BAB I PENGERTIAN KRIOGENIK Teknik Kriogenik /TK adalah pengaplikasian ilmu proses Teknik Kimia pada suhu rendah. Batas terendah dari skala kriogenik yaitu nol absolut K /-273o C, sedang batas tertingginya 123 K / -150o C. Dan TK merupakan perluasan dari banyak bidang keteknikan yang berhubungan dengan variabel termodinamika terutama mengenai suhu .

Dalam proses ini menyangkut juga masalah gas cair dan bahan padat Dalam proses ini menyangkut juga masalah gas cair dan bahan padat. Sebagai pendahuluan diuraikan: Udara : campuran gas yang menjadi komposisi atmosfer di sekitar bumi. Gas terdiri dari : nitrogen, oksigen, argon, sejumlah kecil hidrogen, CO2, uap air, helium, neon, kripton, xenon, dll. Atmosfer : dimulai dari permukaan laut atau lapisan pertama trofosfer (8 s/d 16 km) diatas permukaan bumi. Di troposfer terdapat udara yang terdiri dari 78% N2; 21% O2; 0,09% Argon; 0,03% CO2; 0,07% adalah campuran Hidrogen, Ozon, He, Kripton, Xenon.

Gas komersial untuk keperluan industri antara lain N2, O2, Argon Gas komersial untuk keperluan industri antara lain N2, O2, Argon. Contoh : Pupuk dari campuran N2 Dalam Pembuatan baja dimana O2 cair sebagai pembersih besi yang dilelehkan. Bola lampu pijar diisi oleh Argon

Uap Air, debu, karbondioksida dipisahkan dari udara : Pemurnian Udara : Uap Air, debu, karbondioksida dipisahkan dari udara : Udara dikompres, molekul bertumbukan temperatur udara naik Udara dilewatkan pada suatu unggun untuk diadsorpsi, sehingga zat di atas dapat dipindahkan, lalu dibekukan sebelum udara dicairkan Carl von Linde telah mengembangkan proses kriogenik distillation (distilasi suhu rendah) yang terdiri dari : Nitrogen mendidih pada suhu : 78 K /- 195 oC Argon mendidih pada suhu : 88 K / -185 oC O2 mendidih pada suhu : 91 K / -182 oC

Kemudian udara diexpansikan melalui expander, lalu udara kehilangan energi kinetik  suhunya turun menjadi -190oC dan udara mencair. 1.1 Oksigen Ciri-ciri Oksigen cair : Warna biru, karena ada polimer atau rantai panjang O4 Titik Didih 90,18 oK / - 183 o C pada 1 atm Titik Beku 54,4 oK / -219 o C pada 1 atm Densitas lebih besar dari air (1141 kg/m3) pada temperatur cair Sifat magnetik Sumber Oksigen dari udara, dipisahkan dengan distilasi

Kemagnetan oksigen cair: Besi atau bahan ferromagnetik akan tertarik jauh ke dalam medan magnet dalam cairan oksigen. Efek medan magnetik terhadap benda/ bahan yang bukan besi, tertentu akan berkurang. Untuk bahan seperti besi akan tertarik ke dalam bagian magnet yang kuat disebut sebagai bahan ferromagnetik dan sebaliknya disebut sebagai bahan diamagnetik, termasuk zat cair dan gas. Karena dalam bentuk cairan, kerentanan paramagnetik cukup tinggi pada titik didih normal dan akan tertarik oleh sifat kemagnitan cairan O2. Sifat paramagnetik cairan O2 ini dipakai untuk mendeteksi O2 yang jumlahnya kecil dalam campuran gas.

Kegunaan O2 cair : O2 dalam bentuk cair atau gas sangat reaktif terhadap hidrokarbon Tempat penyimpanan O2 cair, tidak boleh terbungkus dengan plastik harus dengan tabung khusus Untuk roket, dibawa dalam bentuk cairan, dan akan diubah menjadi gas sebelum bereaksi dengan bahan bakar.

1.2 Nitrogen Ciri-cirinya : Tak berwarna, tidak bau dan tidak berasa, dan lagi non toxic Titik didih 77,36 oK / -196 C, titik beku 63,2 oK/ -210 C pada 1 atm. Panas penguapan lebih besar daripada air Sumber dari udara dan dipisahkan dengan distilasi terlihat Jernih Gunanya Nitrogen cair :

Untuk mendinginkan alat elektronik sampai suhu -196oC. Membekukan makanan (jangan sampai hilang rasa dan baunya) juga dapat menghilangkan kutil. Bahan elektronik atau barang logam sebelum disegel untuk pengirim sebaiknya disiram dengan cairan nitrogen untuk menghilangkan udara pada barang elektronik dan menghilangkan hidrogen yang terserap dari bahan-bahan tersebut yang meleleh dan juga memperbaiki sisa-sisa alumunium. Cairan nitrogen dipakai untuk memberikan gaya dorong pada pipa peralon untuk naik dari dasar tanah yang terdeposit.

Hubungan dengan kestabilan , Nitrogen cair ditambahkan pada proses manufaktur untuk mencegah kebakaran dan ledakan karena gas nitrogen akan bersifat sebagai gas inert. Lampu pijar disiram dengan nitrogen cair untuk menghilangkan udara sebelum lampu pijar diisi oleh campuran nitrogen + argon.

