BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Penghematan dan efisiensi energi menjadi salah satu isu krusial dunia untuk mengurangi dampak pemanasan global. Peningkatan efisiensi produksi dan konsumsi energi telah berkembang dalam satu dekade ini seiring dengan berkembangnya industri modern. Di sisi lain, proses-proses produksi di industri banyak melibatkan transport energi khususnya transfer kalor baik dalam proses pemanasan maupun proses pendinginan. Dalam proses pemanasan dan pendinginan di industri, transport energi membutuhkan fluida transfer kalor (heat transfer fluids atau HTFs) sebagai fluida kerja yang berfungsi sebagai energy carrier. Transport energi kebanyakan berlangsung dalam bentuk aliran baik aliran di dalam maupun di luar pipa yang dikenal transfer kalor konveksi. Heat transfer fluids (HTFs) adalah sebuah fluida kerja yang digunakan untuk memindahkan sejumlah kalor pada sebuah sistem penukar kalor dengan laju transfer kalor yang cukup untuk memastikan fungsi (functionality) dan keandalan (reliability) sistem tersebut. Keberhasilan HTFs sebagai pendukung operasional suatu penukar kalor sangat tergantung pada sifat-sifat termofisiknya, yaitu konduktivitas termal, viskositas, densitas dan kapasitas kalor, serta interaksi dengan lingkungan dimana kalor tersebut ditransfer (He et al., 2007). Penggunaan HTFs untuk memenuhi kebutuhan proses produksi di industri mencakup rentang penggunaan yang luas, antara lain adalah sebagai berikut: 1. sebagai fluida kerja transfer kalor pada parabolic thermal collector (solar PTC) dan concentrating solar power (CSP) yang berfungsi sebagai pembangkit uap (steam generation) untuk keperluan proses produksi di industri atau untuk menggerakkan turbin uap yang dihubungkan dengan generator listrik (Montes et al., 2009; Vignarooban et al., 2015); 2. sebagai fluida kerja transfer kalor untuk memenuhi kebutuhan proses pemanasan atau pendinginan pada produksi biodiesel meliputi feedstock pretreatment, biodiesel washing, bleaching, drying, methanol recovery, 1

2 2 glycerol refining (Aransiola et al., 2014; Borugadda dan Goud, 2012; Issariyakul dan Dalai, 2014; Qiu et al., 2010); 3. sebagai fluida kerja transfer kalor untuk memenuhi kebutuhan proses pengolahan makanan meliputi vegetable oil deodorizing, food additive manufacturing, food packaging production dan food preparation (Ditchfield et al., 2007; Wright et al., 2015); 4. sebagai fluida kerja transfer kalor untuk memenuhi kebutuhan industri farmasi yang memerlukan sifat-sifat termofisik yang unggul dengan rentang temperatur yang besar (Cronin et al., 2007); 5. sebagai fluida kerja untuk memenuhi kebutuhan proses produksi dalam oil industry, meliputi initial production, transport, refining dan recycling (Dong et al., 2014); 6. sebagai fluida kerja transfer kalor pada bidang transportasi untuk proses pendinginan radiator pada mesin mobil (Cipollone et al., 2013; Elias et al., 2014; Lozano et al., 2008). Usaha untuk meningkatkan efisiensi energi sangat erat kaitannya dengan upaya peningkatan transfer kalor dan minimalisasi penurunan tekanan yang terjadi pada sistem termal. Peningkatan transfer kalor berdampak pada peningkatan laju transfer kalor konveksi sedangkan minimalisasi penurunan tekanan akan berdampak langsung terhadap pengurangan daya pemompaan (pumping power). Fluida transfer kalor sebagai fluida kerja pada sistem penukar kalor memiliki kelebihan pada daya pemompaan yang rendah sehingga memungkinkan upaya peningkatan efisiensi energi pada sistem tersebut dapat dilakukan lebih intensif. Nisbah daya pemompaan terhadap laju transfer kalor adalah salah satu parameter yang digunakan untuk menentukan kinerja termal-hidrolik pada sebuah sistem termal. Upaya-upaya yang dilakukan diharapkan dapat memberikan solusi untuk mengatasi peningkatan kebutuhan energi yang cepat, proses transfer kalor yang intensif dan mereduksi kerugian energi yang diakibatkan defisiensi suatu sistem transfer kalor (Yu et al., 2008). Berbagai teknik peningkatan transfer kalor telah diaplikasikan untuk meningkatkan kinerja peralatan penukar kalor, yaitu dengan cara memodifikasi geometri pipa seperti terlihat pada Gambar 1.1.

