EFEK GERAK BROWN DAN STABILITAS NANOFLUIDA TERHADAP KOEFISIEN KONVEKSI PADA PENUKAR KALOR PIPA GANDA

Abstract

ABSTRAK: Penukar kalor pipa ganda merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk proses perpindahan panas antara dua fluida yang mempunyai temperatur berbeda dengan tujuan untuk pengoptimalan dan efisiensi energi yang ditentukan oleh nilai koefisien perpindahan panas konveksi. Penukar panas pipa ganda dengan tipe counterflow digunakan secara luas di industri. Fluida memiliki peran penting sebagai media pembawa panas pada peralatan penukar panas pipa ganda, namun fluida konvensional memiliki keterbatasan dengan konduktivitas termal yang rendah. Suspensi partikel padat yang mempunyai ukuran diameter dalam nanometer (10-9 m) dalam fluida dasar yang disebut nanofluida telah diteliti oleh para peneliti dengan tujuan untuk meningkatkan konduktivitas termal fluida. Penelitian tentang nanofluida telah meningkat pesat. Nanofluida memiliki konduktivitas termal yang lebih baik daripada fluida dasar dan terjadi efek gerak Brown pada nanopartikel yang menyebabkan nanopartikel melayang pada fluida dasar sehingga dapat meminimalkan aglomerasi pada nanofluida. Aglomerasi berdampak buruk terhadap stabilitas nanofluida dan menyebabkan penurunan kemampuan nanofluida dalam menghantarkan panas, sehingga mengakibatkan pula penurunan nilai koefisien konveksi pada penukar kalor pipa ganda. Tujuan penelitian adalah untuk menganalisis efek gerak Brown dan stabilitas nanofluida terhadap nilai koefisien perpindahan panas konveksi pada penukar panas pipa ganda dengan pipa lurus bundar dan helical. Alat penukar kalor pipa ganda yang digunakan tipe counterflow. Pada penelitian ini digunakan pipa luar stainless steel dengan panjang dan tebal pipa 1000 mm dan 2 mm, diameter luar 101.7 mm, diameter dalam 97.7 mm untuk fluida pendingin. Pipa dalam dari tembaga dengan panjang dan tebal pipa 1200 mm dan 1 mm yang berbentuk lurus bundar dan helical, diameter luar 31.7 mm, diameter dalam 29.7 mm untuk fluida panas. Fluida panas menggunakan air murni dan suhu air panas dikontrol pada 90 ̊C. Fluida pendingin menggunakan air murni pada suhu 30 ̊C dengan penambahan partikel TiO2 dan Al2O3 pada konsentrasi 0.2% , 0.4% , 0.6%, 2 %, 4% dan 6%. Debit aliran untuk fluida panas dan fluida pendingin dijaga agar tetap konstan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai koefisien konveksi fluida pendingin meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi partikel TiO2 dan Al2O3 yang dipengaruhi oleh efek gerak Brown dan stabilitas nanofluida untuk meminimalkan aglomerasi, geometri pipa, diameter, variasi temperatur dan debit aliran.

Kata Kunci: Gerak Brown, nanofluida, penukar kalor, konsentrasi, koefisien konveksi

ABSTRACT: Double pipe heat exchanger is an equipment used for the heat transfer process between two fluids that have different temperatures with the aim of energy optimization and efficiency which is determined by the value of the convection heat transfer coefficient. Double pipe heat exchanger with counterflow type is widely used in industry. Fluid has an important role as a heat carrier on double pipe heat exchanger equipment, however, conventional fluids have limitations with low thermal conductivity. Suspension solid particles have a diameter in nanometer (10-9 m) in a basic fluid called a nanofluid has been researched by researchers with the aim of increasing the thermal conductivity of the fluid. Research on nanofluids has been increasing rapidly. Nanofluids have better thermal conductivity than the basic fluid and the Brownian motion effect occurs on nanoparticles which causes the nanoparticles to float in the base fluid so as to minimize agglomeration in nanofluids. Agglomeration adversely affects the stability of the nanofluids and causes a decrease in the nanofluid capacity in transmitting heat, thus resulting in a decrease in the value of the convection coefficient in double pipe heat exchanger. The research objectives are to analyze the effect of Brownian motion and nanofluid stability to the value of the convection heat transfer coefficient in double pipe heat exchanger with circular and helical straight pipe. Double pipe heat exchanger that is used counterflow type. In this study, a stainless steel outer pipe was used with the length and thickness of the pipe 1000 mm dan 2 mm, outside diameter 101.7 mm, inside diameter 97.7 625 Astuti, et al mm for the cooling fluid. Inner pipe of copper with pipe length and thickness 1200 mm and 1 mm which is circular and helical straight, outer diameter 31.7, inside diameter 29.7 mm for hot fluid. Hot fluid uses pure water and hot water temperature is controlled at 90 ̊C. The cooling fluid uses pure water at 30 C with the addition of particles TiO2 and Al2O3 on concentration 0.2% , 0.4% , 0.6%, 2 %, 4% dan 6%. The flow rate for hot fluid and cooling fluid is kept constant. The results showed that the coefficient of cooling fluid convection increased along with the increase in particle concentration TiO2 dan Al2O3 which is influenced by the effect of Brownian motion and the stability of the nanofluid to minimize agglomeration, pipe geometry, diameter, temperature variations and flow rates.

Key Words: Brownian motion, nanofluid, heat exchanger, concentration, convection coefficient