SELAMAT DATANG DI X3-PRIMA, MELAYANI SETULUS HATI, MEMBERIKAN YANG TERBAIK

14.8.09

Pendinginan

BAB II
PENDINGINAN
2.1 Definisi Pendinginan
Cara pengawetan bahan pangan pada suhu rendah dibedakan menjadi 2 (dua) cara yaitu pendinginan dan pembekuan.
1. Pendinginan adalah penyimpanan bahan pangan pada suhu di atas titik
beku (di atas 0o C), Pendinginan biasanya dapat memperpanjang masa simpan bahan pangan selama
beberapa hari atau beberapa minggu
2. pembekuan penyimpanan bahan makanan di bawah titik bekunya.
pembekuan dapat bertahan lebih di banding pendinginan.
lama sampai beberapa bulan.
Pendinginan dan pembekuan masing-masing berbeda
pengaruhnya terhadap rasa, tekstur, warna,nilai gizi dan sifat-sifat lainnya.
Pengawetan dengan jalan pendinginan dapat dilakukan dengan penambahan es
yang berfungsi mendinginkan dengan cepat suhu 0o C, kemudian menjaga suhu
selama penyimpanan. Jumlah es yang digunakan tergantung pada jumlah dan suhu
bahan, bentuk dan kondisi tempat penyimpanan, serta penyimpanan atau panjang
perjalanan selama pengangkutan.
Bahan pangan yang diawetkan dengan cara pendinginan tidak mengalami
perubahan, sedangkan dengan cara pengeringan bahan mengalami sedikit
peruhanan rasa. Bahan pangan yang diawetkan dengan pemanasan, peragian atau
penambahan bahan-bahan kimia akan berubah baik rasa, bentuk maupun
tampilannya, misalnyua selai, sari buah, tempe, kecap, tapai dan lain-lain.
Untuk kebutuhan keluarga, daya tahan bahan pangan dapat diperpanjang untuk
waktu tertentu apabila disimpan pada suhu rendah, misalnya dalam lemari es.
Namun masih banyak masyarakat yang belum mampu memiliki lemari es yang masih
tergolong barang mewah. Selain itu masih banyak tempat tinggal di desa yang belum
menggunakan listrik. Oleh karena itu, pengetahuan cara mengolah dan
mengawetkan bahan pangan untuk memperpanjang masa simpannya perlu diketahui
oleh masyarakat pedesaan atau yang ekonominya masih rendah.
2.2 Sejarah Refrigasi
sejarah awal refrigerasi dahulu sangat lekat dengan upaya manusia untuk mengawetkan makanannya, setidaknya sampai ditemukannya refrigerasi mekanik yang kemudian membawa refrigerasi dari satu topik isu ke topik isu lainnya. Di masa lalu (diantaranya) manusia menyimpan makanannya di dalam gua atau batu-batu yang dindingnya dingin secara alami. Dalam koleksi puisi China kuno, Shi Ching, terdapat catatan penggunaan gudang es bawah tanah pada tahun 1000 SM. Orang-orang Yunani dan Romawi dulu telah membuat gudang salju bawah tanah, di mana mereka menyimpan salju yang telah dipadatkan dan menginsulasinya dengan rumput, tanah, dan pupuk kotoran hewan. Pliny the Elder menulis tentang penyakit akibat minuman dingin, dan Kaisar Nero mengatakan pendinginan buah-buahan dilakukan dengan menyimpannya di kotak di dalam salju. Orang-orang India, Mesir, dan Estonia mendinginkan air dan membuat es dengan meletakkan air di tempat yang rendah, dalam wadah tanah liat, dan membiarkannya sepanjang malam di lubang di bawah tanah. Penduduk Pulau Crete di Mediteranian, pada sekitar tahun 2000 SM telah menyadari bahwa suhu yang rendah adalah sangat penting untuk pengawetan makanan. Penelusuran budaya masyarakat Minoan di Cyprus menunjukkan konstruksi gudang bawah tanah dibuat untuk menyimpan es saat musim dingin, dan kemudian digunakan untuk menyimpan makanan saat musim panas. Beberapa catatan menunjukkan bahwa Alexander Agung di sekitar tahun 300 SM memberikan tentaranya minuman yang didinginkan dengan salju untuk meningkatkan semangat tentaranya; pada tahun 755 M Khalif Madhi mengoperasikan transportasi dari Lebanon melintasi padang pasir ke Mekkah yang dilengkapi dengan sistem refrigerasi yang menggunakan salju sebagai refrigerantnya; pada tahun 1040 M Sultan Kairo menggunakan salju untuk mengangkut kebutuhan dapurnya dari Syiria setiap hari. Sejak masa lampau masyarakat Arab telah mengetahui bagaimana menjaga air agar tetap dingin dengan menyimpannya di kendi yang terbuat dari tanah; cara ini juga banyak dijumpai di berbagai daerah di Indonesia, namun entah kapan permulaannya. Awal abad keempat Masehi, orang-orang Hindia Barat telah mengetahui bahwa sejumlah garam, seperti sodium nitrat, bila dicampur dalam air akan mengakibatkan suhu yang lebih rendah.
Di Amerika Serikat, khususnya di sekitar Sungai Hudson dan Maine, pada pertengahan abad 19 M memiliki perdagangan penting es alam. Di Eropa pada masa yang sama, balok es alam dari Norway sangat diminati. Sejak tahun 1805 hingga akhir abad 19 M, kapal-kapal layar mengangkut es alam dari Amerika Utara ke berbagai negara yang lebih hangat seperti Hindia Barat, Eropa, dan bahkan India dan Australia; pada 1872, 225 ribu ton es alam diangkut ke daerah-daerah tersebut. Pada permulaan tahun 1806 kapal laut Favorite berlayar ke pelabuhan St. Pierre, Martinique (di daerah Karibia), dengan membawa 130 ton balok es. Pelayaran ini diduga sebagai misi dagang skala besar pertama di bidang refrigerasi, sang pemilik kapal ini adalah Frederic Tudor. Karena kala itu es belum dikenal di Martinique dan tidak ada fasilitas penyimpanannya, maka biaya yang dibutuhkan menjadi besar, namun itu dapat diatasi oleh Tudor. Bersama seorang pemilik rumah makan, ia membuat dan memperkenalkan es krim (ice cream) di Hindia Barat, di mana makanan penutup dingin belumlah dikenal kala itu.
Beberapa tahun kemudian, dengan dibangunnya gudang es di St. Pierre dan dengan digunakannya serbuk kayu cemara sebagai insulasi sepanjang perjalanan transportasi kargo es-nya, Tudor mengembangkan idenya hingga menjadi sebuah bisnis yang menguntungkan. Ia membuat kontrak kerja untuk memotong es di kolam-kolam dan sungai-sungai sepanjang New England dan mengirimnya ke berbagai tujuan, tidak hanya ke Hindia Barat dan Amerika Serikat bagian selatan, namun juga ke tempat-tempat jauh seperti Amerika Selatan, Persia, India, dan Hindia Timur. Tahun 1849 total kargonya mencapai 150 ribu ton es; hingga tahun 1864 ia telah mengapalkan es-nya ke 53 pelabuhan di berbagai bagian dunia. Bisnis yang ia temukan telah mengubah hidup dan kebiasaan orang di seluruh dunia, dan metode yang digunakannya masih terus digunakan hingga pada tahun 1880-an digantikan dengan produksi es buatan dengan mesin.
Saat ini refrigerasi mekanika telah jauh lebih baik dari masa lalu, berbagai tipe kompresor dan daur refrigerasi telah digunakan. Dapat dikatakan bahwa refrigerasi mekanika pertama kali diperkenalkan oleh William Cullen, berkebangsaan Scot, yang pada tahun 1755 membuat es dengan mengevaporasi ether pada tekanan rendah. Pada 1810 Sir John Lesley untuk pertama kalinya berhasil membuat es dengan mesin yang memakai prinsip serupa. Tonggak sejarah pengembangan refrigerasi adalah pada tahun 1834 ketika Jacob Perkins, berkebangsaan Amerika, mendapatkan paten nomer 6662 dari Inggris untuk mesin kompresi uap – yang saat ini prinsipnya banyak digunakan dalam sistem refrigerasi. Perkins menyatakan suatu siklus tertutup yang meliputi evaporasi dan kondensasi dengan memanfaatkan suatu fluida untuk mendinginkan fluida lainnya. Namun apa yang diajukan oleh Perkins masih memerlukan rancangan lebih lanjut. James Harrison, berkebangsaan Scot yang berimigrasi ke Australia pada tahun 1837, menemukan sebuah mesin pendingin pada sekitar awal tahun 1850, dan Alexander Twinning memproduksi satu ton es per hari pada tahun 1856 in Cleveland, Ohio. Pada tahun 1851 Dr. John Gorrie dari Florida mendapatkan paten Amerika pertama untuk mesin es yang menggunakan udara terkompresi sebagai refrigeran. Sebagai seorang ahli Físika ia terdorong untuk meringankan penderitaan orang yang terkena demam dan lainnya yang menimbulkan suhu tinggi. Profesor A.C. Twining dari New Haven mengembangkan mesin Gorrie tersebut dengan menggunakan sulfuric ether. Dr. James Harrison dari Australia juga mengembangkan mesin dengan sulfuric ether dan pada tahun 1860 ia membuat pemasangan perangkat refrigerasi pada industri. Pada tahun 1861 Dr. Alexander Kira dari Inggris membuat mesin dengan udara dingin yang serupa dengan mesin Gorrie; mesinnya mengkonsumsi satu pon batu bara untuk menghasilkan empat pon es. Carl von Linde menjelaskan refrigerasi dengan teori termodinamika, ilmuwan-ilmuwan lainnya, dari Inggris, Jerman, Perancis, Amerika dan Belanda telah berkontribusi dalam pengembangan refrigerasi: seperti Carre, Black, Faraday, Carnot, Joule, Mayer, Clausius, Thompson, Thomson (Lord Kelvin), Helmholtz dan Kamrelingh Onnes.