3 3 a. Finned dan roughened surface. b. Twisted tape insert c. Wire coiled tubes Gambar 1.1. Beberapa teknik peningkatan transfer kalor (Çengel, 2003; Kreith et al., 2011)

4 4 Beberapa teknik peningkatan kinerja transfer kalor, antara lain: roughened dan finned surface (Çengel, 2003) serta twisted tape insert atau helical coil insert (Kreith et al., 2011). Modifikasi geometri pada dinding saluran dilakukan karena pipa dengan geometri permukaan tersebut akan menghasilkan efek swirl flow yang berkaitan dengan peningkatan koefisien transfer kalor. Efek swirl flow pada fluida di dalam pipa dapat pula dihasilkan pada aliran laminar dengan swirl generator dalam bentuk insert devices seperti, twisted tape insert atau helical coil insert. Diantara teknik insert devices yang sudah ada, twisted tape insert telah digunakan secara luas untuk meningkatkan koefisien transfer kalor yang tinggi tanpa peningkatan pressure drop yang signifikan (Manglik dan Bergles, 2002). Sifat-sifat termal fluida transfer kalor konvensional yang secara inheren kurang baik membatasi upaya peningkatan kinerja termal dan kekompakan sistem penukar kalor. Usaha untuk meningkatkan sifat-sifat termal fluida konvensional tersebut telah lama dilakukan, salah satunya dengan cara mensuspensikan partikel padat berukuran mikrometer atau millimeter ke dalam fluida transfer kalor konvensional. Konduktivitas termal partikel padat yang lebih tinggi daripada fluida merupakan pemikiran awal yang mendasari upaya peningkatan sifat-sifat termofisik fluida yang kurang baik. Namun demikian, penambahan partikel padat dalam orde mikron tersebut menjadikan suspensi tidak stabil dan massa jenis tinggi sehingga akan menghasilkan sedimentasi, penyumbatan (clogging) bahkan kemungkinan terjadi erosi pada dinding pipa. Perkembangan teknologi nano modern telah memberikan peluang baru untuk memproses dan memproduksi partikel padat kristalin berukuran hingga di bawah 100 nm yang disebut dengan partikel nano. Partikel nano juga dapat didispersikan ke dalam fluida transfer kalor konvensional sebagai fluida dasar dan disebut dengan fluida nano (nanofluids) yang pertama kali diusulkan oleh Choi (1995). Tujuan pengembangan fluida nano adalah tercapainya sifat-sifat termal tertinggi pada fraksi volume paling kecil dengan dispersi yang homogen dan suspensi partikel nano yang stabil dalam fluida dasar. Untuk mencapai tujuan tersebut diperlukan sifat reologi dan transfer kalor fluida nano dapat meningkatkan transport energi.

