REFRIGERATION AND LIQUEFACTION

Disusun oleh :

1. Mardanila Apriani (03111003006)

2. Wulan Novi Astuti (03111003008)

3. Juang Prihantoro S (03111003040)

4. Laras Diah Pratiwi (03111003054)

5. Aprilla Yoga Erlangga (03111003060)

6. Tiara Novita Sari (03111003070)

7. Dwi Sunu Permatahati (03111003098)

Fakultas Teknik

Jurusan Teknik Kimia

Universitas Sriwijaya Indralaya

Kata Pengantar

Puji dan syukur penyusun panjatkan kehadiran Allah SWT, karena berkat rahmat dan

karunia-Nya Makalah Termodinamika II yang berjudul “Refrigation and Liquefaction” dapat

tersusun. Adapun makalah ini berisikan materi mengenai Mesin pendingin Carnot, Siklus

kompresi uap, Pemilihan pendinginan, Absorbsi pendinginan, Pompa pemanas dan Proses

likuifaksi. Makalah yang kami buat ini bertujuan untuk memenuhi tugas mata kuliah

Termodinamika II.

Para penyusun mengucapkan banyak terimakasih kepada seluruh pihak pendukung

terutama dosen pembimbing mata kuliah Termodinamika II ibu Nina Haryani, ST. MT yang

telah memberikan pelajaran kepada kami. Serta teman-teman sekalian sehingga makalah ini

dapat terselesaikan.

Dalam penyusunan makalah ini, tentu banyak kekurangan. Untuk itu penulis sangat

mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun dari pembaca, untuk perbaikan dalam

penyusunan makalah selanjutnya. Akhir kata, sermoga makalah ini dapat bermanfaat bagi

penulis dan pembaca.

Indralaya, September 2013

Penulis

DAFTAR ISI

Kata Pengantar.................................................................................................. i

Daftar Isi .......................................................................................................... ii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1

1.2. Rumusan masalah .........................................................................

1.3. Manfaat ...........................................................................................

1.4. Tujuan ........................................................................................

BAB II PEMBAHASAN

2.1. Mesin Pendingin Carnot................................................................ 6

2.2. Siklus Kompresi Uap .................................................................... 6

2.3. Pemilihan Pendinginan ................................................................. 7

2.4. Absorbsi Pendinginan ................................................................... 8

2.5. Pompa Pemanas ............................................................................ 9

2.6. Proses Likuifaksi ...........................................................................

BAB III PENUTUP

3.1. Kesimpulan ................................................................................... 14

3.2. Saran ............................................................................................. 14

Daftar Pustaka

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum

pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain. Istilah

ini diturunkan dari bahasa yunani Therme (panas) dan dynamis (gaya).Cabang ilmu ini

berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya diturunkan dari eksperimen,tapi kini

dianggap sebagai aksiom.prinsip pertama adalah hukum kekekalan energi,yang mengambil

bentuk hukum kesetaraan panas dan kerja.Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu

sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa

adanya perubahan dikedua benda tersebut.

Salah satu materi termodinamika yang tidak kalah penting adalah Refrigation and

Liquefaction (Pendinginan dan pencairan). Proses refrigeration adalah proses penyerapan

panas pada suhu rendah terhadap lingkungan pada suhu yang lebih tinggi. Proses

liquiefication adalah perubahan fase dari gas menjadi cairan yang secara umum

menggunakan kondensor. Proses tersebut banyak diaplikasikan dalam kehidupan terutama

dalam industri seperti seperti industri es, industri makanan dan minuman, industri pelumas,

industri propana cair, indutri oksigen cair, dan lain lain.

Sebagai calon sarjana teknik kimia ada baiknya mempelajari matteri tersebut lebih

mendalam agar kelak dapat mengaplikasikannya pada dunia pekerjaan sebagai seorang

engineer.

1.2 Rumusan Masalah1. Apakah yang dimaksud dengan refrigerator carnot dan bagaimana siklusnya?2. Bagaimana prinsip kerja dari siklus kompresi uap?3. Apakah hal-hal yang diperhatikan dalam pemilihan refrigeran?4. Apa yang dimaksud dengan absorbsi pendinginan dan bagaimana siklusnya?5. Bagaimana prinsip kerja heat pump?6. Bagaimanakah proses likuifikasi?

