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

17.1.10

PENDINGINAN

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Salah satu faktor yang mempengaruhi kesehatan manusia adalah gizi yang diperoleh dari makanan sehari-hari. Jenis dan cara pengolahan bahan pangan sangat menentukan kadar gizi hasil olahan makanan tersebut. Kebutuhan pangan dan gizi keluarga dapat terpenuhi dari ketersediaan pangan setempat, daya beli yang terjangkau dan memenuhi syarat menu seimbang. Sudah diketahui bahwa bahan pangan, seperti daging, ikan, telur, sayur maupun buah, tidak dapat disimpan lama dalam suhu ruang. Masa simpan bahan pangan dapat diperpanjang dengan disimpan pada suhu rendah; dikeringkan dengan sinar matahari atau panas buatan; dipanaskan dengan perebusan; diragikan dengan bantuan ragi, jamur atau bakteri; dan ditambah bahan-bahan kimia seperti garam, gula, asam dan lain-lain.

Penyimpanan bahan pangan pada suhu rendah dapat memperlambat reaksi
metabolisme, Selain itu dapat juga menghambat pertumbuhan mikroorganisme penyebab kerusakan atau kebusukan bahan pangan. Cara pengawetan bahan pangan pada suhu rendah dibedakan menjadi 2 (dua) cara yaitu pendinginan dan pembekuan. Pendinginan adalah penyimpanan bahan pangan pada suhu di atas titik beku (di atas O0C), sedangkan pembekuan dilakukan di bawah titik beku. Pendinginan biasanya dapat memperpanjang masa simpan bahan pangan selama beberapa hari atau beberapa minggu, sedangkan pembekuan dapat bertahan lebih
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 00C, 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, misalnya 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.

Saat ini setidaknya ada tiga isu umum besar yang terkait dengan bidang refrigerasi, yaitu energi, penipisan ozon, dan pemanasan global. Isu-isu terkini tersebut mendorong dan menuntun para ahli dan pekerja di bidang refrigerasi dalam mencoba memecahkan berbagai persoalan yang terlingkup di dalamnya. Bukan lagi menjadi hal yang sederhana untuk menselaraskan ketiga hal tersebut karena di dalamnya berperan berbagai disiplin ilmu pengetahuan dan teknologi, upaya pelestarian lingkungan dan keselamatan makhluk hidup, dan kepentingan ekonomi yang biasanya juga lekat dengan kepentingan politik, khususnya bagi negara-negara maju.

Di balik maraknya isu refrigerasi terkini, sedikit menyelami sejarah refrigerasi masa lalu bisa menjadi sebuah kebutuhan dan keasikan tersendiri. Orang bijak bilang bahwa sejarah bisa memberikan banyak pelajaran berharga, tentu dengan sudut pandang masing-masing.


BAB II

PEMBAHASAN

Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan peradaban manusia di wilayah sub-tropik. Secara alamiah, manusia yang tinggal di wilayah sub-tropik menyadari bahwa bahan pangan yang mudah rusak ternyata dapat disimpan lebih lama dan lebih baik pada saat musim dingin dibandingkan dengan pada saat musim panas. Kesadaran inilah yang memandu manusia pada saat itu mulai memanfaatkan “es alam” untuk memperpanjang masa simpan bahan pangan yang mudah rusak.

Penggunaan es alam ini bahkan masih dilakukan hingga abad ke-20, dan bahkan menurut catatan IIR (Intenational Institute of Refrigeration) hingga awal abad ke-20 penggunaan es alam masih lebih banyak dibandingkan “es buatan”. Es alam adalah es yang dihasilkan tanpa peralatan refrigerasi, baik yang diperoleh dari sungai atau danau yang membeku pada musim dingin atau yang sengaja dibekukan secara alamiah akibat radiasi termal dari permukaan air ke langit.

Di wilayah dengan kelembaban udara yang rendah, seperti Timur Tengah, sejarah pendinginan dimulai dengan pendinginan evaporatif, yaitu dengan menggantungkan tikar basah di depan pintu yang terbuka untuk mengurangi panasnya udara dalam ruangan. Pada abad ke-15, Leonardo da Vinci telah merancang suatu mesin pendingin evaporatif ukuran besar. Konon, mesin ini dipersembahkan untuk Beatrice d’Este, istri Duke of Milan (Pita, 1981). Mesin ini mempunyai roda besar, yang diletakkan di luar istana, dan digerakkan oleh air (sekali-sekali dibantu oleh budak) dengan katup-katup yang terbuka-tutup secara otomatis untuk menarik udara ke dalam drum di tengah roda. Udara yang telah dibersihkan di dalam roda dipaksa keluar melalui pipa kecil dan dialirkan ke dalam ruangan.

Perkembangan teknik pendinginan selanjutnya masih terjadi secara tidak sengaja, yaitu penggunaan larutan air-garam untuk mendapatkan suhu yang lebih rendah. Menurut catatan Ibn Abi Usaibia, seorang penulis Arab, penggunaan larutan air-garam ini sudah dilakukan di India sekitar abad ke-4. Garam yang digunakan pada larutan tersebut adalah potasium nitrat, sebagaimana dicatat oleh seorang dokter Italia bernama Zimara pada tahun 1530 dan dokter Spanyol bernama Blas Villafranca pada tahun 1550. Fenomena pencampuran garam pada salju untuk mendapatkan suhu lebih rendah baru dapat dijelaskan oleh Battista Porta pada tahun 1589 dan Trancredo pada tahun 1607.

Teknik pendinginan mulai berkembang secara ilmiah sejak abad ke-17, dimulai dari penelitian tentang pemantulan melalui efek panas dan dingin yang dilakukan oleh Robert Boyle (1627-1691) di Inggris dan Mikhail Lomonossov (1711-1765) di Rusia. Selanjutnya, penelitian mengenai termometri yang dimulai oleh Galileo dikembangkan kembali oleh Guillaume Amontons (1663-1705) di Perancis, Isaac Newton (1642-1727) di Inggris, Daniel Fahrenheit (1686-1736) orang German yang bekerja di Inggris dan Belanda, René de Réaumur (1683-1757) di Perancis dan Anders Celsius (1701-1744) di Swedia. Tiga ilmuwan yang disebutkan terakhir merupakan penemu sistem skala pengukuran suhu, dan masing-masing namanya diabadikan pada sistem skala tersebut yaitu Fahrenheit, Reaumur dan Celsius. Setelah Anders Celsius menemukan termometer skala centesimal pada tahun 1742 di Swedia, disepakati bahwa sistem skala yang digunakan pada Sistem Internasional adalah Celsius.


Gambar 1. Robert Boyle


Pada awal abad ke-18, William Cullen (1710-1790) menemukan terjadinya penurunan suhu pada saat ethyl ether menguap. Cullen, bahkan, pada tahun 1755 berhasil mendapatkan sedikit es dengan cara menguapkan air di labu uap. Murid dan penerus Cullen, yaitu seorang Scotland yang bernama Joseph Black (1728-1799) berhasil menjelaskan pengertian panas dan suhu, sehingga sering dianggap sebagai penemu kalorimetri. Bidang ini akhirnya dikembangkan dengan sangat baik oleh para ilmuwan Perancis, seperti Pierre Simon de Laplace (1749-1827), Pierre Dulong (1785-1838), Alexis Petit (1791-1820), Nicolas Clément-Desormes (1778-1841) dan Victor Regnault (1810-1878).

Terdapat dua bidang pendinginan yang saling terkait dalam pendinginan yaitu bidang refrigerasi dan pengkondisian udara. Aplikasi teknik pendinginan dapat dijumpai di berbagai bidang. Di bidang industri, pengkondisian udara digunakan untuk mendapatkan suhu dan kelembaban yang nyaman bagi pekerja.

PERKEMBANGAN MESIN PENDINGIN SISTEM KOMPRESI UAP

Tulisan Sadi Carnot (1796-1832), seorang Perancis, yang sangat terkenal pada tahun 1824 menjadi inspirasi bagi banyak penelitian yang dilakukan mengenai berbagai konsep termodinamika dan sistem pendinginan, termasuk James Prescot Joule (Inggris, 1818-1889), Julios von Mayer (Jerman, 1814-1878), Herman von Helmholtz (Jerman, 1821-1894), Rudolph Clausius (Jerman, 1822-1888), Ludwig Boltzmann (Austria, 1844-1906), dan William Thomson (Lord Kelvin, Inggris, 1824-1907).


Gambar 2. Sadi Carnot

Penemuan-penemuan di atas menjadi awal yang sangat berharga dalam sejarah penemuan mesin-mesin pendinginan dan zat-zat pendinginnya. Perkembangan ini dimulai dengan mesin pendingin mekanis, setelah seorang Amerika bernama Oliver Evans (1755-1819) mampu menjelaskan siklus refrigerasi kompresi uap. Pada tahun 1835, seorang Amerika lainnya yang bekerja di Inggris yaitu Jacob Perkins (1766-1849) berhasil mendapatkan paten untuk mesin pendingin temuannya yang bekerja berdasarkan siklus kompresi uap tersebut.


Gambar 3. Siklus Refrigerari Kompresi Uap

Fluida kerja (refrigeran) yang digunakan Perkins pada mesin pendinginnya tersebut adalah ethyl ether. James Harrison (1816-1893), seorang Skotlandia yang pindah ke Australia, berhasil membuat mesin pendingin yang dapat bekerja dengan baik pada skala industrial. Mesin tersebut dipatenkan oleh Harrison pada tahun 1855, 1856, dan 1857. Mesin pendingin Harrison, yang diproduksi di Inggris, masih menggunakan ethyl ether sebagai fluida kerja, dan mampu menghasilkan es maupun larutan pendingin (refrigeran sekunder).

Dengan ditemukannya mesin pendingin sistem kompresi uap, terjadi perkembangan yang cepat dalam penemuan zat-zat pendingin (refrigeran). Charles Tellier (1828-1913), seorang Perancis, memperkenalkan penggunaan dimethyl ehter sebagai refigeran. Pada tahun 1862, Tellier juga meneliti penggunaan amonia (NH3) sebagai refrigeran, meskipun penggunaannya secara luas pada skala industrial baru dapat dilakukan oleh seorang Jerman Carl von Linde (1842-1934). Refrigeran amonia masih banyak digunakan hingga sekarang, khususnya pada industri pembekuan pangan.

Thaddeus Lowe (1832-1913) mulai menggunakan karbon-dioksida (CO2) sebagai refrigeran. Meskipun sempat ditinggalkan, penggunaan karbon-dioksida belakangan ini kembali dikembangkan sebagai refrigeran yang ramah lingkungan. Sulfur-dioksida (SO2) pertama kali digunakan sebagai refrigeran oleh ahli fisika Swiss Raoul Pierre Pictet (1846-1929), tetapi akhirnya tidak digunakan lagi sesaat sebelum perang dunia II. Metil-klorida (Ch3Cl) juga digunakan oleh orang Perancis C. Vincent sebagai refrigeran pada tahun 1878, meskipun akhirnya hilang dari peredaran pada tahnun 1960-an.

