BAB XPENDINGINAN

Pendinginan adalah suatu operasi dasar dalam pengolahan dan penyimpanan

makanan. Pengambilan energi panas dapat melibatkan pindah panas dari satu fluida

ke fluida yang lain atau dari suatu padatan ke suatu fluida, atau dapat disertai dengan

penguapan air dari suatu bahan pada kondisi adiabatik. Pengetahuan prinsip-prinsip

pindah panas adalah suatu saran yang sangat penting untuk pemahaman tentang

proses perancangan dan proses operasi sistem pendinginan.

Penjagaan temperatur yang lebih rendah dari lingkungan suatu system

membutuhkan pemindahan panas dan pencegahan kebocoran panas melalui batas-

batas system. Laju panas yang dipindahkan dari suatu system perlu dilakukan untuk

menjaga temperatur dan hal ini merupakan beban dari pendinginan. Sistem

pendinginan harus terukur untuk menangani beban pendinginan yang sesuai. Bila

panas harus dipindahkan dari suatu system secara kontinyu, pada temperatur dibawah

suhu lingkungan dan untuk waktu yang lama, suatu system pendinginan mekanik

berperan : seperti pompa yang dapat membuang atau mengeluarkan panas pada

temperatur rendah dan memindahkannya ke bagian lain dari system, dimana panas

tersebut tentu saja didisipasi pada temperatur yang lebih tinggi. Pengoperasiannya

membutuhkan energi, dan suatu system yang dirancang dengan baik memungkinkan

pemindahan panas maksimal pada biaya energi yang minimal.

SYSTEM PENDINGINAN MEKANIK.

Prinsip Operasi. Hukum kedua Thermodinamika mengatakan bahwa panas

akan mengalir hanya dalam arah temperatur yang menurun. Dalam suatu system

dimana system harus dipertahankan pada suatu temperatur dibawah lingkungan, panas

harus dibuat untuk dapat mengalir dalam arah yang berlawanan. Suatu system

pendinginan dapat dipertimbangkan sebagai suatu pompa yang mana dapat

mengalirkan panas dari suatu daerah pada temperatur yang rendah kedaerah lain pada

temperatur yang tinggi.

Sisi temperatur rendah dari suatu system pendinginan dipertahankan pada

suatu temperatur yang lebih rendah dari temperatur system, pendinginan berlangsung

secara spontan panas mengalir kedalam system pendinginan. Sisi temperatur yang

tinggi harus mempunyai suatu temperatur yang lebih tinggi dari temperatur

lingkungan untuk memungkinkan disipasi dari panas yang diserap kesekeliling.

Dalam beberapa kasus, panas yang diserap ini digunakan sebagai sumber panas untuk

proses pemanasan.

Sisi-sisi temperatur rendah dan yang tinggi dapat dipertahankan dalam suatu

system pendinginan dengan penggunaan suatu fluida pendingin yang mana secara

terus menerus diresirkulasi melalui system. Temperatur penguapan atau kondensasi

adalah suatu fungsi tekanan mutlak. Dengan mengurangi tekanan, suatu temperatur

pendidihan/penguapan yang rendah dapat dilakukan, dengan membiarkan untuk

penyerapan panas dalam bentuk panas penguapan bahan pendingin sebagaimana

diuapkan pada temperatur dan tekanan yang rendah. Uap bila ditekan pada suatu

tekanan yang tinggi, uap akan berkondensasi pada temperatur yang tinggi, dan panas

yang diserap akan dilepaskan dari zat pendingin sebagaimana zat pendingin tersebut

berkondensasi kembali menjadi cairan pada temperatur dan tekanan yang tinggi.

Gambar 10.1 menunjukan tekanan uap vs temperatur dari zat pendingin yang umum

digunakan. Gambar tersebut juga mengilustrasikan bagaimana hubungan temperatur-

tekanan digunakan untuk pemanasan dan pendinginan.

Siklus Pendinginan. Gambar 10.2 menunjukan diagram skematik sistem mekanik

pendinginan. Pemanas Sistem adalah kompresor.

Ketika kompresor sedang beroperasi, bahan pendingin berbentuk gas dipompa

ke dalam kompresor secara kontinyu. Tekanan rendah dijaga pada sisi penghisap, dan

karena tekanannya yang rendah, bahan pendingin dapat menguap pada temperatur

rendah. Dalam kompresor, bahan pendingin dalam bentuk gas dimampatkan,

meningkatkan tekanan dan temperatur selama proses. Bahan pendingin dalam bentuk

gas yang panas kemudian mengalir ke dalam koil penukar panas (heat exchange) yang

disebut sebagai kondenser, dimana dalam proses kondensasi, panas dilepaskan pada

tekanan dan temperatur konstan. Dari kondenser bahan pendingin cair mengalir ke

dalam tangki penampung (holding tank) bahan pendingin cair. Dalam sistem yang

kecil mungkin tidak ada tangki penampung (holding tank) dan siklus bahan pendingin

melalui sistem berlangsung secara kontinyu.

Bila ada suatu permintaan untuk mendinginkan, bahan pendingin mengalir

dari tangki penampung (holding tank) ke bagian yang bertekanan rendah pada sistem

bahan pendingin melalui expansion valve. Penurunan tekanan yang terjadi ketika

bahan pendingin melalui expansion valve tidak merubah nilai panas dalam bahan

pendingin. Namun demikian, temperaturnya menurun menjadi temperatur titik didih

cairan pada tekanan rendah. Bahan pendingin cair yang dingin kemudian mengalir

kekoil penukar panas yang lain disebut sebagai evaporator dimana sistem

melaksanakan fungsinya sebagai pendingin dan panas diserap oleh bahan pendingin

dalam proses penguapan pada temperatur dan tekanan konstan. Dari Evaporator bahan

pendingin gas yang dingin ditarik ke bagian sisi pengisap kompresor, kemudian

menjadi suatu siklus tertutup yang lengkap.

Suatu sistem pendinginan pada umumnya dilengkapi dengan tombol cut-off

yang mana berfungsi untuk menginterupsi daya pada kompresor bila pengaturan titik

tekanan tinggi dilewati (ini terjadi jika kapasitas pendinginan pada kondensor tidak

cukup) atau tekanan turun di bawah titik pengaturan tekanan rendah (ini terjadi

manakala kompresor sedang bekerja tetapi permintaan pendingan sangat sedikit

dibanding kapasitas sistem pendinginan). Titik pengaturan pada tekanan rendah dapat

digunakan untuk mengontrol temperatur evaporator. Dalam sistem yang sama, bahan

pendingin dalam bentuk cair mengalir melalui katup expansi (expansion valve)

dikendalikan dalam keadaan panas yang tetap (thermostatically) dan diinterupsi

ketika temperatur evaporator lebih rendah daripada titik yang ditetapkan. Sebagai

tambahan, sistem pendinginan dilengkapi dengan alat pengatur panas (thermostat)

yang berfungsi untuk mengiterupsi daya ke kompresor ketika temperatur ruang yang

didinginkan mencapai nilai yang ditetapkan.

Sistem pendingin juga dapat digunakan untuk pemanasan. Suatu sistem yang

dapat mengubah-ubah tugas pemanasan dan pendinginan disebut sebagai pompa

pompa. Unit ini digunakan secara ekstensif untuk pemanasan atau pendinginan tempat

tinggal domestik dimana temperatur musim dingin tidak terlalu merepotkan. Dalam

unit ini, bahan pendingin pada tekanan rendah atau tekanan tinggi melewati koil

penukar panas (heat exchange) yang terdiri dari evaporator dan kondensor; jadi bisa

berfungsi sebagai koil pemanas atau pendingin, tergantung tugas yang diharapkan dari

sistem tersebut. Kemampuan pompa panas untuk melepaskan panas dengan tenaga

yang rendah digunakan hanya untuk memompa energi dari tempat bertemperatur

rendah ke tempat bertemperatur yang lebih tinggi

Gambar 10.1. Tekanan uap air bahan pendingin biasanya digunakan sebagai fungsi

temperatur

Panas tidak dihasilkan/diterima secara penuh dari masukan daya/tenaga yang

diberikan namun cenderung diterima dari sekitar udara yang lebih dingin. Efisiensi

pompa panas dalam merubah/memindahkan masukan tenaga menjadi panas bervariasi

secara terbalik dengan perbedaan temperatur antara medium dimana panas dilepaskan

dan sistem yang dipanaskan. Sistem pompa panas dapat digunakan sebagai alat

pengambil kembali energi sumber panas pada temperatur rendah untuk penggunaan

penerapan panas pada temperatur rendah seperti pada dehidrator.