1.3 Manfaat 1. Mengetahui tentang refrigator carnot

2. Mengetahui prinsip kerja dari siklus kompresi uap3. Mengetahui bagaimana cara pemilihan refrigan4. Memahami mengenai absorbsi pendinginan5. Memahami prinsip kerja heat pump6. Memahami proses likuifikasi

1.4 Tujuan 1.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Mesin Pendingin Carnot

Pada dasarnya siklus refrigerasi adalah kebalikan dari siklus heat engine. Mesin

Carnot menerima energi kalor pada keadaan temperatur yang tinggi, kemudian energi diubah

menjadi suatu kerja dan sisa energy tersebut dibuang ke penampang panas pada temperatur

rendah. Sedangkan siklus refrigerasi Carnot menerima energi pada temperatur rendah dan

mengeluarkan energi pada temperatur tinggi. Oleh karena itu pada proses pendinginan

diperlukan penambahan kerja dari luar.

Gambar. 2.1.1 Carnot Refrigerator

Siklus refrigerasi carnot

Kerja dari suatu kompresor refrigerator ini didefinisikan sebagai selisih antara panas yang dilepas

refrigeran di kondensor (QH) dengan panas yang diterima refrigeran di evaporator (Qc), dapat dilihat

pada persamaan berikut :

…………………………………..(2.1.1)

Ukuran efektivitas suatu refrigerasi dinyatakan dengan “coefficient of performance / c

o p ” atau simbul , didefinisikan sebagai berikut ;

…………………(2.1.2)

Persamaan (2.1.1) bila dibagi |QC| :

sehingga persamaan (2.1.2) menjadi : ………………………..(2.1.3)

2.2 Siklus Kompresi Uap http://teknik-pendingin.blogspot.com/2008/09/sistim-refrigerasi-kompresi-uap.html

Siklus refrigerasi kompresi mengambil keuntungan dari kenyataan bahwa fluida yang

bertekanan tinggi pada suhu tertentu cenderung menjadi lebih dingin jika dibiarkan

mengembang. Jika perubahan tekanan cukup tinggi, maka gas yang ditekan akan menjadi

lebih panas daripada sumber dingin diluar (contoh udara diluar) dan gas yang mengembang

akan menjadi lebih dingin daripada suhu dingin yang dikehendaki. Dalam kasus ini, fluida

digunakan untuk mendinginkan lingkungan bersuhu rendah dan membuang panas ke

lingkungan yang bersuhu tinggi.

Siklus refrigerasi kompresi uap memiliki dua keuntungan. Pertama, sejumlah besar

energi panas diperlukan untuk merubah cairan menjadi uap, dan oleh karena itu banyak panas

yang dapat dibuang dari ruang yang disejukkan. Kedua, sifat-sifat isothermal penguapan

membolehkan pengambilan panas tanpa menaikan suhu fluida kerja ke suhu berapapun

didinginkan. Hal ini berarti bahwa laju perpindahan panas menjadi tinggi, sebab semakin

dekat suhu fluida kerja mendekati suhu sekitarnya akan semakin rendah laju perpindahan

panasnya.

Kompressi uap pada siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 2.2.1 dibawah ini.

Siklus refrigerasi ditunjukkan dalam Gambar 1 dan 2 dan dapat dibagi menjadi tahapan-

tahapanberikut:

1 – 2. Cairan refrigeran dalam evaporator menyerap panas dari sekitarnya, biasanya udara, air

atau cairan proses lain. Selama proses ini cairan merubah bentuknya dari cair menjadi gas,

dan pada keluaran evaporator gas ini diberi pemanasan berlebih/ superheated gas.

2 – 3. Uap yang diberi panas berlebih masuk menuju kompresor dimana tekanannya

dinaikkan. Suhu juga akan meningkat, sebab bagian energi yang menuju proses kompresi

dipindahkan ke refrigeran.

