Dokumen tersebut membahas sistem refrigerasi tabung vortex yang dapat digunakan untuk mendinginkan dan memanaskan secara bersamaan. Tabung vortex bekerja dengan memisahkan udara bertekanan tinggi menjadi dua aliran, yaitu udara dingin dan panas.

1. SISTEM REFRIGERASI TABUNG
VORTEX
Di susun oleh:
M.Serbu.Yudas Y 101611085
Kelas 2.C
JURUSAN TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2011

2. SISTEM REFRIGERASI TABUNG VORTEX
 PENDAHULUAN
Tabung vortex ditemukan oleh G.J. Ranque pada tahun 1931 dan
kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh prof.Hilsch.
Tabung Vortex adalah salah satu alat yang dapat dipakai untuk
pendinginan atau pemanas. Sumber energinya adalah udara yang
terkompresi atau bertekanan. Tabung Vortex merubah udara
bertekanan menjadi dua aliran udara, yaitu aliran udara panas dan
aliran udara dingin.

3. Bagian bagian tabung vortex
Aliran udara panas dan dingin yang di keluarkan oleh
tabung vortex dapat bervariasi. Sebagai contoh: udara
masukan pada 100psi dan 21oC dapat diatur untuk
mendinginkan sebagian udara menjadi -34oC dan
memanaskan sebagian udara hingga 33oC.
Bagian suatu tabung vortex dapat digambarkan sebagai
berikut:
 Nozzle dapat berjenis konvergen, divergen atau
konvergen-divergen, tergantung dari kebutuhan. Suatu
nozzle yang efisien adalah yang mempunyai kecepatan
yang tinggi dan sekecil mungkin rugi-rugi masukan.
 Chamber adalah bagian dari nozzle dan memberikan
masukan udara secara tangensial terhadap sisi udara
panas.
.

4.  Katup menjaga laju aliran udara pada sisi panas dan juga
mengontrol jumlah udara panas yang keluar dari tabung
vortex.
 Diafragma adalah potongan silinder yang tipis dan
mempunyai lubang dengan diameter yang spesifik di
tengahnya

5. Cara kerja tabung vortex
Udara terkompresi di lewatkan melalui nozzle sehingga udara
berekspansi pada kecepatan tinggi. Aliran udara pusat kemudian
dihasilkan di “Chamber” dan udara bergerak secara spiral sepanjang
sisi tabung. Aliran tersebut terhambat oleh katup. Ketika tekanan
udara di dekat katup dibuat lebih tinggi dari tekan udara luar dengan
menutup katup sebagian, suatu laju aliran udara balik akan mengalir
pada bagian sumbu tabung mulai dari sisi tekanan tinggi ke sisi
tekanan rendah. Selama proses ini, perpindahan energy berlangsung
antara udara balik dan udara maju sehingga aliran udara balik yang
terdapat di sumbu tabung mempunyai temperature jauh lebih rendah
dari temperature inlet sedangkan aliran udara maju akan memanas
dan bertemperatur jauh lebih tinggi dari temperature inlet. Aliran
udara dingin akan keluar melalui lubang diafragma ke sisi udara
dingin sedangkan aliran udara panas akan keluar melalui bukaan
katup. Dengan mengatur bukaan katup, kuantitas dan temperature
udara dingin dapat divariasi.

7. Penomena Transfer Energi pada Tabung
Vortex
 Ada beberapa teori yang mencoba menerangkan transfer energy dari aliran udara dingin ke aliran
udara panas, meskipun demikian tak satupun teori memberikan jawaban yang sempurna dan
memuaskan. Berikut ada 2 teori yang coba diketengahkan:
 Teori Van Deemter:
 Udara memasuki tabung melalui nozzle dan membentuk suatu arus pusar bebas. Disebabkan oleh
percepatan sentripetal, arus pusar bergerak sepanjang sisi tabung dan pada saat mencapai katup,
rotasi udara hampir berakhir sehingga terdapat suatu titik stagman pada daerah ini. Pada saat
tekanan (dekat katup) pada daerah ini melebihi tekanan atmosfir, suatu aliran udara axial balik
mulai terbentuk. Aliran udara tersebut berkontak langsung dengan arus pusar bebas yang bergerak
dengan kecepatan yang makin meninggi sehingga aliran udara axial (pada sumbu tabung) akan
membentuk arus pusar paksa. Energy yang dibutuhkan untuk membentuk dan menjaga arus pusar
paksa balik di sumbu tabung diperoleh dari arus pusar pada sisi tabung. Akibatnya terdapat laju
aliran energy (momentum) dari lapisan udara sisi tabung ke arus pusar balik di sumbu tabung.
Kecepatan rotasi dari arus pusar pada sisi tabung berkurang secara perlahan dari bidang nozzle ke
bidang katup, sehingga terdapat bidang-bidang geser relative yang bergerak menuju katup.
Akibatnya terdapat perpindahan energy yang kontinyu dari bidang nozzle ke bidang katup. Itu
sebabnya pemanasan udara berlangsung pada udara yang menuju katup.