5 5 Konsep fluida nano merupakan konsep baru dan dipertimbangkan sebagai fluida transfer kalor tingkat lanjut karena menawarkan kemungkinan peningkatan kinerja transport energi yang signifikan dengan memanfaatkan advanced material berupa partikel nano. Menurut Murshed et al. (2005), fluida nano mempunyai keuntungan, antara lain mempunyai kestabilan yang lebih baik dibandingkan dengan suspensi partikel berukuran millimeter atau mikrometer dan nilai konduktivitas termal yang lebih tinggi dibandingkan dengan fluida dasarnya. Fluida nano diharapkan mempunyai sifat-sifat termal yang lebih unggul dibandingkan fluida dasarnya serta fluida yang mengandung partikel berukuran mikron. Luas permukaan relatif partikel nano yang lebih besar dari partikel berukuran millimeter atau mikrometer tidak hanya memperbaiki kemampuan transfer kalor tetapi juga meningkatkan stabilitas dispersi partikel nano dalam fluida dasar. Pengembangan fluida nano masih terhambat yang disebabkan beberapa faktor, antara lain terdapat hasil-hasil penelitian yang tidak konsisten, karakterisasi suspensi yang kurang baik, dan kurangnya pemahaman teori mekanisme peningkatan transfer kalor. Timofeeva et al. (2011) mengusulkan pendekatan sistem tiga-fase pada fluida nano untuk menjawab multikompleks fluida nano. Selain fase partikel padat dan fase cairan, terdapat satu fase lagi yaitu fase lapis batas padat/cairan antara partikel nano dan cairan dimana kontak langsung antara permukaan partikel nano dan cairan terjadi pada fase ini. Luas permukaan kontak partikel nano yang sangat besar diyakini memberikan kontribusi yang signifikan terhadap sifat-sifat fluida nano. Pendekatan fluida nano sebagai sistem tiga-fase memungkinkan untuk memahami lebih mendalam korelasi antara parameter teknis, sifat-sifat fluida nano dan kinerja transfer kalor. Skema multivariabel yang terdapat pada fluida nano ditunjukkan pada Gambar 1.2. Partikel padat berukuran nanometer cenderung mempunyai sifat-sifat yang berbeda dari material curahnya dan bahkan berbeda sifat-sifat fisiknya seperti melting point dan dielectric constant. Perubahan sifat-sifat fundamental pada partikel berukuran nanometer disebut dengan size effect. Partikel nano mempunyai sifat-sifat unik dalam sifat-sifat morfologi, sifat-sifat termal, sifat-sifat

6 6 elektromagnetik, sifat-sifat optic, dan sifat-sifat mekanik (Hosokawa et al., 2007). Luas permukaan yang besar membuat partikel nano lebih baik dan lebih stabil didispersikan ke dalam fluida dasar konvensional. Fluida nano menjaga sifat-sifat fluida dasar berperilaku seperti fluida murni dan menghasilkan penurunan tekanan yang rendah karena partikel nano yang didispersikan sangat kecil sekali dimana dapat disuspensikan dalam fluida dasar secara stabil bahkan sekalipun tanpa penambahan surfactant atau dispersant (Xuan dan Li, 2000). Gambar 1.2. Skema multivariable fluida nano (Timofeeva, 2011) Sumber: Timofeeva et al. (2011) Dispersi partikel padat berukuran skala nanometer nm dalam fluida dasar dapat merubah sifat-sifat termofisik fluida nano, yaitu viskositas, massa jenis, kalor spesifik dan konduktivitas termal. Anomali peningkatan konduktivitas termal fluida nano telah memotivasi banyak peneliti untuk lebih mefokuskan penelitian pada topik ini (Beck et al., 2010; Choi dan Eastman, 1995; Jain et al., 2009; Leong et al., 2006; Wang et al., 1999; Xue, 2003; Yu dan Choi, 2004). Selain konduktifitas termal, viskositas fluida nano juga merupakan salah satu variabel yang berperan penting dalam sistem tiga-fase fluida nano. Viskositas fluida nano sangat berpengaruh terhadap daya pemompaan yang menentukan

