PENCAIRAN GAS SELAIN NEON, HIDROGEN DAN HELIUM MINGGU IV PENCAIRAN GAS SELAIN NEON, HIDROGEN DAN HELIUM

Sistem Linde Hampson Sederhana

DIAGRAM TS UNTUK PENCAIRAN GAS

Proses Linde Hampson Sederhana 1 2 : tekanan adiabatik Masuk ke HE pada tekanan konstan Dari 3  4, gas berekspansi melalui Joule thompson, p1 = p4 Pada titik 4, gas jenuh kembali ke kompresor; cairan gas akan menuju penampungan Yield yang dihasilkan adalah:

FOM =(kerja Minimum teoritis yangdiperlukan dibagi dengan kerja sebenarnya yg.diperlukan ) c h C i T W Q COP - = · FOM = ; = Tc/ Th - Tc Th=temperatur tinggi Tc=temperatur rendah i = ideal

Sistem Pendinginan dan Pencairan dari Linde Hampson Sistem Refrigerator Refrigeran menarik panas dari ruangan , kemudian gas diteruskan ke HE untuk dipanaskan dan diteruskan ke kompresor. Di kompresor, refrigeran ditekan pada kondisi isotermal dan gas dikeluarkan melalui HE dan diteruskan ke expansion valve dan terjadi ekspansi supaya temperatur refrigeran turun dan selanjutnya dapat menarik panas dari ruangan.

Sistem Pencairan Gas dikompresi secara isotermal, kemudian dialirkan ke HE supaya temperaturnya turun pada tekanan tetap. Selanjutnya diekspansi melalui expansion valve yang menghasilkan gas jenuh. Bagian yang mencair ditampung dan bagian yang belum mencair dikembalikan ke HE untuk dipanaskan dan diteruskan ke kompresor

Sistem Refrigerasi Sistem Pencairan

Kerja Kompresor : Laju pendinginan jika tak ada kebocoran :

SEBAGAI REFRIGERATOR SEBAGAI PENCAIRAN 1. Fraksi Pencairan (1)

Energi balance di HE : (2) Dari (1) dan (2) : hf = spesific enthalpy dari cairan yang dihasilkan Performancy Pencairan = FOM FOM = kerja komp per unit massa gas yang dicairkan dalam kondisi ideal kerja komp per unit massa gas yang dicairkan dalam kondisi nyata

Dimana : (3) (4)

Contoh Sistem pencairan Linde sederhana bekerja antara 290 K dan 71,9 K dengan menggunakan gas nitrogen sebagai fluida kerja. Gas secara isotermal dan reversibel dikompresi sampai 10,1 Mpa. Tekanan jenuh cairan nitrogen pada 71,9 K adalah 0,05 MPa. Asumsi menggunakan HE ideal dan tak ada kebocoran panas pada sistem. Hitunglah yield cairan dan FOM untuk sistem ini! DIKETAHUI : h1 (0,05 MPa, 290 K) = 452 KJ/kg s1 (0,05 MPa, 290 K) = 4,59 KJ/kg K h2 (10,1 MPa, 290 K) = 432 KJ/kg s2 (10,1 MPa, 290 K) = 2.95 KJ/kg K hf (0,05 MPa, 71,9 K) = 18 KJ/kg sf (0,05 MPa, 71,9 K) = 0,27 K/kg K Data di atas berasal dari diagram T-s untuk Nitrogen

solusi Perhatikan gambar Linde sederhana !!

Jika sistem tersebut di atas ditambahkan refrigerator, hitunglah efek refrigerasi, COP, dan FOM sistem! Efek Refrigerasi COP DIMANA 

Untuk mencari FOM, kita harus mencari dahulu COPi

Sistem Linde Hampson Berpendingin Awal (precooler JT cycle)

Ratio Laju Alir Refrigeran Yield mr adalah laju alir refrigeran

Dari neraca energi di Linde dan refrigerator (antara a dan d) Dimana : Yield maksimum dari sistem pendingin awal adalah :

Kerja Kompresi Kerja Mencairkan FOM

COP (Coef of Performance)  perpindahan panas isotermal. Dengan: Tc = temperatur rendah pada isotermal Th = temperatur yang tinggi pada isotermal Efek refrigerasi :