8. Teori Prof. Parulekar:
Udara memasuki tabung secara tangensial dan membentuk arus pusar bebas.
Arus pusar tersebut bergerak sepanjang dinding tabung yang disebabkan
karena gaya sentrifugal. Udara hampir berhenti berputar pada daerah
mendekati katup dan tekanan pada daerah ini melebihi tekanan udara luar di
ujung yang lain sehingga aliran udara balik di sumbu tabung mulai terbentuk.
Aliran udara balik tersebut berkontak langsung dengan arus pusar bebas yang
bergerak maju sepanjang permukaan bagian dalam arus pusar sehingga arus
pusar bebas memaksa aliran udara axial di sumbu tabung untuk berotasi
seperti arus pusar tersebut yang berotasi pada kecepatan tinggi membentuk
arus pusar paksa. Energy yang dibutuhkan untuk membentuk arus pusar
paksa pada aliran di sumbu tabung diperoleh dari arus pusar bebas di sisi
tabung. Meskipun demikian, aliran energy tersebut jauh lebih kecil
dibandingkan dengan perpindahan energy dari sumbu tabung ke sisi tabung,
sehingga akibatnya terdapat netto perpindahan energy radial keluar dan
menuju katup. Jadi aliran udara disisi tabung akan menjadi panas sedangkan
aliran udara di sumbu tabung akan menjadi dingin.

9. Analisa tabung vortex
 Jika system adalah isentropic
 jika ,

10.  Jika proses mengalami ekspansi insentropik dari tekanan inlet Pi ke
tekanan atmosfir Pa di ujung dingin, maka drop temperature statik
karena ekspansi dapat di jabarkan sebagai berikut:
sehingga
 Maka efesiensi adiabatic tabung vortex dapat di jabarkan sebagai
berikut:
 =

11. Efek pendinginan
Work input untuk compressor udara
Dimana efisiensi adiabatic compressor udara
Maka:
Jika

12.  Jika
 Sehingga :
 0.2>COP>0.15 pada kondisi normal

13. Keuntungan-keuntungan dan kerugian-kerugian
tabung vortex
 Keuntungan-keuntungan system refrigerasi tabung vortex adalah sebagai berikut:
 Hanya menggunakan udara sebagai refrigerant, dan sifatnya adalah system terbuka,
sehingga tak ada masalah kebocoran
 Tabung vortex bersifat sederhana sehingga terhindar dari system control yang rumit.
 Tabung vortex tidak memiliki bagian-bagian yang bergerak atau bergetar
 Memiliki bobot yang sangat ringan dan membutuhkan ruangan yang sangat kecil
(kecuali kompresor udara).
 Murah pada biaya awal dan juga biaya operasional dimana udara terkompresi sudah
tersedia bebas
 Perawatannya sangat sederhana dan tak dibutuhkan ahli untuk operasionalnya sehari-
hari
 Tabung vortex sangat kecil dan menghasilkan udara panas sekaligus udara dingin.
Sangat berguna bagi industry-industri dimana membutuhkan kedua-duanya secara
simultan.
 Temperature -50oC dapat mudah dicapai dan lebih berguna diaman udara kering
terkompresi sudah tersedia bebas dan dimana pendinginan setempat diperlukan seperti
instrument elektronik

14. Kerugian-kerugian system refrigerasi tabung vortex
 COP nya sangat rendah
 Kapasitas terbatas, dan hanya sebagian kecil dari udara
terkompresi yang diubah menjadi udara dingin.
 Karena udara meninggalkan tabung pada kecepatan sonic,
maka tabung vortex beroperasi dengan suara mendesis.
 Ada kemungkinan tersumbat oleh kumpulan-kumpulan
salju tipis yang terbentuk akibat udara mengandung uap
air terutama pada aplikasi-aplikasi temperature sangat
rendah