7 7 kinerja termal-hidrolik terutama dalam kasus aliran fluida nano dalam pipa. Dalam beberapa kasus, fluida nano diasumsikan sebagai fluida non-newtonian sehingga sifat-sifat reologi fluida nano perlu dievaluasi untuk mengkarakterisasi aliran fluida nano. Beberapa peneliti telah melakukan kajian secara eksperimental mengenai sifat-sifat reologi fluida nano untuk mengevaluasi penurunan tekanan dan kinerja transfer kalor konveksi (Duan et al., 2011; Kole dan Dey, 2010; Kwak dan Kim, 2005; Penkavova et al., 2011; Tseng dan Lin, 2003; Vasheghani et al., 2011; Yanuar et al., 2011). Hingga saat ini masih terdapat perdebatan berkaitan dengan sifat aliran fluida nano yang dipengaruhi oleh tegangan geser (shear-dependent behavior). Fluida nano dapat menunjukkan sifat fluida Newtonian atau non-newtonian tergantung pada ukuran, bentuk partikel, fraksi volume, viskositas fluida dasar dan larutan kimia. Pendekatan sifat-sifat non-newtonian yang sesuai untuk fluida nano masih dalam tahap awal, dan banyak aspek yang perlu dipertimbangkan dalam fenomena mekanika fluida dan transfer kalor. Pemodelan apparent viscosity yang valid pada laju geser dengan kisaran yang lebih luas penting untuk dikembangkan. Banyak kajian sebelumnya menyatakan bahwa fluida nano mempunyai sifat-sifat shearthinning atau pseudoplastics. Fluida pseudoplastics adalah fluida kental murni yang tidak dipengaruhi waktu (time-independent) dan tidak mempunyai tegangan luluh (yield stress) dimana apparent viscosity menurun dengan peningkatan tegangan geser (shear stress). Dalam kasus tertentu, fluida nano Fe 2 O 3 /etilen glikol dengan konsentrasi antara 5 25% wt. dilaporkan mempunyai sifat-sifat thixotropic. Fluida nano dikarakterisasi dengan hysteresis loop antara peningkatan dan penurunan laju geser yang besarannya tergantung waktu (Pastoriza-Gallego et al., 2011). Pada penelitian ini, dua karakterisasi fluida nano dieksplorasi lebih lanjut, yaitu: karakterisasi reologi dan karakterisasi transfer kalor konveksi. Pengujian dilakukan pada saluran horizontal berpenampang lingkaran dan berfungsi sebagai viskometer horisontal. Selain pipa polos, teknik peningkatan transfer kalor dengan twisted tape insert digunakan dalam penelitian ini. Efek swirl flow yang dihasilkan

8 8 oleh twisted tape insert diprediksi dapat meningkatkan kinerja transfer kalor fluida nano terutama pada daerah aliran laminar. Namun demikian, efek swirl flow ini juga akan meningkatkan pressure drop secara signifikan dibandingkan dengan pipa polos tanpa disisipi dengan twisted tape. Oleh karena itu, nisbah daya pemompaan terhadap laju transfer kalor penting untuk diamati dalam penelitian ini. Pengaruh aliran fluida nano dalam pipa yang disisipi twisted tape terhadap kinerja transfer kalor telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya (Chen et al., 2007b). Kinerja termo-hidrolik pada twisted tape insert dikatakan baik jika koefisien transfer kalor meningkat secara signifikan dengan peningkatan faktor gesekan yang minimum. Korelasi nisbah antara rasio peningkatan transfer kalor terhadap rasio koefisien gesekan didefinisikan sebagai overall enhancement ratio. Parameter ini digunakan untuk membandingkan teknik pasif yang berbeda. Pada umumnya aplikasi insert devices berguna untuk daerah aliran laminar tetapi untuk daerah aliran turbulen justru akan menghambat aliran fluida nano dan menaikkan pressure drop secara signifikan. Twisted tape insert mencampur aliran fluida nano dengan baik sehingga menunjukkan kinerja yang lebih baik pada aliran laminar karena lapis batas termal pada dinding pipa dapat direduksi Perumusan Masalah Pengembangan fluida nano masih terhambat oleh beberapa faktor, yaitu kurangnya kesepakatan antara hasil yang diperoleh dari laboratorium atau grup peneliti yang berbeda, karakterisasi suspensi yang tidak baik, dan