bab ii - universitas muhammadiyah malangeprints.umm.ac.id/44011/3/bab ii.pdf · 2019-02-04 ·...
Post on 27-Dec-2019
7 Views
Preview:
TRANSCRIPT
5
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Susu
Susu adalah cairan berwarna putih yang disekresikan oleh kelenjar mamae
pada mamalia, untuk bahan makanan sumber gizi anaknya (Winarno, 1993). Susu
yang dikonsumsi manusia sebagian besar berasal dari sapi yang biasa disebut susu
sapi, sedangkan susu ternak lain biasanya diikuti nama ternak asal tersebut,
misalnya susu kerbau, susu kambing, susu unta dan sebagainya dan susu manusia
disebut ASI atau dapat disebut air susu ibu (Sediaoetama, 1985). Susu merupakan
bahan makanan yang sangat penting untuk memenuhi kebutuhan manusia, karena
mengandung zat yang sangat diperlukan oleh tubuh seperti protein, lemak,
karbohidrat, vitamin dan mineral. Dipandang dari segi peternakan, susu adalah
suatu hasil sekresi kelenjar susu sapi, kerbau, kuda, kambing, unta dan ternak
mamalia lainnya yang sedang laktasi dan dilakukan pemerahan dengan sempurna,
tidak termasuk kolostrum serta tidak ditambah atau dikurangi oleh suatu
komponen apapun.
Susu mengandung zat kimia organis atau anorganis berupa zat padat, air
dan zat terlarut dalam air yang meliputi protein, karbohidrat. Lemak, mineral,
vitamin dan enzim (Soeparno et al., 2011). Muchtadi et al. (2010) meyatakan
bahwa susu merupakan bahan makanan yang hampir sempurna dan merupakan
makanan alamiah bagi binatang menyusui yang baru lahir, dimana susu
merupakan satusatunya sumber makanan pemberi kehidupan segera sesudah
kelahiran. Susu juga didefinisikan sebagai hasil sekresi kelenjar susu binatang
yang menyusui anaknya (mamalia).
Menurut Walstra et al. (2006), susu merupakan hasil sekresi kelenjar
mamari dari mamalia, dengan fungsi utama sebagai sumber nutrisi bagi anaknya.
Sebagian besar susu yang diproduksi adalah susu sapi, baik yang dikonsumsi
dalam bentuk segar maupun sebagai bahan baku produk olahan. Karena itu, istilah
susu biasanya berasal dari susu sapi. Menurut Muchtadi et al., (2010) susu adalah
6
sekresi yang komposisinya sangat berbeda dari komposisi darah yang merupakan
komponen asal susu. Sebagai bahan pangan susu dapat digunakan dalam bentuk
aslinya atau sebagai satu kesatuan, maupun dari bagian-bagiannya.
2.2 Komposisi Susu
Zat makanan yang terdapat dalam susu berbeda dalam tiga bentuk yaitu
larutan sejati (karbohidrat, garam anorganik dan vitamin), larutan koloidal
(protein dan enzim), dan emulsi (lemak dan senyawa yang ada hubungannya
dengan lemak seperti gliserida). Lemak yang terdapat sebagai emulsi biasanya
berbentuk globula. Komposisi utama susu adalah air (87-88%), lemak (3-4%),
laktosa (4,9-5%), protein kasar (3,3-3,5%) dan abu (0,69-0,7%). Komposisi susu
sangat bervariasi disebabkan oleh berbagai faktor yang dapat mempengaruhi
kondisi fisiologis ternak (Soeparno et al., 2011).
Adapun syarat mutu susu segar berdasarkan SNI 01-3141-2008 seperti
terlihat pada Tabel 2.1
No Parameter Syarat
2 3
1 Susunan Berat Jenis (BJ) pada suhu 27,5°C Minimal 1,0280
Susu Kadar Lemak Minimal 3,0%
Kadar Bahan Kering Tanpa Lemak Minimal 8,0%
(BKTL) atau Solid Non Fat (SNF)
Kadar Protein Minimal 2,7%
Cemaran logam berbahaya :
- Timbal (Pb) Maksimum 0,3
ppm
- Seng (Zn) Maksimum 0,5
ppm
- Merkuri (Hg) Maksimum 0,5
ppm
- Arsen (As) Maksimum 0,5
ppm
7
2 Keadaan Organoleptik : warna, bau, rasa Tidak ada
perubahan
Susu dan kekentalan
Kotoran dan benda asing Negatif
Cemaran mikroba :
- Total kuman Maksimum
106CFU/mL
- Salmonella Negatif
- E. coli (patogen) Negatif
- Coliform 20 CFU/mL
- Streprococcus group B Negatif
- Staphylococcus aureus 100 CFU/mL
Jumlah sel radang Maksimum
40.000/mL
Uji Katalase Maksimum 3 cc
Uji Reduktase 2 – 5 jam
Residu antibiotika, pestisida dan Sesuai dengan peraturan
insektisisda yang berlaku
Uji alkohol (70%) Negatif
Derajat Asam 6 – 7° pH
Uji Pemalsuan Negatif
Titik Beku -0,520 s/d -
0,560°C
Uji Peroksidase Positif
Murray et al. (2000) menyebutkan bahwa lemak berfungsi sebagai energi
yang efisien dan berperan penting dalam metabolisme tubuh. Lemak akan
menghasilkan asam-asam lemak dan kolesterol yang dibutuhkan untuk
pembentukan sel-sel membran pada semua organ tubuh. Subroto (2008)
menambahkan bahwa beberapa komponen bioaktif dalam susu yang memiliki
efek kesehatan antara lain adalah kasein fosfopeptida (CCP), peptide susu
antihipertensi, laktoferin, glikomakropeptida, asam linoleat terkonjugasi ( CLA),
asam miristat, sphingomyelin, asam butirat dan asam laurat.
