidentifikasi tipe pola aliran yang terjadi pada

    kondisi aliran lokal. Analogi untuk memprediksi transisi dari aliran laminar

    ke aliran turbulen dalam aliran satu fase digunakan diagram pola aliran dua

    fase untuk memprediksi transisi dari satu tipe pola aliran dua fase denganyang lainnya.

    Dalam bab ini, terlebih dahulu, karakteristik geometri dari pola aliran dalam

    pipa akan dideskripsikan untuk aliran vertikal dan aliran horisontal.

    Selanjutnya, beberapa kutipan yang lebih luas diagram pola aliran terdahulu

    untuk aliran vertikal dan horisontal akan ditampilkan. Selanjutnya, diagram

    pola aliran saat ini dan persamaan rezim aliran transisi khususnya untuk

    aliran adiabatik dan terutama untuk evaporasi dan kondensasi dalam pipahorisontal akan ditampilkan. Kemudian, pola aliran pada aliran dua fase

    melalui ikatan pipa akan disebutkan dan diagram pola aliran yang diusulkan

    untuk aliran tersebut akan ditampilkan.

    12.1 Pola Aliran dalam Pipa Vertikal

    Untuk aliran keatas gas dan likuid dalam pipa vertikal, fase likuid dan gas

    terdistribusi kedalam beberapa struktur aliran yang dapat diamati. Struktur

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    14/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    2

    aliran ini ditunjukkan dalam pola aliran pada gambar 12.1 dan dideskripsikan

    sebagai berikut :

    a. Aliran gelembung: Beberapa gelembung dapat diamati sebagai gas yang

    terpecah-pecah dalam bentuk gelembung-gelembung kecil dalam fase

    likuid kontinu. Gelembung-gelembung ini mempunyai ukuran dan bentuk

    yang bervariasi tetapi memiliki kekhasan berbentuk seperti bola dan lebih

    kecil dari diameter pipa itu sendiri.

    b. Aliran sumbat likuid: Dengan peningkatan fraksi hampa gas, jarak dari

    gelembung-gelembung sangat dekat seperti gelembung-gelembung

    tersebut bertubrukan dan bersatu membentuk gelembung-gelembung yang

    lebih besar, yang sama dalam dimensi dengan diameter pipa. Gelembung-

    gelembung ini umumnya ditunjukkan sebagai gelembung Taylor.

    Gelembung Taylor dipisahkan dari satu dengan yang lainnya oleh sumbat

    likuid, yang terdapat gelembung-gelembung kecil. Gelembung Taylor

    dikelilingi oleh film likuid tipis dengan dinding pipa, yang mana mengalir

    kebawah sesuai gaya gravitasi, walaupun aliran netto fluidanya adalah

    keatas.

    c. Aliran acak: Peningkatan kecepatan aliran, struktur aliran menjadi tidak

    stabil dengan fluida mengalir keatas dan kebawah dalam gerak osilasi

    tetapi dengan aliran netto keatas. Ketidakstabilan adalah hasil dari

    keseimbangan relatif dari gaya gravitasi dan gaya geser yang berlaku

    dalam arah yang berlawanan pada film tipis fluida gelembung Taylor.

    Pola aliran ini sebenarnya adalah rezim intermediate diantara rezim aliran

    sumbat likuid dan aliran cincin. Dalam pipa berdiameter kecil, aliran acak

    mungkin tidak berkembang sama sekali dan aliran secara langsung

    melewati dari aliran sumbat likuid ke aliran cincin. Aliran acak khususnya

    adalah rezim aliran yang dicegah dalam saluran transfer dua fase, sepertipada aliran dari pendidihan ulang kembali ke lajur distilasi atau dalam

    jaringan perpipaan refrigeran, karena massa dari kantung memiliki

    konsekuensi merusak pada sistem perpipaan.

    d. Aliran cincin: Pergeseran permukaan dari gas berkecepatan tinggi pada

    film likuid menjadi dominan melebihi gaya gravitasi, likuid mendorong

    keluar dari bagian tengah pipa dan mengalir sebagi film tipis pada dinding

    (berbentuk cincin likuid) ketika aliran gas sebagai fase kontinu naik dari

    bagian tengah pipa. Permukaan diganggu oleh gelombang berfrekuensi

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    15/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    3

    tinggi dan riak-riak. Sehingga, likuid berubah menjadi inti gas sebagai

    tetesan-tetesan kecil, sangat banyak sehingga fraksi likuid menjadi sama

    ke dalam tetesan-tetesan dalam film. Rezim aliran ini terutama stabil danadalah pola aliran yang diharapkan untuk aliran pipa dua fase.

    e. Aliran cincin kabut tetes likuid : Ketika laju aliran meningkat lebih

    jauh, perubahan tetesan-tetesan membentuk struktur tidak tetap koheren

    sebagai awan atau embun dari likuid dalam inti uap.

    f. Aliran kabut : Pada laju aliran gas yang sangat tinggi, cincin film

    dipertipis oleh pergeseran inti gas pada permukaan sampai menjadi tidak

    stabil dan dihancurkan, seperti semua bagian likuid dalam perubahan

    sebagi tetesan-tetesan dalam fase gas kontinu, analogi berkebalikan

    dengan rezim aliran gelembung. Tetesan-tetesan likuid sedikit demi

    sedikit membasahi dinding pipa secara lokal.Tetesan-tetesan dalam kabut

    sering kali terlalu kecil untuk dilihat tanpa penerangan khusus atau

    pembesaran.

    Gelembung Sumbat

    LikuidAcak Cincin Kabut

    Tetes LikuidCincin

    Gambar 12. 1 Aliran dua fase dalam arah aliran vertikal

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    16/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    4

    12.2 Pola Aliran dalam Pipa Horisontal

    Pola aliran dua fase pada pipa horisontal hampir sama dengan aliran pada

    pipa vertikal, hanya pada aliran horisontal dipengaruhi faktor gravitasi yang

    cenderung mendorong likuid ke dasar saluran dan gas ke bagian atas. Pola

    aliran gas dan likuid dalam pipa horisontal ditunjukkan dalam gambar 12.2

    dan dapat dikategorikan sebagai berikut :

    a. Aliran gelembung: Formasi gelembung kecil seragam yang terbentuk

    terjadi pada bagian atas pipa karena faktor Buoyancy dan likuid tetap

    terdorong ke bawah karena faktor gravitasi. Ketika gaya geser lebih

    dominan, gelembung-gelembung cenderung terpecah-pecah secaraseragam dalam pipa. Dalam aliran horisontal, khusus rezim ini hanya

    terjadi pada laju aliran massa tinggi.

    b. Aliran strata licin : Ketika kecepatan gas makin tinggi maka kantung

    gas yang terbentuk akan makin besar dan terjadi separasi antara fase

    likuid dan gas dengan gas pada bagian atas dan likuid pada bagian

    bawah. Pada aliran strata licin ini aliran batas likuid cenderung datar.

    c. Aliran strata gelombang : Ketika pada aliran strata licin kecepatan

    makin tinggi maka aliran akan terbentuk gelombang pada aliran likuid.Amplitudo gelombang tergantung pada kecepatan relatif dari dua fase,

    bagaimanapun, puncak gelombang tidak sampai bagian atas pipa.

    Gelombang naik ke bagian atas pipa, meninggalkan film tipis likuid

    pada dinding setelah dilewati gelombang.

    d. Aliran terputus-putus : Peningkatan kecepatan gas lebih jauh lagi,

    permukaan gelombang menjadi cukup besar untuk membilas bagian atas

    pipa. Rezim ini dikarakteristikkan oleh gelombang beramplitudo besar

    secara terus menerus membasahi bagian atas pipa dengan gelombangberamplitudo lebih kecil. Gelombang beramplitudo besar sering kali

    terdiri dari perubahan gelembung-gelembung. Bagian atas dinding

    hampir dibasahi secara terus menerus dengan gelombang beramplitudo

    besar dan likuid film tipis tertinggal dibelakang. Aliran terputus-putus

    juga terdiri dari rezim aliran kantung gas dan sumbat likuid. Sub

    kategori dikarakteristikkan sebagai berikut :

    a) Aliran kantung gas : Gelembung-gelembung akan berdesakan dan

    membentuk gelembung yang lebih besar/kantung gas pada bagian

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    17/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    5

    atas saluran. Rezim aliran ini dipisahkan oleh perpanjangan

    gelembung-gelembung gas. Diameter perpanjangan gelembung-

    gelembung lebih kecil dari diameter pipa sedangkan fase likuidkontinu sepanjang dasar pipa dibawah perpanjangan gelembung-

    gelembung ini.

    b) Aliran sumbat likuid : Ketika gelombang yang terbentuk makin

    besar maka bagian likuid akan menempel pada dinding bagian atas

    dan akan terjadi lagi kantung gas yang relatif besar dinamakan aliran

    sumbat likuid. Diameter perpanjangan gelembung-gelembung

    menjadi sama ukurannya dengan tinggi saluran. Sumbat likuid

    terpisah seperti perpanjangan gelembung-gelembung bisa juga

    dideskripsikan sebagai gelombang beramplitudo besar.

