Udara cair
 | Artikel ini membutuhkan lebih banyak rujukan. (Juli 2026) |
Udara cair adalah udara yang telah didinginkan hingga mencapai suhu yang sangat rendah (suhu kriogenik), sehingga mengembun menjadi cairan berwarna biru pucat yang mudah mengalir.[1] Udara cair disimpan dalam wadah khusus, seperti botol vakum, untuk mengisolasinya dari suhu ruangan. Udara cair dapat menyerap panas dengan cepat dan kembali ke wujud gas. Udara cair sering digunakan untuk mengembunkan zat lain menjadi cair atau memadatkannya menjadi padat, serta sebagai sumber industri untuk memperoleh nitrogen, oksigen, argon, dan gas lengai lainnya melalui proses yang disebut pemisahan udara atau dalam industri dikenal sebagai rektifikasi udara).
Sifat
[sunting | sunting sumber]Udara cair memiliki massa jenis sekitar 870 kg/m3 (870 g/L; 0,87 g/cm3). Massa jenis suatu sampel udara bergantung pada komposisinya, seperti kadar kelembapan dan konsentrasi CO2. Karena udara kering terdiri atas sekitar 78% nitrogen, 21% oksigen, dan 1% argon, maka massa jenis udara cair dengan komposisi standar dihitung berdasarkan persentase masing-masing komponen serta massa jenis cairannya (lihat nitrogen cair dan oksigen cair). Meskipun udara mengandung sejumlah kecil karbon dioksida (sekitar 0,0425%), karbon dioksida akan langsung berubah menjadi padat dari fase gas tanpa melalui fase cair. Oleh karena itu, karbon dioksida tidak akan terdapat dalam udara cair pada tekanan di bawah 5,1 atm (520 kPa).
Titik didih udara cair adalah sekitar 78,80 K (−194,35 °C; −317,83 °F), berada di antara titik didih nitrogen cair dan oksigen cair. Namun, menjaga suhu tetap stabil cukup sulit karena nitrogen akan mendidih lebih dahulu, sehingga campuran menjadi lebih kaya oksigen dan titik didihnya berubah. Hal ini juga dapat terjadi ketika udara cair mengembunkan oksigen dari atmosfer.[2]: 36
Udara cair mulai membeku pada suhu sekitar 60 K (−213,2 °C; −351,7 °F), membentuk padatan yang kaya nitrogen (namun masih mengandung sejumlah oksigen yang larut dalam padatan tersebut). Jika oksigen sebelumnya tidak terlarut dalam padatan, campuran eutektik akan membeku pada suhu sekitar 50 K (−223,2 °C; −369,7 °F).[3]
Pembuatan
[sunting | sunting sumber]Prinsip produksi
[sunting | sunting sumber]Komponen penyusun udara dahulu dikenal sebagai "gas permanen" karena tidak dapat dicairkan hanya dengan memberikan tekanan pada suhu ruang. Proses pemampatan (kompresi) akan meningkatkan suhu gas. Panas tersebut kemudian dihilangkan dengan mendinginkan gas hingga mencapai suhu lingkungan menggunakan penukar kalor. Setelah itu, gas diperluas dengan mengalirkannya ke dalam suatu ruang ekspansi. Proses ekspansi ini menurunkan suhu gas. Melalui pertukaran panas aliran berlawanan dengan udara yang telah mengembang, udara bertekanan yang masuk ke alat ekspansi menjadi semakin dingin. Dengan kompresi, laju aliran, dan pelepasan panas yang cukup, tetesan udara cair akhirnya akan terbentuk. Udara cair tersebut kemudian dapat digunakan langsung untuk berbagai demonstrasi suhu rendah.
Komponen utama udara pertama kali berhasil dicairkan oleh ilmuwan Polandia Karol S. Olszewski dan Zygmunt F. Wróblewski pada tahu 1883.