3 – 4. Superheated gas bertekanan tinggi lewat dari kompresor menuju kondenser. Bagian

awal proses refrigerasi (3-3a) menurunkan panas superheated gas sebelum gas ini

dikembalikan menjadi bentuk cairan (3a-3b). Refrigerasi untuk proses ini biasanya dicapai

dengan menggunakan udara atau air. Penurunan suhu lebih lanjut terjadi pada pekerjaan pipa

dan penerima cairan (3b - 4), sehingga cairan refrigeran didinginkan ke tingkat lebih rendah

ketika cairan ini menuju alat ekspansi.

4 - 1 Cairan yang sudah didinginkan dan bertekanan tinggi melintas melalui peralatan

ekspansi, yang mana akan mengurangi tekanan dan mengendalikan aliran menuju

Diagram T – S nya digambarkan sperti berikut ;

Gambar 9.1 Siklus Refrigasi Kompresi Uap

Dalam gambar siklus kompresi uap, likuid dievaporasi pada tekanan tetap, karena ada panas

yang diserap pada temperatur rendah dan konstan. Uap yang terbentuk lalu dikompressi

hingga tekanannya lebih tinggi, kemudian didinginkan dan dikondensasikan pada kondenser

dengan melepas panas pada temperatur yang lebih tinggi. Selanjutnya likuid dari kondenser

dikembalikan ke tekanan semula dengan proses ekspansi, untuk disirkulasikan.

Pada diagram T - S ditunjukkan 4 langkah proses yaitu;

Langkah ; proses evaporasi likuid pada tekanan konstan, terjadi penyerapan

panas QC pada temperatur rendah konstan. (proses isotermal)

Langkah ; proses aktual kompressi , garis 2 3’ menunjukkan kompressi

isentropis yang irrevesibel.

Langkah ; proses kondensasi , melepas panas ke surrounding QH yang

temperaturnya yang lebih tinggi

Langkah : proses ekspansi melalui Throttling process entalpi konstan .

Bila basis diambil = 1 unit massa fluida nya , maka jumlah panas diserap di eveporator dan

panas dibuang pada condenser dapat dihitung dengan persamaan :

dan

persamaan diatas mengikuti persamaan (2.32), dan bila perubahan energi potensial dan

kinetik nya diabaikan, maka kerja kompressi adalah ;

dan dengan persamaan (9.2) coefficient of performance C O P , adalah ;

T

S

1

2

3 3”

4

lnP

H

1 2

34

Const S

Gambar 2.2.2. T- S Diagram siklus refrigerasi kompresi uap

Gambar.2.2.3 P- H Diagram siklus refrigerasi kompresi uap

……………….(2.2.1)

Untuk mendesain evaporator, kompressor, kondensor, dan alat pelengkap lainnya, harus

diketahui laju alir sirkulasi refrigeran . Harga ini ditentukan dari laju penyerapan panas di

evaporator dengan persamaan berikut ;

…………………(2.2.2)

2.3 Pemilihan Pendinginan

Efisiensi mesin Carnot bergantung pada kerja dari medium mesin. Serupa dengan hal

itu, Coefficient of Performance dari refrigerator carnot bergantung pada refrigerannya.

Refrigeran yang diinginkan adalah yang memiliki sifat kimia, fisik, dan termodinamik yang

dapat memberikan aplikasi yang efisien dan servis dalam praktek desain peralatan refrigerasi.

Karakteristik refrigeran seperti toksisitas/bersifat racun (toxicity), kemudahan terbakar

(flameability), harga, sifat korosi, ataupun tekanan uapnya sangat penting dalam pemilihan

refrigeran. Supaya udara tidak dapat masuk ke dalam sistem refrigerasi, tekanan uap

refrigeran pada suhu evaporator harus lebih besar dari tekanan atmosfer. Di sisi lain, tekanan

uap pada suhu kondensor tidak boleh terlalu tinggi, karena peralatan mulanya dioperasikan

pada tekanan tinggi. Dua persyaratan ini membatasi pilihan cairan sebagai refrigerant relatif

sedikit.