1.3 Argon Ciri-Ciri Gas Argon : Dapat bereaksi dengan logam tertentu pada suhu tinggi. Jernih, tidak berwarna. Titik didih 87,3 K / - 190 C, @ 1 atm. Titik beku 83,8 K / -189 C, @ 1 atm. Perbedaan titik didih dan titik beku sangat kecil, yaitu 3,5 o K / 238 o C.

Densitasnya lebih besar daripada oksigen. Sumber dari udara (0,934 % volume dari udara), dipisahkan dengan distilasi. Argon sangat tidak reaktif  isolator yang baik. Tidak mengalami konduksi panas dengan baik  dapat mengisi lampu pijar bersama N2. Karena kestabilannya, insulasi gas pada filamen mencapai suhu yang tinggi tanpa memanaskan bola lampu berlebihan. Ketika mengalami ionisasi akan menghasilkan cahaya terang yang berwarna. Gas argon dipakai untuk neon yang memiliki cahaya berwarna untuk display iklan dan menerangi interior gedung. Dipakai untuk membuat transistor unit.

1.4 Neon Cair Jernih, tidak berwarna. Titik didih 27,09 o K / -246 o C, @ 1 atm. Titik Beku 24,54 o K / -248 o C, @ 1 atm. Inert. Panas penguapan per unit volume lebih tinggi dari hidrogen. Densitas lebih besar daripada hidrogen, memungkinkan dijadikan refrigerant. Sebagai by product dari distilasi udara.

1.5 Fluorine Cair Kuning muda. Titik didih 85,24 K / 188 C, @ 1 atm. Titik beku 53,5 K / 219 C, @ 1 atm, padatan berwarna kuning. Densitasnya yang paling tinggi diantara fluida kriogenik. Mudah bereaksi dengan bahan anorganik. Sangat beracun, 200 ppm per jam untuk binatang  fatal. Untuk manusia, masih diprbolehkan s/d 1 ppm per jam. Tidak digunakan dalam skala besar, karena beracun.

1.6 Metana Cair jernih, tidak berwarna. Titik didih 111,7 o K / - 162 o C, @ 1 atm. Titik beku 88,7 o K / - 184 o C, @ 1 atm. Sangat eksplosif bila berkonsentrasi sebesar 5,8 s/d 13,3 %. LNG dikapalkan pertama kali (1959) dengan kapasitas 5000 m3.

1.7 Hidrogen Cair Cairan paling ringan. Tidak bau. Tidak berwarna. Dengan oksigen sangat mudah terbakar. Orto dan para hidrogen, mol fraksi orto dan para hidrogen akan berubah terhadap temperatur. Densitasnya seperempat dari densitas oksigen. Perlu katalis untuk penyimpanan hidrogen agar tidak mudah menguap.

1.8 Helium 4 Gas yang paling sulit dicairkan. Tidak ada titik beku @ 1 atm. Lebih banyak jumlahnya dibanding Helium 3.

Tabel 1. Sifat-Sifat Tertentu Dari Cairan Kriogenik Pada Titik Didih Saturated Liquid Property at 1 atm Liquid Helium 3 4 Liquid Hidrogen Liquid Neon Liquid Nitrogen Liquid Air Liquid Fluorine Liquid Argon Liquid Oxygen Liquid Methane Normal Boiling Point OR 5.74 7.57 36.7 48.8 139.2 142 153.6 157.1 162.4 201.1 Critical Temperature OR 5.98 9.36 59.74 79.9 227.0 240 212.7 271.2 278.3 343.3 Critical Pressure, atm 1.15 2.26 12.98 26.84 33.5 38.7 55.0 48.3 50.1 45.8 Triple Poin Temperature OR - 25.1 34.21 113.7 96.37 150.8 98.0 159.7 Pressure at Triple Point, atm 0.0711 0.426 0.1268 0.00218 0.679 0.00150 0.099 Density, lbm/ft3 3.68 7.80 4.43 75.17 50.61 54.56 93.96 87.56 70.8 26.53 Heat of Vaporization, Btu/ lbm 3.65 8.92 191.9 37.26 85.32 88.2 71.6 69.5 91.63 219.2 Spesific Heat cp, Btu/lbm OR 1.10 1.09 2.336 0.44 0.487 0.470 0.37 0.272 0.406 0.825 Viscosity, lbm/ft-hr 0.00392 0.0086 0.0316 0.30 0.382 0.195 0.592 0.610 0.455 0.287 Thermal conductivity, Btu/hr-ft- OF 0.0099 0.01565 0.0683 0.075 0.0804 0.078 0.0712 0.0855 0.0642 Dielectric Constant 1.0492 1.226 1.434 1.43 1.52 1.4837 1.6758 Speed of Sound, fps 376 593 3900 2810 2780 2960 4630

QUIZ I KRIOGENIK TUTUP BUKU 30 MENIT Apa yang dimaksud dengan teknik kriogenik ? Jelaskan aplikasi kriogenik pada bidang-bidang berikut ini : Energi Pesawat Luar Angkasa Aeronotika Industri Kesehatan