    e. Aliran cincin: Pada saat kecepatan gas sudah lebih tinggi bagian likuid

    yang menempel di dinding atas makin banyak dan menjadikan pola

    alirannya terbentuk cincin. Sama seperti pada aliran vertikal, hanya pada

    aliran horisontal bagian likuid yang menempel pada dinding bagian

    bawah saluran lebih banyak. Permukaan diantara cincin likuid dan inti

    uap diganggu oleh gelombang dengan amplitudo kecil dan tetesan-

    tetesan dapat terpecah-pecah dalam inti gas. Pada fraksi gas tinggi,

    bagian atas pipa dengan film yang lebih tipis mengering lebih dahulu

    sehingga cincin film hanya menutup bagian batas pinggir pipa

    selanjutnya diklasifikasikan sebagai aliran strata gelombang.

    f. Aliran kabut : Sama seperti pada aliran vertikal. Ketika kecepatan

    makin tinggi, terbentuk aliran kabut pada aliran dan didominasi fase gas.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    18/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    6

    Gelembung

    Aliran

    Kantung Gas

    Strata

    Gelombang

    Gelombang

    Aliran

    Aliran Sumbat

    Likuid

    Cincin

    Cincin dengan

    Tetes Kabut

    Gambar 12.2 Pola aliran horisontal dua fase dalam aliran horisontal

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    19/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    7

    12.3. Penggambaran Pola Aliran Adiabatik pada Aliran Vertikal

    dan Horizontal di Tabung

    Gambar 12.3 Pola Aliran dalam tabung evaporator vertikal dari Collier dan Thome (1994)

    Untuk aliran vertikal keatas gambar 12.3 ditunjukkan pola dari arah masuk

    dan keluar tabung evaporator. Pola aliran dimulai sebagai aliran gelembung

    pada arah masuk dari didih nukleat di tabung. Didih nukleat dimulai di

    daerah prajenuh dari tabung dimana gelembung nukleat di lapisan batas

    panas lanjut di tabung yang dipanaskan, tetapi terkondensasi di daerah

    prajenuh. Didih nukleat menunda kualitas penguapan lokal lebih besar dari

    nol dalam kasus area masuk prajenuh dan fluks kalor yang rendah. Setelah

    aliran gelembung terjadi, terjadi aliran sumbat dan kemudian aliran cincin

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    20/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    8

    yang melapisi dinding tabung dengan likuid. Aliran ini mengering atau

    lapisan diselimuti oleh gas sehingga terjadi aliran tetes likuid. Aliran kabut

    terjadi hingga kualitas gas sama dengan nol.

    Untuk memprediksi pola aliran di dalam tabung maka grafik pola aliran

    dipakai, yaitu diagram yang menunjukkan batas perubahan antara pola-pola

    aliran dan digambarkan pada sumbu-x dengan parameter tak berdimensi

    untuk mewakili kecepatan likuid dan gas. Fair (1960) serta Hewitt dan

    Roberts (1969) menjelaskan grafik pola aliran untuk aliran vertikal ke atas

    yang ditunjukkan pada gambar 12.4 dan 12.5. Penjelasan yang lebih lebar

    lagi pada penggambaran aliran untuk memprediksi perubahan antara aliran

    dua fase untuk aliran adiabatik pada tabung horizontal adalah dari Baker

    (1954) serta Taitel dan Dukler (1976) yang ditunjukkan pada gambar 12.6

    dan 12.7. Kurva perubahan pola aliran haruslah mempertimbangkan daerah

    antara aliran laminar dan aliran turbulen. Untuk lebih jelasnya pada

    perubahan pola aliran dua fase mengacu pada Barnea dan Taitel (1986).

    Gambar 12.4 Grafik Pola Aliran 2 Fase dari Fair (1960) pada tabung vertikal

    Fair (1960) mengilustrasikan pada gambar 12.4 yang terpenting adalah

    pertama harga pada sumbu x dan kecepatan massa (lb/h.ft2). Dua harga

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    21/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    9

    tersebut dipakai untuk dapat dibaca secara vertikal ke atas dan horizontal

    yang memotong grafik pada titik tertentu. Lokasi titik ini menunjukkan

    dimana aliran sebagai aliran gelembung, aliran sumbat, aliran cincin danaliran kabut dimana garis tersebut menunjukkan transisi antara pola-pola

    aliran tersebut.

    Untuk memakai penggambaran grafik Hewitt dan Roberts (1969) untuk arah

    vertikal keatas ditunjukkan pada gambar 12.5., kecepatan massa dari likuid

    mLdan gas (atau uap) mGharuslah memperhitungkan menggunakan kualitas

    uap lokal. Kemudian nilai pada koordinat-x dan y menunjukkan perpotongan

    antara dua harga tersebut pada grafik pola aliran yang menunjukkan kondisi

    alirannya.

    Gambar 12.5. Grafik pola aliran dua fase dari Hewitt dan Roberts (1969) untuk tabung

    vertikal (G F. Hewitt, 2000)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    22/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    10

    Diagram pola Baker (1954) untuk aliran dua fase secara horizontal dalam

    silinder/tabung seperti pada gambar 12.6 disajikan dalam satuan

    internasional dan inggris. Diagram pola aliran ini komponen utamanyaadalah campuran dari udara/gas dan cair, dimana secara vertikal

    menggambarkan aliran gas dan secara horizontal menggambarkan aliran

    cairan dalam satuan massa per unit area dalam setiap detik. Untuk

    menggunakan grafik tersebut, pertama kecepatan massa dari zat cair dan gas

    harus diketahui. Kemudian, parameter fase gas dan parameter fase cair

    dapat dihitung. Parameter fase gas adalah:

    [12.3.1]

    dan parameter fase zat cair adalah

    [12.3.2]

    Dimana G, L, L, dan adalah sifat-sifat dari fluida dan acuan sifat-sifatnya

    adalah:

    water (zat cair)= 1000kg/m3;

    air (gas)= 1.23kg/m3;

    water (zat cair)= 0.001 Ns/m2;

    water (zat cair)= 0.072 N/m.

    Parameter tersebut dimaksudkan untuk menghitung penyimpangan dari sifat-

    sifat zat cair dan gas. Nilai-nilai dari sumbu-x dan sumbu-y kemudian

    ditentukan untuk mengidentifikasi rezim aliran tertentu.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    23/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    11

    Gambar 12.6. Grafik pola aliran dua fase Baker (1954) untuk pipa horizontal

    Grafik Taitel dan Duckler (1976) untuk aliran horizontal dalam tabung

    seperti pada gambar 12.7 berdasarkan pada analisis analitik dari mekanisme

    transisi aliran bersama dengan pemilihan empiris dari beberapa parameter.

    Grafik tersebut menggunakan parameter Martinelli, X, bilangan Froude

    untuk gas FrG dan parameter T dan K dan disusun dalam 3 grafik. Parameter

    Martinelli adalah:

    [12.3.3]

    Bilangan Froude untuk fase gas

    [12.3.4]

    Dengan pararameter T, dimana T adalah:

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    24/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    12

    [12.3.5]

    Dimana g adalah percepatan gravitasi (g= 9,81 , maka parameter K

    untuk persamaan tersebut adalah :

    [12.3.6]

    Dimana Bilangan Reynolds untuk fase zat cair dan fase gas adalah :

    [12.3.7]

    [12.3.8]

    Gradien tekanan untuk aliran fase k (k adalah salah satu dari zat cair atau

    gas) adalah :

    [12.3.9]

    Untuk , merupakan aliran laminar dengan faktor gesekan yaitu :

    [12.3.10]

    Untuk , merupakan aliran turbulen dengan faktor koreksi

    gesekan yaitu :

    [12.3.11]

    Untuk dapat menerapkan diagram tersebut, pertama-tama kita harus

    menentukan parameter X dan . Dengan menggunakan kedua parameter

    ini pada diagram, kita dapat menentukan polanya. Jika koordinatnya berada

    pada daerah cincin, maka pola alirannya adalah cincin.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    25/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    13

    Jika koordinat X dan jatuh pada daerah sebelah kiri bawah dari grafik,

    kita harus menghitung nilai K. Dengan parameter K dan X pada bagian

    tengah grafik, maka pola alirannya salah satu dari aliran strata gelombangatau aliran strata licin. Jika koordinat dari X dan jatuh pada bagian kanan

    atas dari grafik, kita harus menghitung parameter T. Dengan parameter T

    dan X pada bagian bawah grafik, identifikasi polanya salah satu dari aliran

    gelembung atau peralihan (aliran kantung gas atau sumbat likuid).