8
Lemak di dalam susu dalam bentuk jutaan bola kecil yang bergaris tengah
rata-rata 3 mikron (Buckle et al., 2009). Noor (2002) dan Rahman et al. (1992)
menjelaskan bahwa butiran-butiran atau yang disebut juga globula tersebar merata
di dalam susu sebagai emulsi lemak dalam air, dimana globula lemak berada
dalam fase terdispersi. Setiap globula lemak dilapisi oleh lapisan tipis yang terdiri
dari protein dan fosfolopida, terutama lesitin yang terdapat dalam jumlah kecil di
dalam susu. Adanya lapisan ini yang menyebabkan globula lemak tidak dapat
bergabung satu sama lain sehingga emulsi susu menjadi stabil. Menurut Legowo
(2002) kandungan lemak dalam susu dapat berpengaruh dalam pembentukan asam
lemak dan pada akhirnya akan menciptakan cita rasa yang khas.
2.3 Manfaat Susu
Selain bermanfaat bagi kesehatan tulang dan gigi, susu diketahui
mendatangkan manfaat untuk optimalisasi produksi melatonin. Melatonin adalah
hormon yang dihasilkan oleh kelenjar pineal pada malam hari. Kehadiran
melatomin akan membuat kita merasa mengantuk dan kemudian tubuh bias
beristirahat dengan baik. Susu mengandung banyak asam amino tritofan yang
merupakan salah satu bahan dasar melatonin. Dianjurkan untuk meminum susu
sebelum tidur, agar tubuh dapat beristirahat dengan baik. Susu mempunyai
kemampuan mengikat logam-logam yang bertebaran akibat polusi, dengan
demikian susu bermanfaat untuk meminimalisir dampak keracunan logam berat
yang secara tidak sengaja masuk kedalam tubuh karena lingkungan yang terpolusi
(Khomsan,2004)
Menurut Melani (2007) manfaat susu bagi manusia adalah sebagai berikut:
1) mencegah osteoporosis dan menjaga tulang tetap kuat. Bagi anak-anak susu
berfungsi untuk pertumbuhan tulang yang membuat anak menjadi bertambah
tinggi, 2) menurunkan tekanan darah, 3) mencegah kerusakan gigi dan menjaga
kesehatan mulut, 4) susu mampu mengurangi keasaman mulut, merangsang air
liur, mengurangi plak dan mencegah gigi berlubang, 5) menetralisir racun seperti
logam atau timah yang mungkin terkandung dalam makanan, 6) mencegah
terjadinya kanker kolon atau kanker usus, 7) mencegah diabetes, 8) Mempercantik
9
kulit, membuatnya lebih bersinar, 9) Membantu agar lebih cepat tidur karena
kandungan susu akan merangsang hormon melatonin yang akan membuat tubuh
mengantuk.
2.4 Sistem Refrigerasi
Refrigerasi merupakan suatu proses penaikan kalor dari suatu benda atau
ruangan ke lingkungan sehingga temperature benda atau ruangan tersebut lebih
rendah dari temperature lingkungannya. Kinerja mesin refrigerasi kompresi uap
ditentukan oleh beberapa parameter, diantaranya adalah kapasitas pendinginan,
kapasitas pemanasan, daya kompresi, koefisien kinerja dan faktor kinerja sesuai
dengan konsep kekalan energy, panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat
dipindahkan. Sehingga refrigerasi selalu berhubungan dengan proses proses aliran
panas dan perpindahan panas (Muhammad, 2016).
Pada system refrigerasi terdapat beberapa system pendinginan
diantarannya system pendinginan absorbs dan system pendingin kompresi :
1. Absorbsi
Siklus pendinginan absorbsi miripdengan siklus pendinginan kompresi uapPerb
edaan utama kedua siklus tersebut adalahgaya yang menyebabkan terjadinya
perbedaan tekanan antara tekanan penguapan dantekanan kondensasi serta cara
perpidahanuap dari wilayah bertekanan rendah ke wilayahbertekanan tinggi.
Pada sistem pendingin kompresi uapdigunakan kompresor, sedangkan pada
sistempendingin absorbsi digunakan absorber dangenerator. Uap
bertekanan rendah diserap diabsorber, tekanan ditingkatkan dengan pompa dan
pemberian panas di generator sehingga absorber dan generator dapat mengantikan
fungsi kompresor secara mutlak. Untukmelakukan proses kompresi tersebut,
sistempendingin kompresi uap memerlukan masukankerja mekanik sedangkan
system pendingin absorbs memerlukan masukan energi panas oleh sebab itu,
siklus kompresi uap seringdisebut sebagai siklus yang digerakkan dengan
kerja dan siklus absorbsi (Muhammad, 2016).
10
2. Kompresi
Siklus pendingin kompresi uap merupakan sistemiang banyak digunakan dalam
system refrigrasi pada sistem ini terjadi proses kompresi pengembunanekspansi
dan penguapan.
Kompresi mengisap uap refrigeran dari sisi keluar dan
evaporator ini, tekanan diusahakan tetap rendah agar refrigeran senantiasa berada
dalam fasa gas dan ber temperature rendah. Didalam kompresor uap refrigerant
ditekan sehinggatekanan dan temperature tinggi untuk menghindarkan terjadinya
kondensasi dengan membuang energi ke lingkungan. energi yang diperlukan
untuk proses komporesi diberikan oleh motor listrik atau penggerak mula lainnya.
Jadi dalam proseskompresi energidiberikan kepada uap refrigeran. Pada waktuuap
refrigerandihisap masuk kedalam kompresor temperature masih tetap rendah
(Dossat, 1980).