Didasarkan pada hasil penelitian Swarts yang dilakukan selama kurun 1893-1907 di Ghent, suatu tim peneliti Frigidaire Corporation di Amerika, yang dipimpin oleh Thomas Midgley berhasil mengembangkan refrigeran fluoro-carbon pertama pada tahun 1930. Refrigeran fluoro-carbon dianggap sebagai refrigeran yang aman karena tidak bersifat toksik dan tidak mudah terbakar. Refrigeran CFC (chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R12 (CF2Cl2) mulai dilepas ke pasar pada tahun 1931, diikuti dengan refrigeran HCFC (hidro-chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R22 (CHF2Cl) pada tahun 1934. Pada tahun 1961, campuran azeotropik pertama, yaitu R502 (R22/R115), diperkenalkan ke pasar sebagai refrigeran.

Refrigeran CFC, khususnya R12, dianggap sebagai zat yang sangat istimewa sebagai fluida kerja mesin pendingin sistem kompresi uap, hingga pemenang Nobel dari Amerika (F.S. Rowland dan M.J. Molina) mempublikasikan hasil penelitiannya pada tahun 1974. Rowland dan Molina menyimpulkan bahwa klorin yang dilepaskan oleh zat halogenasi hidrokarbon menyebabkan terjadinya perusakan lapisan ozon di angkasa. Untuk menganggapi temuan ini, pada tahun 1987 telah disepakati Protokol Montreal mengenai pelarangan penggunaan zat-zat yang bersifat merusak lapisan ozon.

Refrigeran CFC dan HCFC termasuk pada kategori zat perusak ozon, sehingga penggunaannya sebagai refrigeran juga dilarang. Sebagai gantinya, disarankan penggunaan HFC (hidro-fluoro-carbon), yaitu refrigeran yang dihalogenasi tapi tidak diklorinasi. Akan tetapi, refrigeran HFC, baik yang murni (R134a) maupun campurannya (R410A, R407A, R404A, dll), juga menimbulkan efek lingkungan yaitu pemanasan global. Pada Protokol Kyoto, yang ditanda-tangani pada 11 Desember 1997, refrigeran HFC termasuk zat yang dilarang peredarannya karena menyebabkan pemanasan global. Indonesia, sebagai negara yang ikut meratifikasi Protokol Montreal maupun Protokol Kyoto, berkewajiban untuk melaksanakan setiap fasal dalam protokol yang disepakati tersebut.

Perkembangan lain dalam sistem kompresi uap adalah pada komponen peralatannya. Pada awalnya mesin pendingin sistem kompresi uap menggunakan kompresor dengan piston yang besar dan lambat, tetapi sejak akhir abad ke-19 berubah menjadi lebih ringan dan cepat. Pada tahun 1934 A. Lysholm berhasil mengembangkan kompresor ulir dengan rotor ganda di Swedia, sedangkan pada tahun 1967 B. Zimmern mengembangkan kompresor ulir rotor tunggal di Perancis.

Kompresor scroll sebenarnya telah dipatenkan oleh seorang Perancis bernama Leon Creux pada tahun 1905, tetapi baru dapat dikembangkan pada tahun 1970-an. Kompresor sentrifugal dikembangkan atas dasar penelitian seorang Perancis bernama Auguste Rateau tahun 1890 dan orang Amerika bernama Willis Carrier tahun 1911. Kompresor hermetik dikembangkan untuk mengatasi kebocoran refrigeran oleh Father Audiffren pada tahun 1905 di Perancis, dan digunakan sangat banyak saat ini.

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 4. Konstruksi kompressor torak


Gambar 5. Kompressor torak


Gambar 6. Kompressor untuk R-22


Gambar 7. Kompressor hermetik



Gambar 8. Kompressor jenis terbuka


Katup Ekspansi

Pada prinsipnya, katup ekspansi adalah alat yang dapat mengendalikan aliran refrigeran ke evaporator baik secara manual ataupun otomatik. Jenis katup ekspansi yang umum digunakan dalam mesin pendingin adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 7-7. Bentuk lain katup ekspansi yang paling sederhana adalah pipa kapiler panjang.

Besarnya tekanan jatuh yang disebabkan oleh pipa kapiler tersebut dapat dihitung dengan persamaan Darcy Weisbach, yaitu dimana: nilai kekasaran relatif pipa (e/d) dan bilangan Reynold (rDv/m). Dalam hal ini, v adalah laju aliran refrigeran (m/det), L panjang pipa (m) dan D diameter pipa (m).

AC (AIR CONDITIONER)


Prinsip Dasar Pengkondisian Udara

Untuk mencapai kenyamanan, kesehatan dan kesegaran hidup dalam rumah tinggal atau bangunan – bangunan bertingkat, khususnya di daerah beriklim tropis dengan udara yang panas dan tingkat kelembaban tinggi, diperlukan usaha untuk mendapatkan udara segar baik udara segar dari alam dan aliran udaran buatan. Udara yang nyaman mempunyai kecepatan tidak boleh lebih dari 5 km/jam dengan suhu/ temperatur kurang dari 30°C dan banyak mengandung O2.

Daerah di Indonesia kebanyakan kurang memberikan kenyamanan karena udaranya panas (23 -34°C), kotor (berdebu, berasap) dan angin tidak menentu, khususnya pada bangunan tinggi dimana angin mempunyai kecepatan tinggi. Karena keadaan alam yang demikian, maka diperlukan suatu cara untuk mendapatkan kenyamanan dengan menggunakan alat penyegaran udara (air condition).

Pengkondisian udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang diperlukan oleh orang yang berada di dalam suatu ruangan. Atau dapat didefinisikan suatu proses mendinginkan udara sehingga mencapai temperatur dan kelembaban yang ideal. Sistem pengkondisian udara pada umumnya dibagi menjadi 2 golongan utama :

· Pengkondisian udara untuk kenyamanan kerja

· Pengkondisian udara untuk industri

Sistem pengkondisian udara untuk industri dirancang untuk memperoleh suhu, kelembaban dan distribusi udara yang sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh proses serta peralatan yang dipergunakan di dalam ruangan. Dengan adanya pengkondisian udara ini, diharapkan udara menjadi segar sehingga karyawan dapat bekerja dengan baik, pasien di rumah sakit menjadi lebih nyaman dan penghuni rumah tinggal menjadi nyaman.

Komposisi utama sistem pengkondisian udara


Gambar 9. Sistem pengkondisian udara

Gambar 9.1. memperlihatkan komponen utama dari skema sistem pengkondisian.

Komponen sistem pengkondisian udara adalah:

  1. sistem pembangkit kalor, mesin refrigerasi, menara pendingin dan ketel uap
  2. sistem pipa: pipa air dan pipa refrigerasi dan pompa
  3. pengkondisian udara: saringan udara, pendingin udara, pemanas udara dan pelembab udara
  4. sistem saluran udara: kipas dan saluran udara

Komponen AC yang dilalui sirkkulasi udara

  • Fan (kipas udara) menggerakkan udara dari atau ke dalam ruangan. Udara yang dialirkan fan dapat berupa udara luar, udara ruangan atau gabungan dari udara luar dan udara ruangan. Jumlah aliran udara dan kecepatan udara harus diatur, agar memperoleh sirkulasi udara yang baik
  • Supply Duct (saluran udara keluar): untuk saluran udara dingin dari fan ke dalam ruangan
  • Supply out let (lubang keluar): untuk megatur arah aliran udara dari fan, sehingga udara terdistribusi ke seluruh ruangan. Untuk kenyamanan, jumlah out let turut menentukan
  • Ruangan yang didinginkan: ruangan harus tertutup, sehingga udara dingin dalam ruangan tidak terbuang keluar dan udara luar tidak masuk ke dalam ruangan.


Gambar 10 Diagram sistem pengkondisian udara

Prinsip pengkondisian udara adalah kondisi udara dalam ruangan dapat dalam keadaan sangat dingin, panas, lembab, kering, kecepatan udara tinggi atau tidak ada gerakan udara. Udara dingin digerakkan oleh Fan masuk reducting (saluran udara) dan melalui out let (lubang keluar) udara masuk ke dalam ruangan. Udara dari dalam ruangan kembali ke return out let (grile/ lubang isap) masuk ke ducting return (saluran kembali) dan melalui filter untuk pembersihan udara masuk melewati celah-celah/ permukaan coil evaporator (koil pendinginan) dan kembali digerakkan Fan (kipas udara).

Psikrometrik untuk Proses Air Conditioning

Psikometrik adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat termodinamika dari udara basah. Secara umum digunakan untuk mengilustrasikan dan menganalisis perubahan sifat termal dan karakteristik dari proses dan siklus sistem penyegaran udara (air conditioning). Diagram psikometrik adalah gambaran dari sifat-sifat termodinamika dari udara basah dan variasi proses sistem penyegaran udara dan siklus sistem penyegaran udara. Dari diagram psikometrik akan membantu dalam perhitungan dan menganalis kerja dan perpindahan energi dari proses dan siklus sistem penyegaran udara.

Proses yang terjadi pada udara dapat diganbarkan dalam bagan psikrometrik guna menjelaskan perubahan sifat-sifat udara yang penting seperti suhu, asio kelembaban dan entalpi dalm proses-proses tersebut. Beberapa proses dasar dapat ditunjukkan sebagai berikut

a. Proses Pemanasan dan pendinginan

Proses pemanasan dan pendinginan diartikan sebagai laju perpindahan kalor yang hanya disebabkan oleh perubahan suhu bola kering. Gambar 11. menunjukkan suatu perubahan suhu bola kering tanpa ada perubahan rasio kelembaban.


Gambar 11. Pemanasan dan pendinginan sensibel

b. Pelembaban adiabatik dan non adiabatik

Gambar 12 menunjukkan proses pelembaban yang dapat bersifat adiabatik (proses 1-2) atau dengan penambahan kalor (proses 1-3).


Gambar 12. Proses pelembaban udara

c. Pendinginan dan pengurangan kelembaban

Proses ini menurunkan suhu bola kering dan rasio kelembaban (Gambar 13). Proses ini terjadi pada koil pendingin atau alat penurun kelembaban.


Gambar 13. Pendinginan dan penurunan kelembaban

d. Pengurangan kelembaban kimiawi

Pada proses kimiawi (Gambar 14), uap air dari udara diserap atau diadsorbsi oleh suatu bahan higroskopik. Jika proses tersebut diberi penyekat kalor, sehingga entalpinya tetap, dan karena kelembabannya turun maka suhu udara tersebut harus naik.


Gambar 14. Proses penurunan kelembaban kimiawi

e. Pencampuran Udara

Campuran dua aliran udara adalah proses yang umum di dalam pengkondisian udara. Gambar 15 menunjukkan pencampuran udara antara w1 kg/detik udara dari keadaan 1 dengan w2 kg/detik udara dari keadaan 2. Hasilnya adalah kondisi 3, terlihat pada grafik psikrometrik dalam Gambar 16.


Gambar 15. Skema pencampuran udara


Gambar 16. Proses pencampuran udara pada kurva psikrometrik

Perhitungan Beban Pendinginan

Tujuan utama sistem pengkondisian udara adalah mempertahankan keadaan udara didalam ruangan dan meliputi pengaturan temperatur, kelembaban relatif, kecepatan sirkulasi udara maupun kualitas udara. Sistem pengkondisian udara yang dipasang harus mempunyai kapasitas pendinginan yang tepat dan dapat dikendalikan sepanjang tahun. Kapasitas peralatan yang dapat diperhitungkan berdasarkan beban pendinginan setiap saat yang sebenarnya. Alat pengatur ditentukan berdasarkan kondisi yang diinginkan untuk mempertahankan selama beban puncak maupun sebagian. Beban puncak maupun sebagian tidak mungkin dapat diukur sehingga diperlukan prediksi melalui perhitungan yang mendekati keadaan yang sebenarnya.

Untuk maksud perkiraan tersebut diperlukan survei secara mendalam agar dapat dilakukan analisis yang teliti terhadap sumber-sumber beban pendinginan. Pemilihan peralatan yang ekonomis dan perancangan sistem yang tepat dapat dilakukan juga beban pendinginan sesaat yang sebenarnya dapat dihitung secara teliti.

Beban pendinginan sebenarnya adalah jumlah panas yang dipindahkan oleh sistem pengkondisian udara setiap hari. Beban pendinginan terdiri atas panas yang berasal dari ruang dan tambahan panas. Tambahan panas adalah jumlah panas setiap saat yang masuk kedalam ruang melalui kaca secara radiasi maupun melalui dinding akibat perbedaan temperatur. Pengaruh penyimpanan energi pada struktur bangunan perlu dipertimbangkan dalam perhitungan tambahan panas.

Perhitungan beban pendingin dapat diperoleh dari ASHRAE Handbook of Fundamentals. Tata cara perhitungan ini dapat menghasilkan sistem pengaturan udara yang terlalu besar yang mengakibatkan kurang efisien dalam pemakaian.

Dengan makin besarnya biaya-biaya pemakaian energi maka makin dirasa perlu mengadakan optimasi sistem pengaturan udara suatu gedung atau bangunan yang harus dihitung dari waktu kewaktu secara dinamis.

Didalam kenyataannya kalor yang masuk kedalam gedung tidak tetap, karena faktor-faktor yang mempengaruhi kalor tersebut juga berubah-ubah. Sebagai contoh temperatur udara luar (lingkungan) nilainya merupakan fungsi waktu, yaitu maksimum disiang hari rendah dipagi dan sore hari, sedang minimumnya dimalam hari. Demikian pula kelengasan udara luar maupun radiasi surya yang mengenai dinding bangunan nilainya berubah terhadap waktu.

Untuk memperhitungkan pengaruh dari perubahan tersebut sangatlah sulit, bahkan mungkin tidak praktis untuk dihitung. Oleh karena itu untuk menentukan keadaan tak lunak (transien) akan dipilih faktor-faktor yang dominan. Disamping itu akan diperhatikan adanya absorbsi oleh struktur bangunan.

Dasar perhitungan beban pendinginan dilakukan dengan dua cara, yaitu:

  • perhitungan beban kalor puncak untuk menetapkan besarnya instalasi
  • perhitungan beban kalor sesaat, untuk mengetahui biaya operasi jangka pendek dan jangka panjang serta untuk mengetahui karakteristik dinamik dari instalasi yang bersangkutan.

Beban pendinginan merupakan jumlah panas yang dipindahkan oleh suatu sistem pengkondisian udara. Beban pendinginan terdiri dari panas yang berasal dari ruang pendingin dan tambahan panas dari bahan atau produk yang akan didinginkan. Tujuan perhitungan beban pendinginan adalah untuk menduga kapasitas mesin pendingin yang dibutuhkan untuk dapat mempertahankan keadaan optimal yang diinginkan dalam ruang.

Aspek-aspek fisik yang harus diperhatikan dalam perhitungan beban pendingin antara lain :
1. Orientasi gedung dengan mempertimbangkan pencahayaan dan pengaruh angin
2. Pengaruh emperan atau tirai jendela dan pantulan oleh tanah
3. Penggunaan ruang
4. Jumlah dan ukuran ruang
5. Beban dan ukuran semua bagian pembatas dinding
6. Jumlah dan aktivitas penghuni
7. Jumlah dan jenis lampu
8. Jumlah dan spesifikasi peralatan kerja
9. Udara infiltrasi dan ventilasi

Beban pendinginan suatu ruang berasal dari dua sumber, yaitu melalui sumber eksternal dan sumber internal.

a. Sumber panas eksternal antara lain :

  • Radiasi surya yang ditransmisikan melaui kaca
  • Radiasi surya yang mengenai dinding dan atap, dikonduksikan kedalam ruang dengan memperhitungkan efek penyimpangan melalui dinding
  • Panas Konduksi dan konveksi melalui pintu dan kaca jendela akibat perbedaan temperatur.
  • Panas karena infiltrasi oleh udara akibat pembukaan pintu dan melalui celah-celah jendela.
  • Panas karena ventilasi.

b. Sumber panas internal antara lain :

  • Panas karena penghuni
  • Panas karena lampu dan peralatan listrik
  • Panas yang ditimbulkan oleh peralatan lain

Beban pendinginan total merupakan jumlah beban pendinginan tiap ruang. Beban ruang tiap jam dipengaruhi oleh perubahan suhu udara luar, perubahan intensitas radiasi, surya dan efek penyimpanan panas pada struktur/dinding bagian luar bangunan gedung.

Dalam sistem pendingin dikenal dua macam panas atau kalor yaitu panas sensible (panas yang menyebabkan perubahan temperatur tanpa perubahan fase). Setiap sumber panas yang dapat menaikkan suhu ruangan ditandai dengan naiknya temperatur bola kering (Tdb) akan menambah beban panas sensible.

Panas laten yaitu : panas yang menyebabkan perubahan fase tanpa menyebabkan perubahan temperatur misalnya : kalor penguapan. Setiap sumber panas yang dapat menambah beban laten. Udara yang dimasukkan kedalam ruangan harus mempunyai kelembaban rendah agar dapat menyerap uap air (panas laten) dan temperatur yang rendah agar dapat menyerap panas dari berbagai sumber panas dalam ruangan (panas sensible), agar kondisi ruangan yang diinginkan dapat dipercepat.

Beban ini dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Penambahan beban sensible

  • Transmisi panas melalui bahan bangunan, melewati atap, dinding, kaca, partisi, langit-langit dan lantai
  • Radiasi sinar matahari
  • Panas dari penerangan atau lampu-lampu
  • Pancaran panas dari penghuni ruangan
  • Panas dari peralatan tambahan dari ruangan
  • Panas dari elektromotor

b. Penambahan panas laten

  • Panas dari penghuni ruangan
  • Panas dari peralatan ruangan

c. Ventilasi dan infiltrasi

  • Penambahan panas sensible akibat perbedaan temperatur udara dalam dan luar
  • Penambahan panas laten akibat kelembaban udara dalam dan luar

Beberapa sistem dirancang untuk mendapatkan kondisi udara dimana debu hampir tidak ada (ruang steril) seperti pada industri elektronika. Industri percetakan perlu udara dengan tingkat kelembaban tertentu sehingga kertas tidak menggumpal dan tinta cepat kering. Kelembaban yang tinggi juga dapat menyebabkan terjadinya korsleting. Perkantoran dan perumahan saat ini umum menggunakan AC untuk menambah kenyamanan ruangan.


Gambar 17. AC untuk Gimnaisum

Di negara sub-tropis, pengkondisian juga meliputi pemanasan ruangan saat musim dingin. Keinginan manusia untuk berkendara dengan nyaman membuat sistem pendinginan juga dijumpai di mobil dan kendaran angkutan lainnya. Industri pertanian saat ini umum menggunakan sistem cold chain untuk menjaga mutu produk. Sistem pendinginan ini biasanya digunakan untuk produk yang mudah busuk dan banyak mengandung air, seperti daging, sayur dan buah. Untuk mendapatkan umur simpan yang lebih lama, pembekuan digunakan untuk membekukan produk.


Gambar 18. Pendinginan buah

Produk yang dibekukan dapat kembali ke keadaan semula umumnya dengan perlakuan panas. Di toko-toko, bahan pertanian ini juga ditampilkan pada rak berpendingin Pendinginan juga dikenal dalam proses pengolahan makanan. Es krim, dibuat dengan membekukan susu setelah proses pasteurisasi dan pencampuran dilakukan.


Gambar 19. Ice cream



Produk pangan lain yang membutukan pendinginan antara lain susu, keju, jus buah. Industri roti juga menggunakan pendinginan untuk menyimpan adonan roti sehingga roti lebih cepat disajikan dan mengurangi kerugian toko roti karena adanya adonan yang tidak dibakar. Industri kimia menggunakan teknik pendinginan untuk memisahkan gas, pengembunan gas, penghilangan kalor reaksi, pemisahan zat dari campurannya dan untuk menjaga tekanan. Teknik pendinginan juga digunakan pada bidang lainnya seperti konstruksi, pembuatan es batu, dan arena olahraga

REFRIGERAN

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.

Calm (2002) membagi perkembangan refrigeran dalam 3 periode: Periode pertama, 1830-an hingga 1930-an, dengan kriteria refrigeran "apa pun yang bekerja di dalam mesin refrigerasi". Refrigeran yang digunakan dalam periode ini adalah ether, CO2, NH3, SO2, hidrokarbon, H2O, CCl4, CHCs. Periode ke-dua, 1930-an hingga 1990-an menggunakan kriteria refrigeran: aman dan tahan lama (durable). Refrigeran pada periode ini adalah CFCs (Chloro Fluoro Carbons), HCFCs (Hydro Chloro Fluoro Carbons), HFCs (Hydro Fluoro Carbons), NH3, H2O. Periode ke-tiga, setelah 1990-an, dengan kriteria refrigeran "ramah lingkungan". Refrigeran pada periode ini adalah HCFCs, NH3, HFCs, H2O, CO2.


R-134 R-12

Gambar 20. Refrigeran

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.

Setelah periode CFCs, R22 (HCFC) merupakan refrigeran yang paling banyak digunakan di dalam mesin refrigerasi dan pengkondisian udara. Saat ini beberapa perusahaan pembuat mesin-mesin refrigerasi masih menggunakan refrigeran R22 dalam produk-produk mereka. Meski refrigeran ini, termasuk juga refrigeran jenis HCFCs lainnya, dijadwalkan untuk dihapuskan pada tahun 2030 (untuk negara maju), namun beberapa negara Eropa telah mencanangkan jadwal yang lebih progresif, misalnya Swedia telah melarang penggunaan R22 dan HCFCs lainnya pada mesin refrigerasi baru sejak tahun 1998, sedangkan Denmark dan Jerman mengijinkan penggunaan HCFCs pada mesin-mesin baru hanya hingga 31 Desember 1999 (Kruse, 2000).

Protokol Montreal memaksa para peneliti dan industri refrigerasi membuat refrigeran sintetis baru, HFCs (Hydro Fluoro Carbons) untuk menggantikan refrigeran lama yang ber-klorin yang dituduh menjadi penyebab rusaknya lapisan ozon. Weatherhead dan Andersen (2006) mengemukakan bahwa sejak 8 tahun terakhir, penipisan kolom lapisan ozon tidak terjadi lagi. Kedua peneliti ini meyakini akan terjadinya pemulihan lapisan ozon. Meski demikian, keduanya tidak secara jelas merujuk turunnya penggunaan zat perusak ozon sebagai penyebab pulihnya lapisan ozon. Powell (2002) menyebutkan bahwa adanya kerjasama yang sangat baik antara produser refrigeran dan perusahaan pengguna refrigeran telah memungkinkan terjadinya transisi mulus dari era penggunaan CFCs secara besar-besaran di 1986 hingga penghapusan dan penggantiannya dengan R134a di tahun 1996. Banyak kalangan menyebutkan bahwa Protokol Montreal adalah salah satu perjanjian internasional di bidang lingkungan yang paling berhasil diterapkan.


Saat ini, HCFCs (yang pada dasarnya merupakan pengganti transisional untuk CFCs) telah memiliki 2 kandidat pengganti, yakni R410A (campuran dengan sifat mendekati zeotrop) dan R407C (campuran azeotrop) (Kruse, 2000). Hidrokarbon Propana (R290) juga berpotensi menjadi pengganti R22 (Kruse, 2000). R407C merupakan campuran antara R32/125/132a dengan komposisi 23/25/52, sedangkan R410A adalah campuran R32/125 dengan komposisi 50/50 (ASHRAE, 2005). Saat ini, beberapa perusahaan terkemuka di bidang refrigerasi dan pengkonsian udara telah menggunakan R410A dalam produk mereka.

Gambar 21. Kulkas dengan refrigeran non CFC

Jika Protokol Montreal dan Kyoto dilaksanakan secara penuh dan konsisten, maka secara umum pada saat ini belum ada pilihan refrigeran komersial selain refrigeran alami. Meskipun perlu dicatat bahwa baru-baru ini terdapat produsen refrigeran yang mengklaim keberhasilannya membuat refrigeran yang tidak merusak ozon dan tidak menimbulkan pemanasan global (ASHRAE, 2006). Beberapa refrigeran alami yang sudah digunakan pada mesin refrigerasi adalah: amonia (NH3), hidrokarbon (HC), karbondioksida (CO2), air, dan udara (Riffat dkk., 1997). Kata "alami" menekankan keberadaan zat-zat tersebut yang berasal dari sumber biologis atapun geologis; meskipun saat ini beberapa produk refrigeran alami masih didapatkan dari sumber daya alam yang tidak terbarukan, misalnya hidrokarbon yang didapatkan dari oil-cracking, serta amonia dan CO2 yang didapatkan dari gas alam (Powell, 2002).

Penggunaan karbondioksida, air, dan udara pada refrigerator komersial masih memerlukan riset yang mendalam, sedangkan penggunaan amonia dan hidrokarbon, meskipun sudah cukup banyak dilakukan, masih memiliki peluang riset yang cukup banyak (Riffat dkk., 1997). Amonia bersifat racun (toxic) dan cukup mudah terbakar, sedangkan hidrokarbon termasuk dalam zat yang sangat mudah terbakar; oleh karena itu refrigeran tersebut secara umum sulit digunakan pada sistem ekspansi langsung. Sistem refrigerasi tak-langsung bisa digunakan untuk mengatasi kelemahan kedua refrigeran tersebut. Beberapa peneliti berusaha menekan tingkat keterbakaran refrigeran hidrokarbon dengan cara mencampurkannya bersama refrigeran lain yang tak mudah terbakar (Pasek dkk., 2006; Sekhar dkk., 2004; Dlugogorsky dkk., 2002). Granryd (2001) menekankan bahwa pada dasarnya sudah tersedia teknologi untuk meningkatkan keamanan pada sistem refrigerasi yang menggunakan refrigeran hidrokarbon, namun cara yang ekonomis untuk membuat sistem tersebut aman dan terbukti dapat digunakan dalam skala luas masih perlu dikembangkan lebih lanjut.

Refrigeran yang digunakan dalam sistem kompresi uap dikelompokkan menjadi refrigeran primer. Sedangkan jika fluida digunakan untuk memindahkan panas, maka fluida ini disebut sebagai refrigeran sekunder. Penggunaan refrigeran saat ini merupakan isu penting menyangkut pemanasan global. Pada bab ini, akan dijelaskan jenis refrigeran, sifat, dan penggunaannya saat ini.

Refrigeran Primer

Refrigeran primer adalah refrigeran yang digunakan pada sistem kompresi uap. Refrigeran yang digunakan pada sistem pendinginan kompresi uap harus mempunyai mempunyai sifat-sifat kimia, fisika, termodinamika tertentu yang sesuai dengan kondisi penggunaan

1. Jenis Refrigeran

a. Golongan Halokarbon

Refrigeran golongn halokarbon adalah jenis refrigeran yang umum digunakan. Refrigeran jenis ini meliputi refrigeran yang terdiri dari satu atau lebih dari tiga jenis ion golongan halogen (klorin, fluorin, dan bromin). Beberapa jenis refrigeran halokarbon yang umum digunakan disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Jenis refrigeran halokarbon

Nomor refrigeran

Nama kimia

Rumus kimia

11
12
13
22
40
113
115

Trikloromonofluorometan
Diklorodifluorometan
Monoklorotrifluorometan
Monoklorodifluorometan
Metil klorida
Triklorotrifluoroetan
Diklorotetrafluoroetan

CCl3F
CCl2F2
CClF3
CHClF2
CH3Cl
CCl2FCClF2
CClF2CClF2

Sistem penomoran golongan halokarbon adalah sebagai berikut: nomor pertama dari sebelah kanan menunjukkan jumlah atom florin pada senyawa, nomor kedua dari kanan menunjukkan satu nilai lebih banyak dari jumlah atau, hidogren pada senyawa dan tiga digit dari kanan menunjukkan satu nilai lebih sedikit dari jumlah atom karbon.

b. Senyawa Inorganik.

Awalnya, saat pendinginan hanya digunakan untuk tujuan khusus, hanya amoniak dan karbon dioksida yang dapat digunakan sebagai refrogeran. Saat pendinginan mulai dikenalkan pada masyarakat, sulfur dioksida, metil klorida dan metilen klorida digunkan karena sesuai dengan kompresor sentrifugal. Metilrn klorida dan karbon dioksida, karena faktor keamanannya digunakan untuk sistem pengkondisian udara (AC). Semua refrigeran ini, selain amonia, tidak digunakan lagi, kecuali pada sistem yang lama. Amonia mempunyai sifat termal yang baik, dan masih digunakan pada lapangan es skating.

c. Senyawa Hidrokarbon

Banyak senyawa hidrokarbon yang digunakan sebagai refrigeran, umumnya digunakan pada industri minyak bumi, seperti metana, etana, propana, etilen, dan isobutilen. Kesemuanya flammable dan eksplosif. Digolongkan sedikit beracun karena mengandung efek bius pada tingkat tertentu. Etana, metana, dan etilen digunakan pada pendinginan suhu ekstra rendah.

Hidrokarbon sebagai refrigerant dalam sistem refrigerasi telah dikenal sejak tahun 1920-an, sebelum refrigerant sintetik dikenal. Ilmuwan yang tercatat sebagai promotor hidrokarbon sebagai refrigerant antara lain Linde (1916) dan Ilmuwan Dunia Albert Einstein (1920). Hidrokarbon kembali diperhitungkan sebagai alternatif pengganti CFC, setelah aspek lingkungan mengemuka, dan timbulnya permasalahan dalam peralihan dari CFC ke HFC, dikarenakan perlu adanya penyesuaian perangkat keras, pelumas, serta perlakuan khusus dalam operasional penggunaan bahan HFC : R-134a ini.

Demikian sulitnya perlakuan R-134a sebagai pengganti R-12 serta masih memiliki dampak Global Warming Potential (GWP), bahkan Greenpeace suatu LSM di Jerman yang sebelumnya gencar mendorong peralihan R-12 ke R-134a, kemudian beralih memperomosikan penggunaan hidrokarbon sebagai refrigeran, seperti GTZ-Technology yang telah populer di daratan Eropa. Penggunaan refrigeran hidrokarbon terus meluas ke berbagai negara di kawasan Asia Pasific, dan. dewasa ini telah banyak dikenal berbagai merek refrigerant yang dihasilkan oleh berbagai negara, seperti yang berasal dari negara : Inggeris, Perancis, Jerman, Belanda, Kanada, Australia, Amerika, Korea, dan lain-lain, termasuk Indonesia.

Indonesia sebagai negara yang memiliki cadangan gas alam dan minyak bumi, disamping pemanfaatan sebagai bahan bakar, juga memiliki potensi sebagai negara yang dapat berkecimpung dalam hal refrigerant hidrokarbon maupun produk-produk ramah lingkungan berbasis hidrokarbon lainnya seperti : Aerosol propellant, foaming agent, solvent, dan lain-lain.
Produk refrigerant hidrokarbon MUSI COOL merupakan refrigerant hidrokarbon yang sudah diproduksi di dalam negeri dengan beberapa grade bar 22.




Refrigeran hydrocarbon (Musicool) buatan Pertamina

  • MC-12 dan MC-134 sebagai pengganti refrigerant R-12 dan R-134a
    MC-12 dan MC-134 merupakan campuran propane dan i-butane dengan kandungan butane serendah mungkin agar tidak menggangu proses kondensasi pada sistem pendingin. Refrigerant ini digunakan pada kendaraan bermotor, kulkas dan dispenser
  • MC-22 sebagai pengganti refrigerant R-22 MC-22 digunakan untuk pendingin ruangan/AC jenis Split, window maupun central. Refrigerant ini memerlukan kandungan propane yang sangat tinggi yaitu 99,7 % wt dengan impuritis butane dan olefin yang serendah mungkin atau mendekati nol agar kinerja sistem pendingin berjalan optimal.
  • MC-600 sebagai refrigerant 600a MC-600 mempunyai kandungan i-butane yang sangat tinggi/dominan atau lebih besar dari 85 % wt dengan kandungan propane seminim mungkin. Refrigerant 600a saat ini digunakan sebagai media pendingin pada kulkas, yang beroperasi pada tekanan rendah. Ke depan prospek refrigerant ini sangat cerah karena kecenderungan penggunaannya tinggi.

d. Azeotrop

Senyawa azeotrop adalah suatu campuran yang tak dapat dipisahkan menjadi senyawa penyusunnya dengan cara distilasi. Senyawa ini menguap dan mengembun sebagai satu zat, tidak seperti campuran lainnya. Azeotrop yang paling dikenal adalah R502 yang merupakan campuran 48.8% R22 dan 51.2% R115. Azeotrop lainnya adalah R-500, campuran dari 73.8% R-12 dan 26.2% R-152a.

2. Sifat Regfrigeran

Dalam pemilihan refrigeran, sifat refrigeran yang penting antara lain sifat termodinamika, kimia, dan fisik. Sifat termodinamika yang penting antara lain titik didih, tekanan penguapan dan pengembunan, tekanan dan suhu kritis, titik beku, volume uap, COP, tenaga per ton refrigerasi. Sifat kimia berhubungan dengan reaksi refrigeran terhadap keadaan sekitar, antara lain tidak mudah terbakar, tidak beracun, tidak bereaksi dengan air, minyak dan bahan konstruksi. Sedangkan sifat fisik refrigeran berhubungan dengan bahan itu sendiri,antara lain konduktivitas dan kekentalan.

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










3. Atribut Lingkungan dan Atribut Kerja

Pemilihan refrigeran lainnya dibuat berdasarkan atribut kerja dan lingkungan. Atribut kerja refrigeran adalah sifat yang berkaitan dengan penggunaan refrigeran. Sifat ini dibandingkan dengan beban kerja yang sama atau suhu evaporasi dan suhu kondensasi yang sama. Sifat yang dibandingkan antra lain COP, efek pendinginan, serta tekanan kondensasi dan evaporasi. Tabel 5.2 menampilkan atribut kerja bebrapa refrigeran dengan suhu kondensasi 300C dan suhu evaporasi -150C.

Tabel 5.2. Atribut kerja beberapa refrigeran


Refrigeran

Tekanan evaporasi (kPa)

Tekanan kondensasi (kPa)

Rasio tekanan

Efek refrigerasi (kJ/kg)

Laju aliran massa per kW refrigerasi (L/det)

COP

11
12
22
502
717

20.4
182.7
295.8
349.6
236.5

125.5
744.6
1192.1
1308.6
1166.6

6.15
4.08
4.03
3.74
4.93

155.4
116.3
162.8
106.2
1103.4

4.9
0.782
0.476
0.484
0.462

5.03
4.70
4.66
4.37
4.76

Atribut lingkungan suatu refrigeran duhubungkan dengan reaksi refrigeran saat terlepas di atmosfer. Pada refrigeran halokarbon, atom klorin pada refrigeran akan berikatan dengan ozon di atmosfer, sehingga menyebabkan terjadinya penipisan ozon yang menyebabkan pemanasan global. Terdapat tiga jenis atribut lingkungan yang umum dikenal, GWP, ODP, dan tahun atmosferik.

GWP (Global Warming Potential) adalah ukuran seberapa banyak jumlah gas rumah kaca yang diperkirakan akan mempengaruhi pemanasan global. GWP merupakan suatu ukuran relatif yang membandingkan gas yang ingin diketahui nilainya dengan gas CO2 dalam jumlah yang sama. GWP juga harus diukur dalam waktu yang sama, umumnya diukur dalam waktu 100 tahun. ODP (Ozone Depletion Pottential) merupakan parameter yang menyatakan kemampuan suatu refrigeran untuk berikatan dengan ozon di stratosfer. Umumnya, makin banyak ion klorin dalam suatu refrigeran maka makin tinggi ODPnya. Siklus hidup menentukan lamanya suatu gas terurai di atmosfer. Atribut lingkungan beberapa refrigeran ditunjukkan pada tabel 5.3.

Tabel 5.3. Atribut lingkungan refrigeran primer


Refrigeran

Tahun atmosferik

ODP

GWP

Karbon dioksida
Metana

50-200
12 + 3

0
0

1
21

R-11
R-12
R-22
R-502
R-717 (Amonia)

50 + 5
120
13.3
-
-

1.0
1.0
0.055
0.283
0

4000
8500
1700
5600
Tidak ada

Refrigeran sekunder

Seperti dijelaskan sebelumnya, refrigeran sekunder merupakan fluida yang membawa panas dari benda yang didinginkan ke evaporator suatu sistem pendinginan. Suhu refrigeran sekunder akan berubah saat refrigeran mengambil panas namun tidak berubah fasa. Air dapat digunakan sebagai refrigeran sekunder, namun hanya untuk kondisi operasi di atas titik beku air. Refrigeran yang umum digunakan adalah campuran garam dan air (brine) atau anti beku yang mempunyai titik beku di bawah 00C. Beberapa anti beku yang umum digunakan adalah campuran air dengan etilen glikol, propiln glikol atau kalsium klorida. Etilen glikol dapat digunakan dalam industri makanan karena tidak beracun.

Refrigeran Inorganik

Penggunaan

Amonia (NH3)

Untuk cold storage, pabrik es, pendinginan bahan pangan

Air (H2O)

Pendinginan tipe ejektor

CO2

Sebagai karbondioksida padat atau es kering dan hanya digunakan untuk refrigerasi angkutan

Refrigeran 11 (CCL3F)

Pendinginan dengan kompresor sentrifugal untuk sistem AC ber-kapasitas besar

Refrigeran 12 (CCL2F)

Pendinginan dengan kompresor piston untuk refrigerasi unit kecil terutama water cooler, kulkas

Refrigeran 22 (CHCLF2)

Pendinginan dengan kompresor tipe piston untuk unit refrigerasi kapasitas besar seperti pengemasan dan central AC

Refrigeran 502

Untuk bahan pangan beku dalam kabinet, terutama untuk pendinginan di pasar swalayan

MESIN PENDINGIN ALTERNATIF

Perkembangan Sistem Pendingin Lainnya

Perkembangan sistem pendingin selain sistem kompresi uap dipicu oleh kemajuan yang dicapai dalam bidang termodinamika yang sangat pesat pada abad ke-19. Kemajuan ini dimulai dari penelitian mengenai gas oleh ahli fisika Inggris Boyle, disusul oleh Edme Mariotte (1620-1684), Jacques Charles (1746-1823) dan Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850), hingga penelitian mengenai mesin uap yang dilakukan oleh orang Skotlandia bernama James Watt (1736-1819). Ilmuwan Perancis Sadi Carnot (1796-1832) akhirnya mempublikasikan hasil karyanya yang menjadi inti Hukum Termodinamika Kedua pada tahun 1824. Berbagai penelitian mengenai teknik pendinginan sangat banyak dilakukan sebagai dampak dari kemajuan termodinamika ini.

Disamping mesin pendingin sistem kompresi uap, sebagaimana dijelaskan di atas, berbagai sistem pendingin lain juga ditemukan selama abad ke-19. Salah satu diantaranya adalah sistem pendingin siklus gas yang muncul akibat penemuan ”mesin udara” siklus terbuka oleh John Gorrie (1803-1855), seorang dokter Amerika. Gorrie mematenkan penemuan tersebut setelah berhasil mendiningkan brine ke suhu -7 oC pada tahun 1850 dan 1851. Alexander Kirk (1830-1892) berhasil mengembangkan mesin siklus tertutup yang dapat mendinginkan hingga suhu -13 oC pada tahun 1864. Mesin ini didasarkan pada motor udara panas yang dikembangkan oleh pastor Skotlandia Robert Stirling pada tahun 1837.


Gambar 1-6.

Termoelectric cooling

Pada tahun 1834, Ahli fisika Perancis Jean Charles Peltier (1785-1845) menemukan bahwa aliran arus searah yang melalui jembatan dua logam dapat menyebabkan pendinginan pada salah satu logam dan pemanasan pada logam lainnya. Sampai tahun 1940-an, sistem termoelektrik hanya dianggap sebagai keingin-tahuan ilmiah, hingga berkembangnya pengetahuan mengenai semi-konduktor. Akan tetapi, hingga sekarang penggunaan sistem pendingin termoelektrik secara komersial relatif sangat kecil.

Salah satu sistem pendingin yang berkembang dengan baik, disamping sistem kompresi uap, adalah sistem absorbsi. Mesin pendingin sistem absorbsi kontinyu yang pertama ditemukan pada tahun 1859 oleh seorang Perancis bernama Ferdinand Carré (1824-1900). Mesin temuan Carré ini menggunakan air sebagai absorber dan amonia sebagai refrigeran. Sistem absorbsi tak-kontinyu sebenarnya lebih dulu dikembangkan (hasil temuan saudara Ferdinand Carré yang bernama Edmond Carré pada tahun 1866), tetapi tidak terlalu berhasil. Pada tahun 1913, seorang Jerman bernama Edmund Altenkirch berhasil mempelajari dan menjelaskan sifat termodinamik sistem ini dengan rinci. Pada tahun 1940-an, sistem absorbsi dengan litium-bromida sebagai absorber dan air sebagai refrigeran berhasil dikembangkan di Amerika, sebagai modifikasi dari sistem yang dikembangkan oleh Carré. Sistem absorbsi litium-bromida-air ini banyak digunakan dalam bidang pengkondisian udara.

Sistem Pendinginan Absorbsi

Sejarah mesin pendingin absorbsi dimulai pada abad ke-19 mendahului jenis kompresi uap dan telah mengalami masa kejayaannya sendiri. Siklus pendinginan absorbsi mirip dengan siklus pendinginan kompresi uap. Perbedaan utama kedua siklus tersebut adalah gaya yang menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan antara tekanan penguapan dan tekanan kondensasi serta cara perpindahan uap dari wilayah bertekanan rendah ke wilayah bertekanan tinggi.




Pada sistem pendingin kompresi uap digunakan kompresor, sedangkan pada sistem pendingin absorbsi digunakan absorber dan generator. Uap bertekanan rendah diserap di absorber, tekanan ditingkatkan dengan pompa dan pemberian panas di generator sehingga absorber dan generator dapat menggantikan fungsi kompresor secara mutlak. Untuk melakukan proses kompresi tersebut, sistem pendingin kompresi uap memerlukan masukan kerja mekanik sedangkan sistem pendingin absorbsi memerlukan masukan energi panas. Oleh sebab itu, siklus kompresi uap sering disebut sebagai siklus yang digerakkan dengan kerja (work-operated) dan siklus absorbsi disebut sebagai siklus yang digerakkan dengan panas (heat operated). Gambar 6-1 menunjukkan persamaan dan perbedaan antara siklus kompresi uap dengan siklus absorbsi.

Salah satu keunggulan sistim absorbsi adalah karena menggunakan panas sebagai energi penggerak. Panas sering disebut sebagai energi tingkat rendah (low level energy) karena panas merupakan hasil akhir dari perubahan energi dan sering kali tidak didaur ulang. Pemberian panas dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti menggunakan kolektor surya, biomassa, limbah, atau dengan boiler yang menggunakan energi komersial.

Prinsip Kerja Siklus Absorbsi

Dasar siklus absorbsi disajikan pada gambar 6-2. Pada gambar ditunjukkan adanya dua tingkat tekanan yang bekerja pada sistem, yaitu tekanan rendah yang meliputi proses penguapan (di evaporator) dan penyerapan (di absorber), dan tekanan tinggi yang meliputi proses pembentukan uap (di generator) dan pengembunan (di kondensor). Siklus absorbsi juga menggunakan dua jenis zat yang umumnya berbeda, zat pertama disebut penyerap sedangkan yang kedua disebut refrigeran. Selanjutnya, efek pendinginan yang terjadi merupakan akibat dari kombinasi proses pengembunan dan penguapan kedua zat pada kedua tingkat tekanan tersebut. Proses yang terjadi di evaporator dan kondensor sama dengan pada siklus kompresi uap.




Kerja siklus secara keseluruhan adalah sebagai berikut :

Proses 1-2/1-3 : Larutan encer campuran zat penyerap dengan refrigeran (konsentrasi zat penyerap rendah) masuk ke generator pada tekanan tinggi. Di generator panas dari sumber bersuhu tinggi ditambahkan untuk menguapkan dan memisahkan refrigeran dari zat penyerap, sehingga terdapat uap refrigeran dan larutan pekat zat penyerap. Larutan pekat campuran zat penyerap mengalir ke absorber dan uap refrigeran mengalir ke kondensor.

Proses 2-7 : Larutan pekat campuran zat penyerap dengan refrigeran (konsentrasi zat penyerap tinggi) kembali ke absorber melalui katup cekik. Penggunaan katup cekik bertujuan untuk mempertahankan perbedaan tekanan antara generator dan absorber.

Proses 3-4 : Di kondensor, uap refrigeran bertekanan dan bersuhu tinggi diembunkan, panas dilepas ke lingkungan, dan terjadi perubahan fase refrigeran dari uap ke cair. Dari kondensor dihasilkan refrigeran cair bertekanan tinggi dan bersuhu rendah.