kurangnya pemahaman mekanisme perubahan sifat-sifat fluida nano yang diamati (Keblinski et al., 2005). Karakterisasi fluida nano meliputi stabilitas suspensi, distribusi ukuran, konsentrasi partikel, sifat-sifat termofisik dan sifat-sifat elektrik. Karakterisasi fluida nano dengan pendekatan dan metode yang berbeda cenderung akan memberikan hasil yang berbeda. Hal ini mengakibatkan terjadinya kontroversi dalam pengembangan fluida nano baik secara eksperimen maupun teori. Meskipun terdapat kecenderungan yang secara umum telah disepakati oleh peneliti, akan tetapi masih terdapat beberapa hal yang menjadikan hasil penelitian fluida nano masih menjadi perdebatan dalam hal, antara lain kestabilan fluida

9 9 nano, agregasi atau kluster, distribusi ukuran partikel nano yang tidak diketahui, perbedaan dalam teori mekanisme transport termal, teknik preparasi fluida nano yang berbeda, dan sifat-sifat reologi fluida nano. Kajian sebelumnya melaporkan bahwa karakteristik reologi dan transfer kalor konveksi tergantung pada sifat-sifat termofisik khususnya viskositas, konduktivitas termal, kalor spesifik, dan massa jenis. Namun, demikian masih terdapat perdebatan dalam hal sifat-sifat fluida nano sebagai fluida Newtonian atau non- Newtonian. Beberapa usaha telah dilakukan untuk mengatasi kontroversi ini khususnya konduktivitas termal dan viskositas dengan diluncurkannya the International Nanofluid Property Benchmark Exercise atau INPBE (Buongiorno et al., 2009; Venerus et al., 2010). Fluida nano dapat berperilaku sebagai fluida Newtonian atau non-newtonian tergantung konsentrasi partikel, kisaran laju geser, dan viskositas fluida dasar. Selain itu, agregasi partikel juga mempunyai efek terhadap sifat-sifat reologi fluida nano (Duan et al., 2011). Pengaruh sifat-sifat reologi aliran fluida nano pada pipa polos dan twisted tape insert terhadap kinerja transfer kalor belum banyak diungkapkan oleh peneliti lain (Hojjat et al., 2011a; Hojjat et al., 2011b; Mala et al., 2015; Yanuar et al., 2010, 2011). Kajian sebelumnya menyatakan bahwa terdapat korelasi yang kuat antara pumping power dan transfer kalor tergantung sifat-sifat alir fluidanya. Oleh karena itu, nisbah antara pumping power dan laju transfer kalor (P r ) akan dievaluasi pada penelitian ini. Di sisi lain, penambahan partikel nano dalam fluida dasar meningkatkan konduktivitas termal dimana sifat termofisik ini diyakini berperan penting dalam peningkatan transfer kalor. Keuntungan pemakaian fluida nano dilihat dari sisi biaya energi yang dikeluarkan dapat dinyatakan secara tersirat dalam performance evaluation criterion (PEC). Berdasarkan uraian yang telah dipaparkan diatas, perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana mengembangkan sebuah metode analisis sheardependent flow secara eksperimen pada dispersi partikel nano di dalam fluida dasar dengan menggunakan pendekatan power law fluid model untuk mengkarakterisasi sifat-sifat reologi dan transfer kalor konveksi fluida nano anatase titania. Adapun tahapan-tahapan untuk mencapai tujuan penelitian serta luaran penelitian disertasi

10 10 secara skematik dideskripsikan dalam sebuah peta jalan (roadmap) seperti yang disajikan pada Gambar 1.3. Fluida nano berbasis anatase titanium (IV) dioxide Luaran penelitian Publikasi penelitian di seminar nasional, internasional dan Jurnal terindeks Scopus Karakterisasi reologi dan transfer kalor Kurva aliran (Power la fluid) Analisis PEC Nisbah daya pemompaan terhadap laju transfer kalor Karakterisasi partikel dan fluida nano Preparasi fluida nano UJI TEM UJI XRD UJI UV-VIS 1. Magnetic stirrer (1 jam) 2. Ultrasonikasi (3 jam) TMETODE DUA TAHAP 3.Konsentrasi partikel (0,1; 0,3 dan 0,5 vol.