Pada perancangan ini menggunakan sistem pendingin kompresi
dikarnakan lebih sesuai dengan konsep yang diinginkan yaitu sistem pendingin
kompresi uap.
2.5 Prinsip Kerja Sistem Pendingin
Pada Prinsip kerja systemadalah mendinginkan (cooling)produk ataupun
makanan yang ada di dalamya proses pendinginan freezer atau kulkas hamper
sama dengan air conditionerdi dalam sistem pendingin terdapat komponen utama
dari sitem pendingin (refrigerasi) adalah kompressor, kondensor, katup ekspamsi,
dan evaporator berfungsi untuk mengalirkan menaikan tekanan gas refrigran dari
evaporator yang selanjutnya dicairkan di dalam kondensor. Fungsi dari kondensor
mengkondensasikan gas refrigeran dengan menurunkan temperatur dan tekanan
gas yang konstan, lalu refrigran cair dialirkan ke katup ekspansi untuk diturunkan
temperature dan tekanan yang selanutnya dialirkan ke dalam evaporator (Achmad,
2017).
11
2.6 Komponen Utama Sistem Pendingin
2.6.1 Kompresor
Kompresor adalah bagian terpenting dari sistem kompresi uap yang
mendorong bahan pendingin ke semua bagian dari sistem. Kompresor bekerja
dengan perbedaan tekanan sehingga bahan pendingin dapat mengalir dari satu
bagian ke bagian yang lain dari sistem. Kompresor berfungsi untuk mengisap
refrigeran dari evaporator dengan suhu dan tekanan rendah lalu memampatkan
refrigeran tersebut sehingga tekanan dan suhunya meningkat untuk kemudian
dialirkan ke kondensor (Saiful, 2013).
Peranan kompresor dalam memampatkan gas telah menjadi hal yang
sangat penting pda kehidupan moderen. Peralatan rumah tangga seperti AC,
Kulkas, pompa angin, serta berbagai mesin telah melibatkan kompresor dalam
melakukan fungsinya.
Secara umum kompresor dapat dibagi menjadi tiga macam yaitu :
1. Kompresor jenis piston
Kompresor ini menggunakan silinder dan piston untuk memampatkan gas.
Biasanya jenis ini banyak digunakan untuk memampatkan gas. Yang memerlukan
tekanan tinggi. Tipe compressor piston mempunyai kelebihan dalam hal kekuatan
kompresinya sehinnga banyak digunakan pada mesin pendingin dan ac (Saiful,
2013).
Gambar 2.1 Kompresor Piston
2. Kompresor Rotari
12
Jenis ini bekerja dengan sebuah screw atau ulir yang berputar dalam silinder
sambil mendorong udara atau gas searah putaran ulir. Kelebihan dari jenis
kompresor ini adalah suaranya yang lebih kecil, serta getaran yang lebih kecil
dibandingkan dengan jenis piston. Jenis ini banyak dipergunakan pada mesin
pompa angina atau media udara. Jenis ini menggunakan valve dalam yang
memanfaatkan perbedaan tekanan untuk memindahkan gas atau refrigeran yang
akan dimampatkan (Holfman, 1992).
Gambar 2.2 Kompresor Rotari
3. Kompresor Sentrifugal
Kompresor ini banyak digunakan untuk memindahkan uap air. Gas atau udara
yang dipindahkan bergerak searah dengan putaran kompresor. Biasanya jenis ini
dipergunakan untuk memindahkan gas dalam jumlah besar dan kapasitas yang
memerlukan kecepatan. Jenis kompresor ini lebih banyak bekerja pada tekanan
rendah(Handoko, 1986).
13
Gambar 2.3 Kompresor Sentrifugal
Pada perancangan ini menggunakan jenis compressor piston atau rotary
karna kapasitas yang direncanakan tidak terlalu besar dan mempunyai bentuk
yang sederhana tidak memakan banyak tempat dapat.
Daya yang diperlukan oleh compressor untuk mengatasi beban pendingin
dapat dicari dengan persamaan 2,1.
P = m x W (2.1)
Dimana :
m = massa refrigran yang bersirkulasi (kg)
W = kerja kompresi (kj/kg)
2.6.2 Kondensor
Uap refrigeran dari kompresor yang bertekanan dan ber suhu ringgi
dialirkan ke kondensor untuk dicairkan dengan menggunakan air atau udara luar.
Kondensor berfungsi untuk membuang kalor dan merubah wujud refrigeran dari
fase gas menjadi fase cair. Jumlah kalor yang dilepaskan dalam kondensor sama
dengan jumlah kalor yang diserap oleh refrigeran di dalam evaporator setara
14
ekuivalen dengan energi yang diperlukan untuk melakukan kerja kompresi dan
kalor dari system(Achmad, 2017).
Menurut jenis cooling mediumnya kondensor dibagi menjadi 3 jenis yaitu :
a. Air Cooled Condenser (menggunakan udara sebagai cooling
mediumnya).
Air Cooled Kondensor mengkondensasikan pembuangan uap dari turbin
uap dan kembali kondensat(cairan yang sudah terkondensasi) ke boiler tanpa
kehilangan air (Hall, 1997).
Gambar 2. 5Air Cooled Condenser
b. Water Cooled Condenser (menggunakan air sebagai cooling
mediumnya).
Water Cooled Condenser yang paling banyak digunakan yaitu :
Shell and Tube Condenser
Shell and Tube Condenser atau Kondensor tipe Tabung dan Pipa digunakan
pada kondensor berukuran kecil sampai besar. biasa digunakan untuk
airpendingin berupa ammonia dan freon. Seperti terlihat pada gambar
didalam kondensor.