Proses 4-5 : Tekanan tinggi refrigeran cair diturunkan dengan menggunakan katup cekik (katup ekspansi) dan dihasilkan refrigeran cair bertekanan dan bersuhu rendah yang selanjutnya dialirkan ke evaporator.

Proses 5-6 : Di evaporator, refrigeran cair mengambil panas dari lingkungan yang akan didinginkan dan menguap sehingga terjadi uap refrigeran bertekanan rendah.

Proses 6-8/7-8 : Uap refrigeran dari evaporator diserap oleh larutan pekat zat penyerap di absorber dan membentuk larutan encer zat penyerap. Jika proses penyerapan tersebut terjadi secara adiabatik, terjadi peningkatan suhu campuran larutan yang pada gilirannya akan menyebabkan proses penyerapan uap terhenti. Agar proses penyerapan berlangsung terus-menerus, absorber didinginkan dengan air yang mengambil dan melepaskan panas tersebut ke lingkungan.

Proses 8-1 : Pompa menerima larutan cair bertekanan rendah dari absorber, meningkatkan tekanannya, dan mengalirkannya ke generator sehingga proses berulang secara terus menerus.

2. Analisa Pendinginan Absorbsi

Siklus pendinginan absorbsi pada prinsipnya merupakan kombinasi dari 2 siklus, yaitu siklus tenaga dan siklus pendinginan, seperti disajikan pada Gambar 6-3. Siklus tenaga menghasilkan kerja yang dibutuhkan untuk melakukan proses pengempaan (kompresi) uap yang dihasilkan oleh evaporator.


Siklus tenaga menerima panas qg pada suhu Ts, melepas energi W dalam bentuk kerja ke siklus pendinginan, dan melepas sejumlah qa energi ke lingkungan dalam bentuk panas pada suhu Ta. Siklus refrigerasi menerima kerja sebesar W dan menggunakannya untuk memompa sejumlah qe panas pada suhu pendinginan Tr kemudian melepaskan sejumlah qc panas pada suhu lingkungan Ta.Dari definisi COP, untuk siklus tenaga berlaku persamaan:



sedangkan untuk siklus pendinginan berlaku,



Koefisien penampilan (COP) siklus absorbsi ideal atau siklus pendinginan yang digerakkan dengan panas didefinisikan sebagai :



Dengan memasukkan persamaan [6-1] dan [6-2] diperoleh koefisien penampilan ideal



Dari persamaan di atas dapat diambil beberapa kecenderungan, yaitu :

- COP meningkat jika Tg meningkat

- COP meningkat jika Te meningkat

- COP menurun jika Ta menurun

Dalam beberapa hal, penggunaan COP untuk melihat penampilan sistem pendinginan absorbsi tidak menguntungkan karena nilainya sangat rendah dibandingkan dengan COP sistem pendinginan kompresi uap. Akan tetapi, hal ini tidak mutlak menunjukkan bahwa penampilan kerja sistem absorbsi lebih rendah dibandingkan sistem kompresi uap karena definisi keduanya sangat berbeda. COP sistem kompresi uap adalah perbandingan laju pendinginan terhadap tenaga dalam bentuk kerja yang diberikan pada sistem, sedangkan pada sistem absorbsi adalah perbandingan terhadap penambahan panas pada generator. Secara umum, energi dalam bentuk kerja lebih tinggi nilai dan harganya dibandingkan dalam bentuk panas.

Di kondensor dan evaporator :

yaitu massa refrigeran yang mengalir jika konsentrasi zat penyerap yang terkandung pada refrigeran setelah keluar dari generator (pada titik 4) dianggap nol (keadaan ideal).

Keseimbangan energi

Energi masuk = energi keluar :



dimana :











dimana :

h : entalpi (kJ/kg)

m : laju aliran massa (kg/det)

p : tekanan (kPa)

q : energi (kJ/kg)

v : volume jenis larutan (m3/kg)

wp : kerja pompa (kW/kg)

x : konsentrasi penyerap (-)

hp : efisiensi pompa (-)

huruf kecil 1-8 : sesuai dengan gambar 6-8

a : absorber (penyerap)

c : campuran

e : evaporator

g : generator

k : kondensor

r : refrigeran

Kombinasi Refrigeran – Absorber pada Sistem Pendinginan Absorbsi

Terdapat beberapa kriteria yang harus dipenuhi oleh kombinasi refrigeran dengan zat penyerap untuk layak digunakan pada mesin pendingin absorbsi. Diantaranya adalah :

  1. Zat penyerap harus mempunyai nilai afinitas (pertalian) yang kuat dengan uap refrigeran, dan keduanya harus mempunyai daya larut yang baik pada kisaran suhu kerja yang diinginkan.
  2. Kedua cairan tersebut, baik masing-masing maupun hasil campurannya, harus aman, stabil, dan tidak korosif.
  3. Secara ideal, kemampuan penguapan zat penyerap harus lebih rendah dari refrigeran sehingga refrigeran yang meninggalkan generator tidak mengandung zat penyerap
  4. Refrigeran harus mempunyai panas laten penguapan yang cukup tinggi sehingga laju aliran refrigeran yang harus dicapai tidak terlalu tinggi
  5. Tekanan kerja kedua zat harus cukup rendah (mendekati tekanan atmosfir) untuk mengurangi berat alat dan menghindari kebocoran ke lingkungannya

Saat ini, terdapat dua kombinasi refrigeran-zat penyerap yang umum digunakan, yaitu air-litium bromida (H2O-LiBr) dan amonia-air (NH3-H2O). Pada kombinasi pertama, air bertindak sebagai refrigeran dan litium bromida sebagai zat penyerap, sedang pada kombinasi kedua, amonia bertindak sebagai refrigeran dan air sebagai zat penyerap.

Sistem Litium Bromida – air

Sistem litium bromida-air banyak digunakan untuk pengkondisian udara dimana suhu evaporasi berada di atas 0 oC. Litium Bromida (LiBr) adalah suatu kristal garam padat, yang dapat menyerap uap air. Larutan cair yang terjadi memberi tekanan uap yang merupakan fungsi suhu dan konsentrasi larutan, seperti ditunjukkan pada Gambar 6-5. Diagram pada gambar tersebut digunakan pada keadaan jenuh larutan, dimana larutan berada pada keadaan keseimbangan.

Hubungan antara entalpi dengan persentase Litium-Bromida dalam larutan LiBr pada berbagai suhu larutan diberikan pada Gambar 6-6. Di bagian kanan bawah Gambar 6-5 dan Gambar 6-6 terdapat batas dimana terjadi kristalisasi larutan LiBr-H2O, yaitu pada keadaan mana larutan mengalami pemadatan. Proses yang terjadi pada wilayah melewati batas kristalisasi akan mengakibatkan pembentukan lumpur padat dan penyumbatan sehingga mengganggu aliran di dalam pipa.

Sistem Air – Amonia

Sistem amonia-air digunakan secara luas untuk mesin pendingin berskala kecil (perumahan) maupun industri, yang mana suhu evaporasi yang dibutuhkan mendekati atau di bawah 0 oC. Sistem amonia-air mempunyai hampir seluruh kriteria yang diperlukan di atas, kecuali bahwa zat-zat tersebut dapat bersifat korosif terhadap tembaga dan alloynya, serta sifat amonia yang sedikit beracun sehingga membatasi penggunaannya untuk pengkondisian udara.

Kelemahan sistem amonia-air yang paling utama adalah air yang juga mudah menguap sehingga amonia yang berfungsi sebagai refrigeran masih mengandung uap air pada saat keluar dari generator dan masuk ke evaporator melalui kondensor. Keadaan ini dapat menyebabkan uap air meninggalkan panas di evaporator dan meningkatkan suhunya sehingga menurunkan efek pendinginan. Untuk menghindari hal itu, mesin pendingin absorbsi dengan sistem amonia-air umumnya dilengkapi dengan rectifier dan analyzer, seperti ditunjukkan pada Gambar 6-7. Amonia yang masih mengandung uap air dari generator melalui rectifier, suatu mekanisma yang bekerja seperti kondenser akibat adanya arus balik uap air dari analyzer. Di sini, uap air yang mempunyai suhu jenuh yang lebih tinggi diembunkan dan dikembalikan ke generator. Selanjutnya amonia dan sejumlah kecil uap air diteruskan ke analyzer, dimana uap air dan sebagian kecil amonia diembunkan dan dikembalikan ke generator melalui rectifier, sedangkan amonia diteruskan ke kondensor. Analyzer pada prinsipnya adalah suatu kolom distilasi, yang umumnya menggunakan air pendingin dari kondensor sebagai media pendingin.

Untuk dapat menghitung penampilan panas di dalam siklus pendinginan absorbsi maka diperlukan data entalpi tiap kombinasi refrigeran-zat penyerap yang digunakan. Diagram entalpi-konsentrasi sistem amonia-air (NH3-H2O) diberikan pada Lampiran. Perlu diperhatikan bahwa pada diagram tersebut konsentrasi yang ditunjukkan adalah konsentrasi NH3 di dalam larutan NH3-H2O, meskipun dalam hal ini amonia berfungsi sebagai refrigeran dan air sebagai zat penyerap.

Efek Termoelektrik

Jika arus dilewatkan melalui suatu termokopel maka akan terjadi 5 efek sebagai berikut:

Efek Seebeck; yaitu efek yang mendefinisikan mekanisme pengukuran suhu dengan termokopel (Gambar 6-8). Jika dua konduktor A dan B yang berbeda disambungkan dan kedua ujung sambungan tersebut diletakkan pada suhu yang berbeda, maka akan dihasilkan gaya gerak listrik (GGL). Sebaliknya, jika GGL tersebut disediakan, maka akan terjadi suhu berbeda pada kedua ujung tersebut. Hubungan antara beda suhu dengan GGL tersebut adalah:




Gambar. Efek Termoelektrik


Efek Joulean; yaitu efek pembentukan panas sebagai akibat dari arus yang mengalir karena terbentuknya GGL pada efek Seebeck di atas.


TANTANGAN INDUSTRI PENDINGINAN DAN PEMBEKUAN PANGAN

Teknik refrigerasi adalah teknik pengambilan panas dari suatu benda atau ruangan yang bersuhu lebih rendah dari lingkungan alamiahnya. Teknik refrigerasi merupakan penerapan termodinamika dan perpindahan panas/massa, yang termasuk dalam cakupan bidang konversi energi. 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) kemudian ke fase cair kembali secara berulang.


Gambar 1-11. Chilling injury

Proses pendinginan merupakan proses yang populer untuk penyimpanan produk-produk pertanian. Dengan menurunkan suhu suatu produk, aktivitas enzim dan mikroba yang ada akan berkurang, sehingga penurunan mutu atau kerusakan dapat dihambat. Pada buah-buahan atau sayur-sayuran, pengendalian proses pendinginan merupakan faktor kritis karena dapat menyebabkan chilling injury bila dibawah suhu tertentu. Pembekuan merupakan pendinginan sampai titik beku air dengan tujuan yang sama. Pada umumnya produk beku akan mempunyai ketahanan yang lebih lama, namun tidak semua produk pertanian cocok dengan proses ini.

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:



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)

Tujuan (2) dan (3) didasarkan pada siklus Carnot terbalik dan berbeda hanya pada hasil akhir yang diinginkan. Proses yang berlangsung pada siklus pendinginan dan siklus pompa panas pada prinsipnya sama dan hanya berbeda pada tujuan akhir proses. Pada siklus pendinginan yang menjadi tujuan adalah mendapatkan suhu yang lebih rendah dari lingkungannya, sebaliknya pada siklus pompa panas yang menjadi tujuan akhir adalah memperoleh suhu yang lebih tinggi dari lingkungannya.

Penampilan mesin pendingin dan pompa panas umumnya dinyatakan dalam koefisien penampilan (coefficient of performance, COP). Koefisien penampilan (coefficient of performance, cop) telah digunakan sebagai alat pengukur keefektifan suatu alat dan didefinisikan sebagai perbandingan antara hasil akhir yang diperoleh dengan kerja bersih yang harus diberikan. Berdasarkan Gambar 3-2, cop mesin pendinginan adalah,



untuk pompa panas,



dan untuk mesin panas,



Meskipun siklus Carnot sangat efisien bekerja di antara dua sumber panas tertentu dan sangat berguna sebagai kriteria bagi siklus yang bekerja secara sempurna, terdapat kelemahan yang sangat jelas jika gas digunakan sebagai refrigeran. Kelemahan-kelemahan tersebut antara lain adalah :

  1. Terjadinya tekanan yang sangat tinggi dan volume yang sangat besar karena kenaikan tekanan terjadi saat berlangsungnya kompresi isentropik serta saat proses pelepasan panas secara isotermal.
  2. Proses pindah panas dengan menggunakan gas, yaitu media yang mempunyai kapasitas panas tertentu, tidak mungkin diperoleh di dalam praktek.
  3. Diagram p-v siklus yang bekerja dengan menggunakan gas sangat sempit sehingga sedikit ke-tak-mampubalikan di dalam proses tertentu akan mengakibatkan peningkatan kerja yang dilakukan yang sangat besar dan merupakan bagian terbesar kerja bersih siklus tersebut.

Koefisien tampilan menyatakan keefektifan suatu sistem pendingin, yang merupakan perbandingan antara efek pendinginan bermanfaat terhadap energi bersih yang harus disediakan dari luar untuk mendapatkan efek pendinginan tersebut.



Efisiensi refrigerasi menunjukkan kedekatan sistem atau siklus pendingin tersebut dengan siklus ideal yang mampu-balik, yaitu siklus Carnot.



Siklus Pendinginan Teoritis Dan Nyata

Siklus pendinginan kompresi uap ditunjukkan pada Gambar 3-3. Proses 1-2 adalah kompresi, 2-3 adalah kondensasi, 3-4 adalah ekspansi, dan 4-1 adalah evaporasi.

Gambar 3-3. Siklus refrigerasi kompresi uap

Siklus pendinginan kompresi uap teoritis, sebagaimana yang umum digunakan, ditunjukkan pada Gambar 3-4 dalam sistem koordinat p-V, T-s dan p-h, dimana tanda nomor proses sama dengan pada Gambar 3-5. Proses kompresi yang berlangsung pada jalur 1-2 disebut kompresi basah, dimana refrigeran yang masuk ke- dan keluar dari kompresor adalah refrigeran kering dan jenuh (derajat kering uap = 1). Proses kompresi dapat juga terjadi pada jalur 1'-2' yang disebut dengan kompresi basah karena refrigeran yang masuk ke kompresor masih mengandung fase cair (derajat kering <>cop) sedikit lebih rendah, pendinginan dengan kompresi kering lebih sering digunakan dengan alasan kompresor akan lebih aman karena tidak terjadi kemungkinan masuknya refrigeran cair yang dapat mempengaruhi kerja kompresor. Pada proses kompresi kering, uap refrigeran yang meninggalkan kompresor dalam keadaan panas-lanjut (superheat) sehingga kelebihan panas tersebut harus dibuang di kondensor pada tekanan tetap (tekanan kondensor) dan suhu tetap sebelum dikondensasi menjadi cairan refrigeran (proses 2-2').

Proses kompresi dianggap berlangsung secara isentropik karena lebih mendekati keadaan sesungguhnya, meskipun secara teoritis kompresi isotermal lebih disukai karena membutuhkan kerja yang lebih kecil. Kerja pada proses pencekikan (throtling) seharusnya dapat didaur-ulang, akan tetapi karena tidak ekonomis jarang dilakukan.

Perbandingan antara siklus kompresi uap teoritis (siklus 1-2'-2''-3-4'-1) dengan siklus Carnot terbalik (siklus 1-2-3-4-1) ditunjukkan dalam diagram T-s pada Gambar 3-6. Seperti terlihat pada bagian yang diarsir di dalam gambar, terdapat tiga luasan yang merupakan perbedaan antara siklus kompresi uap teoritis dengan siklus Carnot terbalik. Luasan 2-2'-2'' menunjukkan penambahan kerja yang harus diberikan ke kompresor serta tambahan panas yang harus dilepas di kondensor sebagai akibat kompresi yang tidak isotermal. Luasan 3-3'-4-3 menunjukkan tambahan kerja ke siklus akibat kerja pencekikan yang tidak didaur-ulang. Luasan 4-sa-sb-4'-4 menunjukkan kehilangan efek pendinginan sebagai akibat dari peningkatan entropi karena proses pencekikan. Masih terdapat perbedaan-perbedaan lain antara siklus kompresi uap teoritik dan nyata, akan tetapi karena nilainya tidak terlalu besar masih dapat diabaikan dari perhitungan.

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.

Analisis Kinerja Mesin Pendingin

Analisa terhadap siklus pendinginan kompresi uap dapat dilakukan dengan menggunakan Gambar 3-7. Sebagaimana telah dijelaskan di atas, terjadi 4 proses yang membentuk satu siklus kompresi uap dan terjadi berulang-ulang. Proses dan perubahan keadaan pada setiap proses yang terjadi adalah :




Gambar 3-7. Analisis siklus pendinginan kompresi uap

Proses 1-2 (kompresi) : Gas refrigeran yang keluar dari evaporator masuk dan dikempa pada kompresor sehingga menghasilkan gas refrigeran dengan tekanan dan suhu yang lebih tinggi. Suhu tinggi merupakan akibat dari proses kompresi isentropik.

Proses 2-3 (kondensasi) : Gas refrigeran bertekanan dan bersuhu tinggi dikondensasi dan menghasilkan refrigeran cair jenuh. Proses yang terjadi adalah pelepasan panas ke lingkungan. Proses kondensasi bekerja pada tekanan tetap. Pada awal proses suhu gas refrigeran sedikit mengalami penurunan, selanjutnya terjadi perubahan fase gas menjadi cair pada suhu tetap.

Proses 3-4 (pencekikan) : Tekanan cairan refrigeran diturunkan dengan menggunakan katup cekik (expansion valve). Saat terjadi penurunan tekanan, juga terjadi penurunan suhu dan peningkatan mutu gas refrigeran, sebab dengan penurunan tekanan dan suhu sebagian refrigeran cair berubah menjadi gas.

Proses 4-1 (penguapan) : Proses penguapan terjadi pada suhu sama, dimana hanya terjadi perubahan fase refrigeran cair menjadi gas. Panas laten penguapan diambil dari lingkungan sehingga terjadi pendinginan lingkungan. Besarnya pendinginan yang terjadi dinyatakan dalam efek pendinginan (ton refrigerasi).

Penggunaan Diagram Molier

Tekanan dan entalpi refrigeran mengalami perubahan pada saat melalui berbagai komponen mesin pendingin. Pada evaporator dan kondensor, entalpi berubah sementara tekanan tetap. Pada kompresor terjadi perubahan entalpi bersama-sama dengan perubahan tekanan, sedangkan pada katup ekspansi terjadi perubahan tekanan dengan entalpi tetap. Berdasarkan sifat-sifat di atas, telah dikembangkan suatu diagram tekanan-entalpi (diagram molier) yang dapat digunakan untuk analisa sistem pendinginan kompresi uap.


Gambar 3-8. Diagram Mollier


Konstruksi diagram mollier untuk refrigeran R-12ditunjukkan pada Gambar 3-8. Sumbu mendatar adalah entalpi sedangkan sumbu tegak adalah tekanan, sehingga garis-garis mendatar menunjukkan tekanan sama sedangkan garis-garis tegak menunjukkan entalpi sama. Garis melengkung dari kiri bawah ke kanan atas hingga titik kritis adalah garis cair jenuh.

Di sebelah kiri garis cair jenuh refrigeran berada pada keadaan cair super-dingin atau cair terkondensasi. Pada garis jenuh refrigeran berada pada keadaan keseimbangan dengan nilai mutu uap 0 (nol), artinya seluruh refrigeran berada pada keadaan cair. Semakin ke kanan garis cair jenuh nilai mutu uap refrigeran semakin besar hingga mencapai nilai 1 (satu) pada garis uap jenuh, yaitu garis melengkung dari kanan bawah ke kiri atas mencapai titik kritis.

Di sebelah kanan garis uap jenuh, refrigeran berada pada keadaan uap super-panas. Garis suhu sama ditunjukkan dengan pola khusus seperti pada penggalan garis yang dihubungkan dengan huruf "s-u-h-u", sedangkan garis volume jenis sama dan garis entropi sama ditunjukkan seperti pada gambar.

Keseluruhan siklus yang terjadi pada pendingin kompresi uap, mencakup kompresi, kondensasi, ekspansi, dan evaporasi dapat digambarkan secara mudah pada diagram tersebut. Gambar 3-9 menunjukkan siklus pendinginan kompresi uap yang bekerja secara ideal dengan suhu evaporasi Te dan suhu kondensasi Tk

Peletakan siklus di dalam diagram dilakukan dengan memperhatikan sifat tiap proses yang membentuk siklus tersebut. Proses kompresi (1-2) digambarkan bekerja secara isentropik, sehingga berada pada garis entropi sama (s).

Proses pengembunan (2-3) bekerja pada keadaan tekanan tetap pada suhu T3, sehingga berada pada garis mendatar. Pencekikan (3-4) bekerja pada keadaan isentalpik sehingga merupakan garis tegak lurus entalpi sama, dalam hal ini h3 = h4.

Proses penguapan kembali bekerja pada tekanan tetap tapi pada suhu Tk yang merupakan perpotongan antara garis pengembunan dengan garis cair jenuh. Nilai h1 merupakan entalpi pada perpotongan antara garis penguapan garis uap jenuh sedangkan nilai h2 merupakan entalpi pada perpotongan antara garis pengembunan dengan garis entropi (s).

Siklus yang bekerja dengan pendinginan lanjut disajikan pada Gambar 3-10. Di dalam kondensor gas refrigeran diembunkan hingga seluruhnya menjadi refrigeran cair (mencapai garis cair jenuh). Pada proses pendinginan lanjut, terjadi pelepasan panas yang lebih besar dari pada yang dibutuhkan untuk kondensasi sehingga suhu refrigeran cair yang keluar dari kondensor lebih rendah dari suhu pengembunan Tk dan berada pada keadaan cair super-dingin (cair terkompresi).

Jika proses lain di dalam siklus sama dengan proses pada siklus ideal, pendinginan lanjut sebesar ΔT (selisih antara suhu refrigeran cair jenuh Tk dengan suhu refrigeran keluar dari kondensor T') dapat menyebabkan peningkatan efek pendinginan sebesar Δh = h' - h3 . ΔT dalam hal ini sering disebut sebagai derajat pendinginan lanjut atau derajat super-dingin.