Contoh Tentukan kebutuhan kerja ideal untuk pencairan nitrogen dengan catatan sbb : h1 = 2870 Cal/ mol pd 1 atm dan 70oF hf = 0 Cal/ mol pd 1 atm dan cairan jenuh s1 = 26,7 Cal/mol.K pd 1 atm dan 70oF sf = 0 Cal/ mol.K pd 1 atm dan cairan jenuh

Jawab Kerja kompresor per unit massa : Dalam kondisi ideal, gas 100% dicairkan berarti :

Contoh Tentukan yield cairan, kerja per unit massa cairan, dan kerja per unit massa yang dikompres untuk sistem Linde Hapson sederhana dan untuk sistem Linde hampson dengan pendinginan awal menggunakan nitrogen sebagai fluida kerja dan Freon-12 sebagai refrigeran. Kondisi nitrogen dalam sistem operasi antara 1 atm dan 70 F, dan 200 atm untuk titik 2. Keadaan titik-titik untuk refrigeran dalam sistem adalah sebagai berikut: ha = 87,926 BTU/ lbm pada 1 atm dan 70 F hb = 104, 086 BTU/ lbm pada 5,77 atm dan 385 F hc = 24,050 BTU/lbm pada 5,77 atm dan 70 F Titik d dalam kondisi 1 atm dan -21,62 F dalam wilayah dua fasa dan r = 0,1

Jawaban Sistem Linde Hampson Sederhana Dari diagram T-s Nitrogen, kita dapat menemukan nilai-nilai berikut : h1 = 2870 cal/mol = 184,4 BTU/lbm pd 1 atm dan 70 F h2 = 168,5 cal/mol = 168,5 BTU/lbm pd 200 atm dan 70 F hf = 0 cal/mol = 0 BTU/lbm pd 1 atm dan cair jenuh s1 = 26,7 cal/mol K = 0,954 BTU/ lbm R pd 1 atm dan 70 F s2 = 15,4 cal/mol K = 0,550 BTU/lbm R pd 200 atm dan 70 F

Yield Cairan Kerja yang dibutuhkan per unit massa yang dikompresi :

Kerja per unit massa yang dicairkan Dari contoh di atas : kerja ideal = 321 BTU/lbm FOM =

Jawaban Sistem Linde Hampson Precooling Dengan precooling terlihat yield naik 40% Total kerja yang dibutuhkan Kerja per unit massa yang dicairkan

FOM : Sistem ini 40% lebih baik daripada sistem Linde Hampson sederhana

Linde Dual Pressure

Energy Balance Energy Balance sekitar HE, JT Valve dan reaktor cairan : (1) (2) (3)

Diperoleh : atau  fraksi gas cair

Proses Gas ditekan dengan dua buah kompressor. Gas bertekanan tinggi mesuk ke HE kemudian diexpansi melalui JT valve  tekanan yang dihasilkan adalah tekanan intemediet (titik 5). Di dalam reaktor (1), uap dan cairan jenuh dipisahkan, lalu uap dikmbalikan ke HE dan kompresor ke titik 2. Cairan jenuh dari reaktor (1) diexpansikan lagi melalui JT Valve melalui tekanan rendah (titik 7). Hukum Termo 1 dari aliran tunak yang melalui HE, dua reaktor, dan 2 JT Valve dapat ditentukan yield cairan dari Linde 2 tekanan, yaitu : (terlihat yield semakin berkurang) i = fraksi laju alir gas yang melewati tekanan intermediet. Rasio laju alir gas =

6. Dimana mi adalah laju alir gas yang melalui tekanan intermediet. Jumlah kerja yang diperlukan oleh massa gas yang ditekan oleh dua kompresor tersebut adalah : Terlihat bahwa kerja yang dibutuhkan berkurang dari sistem sederhana. 7. Biasanya i = 0,8, sehingga pengurangan kerja yang dibutuhkan lebih kecil dan juga pengurangan yield cairan. Dengan demikian kerja per unit massa untuk pencairan gas juga akan lebih kecil dari sistem sederhana.

RINGKASAN