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    26/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    14

    Gambar 12.7 Diagram Pola Aliran Dua Fase pada Pipa Horizontal (Taitel dan Duckler,1976)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    27/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    15

    Diagram bentuk aliran ini dikembangkan untuk aliran dua fase adiabatis

    tetapi sering juga di olah dan digunakan pada proses kondensasi dan

    evaporasi diabatis. Seperti pada berbagai ekstrapolasi, penggunaan data inimungkin atau tidak memberikan hasil yang kuat/andal. Untuk deskripsi teori

    bentuk aliran transisi, Ulasan yang bagus telah dipresentasikan oleh Taitel

    (1990).

    12.4 Diagram Pola Aliran pada Proses Evaporasi di

    dalam Tabung Horisontal

    Pada proses evaporasi di dalam pipa horisontal, Grafik 12.8 dari Collier danThome (1994) merepresentasikan aliran tipikal yang terdapat pada setiap

    rezime, termasuk penggambaran secara melintang dari pola alirannya.

    Sedangkan pada proses kondensasi, rezime-rezime alirannya menyerupai

    rezime-rezime pada proses evaporasi dengan pengecualian bahwa bagian

    atas dinding pipa tidak kering didalam aliran yang bertipe strata licin

    melainkan dilapiskan dengan film kondensasi tipis yang tercipta karena

    proses kondensasi.

    Gambar 12.8 Pola aliran sepanjang penguapan pada pipa horizontal, Collier dan Thome

    (1994)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    28/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    16

    Diagram Kattan-Thome-Favrat. Pada heat exchanger atau pemindah kalor

    yang bertipe pipa berdiameter kecil, Kattan Thome dan Favrat (1998a,

    1998b, 1998c) memberikan modifikasi pada diagram pola Steiner (1993),yang diagram itu sendiri merupakan modifikasi dari diagram Taitel-Dukler

    dimana cara untuk memprediksi onset dari pengeringan pada pipa dalam

    aliran evaporasi cincin diberikan. Diagram pola aliran tersebut akan dibahas

    pada bab ini seperti tentang penggunaannya untuk memprediksi koefisien

    didih pada aliran lokal. Batas-batas dari perpindahan rezime-rezime aliran

    pada diagram pola aliran Kattan-Thome-Favrat digambarkan di gambar 12.9

    (Dimana, bubbly flowatau aliran gelembung berada pada kecepatan massa

    yang sangat besar dan tidak digambarkan). Diagram ini memuat perubahan

    batas pada grafik linear-linear dengan cara memplotkan kecepatan massa

    terhadap fraksi gas untuk fluida dan channel aliran tertentu, dimana akan

    dapat lebih mudah dipergunakan dibandingkan dengan format log-log atau

    diagram-diagram lainnya.

    Persamaan pada perpindahan kurva batas diantara aliran cincin terputus-

    putus dan aliran strata gelombang ditunjukkan sebagai berikut,

    (12.4.1)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    29/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    17

    Gambar 12.9 Diagram pola aliran Kattan, Thome dan Favrat ilustrasi batastransisi bagian aliran

    Porsi kualitas uap yang besar dari kurva ini bergantung kepada rasio dari

    bilangan Froud LFr terhadap bilangan Weber LWe , dimana LFr adalah

    rasio dari inersia terhadap tegangan permukaan. Sedangkan LWe ,

    melambangkan rasio dari inersia terhadap gaya gravitasi. Perbatasan

    kecepatan massa, atau mass velocity threshold, untuk transisi dari aliran

    cincin ke aliran kabut ditunjukkan dengan persamaan berikut,

    (12.4.2)

    Dimana ratio We terhadap Fr, , adalah

    (12.4.3)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    30/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    18

    Dan faktor gesekannya yaitu adalah

    (12.4.4)

    Untuk menghitung kecepatan minimum pada perubahan aliran kabut, atau

    mist flow, nilaiminx diberikan ke persamaan di atas. Di mana x >

    minx sehingga,

    (12.4.5)

    Transisi perubahan dari aliran strata gelombang ke aliran strata penuh,

    direpresentasikan oleh persamaan berikut

    (12.4.6)

    Dan batas perubahan pola aliran menjadi aliran gelembung adalah

    (12.4.7)

    Eksponen empiris tanpa dimensi, )(1 qF dan )(2 qF , pada persamaan batas

    gelembungmemperhitungkan efek dari fluks kalor pada onset fluks kalor kritis

    pada film annulus, sebagai contoh, pada transisi aliran cincin menjadi aliran

    cincin dengan fluks kalor kritis parsial, dimana nantinya akan

    diklasifikasikan sebagai aliran strata gelombang. Kedua eksponensial ini

    dapat dijabarkan sebagai berikut,

    (12.4.8a)

    (12.4.8b)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    31/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    19

    KoefisienPDNq

    ini adalah korelasi Kutaleladze untuk fluks kalor pada

    perpindahan dari didih nukleat yang digunakan untuk menormalisasikan

    fluks kalor lokal

    (12.4.9)

    Batas vertikal diantara aliran terputus-putus dan aliran cincin diperkirakan

    terjadi pada satu nilai tertentu pada parameter Martinelli, ttX ketika sama

    dengan 0.34, dimana ttX adalah

    (12.4.10)

    Untuk menghitung x , garis daerah batas pada perpindahan aliran terputus-

    putus ke aliran cincin padaIAx adalah

    (12.4.11)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    32/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    20

    Gambar 12.10. Bagian Penampang Melintang dan fraksi likuid dan gas distribusi

    tabung.

    Gambar 12.10 memberikan dimensi geometris pada aliran dimanaLP adalah

    wetted perimeter pada pipa atau perimeter basah untuk mengukur bagian

    yang membasahi bagian tabung, GP adalah perimeter bagian kering dari

    tabung yang bersentuhan hanya dengan uap, h adalah tinggi lapisan likuid

    penuh di lapisan strata licin, dan iP adalah panjang dari fase antar muka.

    Lalu LA dan GA adalah area-area perpotongan melintang yang

    berkorenspondensi. Dengan menormalisasikan perimeter perimeter di atas

    terhadap diameter bagian dalam pipa id , 6 persamaan tanpa dimensi dapat

    diperoleh,

    (12.4.12)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    33/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    21

    Untuk5.0Ldh :

    (12.4.13)

    Untuk5.0Ldh :

    (12.4.14)

    Dan untuk 10 Ldh ,

    (12.4.15)

    Namun persamaan numerik di atas terdapat kelemahan, karena nilai hsangatsulit didapatkan dalam percobaan, maka metode iterasi digunakan untuk

    mempermudah perhitungan hLd. Dari Nilai-nilai tersebut untuk membuat

    diagram pola aliran dengan memasukkan nilai dari (12.4.1) sampai (12.4.11).

    Sedangkan untuk parameter Martineli pada persamaan (12.4.10) dapat

    diganti dengan persamaan (12.4.16)

    (12.4.16)

    Diagram pola aliran ini dibuat dari database lima refrijeran, antara lain dua

    komponen tunggal fluida yaitu R-134a dan R-123, dua campuran mendekati

    azeotropik yaitu R-402A dan R-404A, serta satu campuran azeotropik, yaitu

    R-502. Kondisi pengetesan antara lain fluks massa dari 100 sampai

    500kg/m2s, kualitas uap dari 4 sampai 100%, fluks kalor dari 440 sampai

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    34/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    22

    36500 W/m2, tekanan saturasi dari 0.112 sampai 0.888MPa, Bilangan Weber

    dari 1.1 sampai 234.5 dan bilangan Froude untuk likuid dari 0.037 sampai

    1.36. Diagram pola aliran dari Kattan Thome-Favrat mengidentifikasidengan benar 96.2% dari data pola aliran.

    Zrcher, Thome dan Favrat (1997c) memperoleh pola aliran dua fase

    tambahan untuk campuran refrijeran zeotropik R-407C pada saturasi tekanan

    masuk sebesar 0.645MPa dan diagram secara akurat mengeditifikasi data

    pola aliran baru tersebut. Zrcher, Thome dan Favrat (1999) juga

    mendapatkan data aliran pola aliran dua fase untuk ammonia dengan pipa

    diameter 14 mm sebagai kaca-lihat untuk fluks massa 20 sampai 140kg/m2s,

    kualitas uap dari 1-99% dan fluks kalor dari 5000 sampai 58000W/m2,

    semua eksperimen pada temperatur saturasi 4oC dan tekanan saturasi sebesar

    0.497MPa. Demikian halnya, jangkauan dari fluks massa pada database

    diperluas dari 100kg/m2s menurun sampai 20kg/m

    2s. Pada bagian ini

    ditemukan bahwa kurva transisi dari mstrata licin sangat lambat dan persamaan

    (12.4.4) dikoreksi secara empiris dengan menambahkan 20x yang dituliskan

    dari persamaan (12.4.17)

    (12.4.17)

    Dimana mstrata licin dalam kg/m2s. Transisi dari aliran strata licin gelombang

    ke aliran cincin pada kualitas uap tinggi ditemukan malah pada keadaan

    sangat tinggi dan kenaikan pada tambahan bagian empiris dengan faktor

    eksponensial memodifikasi batas pada kualitas uap yang tinggi yang

    ditambahkan pada persamaan (12.4.1) menjadi persamaan berikut.