Siklus yang bekerja dengan pemanasan. Pemanasan lanjut terjadi pada evaporator. Pada evaporator terjadi penyerapan panas yang digunakan untuk menguapkan refrigeran cair yang keluar dari katup cekik pada suhu Te hingga seluruh refrigeran menjadi uap. Pada proses pemanasan lanjut, panas yang diserap lebih besar dari pada yang dibutuhkan untuk penguapan dan kelebihan tersebut digunakan untuk meningkatkan suhu uap, sehingga uap yang keluar dari evaporator berada pada keadaan uap super-panas. Jika proses lain di dalam siklus sama dengan proses pada siklus ideal, pemanasan lanjut sebesar ΔT (selisih antara suhu refrigeran keluar dari evaporator dengan suhu uap jenuh Te ) dapat menyebabkan peningkatan efek pendinginan sebesar Δh = h1 - h'. ΔT dalam hal ini sering disebut sebagai derajat pemanasan lanjut atau derajat super-panas. Proses pemanasan lanjut sering juga disebut dengan proses kompresi kering karena refrigeran yang masuk ke kompresor seluruhnya dalam keadaan uap (mutu uap = 1). Proses kompresi basah terjadi jika refrigeran yang keluar dari evaporator dan masuk ke kompresor belum seluruhnya menjadi uap (mutu uap <>

Untuk keperluan teknik status zat dapat lebih mudah ditentukan dengan menggunakan tabel sifat termodinamik zat. Tabel untuk air sering disebut dengan Tabel Uap (Steam Table). Tabel sifat termodinamik air dan beberapa zat yang umum digunakan sebagai refrigeran diberikan pada Lampiran. Cara pembacaan Tabel Uap dijelaskan sebagai berikut.

  • Tabel sifat termodinamik berisi nilai-nilai untuk suhu (T) tekanan (p), volume jenis (v), panas dalam (u), entalpi (h) dan entropi (s).
  • Tabel sifat termodinamik terdiri atas tabel jenuh (Lampiran), tabel super panas (Lampiran) dan tabel super dingin (Lampiran).
  • Tabel jenuh (saturated) dapat dibaca melalui dua cara, yaitu melalui suhu (Lampiran) dan melalui tekanan (Lampiran). Nilai-nilai pada tabel ini menunjukkan status zata pada kondisi jenuh yaitu berada pada garis lengkung pada Gambar I-3. Tabel jenuh berisi nilai sifat pada keadaan terdapat dua fase (cair dan uap) dalam keseimbangan. Sifat v, u, h dan s mempunyai subskrip "f", "g", dan "fg". Subskrip "f" berarti keadaan cair jenuh (fluid) ditunjukkan dengan garis melengkung cembung ke kiri pada Gambar I-3, dimana mutu uap 0.0. Subskrip "g" berarti uap jenuh (gas) ditunjukkan dengan garis melengkung cembung ke kanan, dimana mutu uap 1.0. Subskrip "fg" berarti cair-gas (peralihan fase dari cair ke gas atau dari gas ke cair). Nilai bersubskrip "fg" sama dengan nilai bersubskrip "g" dikurang nilai bersubskrip "f", atau Zfg = Zg - Zf . Sebagaimana disebutkan pada bagian terdahulu, tekanan dan suhu pada status jenuh adalah saling tergantung sehingga pembacaan nilai sifat melalui tabel jenuh dapat dilakukan hanya dengan menggunakan salah satu nilai sifat yang diketahui, seperti suhu atau tekanan.

BAB III

KESIMPULAN



Kegunaan umum pendinginan adalah untuk pengawetan, penyimpanan dan distribusi bahan pangan yang rentan rusak. Kelayakan bahan pangan untuk dikonsumsi dapat diperpanjang dengan penurunan suhu, karena dapat menurunkan reaksi dan penguraian kimiawi oleh bakteri. Pendinginan maupun pembekuan tidak dapat meningkatkan mutu bahan pangan, hasil terbaik yang dapat diharapkan hanyalah mempertahankan mutu tersebut pada kondisi terdekat dengan saat akan memulai proses pendinginan. Hal ini berarti mutu hasil pendinginan sangat dipengaruhi oleh mutu bahan pada saat awal proses pendinginan.

Untuk dapat mempertahankan mutu bahan pangan, sangat penting diperhatikan proses penanganan dari mulai bahan pangan tersebut di panen/diolah, disimpan atau pada saat transportasi sampai ke tangan konsumen. Analisis rantai dingin (cold chain) dapat digunakan sebagai cara untuk mengetahui apakah bahan pangan tersebut ditangani secara benar atau tidak.

Penurunan mutu produk segar dapat dipengaruhi oleh :

  • Perubahan metabolic seperti penguapan, ethylene, tekstur dan aroma
  • Pertumbuhan dan pengembangan
  • Transpiration
  • Cacat
  • Kerusakan Physiologis
  • Busuk; pertumbuhan mikroba

Kondisi strowberi setalah 7 hari yang disimpan pada suhu 0, 5, 10 dan 15C

Yang harus diperhatikan dalam melakukan proses pendinginan yang baik adalah :

  • Waktu antara panen dan “pre-cooling”
  • Jenis karton, palet; ventilasi
  • Cara pendinginan dan waktu yang dibolehkan
  • Suhu produk sebelum didinginkan
  • Suhu produk akhir
  • Sanitasi dari sistem pendingin
  • Pelihara suhu produk

Dewasa ini dikenal beberapa metode pendinginan untuk bahan pangan, yaitu:

1. Air cooling

Air cooling menggunakan suhu pendingin lebih dari 0°C dengan debit udara 150m3/jam. Metode pendinginan air cooling dapat digolongkan menjadi:

a. Room cooling

Room cooling biasanya menggunakan ruang dengan insulasi yang dilengkapi dengan alat pendingin. Umumnya digunakan untuk berbagai macam produk segar tapi kurang efektif untuk segera memindahkan field heat produk

Cara penyimpanan produk dalam ruangan berpendingin sangat dipengaruhi oleh:

· Debit aliran udara (diusahakan sekitar 100 cfm per ton produk)

· Tumpukan produk

· Ventilasi antar kotak

· Suhu udara terendah

Penerapan metode pendinginan room cooling adalah untuk proses pendinginan produk pada skala kecil maupun besar


b. Air forced cooling

Pada pendinginan air forced cooling, udara pendingin didorong dengan kipas. Udara bersirkulasi dengan kecepatan tinggi 75-90% lebih cepat dibanding room cooling. Penggunaan air forced cooling harus dengan pengontrolan RH yang berkisar antara 90-98%. Metode pendinginan ini efektif untuk produk yang dikemas.

2. Hydrocooling

Pada pendinginan hydrocooling, panas produk dipindahkan melalui media air. Metode ini banyak digunakan untuk sayuran untuk mempertahankan tekstur dan kesegaran daun dan dapat digunakan sekaligus untuk membersihkan produk dimana dapat dicampur dengan klorin sebagai disinfectant. Kelemahannya adalah sering terjadi mechanical injury dan hanya bisa digunakan untuk komoditi yang tidak sensitif terhadap air. Hydrocooling untuk sayur biasanya dilakukan setelah dikemas.

3. Vacuum Cooling

Pendinginan vakum adalah salah satu metoda yang umum digunakan untuk pra-pendinginan sayuran berdaun. Efek pendinginan terjadi akibat penguapan cepat sejumlah air dari bahan yang akan didinginkan pada ruang bertekanan rendah. Panas laten yang dibutuhkan untuk penguapan tersebut diambil dari produk itu sendiri sehingga terjadi penurunan panas sensibelnya dan sebagai akibatnya terjadi penurunan suhu. Pendinginan vakum sangat popular pada pra-pendinginan sayuran berdaun karena dua keunggulannya yang utama, yaitu laju pendinginan cepat dan sebaran suhu seragam pada seluruh bahan Efek pendinginan melalui panas laten penguapan. Metode pendinginan vakummerupakan metod ependinginan yang paling cepat. Tekanan udara di ruang pendinginnya berkisar 4.6 mm Hg. Metode pendinginan vakum banyak diterapkan untuk mendinginkan sayuran daun seperti lettuce, cabbage, wortel, pepper, jamur, cauliflower.

Terdapat dua bidang pendinginan yang saling terkait dalam pendinginan yaitu bidang pengkondisian udara dan refrigerasi. Aplikasi teknik pendinginan dapat dijumpai di berbagai bidang. Di bidang industri, pengkondisian udara digunakan untuk mendapatkan suhu dan kelembaban yang nyaman bagi pekerja.

Ac (Air Conditioner)

Udara yang nyaman mempunyai kecepatan tidak boleh lebih dari 5 km/jam dengan suhu/ temperatur kurang dari 30°C dan banyak mengandung O2.

Daerah di Indonesia kebanyakan kurang memberikan kenyamanan karena udaranya panas (23 -34°C), kotor (berdebu, berasap) dan angin tidak menentu, khususnya pada bangunan tinggi dimana angin mempunyai kecepatan tinggi. Karena keadaan alam yang demikian, maka diperlukan suatu cara untuk mendapatkan kenyamanan dengan menggunakan alat penyegaran udara (air condition).

. Sistem pengkondisian udara pada umumnya dibagi menjadi 2 golongan utama :

· Pengkondisian udara untuk kenyamanan kerja

· Pengkondisian udara untuk industri

Refrigeran

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.

Powell (2002) menerangkan beberapa syarat yang harus dimiliki oleh refrigeran

1. Jenis Refrigeran

a. Golongan Halokarbon

Refrigeran golongn halokarbon adalah jenis refrigeran yang umum digunakan. Refrigeran jenis ini meliputi refrigeran yang terdiri dari satu atau lebih dari tiga jenis ion golongan halogen (klorin, fluorin, dan bromin). Beberapa jenis refrigeran halokarbon yang umum digunakan.

b. Senyawa Inorganik.

Awalnya, saat pendinginan hanya digunakan untuk tujuan khusus, hanya amoniak dan karbon dioksida yang dapat digunakan sebagai refrogeran. Saat pendinginan mulai dikenalkan pada masyarakat, sulfur dioksida, metil klorida dan metilen klorida digunkan karena sesuai dengan kompresor sentrifugal.

c. Senyawa Hidrokarbon

Banyak senyawa hidrokarbon yang digunakan sebagai refrigeran, umumnya digunakan pada industri minyak bumi, seperti metana, etana, propana, etilen, dan isobutilen. Kesemuanya flammable dan eksplosif. Digolongkan sedikit beracun karena mengandung efek bius pada tingkat tertentu. Etana, metana, dan etilen digunakan pada pendinginan suhu ekstra rendah.

Hidrokarbon sebagai refrigerant dalam sistem refrigerasi telah dikenal sejak tahun 1920-an, sebelum refrigerant sintetik dikenal.

d. Azeotrop

Senyawa azeotrop adalah suatu campuran yang tak dapat dipisahkan menjadi senyawa penyusunnya dengan cara distilasi. Senyawa ini menguap dan mengembun sebagai satu zat, tidak seperti campuran lainnya. Azeotrop yang paling dikenal adalah R502 yang merupakan campuran 48.8% R22 dan 51.2% R115. Azeotrop lainnya adalah R-500, campuran dari 73.8% R-12 dan 26.2% R-152a.