Beberapa senyawa kimia yang dapat dipakai sebagai refrigeran antara lain, yaitu:

amonia, karbon dioksida, metal klorida, sulfur dioksida, propana, dan hidrokarbon lainnya.

Sejak tahun 1930-an, hidrokarbon halogenasi dipakai sebagai refrigeran, seperti

chlorofluorocarbon, CCl3F (trichlorofluoromethane atau CFC-11) dan CCl2F2

(dichlorodifluoromethane atau CFC-12). Molekul-molekul senyawa kimia tersebut tetap

stabil di atamosfer dalam beratus tahun, menyebabkan menipisnya lapisan ozon.

Oleh karena berdampak negatif bagi alam, senyawa-senyawa hidrokarbon halogenasi

tidak diproduksi lagi dan tidak boleh dipakai lagi dan digantikan dengan senyawa yang tidak

mengandung klor (Cl) yang menyebabkan menipisnya lapisan ozon. Contoh senyawa ini

adalah CHCl2CF3 (dichlorotrifluoroethane atau HCFC-123), CF3CH2F (tetrafluoroethane

atau HFC-134a), dan CHF2CF3 (pentafluoroethane atau HFC-125). Diagram tekanan /

entalpi untuk (HFC-134a) diberikan dalam lampiran, dan tabel 9.1.

Batas tekanan operasi untuk evaporator dan kondensor dari sistem refrigerasi

(pendingin) juga membatasi perbedaan temperature TH - TC di mana siklus kompresi uap

sederhana dapat beroperasi. Dengan TH ditetapkan oleh suhu lingkungan, batas yang lebih

rendah ditempatkan pada tingkat suhu pendingin. Hal ini bisa diatasi dengan operasi dua atau

lebih siklus pendinginan menggunakan refrigeran yang berbeda dalam sistem cascade,

menggunakan dua atau lebih jenis refrigeran yang berbeda seperti diagram dibawah ini.

Gambar 2.3.1 Sistim refrigerasi cascade 2 tingkat

Di sistem cascade ini, dua siklus beroperasi sehingga panas yang diserap dalam

pertukaran oleh refrigeran dari siklus 2 dengan suhu yang lebih tinggi berfungsi untuk

mengkondensasi refrigeran dalam siklus 1 dengan suhu yang lebih rendah. dua refrigeran

begitu dipilih berdasarkan pada tingkat suhu yang diperlukan setiap siklus untuk beroperasi

pada tekanan yang sesuai. Sebagai contoh, kita anggap kondisi operasi adalah pada

temperatur :

, , T’H= -10º F ,

Jika tetrafluoroethane (HFC-134a) adalah refrigerant pada siklus 2, kemudian tekanan

uap masuk dan keluar dari kompresor sebesar 21 psia dan 112 psia, rasio tekanannya adalah

sebesar 5,3. Jika siklus pertama dengan refrigerannya adalah propylene, tekanannya adalah

sebesar 16 psia dan 58 psia, rasio tekanannya adalah 3,6. Rasio ini masih memenuhi.

Jika dipakai siklus tunggal untuk kondisi operasi diantara -500F dan 860F, dengan

HFC -134 sebagai refrigerantnya, maka tekanan uap masuk ke kondensor adalah sekitar 5,6

psia, maka tekanan dibawah tekanan atmosfir. Sedangkan tekanan keluaran siklus 2 adalah

112 psia, dengan demikian jika dihitung rasio tekanannya 112/5,6 = 20, harga ini terlalu

tinggi untuk kompressor satu tingkat pada siklus refrigerasi tunggal.

2.4 Absorbsi Pendinginan

Refrigenerasi siklus absorbsi berbeda dengan refrigenerasi siklus kompresi uap. Pada siklus

kompresi uap alat yang digunakan hanya evaporator , condenser , throllting valve, dan kompresor.

Sedangkan siklus absorbsi ada penambahan alat yang digunakan yaitu absorber , pompa , dan

generator.

