Pengertian Vortex Tube (Tabung Vortex) Lengkap

    
Vortex Tube

Vortex Tube diciptakan oleh fisikawan Prancis Georges J. Ranque pada tahun 1933 (R. Liew. 2012). Ia menemukan bahwa ketika udara dikompresi dan dialirkan secara tangensial ke dalam tabung, aliran udara yang memiliki temperatur lebih rendah dan lebih tinggi dari udara masuk, keluar dari tempat yang berbeda. Aliran udara dingin keluar dari pusat dekat inlet dan aliran udara panas akan keluar dari ujung tabung lainnya. Ranque menjelaskan terjadinya pemisahan udara yang terjadi pada vortex tube tergantung dari nilai ekspansi dan kompresinya.

Efek ini dihasilkan dari efek dinamis fluida saja, karenanya tidak ada bagian yang bergerak atau reaksi kimia dalam tabung. Hal ini ditunjukan pada Gambar 2.5 bahwa tabung counter-flow ­pusaran khas berisi tabung lurus dengan injeksi tangensial, dimana gas dikompresi dan diinjeksikan kedalam tabung, dan dua keluaran yang terletak disetiap ujung tabung, yang memungkinkan udara berbeda temperatur akan habis dari pusaran tabung. Seperti yang dapat dilihat bagian tabung benar-benar kosong dan tidak ada bagian lain didalam tabung, oleh karena itu pemisah udara beda temperatur dalam tabung didasarkan pada beberapa efek dinamis atau termodinamika cair.

Gambar 2.5 Struktur aliran udara pada Vortex Tube (Sumber : http://www.jotse.org)

Ketika fluida gas dikompresi ke dalam tabung tangensial dengan kecepatan tinggi, udara mulai berputar dan mengalir ke sisi ujung panas, yaitu ujung keluaran udara panas fotexs tube (Y. Xue. 2010). Sebagian kecil udara keluar dari celah antara steker kontrol dan tabung dengan suhu lebih tinggi dari pada udara masuk, dalam literatur titik aliran yang dimaksud adalah titik aliran panas. Udara yang mengalir ke pembuangan udara panas, sebagian udara dipaksa kembali oleh plug kontrol untuk mengalir ke ujung saluran udara dingin melalui daerah pusat tabung.

Aliran pusat ini kemudian keluar dari lubang pusat yang dekat dengan saluran masuk udara yang suhunya lebih rendah dari suhu udara masuk dan menghasilkan udara dingin. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa aliran udara masuk dibagi menjadi dua aliran yang memiliki temperatur yang berbeda, fenomena ini disebut dengan efek ranque atau pemisahan suhu dalam kisaran tabung (R. Liew. 2012) (Y. Xue. 2012).

    Jenis Jenis Vortex Tube

Jenis-Jenis utama vortex tube adalah counter flow Vortex tube, uniflow Vortex Tube, conical vortex tube, double circuit vortex tube, two stage vortex tube dan lain lain.

1.3.1   Counter Flow Vortex Tube

Gambar 2.6 struktur aliran udara pada counter flow vortex tube (Y. Xue. 2010)

Seperti yang ditunjukan pada gambar 2.6 counter flow vortex tube standar terdiri dari dinding nozzle, ruang vortex dengan injeksi tangensial, tabung panjang dimana pemisahan  terjadi dan  prefier nozzel untuk keluarnya udara panas. Bagian sebuah Counter Flow Vortex Tube secara umum dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian dingin dan bagian panas, karena gradien aliran suhu yang berada dalam tabung. Bagian dingin berada pada didekat titik injeksi dan bagian panas terletak pada ujung tabung.

1.3.2   Uni-flow Vortex Tube

Struktur dari Uni-flow vortex tube hampir mirip dengan struktur dari counter flow vortex tube seperti yang ditunjukan pada gambar 2.7, uni-flow vortex tube memiliki dua lubang keluar diujung tabung disisi yang sama. Uni-flow vortex tube memiliki efesiensi lebih rendah dari counter flow vortex tube karena proses keluar dari udara dingin dan panas saling berdekatan (U. Behera. 2008).

Gambar 2.9 Uni-flow Vortex tube (U. Behera. 2008)

1.3.3   Unicorn Vortex Tube

Gambar 2.8 Unicorn Vortex Tube (Shannak. 2004)

Dalam optimalisasi vortex tube, unicorn vortex tube memiliki efektifitas dimensi, yaitu panjang dari jenis vortex tube ini lebih pendek dari jenis yang lain, seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.8. Parikuler dalam penelitiannya pada tahun 1961 menemukan bahwa L_vt / D_vt, dengan memvariasikan sudut conical vortex tube (B.A. Shannak. 2004).

Geometri Vortex Tube

Kinerja dari vortex tube salah satunya dipengaruhi oleh struktur geometrinya, termasuk ukuran dan bentuk dari control plug, saluran masuk udara, diameter dan panjang tabung, volume ruang tabung, diameter nozel udara dingin dan panas dan juga yang lain. Geometri vortex tube berpengaruh juga terhadap pemisahan udara dingin dan udara panas, sehingga hal ini berkaitan dengan mengoptimalkan kinerja dari vortex tube.

Pada vortex tube, laju aliran massa pada injeksi dan aliran pusaran umumnya ditemtukan oleh nozzle inlet. Wu Et Al dalam eksperimennya melakukan modifikasi pada nozzle yang telah ada, dari hasil eksperimen menunjukan bahwa efek pendinginan meningkat sekitar 2.2 ^oC lebih rendah dari conventional nozzle, dan 5^oC lebih rendah dari Archimedes nozzle (Wu. Y.T. 2007).

(a)                                       (b)                                      (c)

Gambar 2.10 Perbedaan inlet nozzle pada tabung vortex

(a)    Conventional nozzle (b) Wu Et Al nozzle (c) Archimedes nozzle (Y.T. Wu. 2007)

Control plug pada ujung keluaran udara panas merupakan komponen yang mempengaruhi suhu dari keluaran udara dingin yang dihasilkan. Pengaruh dimensi dari steker control telah diteliti dan menunjukan bahwa rasio dari aliran udara dingin ditentukan oleh control plug (M. Arjomandi. 2010). Akan tetapi pada tabung vortex jenis RHVT, bentuk control plug tidak terlalu menjadi komponen penting.

Gambar 2.11 Macam-macam control plug

(a)    Spherical (b) Plate-shaped (c) Cone-shaped (Arjomandi. 2007)

Semoga Bermanfaat
Terimakasih

Opi Sumardi. Vortex Tube. 2017