%) Kajian eksperimen Partikel nano berbasis Anatase Titanium (IV) Oxide FLUIDA DASAR: (1) Akuades, (2) campuran etilen glikol-akuades, dan (3) propilen glikolakuades (60:40) Plain tube Twisted tape insert SEKSI UJI L = mm, D = 4.25 mm, = 7 Kondisi fluks kalor konstan Permasalahan SIFAT-SIFAT REOLOGI Shear-flow shear-dependent Sifat-sifat alir fluida nano EFISIENSI ENERGI P dan h Fluida nano saat ini Terdapat perdebatan sifat-sifat luida nano Terdapat beberapa hambatan Kestabilan. Agregasi, distribusi ukuran, perbedaan dalam teori mekanisme transpor termal, teknik preparasi yang berbeda, dan sifat-sifat reologi fluida nano Tidak ada kesepakatan hasil eksperimen, karakterisasi suspensi kurang baik, mekanisme perubahan sifat-sifat fluida nano Gambar 1.3. Peta jalan penelitian disertasi 1.3. Batasan Masalah Penelitian disertasi ini difokuskan pada karakterisasi reologi dan transfer kalor konveksi fluida nano berbasis anatase titanium (IV) dioxide (anatase TiO 2 ) atau titania. Titania secara umum mempunyai struktur anatase, rutile, dan brookite. Salah satu kelebihan anatase titania dibandingkan dengan material lain adalah mempunyai stabilitas yang lebih baik secara fisikokimia ketika didispersikan di dalam fluida dasar bahkan tanpa penambahan stabilizer (Cabaleiro et al., 2013). Di sisi lain, aplikasi praktis anatase titania digunakan secara luas antara lain semiconductor photo-catalysis, solar energy conversion, protective surface coating, ceramics, pigments, biological, catalysis, reductor, photo-corrosion

11 11 applications (Braun, 1997; Diebold, 2003; Gan et al., 1998; Hoffmann et al., 1995; Taylor et al., 2011). Persyaratan material partikel nano yang dibutuhkan sebagai fluida transfer kalor pada sistem termal harus mempunyai konduktivitas termal yang tinggi, tidak beracun (nontoxic) dan tidak korosif (noncorrosive). Dalam kasus aplikasi pendidihan kolam (pool boiling), fluida nano membutuhkan kalor laten penguapan yang besar (Lee et al., 2014). Kalor laten penguapan merupakan salah satu parameter yang berpengaruh terhadap koefisien transfer kalor pendidihan kolam (Suriyawong et al., 2012). Beberapa peneliti sebelumnya melaporkan bahwa penambahan partikel nano meningkatkan critical heat flux (CHF) dibandingkan fluida dasarnya (Kim et al., 2006) dan CHF meningkat dengan meningkatnya konsentrasi partikel (Golubovic et al., 2009). Namun demikian, peningkatan konsentrasi partikel dalam fluida dasar akan menurunkan kalor spesifik fluida nano (O Hanley et al., 2012). Hal ini secara implisit mengindikasikan bahwa kalor semakin cepat membaur dalam fluida nano dengan meningkatnya fraksi volume karena kapasitas kalor termalnya menurun. Kapasitas kalor termal adalah perkalian antara massa jenis dan kapasitas kalor dimana parameter ini berbanding terbalik dengan difusivitas termal. Nilai kapasitas kalor termal yang rendah berarti bahwa energi yang berpindah melalui sebuah medium yang diserap dan digunakan untuk menaikkan suhu jumlahnya lebih sedikit, jadi energi yang masih dapat dipindahkan lebih banyak. Di sisi lain, parameter difusivitas termal sebanding dengan konduktivitas termalnya. Semakin besar nilai difusivitas termal, semakin cepat kalor membaur dalam sebuah medium. Selain itu, beberapa hal yang dijadikan pertimbangan berkaitan dengan penggunaan partikel nano titania dalam penelitian ini adalah stabilitas secara kimiawi, sudah diproduksi secara massal dan harga yang lebih murah dibandingkan dengan partikel nano sejenis. Adapun penelitian disertasi ini memberikan batasan-batasan masalah yang diuraikan sebagai berikut: 1. Partikel nano yang digunakan adalah titanium (IV) dioxide (anatase TiO 2 ) atau titania dengan ukuran partikel nano ~21 nm dan bentuk partikel mendekati bulat (spheris).