Pada peralihan abad 19-20, kompresor masih digerakkan oleh uap dengan kecepatan maksimum 50rpm. Di tahun 1900 industri refrigerasi kental diwarnai oleh peralihan dari konsumsi es alami ke es buatan, dan persaingan antara manfaat kedua produk tersebut berlangsung sekitar 15 tahun. Pada kisaran tahun tersebut ice-cream menjadi sebuah industri yang mulai menarik, demikian juga beberapa aplikasi refrigerasi lainnya seperti untuk arena luncur es, penyimpanan bulu pendinginan air minum, dan juga air conditioning untuk pembuatan film untuk kamera, roti dan permen. Air conditioning dengan kapasitas pendinginan 450ton untuk pertama kalinya dipasang di New York Stock Exchange, dan system yang sama pada waktu yang hampir sama juga dipasang di sebuah teater Jerman. Tahun 1905 Gardner T. Voorchees mempatenkan kompresor (multiple-effect compressor) temuannya, dimana gas refrigerant dari dua evaporator dengan tekanan berbeda bisa ditarik dan ditekan dalam satu silinder tunggal; menariknya, penemuannya baru dikembangkan 40 tahun kemudian. Memasuki tahun 1911 kecepatan kompresor meningkat menjadi antara 100 hingga 300rpm, dan pada tahun 1915 untuk pertama kalinya kompresor dua tingkat dioperasikan. Sistem ini masih belum baik, dan dipakai hingga tahun 1940. Setelah Perang Dunia Pertama, Biro Standar Nasional Amerika membuat rumusan yang akurat untuk panas laten untuk es, sehingga perancangan sistem refrigerasi menjadi lebih baik. Perkembangan selanjutnya kompresor rotary dan unit steam-jet mulai digunakan, dan refrigerasi menjadi umum digunakan di industri minyak.
Perkembangan-perkembangan di awal abad 20 tersebut sangat menarik, mengingat pada tahun 1890an –menurut ahli sejarah Stewart Holbrook, Lost Men of American History– air soda dan ice-cream menjadi objek serangan dalam khotbah keagamaan saat itu, bahkan di kota-kota tertentu di Midwest air soda dan ice-cream dilarang secara hukum, selain itu juga adanya anggapan bahwa gudang pendinginan dan es buatan tidak baik untuk kesehatan, juga anggapan bahwa kecepatan kompresor melebihi 100rpm adalah hampir tidak mungkin dibuat. Melihat fakta-fakta saat ini tentu saja penolakan-penolakan tersebut tampak menggelikan. Kompresor, yang merupakan bagian penting dari sistem refrigerasi, pada perkembangan selanjutnya dapat dibuat dengan kecepatan yang lebih tinggi, ukuran yang lebih kecil, dan menggunakan multi-silinder.
Lonjakan produksi dalam industri refrigerasi dan air conditioning terjadi mulai tahun 1930an. Refrigerasi di USA pada tahun 1940 mengambil bagian lebih dari 13% (energi) dari total perdagangan peralatan mesin saat itu. Perdagangan refrigerasi saat itu setidaknya bisa diklasifikasikan menjadi empat bagian, yaitu: refrigerasi untuk rumah tangga menempati urutan pertama, yang diikuti oleh refrigerasi untuk industri, air conditioning, dan refrigerasi komersial. Pada tahun 1960, diperkirakan dari 50juta rumah yang tersambung aliran listrik di USA, 49juta (98%) diantaranya memiliki refrigerator. Setelah 1960, perdagangan freezer untuk industri tercatat melebihi refrigerator untuk rumah tangga. Perdagangan unit pendingin lainnya seperti untuk gudang, tempat tinggal, mobil dan kereta total nilainya mencapai milyaran dollar per tahun di tahun 1960an.
Sejalan dengan kebutuhan dan perkembangannya, variasi aplikasi refrigerasi dan air conditioning terus bertambah. Angkutan untuk produk-produk dari industri makanan dan minuman serta pertanian dan perternakan-perikanan juga mendorong meningkatnya perkembangan dan perdagangan dalam industri refrigerasi dan air conditioning. Di bidang industri, refrigerasi mampu membantu meningkatkan efisiensi sistem, dan juga mampu menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan temperatur rendah. Demikian pula air conditioning, menjadi solusi bagi proses-proses industri yang membutuhkan pengaturan kondisi udara tertentu. Dalam bidang medis, refrigerasi dan air conditioning bukan hanya mengambil peran yg terkait dengan instrumen medis, namun juga penanganan obat-obatan serta zat-zat lainnya yang memerlukan perlakuan pada temperatur tertentu, bahkan juga proses-proses operasi medis.
Refrigerasi dan Air Conditioning Kini
Penipisan lapisan ozon, pemanasan global, dan efisiensi energi dan material merupakan tema utama dalam bidang refrigerasi dan air conditioning saat ini. Montreal Protocol, yang kemudian dilanjutkan dengan Kyoto Protocol telah membuat banyak agenda yang terkait dengan penyikapan terhadap tema-tema utama tersebut, yang tentu saja ini membuat bidang refrigerasi semakin dinamis.
Dalam hal refrigerant, produksi dan pemakaian refrigerant yang menyebabkan penipisan lapisan ozon dan peningkatan panas global sudah ada yang dihentikan, dan beberapa dijadwalkan untuk dihentikan. Terjadi peralihan dari refrigerant HCFCs ke HFCs untuk menghentikan kontribusi refrigerasi pada penipisan lapisan ozon. Guna menghentikan kontribusi refrigerasi pada pemanasan global, peralihan selanjutnya adalah dari HFCs ke refrigerant natural, termasuk di dalamnya adalah refrigerant hidrokarbon.
Peningkatan efisiensi sistem refrigerasi meliputi cakupan yang sangat luas, sehingga mendorong munculnya study dan inovasi dalam level yang lebih spesifik. Dalam lingkup komponen refrigerasi, sebut saja kompresor, evaporator, kondenser, dan katub ekspansi (dengan berbagai tipe dan ukurannya) merupakan komponen-komponen utama yang lebih akrab didengar. Selain itu ada piping, injector, oil separtor, defroster, ekonomizer, dan banyak lainnya menjadi study penting dalam peningkatan efisiensi sistem. Dalam lingkup sistem, berbagai inovasi tipe sistem refrigerasi beserta sistem kontrolnya telah mengalami banyak perkembangan. Karena konsumsi energi untuk Refrigerasi dan Air Conditioning untuk suatu gedung mengambil bagian yang cukup besar, maka Refrigerasi dan Air Conditioning memainkan peran penting dalam konsep intelligent building, demikian pula dalam konsep ZERO NET ENERGY yang dipelopori oleh ASHRAE yang diharapkan mampu terealisasi pada 2030. Demikian pula dalam hal efisiensi material, berbagai material untuk peruntukan komponen masing-masing terus dikaji untuk memberikan efisiensi yang lebih baik.
Dalam hal perdagangan Refrigerasi dan Air Conditioning, sebuah artikel terbaru (Oktober 2007) yang dikutip ASHRAE menunjukkan suatu kejutan. Amerika boleh jadi merupakan rahim dari teknologi Refrigerasi dan Air Conditioning, namun bukan berarti akan seterusnya memegang kendali perdagangan di bidang ini. Saat ini, dari lima perusahaan terbesar yang menguasai pasar Refrigerasi dan Air Conditioning, dua posisi teratas dipegang oleh perusahaan China, kemudian disusul dua perusahaan dari Korea Selatan, dan ditutup oleh sebuah perusahaan Jepang. Perusahaan-perusahaan China mampu menguasai 70% pasar dunia. Di kawasan Asia Tenggara, hanya Thailand yang bisa bermain signifikan di pasar ini. Data-data tersebut selayaknya mampu lebih memacu Indonesia untuk juga bisa menjadi pemain yang diperhitungkan, setidaknya bisa dimulai di arena regional.
IIR –International Institute of Refrigeration dalam sebuah konferensinya di Agustus 2007 memberikan sebuah laporan menarik, bahwa produk agrikultur (termasuk perikanan laut dan tawar) dunia saat ini yang perlu mendapatkan perlakuan refrigerasi mencapai 5,5 milyar ton, namun baru sekitar 400 juta ton yang ditangani. IIR memprediksi 1,8 milyar ton dari produk-produk tersebut akan memberikan keuntungan bagi industri storage dan transport refrigerasi. Sekali lagi, data ini bisa menjadi suatu kesempatan menarik bagi industri agrikultur (serta produk turunannya) dan refrigerasi Indonesia.
Bila kini China mampu menjadi produsen terbesar untuk produk-produk Refrigerasi dan Air Conditioning –setelah menyalip Amerika, Eropa, Jepang dan Korea Selatan–, kesempatan itu pasti juga dimiliki oleh setiap bangsa, termasuk Indonesia. Indonesia dengan segala karakteristiknya memerlukan sentuhan Refrigerasi dan Air Conditioning yang disesuaikan dengan karakternya tersebut. Bahasan tentang hal ini penulis harap bisa disampaikan dalam tulisan tersendiri di lain kesempatan, dengan memperhatikan berbagai potensi nasional dan tiap-tiap daerah di Indonesia, sehingga diharapkan bisa menjadi bagian kontribusi kebaikan bagi pembangunan nasional dan daerah.