Gambar 10.2 Diagram skematik sistem pendingin

Siklus Pendingin sebagai Proses Termodinamik Seri.

Mulai dari kompresor pada Gambar 10.2. gas dengan tekanan rendah

dimampatkan secara adiabatik ke tekanan tinggi, yang mana menyebabkan proses

kondensasi pada temperatur lingkungan. Kerja dibutuhkan untuk melakukan proses

ini, energi diberikan dalam bentuk listrik untuk menggerakkan motor pada kompresor.

Gas juga mendapatkan enthalpi selama proses kompresi tersebut. Dalam kondensor,

gas berkondensasi dan mentransfer panas laten hasil dari proses kondensasi

kelingkungan luar. Ada kehilangan enthalpi dalam suatu proses tekanan konstan. Pada

katub ekspansi (expansion valve), cairan mengembang ke tekanan yang lebih rendah

pada entalphi yang konstan, sementara di evaporator, cairan berevaporasi pada

tekanan konstan dan mendapatkan enthalpi. Dua proses yang rumit pada efisiensi dari

sistem pendingin adalah proses kompresi adiabatik dimana energi digunakan dan

proses ekspansi isobarik dimana energi diserap oleh bahan pendingin dari sistem.

Kerja dan perubahan enthalpi dalam suatu proses kompresi adiabatik telah diturunkan

dalam Bab 4 dalam sub-bagian ”Kerja dan Perubahan Enthalpi dalam Expansi

Adiabatik atau Kompresi dari suatu Gas Ideal” dan ” Kerja dan Perubahan Enthalpi

Pada Expansi atau Kompresi Isothermal dari suatu Gas Ideal”. Perbandingan

perubahan enthalpi untuk kerja dalam kompresi adiabatik dari suatu gas ideal sama

dengan perbandingan panas spesifiknya.

Tanda negatif menunjukkan bahwa energi digunakan dalam sistem.

Siklus Pendingin Pada Diagram Tekanan-Entalphi Untuk Suatu Bahan

Pendingin Yang Ditentukan.

Sifat-sifat termodinamika dari bahan pendingin ketika diplotkan pada diagram

tekanan-entalphi menghasilkan suatu gambar yang bermanfaat dalam menentukan

kapasitas dan kebutuhan tenaga untuk suatu sistem pendingin. Gambar 10.3

merupakan diagram skematis dari suatu siklus pendinginan pada diagram tekanan-

enthalpy.

Gambar 10.3. Siklus pendingin pada diagram tekanan-enthalpi

Diagram tersebut terdiri dari garis yang mewakili hubungan tekanan uap dan enthalpi

uap dan cairan, garis-garis yang mewakili perubahan entalphi dengan tekanan selama

proses kompresi adiabatik (entrophi konstan) dan dalam beberapa grafik, garis-garis

mewakili volume spesifik pada beragam tekanan dan enthalpi.

Titik A dalam Gambar 10.3 menunjukkan bahwa bahan pendingin dalam

bentuk cair pada tekanan tinggi masuk ke Katub expansi (expansion valve). Expansi

bahan pendingin terjadi pada enthalpi konstan (HL) melalui katub expansi (expansion

valve) dan meninggalkan valve dalam bentuk campuran cairan dan uap pada tekanan

yang lebih rendah,disajikan oleh titik B. Sebagai mana bahan pendingin menyerap

panas pada evaporator, bahan pendingin mendapatkan enthalpi, yang ditunjukkan oleh

garis BC. Bahan pendingin meninggalkan evaporator dalam bentuk uap jenuh

(ditunjukkan oleh titik C) yang mempunyai enthalpi Hcv. Kompresor meningkatkan

tekanan dari bahan pendingin, dan perubahan ditunjukkan oleh garis CD, yang mana

sejajar dengan garis entropi konstan. Sebagaimana bahan pendingin dalam bentuk gas

yang dikompresi meninggalkan kompresor pada titik D, memiliki enthalpi

ditunjukkan oleh Hhv. Pada kondensor panas dibuang, yang mana menurunkan nilai

enthalpi, ditunjukkan oleh garis AD. Bahan pendingin dalam bentuk cair

meninggalkan kondensor dengan tekanan dan entalpi yang ditunjukkan oleh titik A.

Kapasitas pendinginan sistem pendingin ditunjukkan oleh garis BC.

Kebutuhan penukar panas kondensor (heat exchange) atau beban kondensor

ditunjukkan oleh garis AD.

Panas yang dibuang oleh kondensor

Perubahan entalpi selama kompresi adalah:

(4)

Dari persamaan 1, kerja yang dibutuhkan untuk kompresi adalah:

Jika M merupakan masa bahan pendingin yang disirkulasi ulang melalui sistem per

unit waktu (kg/jam), kebutuhan tenaga/daya pada kompresor (P) dapat dihitung

dengan persamaan sebagai berikut:

Tanda negatif pada persamaan 6 menunjukkan bahwa kerja dikenakan atau

ditambahkan dalam sistem.

Efisiensi sistem pendingin juga digambarkan dalam bentuk koefisien kinerja

(COP = coeficient of performance) yang merupakan perbandingan kapasitas

pedinginan dengan kenaikan entalpi selama kompresi.

Kebutuhan tenaga (P) dapat ditulis ulang dalam bentuk koefisien kinerja

(COP) menggunakan persamaan 6 dan 7.

Kapasitas pendingin dinyatakan dalam ton pendinginan (refrigerasi), laju

penyerapan panas yang cukup untuk membekukan 1 ton (2000 lb) air dalam waktu 24

jam. Karena panas pencairan (lumer) air adalah 144 BTU/lb, laju penyerapan panas

adalah sama dengan 12.000 BTU/jam. Kapasitas pendinginan dalam ton refrigerasi

adalah:

Dengan mensubstitusikan persamaan 9 dalam persamaan 8:

Dengan mengexpresikan kebutuhan tenaga dalam horsepower (HP)/(ton)r:

Karena ada suatu tingkat slip tertentu dari bahan pendingin yang terjadi di

antara silinder dan piston, terutama pada tekanan tinggi dan juga karena beberapa

tahanan gesek yang terjadi antara piston dan silinder, kerja nyata (aktual) yang

dilakukan oleh motor listrik pada kompresor akan lebih tinggi dibandingkan dengan

yang dihitung menggunakan persamaan 10. Perbandingan antara kerja teoritis yang

dihitung dari persamaan 10 dan kerja aktual yang dilakukan merupakan efisiensi

kompresi. Efisiensi kompresi bergantung pada perbandingan tekanan tinggi-tekanan

rendah dan akan didiskusikan lebih lanjut dalam ”Beban Pendinginan”. Diagram

tekanan-entalpi untuk amonia, freon 12 dan freon 22 ditunjukkan dalam Gambar 10.4,

10.5 dan 10.6

Gambar 10.4 Diagram tekanan-entalpi untuk bahan pendingin 717 (NH3). (diambil dari ASHARE Guide and Data Book, Fundamental and Equipment, 1965)

Contoh Masalah Dalam Penggunaan Tabel Bahan Pendingin

Contoh 1: Sebuah ruang didinginkan dijaga pada suhu 40oF (4,44oC) dan kelembaban

relative udara 90%. Bahan-bahan yang disimpan dalam ruangan tersebut

menghasilkan uap, dengan demikian perlu mengurangi kadar air yang ada diudara

untuk menjaga kelembaban udara yang diinginkan. Dengan mengasumsikan bahwa

udara yang mengalir di koil evaporator adalah sama dengan temperatur rata-rata koil

mencapai 2oF (-16.67oC), tentukan tekanan sisi rendah untuk sistem pendingin dengan

bahan pendingin ammonia sehingga kelembaban relatif yang diharapkan akan dapat

dipertahankan.

Gambar 10.5 Diagram tekanan-enthalpi untuk freon 12 (CCl2F2). (Courtesy of E. I Du Pont de Nemours. Inc)

Pemecahan: Dari tabel psikometrik, titik embun udara pada suhu 40oF dan pada

kelembaban relatif 90% adalah sebesar 33oF (0.56oC). Ketika suhu udara ruangan

diturunkan menjadi 33OF (0.56 OC) dengan melewati koil evaporator, kelebihan kadar

air yang ada terhadap kelembaban udara jenuh pada temperatur ini akan mengalami

kondensasi. Jika aliran udara yang melalui koil cukup untuk memindahkan kadar air

melalui kondensasi sama dengan laju penguapan kadar air kedalam udara. Temperatur

koil harus 31OF (-0.56 OC). Dari Gambar 10.1 untuk ammonia, tekanan yang sesuai

dengan temperatur 31OF 65 psi (446 kPa absolut) .