    (12.4.18)

    Hasil dari modifikasi ini dalam kg/m2s. Perpindahaan batas ini mempunyai

    efek pada perhitungan sudut kering drydi perpindahan kalor didih alir model

    dari Kattan Thome-Favrat (1998c) dan pergeseran pada permulaan fluks

    kalor kritis secara sedikit ke arah kualitas uap yang lebih tinggi yang

    berdasarkan dengan data percobaan perpindahan kalor pada ammonia.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    35/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    23

    Selain itu, Zrcher, Thome dan Favrat (1999) menemukan bahwa permulaan

    dari efek fluks kalor kritis pada diagram Kattan Thome-Favrat sangat kuat

    dibanding pada data mereka yang baru, lebih luas penemuan pada ammonia.Mereka merekomendasi untuk mengurangi pengaruh tersebut sebesar

    setengah, sehingga nilai dari q pada persamaan (12.4.8a) dan (12.4.8b)

    seharusnya diganti dengan q/2.

    Barbieri (2005) menunjukkan dengan jelas bahwa terdapat suatu efek

    parameter di transisi antara aliran terputus-putus dan cincin. Barbieri (2005)

    menyimpulkan bahwa terdapat pengurangan transisi kualitas dengan fluks

    massa dan kenaikan pada diameter pipa, dengan kata lain, pada pipa

    berdiameter kecil, inersia berhubungan dengan efek dari aliran dapat

    menahan likuid film sepanjang sirkulasi dari pipa pada kualitas rendah dan

    fluks massa dibanding pada pipa berukuran besar.

    Barbieri, Jabardo dan Bandarra (2008) mengembangkan diagram aliran dua

    fase dari Kattan Thome-Favrat berdasarkan hasil riset sebelumnya. Mereka

    membuat korelasi atau hubungan antara bilangan Froude untuk likuid dengan

    parameter Martinelli. Variasi dari diameter yang dapat mempengaruhi hasil

    diinterpresentasikan dalam bilangan Froude. Dengan 4 varisai diameteruntuk tiga variasi fluks massa didapatkan hubungan sebagai berikut.

    2.43.75tt

    Fr X . Hasil yang ditunjukkan visualisasi menunjukkan hasil yang

    memuaskan pada R-134a yang ditampilkan menggunakan diagram Kattan

    Thome-Favrat dengan memodifikasi nilai parameter Martinelli.

    Parameter-parameter yang diperlukan untuk menggunaan diagram pola

    aliran Kattan-Thome-Favrat, antara lain : kualitas uap (x), laju aliran massa

    ( ), diameter internal pipa (di), fluks kalor (q), densitas likuid ( ), densitas

    uap ( ), viskositas dinamik likuid ( ), viskositas dinamik uap ( ),

    tegangan permukaan ( ), dan kalor laten penguapan (hLG), semua satuan

    dalam unit SI. Pola aliran lokal diidentifikasikan oleh prosedur berikut ini :

    a. Selesaikan persamaan (12.4.16) secara iterasi dengan persamaan-

    persamaan (12.4.10), (12.4.13), (12.4.14), dan (12.4.15);

    b. Evaluasi persamaan (12.4.12);

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    36/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    24

    c. Evaluasi persamaan-persamaan (12.4.6), (12.4.7), (12.4.8a), dan

    (12.4.9);

    d. Evaluasi persamaan-persamaan (12.4.1), (12.4.2) atau (12.4.3), (12.4.4),(12.4.5), dan (12.4.11);

    e. Bandingkan nilai-nilai tersebut dengan nilai x dan yang telah

    diketahui untuk mengidentifikasi pola aliran.

    Perhatikan bahwa persamaan (12.4.18) seharusnya digunakan untuk

    menggantikan persamaan (12.4.1), dan persamaan (12.4.17) menggantikan

    persamaan (12.4.11) untuk penggunaan versi perumusan yang lebih baru.

    Dengan demikian, diagram aliran yang spesifik terhadap karakteristik fluida,

    kondisi aliran (fluks kalor) dan diameter internal pipa dimasukkan ke dalam

    persamaan. Diagram dapat diprogram ke dalam bahasa komputer dengan

    mengevaluasi kurva transisi dalam tahapan kenaikan dari kualitas uap 0,01

    untuk mendapatkan suatu tabel data dari titik batas permulaan yang

    kemudian dapat ditampilkan sebagai diagram aliran lengkap dengan nilai

    terhadap x sebagai koordinat.

    Diagram Zrcher-Favrat-Thome. Terkait dengan rumusan diatas,

    berdasarkan observasi yang lebih luas terhadap pola aliran untuk ammonia

    pada temperatur 5oC di dalam pipa kaca horizontal tembus pandang dengan

    diameter 14.0 mm pada saluran keluar dari pipa evaporator dengan diameter

    yang sama, Zrcher, Favrat dan Thome (2002) mengemukakan suatu versi

    baru dari kurva batas transisi antara aliran cincin dan terputus-putus menjadi

    aliran strata licin gelombang, sebagai contoh untuk persamaan (12.4.1),

    berdasarkan pada suatu analisis dari efek disipasi di dalam aliran dua fase.

    Diagram Thome-El Hajal.Untuk kegunaan dan konsistensi antara diagramaliran dan model perpindahan kalor, suatu metode yang lebih mudah untuk

    menggunakan versi dari diagram aliran Kattan-Thome-Favrat dikemukakan

    oleh Thome dan El Hajal (2003). Dalam diagram pola aliran yang

    ditampilkan sebelumnya, variabel tidak berdimensi ALd, AGd, hLd dan Pid

    dihitung dalam suatu metode iterasi menggunakan model fraksi hampa aliran

    strata licin yang diiliustrasikan oleh gambar 12.10. Sebaliknya, model

    perpindahan kalor didih alir dari Kattan, Thome dan Favrat (1998c)

    menggunakan versi Steiner (1993) dari model fluks hanyutan (drift flux)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    37/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    25

    Rouhani-Axelsson untuk pipa horizontal dengan fraksi hampa pada bagian

    penampang pipa sebagai berikut

    (12.4.19)

    Model fraksi hampa fluks hanyutan ini mudah untuk diaplikasikan dan

    menjadikan fraksi hampa sebagai suatu fungsi eksplisit dari total laju aliran

    massa, tdak seperti metode iterasi dari Taitel dan Dukler yang digunakan

    pada bagian sebelumnya. Sehingga sangat memungkinkan untuk

    menggunakan model fraksi hampa yang sama di dalam diagram pola aliran

    dan model perpindahan kalor didih alir. Untuk itu, model Rouhani-Axelsson

    merupakan pilihan yang baik sebagai metode analisis umum, paling tidak

    untuk refrigeran yang telah terbukti secara eksperimental dengan pengukuran

    fraksi hampa 238 untuk R-22 dan R-410A yang dibuat oleh Ursenbacher,

    Wojtan dan Thome (2004) untuk tipe aliran strata licin gelombang dan

    terputus-putus. Nilai-nilai dari ALddan AGddapat langsung ditentukan oleh

    perhitungan pertama fraksi hampa menggunakan persamaan diatas danmenggunakan model fraksi hampa berikut ini :

    (12.4.20)

    (12.4.21)

    Tinggi tidak berdimensi dari zat cair (hLd) dan panjang tidak

    berdimensi dari batas fase zat cari (P id) dapat dirumuskan sebagai fungsi dari

    sudut strata, (sudut strata disekitar perimeter atas dari pipa terhadap

    tingkat strata likuid) :

    (12.4.22)

    (12.4.23)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    38/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    26

    Untuk menghindari segala bentuk iterasi, persamaan geometri untuk sudut

    strata ( ) dihitung dari rumusan pendekatan yang dikemukakan oleh

    Biberg (1999), dievaluasi dalam bentuk fraksi hampa sebagai berikut :

    (12.4.24)

    Selama fraksi hampa merupakan fungsi dari laju aliran massa, faktor ini

    mempengaruhi posisi dari kurva transisi yang mengandung komponen

    didalam diagram aliran Thome-El Hajal. Efek dari laju aliran massa pada

    rezim transisi aliran ditunjukkan pada gambar 12.11, dimana pengaruhnya

    hanya akan menjadi signifikan pada laju aliran massa yang rendah. Efek

    paling kuat dari laju aliran massa diobservasi pada kurva transisi SW-I/A

    untuk kualitas uap dibawah 0.1 dan pada laju aliran massa yang sangat

    rendah, dimana kurva transisi disertai dengan peningkatan laju aliran massa.