2.3 Pembekuan Cepat (Quick Freezing) pada Ikan
Pembekuan cepat (quick frozen) pada ikan bertujuan untuk menurunkan suhu sehingga dapat menghambat kerusakan pada ikan sehingga mutu ikan tidak berbeda / atau hampir sama dengan ikan segar pada saat ikan di thawing (dicairkan kembali). Mesin pembekuan yang biasa dipergunakan adalah Air Blast Freezer.
Berbagai metode digunakan dalam usaha pengawetan pangan, dan salah satu diantaranya adalah pembekuan. Beberapa bahan pangan dapat dibekukan, dan pada keadaan beku gerakan sel akan berkurang sehingga menghambat reaksi selanjutnya. Keputusan mengenai apakah suatu bahan pangan perlu dibekukan atau cukup didinginkan, ditentukan oleh jenis bahan itu sendiri dan lama penyimpanan yang diinginkan.
Pembekuan menyebabkan perubahan struktur karena pembentukan kristal es didalam sel. Bahkan, struktur bahan setelah pencairan kembali kemungkinan berubah sangat besar. Penurunan suhu produk sampai di atas titik beku dapat mengurangi aktivitas mikroorganisme dan enzim, sehingga dapat mencegah kerusakan produk pangan, akan tetapi air cairan (liquid water) mungkin masih menyediakan aw (aktivitas air) yang masih memungkinkan terjadinya beberapa aktivitas tersebut. Dengan pembekuan (memakai ABF), fraksi air tak terbekukan dapat dikurangi, sehingga diharapkan dapat mencegah terjadinya hal tersebut
2.4 Kerusakan pada ikan pada prinsipnya disebabkan oleh 2 hal,
1. Aktifitas enzim dalam ikan itu sendiri
2. Aktifitas bakteri.
Enzym yang ada pada ikan hidup tetap aktif setelah ikan mati dan menyebabkan kerusakan daging pada ikan itu sendiri; aktivitas enzim dalam ikan yang mati dapat dikurangi dengan menurunkan suhu. Bakteri yang ada dalam usus dan pada kulit dan insang ikan hidup sebagian besar tidak berbahaya, dan bahkan dapat menjadi bermanfaat. Tetapi bila ikan tersebut mati bacteri akan meningkatkan pesat jumlahnya dan akan merusak daging, yang mereka gunakan sebagai makanan. Bacteri mengurai senyawa kimia yang kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan merusak seperti senyawa senyawa amonia; proses kerusakan akan terus berlanjut sampai daging sehingga ikan menjadi busuk dan tidak dapat dikonsumsi. Aktivitas bacterial akan melambat bila suhu berkurang / turun.
Jadi, dengan menurunkan suhu ikan, kerugian dapat diperlambat, dan jika suhu cukup rendah, kerugian hampir dapat dihentikan. Untuk mesin produksi pembekuan cepat / quick freezing dengan sistem Air Blast Freezer kapasitas 5-6 ton per batch (8 s/d 12 jam) dengan temperatur ruangan -40 dan target temperatur pada produk -20 derajat C.
2.5 Alat-alat Pendinginan
a. Refrigan
Refrigeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi. Refrigeran merupakan komponen terpenting siklus refrigerasi karena refrigeran yang menimbulkan efek pendinginan dan pemanasan pada mesin refrigerasi. ASHRAE (2005) mendefinisikan refrigeran sebagai fluida kerja di dalam mesin refrigerasi, pengkondisian udara, dan sistem pompa kalor. Refrigeran menyerap panas dari satu lokasi dan membuangnya ke lokasi yang lain, biasanya melalui mekanisme evaporasi dan kondensasi.
Perkembangan mutakhir di bidang refrigeran utamanya didorong oleh dua masalah lingkungan, yakni lubang ozon dan pemanasan global. Sifat merusak ozon yang dimiliki oleh refrigeran utama yang digunakan pada periode ke-dua, yakni CFCs, dikemukakan oleh Molina dan Rowland (1974) yang kemudian didukung oleh data pengukuran lapangan oleh Farman dkk. (1985).
Setelah keberadaan lubang ozon di lapisan atmosfer diverifikasi secara saintifik, perjanjian internasional untuk mengatur dan melarang penggunaan zat-zat perusak ozon disepakati pada 1987 yang terkenal dengan sebutan Protokol Montreal. CFCs dan HCFCs merupakan dua refrigeran utama yang dijadwalkan untuk dihapuskan masing-masing pada tahun 1996 dan 2030 untuk negara-negara maju (United Nation Environment Programme, 2000). Sedangkan untuk negara-negara berkembang, kedua refrigeran utama tersebut masing-masing dijadwalkan untuk dihapus (phased-out) pada tahun 2010 (CFCs) dan 2040 (HCFCs) (Powell, 2002). Pada tahun 1997, Protokol Kyoto mengatur pembatasan dan pengurangan gas-gas penyebab rumah kaca, termasuk HFCs (United Nation Framework Convention on Climate Change, 2005).

Powell (2002) menerangkan beberapa syarat yang harus dimiliki oleh refrigeran pengganti, yakni:
1. Memiliki sifat-sifat termodinamika yang berdekatan dengan refrigeran yang hendak digantikannya, utamanya pada tekanan maksimum operasi refrigeran baru yang diharapkan tidak terlalu jauh berbeda dibandingkan dengan tekanan refrigeran lama yang ber-klorin.
2. Tidak mudah terbakar.
3. Tidak beracun.
4. Bisa bercampur (miscible) dengan pelumas yang umum digunakan dalam mesin refrigerasi.
5. Setiap refrigeran CFC hendaknya digantikan oleh satu jenis refrigeran ramah lingkungan
Sifat Refrigeran
• Tekanan penguapan harus cukup tinggi
• Sebaiknya refrigeran memiliki suhu pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga dapat dihindari kemungkinan terjadinya vakum pada evaporator dan turunnya efisiensi volumetrik karena naiknya perbandingan kompresi
• Tekanan pengembunan yang tidak terlampau tinggi, apabila tekanan pengembunannya terlalu rendah, maka perbandingan kompresinya menjadi lebih rendah, sehingga penurunan prestasi kondensor dapat dihindarkan, selain itu dengan tekanan kerja yang lebih rendah, mesin dapat bekerja lebih aman karena kemungkinan terjadinya kebocoran, kerusakan, ledakan dan sebagainya menjadi lebih kecil.
• Kalor laten penguapan harus tinggi, refrigeran yang mempunyai kalor laten penguapan yang tinggi lebih menguntungkan karena untuk kapasitas refrigerasi yang sama, jumlah refrigeran yang bersirkulasi menjadi lebih kecil
• Volume spesifik ( terutama dalam fasa gas ) yang cukup kecil, Refrigeran dengan kalor laten penguapan yang besar dan volume spesifik gas yang kecil (berat jenis yang besar) akan memungkinkan penggunaan kompresor dengan volume langkah torak yang lebih kecil. Dengan demikian untuk kapasitas refrigerasi yang sama ukuran unit refrigerasi yang bersangkutan menjadi lebih kecil
• Koefisien prestasi harus tinggi, dari segi karakteristik termodinamika dari refrigeran, koefisien prestasi merupakan parameter yang terpenting untuk menentukan biaya operasi
• Konduktivitas termal yang tinggi, konduktivitas termal sangat penting untuk menentukan karakteristik perpindahan kalor
• Viskositas yang rendah dalam fasa cair maupun fasa gas, dengan turunnya tahanan aliran refrigeran dalam pipa, kerugian tekanannya akan berkurang
• Konstanta dielektrika dari refrigeran yang kecil, tahanan listrik yang besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik
• Refrigeran hendaknya stabil dan tidak bereaksi dengan material yang dipakai, jadi juga tidak menyebabkan korosi
• Refrigeran tidak boleh beracun
• Refrigeran tidak boleh mudah terbakar dan mudah meledak
• Sebaiknya refrigeran menguap pada tekanan sedikit lebih tinggi dari pada tekanan atmosfir. Dengan demikian dapat dicegah terjadinya kebocoran udara luar masuk sistem refrigeran karena kemungkinan adanya vakum pada seksi masuk kompresor (pada tekanan rendah).
Titik didih refrigeran merupakan salah satu faktor yang sangat penting:
• Refrigeran yang memiliki titik didih rendah biasanya dipakai untuk keperluan operasi pendinginan temperatur rendah (refrigerasi)
• Refrigeran yang memiliki titik didih tinggi digunakan untuk keperluan pendinginan temperatur tinggi (pendinginan udara)
Titik didih refrigeran merupakan indikator yang menyatakan apakah refrigeran dapat menguap pada temperatur rendah yang diinginkan, tetapi pada tekanan yang tidak terlalu rendah. Dari segi termodinamika R12, R22, R500, R502, ammonia dapat dipakai untuk daerah suhu yang luas, dari keperluan pendinginan udara sampai ke refrigerasi. Sifat termofisik dari beberapa refrigeran disajikan pada tabel 5.1.
Tabel 5.1. Sifat termofisik beberapa refrigeran

Parameter R-12 R-22 R-114 R-500 R-502 R-717 R-718
Simbol kimia CCl2F2 CHClF2 CClF2 - - NH3 H20
Berat molekul 120.9 86.5 170.9 99.29 112 17 18
Titik didih (0C, 1 atm) -29.8 -40.8 3.6 -33.3 -45.6 -33.3 100
Titik beku (0C, 1 atm) -157.8 -160.0 -77.8
Cp/Cv (g) 1.13 1.18 1.31 1.40
Suhu kritik (0C) 112.2 96.1 132.8
Tekanan kritik (kPa) 4115.7 4936.1 1423.4
Panas laten penguapan (kJ/kg) 161.7 217.7 1314.2
b. Kompresor
Kompresor mengubah uap refrigeran yang masuk pada suhu dan tekanan rendah menjadi uap bertekanan tinggi. Kompresor juga mengubah suhu refrigeran menjadi lebih tinggi akibat proses yang bersifat isentropik. Tiga jenis kompresor yang sering digunakan adalah kompresor torak (reciprocating), sentrifugal dan rotari. Kompresor torak mempunyai piston yang bergerak maju mundur di dalam suatu silinder, dengan kapasitas yang bervariasi antara 1 hingga 100 ton pendinginan tiap unit. Kompresor sentrifugal mempunyai satu impeler sentrifugal dengan beberapa sudu yang berputar dengan kecepatan tinggi. Kompresor rotari mempunyai satu sirip (vane) yang berputar dalam satu silinder.
Kompresor torak adalah yang paling umum digunakan, dapat digerakkan oleh motor listrik atau motor bakar. Parameter penting yang mempengaruhi penampilan kompresor adalah kapasitas kompresor itu sendiri, yang pada gilirannya dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti:
1. langkah (displacement) piston
2. clearance antara kepala piston pada titik mati atas dengan ujung silinder,
3. ukuran katup pemasukan dan pengeluaran,
4. RPM
5. jenis refrigeran,
6. tekanan masukan dan tekanan keluaran.
Seringkali kapasitas kompresor harus dikendalikan untuk mengatasi beban pendinginan yang tidak tetap, sehingga kompresor sering dioperasikan pada kapasitas di bawah kapasitas maksimum. Kapasitas kompresor dapat dikendalikan dengan cara:
1. menyalurkan (bypass) uap refrigeran dari sisi tekanan tinggi ke sisi tekanan rendah kompresor. Salah satu sistem bypass adalah menghubungkan sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah kompresor dengan pipa dan menggunakan katup solenoid sehingga uap refrigeran langsung dipindahkan ke sisi tekanan rendah.
2. tetap membuka katup pemasukan kompresor sehingga uap refrigeran mengalir langsung di dalam kompresor,
3. mengendalikan kecepatan (RPM) motor, yaitu dengan menggunakan motor listrik kecepatan ganda atau menggunakan dua motor listrik yang berkecepatan berbeda.

Gambar 7-1. Konstruksi kompressor torak
Gambar 7-2. Kompressor torak

Gambar 7-3. Kompressor untuk R-22
Gambar 7-4. Kompressor hermetik

C. Evaporator
Pada banyak sistem pendinginan, refrigeran akan menguap di evaporator dan mendinginkan fluida yang melalui evaporator. Evaporator ini disebut sebagai direct-expansion evaporator. Berdasarkan zat yang didinginkan, evaporator dibedakan menjadi evaporator pendingin udara dan pendingin cairan. Berdasarkan konstruksinya, evaporator pendingin udara dibedakan menjadi plat, bare tube, dan finned evaporator. Evaporator plat biasa digunakan pada kulkas rumah. Evaporator pendingin udara ini umumnya digunakan untuk sistem pengkondisian udara (AC).
Gambar 8-3. Evaporator
Evaporator pendingin cairan umumnya digunakan untuk mendinginkan air, susu, jus, dan kegunaan industri lainnya. Jenis evaporator yang sering digunakan adalah evaporator bare-tube karena proses pengambilan panas terjadi langsung dari bahan ke ferigeran. Terdapat bebrapa tipe evaporator yang sering digunakan, seperti pipa ganda, Baudelot cooler, tipe tank, shell and coil cooler dan shell and tube cooler.
Test Formatip
1. Kondensor mesin pendingin dengan refrigeran R-22 yang beroperasi pada suhu kondensasi 34 oC, suhu evaporasi -20 oC menggunakan sistem penukar panas tubular aliran berlawanan dengan air sebagai zat pendingin.
• Jika suhu air yang masuk adalah 25 oC dan laju aliran air 2 kg/det, tentukan suhu air yang keluar dari penukar panas tersebut.
• Jika kondenser tersebut menggunakan pipa berdiameter luar (OD=14 mm), dan koefisien pindah panas total (U=800 W/m.K), tentukan panjang pipa kondensor yang diperlukan.
• Tentukan pada jarak berapa dari titik masuk kondensor tersebut keadaan refrigeran menjadi uap jenuh (x=1).
2. Tentukan total penurunan tekanan yang terjadi pada pipa kondensor jika viskositas R-22 (m=0.0001823 Pa.s) tetap disepanjang pipa, volume jenis (n) dihitung pada keadaan rata-rata, dan factor friksi (f) dapat dihitung dengan persamaan di bawah, tentukan panjang pipa kapiler yang diperlukan.

3. Penukar panas tipe tubular bekerja dengan aliran berlawanan mempunyai nilai koefisien pindah panas keseluruhan (Uo = 2 kW/m2.K). Fluida 1 masuk pada suhu 60oC, dan fluida 2 masuk pada suhu 20oC. Laju aliran fluida 1 dan 2 masing-masing adalah 0.3 kg/s dan 0.4 kg/s. Panas jenis (Cp) fluida 1 dan 2 masing-masing adalah 3.2 kJ/kg.K dan 4.19 kJ/kg.K. Tentukan suhu fluida 2 yang keluar dari penukar panas tersebut jika panjangnya adalah 2 m.
4. Sebuah sistem pendingin dengan siklus kompresi uap standar yang menggunakan refrigeran R134a diketahui beroperasi pada suhu kondensasi 35.51oC dan suhu evaporasi -20 oC. Untuk mendapatkan kapasitas pendinginan sebesar 1 ton refrigerasi (3517 W), dan diasumsikan bahwa kompresor bekerja secara isentropis. Kondensor mesin pendingin tersebut didinginkan dengan menggunakan penukar panas pipa ganda (double pipe heat exchanger) aliran berlawanan. Jika fluida pendingin yang dipakai adalah air (Cp=4.2 kJ/kg-K) dengan laju aliran sebesar 1 kg/detik,
• tentukan suhu air yang keluar apabila suhu inlet air 25oC
• gunakan definisi keefektifan (effectiveness) untuk mencari nilai keefektifan penukar panas
5. Satu mesin pendingin dapat digunakan pada tiga ruangan (dengan tiga evaporator) secara paralel seperti pada gambar berikut.
• Gambarkan proses pendinginan tersebut pada diagram molier (p-h)
• Jika ketiga evaporator tersebut digunakan secara seri, gambarkan proses pendinginannya pada diagam molier.
• Jelaskan dengan contoh perhitungan apakah COP mesin pendingin dengan rangkaian evaporator paralel lebih baik dari pada seri.

