Pressure Drop pada Evaporasi CO2 di Minichannel

17 08 2006

Oleh: Agus S. Pamitran

Beberapa riset tentang two-phase flow pressure drop untuk refrigerant di minichannel telah dilakukan dalam dekade terakhir ini, namun hanya beberapa literatur saja yang menuliskan tentang pressure drop untuk evaporasi CO2 di minichannel. Keuntungan terbesar pada evaporasi dengan minichannel adalah tingginya heat transfer coefficient, berkurangnya ukuran yang cukup signifikan pada compact heat exchangers, dan berkurangnya fluida yang dibutuhkan pada system yang bersangkutan (untuk kapasitas beban yang sama). Namun disamping keuntungan-keuntungan tersebut, pressure drop pada minichannel adalah lebih besar daripada di pipa konvensional karena meningkatnya wall friction. Di masa yang akan datang CO2 akan menjadi penting untuk aplikasi compact heat exchanger dikarenakan:

  • unjuk kerjanya yang baik,
  • dampak pada lingkungan yang hampir tidak ada (Ozone Depletion Potential─ODP dan Global Warming Potential─GWP dari CO2 adalah nol), dan
  • tingkat keamanannya yang baik (non toxic dan non flammable).

Dibandingkan dengan refrigerant halocarbon, CO2 memiliki surface tension, liquid viscosity, dan liquid density yang jauh lebih rendah., namun CO2 memiliki vapor density yang jauh lebih tinggi. Dikarenakan sifat-sifat fisik dan kimia dari CO2 tersebut dan dimensi dari minichannel, evaporasi CO2 pada minichannel memikili karakteristik khusus dibandingkan dengan refrigerant halocarbon pada pipa konvensional.

Beberapa kesimpulan dari study tentang two-phase flow pressure drop pada evaporasi CO2 dengan minichannel horizontal adalah sebagai berikut:

1. Mass flux memiliki efek yang sangat besar pada pressure drop.

Peningkatan mass flux mengakibatkan meningkatnya flow velocity, dan kemudian ini mengakibatkan meningkatnya pressure drop. Selain itu, pada heat transfer dengan CO2, mass flux tidak memberikan efek yang signifikan pada heat transfer coefficient. Sehingga design heat exchanger untuk CO2 akan lebih optimum untuk kondisi mass flux yang rendah.

2. Pressure drop meningkat dengan dinaikkannya heat flux.

Meningkatnya heat flux menyebabkan meningkatnya vaporisasi. Hal ini mengakibatkan meningkatnya average fluid vapor quality dan flow velocity, yang selanjutnya mengakibatkan meningkatnya pressure drop.

3. Saturation temperature memberikan efek yang signifikan pada pressure drop.

Berubahnya physical properties dengan berubahnya saturation temperature mengakibatkan berubahnya pressure drop. Liquid density dan liquid viscosity meningkat dengan turunnya temperature, sedangkan vapor density dan vapor viscosity turun dengan turunnya temperature. Pada kondisi constant mass flux, dengan semakin turunnya temperature maka meningkatnya liquid density dan liquid viscosity mengakibatkan turunnya liquid velocity, sedangkan menurunnya vapor density dan vapor viscosity mengakibatkan naiknya vapor velocity. Meningkatnya vapor velocity ini juga menyebabkan meningkatnya entrainment, yang selanjutnya menyebabkan semakin cepatnya terjadi dry-out.

4. Pressure drop menjadi lebih besar pada channel dengan diameter yang lebih kecil.

Diameter yang semakin kecil mengakibatkan semakin tingginya wall shear stress, dimana pada temperature konstan kondisi ini menyebabkan semakin tingginya friction factor dan flow velocity, yang akhirnya mengakibatkan meningkatnya pressure drop.

5. Pressure drop CO2 jauh lebih rendah daripada R-22.

Dibandingkan dengan R-22, CO2 memiliki vapor density, liquid viscosity dan surface tension yang jauh lebih besar daripada R-22.

6. Pressure drop correlation yang sudah ada menunjukkan deviasi yang cukup signifikan, kecuali untuk beberapa perhitungan dengan homogenous models. Hal ini dikarenakan sifat-sifat CO2 pada minichannel yang berbeda dengan refrigerant konvensional pada pipa konvensional. Demikian pula flow pattern CO2 menunjukkan fenomena yang berbeda, dimana dry-out dengan CO2 pada pipa kecil muncul lebih cepat, dan annular flow kemunculannya lebih singkat. Melihat pentingnya penggunaan CO2 dengan pipa kecil (diameter < 3 mm) di masa depan, maka menjadi penting untuk dilakukannya study yang lebih jauh tentang hal ini.

Penulis adalah mahasiswa S3 Refrigerasi di Chonnam National University, Yeosu Campus, Korea Selatan.

Email: pamitran@hotmail.com


Actions

Information

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s




%d bloggers like this: