BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Droplet

BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Droplet adalah sebuah kumpulan cairan yang terikat oleh tegangan
permukaan yang membentuk seperti bola. Salah satu cara untuk menghasilkan
droplet dapat dengan mengalirkan cairan secara perlahan di dalam tabung yang
berdiameter kecil seperti jarum yang berlubang. Pada bagian ujung tabung kecil
tersebut akan terbentuk pendant drop. Ketika droplet membesar dan telah mencapai
massa tertentu. Droplet akan melepaskan diri dan jatuh bebas. Jika droplet tersebut
dijatuhkan dengan selisih waktu tertentu secara terus-menerus pada suatu
permukaan maka disebut multiple droplets.
Dinamika tumbukan air (droplet) pada suatu permukaan datar merupakan
sebuah fenomena yang saat ini sedang dikembangkan oleh para peneliti untuk
berbagai pemanfaatan. Fenomena tumbukan antara tetesan (droplet) dengan
permukaan padat dapat dijumpai pada berbagai aplikasi, salah satunya adalah
sebagai proses pendinginan. Proses pendinginan dilakukan dengan sejumlah tetesan
air dan dengan penyemprotan atau biasa dikenal sebagai spray cooling. Spray
cooling digunakan untuk mendinginkan suatu permukaan panas. Biasanya
digunakan untuk mendinginkan permukaan panas pada proses reaksi inti nuklir,
pembentukan material, quenching, blade turbin dan peralatan elektronik.
Metode spray cooling terbukti dapat membuang heat flux yang tinggi
sekaligus mengkontrol laju pendinginan yang diinginkan (Bernadin dan Mudawar,
1995). Laju perpindahan kalor yang tinggi merupakan suatu keuntungan karena
dapat mengurangi ukuran, biaya dan kompleksitas peralatan penukar kalor. Metode
pool boiling (mencelupkan pada kolam cairan) dan jet impingement (cairan kontinu
ditembakkan pada kecepatan tinggi) tidak memiliki kemampuan dalam menjamin
keseragaman dan kontrol pendinginan yang baik terutama pada paduan logam yang
mempunyai bentuk komplek.
1
2
Interaksi droplet dengan permukaan padat yang dipanaskan, akan terjadi
beberapa fenomena yaitu menyebar (spreading), melambung (rebound) dan
menyiprat (splashing) (Chandra dan Avedisian, 1991). Hal ini bisa terjadi karena
peningkatan suhu sangat mempengaruhi tegangan permukaan di setiap bahan.
Sehingga perilaku droplet di setiap spesimen uji yang berbeda memiliki fenomena
yang berbeda – beda.
Salah satu sifat dari sebuah tetesan adalah sifat mampu basah (wettability)
yaitu kemampuan dari sebuah tetesan untuk membasahi permukaan atau seberapa
luasan tetesan yang menyentuh permukaan padat. Kemampuan dari wettability
berkaitan erat dengan laju perpindahan kalor yang terjadi antara sebuah tetesan
dengan permukaan padat. Semakin luas daerah yang dibasahi oleh tetesan maka
semakin besar laju perpindahan kalornya (Deendarlianto dkk., 2008).
Bernadin dkk. (1997) melakukan pendekatan yang lebih sederhana dengan
meneliti tumbukan sebuah droplet pada permukaan padat yang dipanaskan, dimana
dari hasil penelitian tersebut diperoleh karakteristik perpindahan kalor pada droplet
tunggal yang kemudian digunakan untuk memprediksi karakteristik perpindahan
kalor secara menyeluruh pada proses spraying.
Kandlikar dkk. (2001) melakukan penelitian yang berfokus pada pengaruh
bilangan Weber atas perilaku tumbukan droplet pada permukaan yang dipanaskan.
Visualisasi dilakukan pada penelitian ini untuk menyelidiki perilaku droplet
sehubungan dengan fenomena levitasi. Hasil dari penelitian mereka bahwa variasi
dua bilangan Weber yang dilakukan tidak memberikan pengaruh yang signifikan
terhadap fenomena levitasi.
Penelitian mengenai dinamika single droplet yang menumbuk permukaan
padat sudah banyak dilakukan sebelumnya namun penelitian mengenai fenomena
multiple droplet yang menumbuk permukaan padat masih sedikit. Pada penelitian
ini peneliti berusaha untuk mempelajari pepindahan kalor dan visualisasi dari
fenomena spreading dan recoil multiple droplet ketika menumbuk permukaan datar
Stainless Steel pada temperatur permukaan 60 – 110 oC. Dari penelitian ini, akan
3
dibandingkan pengaruh dari frekuensi tetes yang berbeda terhadap cooling
effectiveness dan laju penurunan temperatur yang dihasilkan oleh multiple droplet.
1.2.
Rumusan Masalah
Penelitian
akan
mempelajari
mengenai
dinamika
tumbukan
dan
karakteristik perpindahan kalor pada multiple droplet yang menumbuk permukaan
datar Stainless Steel dengan variasi frekuensi tetes dan pemanasan pada temperatur
60 – 110 oC.
1.3.
Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Fluida cair yang digunakan adalah aquades pada suhu kamar dan
tekanan satu atmosfer.
2. Perpindahan kalor yang terjadi pada satu dimensi.
3. Pengaruh gesekan udara diabaikan.
1.4.
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mempelajari pengaruh variasi frekuensi terhadap laju penurunan
temperatur pada tumbukan multiple droplet dengan permukaan yang
dipanaskan.
2. Mempelajari
pengaruh
variasi
frekeunsi
terhadap
efektivitas
pendinginan pada tumbukan multiple droplet dengan permukaan yang
dipanaskan.
4
1.5.
Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian mengenai multiple droplet ini diharapkan dapat
memberikan kontribusi terhadap kemajuan teknologi pendinginan baik dalam
perkembangan ilmu pengetahuan maupun dalam dunia industri. Hasil pembelajaran
tetesan air pada logam panas yang didapatkan dari penelitian ini dapat digunakan
sebagai acuan untuk penelitian selanjutnya sehingga perkembangan ilmu
pendinginan menggunakan metode spray cooling dapat terus berkembang secara
berkesinambungan. Selain itu, dalam industri, data yang didapat dalam penelitian
ini dapat digunakan sebagai dasar pengembangan sistem pendinginan dengan
metode spray cooling.