BAB III
PEMBAHASAN
TERMODINAMIKA DAN PINDAH PANAS PADA PENDINGINAN

1. Sistem dan Lingkungan
Termodinamika berhubungan dengan perubahan energi yang terjadi antara sistem dengan lingkungannya karena adanya suatu proses. Analisa dasar termodinamika diawali dengan pengertian sistem dan lingkungan. Sistem adalah kegiatan atau proses yang diperhatikan dalam suatu lingkungan. Lingkungan adalah semua hal di luar sistem. Lingkungan dan sistem dipisahkan oleh suatu batas sistem. Batas sistem ini dapat berupa batas nyata atau batas khayal. (Tambunan, 2007)
Sistem termodinamika dapat dibedakan menjadi tiga:
• Sistem terbuka (sistem dengan volume terkendali). Energi dan massa dapat berpindah melalui batas sistem
• Sistem tertutup (sistem dengan massa terkendali). Hanya energi yang dapat bepindah
• Sistem terisolasi adalah sistem tertutup yang tidak mengalami kontak, baik mekanik maupun termal, dengan lingkungannya, sehingga baik energi maupun materi tidak dapat berpindah melalui batas sistem. (Tambunan, 2007)
2. Hukum Termodinamika
• Analisa termodinamika berpedoman kepada Hukum Termodinamika, yaitu Hukum pertama dan Kedua Termodinamika. Hukum Termodinamika pertama menyatakan bahwa energi tak dapat diciptakan atau dimusnahkan, yang berarti bahwa jumlah energi yang terkandung dalam suatu sistem dan lingkungannya selalu tetap selama proses berlangsung. Hukum ini juga dapat diartikan bahwa energi dapat diubah menjadi bentuk energi lain, namun energi yang diubah ini tidak bisa seluruhnya.
Hukum pertama ini memberikan konsep adanya energi dalam suatu sistem (u). Jumlah energi dalam suatu benda selalu tetap jika tidak ada panas (q) maupun kerja yang dilakukan padanya (w). Perubahan energi dalam ditulis sebagai:
....................................(2.1)
Semua energi yang masuk kedalam sistem (panas dan kerja) bertanda positif. Jika kerja dan panas yang terjadi dikur dalam jangka waktu yang singkat maka persamaan 1 dapat ditulis menjadi
......................................(2.2)
Kerja dalam proses termodinamika dinyatakan sebagai perkalian antara tekanan dan perubahan volume.
....................................(2.3)
Jika energi yang terlibat dalam proses hanya energi panas, maka persamaan (2.3) dapat ditulis sebagai
......................................(2.4)
Penjumlahan energi dalam dengan perkalian tekanan dan perubahan volume disebut sebagai entalpi (h, kJ/kg)
.......................................(2.5)
• Hukum kedua termodinamika menelaskan apa yang belum dijelaskan pada hukum pertama, arah terjadinya perubahan. Pada hukum kedua, diperkenalkan suatu besaran, entropi, yang menyatakan tingkat keacakan atau keteraturan. Hukum kedua menyatakan bahwa proses akan berlangsung spontan ke arah yang semakin acak atau ke arah yang mnyebabkan naiknya tingkat entropi sistem dan lingkungannya. Contohnya pada batang yang berbeda suhu yang didekatkan. Batang yang panas akan memindahkan energinya ke batang yang lebih dingin hingga suhu keduanya sama. Tingkat keacakan menjadi lebih tinggi daripada saat sebelum kedua batang disentuhkan.
Proses yang menuju entropi yang lebih tinggi adalah proses yang tak mampu balik, karena arah sebaliknya tidak dapat berlangsung secara spontan. Proses yang mampu balik adalah proses yang berlangsung tanpa perubahan entropi (Δs=0). Jika suatu proses dapat dikendalikan secara sempurna dan berlangsung secara mampu-balik maka akan menghasilkan jumlah maksimum energi yang dapat digunakan. Pada kenyataannya, tidak ada proses yang sesempurna ini karena setiap konversi energi selalu diikuti dengan kehilangan energi. Entropi suatu sistem secara termodinamik dinyatakan sebagai
……………………… (2.6)
Pada proses adiabatik, dimana tidak ada panas yang berpindah, tidak terjadi perubahan entropi. Jika pada sistem terjadi reaksi kimia yang mempunyai entalpi perubahan sebesar DH, maka perpindahan panas antara sistem dengan lingkungan pada tekanan tetap adalah q=DT.
Definisi entropi secara statistik memungkinkan kita menghitung ketidak-teraturan sistem secara nyata dengan Persamaan Ludwig Boltzman berikut:
.....................................(2.7)
dimana W adalah banyaknya variasi cara untuk mendapatkan energi sistem melalui penyusunan atom atau molekul diantara status yang tersedia, sedangkan k adalah tetapan Boltzman, yaitu (Tambunan, 2007)
Hukum kedua termodinamika menghasilkan konsep eksergi, yang didefinisikan sebagai energi minimum yang diperlukan oleh, atau energi maksimum yang dapat diambil dari, suatu proses tertentu. Melalui konsep eksergi, tingkat kegunaan dinyatakan sebagai bagian energi yang dapat dikonversi menjadi kerja mekanis. Penggunaan kaidah eksergi dalam analisa pendinginan dijelaskan pada bagian lain.
3. Properti, Status dan Fase Zat
Properti adalah sifat materi yang dapat dikur secara kuantitatif. Kerja dan pindah panas dapat diukur dan dihitung, namun kedua hal tersebut bukan properti. Properti termodinamika diukur berdasarkan suatu datum. Terdapat dua datum yang umum digunakan 00C dan -400C yang diukur pada tekanan 1 atm. Nilai salah satu properti dapat ditentukan dari dua properti lainnya, misalnya tekanan sebagai fungsi volume spesifik dan suhu, atau p=p(v,T), dan seterusnya. Properti yang umum digunakan untuk menyatakan status suatu sistem sederhana (zat murni yang hanya terdiri atas satu komponen) adalah tekanan (p; satuan Pa), volume spesifik (v; satuan m3/kg), suhu (T; satuan K), energi dalam spesifik (u; satuan kJ/kg), entalpi spesifik (h; satuan kJ/kg), dan entropi spesifik (s; satuan kJ/kg). Untuk sistem yang terdiri atas lebih dari satu zat yang tidak saling bersenyawa, penentuan nilai properti tersebut dapat dilakukan jika komposisi masing-masing zat di dalam sistem diketahui. (Tambunan, 2007)
Properti dapat digolongkan menjadi properti ekstensif, yaitu jika nilainya berubah akibat pembagian/pembelahan (seperti massa, volume, dan energi), dan properti intensif, yaitu jika nilainya tetap meskipun terjadi pembagian/pembelahan (seperti volume jenis, tekanan dan suhu) (Tambunan, 2007).
Kapasitas panas (c) adalah properti ekstensif yang sering dinyatakan dalam per satuan massa sehingga disebut sebagai kapasitas panas jenis. Kapasitas panas jenis didefinisikan sebagai perubahan kandungan panas yang terjadi sebagai akibat perubahan suhu pada satu satuan massa zat tertentu. Kapasitas panas jenis dapat berupa kapasitas panas jenis pada volume tetap (cv) dan pada tekanan tetap (cp), sesuai dengan kondisi yang ditetapkan.
cv dituliskan dalam persamaan:
..............................(2.8)
dan cp dapat dituliskan dengan persamaan:
.............................................................(2.9)
Hubungan antara kapasitas panas jenis suatu gas ideal pada tekanan tetap dengan pada volume tetap dapat ditentukan jika u, h, dan pV dinyatakan sebagai fungsi T. Bentuk diferensial persamaan [2-8] terhadap suhu adalah:
..................................................(2.10)
Sehingga, dengan memasukkan persamaan (8) dan (9), serta persamaan gas ideal pV=RT, akan diperoleh:
........................................(2.11)
Perbandingan kapasitas panas pada tekanan tetap terhadap kapasitas panas pada volume tetap (cp/cv) sering sangat bermanfaat untuk analisis sistem pendinginan. Untuk gas ideal nilai rasio kapasitas panas tersebut adalah:
[2.12]
Fasa suatu zat dapat diketahui berdasarkan dua sifat yang berbeda. Jika nilai salah satu properti berubah maka dikatakan zat tersebut mengalami proses. Sifat yang umum dipakai adalah tekanan, suhu, dan volume. Ketiga sifat ini dapat digambarkan dalam satu grafik untuk mengetahui perbedaan fasa suatu zat. Bentuk grafik dapat dilihat pada gambar 2-1.


Gambar 2.1. Permukaan p-v-T untuk zat yang mengembang pada saat membeku untuk mengetahui fasa zat.

Gambar diatas dpat diuraikan menjadi grafik dua dimensi untuk kegunaan yang khusus. Grafik volume-tekanan Status zat dapat ditunjukkan melalui grafik hubungan p, v, dan T, seperti dapat dilihat pada Gambar 2-2 untuk zat yang mengembang pada saat membeku (seperti air). Pada diagram tersebut ditunjukkan bidang yang merupakan permukaan p-v-T dan terdiri atas tiga bidang satu fase (masing-masing: fase padat, fase cair, dan fase gas), tiga bidang dua fase (masing-masing: bidang padat-cair, cair-gas, dan padat gas), serta satu garis tiga fase (padat-cair-gas) yang sering juga disebut sebagai garis tripel. Bidang-bidang tersebut memberi semua kemungkinan keadaan seimbang yang dapat dicapai oleh suatu zat murni. Pada bidang dua fase, suhu dan tekanan saling terpaut, sehingga salah satu dapat berubah jika dan hanya jika yang lainnya berubah. Dengan demikian, pada wilayah ini status tidak dapat ditentukan hanya berdasarkan tekanan dan suhu, tetapi dapat ditentukan berdasarkan volume jenis dengan suhu atau tekanan.