Tabung dan Pipa terdapat banyak pipa pendingin, dimana air pendingin pengalir
di dalam pipa-pipa tersebut, ujung dan pangkal pipa pendingin terikat pada pelat
pipa, sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat-sekat untuk
15
membagi aliran air yang melewati pipapipa dan mengatur agar kecepatannya
cukup tinggi, yaitu 1,5 – 2 m/detik.
Gambar 2. 6 Shell and Tube Condenser
Air pendingin masuk melalui pipa bagian bawah kemudian keluar melalui pipa
bagian atas. Jumlah saluran maksimum yang dapat digunakan sebanyak 12,
semakin banyak jumlah saluran yang digunakan maka semakin besar tahanan
aliran air pendingin. Pipa pendingin ammonia biasa terbuat dari baja sedangkan
untuk freon biasa terbuat dari pipa tembaga (Holman, 1994).
Jika menginginkan pipa yang tahan tehadap korosi bias menggunakan pipa
kuningan datau pipa cupro nikel. Ciri-ciri kondensor Tabung dan Pipa adalah :
o Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip sehingga ukurannya relatif
lebih kecil dan ringan.
o Pipa dapat dibuat dengan mudah.
o Bantuk yang sederhana dan mudah pemasangannya.
o Pipa pendingin mudah dibersihkan.
Shell and Coil Condenser
Kondensor tabung dan koil banyak digunakan pada unit pendingin dengan
Freon refrigerant berkapasitas lebih kecil, misalnya untuk penyegar udara,
pendingin air, dan sebagainya.
Seperti gambar dibawah ini, Kondensor tabung dan koil dengan tabung pipa
pendingin di dalam tabung yang dipasang pada posisi vertical. Koil pipa
16
pendingin tersebut biasanya dibuat dari tembaga, berbentuk tanpa sirip maupun
dengan sirip. Pipa tersebut mudah dibuat dan murah harganya.
Pada Kondensor tabung dan koil, aliran air mengalir di dalam koil pipa pendingin.
Disini, endapan dan kerak yang terbentuk di dalam pipa harus dibersihkan
menggunakan zat kimia(detergent) (Saiful, 2014).
Gambar 2.7Shell and Coil Condenser
Adapun cirri-ciri Kondensor tabung dan koil ialah Harganya murah karena mudah
dalam pembuatannya, Kompak karena posisinya yang vertical dan mudah dalam
Pemasangannya, Tidak perlu mengganti pipa pendingin, tetapi hanya perlu
pembersihan dengan menggunakan detergen
c) Tube and Tubes Condenser
Kondensor jenis pipa ganda merupakan susunan dari dua pipa coaksial
dimana refrigerant mengalir melalui saluran yang terbentuk antara pipa dalam dan
pipa luar yang melintang dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di
dalam pipa dalam arah berlawanan, yaitu refrigerant mengalir dari atas ke bawah.
17
Pada mesin pendingin berkapasitas rendah dengan Freon sebagai refrigerant, pipa
dalam dan pipa luarnya terbuat dari tembaga. Gambar dibawah ini menunjukkan
Kondensor jenis pipa ganda, dalam bentuk koil. Pipa dalam dapat dibuat bersirip
atau tanpa sirip (Achmad, 2017).
Gambar 2. 8Tube and Tubes Condenser
Kecepatan aliran di dalam pipa pendingin kira-kira antara 1-2 m/detik. Sedangkan
perbedaan temperature air keluar dan masuk pipa pendingin (kenaikan
temperature air pendingin di dalam kondensor) kira-kira mencapai suhu 10˚C.
Laju perpindahan kalornya relative besar.
Adapun cirri-ciri Kondensor jenis pipa ganda adalah sebagai berikut:
o Konstruksi sederhana dengan harga yang memadai.
o Dapat mencapai kondisi yang super dingin karena arah aliran refrigeran
dan air pendingin yang berlawanan.
o Penggunaan air pendingin relative kecil.
o Sulit dalam membersihkan pipa, harus menggunakan detergen.
o Pemeriksaan terhadap korosi dan kerusakan pipa tidak mungkin
dilaksanakan.
o Penggantian pipanya pun juga sulit dilakukan (Stocker, 1987).
Untuk tipe kondensor yang akan digunakan pada perancangan mesin
pendingin ikan ini dalah tipe Tube and Tubes Condenserdapat dilighat pada
Gambar 2.9.
18
Gambar 2.9 Tube and Tubes Condenser
Menghitung panas atau kalor yang dilepaskan agar system dapat bekerja dengan
maksimal dapat menggunakan persamaan 2.2
𝑄𝑘𝑜𝑛𝑑 = 𝑄 𝑥 𝑅 (2.2)
Dimana :
Q = beban pendingin (W)
R = rasio pelepasan kalor
2.6.3 Katup Ekspansi
Katup ekspansi berfungsi untik mengalirkan dan menurunkan tekanan
refrigran dari kondensor suapaya mudah menguap di dalam evaporator. Katup
ekspansi otomatic thermostatic, karena dengan katup ekspansi ini menggunakan
sensor panas yang ada di dalamnya sehingga katup ekspansi ini akan bekerja
secara otomatis (Muhammd, 2016).
Katup Ekspansi terdiri dari beberapa jenis, yaitu:
a. Pipa Kapiler (Capilary Tube)
katup ekspansi yang umum digunakan untuk sistem refigerasi rumah
tangga adalah pipa kapiler. Pipa kapiler ada pipa tembaga dengan diameter lubang
19
kecil dan panjang tertentu. Besarnya tekanan pipa kapiler bergantung pda ukuran
diameter lubang panjang pipa kapiler.
Gambar 2.10 pipa kapiler (capilary tube)
Kerusakan pada pipa kapiler di mesin pendingin ini biasanya di sebabkan karena
pipa kapiler ini mengalami kebuntuan akibat kotoran yang masuk dan juga oli.
