BAB III SISTEM PENCAIRAN GAS 3. 1 Parameter Kinerja Sistem BAB III SISTEM PENCAIRAN GAS 3.1 Parameter Kinerja Sistem Terdapat tiga fungsi pay off ( perhitungan) yang perlu diperhati- kan , yaitu: Kerja yang dibutuhkan per unit massa dari gas yang dikompress : - W / m Kerja yang diperlukan per unit massa dari gas yang dicairkan ( W ) : -W / m f Fraksi total antara aliran gas yang dicairkan dengan gas mula-mula : y = mf / m Dari tiga hal diperoleh -W /m = -W / mf y Pada sistim pencairan , seharusnya mampu meminimalkan kerja yang dibutuhkan dan memaximalkan fraksi gas yang dicairkan . Fungsi pay off akan berbeda untuk gas yang berbeda, oleh karena itu perlu membedakan sistim yang ada bila menggunakan fluida yang berbeda. Istilah Figure of Merit ( FOM) menyatakan kerja tioritis minimum yang dibutuhkan dibagi dengan kerja aktual yang dibutuhkan oleh sistim atau

FOM bernilai dari 1 sampai 0 dan memberikan gambaran seberapa jauh sistim ini mendekati sistim ideal. Pada sistim real ,yang perlu diperhatikan adalah : 1.kerja kompresor dan ekspander adiabatik 2.kerja kompresor dan ekspander mekanik 3.kerja heat exchanger 4.perubahan tekanan pada pipa dan heat exchanger 5.Perpindahan panas kedalam sistim dari lingkungan 3.2 Sistim pencairan termodinamika ideal. Sistim ini secara tioritis ideal namun secara praktek tidak ideal,karena sistim ideal adalah siklus Carnot terbuka dengan tekanan isothermal reversibel dan ekspansi isentropis reversibel.,dimana pada tekanan isotermal itu diatas 10 7 psia tidak dapat dicapai dalam praktek.

Gambar sistim pencairan termodinamika ideal

3.3 PROSES SUHU RENDAH Untuk proses pencairan gas dan menghasilkan suhu rendah penggunaan ekspansion valve atau joule thomson biasa dilakukan. Dengan menggunakan hukum thermodinamika I , dan dapat dikatakan bahwa h1 = h2 , jika energi kinetik dan energi potential dari aliran tunak diabaikan. Hal ini berlaku juga untuk aliran irreversibel namun tidak isentropic. Untuk gas nyata pada saat terjadi ekspansi dalam valve (penurunan tekanan) akan ada daerah yang akan mengalami peningkatan suhu namun ada juga daerah yang mengalami penurunan suhu. Aliran melalui isolasi ekspansion valve (Joule Thomson) membentuk kurva temperature yang memisahkan kedua daerah ini disebut kurva inverse.Jadi gas yang melalui exspansion valve J. Thomson tidak selalu temperaturnya turun.Hal ini merupakan metoda pertama.

Gambar. 4 Gambar. 4 Gambar. 4

Metode kedua untuk membuat suhu rendah adalah ekspansi adiabatik dengan menggunakan ekspander . Dalam hal ideal ekspansi akan terjadi secara reversibel dan adiabatik sehingga terbentuk isentropis. Selalu ekspansi isentropis akan menghasilkan suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan ekspansi isentalpi (Alat j.thomson) pada suhu awal yang sama . Hal ini disebabkan adanya kerja internal didalam peralatan. Namun dalam praktek kedua alat masih diperlukan.

3.2.1 Parameter Kinerja Sistem 3.2 SISTEM PENCAIRAN GAS 3.2.1 Parameter Kinerja Sistem Kerja yang diperlukan per unit massa dari gas yang dikompress : Kerja yang diperlukan per unit massa dari gas yang dicairkan : Fraksi total gas yang dicairkan : Hubungan dari persamaan di atas :

3.4 FIGURE OF MERIT (FOM) Definisi : kerja minimum teoritis yang diperlukan dibagi dengan kerja sebenarnya yang diperlukan Guna : untuk membandingkan kinerja dua atau lebih fluida yang dicairkan yang menggunakan sistem yang sama.

3.5 Parameter Kinerja Kondisi Sebenarnya : Efisiensi adiabatic kompresor dan ekspander. Efisiensi mekanik kompresor dan ekspander. Efektivitas Heat Exchanger Pressure Drop di perpipaan, HE, dll. Adanya kebocoran panas ke sekeliling.

3.6 PENYEBAB EFISIENSI < 100% Kompresor dan ekspander jenis reciprocating : Inlet dan outlet loses Pressure drop yang terjadi pada valve. Pressure drop tergantung pada flow rate gas dan respose valve. Ekspansi sempurna atau tidak. Heat transfer. Friksi pada piston. Kompresor dan ekspander jenis rotari : Inlet dan outlet valve loses Disc Friction Impeller Losses Leaving Loss : kerugian akibat energi kinetik pada outlet

3.7 Sistem Pencairan Ideal

Hk. Termodinamika untuk gambar di atas : Siklus Carnot (reversibel dan isotermal) Substitusi Persamaan diatas : Untuk kondisi ideal m = mf sehingga y = Wi/ m = 1 W/ mf

CONTOH SOAL Tentukan kerja yang diperlukan untuk mencairkan nitrogen, dimulai dari temperatur 300 K dan tekanan 101,3 kPa. h1 = 462 J/g @ 101,3 kPa dan 300 K hf = 29 J/g @ 101,3 kPa dan cairan jenuh s1 = 4,42 J/g.K @ 101,3 kPa (1 atm) dan 300 K sf = 0,42 J/g.K @ 101,3 kPa (1 atm) dan cairan jenuh

Refrigeration Carnot secara Ideal Termodinamika Th = Temperatur Tinggi Tc = Temperatur Rendah i = Ideal COP = Coef. Of Performance dari pendingin sebenarnya

Catatan : 1-2 : Isotermal Compression Wc = h2 - h1 + Q 2-f : Isentropic Work Prosedure Wc = h2 - hf

Melalui Termodinamika Ideal Untuk Pencairan : 1. Energy Balance 2. FOM  Kerja kompresor per unit massa

Memproduksi Temperatur Rendah JOULE THOMPSON EFFECT Menggunakan valve ekspansi Jika tidak ada perpindahan panas (valve diisolasi), tidak ada kerja, maka bisa dikatakan, prosesnya isentalpic (h1 = h2) ADIABATIC EXPANSION Metoda memproduksi temperatur rendah dengan ekspansi adiabatik Menggunakan ekspander Proses berjalan secara reversibel, adiabatic atau isentropic Ekspander : Tekanan turun, temperatur pasti turun Ekspansion Valve : Tekanan turun, temperatur belum tentu turun