15. Aplikasi-aplikasi tabung vortex
 Penggunaan tabung vortex untuk aplikasi-aplikasi kapasitas kecil
selalu di tinjau apakah udara terkompresi sudah tersedia. Berikut
diberikan beberapa aplikasi yang umum di pakai.
p Pakaian Udara
Pakaian tersebut digunakan oleh para operator atau pekerja
 Yang memasuki tangki, lubang, tabung untuk perbaikan dll, atau hal-
hal yang dapat membahayakan seperti gas-gas beracun, debu-debu
kimiawi dll.
 Sebagai pelindungan dan helm untuk pekerjaan-pekerjaan seperti
sand blasting, las, penanganan bahan-bahan beracun. Yang bekerja di
tambang-tambang
 Syarat-syarat design:
 Nyaman, ringan, kompak, dan sederhana

16. 2. Penerbangan
Kabin pesawat biasa didinginkan dengan menggunakan
system refrigerasi siklus udara Bootstrap. Tabung Vortex
juga dapat dipergunakan, hanya saja dengan efisiensi lebih
rendah membutuhkan udara yang lebih banyak untuk
kapasitas yang sama. Yang terpenting adalah bahwa
penggunaan tabung vortex dapat mengurangi berat yang
cukup berarti.
3. Pendinginan Pisan-pisan Rotor Turbin Gas
Pendinginan pisan-pisan rotor turbin gas pada pesawat
dan kapal dapat menggunakan tabung vortex dengan
mengalirkan udara ke sejumlah lubang radial pada pisan-
pisan rotor tersebut sehingga meningkatkan efisiensi dan
spesifik output.

17. 4. Pendinginan di Laboratorium
Kotak penyimpanan yang didinginkan dengan
menggunakan tabung vortex juga dapat digunakan di
laboratorium-laboratorium dan institusi riset.
5.Pendinginan dan pemanasan secara simultan
Tabung vortex paling baik digunakan dimana
pendinginan sekaligus pemanasan dibutuhkan secara
simultan, seperti misalnya pada pesawat untuk
memanaskan rati atau kue dan minuman penumpang
pesawat.

18. 6. Alat-alat Pemotong
Tabung vortex juga dapat digunakan mendinginkan
alat-alat pemotong seperti:
 Drilling
 Milling
 Turning
 Reclaiming
 Sawing
Apalagi untuk benda-benda kerja yang tebut dari
bahan-bahan tertentu yang paling baik dipotong
tanpa adanya lubrikasi.

19. 7.Pendinginan setempat (Spot Cooling):
Pendinginan setempat mislanya untuk instrument-
instrumen elektronik pada pesawat-pesawat
supersonic dapat menggunakan tabung vortex karena
ringan, tidak makan tempat, sederhan baik konstruksi
maupun control.
8.Pendinginan Box Panel
Pada pabrik-pabrik peleburan dimana temperature sekitar
tinggi, akan berakibat buruk pada alat-alat, instrument-
instrumen, alat-alat elektronik dll dan juga control-
kontrol motor. Pada musim panas, control motor sering
terputus bahkan jika motor tidak melampaui beban
(overload).
Hal tersebut dapat di tanggulangi dengan Tabung Vortex

20. Contoh soal
 1.7. Soal-soal
1. Apa yang dimaksud dengan Tabung Vortex?
Jawab: Tabung Vortex (Vortex Tube) adalah tabung yang digunakan untuk
mendapatkan efek pendinginan dan pemanasan pale saat yang
bersamaan.

21. 2. Bagaimana cara kerja dari Tabung Vortex?
Jawab: Prinsip kerja dari Tabung Vortex adalah pemasukan udara
(sebagai fluida kerja) bertekanan tinggi pada nosel yang terpasang dalam
arah tangensial dibagian tabungnya. Dengan adanya "efek throttling "dari
nosel dan "aliran udara berbentuk vortex" yang terjadi didalam
tabungnya, maka udara tersebut akan terpisah menjadi 2 bagian. Bagian
pertama luar melalui orifice yang menghasilkan efek pendinginan sedang
bagian kedua keluar melalui katup pengatur dengan suhu yang lebih
tinggi dari suhu ruangan.
3. Berapakah selisih suhu dingin apabila suhu keluaran yang dinginnya
-5°Cdan suhu inletnya 20°C?
Jawab : ∆Tc = Ti – Tc
= 20 – (- 5)
= 25°C

22. 4. turunkanlah rumus dari efisiensi adiabatik tabung vortex !
Jawab:

23. REFERENSI
 http://en.wikipedia.org/wiki/Vortex..tube
 http://digilib.tf.itb.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=jbptitbtf-gdl-s1-2007-
misbachulm-1462&PHPSESSID=dc3c05fda22217039401a15ced56
 http://www.energeticforum.com/renewable-energy/4202-bernoulli-principal-
vortex.html
 http://www.isccompressedair.com/products/vortex-spot-cooling/vortex-tubes/
 http://www.kimbersafety.com/products.php?cat=97&pg=6