Gas refrigerant yang keluar dari kompresor telah menjadi gas yang bertekanan
kemudian mengalir melalui pipa-pipa kondensor (out door) dan melewati proses
penyaringan yang biasa disebut Drier strainer setelah itu baru menuju pipa kapiler.
Panjang pipa kapiler yang dibutuhkanpada mesin pendingin ialah 8-100 cm
(Handoko, 1981).
b. Katup Ekspansi otomatis
Katup ekspansi otomatis menjaga agar tekanan hisap atau tekanan
evaporator besarnya tetap konstan. Bila beban evaporator bertambah
makatemperatur evaporator menjadi naik karena banyak cairan refrigerant yang
menguap sehingga tekanan didalam saluran hisap (di evaporator) akan menjadi
naik pula. Akibatnya “bellow” akan bertekan ke tas hingga lubangaliran refrigeran
akan menyempit dan cairan refrigerant yang mausk ke evaporator menjadi
berkurang. Keadaan ini menyebabkan tekanan tekananevaporator akan berkurang
dan “bellow”akan bertekanan ke bawah sehingga atup membuka lebar dan cairan
refrigerant akan masuk ke evaporator lebh banyak. Bnetuk katup ekspansi
otomatis dapat dilihat padagambar di bawah ini :
20
Gambar 2.11 katup ekspansi otomatis
Pada dasarnya katup tersebut terdiri dari : jarum dan
dudukanya,diafragma, sebuah pegas dengan baut pengatur, sebuah saringan
padabagian masuk. Katup ekspansi otomatik bekerja berdasarkan tekananyang
seimbang pada diafragma, dari dua tekanan yang berlawanan dansaling
mengimbangi. Prinsip kerja katup ekspansi otomatik adalahapabila
tekanan evaporator menekan diafragma keatas, membuat lubangsaluran refrigeran
menutup(E. Karyanto, 2003).
c. Katup ekspansi termotastik
Katup ekspansi termotastik adalah katup ekspansi yang mempertahankan
besarnya panas lanjut pada uap refrigerant di akhir evaporator tetap konstan,
apapun kondisi beban di evaporator.
Gambar 2.12 Katup ekspansi termotastik
21
Tipe thermotastic lebih banyak dipergunakan pada AC mobil. Katup
ekspansi ini akan mengatur jumlah aliran refrigerant yang diuapkan di evaporator
sesuai dengan keadaan temperatur pada evaporator. Akibat daripengaturan aliran
refrigerant ini, maka suhu ruangan dapat diturunkan berdasarkan panas yang ada
pada evaporator.
Ada dua keadaan yang dapat mempengaruhi kerja katup ekspansi dengan
penyama tekanan dalam:
a. Keseimbangan tekanan dibagian bawah dan diatas diafragma atau
below.
b.Penambahan atau pengurangan gas panas lanjut (super heat) pad akhir
evaporator. (Dossat, 1980).
Katup ekspansi yang dinggunakan pada perancangan mesin pendingin ini
adalah katup eskspansi otomatis dapat dilihat pada gambar 2.13.
2.6.4 Evaporator
Evaporator adalah alat penukar kalor yang memegang peranan penting di
dalam siklus refrigerasi, yaitu mendinginkan mesia sekitarnya. Ada beberapa jenis
evaporator sesuai dengan penggunaannya bentuknya pun dapat berbeda – beda.
Hal tersebut disebabkan karena media yang hendak didinginkan dapat berupa gas,
cairan, atau padat. (Saiful, 2014).
Evaporator digunakan untuk pendinginan dan aplikasi AC memiliki berbagai
jenis konstruksi tergantung pada aplikasi. Berdasarkan konstruksi evaporator
dibagi menjadi beberapa jenis yaitu :
a. Baretube Evaporator
Evaporator tabung kosong terbuat dari pipa tembaga atau baja pipa. Pipa
tembaga digunakan untuk evaporator kecil di mana refrigeran selain amonia
digunakan, sedangkan pipa baja yang digunakan dengan evaporator besar di mana
amonia digunakan sebagai pendingin. Tabung evaporator telanjang terdiri dari
beberapa putaran tabung, meskipun zigzag paling sering datar dan trombone oval
adalah bentuk paling umum. Evaporator tabung kosong biasanya digunakan untuk
22
cairan dingin. Dalam ledakan itu pendinginan dan operasi pembekuan udara
atmosfer mengalir di atas tabung evaporator telanjang dan udara dingin
meninggalkannya digunakan untuk tujuan pendinginan. Evaporator tabung kosong
yang digunakan sangat sedikit aplikasi, namun evaporator tabung kosong
dilengkapi dengan sirip, disebut sebagai evaporator bersirip yang digunakan
sangat umum (Holfman, 1994).
Gambar 2.13 Baretube Evaporator
b. Plate tipe Evaporators
Dalam jenis plate tipe evaporator coil biasanya terdiri dari tembaga atau
aluminium yang tertanam di lempengan datar sehingga membentuk permukaan
datar. Penampakan jenis plate tipe evaporator tampak seperti lempeng tunggal ,
tetapi di dalamnya ada beberapa lilitan dari tabung logam yang dilalui media
pendingin. Keuntungan dari jenis plate tipe evaporator adalah mempunyai bentuk
padat lilitan tabung terlindungi menjadi satu kesatuan.Lempengan eksternal juga
membantu meningkatkan perpindahan panas dari pipa logam untuk bahan bersifat
dingin . Selanjutnya , jenis piring evaporator yang mudah dibersihkan dan dapat
diproduksi dengan harga murah.Jenis pelat penukar panas dapat dengan mudah
dibentuk menjadi berbagai bentuk sesuai kebutuhan . Sehingga dalam kulkas
rumah tangga dan freezer , jenis ini paling sering digunakan , dapat dikonversi ke
dalam bentuk kotak untuk membentuk kandang tertutup , di mana berbagai
23
makanan dapat disimpan dalam keadaan beku . Piring juga dapat dilas bersama-
sama membentuk bank pelat dari evaporator yang dapat digunakan dalam
evaporator lebih besar dari kapasitas yang lebih tinggi .
Jenis Plate tipe Evaporators menyediakan rak yang sangat baik dalam freezer
dan aplikasi yang serupa . Mereka dapat digunakan sebagai sebagai partisi di
dalam freezer , bagian pembeku makanan , lemari es krim, soda air mancur dan
lain-lain . Karena berbagai kelebihan dan fleksibilitas yang ditawarkan oleh jenis
Plate tipe Evaporators digunakan secara luas .Shell dan tube jenis evaporator
digunakan dalam sebagian besar pendingin dan sistem AC sentral Evaporator
dalam sistem ini umumnya dikenal sebagai chiller.Tergantung pada arah aliran
media pendingin dalam jenis shell dan tabung pendingin , mereka
diklasifikasikan menjadi dua jenis : Jenis ekspansi kering,jenis pendingin
banjir/basah (Stocker, 1987).
Gambar 2.14 Plate tipe Evaporators
c. Finned EvaporatorsThe finned evaporators
Finned EvaporatorsThe finned evaporators adalah tipe bare tube yang ditambah
dengan sirip. Ketika aliran fluida (udara atau air ) yang akan didinginkan melewati
baru tube evaporator menjadi tidak efektif sebagian besar terbuang dikarenakan
terlalu sedikitnya persinggungan antara fluida dan media pendingin.dengan
adanya sirip maka fluida akan bertambah bersinggungan dengan media pendingin
24
di karenakan adanya pertambahan lebar permukaan dari sirip. Sehingga finned
evaporators jauh lebih efefktif disbanding bare tube evaporators (Hall, 1997).
Gambar 2.15 Finned EvaporatorsThe finned evaporators
d. hell and Tube types of EvaporatorsShell dan tube jenis evaporator
Digunakan dalam pendingin besar dan sistem AC sentral. Evaporator dalam
sistem ini umumnya dikenal sebagai pendingin. The pendingin terdiri dari
sejumlah besar tabung yang dimasukkan dalam drum atau shell. Tergantung pada
arah aliran refrigeran dalam jenis shell dan tabung pendingin, mereka
diklasifikasikan menjadi dua jenis: Jenis ekspansi kering dan jenis pendingin
banjir. Dalam pendingin ekspansi kering arus refrigeran sepanjang sisi tabung dan
cairan yang akan dingin mengalir di sepanjang sisi shell. Aliran pendingin untuk
pendingin ini dikendalikan oleh katup ekspansi. Dalam kasus jenis banjir
evaporator arus refrigeran sepanjang sisi shell dan cairan menjadi arus dingin
sepanjang tabung. Dalam pendingin ini tingkat refrigeran dipertahankan konstan
oleh katup pelampung yang bertindak sebagai katup ekspansi juga untuk
membersihkan evaporator gunakan formak air conditioner coil cleaner (Handoko,
1981).
Pada perancangan ini menggunakan evaporator jenis Plate tipe
EvaporatorsKeuntungan dari jenis plate tipe evaporator adalah mempunyai bentuk
padat lilitan tabung terlindungi menjadi satu kesatuan.Lempengan eksternal juga
membantu meningkatkan perpindahan panas dari pipa logam untuk bahan bersifat
dingin .
Luasan bidang kotak perpindahan panas yang mampu untuk mengatasi beban
pendingin pada ruangan yang akan dikondisikan dapat dihitung dengan persamaan
2.3
25
𝐴 = 𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝
𝑈𝑜 𝑥 𝐿𝑀𝑇𝐷 (2.3)
Dimana :
𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛𝑎𝑛 (𝑊)
𝑈𝑜 = 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑝𝑖𝑛𝑑𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 (𝑤
𝑚2. °𝐾)
𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝑏𝑒𝑑𝑎 𝑠𝑢ℎ𝑢 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑎 (°𝐾)
No Nama makanan KALOR JENIS KALOR BEKU TITIK BEKU
Sebelum
beku
(Btu/lb˚F)
Setelah
beku
(Btu/lb˚F)
Kkl/kg Btu/lb ˚C ˚F
1 Daging sapi 0,75 0,40 54,7 90,0 -0,5 31,3
2 Daging kambing 0,67 0,30 46,6 83,5 -1,7 29
3 Daging babi 0,65 0,38 48,3 86,5 -2,2 28
4 Ham asap 0,60 0,32 48,3 86,5 -0,5 31,3
5 Ikan segar 0,76 0,41 56,4 101,0 -2 28
6 Ayam 0,79 0,37 59,2 106,0 -2,8 27
7 Mentega 0,64 0,34 8,4 15,0 -1,1 30
8 Keju 0,64 0,36 44,1 79,0 -8,3 17
9 Telur 0,85 0,45 55,8 100,0 -0,5 31,6
10 Susu 0,90 0,49 69,2 124,0 -0,6 31
11 Anggur 0,90 0,61 62,5 112,0 -2 28
12 Apel 0,89 0,43 68,1 122,0 -1,7 28,9
13 Alpukat 0,91 0,49 75,9 136,0 -2,8 26,2
14 Jeruk 0,91 0,44 69,8 125,0 -2,2 28
15 Nanas 0,90 0,50 71,5 128,0 -1,7 29
Tabel 2.2 kalor jenis dan beku produk (Handoko, 1981)
26
Untuk kalor jenis dan beku ikan yang digunakan pada perancangan ini
menggunakan kalor jenis dan beku susu pada kolom nomor 10 yaitu susu dapat
dilihat pada tabel 2,2 diatas.