Contoh 2. Suatu pompa panas diusulkan sebagai alat pemanas suatu pengering

kabinet. Udara di-recycle secara kontinu melalui sistem, melintasi koil kondenser

terhadap udara yang masuk ruang pengering, dimana ruang tersebut dipanaskan.

Sebelum di-recycle, udara panas, lembab yang meninggalkan kamar pengering

melalui koil evaporator, dimana kelembaban dihilangkan dengan proses kondensasi.

Udara masuk ke ruang pengering adalah pada temperature 140 OF (60 OC) dan dengan

kelembaban relatif udara 4%. Dengan mengasumsikan bahwa rancangan koil

evaporator dan kondensor dan aliran udara adalah rancangan untuk temperatur udara

yang mencapai 5 OF (2.78 OC) pada koil evaporator, dan log rata-rata ∆T antara koil

kondensor dan udara adalah 20 OF (5.56 OC), tentukan nilai tekanan pada sisi tinggi–

rendah dari sistem pendingin yang menggunakan freon 22 sebagai bahan pendingin.

Gambar 10.6 Diagram tekanan-entalpi untuk freon 22 (CHCLF2). (courtesy of E. I. Du Pont de Numerous. Inc)

Pemecahan: dari grafik psychrometric, titik pengembunan udara pada suhu 140OF

(60 OC) dan kelembaban udara 4% adalah 38OF (3.33 OC). Jadi, temperatur koil

evaporator seharusnya 33OF (0.56 OC). Temperatur koil kondenser dan tekanan

dihitung dari log rata-rata ∆T yang dispesifikasikan.

Dari Gambar 10.1 untuk freon 22, sisi tekanan rendah yang sesuai dengan

temperatur 33OF (0.56 OC) adalah 77 psi (530 kPa absolut). Pada kondensor, udara

masuk pada temperatur 38OF dan meninggalkan kondensor pada 140 OF. Jika sistem

dirancang menggunakan aliran berlawanan arah, countercurrent, log rata-rata dari ∆T

dapat dihitung sebagai berikut:

dimana T1 dan Tg merupakan temperatur bahan pendingin masing-masing pada phase

cair dan gas. Gambar 10.7 menunjukkan diagram tekanan-enthalpi sistem dibawah

kondisi yang diberikan.

Tekanan tinggi akan ditentukan dengan cara coba-coba dari Gambar 10.6.

Dengan mengikuti garis entropi konstan dari suatu tekanan 77 psi, tekanan tinggi

sebesar 250 psia akan memberi bahan pendingin gas yang panas pada temperatur

143oF dan temperatur dalam bentuk cairan pada119 oF. Log rata-rata :

Gambar 10.7. Diagram tekanan-entalpi sistem pemanas pompa dalam contoh 2.

Nilai ini lebih besar 20oF dari yang ditetapkan. Pada tekanan 240 psi, temperatur

bahan pendingin gas panas adalah pada 142oF dan temperatur bentuk cair adalah

117oF.

Nilai yang dihitung ini untuk log rata-rata hampir sama dengan yang

ditetapkan 20oF; oleh karena itu tekanan sisi tinggi untuk sistem seharusnya 250 psia

(1650 kPa).

Contoh 3: Suatu sistem pendingin dioperasikan pada temperatur koil evaporator -

30oF (-34,4oC) dan temperatur kondensor 100oF (37.8oC) untuk bahan pendingin

dalam bentuk cair. Untuk (a) freon 12 dan (b) bahan pendingin 717, tentukan:

1. tekanan tinggi

2. tekanan rendah

3. kapasitas pendingin per unit berat bahan pendingin

4. koefisien capaian

5. horsepower teoritik kompresor per ton pendingin, dan

6. kuantitas bahan pendingin disirkulasikan melalui sistem per ton pendingin

Pemecahan: (a) untuk freon 12: tekanan pada sisi-sisi tinggi-rendah (1 dan 2)

ditentukan dari Gambar 10.1. Pada temperatur -30oF (-34.4 oC), tekanannya adalah

12.3 psi (85 kPa). Tekanan tinggi yang sesuai dengan temperatur bahan pendingin

dalam bentuk cair 100oF (37.8oC) adalah 133 psia (910kPa).

Dengan sisi-sisi tekanan tinggi-rendah diketahui, Gambar 10.5 digunakan

untuk menyusun diagram takanan-entalpi untuk siklus pendinginan. Diagram ini

ditunjukkan pada Gambar 10.8.

Kapasitas pendingin (3) dihitung dengan menggunakan persamaan 2:

Kapasitas pendingin = (74-32) = 42 BTU/lb

= (17.2-74) x 104 = 98.000 J/kg

Koefisien kinerja sistem 940 dikalkulasikan menggunakan persamaan 29:

Secara teori horsepower per ton pendingin (5) dihitung menggunakan

persamaan 32:

Satu ton pendingin (6) ekivalent 12.000 BTU/h atau 3517 W. Berat bahan pendingin

disirkulasikan/jam adalah:

Pemecahan: (b) untuk bahan pendingin 717 : tekanan sisi-sisi tinggi dan rendah (1

dan 2) yang sesuai dengan temperatur -30oF (-33.4 oC) dan 100oF (37.8oC) ditentukan

dari Gambar 10.1. Tekanan sisi rendah adalah 13.7 psi (94 kPa). Tekanan sisi tinggi

adalah 207 psi (142 kPa).

Diagram tekanan-entalpi (3) kemudian digambarkan, dengan mengetahui sisi-sisi

tekanan tinggi dan rendah dengan menggunakan gambar 10.4. Gambar 10.9

menunjukkan diagram ini.

Kapasitas pendingin = 600 – 155 = 445 BTU/lb

= (139 – 36) x 104 = 1.030.000 J/kg

Koefisien kinerja dari sistem (4) adalah:

Horsepower secara teoritis per ton pendinginan (5) dihitung dengan menggunakan

perbandingan sama dengan 1.29

Berat bahan pendingin yang disirkulasikan per jam (ton) (6) adalah:

Gambar 10.9 Diagram tekanan-entalpi amonia untuk masalah dalam contoh 3

Kondenser Dan Evaporator

Kebanyakan sistem pendingin memindahkan panas antara bahan pendingin

dan udara. Karena koefisien perpindahan panas ke udara biasanya sangat rendah,

tahanan lapisan film mengendalikan tingkat laju perpindahan panas. Area pindah

panas yang sangat luas akan diperlukan untuk mencapai perpindahan panas yang

diperlukan. Untuk mencapai perpindahan panas yang diperlukan dan untuk tetap

memiliki ukuran peralatan yang layak, luas permukaan pindah panas dari pipa-pipa

yang mengkompromikan koil evaporator dan kondensor ditingkatkan dengan

penggunaan sirip-sirip.

Unit penukar panas bersirip ditentukan oleh luas permukaan pindah panas

efektif adalah jumlah pada area batang tabung At dan luas efektif dari sirip, yang

merupakan hasil perkalian luas permukaan sirip Af dengan efisiensi η.

Efisiensi sirip, η, berkurang sebagaimana luas dasar sirip berkurang dan sebagaimana

tinggi sirip bertambah. Selanjutnya rasio koefisien pindah panas ke udara terhadap

konduktivitas thermal metal yang membentuk sirip (h0/k) mendekati nol, η mendekati

satu. Gambar 10.10 menunjukkan efisiensi sirip untuk sistem yang paling umum.

Sirip-sirip dalam unit ini sering terdiri dari stack dari tumpukan lembaran logam yang

sangat tipis yang ditembus oleh sekumpulan pipa. Luas permukaan ekivalen dari

sirip, Af dihitung dengan rumus sebagai berikut:

Dimana nt = jumlah pipa dan nf = jumlah sirip sepanjang dari panjang masing-

masing pipa.

Kapisitas suatu pengkondensasian atau penguapan bergantung pada

ketersediaan luas permukaan yang ada untuk pindah panas dan rata-rata perbedaan

temperatur antara permukaan unit dan temperatur udara yang mengalir melalui unit.

Contoh 1: Suatu unit kondensor dari sistem pendingin terdiri dari 13 baris dengan

panjang 38.1 cm, 1.27 cm diameter luar pipa terbuat dari tembaga dengan tebal

dinding 1.651 mm, dengan jarak antar 4 pipa 2.54 cm. Sirip terdiri dari lembaran

alumunium dengan tebal 0.0254 cm yang berisi 10 lembar untuk setiap panjang 2.54

cm. Jika laju aliran udara melalui condensor adalah sama dengan laju yang keluar,

koefisien pindah panas, h adalah 9 BTU/(h.ft2.oF) atau 51.1 W/(m2.K), Hitung luas

permukaan pindah panas efektif unit ini.