(a) (b)
(c)
Gambar 2-2. Diagram p-T (a), diagram p-v (b), dan diagram T-v (c) untuk zat yang mengembang pada saat membeku
Proyeksi permukaan p-v-T terhadap bidang p-v, p-T, dan T-v untuk air ditunjukkan pada Gambar 2-2. Pertemuan kedua garis jenuh tersebut dikenal dengan titik kritis, dan sering dinyatakan dalam suhu kritis, tekanan kritis, dan volume jenis kritis. Suhu kritis suatu zat murni adalah suhu tertinggi pada mana fase cair dan gas dapat berada bersama-sama. Titik kritik berbagai zat diberikan pada Lampiran 1. Jika permukaan p-v-T diproyeksikan menjadi bidang p-T maka diperoleh diagram fase, seperti diagram (a) pada kedua gambar di atas. Pada diagram fase, wilayah dua fase berubah menjadi garis P-C, P-U, dan C-U. Pertemuan ketiga garis tersebut disebut titik tripel. Titik tripel air berada pada suhu 273.16 oC dan tekanan 0.6113 kPa. Permukaan p-v-T dapat pula diproyeksikan menjadi bidang p-v dan T-v untuk keperluan tertentu.
Status jenuh (saturation state) adalah status zat saat terjadinya perubahan fase (sejak mulai hingga berakhir). Fase merujuk kepada sejumlah zat yang mempunyai komposisi kimia dan struktur fisika yang serba-sama, baik dalam bentuk padatan, cairan, atau uap (gas). Untuk tujuan keteknikan, fase gas dapat dibagi lagi menjadi uap dan gas sebenarnya. Pembagian tersebut tidak terlalu tegas dan hanya didasarkan pada derajat kesesuaiannya pada kaidah gas ideal, dimana uap dianggap sebagai fase gas yang tidak sesuai dengan kaidah gas ideal. Pada sistem refrigerasi, refrigeran berada pada keadaan cair atau uap, atau keduanya pada saat yang sama dengan proporsi tertentu. Kebanyakan refrigeran yang bekerja pada fase gas berada pada kondisi yang sangat dekat dengan garis jenuh sehingga dapat digolongkan sebagai uap. Pada pembuatan dry-ice (karbon dioksida padat) ketiga fase tersebut dapat ditemukan secara bersama-sama.
Proses dan Siklus Termodinamika
Proses adalah perpindahan zat dari suatu status ke status lainnya yang masing-masing berada dalam keseimbangan. Sistem yang tidak mengalami perubahan properti terhadap waktu disebut dalam status mantap (steady state), sedangkan yang mengalami perubahan disebut status tak-mantap (unsteady-state/transient).
Keadaan seimbang adalah keadaan dimana tidak terjadi lagi perubahan (bersih) dalam sistem, atau antara sistem dengan lingkungannya. Pada keadaan seimbang, suhu dan tekanan menjadi seragam dan tidak ada lagi gaya-gaya tak-seimbang yang bekerja di seluruh sistem. Keseimbangan (equilibrium) secara termodinamik sulit didefinisikan sehingga sering harus dikelompokkan menjadi beberapa jenis keseimbangan, seperti keseimbangan mekanik, panas, fase dan kimia. Jika suatu sistem tidak menunjukkan terjadinya perubahan, maka sistem tersebut dapat dikatakan berada pada status keseimbangan. Proses nyata umumnya terjadi dalam keadaan tak-seimbang, sehingga sering didekati dengan keadaan seimbang-semu. Proses seimbang-semu (quasi-equilibrium process) adalah suatu idealisasi yang menganggap terjadinya perpindahan sangat kecil dari status keseimbangan.
Uap super panas mempunyai sifat seperti gas jika berada di bawah suhu kritisnya. Beberapa proses yang dapat terjadi pada pemanasan dan ekspansi uap adalah sebagaimana yang dijelaskan berikut. Proses volume tetap (isometric) adalah proses yang bekerja pada satu garis volume sehingga volume akhir sama dengan volume awal proses. Proses tekanan tetap (isobaric) adalah proses yang bekerja pada satu garis tekanan sehingga tekanan akhir sama dengan tekanan awal proses. Pada tekanan tertentu terdapat suhu jenuh yang tertentu pula sehingga di dalam wilayah yang dibatasi oleh garis jenuh cair dan uap proses tekanan tetap adalah juga proses suhu tetap (isothermic), yaitu proses yang bekerja pada satu garis suhu. Proses cekik (throtling) terjadi jika terdapat penyempitan luas penampang aliran. Pada proses ini tekanan akan berkurang akibat adanya gesekan dalam aliran, dan tidak terjadi kerja maupun perpindahan kalor. Proses cekik dipergunakan untuk pendinginan dan pengeringan uap.
Pada mesin-mesin refrigerasi, pencekikan refrigeran dilakukan dengan cara melewatkannya melalui suatu penampang saluran yang menyempit pada katup ekspansi atau melalui sebuah pipa kapiler yang panjang sehingga terjadi penurunan tekanan. Dengan proses cekik suhu uap akan turun diikuti dengan peningkatan mutu uap, sebagian panas sensibel diubah menjadi panas laten dan uap menjadi bersifat super panas.
a. Siklus dan mesin panas
Gambar 2-3 adalah diagram suatu siklus dimana satu satuan massa gas mengalami pengembangan (ekspansi) dari keadaan 1 ke keadaan 2. Pada saat tersebut kerja dilepas ke luar sebesar luasan 1-a-2-d-c-1. Pada mesin nyata proses tidak dapat berlangsung hanya satu arah akan tetapi gas yang berada pada keadaan 2 harus dikembalikan ke keadaan 1 dengan suatu cara tertentu. Proses dari keadaan 2 ke keadaan 1 disebut pengempaan (kompresi) dengan memberi kerja kepada gas. Lintasan yang dilalui pada proses tersebut adalah 2-b-1, dan kerja yang harus diberikan tersebut adalah sebesar luasan 2-b-1-c-d. Kerja bersih yang dilepaskan dari sistem tersebut adalah :
W = luasan 1-a-2-d-c - luasan 2-b-1-c-d = luasan 1-a-2-b-1 (luasan terarsir), atau :
[2.13]


Gambar 2-3. Suatu siklus tertutup yang digambarkan pada diagram p-v

Dengan demikian, siklus adalah suatu perubahan keadaan yang melingkupi suatu luasan tertutup di dalam suatu diagram keadaan (p-V, T-s, dll). Jika jumlah panas yang ditambahkan ke dalam suatu siklus adalah Qi dan jumlah panas yang dilepas adalah Qo maka kerja yang terjadi pada siklus tersebut dapat juga dituliskan sebagai :
[2.14]
Siklus yang ditunjukkan di atas bekerja searah gerakan jarum jam, panas Qi diterima dan kerja W dilepas ke luar. Dengan kata lain sebagian dari panas diubah menjadi kerja. Mesin-mesin panas menghasilkan panas dengan cara tersebut. Mesin panas diharapkan dapat mengubah sebanyak mungkin panas yang diterima menjadi kerja. Perbandingan kerja yang dihasilkan dengan panas yang diterima disebut dengan efisiensi termal, yaitu :

[2.15]
b. Siklus terbalik dan mesin pendingin
Jika siklus pada gambar 2.3 bekerja pada arah terbalik (berlawanan arah gerakan jarum jam) seperti ditunjukkan pada gambar 2.4 maka arah panas dan kerja juga adalah sebaliknya. Dengan cara demikian, kerja dari luar dikenakan pada gas, sedangkan panas dapat diambil dari sumber bersuhu rendah sebesar Qo dan dilepas pada sumber bersuhu tinggi sebesar Qi = W-Qo. Siklus demikian disebut dengan siklus terbalik.
Pada siklus terbalik, panas yang seharusnya mengalir secara alami dari sumber bersuhu tinggi ke sumber bersuhu rendah, dibalik sehingga panas dari sumber bersuhu rendah dialirkan ke sumber bersuhu tinggi dengan mengenakan kerja. Siklus terbalik merupakan dasar kerja suatu mesin pendingin (refrigerator) dan pompa panas (heat pump). Mesin pendingin adalah mesin yang digunakan untuk mendapatkan suhu dingin, sedangkan pompa panas adalah mesin yang digunakan untuk memperoleh panas dari sumber bersuhu rendah. Istilah pompa panas digunakan sebagai analogi suatu pompa air yang digunakan untuk memperoleh air dari sumber pada lokasi yang lebih rendah. Kinerja kedua mesin tersebut umumnya dinyatakan dengan tetapan penampilan (coefficient of performance; COP), yaitu :
Mesin pendingin :
[2.16]
Pompa panas :
[2.17]
Koefisien penampilan di atas dapat digunakan sebagai pembanding standar untuk mesin pendingin dan pompa panas dalam keadaan nyata.