Adapun prinsip kerja dari refrigerasi siklus absorbsi

Bahan pendingin atau refrigerant masuk ke evaporator, lalu akan terbentuk vapor refrigerant. vapor

tersebut akan masuk kedalam absorber dimana menggunakan solvent non volatile pada temperature

rendah. Sistem absorbsi menyerap uap tekanan rendah dari evaporator ke dalam zat cair penguap

(absorbing liquid) yang cocok pada absorber. Pada komponen ini terjadi perubahan fasa dari uap

menjadi cair, karena proses ini sama dengan kondensasi, maka selama proses berlangsung terjadi

pelepasan kalor. Tahap berikutnya adalah menaikan tekanan zat cair tersebut dengan pompa dan

membebaskan uap dari zat cair penyerap dengan pemberian kalor oleh regenerator. Panas yang

masuk kedalam regenerator akan ditransfer untuk mengompress likiud sehingga mencapai

temperaturnya dan menguap dari solventnya. Vapor dari regenerator akan ke condenser sedangkan

solven dengan temperatur rendah akan kembali ke absorber. Uap akan dikondensasi dan akan masuk

kedalam throttle valve. Throttle valve berkerja seperti ekspander. Setelah itu akan masuk kedalam

evaporator kembali

Adapun skema siklus refrigerasi abosrpsi secar umum

Gambar 2.4

Gambar diatas merupakan gambaran secara umum dari siklus ini. Sedangkan gambar pada buku

termodinamika telah ditambah dengan heat exchanger. Heat exchanger sebenarnya pada siklus ini

merupakan alat pendukung.

Heat exchanger pada skema diatas akan menukar panas dari solven dari regenerator ke likiud

yang keluar dari absorber. Heat exchanger berfungsi mengonservasi energi dan menyesuaikan

temperatur arus alir agar sesuai dengan masing-masing arah alirannya. Sumber panas untuk

regenerator biasanya digunakan steam tekanan rendah. Pada umumnya, sistim refrigerasi absorbsi

beroperasi dengan refrigeran air dan larutan lithium bromide sebagai absorbent.

Adapun perbedaan yang anatara system refrigerasi absorpsi dan system kompresi uap

NO. SISTEM REFRIGERASI ABSOPRSI System refrigerasi kompresi uap

1. Operasi siklus tenang Operasi siklus berisik

2. System dioperasikan oleh panas System dioperasikan oleh kerja

3. Didesain menggunakan tekanan dan

temperatur rendah pada evaporator

Jika penurunan tekanan pada evaporator dapat

terjadi penurunan kapasitas

2.5 Pompa Pemanas

Pompa kalor pada dasarnya adalah sebuah refrigerator yang digunakan untuk memompa

energi termal dari tandon dingin (udara dingin) ke tandon panas (udara panas). Tandon panas

merupakan sistem ideal dengan kapasitor panas yang demikian besar sehingga dapat

menyerap atau memberikan panas tanpa perubahan temperatur yang berarti.

Pompa kalor, alat pemanas, adalah alat yang berfungsi sebagai pemanas di perumahan

atau bangunan selama musim dingin dan dapat pula berfungsi sebagai pendingin saat musim

panas. Di musim panas, alat bekerja dengan menyerap panas lingkungan dan ditolak kedalam

ruangan. Alat oendingin menguap di gulungan yang ditempatkan dibawah atau diluar udara,

kemudian uap dikondensasi, panas dtransfer ke udara atau air, yang mana akan digunakan

sebagai panas pada ruangan. Jika unit memliki koefisien , [QC ] / W = 4 , panas yang tersedia

untuk memanaskan ruangan [QH] sama dengan lima kalli jumlah energy yang masuk ke

compressor. Secara perhitungan ekonomi keuntungan pompa kalor adalah bergantung dari

biaya listrik jika dibandingkan biaya penggunaan bahan bakar seperti minyak dan gas alam.

Pompa kalor dapat pula menjadi alat pendingin saat musim panas.