Gambar 10.10. Efisiensi sirip dari sirip yang terdiri dari suatu tumpukan pelat logam, masing-masing lembaran, t, jarak yang ditembus tabung (jari-jari tabung), r, tabung dibuat dengan bagian tengah segitiga sama sisi memiliki jarak b, antara pusat.

Pemecahan: Berdasarkan Gambar 10.10. karena jarak tabung antar pusatnya diatur

2.54 cm, b = 2.54 cm. Konduktivitas thermal aluminium (dari daftar tabel A.9) adalah

206 W/(m.K). gambar 10.10 sekarang sekarang dapat digunakan untuk menentukan

efisiensi fin, η:

Jari-jari tabung, r = 0.00635 m

Jari-jari ekuivalen sirip =

Luas potongan penampang sirip =

= 0.000254 (0.014334 – 0.00635)

= 2.0279 x 10-6

Tinggi sirip :

= (0.014334 – 0.00635)

= 0.00789 m

Nilai pada absis dalam Gambar 10.10 sekarang dapat dihitung :

Dari Gambar 10.10, η = 0.9. luasan ekivalen sirip dihitung sebagai berikut:

Luasan permukaan pipa yang tak tertutupi At, adalah total luas pipa dikurangi dengan

luasan yang tertutup oleh sirip, lt = panjang pipa.

Contoh 2: Jika kondisi-kondisi seperti kondisi perbedaan temperatur rata-rata ΔT,

450F (25 0 C) dalam sistem pengkondensasian dan unit pendingin memiliki koefisien

kinerja sama dengan 2, berapa ton refrigerasi dapat dihasilkan oleh sistem pendingin

yang digabungan dengan unit kondensor seperti dalam contoh 1? Asumsikan bahwa

koefisien pidah panas bagian luar mengendalikan laju pindah panas,

Penyelesaian : laju panas yang ditansferkan melalui unit adalah

Dari persamaan 7, bila Rr = kapasitas pendingin.

Dimana :

Koefisien performance dapat diexpresikan dalam bentuk bentuk kondesor C dan

kapasitas pendinginan Rr.

dengan menyelesaikan untuk Rr:

Dengan mensubstitusikan jumlah COP dan C

Suatu prosedur yang sama mungkin digunakan untuk mengevaluasi

evaporator. Contoh-contoh menggambarkan ketergantungan kapasitas dari suatu

sistem pendinginan pada kapasitas pertukaran panas dari unit kondensor atau

evaporator dalam sistem.

Kompresor

Kompresor harus mampu memampatkan sejumlah bahan pendingin yang

diperlukan per satuan waktu antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah untuk

menghasilkan kapasitas pendingin yang diperlukan. Kapasitas kompresor ditentukan

oleh jarak dan efisiensi volumentrik unit tersebut. Displacement merupakan volume

yang dipindahkan oleh piston atau unit rotari per unit waktu. Untuk suatu kompresor

yang bersifat bolak-balik, Displacement dihitung dengan persamaan berikut:

Displacement = (luasan dari bore) (stroke)(siklus/min)

Secara teoritis, kuantitas gas yang melewati kompresor per unit waktu harus

tidak bergantung pada tekanan dan harus hanya merupakan fungsi dari perpindahan

(displacement) dari kompresor. Namun demikian, pada tekanan tinggi, kompresor tipe

rotari menghasilkan suatu jumlah slip tertentu, kompresor bolak-balik meninggalkan

sejumlah gas tertentu di ruang antara kepala silinder dan piston pada akhir langkah,

strocke. Jadi jumlah gas yang sebenarnya melalui kompresor per siklus adalah kurang

dari nilai displacement. Efisiensi volumetrik dari suatu kompresor adalah

perbandingan dari volume aktual yang dilepaskan terhadap displacement. Efisiensi

volumetrik menurun dengan meningkatnya perbandingan tekanan sisi tinggi terhadap

tekanan sisi rendah.

Kompresor yang besar yang beroperasi pada tekanan yang sangat rendah pada

evaporator, seperti kompresor yang digunakan untuk membekukan, sering dalam

bentuk multistage, dimana bahan pendingin dimampatkan pada tekanan intermediat

dan kemudian didinginkan secara partial sebelum bahan pendingin tersebut masuk

ketahap kedua, dimana bahan pendingin tersebut dimampatkan untuk tekanan lanjut

yang lebih tinggi, dan sebagainya, sampai tekanan tinggi yang diinginkan tercapai.

Tahapan dirancang sehingga kerja yang sama terpenuhi pada setiap tahapan dan

efisiensi volumetrik tetap tinggi karena perbandingan yang rendah dari tekanan sisi

tinggi terhadap tekanan sisi rendah pada setiap tahapan.

Gambar 10.11 menunjukkan perbandingan antara kebutuhan tenaga per ton

pendinginan antara kompresor satu tahap dan kompresor dua tahap yang beroperasi

pada berbagai suction-tekanan. Untuk amonia kompresor yang beroperasi pada

tekanan sisi hisap yang ekuivalen pada temperatur -30oF, tenaga kuda motor per ton

pendingin adalah 3.2 untuk kompresor satu tahap dan hanya 2.5 untuk kompresor dua

tahap. Dalam contoh 3, bagian b, dalam bagian ”contoh-contoh masalah dalam

penggunaan tabel bahan pendingin” secara teori tenaga kuda per ton pendingin di

bawah kondisi ini hanya 1.51. Maka efisiensi kompresor yang ditunjukkan oleh grafik

pada Gambar 10.11 hanya 47% untuk kompresor satu tahap unit dan 60% untuk

kompresor dua tahap.

Gambar 10.11. Horsepower motor dan kW/ton pendingin untuk satu–dan-dua kompresor. (dari Food Eng. 41 (11):91, 1969. used with permission)

Keberadaan udara dalam aliran bahan pendingin mengurangi efisiensi

kompressor jika dinyatakan dalam bentuk horsepower per ton pendingin, karena

jumlah tenaga diperlukan untuk memampatkan tekanan gas diperlukan untuk

memampatkan gas sampai pada tekanan yang dibutuhkan. Lebih sedikit bahan

pendingin yang dilewatkan sebab bagian dari gas dimampatkan adalah udara

Beban Pendinginan

Sejumlah panas yang harus dipindahkan oleh suatu sistem pendinginan per

unit waktu disebut beban pendinginan. Beban pendinginan dapat dibagi lagi dalam

dua kateori: beban tidak mantap unsteady state, yang mana adalah laju panas yang

perlu dipindahkan untuk mengurangi temperatur bahan yang didinginkan mencapai

temperatur penyimpanan dalam suatu periode waktu yang spesifik, dan beban mantap,

steady state, yang mana adalah jumlah panas yang perlu dipindahkan untuk menjaga

temperatur penyimpanan. Untuk produk-produk makanan, temperatur harus dikurangi

mencapai temperatur penyimpanan dalam waktu yang paling pendek untuk mencegah

perkembangan spoilage mikrobiologi dan kerusakan kualitas. Oleh karena itu, jika

bahan dalam jumlah yang besar perlu dimasukan dalam ruang penyimpanan yang

didinginkan secara bertahap, bahan tersebut biasanya didinginkan dalam pendinginan

yang lebih kecil atau gudang pendinginan awal atau dengan cara lain sebelum masuk

ke dalam gudang penyimpanan yang besar. Cara ini mencegah pemasangan unit

pendingin yang terlalu besar dalam suatu gudang penyimpanan yang besar dimana

akan beroperasi kapasitas penuh selama periode yang pendek bila bahan dimasukan

kedalam gudang.

Beban tidak mantap, unsteady state termasuk panas sensible dari produk,

panas respirasi jika merupakan produk segar, dan panas peleburan air dalam produk

jika produk dibekukan. Beban mantap, steady state termasuk panas perambatan

melalui dinding pelapis, melalui crack dan crevices dan melalui pintu: panas laten

kondensasi dari kelembaban yang berifiltrasi kedalam ruang; dan panas dihasilkan

dalam ruang.

Panas Perambatan Melalui semua dinding, Enclosure. Laju Perpindahan panas

melalui bahan padat komposit dan teknik untuk penentuan koefisien perpindahan

panas yang didiskusikan secara keseluruhan dalam Bab 7. ASHRAE Guide and Data

Book 1965 merekomendasikan koefisien pindah panas rencana yang digunakan untuk

beragam permukaan, ditunjukkan dalam Tabel 10.1.

Panas Perambatan melalui Cracks dan Crevices.