    Divergensi ini menjadi kurang signifikan selama kualitas uap meningkat dan

    pada laju aliran massa yang lebih tinggi. Kurva batas A-M juga bergerak

    naik secara marginal dengan peningkatan laju aliran massa. Dalam

    implementasi dari metode ini untuk tujuan perancangan, laju aliran massa

    aktual digunakan untuk menghitung kurva transisi ketika kelayakan dalam

    perhitungan diagram pola aliran dibawah ini, suatu nilai tetap dari laju aliran

    massa digunakan untuk mengevaluasi keseluruhan diagram.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    39/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    27

    Gambar 12.11 Diagram pola aliran dari Thome-El Hajal untuk R-410A

    pada 5oC pipa berdiameter 13.84 inch dengan nilai yang dievaluasi pada

    mass flux 100, 200, dan 300 kg/m2s dan fluks kalor 17.5 kW/m

    2.

    Beberapa foto kualitas tinggi dari pola aliran dua fase di dalam pipa-pipa

    horisontal tersedia dari Barbieri, Saiz-Jabardo, dan Bandarra Filho (2005)

    diambil di dalam fasilitas uji dijelaskan di dalam Barbieri dan Saiz-Jabardo

    (2006). Foto-foto tersebut untuk 500kg/m2s R-134a di dalam sebuah pipa

    kaca transparan pada jalan keluar pipa evaporator (catatan beberapa

    kondensasi eksternal pada sisi luar pipa di dalam beberapa foto). Gambar

    12.12 menunjukan beberapa foto kualitas tinggi tipe aliran strata licin.

    Gambar 12.13 menunjukan rangkaian kejadian-kejadian di dalam daerah

    aliran kaca-lihat, ditandai dengan variasi siklik antara gelombang-gelombang

    amplitudo rendah (foto atas) dan gelombang-gelombang amplitudo besar

    (foto bawah). Gambar 12.14 menyajikan beberapa gambar aliran cincin.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    40/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    28

    Gambar 12.12 . Foto daerah aliran strata licin Barbieri, Saiz-Jabardo dan Bandarra Filho

    (2005). Atas : aliran strata licin; tengah dan bawah: aliran strata licin gelombang, diameter

    pipa: 15,8 mm.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    41/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    29

    Gambar 12.13 Foto-foto daerah aliran terputus-putus Barbieri, Saiz-Jabardo dan Bandarra

    Filho (2005) dengan sebuah rangkaian gelombang batas fase di dalam sebuah pipa 9,52 mm

    (atas) diikuti dengan gelombang mendaki di dalam sebuah pipa 15,8 mm (tengah) dan

    kemudian sebuah gelombang amplitude besar mencapai bagian atas saluran di dalam pipa

    15,8 mm (bawah).

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    42/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    30

    Gambar 12.14 Foto-foto daerah aliran cincin Barbieri, Saiz-Jabardo dan Bandarra Filho

    (2005) menunjukkan tiga gambar gelombang-gelombang batas fase pada sebuah film likuid

    cincin. Atas: pipa 9,52 mm; tengah: pipa 15,8 mm; bawah: pipa 15,8 mm.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    43/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    31

    Diagram Wojtan-Ursenbacher-Thome. Diagram pola aliran Kattan,

    Thome dan Favrat (1998a) dikembangkan terutama untuk kualitas uap lebih

    dari 0,15 dan juga tanpa keuntungan kampanye eksperimental pada efekfluks kalor pada permulaan dan penyelesaian fluks kalor kritis kualitas-

    kualitas uap tinggi. Di dalam pengukuran fraksi hampa dinamis yang dibuat

    oleh Wojtan-Ursenbacher-Thome (2004) dan pengamatan-pengamatan video

    mereka untuk kecepatan massa antara 70-200 kg/m2s di dalam sebuah pipa

    kaca horizontal transparan 13,84 mm, kesimpulan yang dicapai sebagai

    berikut:

    1. Aliran strata licin penuh tidak terdeteksi pada setiap kecepatan massa

    yang diuji;

    2. Pada kisaran kualitas uap 0 < x < x IA , pertukaran struktur aliran

    sumbat likuid batas fase strata gelombang telah diamati (di mana x IA

    adalah garis vertikal memisahkan aliran terputus-putus dan cincin);

    3. Transisi dari aliran-aliran sumbat likuid/strata gelombang ke aliran-

    aliran strata gelombang penuh tanpa ada sumbat likuid muncul kira-

    kira terjadi pada xIA.

    4. Hanya aliran sumbat likuid yang diamati untuk zona yang

    diidentifikasi oleh diagram Thome-El Hajal menjadi di dalam daerah

    strata gelombang untuk

    Berdasarkan pengamatan ini, daerah aliran strata gelombang versi diagram

    aliran Thome-El Hajal dimodifikasi oleh Wojtan-Ursenbacher-Thome

    (2005a) sebagai berikut:

    1. Garis transisi baru ditambahkan pada pada

    (ini membuat garis transisi horizontal baru ke kiri x IA dan

    memodifikasi batas daerah strata licin (S)).

    2. Daerah strata gelombang dibagi ke dalam tiga subzona:

    - Untuk , ini menjadi zona sumbat likuid

    - Untuk dan 0 < x < xIA , ini

    menjadi zona sumbat likuid/strata gelombang

    - Untuk 1 > x > xIA, ini menjadi zona strata gelombang.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    44/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    32

    Gambar 12.15 menggambarkan perhitungan diagram pola aliran baru untuk

    dengan modifikasi-modifikasi di atas yang diterapkan pada versi Thome-El

    hajal terhadap diagram pola aliran versi Kattan-Thome-Favrat, menjadi lebihbaik dalam penjelasan karakteristik aliran yang nyata. Garis putus-putus

    menerangkan kurva fluks kalor kritis baru dan kurva transisi aliran kabut

    dijelaskan pada gambar dibawah.

    Gambar 12.15. Diagram pola aliran baru disimulasikan untuk R-22 pada 5oC, diameter

    13.84, laju aliran 100 kg/m2s dan 2.1 kW/m2untuk menentukan kurva-kurva transisi.

    Pada gambar 12.16 menggambarkan bahwa fluks kalor kritis terjadi pada

    bagian atas tabung horisontal pertama pada xdi (pot. A-A), dimana cincin

    likuid film lebih tipis dan kemudian fluks kalor kritis berjalan di sekitar tepi

    sepanjang tabung (pot. B-B) sampai mencapai dasar (pot. C-C) dimana film

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    45/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    33

    likuid hilang pada xde. Dengan demikian, fluks kalor kritis pada tabung

    horisontal mengambil ruang melebihi dari kisaran kualitas uap, pada

    permulaan aliran cicin dan berakhir ketika daerah aliran kabut tercapai.Daerah antaraxdi and xdedisebut fluks kalor kritis.

    Gambar 12.16. Fluks kalor kritis pada tabung horisontal. (a) daerah fluks kalor kritis

    selama penguapan dalam tabung horisontal mulai di xdi pada bagian atas tabung dan

    berakhir di xde pada dasar tabung. (b) Potongan melintang : A-A permulaan fluks kalor

    kritis pada aliran cincin ; B-B fluks kalor kritis; C-C akhir dari fluks kalor kritis dan mulai

    aliran kabut

    Oleh karena sulit menentukan mulai dan berakhirnya fluks kalor kritis dari

    pengamatan secara visual pada tabung transparan, banyak dilakukan

    pengujian aliran didih titik perpindahan kalor yang diukur oleh

    Wojtan,Ursenbacher dan Thome (2005) untuk R-22 dan R-410A pada laju

    alir massa dari 70 sampai 700 kg/m2s dan fluks kalor dari 2.0 sampai 57.5

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    46/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    34

    kW/m2. Diameter dalam tabung 13.84 mm untuk R-22 dan R-410 sama

    hasilnya dengan diameter 8 mm untuk R410. Data aliran didih perpindahan

    kalor digunakan untuk mengetahui lokasi dari xdidan xde.

    Sebagai gambaran pada gambar 12.17, perubahan tajam pada koefisien

    perpindahan kalor dengan menaikkan kualitas uap menunjukkan munculnya

    fluks kalor kritis dimana akhir dari pengurangan koefisien perpindahan kalor

    adalah akhir dari fluks kalor kritis dan permulaan aliran kabut. Pengamatan

    dengan tabung transparan mempertegas bahwa mulai terjadinya fluks kalor

    kritis dan munculnya aliran kabut pada kualitas uap yang sama sebagai

    deteksi pengukuran heat transfer.