Berdasarkan pada hukum kedua termodinamika, panas tidak bisa secara spontan

mengalir dari sumber bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur tinggi; suatu kerja

dibutuhkan untuk melakukan ini. Tidak mungkin bagi sebuah mesin panas yang bekerja

secara siklis untuk tidak menghasilkan efek lain selain menyerap panas dari suatu tandon

dan melakukan sejumlah usaha-usaha yang ekivalen”. Pernyataan tersebut merupakan hasil

eksperimen tentang rumusan Kelvin – Planck atau rumusan mesin kalor untuk hukum kedua

termodinamika.

Penyertaan kata ”siklis” dalam rumusan ini merupakan hal yang penting karena

mengubah panas seluruhnya menjadi usaha dalam proses yang non siklus, merupakan hal

yang mungkin. Gas ideal yang mengalami ekspansi isotermis dapat melakukan hal ini.

Namun, setelah ekspansi itu, gas tidak berada dalam keadaan awalnya. Untuk

mengembalikan gas ke keadaan awalnya, usaha harus dilakukan pada gas , dan sejumlah

panas yang akan dibuang.

Pompa kalor berbeda dalam hal bagaimana mereka mengaplikasikan kerja tersebut untuk

memindahkan panas, namun pada dasarnya pompa kalor adalah mesin kalor yang bekerja

secara terbalik. Mesin kalor membuat energi mengalir dari lokasi yang lebih panas ke lokasi

yang lebih dingin, menghasilkan fraksi dari proses tersebut sebagai kerja. Kebalikannya,

pompa kalor membutuhkan kerja untuk memindahkan energi termal dari lokasi yang lebih

dingin ke lokasi yang lebih panas.

Sejak pompa kalor menggunakan sejumlah kerja untuk memindahkan panas, sejumlah

energi yang dibuang ke lokasi yang lebih panas mengandung kalor yang lebih tinggi dari

pada sejumlah kalor yang diambil dari sumber dingin. Satu tipe pompa kalor bekerja dengan

mengeksploitasi sifat fisik penguapan dan pengembunan fluida yang disebut refrigran. Fluida

yang bekerja, pada keadaan gasnya, diberi tekanan dan disirkulasikan menuju sistem dengan

kompresor. Pada satu sisi dari kompresor, di mana gas dalam keadaan panas dan bertekanan

tinggi, didinginkan di penukar panas yang disebut kondenser, hingga fluida itu mengembun

pada tekanan tinggi. Refrigeran yang telah mengembun melewati alat penurun tekanan yang

dapat dilakukan dengan memperluas volume saluran (memperlebar saluran atau

memperbanyak cabang), atau juga bisa dengan penghambat berupa turbin. Lalu, refrigeran

yang berbentuk cair masuk ke sistem yang ingin didinginkan. Dalam proses pendinginan itu,

refrigeran mengambil panas sehingga refrigeran kembali menguap dan sistem menjadi

dingin.

Dalam sistem seperti ini, sangat penting bagi refrigeran untuk mencapai suhu tinggi

ketika diberi tekanan, karena panas sulit bertukar dari fluida dingin ke lokasi yang lebih

panas secara spontan. Dalam hal ini, refrigeran harus bersuhu lebih tinggi dari temperatur

penukar panas. Dengan kata lain, fluida harus bertekanan rendah jika ingin mengambil kalor

dari suatu sistem dan menguap, dan fluida harus bertekanan tinggi jika ingin membuang kalor

dan mengembun. Hal ini sesuai dengan persamaan gas ideal yang menyatakan bahwa

temperatur berbanding lurus dengan tekanan. Jika hal ini tercapai, efisiensi tertinggi akan

tercapai.

2.6 Proses Likuifaksi

Gas yang dicairkan, secara umum digunakan untuk berbagai keperluan, contohnya

propan cair di dalam tabung, dipakai sebagai bahan bakar untuk keperluan domestik,

oksigen cair diperlukan untuk roket, gas alam yang dicairkan untuk transportasi di lautan,

nitrogen cair dipakai untuk refrigerasi pada suhu rendah. Sealain itu, campuran gas, (seperti

udara) dicairkan untuk memisahkan komponen menjadi masing-masing fraksinya.

Likuifaksi dihasilkan jika gas didinginkan sampai temperature pada daerah 2 phase region.