Mayoritas dari panas yang dipindahkan adalah karena fluktuasi tekanan yang

disebabkan oleh siklus temperatur dalam ruang. Pada titik temperatur yang tinggi

dalam siklus, udara dingin akan keluar dari ruang. Bila tekanan turun pada titik

temperatur yang rendah dalam siklus, udara hangat akan terhisap kedalam ruang.

Jumlah udara yang masuk kedalam ruang karena temperatur siklus dapat dihitung

dengan menggunakan prinsip-prinsip yang didiskusikan dalam Bab 4.

Tabel 10.1. Koefisien perpindahan panas udara dari beragam permukaan di bawah beragam kondisi

Sumber: diadopsi dari ASHRAE, 1965. koefisisen desain transmisi panas. ASHRAE Guide and Book. Fundamental and Equipment for 1985 dan 1986. American society of heating. Refrigeration and Air Conditioning Engineers, Atlanta, GA.

Panas perambatan, incursion, melalui pintu terbuka. Dengan membuka pintu

membiarkan udara luar yang hangat masuk dan pengusiran udara dingin. Laju

perambatan panas adalah tergantung pada ukuran pintu dan perbedaan temperatur

antara didalam dan diluar. Data tentang laju pindah panas yang melalui pintu ruang

yang didinginkan telah ditentukan secara empiris. Persamaan untuk laju kehilangan

panas dihitung dari data yang dipublikasikan dalam Food Engineering Magazine

(41(11),:91,1996) untuk nilai ∆T antara 40odan 120oF (22.2 oC dan 66.7 oC) adalah:

Dimana q = perambatan panas kedalam ruang dalam watt, W merupakan lebar pintu

dalam m, ∆T merupakan perbedaaan temperatur oC dalam dan luar ruangan, dan h

merupakan tinggi pintu dalam m.

Contoh: Pintu pada ruang didinginkan panjangnya 3.048 m dan lebarnya 1.83m. Jika

dibuka dan ditutup paling sedikit 5 kali setiap jam dan tetap terbuka untuk paling

sedikit 1 menit pada setiap pembukaan. Hitung beban pendinginan karena pembukaan

pintu jika ruang dijaga pada temperatur 00C dan temperatur lingkungan 29.40C.

Pemecahan: h = 3.048m, W = 1.83 m, ∆T = 29.40C. Dengan mensubstitusikan dalam

persamaan 11:

Permukaan

koefisien perpindahan panas

Dinding dalam (udara tetap) 1.5 8.5Dinding luar atau genting15 miles/jam atau 24 km/jam angin 5.9 33.5Dinding luar atau genting7.5 miles/jam atau 12 km/jam angin 4.0 22.7Permukaan horizontal, udara, aliran panas keatas 1.7 9.7Permukaan horizontal, udara, aliran panas kebawah 1.1 6.25

Total waktu pintu dibuka dalam 1 jam adalah 300 s, beban pendinginan = 108.6 KW

(300s) = 35.58 MJ.

Pembangkit Panas. Motor dalam sebuah ruang yang didinginkan menghasilkan

panas pada laju 1025.5 W/hp. Laju ini menurun menjadi 732.48W/hp hanya jika

motor didalam dan beban penggeraknya berada diluar ruang yang didinginkan.

Pekerja dalam ruangan menghasilkan panas 293 W per orang. Laju pembangkit panas

oleh pekerja meningkat dengan menurunnya temperatur ruang. Panas yang

dikeluarkan oleh cahaya lampu sama dengan watt pada lampu.

Buah-buahan dan sayuran bernafas, dan panas respirasi menambah beban

pendinginan. Panas respirasi ini merupakan suatu fungsi dari temperatur dan dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

q = laju panas pembangkit (mW/kg dalam SI). Nilai untuk a dan b untuk beragam

buah dan sayuran ditunjukkan dalam Tabel 10.2.

Table 10.2 Respirasi panas buah-buahan dan sayuran di udara. Jumlah konstanta a

dan b dalam persamaan q = a (e)bT

Produk

 

a b a bapel 213 0.06 19.4 0.108asparagus 2779 0.048 173 0.086kacang (hijau atau snap) 829 0.064 86.1 0.115kacang (lima) 376 0.071 48.9 0.128umbi manis (topped) 1054 0.031 38.1 0.056brokoli 854 0.067 97.7 0.121kecambah brussels 1845 0.045 104 0.081kubis 337 0.041 16.8 0.074semangka 128 0.07 16.1 0.126wortel (topped) 498 0.046 29.1 0.083seledri 237 0.058 20.3 0.104jagung (manis) 2465 0.043 131 0.077anggur 171 0.051 11.7 0.092selada (kepala) 416 0.049 26.7 0.088selada (daun) 1188 0.041 59.1 0.074bawang 89 0.055 6.92 0.099orange 151 0.059 13.4 0.106persik 104 0.074 14.8 0.133pir 42 0.096 12.1 0.173kacang polong (hijau) 1249 0.059 111 0.106lada (manis) 796 0.04 33.4 0.072bayam 473 0.073 65.6 0.131strawberi 568 0.059 50.1 0.106kentang manis 796 0.034 31.7 0.061tomat 159 0.057 13.2 0.103lobak cina 590 0.037 25.8 0.067

Sumber :ASHARE, 1974. Pendekatan tingkat evaluasi panas buah dan sayuran tertentu ketika disimpan pada temperatur yang tentukan. Dalam ASHRAE, 1965. Handbook and Product Directory-1974 Aplication. American society of heating. Refrigeration and Air Conditioning Engineers, Atlanta, GA.

q dihitung menggunakan konstanta a dan b merupakan nilai maksimum dalam batasan yang dilaporkan. Rata-rata nilai minimum 67% dari nilai maksimum.

Selama pendinginan, panas respirasi berkurang sebagaimana temperature

menurun. Rata-rata panas hasil respirasi dapat dihitung antara dua temperatur T1 dan

T2 dengan mengetahui waktu Δt untuk temperature berubah antara T1 dan T2 dan

dengan mengasumsikan bahwa perubahan temperatur selama periode ini adalah

linear.

Dengan mengasumsikan perubahan temperatur yang linear:

Dengan mensubstitusikan persamaan 14 untuk T kedalam persamaan 13:

Dengan mengintegrasikan dan mensubstitusikan:

Persamaan 15 merupakan rata-rata laju pembangkitan pada waktu Δt. Satuan-satuan

adalah sama seperti satuan a, yang mana dalam SI adalah mW/kg, sebagaimana

ditabulasikan dalam Table 10.2. Dengan mengalikan q dalam persamaan 15 dengan Δt

memberikan panas total yang dihasilkan untuk periode waktu yang dipertimbangkan.

Namun demikian temperatur pada suatu titik yang diberikan dalam material

selama proses pendinginan biasanya berubah secara eksponensial dengan waktu,

material yang didinginkan dalam bulk (seperti; selada atau kotak produk) memiliki

suatu gradien temperatur dengan bagian dalam pada temperatur yang lebih tinggi

daripada bagian luar yang berhadapan langsung dengan medium pendinginan.

Kemudian, jika temperatur rata-rata bulk ditetapkan, deviasi dari asumsi perubahan

temperatur linear adalah minimum.

Contoh 1. Diinginkan untuk mendinginkan kubis dari 32.2oC menjadi 4.44oC dalam

waktu 4 jam. Hitung panas respirasi selama periode pendinginan. Asumsikan

perubahan temperaturnya linear.

Pemecahan: T1 = 32.2 oC, T2 = 4.44 oC; Δt = 4 jam = 14400 s. Dari Tabel 10.2 untuk

kubis, a = 16.8 dan b = 0.074 dalam satuan SI. Pengujian persamaan 12

mengungkapkan bahwa a akan memiliki persamaan satuan seperti q dan b akan

mempunyai satuan 1/oC.

Panas yang dihasilkan pada periode waktu 14.400 s adalah Q:

Contoh 2: Hitung beban pendinginan karena panas respirasi dari bayam pada

temperatur konstan 3.33 oC:

Pemecahan: T = 3.33oC dan Tabel 10.2, a = 65.6 mW/kg dan b = 0.131C-1.

Beban Pendinginan Tidak Mantap (Unsteady State).

Prosedur untuk menghitung kapasitas panas dan panas sensible yang masuk

atau yang hilang didiskusikan pada Bab 5. Ketika perubahan phase dilibatkan, panas

laten pembentukan es adalah 144 BTU/lb, 80 cal/g atau 0.335 MJ/kg.

Contoh: Hitung beban pendinginan bila 100kg/jam kacang polong dibekukan dari

30oC menjadi – 40oC. Kacang polong memiliki kandungan air 74%.