    Hasil analisis pengujian dan pengamatan pada kaca transparan, hal ini jelas

    menunjukkan kebiasaan didalamnya tidak ada tahapan cara transisi dari

    aliran cincin ke aliran kabut. Percobaan pertama untuk model transisi aliran

    cincin-fluks kalor kritis selama evaporasi/penguapan dalam tabung

    horisontal dilakukan oleh Lavin dan Young (1965). Mereka berdua

    mengusulkan transisi baru antara daerah cincin dan fluks kalor kritis

    berdasarkan Weber number untuk R-22 dan R12. Lavin dan Young

    mengamati proses fluks kalor kritis, akan tetapi dengan peralatan yangmereka gunakan, tidak mendapatkan koefisien heat transfer di daerah fluks

    kalor kritis juga kondisi dibawah akhir daerah fluks kalor kritis dan sampai

    aliran kabut stabil terbentuk.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    47/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    35

    Gambar 12.17. pengujian koefisien heat transfer pada diameter 13.84

    mm untuk R-22 pada suhu 5oC dengan fluks kalor awal 57.5 kW/m

    2

    dan laju

    alir massa 600 kg/m2s

    Ketika fluks kalor kritis terjadi diluar batas kualitas uap, Moti et al. (2000)

    menggambarkan bahwa timbulnya pengeringan berada di xdidan akhir dari

    pengeringan berada pada xde, kemudian untuk memperkirakan nilainya

    adalah dengan menggunakan tiga karakteristik rezim yang diberi nama

    dengan S1, S2 dan S3 . Penjelasan yang paling diterima dari Wojtan,

    Ursenbacher dan Thome (2005a) bahwa nilai xdi dan xde teridentifikasi dari

    data perpindahan kalor yang memberikan data bahwa rezim S2nya, yang

    sesuai dengan pernyataan oleh Mori et al (2000) adalah:

    Xdi=])/(000021.052.0[ 08.0

    02.096.0

    58.0 LGGG FrWee

    [12.4.25]

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    48/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    36

    Xde = ])/(0000265.057.0[

    08.002.094.0

    61.0

    LGGG FrWee [12.4.26]

    Pendekatan yang dilakukan oleh Mori et al. yang dimodifikasi oleh Wojtan,

    Ursenbacher dan Thome (2005a) dengan melibatkan pengamatan efek fluks

    kalor dari R-22 dan R-410 pada 5oC dengan diameter bagian 8.00 dan 13.84

    mm untuk fluks kalor hingga 57.5 kW/m2, menggunakan rasio fluks kalor

    non dimensional (q/qPND) dan faktor empiris baru. Kemudian, batas baru dari

    awal dan akhir rezim pengeringan dapat dihitung dengan menggunakan

    persamaan:

    Xdi =])/()/(235.052.0[ 7.025.0

    37.017.0

    58.0 PNDLGGG qqFrWee [12.4.27]

    Xde =])/()/(0058.057.0[ 27.009.0

    15.038.0

    61.0 PNDLGGG qqFrWe

    e

    [12.4.28]

    Dimana qPND dihitung dengan menggunakan [12.4.9] dari Kutateladze

    (1948). Setelah pembalikan dua persamaan untuk menyelesaikan aliran

    massa pada istilah kualitas uap. Cincin ke batas fluks kalor kritis (C-FKK)dan fluks kalor kritis ke batas aliran kabut (FKK-K) persamaan transisi untuk

    xdi and xdemenjadi lebih lazim dengan:

    fkk =

    926.07.025.037.017.0

    152.0

    58.0ln

    235.0

    1

    PNDL

    G

    VLGiG

    i

    q

    q

    gd

    d

    x

    [12.4.29]

    kabut =

    9436.027.009.015.038.0

    157.0

    61.0ln

    0058.0

    1

    PNDL

    G

    VLGiG

    i

    q

    q

    gd

    d

    x

    [12.4.30]

    Modifikasi diatas juga berlaku untuk wilayah dan terintegrasi dengan kurva

    transisi C-FKK dan FKK-K pada diagramnya, penggunaan prosedur diagram

    Wojtan-Ursenbacher-Thome adalah untuk:

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    49/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    37

    1. Parameter-parameter geometri , ALD, AGd, hLd, Pid dan stratadihitung

    dengan berdasarkan [12.4.19] sampai [12.4.24].

    2. Seperti halnya efek dari fluks kalor pada kualitas kalor tingkat tinggi

    yang dilihat pada kurva transisi C-FKK dan FKK-K, transisi SG-T/C

    pertama kali dihitung dengan mengikuti persamaan versi adiabatik

    [12.4.1]:

    gelombang =

    50125121

    165.0

    1

    2

    2

    5.0223

    3

    L

    L

    LdLd

    GLiGd

    Fr

    We

    hhx

    gdA

    [12.2.31]

    3. Wilayah strata-gelombang yang kemudian terbagi menjadi tiga zonayaitu:

    a. > gelombang(xIA) memberikan zona aliran kantung gas (slug)

    b. strata < < gelombang (xIA) dan 0 < x < x IA memberikan zona

    sumbat likuid/strata-gelombang.

    c. L > x xlAmemberikan zona strata gelombang.

    4. Transisi KG-SG dihitung dari persamaan batas asli [12.4.4] tetapi

    sekarang strata = strata(xlA) ketika x < xlA, yang kemudian akan

    memberikan bagian horizontal lurus dari batas untuk 0 x xIA.

    5. Transisi T-C dihitung dari batas asli yang diberikan oleh [12.4.11] dan

    beranjak turun ke titik potong dengan strata.

    6. Batas C-FKK dihitung dari [12.4.29] dimana nilainya berdasarkan nilai

    dari langkah ke 2 diatas ketika nilainya lebih kecil dari gelombang.

    7. Batas FKK-K dihitung dari [12.4.30] tetapi ketika saat C-FKK dan

    FKK-K tidak paralel, batas-batasnya bisa saling berpotongan, jadi ketika

    xde< xdikemudian xdesama terhadap nilai dari xdidan tidak ada bagian

    pengeringan (pada saat terjadi aliran massa batas atas dan fluks kalor

    rendah, perpotongan uap batas atas akan cenderung membuat film cincin

    menjadi seragam tebalnya dan karena itu tampaknya memungkinkan

    seluruh perimeter kering pada xdi).

    8. Dengan menggunakan logika, untuk menemukan transisi pada jarak

    kualitas uap batas atas berdasarkan pada diagram FKK, disebut

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    50/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    38

    dengan FKK,diimplementasikan dengan mengikuti orde:

    a. Jika strata(x) FKK, kemudian FKK= strata(x);

    b. Jika gelombang FKK(x), kemudian FKK = FKK(x) dan kurva

    gelombang tidak eksis, dimana artinya batas paling benar dari kurva

    gelombang adalah perpotongan dengan kurva FKK.

    c. Jika FKK(x) kabut(x), dimana adalah mungkin terjadi pada fluks

    kalor rendah dan kecepatan aliran massa batas atas, kemudian FKK =

    FKK(x) dan rezim FKK menghilang pada kecepatan aliran massa

    tersebut

    Gambar 12.18 menunjukan pola aliran yang dihitung untuk R-22 untuk

    empat fluks kalor, dimana gerakan dari batas C-FKK dan FKK-K benar-

    benar jelas. Pembandingan dengan diagram Kattan-Thome-Favrat, rezim

    sumbat likuid (slug) yang baru, sumbat likuid/strata-gelombang-gelombang

    (sumbat likuid+strata gelombang) dan Fluks Kalor Kritis (FKK) ditemukan

    sekarang. Terutama, pengamatan wilayah aliran pengeringan dan kabut

    menjadi lebih kecil seperti penurunan fluks kalor.

    Diagram ini disediakan berdasarkan database R-22 dan R-410A pada 5oCyang lebih diutamakan dari delapan refrigeran lainnya (R-134a, R-123, R-

    402A, R-404A, R-502, R-407C, R-507A dan amoniak) untuk pipa dengan

    diameter dari 8 sampai 14 mm. Kondisi percobaan pada semua eksperimen

    meliputi berbagai variabel, aliran massa rata-rata dari 16 hingga 700kg/m2s.

    Kualitas uap mulai dari1-99% dan fluks kalor dari 440 hingga 57500 W/m2.

    Ini dapat dipercaya bahwa diagram tersebut sesuai untuk refrigeran (dan

    fluida dengan ciri fisik yang sama seperti misalnya hidrokarbon-hidrokarbon

    ringan) pada tekanan rendah atau tinggi tetapi tidak untuk CO2(terlalu tinggitekanan operasinya untuk diagram) tidak untuk sistem udara-air atau uap-air

    (tegangan permukaan dan rasio massa jenisnya terlalu tinggi untuk database

    refrigeran).

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    51/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    39

    Gambar 12.18 pola aliran untuk R-22 pada 5oC dalam pipa diameter 13.84 mm dengan 300

    kg/m2s untuk empat fluks kalor: a) 7.5 kW/m

    2, b) 17.5 kW/m

    2, c) 37.5 kW/m

    2, d) 57.5

    kW/m2.

    12.4.1 Contoh Diagram Pola Aliran Fluida Terpilih untuk

    Evaporasi di Pipa Horisontal

    Gambar 12.19 memperlihatkan variasi diagram pola aliran yang dihitung

    dengan Thome dan Rekan versi terbaru Diagram pola aliran yang

    digambarkan diatas untuk fluida n-butane dan propane. Kondisi perhitungan

    tertulis pada diagram dimana rezim aliran diperlihatkan : Aliran Kabut (AK),

    Peralihan (P), Cincin (C), Strata-Gelombang (SG) dan Strata Licin (SL).