12 12 2. Tiga jenis fluida transfer kalor konvensional digunakan sebagai fluida dasar dalam preparasi fluida nano, yaitu: akuades, campuran akuades-etilen glikol (EG), dan campuran akuades-propilen glikol (PG) dengan perbandingan massa 60: Preparasi fluida nano menggunakan metode dua tahap (two-step method) tanpa penambahan surfaktan (additive) dan pengaturan ph. 4. Karakterisasi reologi dan transfer kalor konveksi diuji pada aliran dalam sebuah saluran berpenampang lingkaran yang berfungsi juga sebagai viskometer horisontal. 5. Efek magnetik partikel nano dalam fluida dasar diabaikan karena konsentrasi volume partikel nano sangat rendah. 6. Effect swirl flow menggunakan sebuah swirl generator berupa twisted tape insert dengan twist ratio Tujuan Penelitian Fluida nano berbasis anatse titania dalam penelitian disertasi ini diasumsikan sebagai fluida non-newtonian yang memiliki sifat-sifat reologi spesifik, dan sifatsifat ini dipertimbangkan dalam analisis transfer kalor konveksi. Pengaruh efek swirl flow fluida nano terhadap peningkatan transfer kalor juga diamati dalam penelitian ini. Swirl flow dihasilkan dari sebuah swirl generator berupa twisted tape insert dengan twist ratio 7. Penggunaan swirl generator ini akan berdampak secara langsung terhadap peningkatan pressure drop sehingga nisbah daya pemompaan terhadap laju transfer kalor juga diamati. Tujuan utama penelitian disertasi ini adalah karakterisasi reologi dan transfer kalor konveksi fluida nano berbasis anatase titanium (IV) dioxide. Adapun tujuan penelitian secara spesifik sebagai berikut. 1. Menghasilkan fluida transfer kalor tingkat lanjut yang unggul berupa fluida nano berbasis anatase titania. 2. Melakukan karakterisasi reologi dan transfer kalor konveksi fluida nano berbasis anatase titania.

13 13 3. Melakukan analisis perilaku aliran fluida nano dengan mempertimbangkan shear-dependent viscosity dengan menggunakan pendekatan model power law fluid. 4. Melakukan analisis transfer kalor konveksi fluida nano dengan teknik peningkatan kalor pasif berupa twisted tape insert. 5. Melakukan analisis nisbah daya pemompaan terhadap laju transfer kalor Manfaat Penelitian Manfaat penelitian disertasi ini diuraikan berdasarkan manfaat teoritis, praktis dan akademis, sebagai berikut: 1. Manfaat teoritis yang diharapkan adalah bahwa karakterisasi reologi dan transfer kalor fluida nano berbasis titanium dioksida dapat memberikan kontribusi dalam mengungkapkan anomali fluida nano. 2. Manfaat praktis yang diharapkan bahwa pengetahuan fluida nano sebagai fluida transfer kalor tingkat lanjut dapat digunakan sebagai acuan rekayasa dalam perancangan alat penukar kalor yang memerlukan fluks kalor tinggi. 3. Manfaat akademis yang diharapkan adalah bahwa hasil penelitian disertasi ini dapat dijadikan rujukan bagi upaya pengembangan ilmu pengetahuan nanoscience dan nanotechnology terutama di bidang fluida nano.