Pemecahan: Bila beban pendingin = Qr; m = massa; C1= panas jenis diatas titik

beku ; Cs= panas jenis di bawah titik beku ; Tf = titik beku; Hf = entalphi pada titik

beku didasarkan pada H = 0 pada temperature referensi 222.6 K, dimana semua air

dalam bentuik es; T1= temperatur awal dan T2 = temperatur akhir.

Fraksi massa air adalah 0.74; M = 0.74

Dengan menggunakan persamaan 7, Bab 5:

Dengan menggunakan persamaan 20, dalam Bab 5:

Dengan menggunakan persamaan 22, dalam Bab 5

dengan menggunakan persamaan 17, dalam Bab 5:

Dengan menggunakan persamaan 18, dalam Bab 5:

Dengan menggunakan persamaan 23, dalam Bab 5:

Total Qr untuk 100kg/jam = 395,193 J/kg (100kg/jam) = 3.95193 x 107 J/h atau

10.9776 KW.

Pendekatan lain, yang lebih umum, adalah menggunakan prinsip depresi titik

beku untuk menentukan fraksi sisa air yang tidak beku pada temperatur di bawah

titik beku. Bila y12 = fraksi air dalam bentuk cair pada temperatur T2; M = fraksi masa

dari total es dan air dalam bentuk cair dalam material. Entalphi pada T2, didasarkan

pada entalpi nol pada T = 227.6 K bila semua air dalam phase padat, merupakan

penjumlahan dari panas peleburan dari fraksi air yang masih dalam bentuk cair pada

T2, dan panas sensible dari fraksi padatan dari temperatur referensi untuk T2 .

Fraksi masa air dalam bentuk cair dalam material pada T2 dievaluasi dari

molalitas dari suatu larutan yang memberikan penurunan titik beku air sama dengan

perbedaan antara T2 dan 273 K, titik beku air murni. Pemecahan tekanan titik beku

diberikan oleh Dimana kf = konstanta cryoscopic = 1.9 untuk air dan

solute karbohidrat dan MS = molalitas = mol solute per 1000 g air.

Pada T2, titik beku menekan (0-T2) dan ekivalen molal yang memberikan

penurunan titik beku Ms2 = (0 - T2)/1.9.

Titik beku dapat digunakan untuk menentukan jumlah solute. Ms = (0 – Tf)/1.9. n =

jumlah mol solute dalam 1 kg material.

Dalam kasus kacang polong, titik beku, Tf = -1.5C. molalitas diperlukan untuk

mengurangi titik padat 1.5 C adalah:

Pada -40oC, pemecahan molality yang akan ditekan dari titik beku menjadi titik air

adalah cairan pada temperatur ini adalah:

Peleburan panas pada iar adalah 334.944J/kg

Entalphi titik beku berdasarkan semua air mencair :

Beban pendingin merupakan kehilangan panas sensible dari temperatur awal

plus perbedaaan entalphi dari titik beku ke temperatur akhir.pertentangan

antara kalkulasi berdasarkan penekanan titik beku dan korelasi Chang dan Tao (1981)

didiskusikan dalam Bab 5, hanya 3.8 %.

Kebutuhan Penyimpanan Komoditi

Banyak produk makanan yang terkenal dari pengurangan temperatur

penyimpanan yang disajikan dengan ketentuan tidak ada pembekuan yang terjadi.

Pengurangan temperatur reaksi kimia yang menyebabkan produk menjadi jelek dan

aktivitas mikrobiologi berkurang. Kerusakan pembukaan stuktur seluler buah-buahan

dan sayuran dan sungguh mengurangi kemampuan menerima mereka. Pigment

daging menggelap irreversibly ketika membeku. Akselerasi pengembangan tepung

ikan telah diteliti ketika ikan beku pada atau dekat titik beku atau thawed. Untuk

makanan yang mudah rusak tidak disisipkan secara spesifik untuk tempat

penyimpanannya, temperatur beku seharusnya paling rendah yang bisa diterima satu

gudang penyimpanan. Beberapa buah dan sayuran peka akan luka pada temperatur di

atas titik beku. Temperatur paling rendah yang aman telah digambarkan untuk

komositi ini. Table 10.3 menunjukkan temperatur dan kelembaban udara yang

direkomendasikan untuk penyimpan beragan buah dan sayuran.

Tabel 10.3 Kondisi ruang penyimpanan yang direkomendasikan untuk buah-buahan

dan sayuran

(1) Temperatur penyimpanan 300-320F (-1.110- 00C). Titik beku tertinggi 28 0F(-2.220C).

RH 90-95 %

aprikot Buah pir

chery (kersen) persik

anggur plums

(2) Temperatur penyimpanan 320F(00C)  

65% 90% 95% 95% 95%

bawang putih

jamur

artichokes jagung manis

wortelasparagus selada1

lima beans escarole

selada

orange

beet leafy green

bawang

brokoli daun peterseli

parsnipskecambah brussel green peas

jeruk keprok

kubis lobak

rutabagaskembang kol rhubarb

seledri2 bayam1 lobak cina

(3) pendingin penyimpanan 36 0F (2.22 0F). RH 95%

apel

(4) temperature penyimpanan 450F (7.220C). RH 90%.

green or snap beans

ripe tomatoes

5. temperature peyimpanan 500F (100C). tidak tahan pada suhu dibawah 500F

RH 85% RH 90-95%

melon ketimun

kentang terung

pumpkin lada manis

squash

okratomat hijau

(6) temperature ruang penyimpanan 58o-60oF(14.4-15.6oC). RH 85-90%

nanas

Jeruk besar

lemon

Penyimpanan Dengan Pengontrolan Atmosper

Respirasi. Buah dan sayuran secara kontinyu melakukan aktivitas metabolisme

setelah pemanenan. Keseimbangan aktivitas metabolisme penting dalam pemeliharaan

mutu. Aktivitas metabolisme dinyatakan sebagai respirasi, dimana proses material

mengkonsumsi oksigen dan mengeluarkan kabon dioksida. Nutrisi utama

metabolisme selama respirasi adalah karbohidrat. Karena respirasi menghabiskan

nutrisi dalam produk setelah pemanenan, menyetem untuk prologing kehidupan buah

dan sayuran adalan mengurangi tingkat respirasinnya. Pembelajaran pertama

hubungan antara respirasi dan kualitas dibentuk bahwa penyimpanan merupakan

kebalikan hubungan tingkat respirasi dan kualitas total CO2 yang dipancarkan oleh

kedua produk adalah sama, produk akan mencapai suatu langkah dapat

diperbandingkan dalam gudang penyimpanannya.

Pengurangan temperatur merupakan aktifitas rata-rata tingkat pengurangan

respirasi. Bagaimanapun juga, untuk beberapa produk yang luka, tingkat respirasinya

mungkin tetap tinggi bahkan aman di temperatur penyimpanan yang paling rendah.

Penyimpanan yang dikontrol atmosfernya telah dikembangkan sebagai tambahan

untuk pendingin dalam memperpanjang respirasi penyimpanan buah-buahan dan

sayuran secara aktif.

Reaksi yang dilibatkan dalam respirasi terutama oksidasi karbihidrat.

Hassil bagi respirasi (RQ), digasmbarkan sebagai perbandingan CO2 yang diproduksi

dan O2 yang dikonsumsi. Panas yang ditingkatkan selama respoirasai juga

ditunjukkan dihubungkan dengan kualitas CO2 diproduksi dalam cara yang sama yang

dilepas selama pembakaran glukosa (10.7 J/mg CO2). Oksigen yang dikonsumsi dan

CO2 yang dievolusi dapat dikalkulasikan dari respirasi panas dan sebaliknya.

Penyimpanan dengan pengoltrolan atmospher (CA) didasarkan pada

peningkatkan tingkat CO2 dan mengurangi O2 dalam penyimpanan atmosphere akan

menghasilkan reduksi respirasi. Tentu saja, penentuan kalorimetrik komposisi produk

secara kontinyu mengikuti CA pada komposisi optimum untuk produk yang

menunjukkan bahwa CA dapat mengurangi respirasi sekitar 1/3 respirasi dalam udara

pada temperatur yang sama.

Contoh: Satu pound (0.454kg) selada dikemas dalam peti kemas udara dengan volume

4 l. Produk mempunyai volume 80%, menjadi udara. Jika produk dalam temperatur

konstan 4oC kalkulasikan berapa lama waktu yang diperlukan untuk mengambil

oksigen dalam kemasan berkurang 2.5%. Asumsikan RQ 1.