1.6 Sistem Refrigerasi yang Digunakan
2.6.5 Siklus Kompresi Uap
Dari sekian banyak jenis – jenis system refrigerasi, namun yang paling
umum digunakan adalah refrigerasi dengan system kompresi uap. Komponen
utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah compressor, kondensor, evaporator,
katup exspansi (Achmad, 2017).
Gambar 2.16 Skema siklus kompresi Uap (Achmad, 2017).
2.6.6 Siklus Diagaram T-S dan siklus Diagram P-H
Diagram tekan – entalpi (P-H) merupakan alat grafis yang bisa digunakan
untuk menyatakan sifat refrigran. Pada kerja termodinamika lain, diagram suhu
entropi juga cukup popular, pada prakteknya, entalpi merupakan salah satu sifat
terpenting yang harus diketahui, sehingga tekanan akan lebih mudah ditekan.
Diagram tekan – ebtalpi (P-H) dan diagram suhu – entropi dapat dilihat pada
Gambar 2.19 dan 2.20. (Stoecker, 1987).
27
Gambar 2.17 Siklus diagram T-S (Stoecker, 1987)
Pada siklus kompresi uap, di evaporator refrigerant akan menghisap panas
dari lingkungan sehingga panas tersebut akan menguapkan refrigran. Kemudian
uap refrigran akan dikompresikan oleh compressor hingga mencapai tekanan
kondensor , dalam kondensor uap refrigerasi dikondensaikan dengan cara
membuang panas dari uap refrigran ke lingkungan sekitar. Kemudian refrigran
akan kembali diteruskan ke dalam evaporator. Dalam diagram P-h siklus
kompresi uap ideal dapat dilihat dalam Gambar berikut ini (Achmad, 2017).
Gambar 2.18 Diagaram P – h Siklus kompresi uap (Stoecker, 1987).
Proses – proses yang terjadi padaa siklus kompresi uap seperti pada
gambar 2.2 diatas adalah sebgai berikut :
a. Proses kompresi (1-2)
Proses ini dilakukan ileh compressor dan berlangsung secara isentropic
adiabatic. Kondisi awal refrigran pada saat masuk kedalam compressor adalah uap
28
jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigran akan menjadi uap
bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropic, maka
temperature keluar compressor pun menjadi meningkat. Besarnya kerja kompresi
per satuan massa refrigran dapat dihiyung dengan menggunakan persamaan :
𝑞𝑤 = ℎ1 − ℎ2
Dimana :
qw = besarnya kerja kompresi (kj/kg)
h1 = entalpi refrigran saat masuk kompressor (kj/kg)
h2 = entalpi frefrigran saat keluar kompressor (kj/kg)
b. Proses kondensasi (2-3)
Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigran yang bertekanan tinggi
dan bertemperatur tinggi yang berasal dari compressor akan membuang kalor
sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor
terjadi pertukaran kalor antara refrigran dengan lingkungannya (udara). Sehingga
panas berpindah dari refrigran ke udara pendingin yang menyebabkan uap
refrigran menjadi cair. Besar panas per satuan massa refrigran yang dilepaskan
kondensor dinyatakan sebagai :
𝑞𝑐 = ℎ1 − ℎ2
Dimana :
q𝑐 = besarnya panas dilepas kondensor (kj/kg)
h1 = entalpi refrigran saat masuk kondensor (kj/kg)
h2 = entalpi frefrigran saat keluar kondensor (kj/kg)
c. Proses expansi
Proses expansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi
perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur, atau
dapat dituliskan dengan :
ℎ3 − ℎ4
29
Proses penuruna tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk pipa
kapiler atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigran dan
menurunkan tekanan.
d. Proses evsporsdi (4-1)
Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan, temperatur
konstan) di dalam evaporator. Panas dari lingkungan akan diserap oleh cairan
refrigran yang bertekanan rendah sehingga refrigran berubah fasa menjadi uap
bertekanan rendah. Kondisi refrigran saat masuk ke evaporator sebelumnya adalah
campuran cair dan uap seperti pada titik 4 dari gambar 2.20 diatas. Besarnya kalor
yang diserap oleh evaporator adalah :
𝑞𝑒 = ℎ1 − ℎ2
Dimana :
q𝑒 = besarnya panas yang dilepas evaporator (kj/kg)
h1 = entalpi refrigran keluar evaporator (kj/kg)
h2 = entalpi frefrigran saat masuk evaporator (kj/kg)
Selanjutnya, refrigran kembali masuk ke dalam compressor dan bersirkulasi
lagi. Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai. Untuk
menentukan harga entalpi pada masing-masing dapat dilihat dari tabel sifat-sifat
refrigran.
Setelah melakukan perhitungan untuk beberapa jenis refrigran yang sering
digunakan di Indonesia. Didapat nilai COP (coefficient of performance) sebagai
fungsi temperatur kondensasi ditampilkan pada Tabel 2.3.
30
Tabel 2.3 Nilai COP dari beberapa jenis refrigerant.
2.7 Perpindahan Panas
Holman (1994) menjelaskan bahwa metode perpindahan panas
mempunyai tiga cara yaitu :
1. Konduksi
2. Konveksi
3. Radiasi
2.7.1 Konduksi
Perpindahan panas yang disebabkan adanya perbedaan suhu pada suatu
benda antara sisi dalam dan sisi luarnya. Laju perpindahan panas konduksi dapat
dideteksi dengan persamaan Fourier. Persamaan Fourier dapat ditulis sesuai
persamaan 2.4 (Saiful, 2014).
𝑞 = −𝑘 𝐴 𝑑𝑇
𝑑𝑋 (2.4)
Dimana :
q = laju perpindahan panas (Btu/hr)
k = konduktifitas termal dinding (Btu/hr.ft.˚F)
A = luas penampang (ft²)
𝑑𝑇
𝑑𝑋 = Perbedaan suhu ke arah perpindahan panas dua titik (˚F/ft)
31
𝑞𝑤 = 𝑞 . 𝐴 . 𝑑𝑋
𝑞𝑥𝑞𝑜+ dt
𝑥𝑑𝑥
Gambar 2.19 Konduksi (Holfman,1994)
2.7.2 Konveksi
Perpindahan panas yang mengalir pada bagian fluida ke bagian fluida yang
lain dan lebih rendah temperaturnya disebabkan adanya perpindahan panas atau
aliran partikel-partikelnya Gambar 2.22 menunjukkan pengaruh kondisi secara
menyeluruh dengan menggunakan hukum newton tentang pendingin dapat ditulis
persamaan 2.5 (Holfman,1994)
𝑞 = ℎ 𝐴 (𝑇𝑤−𝑇∞) (2.5)
Dimana :
q = laju perpindahan panas konveksi (Btu/hr)
h = koefisien perpindahan panas konveksi (Btu/hr.ft.˚F)
A= luas permukaan antar fluida dengan dinding (ft²)
𝑇∞ = temperature fluida (˚F)
𝑇𝑤 = Temperatur dinding (˚F)
32
𝐴𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝐴𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑠
q
𝑢𝑇𝑤
Dinding
Gambar 2.20 konveksi (Holfman,1994).
2.7.3 Radiasi
Pemindahan energy secara radiasi berlangsung jika foton-foton
dipancarkan dari suatu permukaan ke permukaan lain. Pada saat mencapai
permukaan lain foton yang diradiasikan juga diserap, dipantulkan, atau diteruskan
melalui permukaan. Energy yang yang di radiasikan dari suatu permukaan
ditentukan dalam daya bentuk pancar (emissive power), yang secara
termodinamika dapat dibuktikan bahwa daya pancar tersebut sebanding dengan
pangkat empat suhu absolutnya, hal ini hanya berlaku pada radiasi dari benda
hitam sebagaimana dapat dilihat pada persamaan 2.6 (Stocker, 1987).
𝐸𝑏 = 𝜎 𝑇4 (2.6)
Dimana :
𝐸𝑏 = daya pancar (W/m²)
𝜎 = konstanta Stefan – boltzman = 5,669.20−8 𝑊
𝑚2𝐾4
T = suhu absolute, K
2.8 Beban Pendingin
Beban pendingin dalam system pendingin dapat diartikan sebagai
banyaknya panas yang di absorbsikan per unit yang besarnya diukur dalam Btu/hr
33
atau ton refrigerationbeban pendingin dapat digolongkan dalam empat macam
yaitu :
1. Heat conduction yaitu beban panas dari dinding
2. Infiltration yaitu beban pansa akibat adanya pertukaran udara
3. Product Heat yaitu beban panas dari benda yang didinginkan
4. Heat Sources beban panas dari sumber panas
2.8.1 Heat conduction
Perpindahan panas secara konduksi disebabkan karena adanya perbedaan
temperatur antara ruang dingin dengan sekelilingnya, misalnya melalui dinding,
atap, dan lantai besarnya beban ini dipengaruhi oleh kontruksi, luas dinding luar
dan perbedaan temperature antara ruang pendingin dan lainnya besarnya panas
yang mengalir dapat dicari dengan persamaan 2.7 (Ahmad, 2016).
Q = A.U.∆𝑇 (2.7)
Dimana :
Q = jumlah panas (Btu/hr)
A = luas permukkan dinding (ft²)
U = koefisien perpindahan panas (Btu/hr.ft.˚F)
∆𝑇 = perbedaan temperature (˚F)
𝑡1 =temperature udara masuk evaporator (˚F)
𝑡2 = temperature ruang pendingin (˚F)
2.8.2 Infiltration
Beban pertukaran udara dapat terjadi karena masuknya udara luar ke
ruangpendingin ini mengandung panas. Udara panas ini akan menjadi beban
mesin refrigerator. Besarnya beban pendingin infiltrasi ini dapat dicari dengan
persamaan 2.8 (Holfman, 1994 ).
34
𝑄𝑢𝑑 = 𝑚. (ℎ0 − ℎ1) (2.8)
Dimana :
m = jumlah folume infiltrasi udara (L/s)
ℎ0 = 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖 𝑑𝑖 𝑙𝑢𝑎𝑟 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 (𝑘𝑗
𝑙)
ℎ1 = 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖 𝑑𝑖 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 (𝑘𝑗
𝑙)
2.8.3 Product Heat
Panas yang dikeluarkan oleh susu beban pendinginan yang harud diatasi
oleh mesin pendingin. Besarnya beban pendingin yang tergantung pada banyak
atau sedikitnya susu yang akan dimasukkan. Sehingga pertambahan panas
ruangan yang disebabkan oleh produk dapat dicari dengan persamaan 2.9 (Dossat,
1980).
𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇 (2.9)
Dimana :
Q = jumlah panas dalam (Btu)
m = massa produk (lb)
c = spesifik heat diatas titik beku (Btu/hr.ft.˚F)
∆𝑇 = perbedaan temperature produk (˚F)
2.8.4 Heat Sources
Merupakan beban panas yang berasal dari sumber panas, beban panas ini
dapat dicari dengan persamaan 2.10 (Handoko, 1981).
𝑄𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 = 𝐷𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢. 𝑁.1
24 𝑗𝑎𝑚 (2.10)
Dimana :
𝑄𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 = 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 (𝑤𝑎𝑡𝑡)
35
𝐷𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 = 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 (𝑤𝑎𝑡𝑡)
N = jumlah lampu
J = jam kerja lampu (jam)
top related