Gambar 2.4. Siklus terbalik
A. Siklus Carnot
Salah satu jenis mesin refrigerasi yang umum digunakan pada zaman sekarang adalah jenis kompresi uap. Mesin pendingin jenis ini bekerja secara mekanik dan perpindahan panas dilakukan dengan memanfaatkan sifat refrigeran yang berubah dari fase cair ke fase gas (uap) dan kembali ke fase cair secara berulang-ulang. Refrigeran mendidih pada suhu yang jauh lebih rendah dibandingkan air pada tekanan yang sama. Misalnya, amonia yang sering digunakan sebagai refrigeran, pada tekanan 1 atmosfir (101.3 kPa) dapat mendidih pada suhu -33 oC. Suhu titik didih refrigeran dapat diubah dengan cara mengubah tekanannya, misalnya, untuk menaikkan suhu titik didih amonia menjadi 0 oC, tekanan harus dinaikkan menjadi 428.5 kPa.Keragaan suatu siklus refrigerasi umumnya dinyatakan dalam berbagai terminologi, seperti ton refrigerasi, koefisien tampilan, dan efisiensi refrigerasi. Satu ton refrigerasi didefinisikan sebagai kapasitas pendinginan yang diserap oleh satu ton es untuk menjadi cair selama 24 jam, yaitu 1357 W (200 Btu/menit) .Istilah ton refrigerasi umum digunakan untuk mesin pendingin berkapasitas besar.
Berasal dari standar yang digunakan, yaitu panas yang diserap oleh 1 ton (2000 lb) es saat mencair selama 24 jam. Karena panas laten pencairan es adalah 144 Btu/lb, maka panas yang diserap (2000 lb X 144 Btu/lb)/(24 jam X 60 menit) adalah 200 Btu/menit.
Siklus Carnot adalah siklus termodinamik ideal yang mampu-balik, yang pada mulanya digunakan sebagai standar terhadap kemungkinan maksimum konversi energi panas ke energi mekanik. Dalam bentuk sebaliknya, juga digunakan sebagai standar penampilan maksimum suatu alat pendingin. Siklus Carnot tidak mungkin diterapkan karena tidak mungkin mendapatkan suatu siklus yang mutlak mampu-balik di alam nyata, tetapi dapat dianggap sebagai kriteria pembatas untuk siklus-siklus lainnya.
Siklus Carnot berlangsung dengan suatu urut-urutan yang terdiri atas 4 proses yang mampu-balik, yaitu dua proses adiabatik dan dua proses isotermik. Gambar 3-1 menunjukkan bagaimana siklus tenaga Carnot bekerja secara sederhana pada sistem gas di dalam piston, sedangkan Gambar 3-2 menunjukkan proses-proses siklus Carnot yang dipetakan pada diagram p-v dan diagram T-s.


Gambar 3-1. Siklus Carnot
Gambar 3-2. Siklus Carnot pada diagram p-v dan T-s
Ke empat proses tersebut adalah :
Proses 1-2 : Kompresi gas secara adiabatik hingga mencapai suhu tinggi TH
Proses 2-3 : Ekspansi gas secara isotermik pada suhu TH sambil menerima energi sebesar QH dari lingkungan (reservoir) bersuhu tinggi (TH)
Proses 3-4 : Ekspansi gas secara adiabatik hingga mencapai suhu rendah TC
Proses 4-1 : Kompresi gas secara isotermik hingga mencapai kondisi awalnya sambil melepas energi sebesar QC ke lingkungan (reservoir) bersuhu rendah (TC)
Kerja yang terjadi selama proses-proses tersebut ditunjukkan dengan luasan di bawah kurva proses pada diagram p-v. Pada proses 1-2 dan 4-1 kerja diberikan pada sistem untuk melakukan kompresi, sedangkan pada proses 2-3 dan 3-4 dilepas oleh gas untuk melakukan pengembangan (ekspansi). Dengan demikian, wilayah yang dibatasi oleh keempat kurva tersebut merupakan kerja bersih yang terjadi (dilepas oleh sistem) selama proses dalam satu siklus.
Siklus Carnot yang bekerja sebagai mesin panas mempunyai efisiensi:
......... 3-1
dimana TC dan TH adalah suhu dalam satuan kelvin dan s adalah entropi. Subskrip "maks" menunjukkan bahwa efisiensi tersebut adalah efisiensi maksimum yang mungkin terjadi pada siklus tenaga manapun yang bekerja di antara dua sumber panas berbeda suhu.
Bagan alir siklus Carnot, ditunjukkan pada Gambar 3-1 dan bentuk siklus pada koordinat p-v dan T-s ditunjukkan pada Gambar 3-2. Gambar 3-2 (a) menunjukkan siklus Carnot yang bekerja hanya pada satu wilayah fase (fase gas), sedangkan (b) menunjukkan siklus Carnot yang bekerja pada keadaan jenuh (keadaan cair-uap). Proses yang berlangsung pada siklus pendinginan Carnot adalah :
Proses 1-2 : Ekspansi gas secara isotermik pada suhu rendah TC sambil menerima energi QC dari reservoir dingin melalui pindah panas.
Proses 2-3 : Kompresi gas secara adiabatik hingga mencapai suhu tinggi T
Proses 3-4 : Kompresi gas secara isotermik sambil melepas energi QH ke reservoir panas melalui pindah panas.
Proses 4-1 : Ekspansi gas secara adiabatik hingga mencapai suhu rendah TL
Kerja bersih yang diperlukan selama proses dalam satu siklus adalah daerah yang dibatasi oleh keempat kurva pada diagram p-v.
Jika siklus Carnot dibalik, akan diperoleh siklus yang menjadi ukuran kinerja maksimum yang mungkin diperoleh dari suatu mesin pendingin. Dalam hal ini, kerja harus diberikan pada siklus, zat kerja dikembangkan secara adiabatik dari TH ke TC, menyerap panas pada TC dengan entropi yang meningkat dari sa ke sb. Selanjutnya, zat kerja dikempa secara adiabatik dari TC ke TH, melepas panas secara isotermal pada TH dengan entropi menurun dari sb ke sa. Dengan demikian, siklus Carnot dapat digunakan untuk tiga tujuan yaitu:
1. mengubah energi panas menjadi energi mekanik (sebagai mesin panas)
2. menggunakan energi mekanik untuk menyerap panas dari suatu tempat dan melepaskannya di tempat yang diinginkan (sebagai pompa panas)
3. menggunakan energi mekanik untuk menyerap panas dari suatu tempat yang diinginkan dan membuangnya di tempat lain (sebagai mesin pendingin)
BAB IV
KESIMPULAN
Dari penulisan makalah ini dapat di simpulkan bahwa mesin pendingin adalah, mesin yang digunakan untuk menurunkan suhu, agar mikroorganisme dan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan dapat di non-aktivkan sebagian atau seluruhnya sehingga bisa mencegah terjadinya kerusakan pada bahan pangan. dengan demikian para produsen bahan pangan tidak usah khawatir produknya akan rusak sebelum dipasarkan.
Ada banyak alat yang dapat di gunakan sebagai pendingin, yaitu refrigator, freezer, kulkas, evavorator dan kondensor.
Dalam pendinginan ini terdapat beberapa fenomena seperti,siklus kcarnot dan kompersi uap dan lain-lain.
DAFTAR PUSTAKA
Pita, E.G., 1981, Air Conditioning Principles and Systems – An Energy Approach, John Wiley & Sons, Inc.
Stoecker, W.F., and Jones, J.W., 1987, Refrigeration and Air conditioning, 2nd ed., McGraw-Hill International Edition, Singapore
Tambunan, A.H., Teknik Pendinginan (diktat kuliah)
IIR Thematic File, A Brief History of Refrigeration, http://www.iifiir.org/2endossiers_dossiers_histoire.htm#_f