Pemecahan: Dari Table 10.2 konstanta a dan b untuk respirasi panas selada (dalam

mW/kg) adalah 26.7 dan 0.888

Kira-kira udara mengandung 21% O2 dan 79 % N2. Jumlah total mol udara mula-

mula dalam petikemas adalah:

Karena RQ adalah 1, tidak akan ada perubahan jumlah total mol gas dalam

petikemas. Jumlah mol oksigen ketika konsentrasi 2.5% adalah:

Jumlah mole O2 mula-mula adalah:

Jumlah mol O2 yang harus dihabiskan oleh respirasi adalah:

Berapa waktu yang diperlukan untuk menghabiskan O2 yang diinginkan:

Komposisi Gas CA. Penyimpanan CA telah digunakan secara sukses untuk apel dan

pir. Hasil percobaan penyimpanan CA kubis, bongkol selada, brokoli, dan kecambah

brussel telah memberikan harapan. Modifikasi atmosper peti kemas produk selama

penyimpanan sayuran juga bisa diterima. CA yang direkomendasikan ketika transit

adalah 5 hari atau lebih.

Konsentrasi reduksi O2 dalam atmospe penyimpanan adalah 3% atau telah

ditunjukkan di bawah menjadi sangat efektif dalam pengurangan tingkat respirasi,

dengan atau tanpa CO2. Konsentrasi O2 yang terlalu rendah, bagaimanapun juga,

respirasi aerobik, dihasilkan dalam dalam pengembangan off flavor dalam produk.

Konsentrasi O2 untuk respirasi anaerobik batasan dari 0.8% untuk bayam sampai 2.3

untuk asparagus. Variasi komposisi optimum CA dari satu produk ke produk yang

lain dan antara varietas produk yang diinginkan. Komposisi CA menjadi efektif untuk

beberapa produk ditunjukkan dalam Table 10.4.

Untuk efektifnya, ruang penyimpanan CA harus layak kedap udara. Untuk

pengujian kedap udara, ruangan harus diberi tekanan untuk tekanan positif 1 in. Water

gage (wg) (249 Pa gage). Sebuah ruangan ditetapkan dalam keadaan hampa udara,

sampai 1 jam. Tekanan tidak menurun dalam 0.2 in. Wg (49.8 Pa). kebutuhan ini

adalah setara dengan suatu udara incursion tingkat 0.2 % volume gas dalam ruangan

per jam konstanta tekanan berbeda antara dalam dan luar yaitu 0.5 in wg (124 Pa).

Standar perbedaan untuk mendinginkan traktor-trailler meminta incursion udara

maksimal untuk 2 ft3/min (3.397m3/jam) pada perbedaaan tekanan 0.5 in. Air (124

Pa) antara dalam dan luar trailler. Pendekatannya 15 kali spesifik untuk hampa udara.

CA dalam gudang penyimpanan diseimbangkan komposisinya sesuai

pengenalkan CO2 dan/atau N2 jika respirasi produk tidak cukup untuk menaikkan

tingkat CO2 atau tingkat O2 lebih rendah. Dalam suatu pemenuhan, gudang disegel

dengan ketat, ventilasi dengan udara segar dan pengosokan CO2 dari atmosfir

penyimpanan mungkin penting untuk menyeimbangkan composisi CA dengan benar

dan mencegah respirasi anaerobic. Pengoperasian secara sukses untuk fasilitas

penyimpanan CA mengharuskan monitoring secara teratur dan menganalisa

komposisi gas dan membuat koreksi yang sesuai ketika perlu. Gambar 10.12 dan

10.13 merupakan diagram skematik sistem penyimpanan CA untuk gudang dan untuk

sistem transit dalam.

Table 10.4 Kondisi Penyimpanan CA yang Sesuai Untuk Berbagai Produk

Produk % CO2 % O2

Apel 2-5 3

Asparagus 5-10 2,9

Cambah brussel 2,5-5 2.5-5

Buncis (green or snap) 5 2

Brokoli 10 2,5-

Kubis 2,5-5 2,5-5

Selada (bonggol atau daun) 5-10 2

Per 5 1

Bayam 11 1

Tomat (hijau) 0 3

Contoh 1: Laju aliran fluida melalui pembukaan sempit secara langsung proporsional

menjadi akar kuadrat diferensial tekanan ke seberang membuka. Jika tekanan dalam

penampungan volume V berubah secara eksponensial dengan waktu dari 1 in. Wg

(429 Pa) pada saat waktu 0 ke 0.2 in.wg (49.8Pa) dalam waktu 1 jam, kalkulasikan

volumetrik rata-rata aliran gas keluar bak penampung dan tekanan rata-rata yang

mengalir akan diharapkan jika tekanan dijaga konstan.

Pemecahan: ungkapan untuk laju aliran volumetrik Q adalah:

Reaksi monoethanol

Absorbsi

Regenerasi

Gambar 10.12. Diagram skematik sistem untuk penyimpanan dengan atmosfer yang

dikontrol untuk buah-buahan dan sayuran dalam gudang

Gambar 10.13. Diagram skematik sistem untuk generasi dan maintain atmosfer yang

dikontrol selama transportasi buah-buahan dan sayuran segar

Volume dQ berkurang setelah a jangka waktu tertentu dt adalah:

Karena P merupakan eksponensial dengan waktu, substitusikan syarat batas, ∆P = 1

pada t = 0 dan ∆P = 0.2 pada t = 1, akan memberikan persamaan ∆P sebagai fungsi

t sebagai berikut:

Substitusikan P dalam persamaan diferensial dan integrasi:

Rata-rata aliran dalam 1 jam, q = Q/t adalah:

Karena , tekanan rata-rata yang akan memberikan ekivalen laju

aliran sebagai adalah (0.687)2 atau 0.472

1 atmosfer sama dengan 406.668 in. Air. Gunakan persamaan gas ideal,

sejumlah mol gas dalam bak penampungan pada tekanan P1 dan P2 adalah:

dan

Jumlah mol yang hilang dengan pengurangan tekanan dari P1 ke P2 adalah:

Nyatakan kualitas volume pada tekanan atmosfer standar:

Substitusikan P1 = 1 in, P2 = 0.2 in dan P = 406.668:

Kondisi yang ditetapkan dari suatu tetesan dalam tekanan dari 1 in.Wg ke 2 in.Wg

dalam 1 jam adalah ekivalen untuk rata-rata kehilangan 0.2% volume bak penampung

per jam rata-rata menurunkan tekanan 0.5 in.wg

Contoh 2: Pendingin traktor-trailer dibebani selada 20% dari volume total adalah

udara. Trailer memiliki total volume 80m3. Asumsikan bahwa trailer terlihat spesifik

untuk incursion udara maksimum 2 ft/min (3.397m/jam) perbedaan tekanan 0.5 in.wg

(124 Pa), apakah perlu penambahan O2 dan N2 untuk menjaga atmosfer dalam truk

2% O2 dan 5% CO2 ketika truck berjalan pada kecepatan 50 mile/jam (80km/jam)?

temperatur tekanan produk 1.5 oC dan trailer berisi 18.000 kg selada.

Pemecahan: Jika atmosfer di dalam truck preequilibtated pada titik yang diinginkan

komposisi CA, jumlah N2 dan CO2 yang harus ditambah selama transit perlu untuk

memindahkan udara yang menerobos ke dalam trailer. X = aliran penambahan N2 dan

y = aliran penambahan CO2. Jika nai = laju infiltrasi udara, Nrc = laju CO2 generasi

produk dan nro = aliran konsumsi oksigen oleh produk selama respirasi, mengikuti

kesetimbangan material kemungkinan pengesetan untuk CO2 dan O2, asumsikan

bahwa gas yang keluar komposisinya sama dalam interior trailer.

Kesetimbangan O2 (udara 21 % O2):

Kesetiumbangan CO2:

Respirasi panas bongkol slada dalam mW/kg dari jumlah a = 26.7 dan b = 0.088 dari

Tabel 9.2 dan untuk T =1.5oC:

Laju infiltrasi udara sekarang harus dikalkulasikan pada kecepatan 80 km/jam.

Kecepatan panas mengikuti cairan, adalah densitas fluida.

Laju aliran infiltrasi spesifik 3.397 m3/jam pada tekanan 124 Pa dapat dikonversikan

ke tekanan yang lebih tinggi dengan menggunakan hubungan bahwa laju aliran fluida

secara langsung proporsional dengan akar kuadrat tekanan.

Gunakan persamaan gas ideal,

Substitusikann jumlah untuk nai, nro dan nrc dalam persamaan kesetimbangan

O2 dan CO2:

Catatan bahwa karena infiltrasi udara, tidak akan ungkin untuk respirasi produk untuk

memelihara komposisi CA yang perlu di dalam trailer. Lagipula, laju respirasi untuk

produk tertentu adalah pelan produk tertentu menjadi sangat rendah yang pembilasan

(menyangkut) trailer dengan N2 dan CO2 telah dilakukan pada aawalnya untuk

membawa komposisi CA yang diinginkan dalam suatu jangka waktu yang pendek.