Hal ini dapat dicapai dengan beberapa cara ;

1. Dengan heat exchange pada tekanan tetap

2. Dengan proses ekpansi (dimana bias diperoleh kerja W)

3. Dengan proses Throttling.

Ketiga cara ini di gambarkan dalam diagram T- S ,seperti pada grafik dibawah ini.

Gambar 2.6.1 diagram TS proses pendinginan

Pada proses tekanan tetap ( 1 ), mendekati region 2 phase, dan likuifaksi sangat dekat

dengan temperature tertentu yang harus diturunkan. Proses throttling ( 3) tidak menghasilkan

likuid, kecuali jika initial state pada tekanan cukup tinggi , dan temperature cukup rendah

selama proses entalpi konstan , untuk memotong region 2 phase. Hal ini tidak akan terjadi

bila initial statenya dititik A. Jika initial state di titik , dimana temperaturny asama , tetapi

tekanannya lebih tinggi dari titik A, kemudian dengan proses ekspansi entalpi konstan

(isentalpiekspansi) proses( ) dihasilkan pembentukan likiud.

Perubahan keadaan dari A ke , sangat mudah dilakukan dengan mengkompres gas

hingga ketekanan final di B, diikuti dengan pendinginan pada tekanan konstan hingga titik

. Likuifaksi dengan ekspansi isentropis sepanjang proses ( 2 ) dapat dilakukan pada

tekanan rendah (padat emperatur tertentu) disbanding dengan menthrottlingnya.

Misalnya ,lanjutan proses ( 2 ) dari keadaa nawal A , akhirnya dihasilkan likuid.

Proses throttling (3) adalah cara yang umum dipakai pada pabrik komersil skala kecil

untuk pencairan gas. Temperatur gas selama ekspansi akan terusturun. Hal ini tentu saja

sesuai dengan yang terjadi pada kebanyakan gas pada kondisi tekanan dan temperatur yang

umum.

Cara yang paling ekonomis untuk mendinginkan gas untuk dicairkan adalah dengan

counter current heat exchange dengan sejumlah porsi gas yang tidak tercairkan dalam proses

throttling proses. Ada 2 proses likuifaksi yang dikenal yaitu proses Linde dan proses

Claude . Diagram alir proses seperti tergambar berikut .

Gambar 2.6.2 Proses pendinginan linde

Pada proses Linde, setelah gas dikompress lalu di precooled hingga temperature ambientnya,

dan diteruskan dengan refrigerasi. Gas yang temperaturnya rendah dialirkanke Throttle

Valve, sehingga sebagian besarfraksi gas akan mencair.

Gambar 2.6.3 Proses pendinginan claude

Pada proses Claude, agar lebih efisien, throttle valve diganti dengan expander.

Neraca energy pada proses Claude;

Bila ekspander beroperasi secara adiabatis,

Selanjutnya, dari neraca massanya : , persamaan energy diatas dibagi dengan

m4 menjadi sbb ;

jika didefinisikan : dan , maka persamaan diatas diselesaikan

untuk z , hasilnya sbb ;

………………...…(2.6.1)

dimana z adalah fraksi aliran masuk sistim heat exchanger yang dapat dilikuifaksi dan x

adalah fraksi yang dibelokkan diantara heat exchanger dengan yang melintas lewat expander.

Harga x adalah variable desain mesti dispesifikasi sebelum persamaan (2.6.1) diselesaikan

untuk z.

Pada proses Linde ( z = 0 ) , persamaan diatas menjadi :

……………………...(2.6.2)

Karena itu Proses Linde merupakan juga proses Claude yang terbatas, apabila tidak ada

aliran gas tekanan tinggi yang dikirim ke ekspander.

Persamaan (2.6.1) dan (2.6.2) diperkirakan tidak ada panas yang mengalirdari surrounding

kedalam sistim. Hal ini tidak mungkin sepenuhnya benar, karena mungkin saja terjadi

kebocoran gas pada temperatur yang sangat rendah, walaupun peralatannya diisolasi

sempurna.