    Rezim aliran gelembung tidak digambarkan seperti yang terjadi pada

    kecepatan massa yang lebih besar daripada yang ditampilkan

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    52/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    40

    Gambar. 12.19. Diagram pola aliran evaporasi untuk n-butane dan propana pada pipa

    horisontal

    SL

    Kualitas uap

    0 0,2 0,4 0,6 0,8

    50

    100

    150

    200

    300

    400

    SG

    AK

    P

    C

    1

    0

    350

    250

    SL

    Kualitas uap

    0 0,2 0,4 0,6 0,8

    50

    100

    150

    200

    300

    400

    SG

    AK

    P

    C

    1

    0

    350

    250

    Propana Tsat = 0oC D = 15,75 mm q = 15 kW/m

    2

    n-butana Tsat = 60oC D = 19,89 mm q = 15 kW/m

    2

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    53/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    41

    12.5. Diagram Pola Aliran Untuk Kondensasi pada Pipa Horisontal

    Pola aliran yang terjadi selama kondensasi didalam pipa horisontal sama

    dengan yang digunakan untuk evaporasi digambarkan pada bagian

    sebelumnya dengan pengecualian sebagai berikut :

    1. Uap kering saturasi memasuki pipa dan dari sini proses dimulai tanpa

    adanya iringan likuid sedangkan untuk menguapkan cairan mengalir

    melintasi saluran dalam aliran acak dan peralihan dapat menghasilkan

    ikutan yang signifikan ketika struktur aliran putus

    2. Selama evaporasi, cincin film akhirnya mengering sedangkan untuk

    kondensasi pengeringan tidak terjadi. Kenyataannya, untuk kondensasipada kualitas uap tinggi alirannya adalah cincin dan tidak ada bagian

    dari aliran strata gelombang kedalam aliran cincin sedangkan untuk

    evaporasi aliran beralih menjadi aliran strata gelombang pada permulaan

    pengeringan pipa bagian atas.

    3. Selama kondensasi, kondensat yang terbentuk melapisi sekeliling tabung

    dengan film cair. dalam apa yang sebaliknya akan menjadi aliran kabut

    untuk aliran adiabatik atau uap. Pada kondensasi rezim aliran akan

    terlihat seperti aliran cincin sejak udara ikutan cairan masuk ke dalaminti uap akan meninggalkan permukaan kosong yang tersedia untuk

    pembentukan yang cepat dari lapisan cairan yang baru melalui

    kondensasi

    4. Selama kondensasi di rezim aliran strata, bagian atas pipa dibasahi film

    kondensat sedangkan pada aliran adiabatik dan uap sekeliling bagian

    atas kering.

    Oleh karena itu, tiga prinsip pola aliran yang ditemui selama kondensasidalam pipa horisontal adalah :

    a. Aliran cincin (sering disebut rezim geser terkendali dalam literatur

    perpindahan kalor kondensasi)

    b. Aliran strata gelombang (ditandai dengan gelombang pada batas fase dari

    aliran strata cairan sepanjang bagian bawah pipa dengan kondensasi film

    pada sekeliling bagian atas)

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    54/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    42

    c. Aliran strata licin (tidak ada gelombang batas fase pada aliran cairan

    strata sepanjang bagian bawah pipa dengan kondensasi film pada

    sekeliling atas yang mengalir kedalam cairan strata licin)

    Yang terakhir adalah kadang-kadang mengacu pada rezim gravitasi

    terkontrol pada literatur perpindahan kalor kondensasi. Rezim-rezim aliran

    ini untuk sementara dapat di prediksi dengan menggunakan Diagram Pola

    Aliran Kattan-Thome-Favrat untuk evaporasi dalam pipa seperti yang

    diusulkan oleh El Hajal, Thome dan Cavallini (2003). Pertama, transisi aliran

    kabut dihilangkan karena aliran pada daerah ini mungkin dianggap menjadi

    aliran cincin sejak film kondensat selalu terbentuk. bahkan jika likuid

    tersebut kemudian beriringan. Yang kedua, kurva transisi strata gelombang

    dimodifikasi dengan menghilangkan transisi dari aliran cincin ke aliran strata

    gelombang pada kualitas uap yang tinggi dengan pemecahan untuk yang

    terendah pada kurva transisi aliran strata gelombang lalu perpanjang kurva

    ini dengan garis lurus dari titik tersebut ke ujung dari kurva transisi strata

    licin untuk strat pada kualitas uap X = 1.0. Gambar 12.20 menjelaskan

    diagram pola aliran ini untuk kondensasi dari R-134a pada suhu 40oC di pipa

    horisontal dengan diameter dalam 8 mm.

    Soliman (1982) juga mengusulkan sebuah metode untuk memprediksi

    transisi dari aliran cincin ke aliran strata gelombang selama kondensasi

    didalam pipa horisontal, lihat Bab 8 untuk penjelasan metode ini yang sudah

    digunakan oleh Dobson dan Chato (1998) di model perpindahan kalor

    kondensasi dalam pipa mereka.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    55/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    43

    Gambar 12.20. Diagram pola aliran kondensasi dalam pipa untuk R-134a pada suhu 40oC di

    pipa horisontal dengan diameter dalam 8 mm oleh El Hajal, Thome dan Cavallini (2003)

    12.6. Pola Aliran Pada Tabung Horisontal yang Diperluas

    Permukaan Dalamnya

    Tidak banyak yang mempelajari sistematika pola aliran dua fase pada tabungyang diperluas permukaan dalamnya, gagasan demikian akan membawa

    kepada pengetahuan bahwa perluasan permukaan dalam dapat memberikan

    pengaruh yang signifikan terhadap tergesernya lokasi transisi pola aliran dan

    juga dapat merubah pola aliran itu sendiri. Untuk contoh pada tabung yang

    diberi perluasan permukaan dalamnya menggunakan microfin akan

    menggeser permulaan lokasi transisi aliran cincin - strata gelombang menuju

    kearah penurunan kualitas uap dan kecepatan masa yang rendah, sehingga

    Gelombang

    kondensasi

    Kualitas uap

    R134a : 300 kg/m2s, 40oC, 8 mm

    0 0,2 0,4 0,6 0,8

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    Strata licin

    kabut

    XIAq = 15 kW/m

    2

    1

    0

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    56/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    44

    dengan keadaan demikian meningkatkan laju perpindahan kalor akibat

    pembasahan keliling tabung pada masa yang rendah.

    Didalam aliran cincin, microfin membuat turbulensi yang banyak pada

    lapisan likuid seperti diperlihatkan pada Gambar 12.21 dengan fotografi

    yang disiapkan oleh Saiz-Jabardo (2005) menggunakan fasilitas pengujian di

    Bandarra Filho dan Saiz-Jabardo (2006) untuk memeriksa hasilnya. Dari foto

    terlihat bahwa tabung microfin juga dapat meningkatkan iringan likuid di

    pusat inti uap (pada foto untuk tabung kaca transparan dengan permukaan

    dalamnya licin/tidak deperluas pada keluaran tabung evaporator efek

    langsung seperti yang terjadi pada microfin tidak terlihat)

    Gambar 12.21. pola aliran cincin untuk R-134 a pada 50C dan 500 kg/m

    2dari Bandarra Filho

    dan Saiz-Jabardo (2006) pada keluaran tabung evaporator. Foto atas : tabung licin; foto

    bawah : tabung microfin. Diameter tabung: 9.52 mm.

    Bukasa, Liebenberg dan Meyer (2004), Oliver (2004), Liebenberg, Thome

    dan Meyer (2005) dan Oliver (2007) telah menyelidiki pola aliran pada

    tabung permukaan rata, tabung microfin heliks (tabung Wolverine), tabung

    microfin tulang ikan (tabung Wolverine) dan tabung dengan kawat heliks

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    57/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    45

    yang disisipkan. Mayer dan Liebenberg (2006) juga telah meringkas hasil

    kerjanya dalam tinjauan tulisanya. Dimana untuk tabung licin persamaan

    garis fraksi transisi dari aliran terputus- putus ke aliran cincin seperti yangterdapat pada persamaan (12.4.11), bila persamaan tersebut diterapkan ke

    tabung yang diperluas dibagian dalamnya, akan mengalami penundaan garis

    transisi XIA ke kualitas yang lebih rendah pada tabung microfin saat terjadi

    kondensasi untuk refrijeran R22, R-134a, dan R-407C, seperti yang

    diperlihatkan pada Gambar 12.22. Mereka mengamati pola aliran secara

    langsung pada bagian keluaran yang terkondensasi, dalam mempelajari pola

    aliran tersebut mereka menggunakan analisis spektral daya dari sinyal

    tekanan absolut untuk mengidentifikasi lokasi transisi seperti yang telah

    dipelajari sebelumnya. Dalam pengujian terbaru mereka, pada kawat heliks

    yang disisipkan dengan diameter aksial tusuk sebesar 5.0, 7.7 dan 11 mm,

    lokasi transisi XIAakan mengalami pergeseran ke daerah dengan kualitas uap

    rendah dan mereka juga mendapatkan bahwa jarak tusuk kawat heliks

    tersebut tidak banyak mempengaruhi lokasi batas transisi XIA . Dalam

    pengujian ini digunakan kawat dengan diameter 0.5 mm dan diameter tabung

    8.1 mm.

