Tabung Vorteks (Vortex Tube - Pengenalan)

Assalamualaikum Sobat

Kali ini saya akan berbagi ilmu tentang Tabung Vorteks. Sebuah tabung ajaib yang saya jadikan topik tugas akhir saya wkwk.

Kenapa saya bilang ajaib??? Karena tabung ini mampu mengubah udara bertekanan menjadi udara dingin dan udara panas. Tinggal milih mau manfaatin udara dingin atau udara panas nya. Tetapi sejauh yang saya baca, lebih banyak memanfaatkan udara dingin daripada udara panas.

Langsung aja seperti ini penampakannya desainnya hehe

Desain 3D Tabung Vorteks

Pasti bingung kan bagaimana bisa tabung seperti itu bisa memisahkan udara bertekanan menjadi udara dingin dan udara panas. Mari kita bahas satu2

Sebelum masuk ke teori, saya mau menampilkan sejarah tabung vorteks terlebih dahulu. Tabung ini bukan tabung zaman now, akan tetapi sudah lamaaaa banget. Ditemukan oleh Georges J.Ranque seorang fisikawan Prancis pada tahun 1933 ketika meneliti tentang pemisahan panas pada cyclone separator. Tabung ini kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Prof. Hilsch pada tahun 1947. Keberhasilan Prof. Hilsch menemukan perubahan temperatur udara pada tabung vorteks menjadi suatu yang sangat menguntungkan. Tabung vorteks saat ini digunakan secara komersil pada berbagai aplikasi seperti pengawetan makanan dan pendinginan di tambang. 

Nah, meskipun udah di temukan sejak tahun 1933 dan disempurnakan tahun 1947 yang mana kala itu jaman perang. Tabung ini masih sedikit diketahui terutama di Indonesia, terbukti dosen saya sendiri sempat ngga percaya dan bingung dengan tabung ini ketika saya mengajukan topik Tugas Akhir dengan tabung vorteks. Dosen aja bingung apalagi saya wkwkwk. Dan ternyata saya ngga sendiri, beberapa pemuda dari berbagai penjuru negeri ini yg berjuang untuk lulus (mahasiswa akhir) telah meneliti dan merasakan hal yang sama seperti yang saya rasakan yaitu sama2 minim informasi tentang tabung vorteks ini. Salah satunya adalah mas ini hehe.

Oke, masuk ke teori nya. Terdapat beberapa mazhab yang mencoba membedah teori dari keajaiban tabung ini. Saya akan memberikan gambaran paling mudah nya yang dikemukakan oleh Fröhlingsdorf & Unger tahun 1999. 

Representasi Sederhana dari Tabung Vorteks dan Aliran di dalamnya

Berikut proses yang terjadi di tabung vorteks :

Ket : 

Arus pusar bebas : Aliran yang mengalir di sekitar dinding tabung

Arus pusar paksa/balik : Aliran yang mengalir di sumbu tabung

1. Gas yang terkompresi dimasukkan ke dalam tabung vorteks secara tangensial. Dari titik P ke I, pada fase ini gas bertekanan akan mengembang dan dipercepat sehingga gas bergerak dengan kecepatan tinggi.
2. Gas yang dimasukkan ke dalam tabung secara tangensial mengakibatkan gas terpengaruh gaya sentrifugal. Gas yang masuk ke dalam tabung vorteks ditekan menuju dinding tabung dan membentuk sebuah pusaran yang disebut arus pusar bebas dimana arus ini menuju ke sisi panas tabung vorteks atau titik H.
3. Dari titik I ke H, terjadi gesekan antara gas dengan dinging tabung dan mengalami peningkatan suhu terutama gas yang berada di sekitar dinding tabung serta mengakibatkan perlambatan kecepatan arus pusar bebas.
4. Di titik H, sebagian gas yang tertahan oleh katup membentuk sebuah pusaran di sumbu tabung menuju titik C, puasaran ini dikenal sebagai arus pusar balik. Dimana kecepatan arus pusar balik ini lebih cepat daripada arus pusar bebas (akibat gesekan dengan dinding). Oleh karena perbedaan kecepatan maka terjadi perbedaan energi diantara 2 pusaran tersebut. Energi di sumbu tabung lebih besar daripada energi di sekitar dinding tabung. Hal ini membuat energi di sumbu tabung mengalir ke arah dinding tabung. Dan boooom, terjadilah perpindahan panas akibat perpindahan energi, yang mengakibatkan arus pusar bebas menjadi panas karena secara kontinu mendapat tambahan energi dari sumbu tabung. Dan arus pusar balik jadi lebih dingin karena kehilangan energi secara kontinu. Sehingga terciptalah udara dingin di sisi kiri tabung dan udara panas di sisi kanan tabung.

Aliran energi di Tabung Vorteks

Nah, proses di atas merupakan gambaran paling umum dan gampang dari peristiwa ajaib di dalam tabung vorteks. Untuk penjelasan lebih dalamnya akan dilanjutkan di postingan kedua hehehe. Tunggu tanggal mainnya.

Sumber : 

1. Fröhlingsdorf, W. & Unger, H., 1999. Numerical Investigations Of The Compressible Flow And The Energy Separation In The Ranque–Hilsch Vorteks Tubefn2. International Journal Of Heat And Mass Transfer. Issue 42(3), Pp. 415-422.
2. Karthik, S., 2015. Design And Computation Of COP Of Vorteks Tube.