Proses produksi
[sunting | sunting sumber]Proses yang paling umum digunakan untuk menghasilkan udara cair adalah siklus Hampson–Linde dua kolom yang memanfaatkan efek Joule–Thomson. Udara dialirkan dengan tekanan tinggi (>75 atm (7.600 kPa; 1.100 psi)) ke kolom bawah, tempat udara dipisahkan menjadi nitrogen murni dan cairan yang kaya oksigen. Cairan kaya oksigen serta sebagian nitrogen kemudian dialirkan kembali sebagai refluks ke kolom atas yang beroperasi pada tekanan rendah (kurang dari 25 atm (2.500 kPa; 370 psi)), sehingga terjadi pemisahan akhir menjadi nitrogen murni dan oksigen murni. Produk argon mentah juga dapat diambil dari bagian tengah kolom atas untuk dimurnikan lebih lanjut.[4]
Udara juga dapat dicairkan menggunakan proses Claude, yang menggabungkan pendinginan melalui efek Joule–Thomson, ekspansi isentropik, dan pendinginan regeneratif.[5]
Aplikasi
[sunting | sunting sumber]Dalam proses manufaktur, udara cair biasanya dipisahkan menjadi gas-gas penyusunnya dalam bentuk cair maupun gas.
- Oksigen sangat bermanfaat untuk pengelasan dan pemotongan menggunakan gas bakar, serta untuk keperluan medis.
- Argon digunakan sebagai gas pelindung yang mencegah kontak dengan oksigen pada proses pengelasan busur wolfram gas.
- Nitrogen cair banyak digunakan dalam berbagai aplikasi suhu rendah karena bersifat tidak reaktif pada suhu normal (berbeda dengan oksigen) dan memiliki titik didih sekitar 77 K (−196 °C; −321 °F).
Transportasi dan penyimpanan energi
[sunting | sunting sumber]Pada periode 1899–1902, perusahaan Liquid Air Power and Automobile Co. memproduksi dan mendemonstrasikan sebuah mobil bernama Liquid Air, yang diklaim mampu menempuh jarak sekitar 100 mil menggunakan udara cair sebagai sumber tenaga.
Pada 2 Oktober 2012, Institution of Mechanical Engineers menyatakan bahwa udara cair berpotensi digunakan sebagai media penyimpanan energi. Pernyataan tersebut didasarkan pada teknologi yang dikembangkan oleh Peter Dearman, seorang penemu dari Hertfordshire, Inggris, yang merancang sistem tenaga kendaraan berbasis udara cair.[6]
Lihat pula
[sunting | sunting sumber]
Referensi
[sunting | sunting sumber]- ↑ Babbage (15 Oktober 2012). "Difference Engine: End of the electric car?". The Economist. Diakses tanggal 27 Juli 2026.
- ↑ Armarego, W. L. F.; Perrin, D. D. (16 Oktober 1996). Purification of Laboratory Chemicals (Edisi 4). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0750628396. LCCN 97109714. OCLC 762966259. OL 722457M.
- ↑ Kochenburger, Thomas M.; Grohmann, Steffen; Oellrich, Lothar R. (2015). "Evaluation of a Two-stage Mixed Refrigerant Cascade for HTS Cooling Below 60 K". Physics Procedia. 67: 227–232. Bibcode:2015PhPro..67..227K. doi:10.1016/j.phpro.2015.06.039.
- ↑ "Air liquefaction, "Linde Air", rectification: into new markets with new research findings". The Linde Group. Diarsipkan dari asli tanggal 27 September 2007. Diakses tanggal 27 Juli 2026.
{{cite web}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link) - ↑ "Refrigeration & Liquefaction" (PDF). Diarsipkan (PDF) dari versi aslinya tanggal 28 Desember 2013. Diakses tanggal 27 Juli 2026.
- ↑ "Liquid air 'offers energy storage hope'". BBC News. 2 Oktober 2012.
Pranala luar
[sunting | sunting sumber]- (Inggris) Artikel MIT Technology Review tanggal 20 Mei 2013 tentang perkembangan teknologi udara cair untuk transportasi dan penyimpanan energi pada jaringan listrik Diarsipkan 15 Januari 2016 di Wayback Machine.