    Berdasarkan hasil yang didapat, Meyer, Liebenberg dan Cowokers

    mengusulkan persamaan berikut untuk transisi XIAdari aliran kaca-lihat ke

    aliran cincin untuk tabung kawat yang disisipkan secara heliks

    XIA [12.6.1]

    Dengan cara yang sama garis transisi XIA untuk tabung microfin heliks dan

    microfin tulang ikan seperti persamaan yang diusulkan diatas dengan nilai

    0.678 untuk microfin heliks dan 0.790 untuk microfin tulang ikan

    menggantikan nilai 0.484.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    58/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    46

    Gambar 12.22 Diagram pola aliran dari Kattan, Thome dan Favrat (1998a) diperbaiki oleh

    Meyer dan Cowokers untuk mengillustrasikan pengamatan terbaru mereka pada tabung licin

    dan dua tabung microfin untuk tiga refrijeran.

    12.7. Pola Aliran Dan Diagram Untuk Aliran Dua Fase Melalui

    Susunan Tabung Horisontal

    Pola aliran dua fase pada sisi cangkang dan pola diagram aliran telah

    menerima banyak perhatian tidak kurang dari aliran didalam tabung.

    Beberapa penyelidikan kualitatif hanya menggambarkan pola aliran yang

    diamati, seperti Leong, dan Cornwell (1979), Cornwell, Duffin dan Schuller

    (1980), Diehl (1958), Diehl dan Unruh (1958) dan Nakajima (1979). Studi-

    studi lain telah berusaha untuk mengukur pengamatan melalui

    pengembangan pola diagram aliran, misalnya yang dari Grant dan Murray

    (1972, 1974), Grant (1973), Grant dan Chisholm (1979), Kondo dan

    Nakajima (1980) dan Chisholm ( 1985). Penelitian tidak banyak yang telah

    dilakukan pada pola aliran dua fase untuk arus sisi cangkang sejak

    pertengahan tahun 1980.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    59/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    47

    Pola aliran dua fase pada sisi cangkang adalah penting untuk kinerja termal

    karena memiliki efek multiplier terhadap gesekan dua fase, dan karenanya

    juga pada gesekan jatuh tekanan dua fase. Pola aliran juga berpengaruh padakoefisien perpindahan kalor didih dan perpindahan kalor kondensasi, namun

    ada penelitian telah mengkonfirmasi transisi ini dari satu ke yang lain adalah

    kunci untuk membuat "ide eksperimen" dimana struktur aliran dua fase

    dalam sistem baru dapat diprediksi. Prediksi tersebut sangat membantu

    dalam membangun tentang apa karakteristik operasi dari sistem akan terjadi,

    dan dengan demikian menghindari masalah potensial yang mungkin timbul.

    Leong dan Cornwell (1979) dan Cornwell Duffin dan Schuller (1980) telah

    membuat pengamatan visual dari aliran dua fase dari potongan reboiler ketel

    selama penguapan. Mereka melaporkan bahwa dua pola aliran utama yang

    dominan. Dalam zona rendah di mana kualitas uap lebih besar, perubahan

    besar dalam penampilan aliran terjadi, di mana ia mengambil karakter

    berbusa. Transisi ini diperkirakan terjadi di fraksi hampa sekitar 60%. Di sisi

    lain, untuk susunan tabung terhuyung-huyung dengan dua fase aliran naik,

    Nakajima (1978) mengamati hanya aliran gelembung dan sumbat untuk tes

    pada kecepatan massa yang sangat rendah dan kualitas yang rendah. Untuk

    aliran turun dengan kecepatan massa jauh lebih tinggi untuk susunan tabung

    terhuyung-huyung, Dieh l (1957) mengamati hanya aliran cincin dan aliran

    memercik. Diehl dan Unruh (1958) menggambarkan aliran memercik

    sebagai salah satu dengan fraksi cairan yang tinggi jajaran lajurnya

    sementara mereka mendefinisikan aliran cincin sebagai aliran dengan jajaran

    lajur yang pendek. Dalam sebuah studi yang lebih komprehensif, Grant dan

    Chisholm (1979) mempelajari aliran naik vertikal dan aliran turun atas

    berbagai kecepatan massa dan kualitas dalam array tabung terhuyung-

    huyung, pengamatan gelembung, terputus-putus (sumbat), dan aliranmemercik. The Diehl dan Unruh Diehl pengamatan aliran cincin mungkin

    sama dengan kategori aliran kabut dari Grant dan Chisholm.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    60/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    48

    Gambar 12.23 Pola aliran didalam susunan pipa dari Chisholm (1983). Bagian atas diagram

    untuk aliran vertical dan bagian bawah diagram untuk aliran horisontal

    Untuk horisontal aliran dua fase di susunan tabung, Diehl Unruh (1958)menyelidiki array tabung baik terhuyung-huyung dan segaris. Mereka

    mengamati aliran memercik, cincin, sumbat, dan aliran strata licin, mencatat

    bahwa aliran sumbat hanya diamati terjadi di jarak yang besar di rasio

    diameter. Grant dan Chisholm (1979) dan hibah (1973), di sisi lain, tidak

    melihat aliran sumbat di aliran horisontal mereka tetapi mereka melihat

    gelembung, aliran strata licin, aliran strata memercik, dan aliran memercik.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    61/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    49

    Gambar 12.24 Diagram pola aliran cangkang dari Grant dan Chisholm 1979

    Gambar 12.23 menggambarkan dan mendefinisikan nama pola aliran yang

    paling umum dilaporkan dalam penyelidikan dan gambar 12.24

    menunjukkan diagram diusulkan oleh Hibah dan Chisholm. Aliran

    gelembung dan memercik sama untuk kedua aliran vertikal dan horizontal,

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    62/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    50

    sementara aliran sumbat atau aliran terputus-putus dan aliran strata licin

    umumnya hanya terjadi pada pola aliran horisontal. Secara ideal pola aliran

    akan terpengaruh oleh kebocoran aliran dalam sebuah kemasan di cangkangpenukar kalor, misalnya aliran yang tersebar di sekitar baffle, kebocoran

    antara lubang tabung tabung di baffle, dan setiap aliran memotong lainnya.

    Chisholm (1985) baru-baru ini telah menyajikan ambang transisi berikut

    dalam hal kualitas uap untuk arus horizontal.

    Aliran Strata licin =2/(2m)

    [12.7.1]

    Aliran gelembung =2/(2m)

    [12.7.2]

    Aliran memercik =2/(2m)

    [12.7.3]

    Dalam persamaan ini, xs, xb, dan xf adalah kualitas transisi untuk aliran

    strata licin, aliran gelembung, dan titik transisi memercik, masing-masing.

    Parameter lain yang didefinisikan sebagai

    Bs = BB=0,5

    BF=m/2

    [12.7.4]

    R = 1,3 + 0,58 Fr1 N2

    m

    [12.7.5]

    Y = G / L=

    - m[12.7.6]

    Dan m adalah eksponen dalam jenis fase persamaan gesekan Blasius faktor

    tunggal. Jumlah Fr1, adalah bilangan Froude untuk aliran total cairan dengan

    kecepatan berdasarkan pada luas penampang minimum lintas dalam susunan

    tabung normal terhadap arah aliran. Keandalan penggunaan umum dari

    metode ini untuk prediksi transisi pola aliran tidak dapat dikualifikasikan

    disini.

  • 7/22/2019 Buku Perpindahan Kalor Pendidihan Dan Aliran Dua Fase

    63/69

    Perpindahan Kalor Pendidihan dan Aliran Dua Fase

    Pola Aliran Dua Fase

    51

    KESIMPULAN

    Pola aliran memiliki pengaruh penting pada prediksi fraksi hampa, alirankoefisien kalor kondensasi perpindahan mendidih dan konvektif, dan tetes

    fase dua tekanan. Prediksi transisi pola aliran dan integrasi mereka ke dalam

    diagram pola aliran untuk penggunaan umum dengan demikian terutama

    penting untuk memahami dua fenomena fase aliran dan desain dari dua

    peralatan fase.

    Untuk tabung vertikal, diagram pola aliran Fair (1960) dan Hewitt dan

    Roberts (1969) adalah yang paling banyak direkomendasikan untuk

    digunakan. Untuk tabung horisontal, metode Taitel dan Dukler (1976) dan

    Baker (1954) secara luas digunakan. Aliran yang lebih baru pola diagram

    Kattan, Thome dan Favrat (1998a) dan perbaikan yang lebih berikutnya,

    yang dikembangkan khusus untuk tabung berdiameter kecil khas cangkang