Packaging Atmospir Yang Dimodifikasi. Modifikasi atmosphere (MA) dan CA

adalah sama, dan bentuknya kadang-kadang digunakan interchangeably. Lambang

CA kadang tipe kontrol yang kondisinya dijaga konstan dengan atmosfir

penyimpanan. Pengemasan MA menyertakan perubahan berupa atmosfer gas

melingkupi waktu pengemasan produk dan menggunakan kemasan penghalang

material untuk mencegah perubahan gas dengan lingkungan melingkupi pengemasan.

Penggunaan gas-permeabel kemasan material yang dikhususkan untuk

mempromosikan pertukaran gas untuk menjaga secara relatif konstan keadaan di

dalam kemasan mungkin dipertimbangkan bentuk kemasan CA.

Pengurangan laju respirasi kehidupan organisme oleh penurunan O2 dan peningkatan

CO2 didiskusikan dalam bagian sebelumnya. Pengemasan MA, sekarang dipraktekan,

merupakan persiapan desain untuk mengontrol pertumbuhan mikroorganisme dan

dalam beberapa kasus, aktivitas enzim dalam kemasan makanan mentah atau dimasak.

Atmopher digunakan, jika produk produk itu sendiri tidak resripasi, biasanya 75%

CO2, 15 N2 dan 10 % O2. Produk bakeri, secara umum tentang embun yang lebih

rendah dibanding kebanyakan makanan, dapat dipelihara lebih panjang dalam 100%

CO2. Pemutusan CO2 dan O2 tahap produk mengandung air merupakan tanggung

jawab untuk larangan mikrobial. CO2 tinggi bersifat mencegah kebanyakan

mikroorganisme. Walaupun CO2 lebih rendah pHnya, bersifat mencegah diakibatkan

oleh pH yang berkurang sendiri. Kehadiran O2 berpengaruh sedikit mencegah

anaerob, menghasilkan pertumbuhan yang lebih rendah dibandingkan 100% atmesfer

CO2

Kombinasi gas lain dan produk yang telah digunakan yaitu: 80% CO2 dan 20 % N2

untuk daging makan siang; 100% N2 untuk keju, 30% CO2 dan 70% N2 untuk ternak

segar dan ikan; dan 30% O2, 30 % CO2 dan 40% N2 untuk daging yang berwarna

merah.

Secara khas, pengemasan MA melibatkan gambar vakum dari produk dalam high-

kemasan barrier material, memindahkan vakum dengan memodifikasi atmosfer dan

menyegel kemasan.

Pendekatan lain yang sesuai untuk model engineering melibatkan penggunaan gas-

permeabel film sebagai pengemas material awal dan menutup kemasan dalam high-

barier yang diisi lebih besar dengan campuran berupa gas yang diinginkan.

Pencampuran komposisi gas dan kemasan permeabiliti film adalah seimbang untuk

mencapai konstanta MA di dalam kemasan. Dengan cepat area pertumbuhan dalam

kemasan dicapai. Sejauh ini tidak ada model yang memuaskan yang didapat. Model

yang memuaskan dapat meramalkan hidup rak BU untuk membungkus produk.

Masalah

1. unit pendingin amonia digunakan untuk mendingikan susu dari 30 oC menjadi

1 oC (86 ke 33.8 oF) dengan mengarahkan perluasan bahan pendingin pada

jaket shall-dan tabung heat exchanger. Heat exchanger memiliki total di luar

area permukaan pindah panas 14.58 m2 (157 ft2). Untuk mencegah

pembekuan, temperatur pendingin dalam jaket heat exchanger diseimbangkan

pada -1oC (31.44oF).

(a). Jika rata-rata semua koefisien pindah panas dalam heat exchanger adalah 1136

W/m2.K (200 BTU/h. ft2. oF) berdasarkan area di luar, kalkulasikan tingkat susu

dimana panas spesifik 3893 J/kg. K (0.93BTU/lb.ft. oF) dapat diproses dalam unit

ini.

(b) tentukan jumlah pendingin ton diperlukan untuk sistem pendinginan.

(C) Sisi sistem tekanan pendingin yang tinggi pada 1.72 Mpa (250 psia).

Kalkulasikan horsepower kompresor yang diperlukan untuk sistem pendingin,

asumsikan efisiensi volumetrik 60%.

2. Kompressor-tunggal dfalam freon 12 sistem pendingin memiliki efisiensi

volumetrik 90% pada tekanan tinggi 150 psia (1.03 Mpa) dan tekanan rendah

50 psia (0.34 Mpa). Kalkulasikan efisiensi volumetrik unit ini jika

dioperasikan pada tinggi tekanan yang sama tetapi tekanan rendah dikurangi

10 psia (68.9 k.Pa). Asumsikan freon 12 merupakan gas ideal.

3. hitung jumlah ton pendingin untuk satuan yang akan diinstal dalam pendingin

yang dijaga pada temperatur 0o C(32oF) diberikan informasi pada konstruksi

dan informasi:

dimensi: 4 x 4 x 3.5 m (13.1 x 13.3 x 11.5 ft)

konstruksi dinding dan langit-langit:

3.175mm(1/8 in) tebal lembaran polivinil klorida dalam ( K PVC = 0.173 W/m.K

atau 0.1 BTU/h.ft. oF)

Isolasi fiberglas 15.24 cm (6 in)

Corkboard 5.08cm (2 in)

Konstruksi lantai: 3.175 mm (1/8 in) tebal ubin (k=0.36 W/(m.k) atau

0.208BTU/h. Ft. oF)

10.16 cm (4in) papan

20.32 cm (8 in) ventilasi udara

Landasan permukaan beton pada konstanta temperatur 5oC (59oF)

Pintu

Lebar 1 m x tinggi 2.43 m (3.28x8 ft)

Desain buka pintu rata-rata 4/jam pada 1min/buka

Perembesan udara:

1 m3/h (35.3 ft3/h) pada tekanan atmosfir dan temperatur lingkungan

Kondisi lingkungan

32oC (89,6oF)

Produk mendingin:

Kemampuan desain untuk mendingin 900 kg (Cp = 0.76BTU/lb.oF atau 3181 J/k)

dari 32o menjadi 0oC (89.6oC menjadi 32 oF) dalam 5 jam. Titik beku produk

adalah -1.5oC (29.3oF)

4. efek stack berkaitan bengan perbedaan temperatur antara sisi dalam dan luar

ruang pendingin dikutip sebagai alasan utam untuk peresapan udara. Dalam

kontek ini, ∆P positif pada bagian pendingin paling rendah dan negative pada

bagian tertinggi dengan wilayah yang disebut sebagai zona bebas, mendekati

ruang tengah/pusat, dimana ∆P adalah nol. Jika area pembuka pada bagian

tertinggi dimana ∆P negative, udara akan masuk ke atas dan keluar pada saan

dibuka dalam tombol volume yang sama alirannya (asumsikan bahwa tidak

ada perubahan tekanan didalam ruang). Jika ada kebocoran udara dalam ruang

2% dari volume ruang per menit pada ∆P 0.5 in. Wg (124 Pa), tentukan aliran

perembesan yang dapat harapkan dalam ruang 2 m (6.56 ft) tinggi ke

zonanetral jika bagian dalam ruangaan -20oC (-4 oF) dan temperatur

lingkungan 30oC (86oF). Aliran udara melalui letusan adalah proporsional

pada akar kuadrat ∆P. asumsikan bahwa udara merupakan gas idel. ∆P

berkaitan tinggi dengan kolom udara h pada perbedaaan temperature =g (ρ1-

ρ2) dimana ρ1 dan ρ2 merupakan densitas kolom udara.

5. Untuk satuan 1 ton pendingin (efisiensi volumetrik 80%) menggunakan freon

12 pada tinggi tekanan 150 psi (1.03 Mpa) dan tekanan rendah 45 Psia

(0.31Mpa), pengoperasian pada temperatur lingkungan 30oC (86oF), tentukan

kapasitas pendingin dan HP/tonr. Asumsikan bahwa jarak kompresor sama.

a. mengurangi temperatur penguapan menjadi -30oC (-22oF). Tinggi

tekanan sisi pada 150 psia (150 Mpa)

b. mengurangi temperatur lingkungan menjadi 35oC (95oF). Sisi tekanan

rendah pada 45 psia (0.31 Mpa) sisi tekanan tinggi akan berubah

seperti ∆T antara bahan pendingin gas yang panas dan suhu lingkungan

sama dalam kondisi pengesetan.

c. Udara dalam garis perubahan uap bahan pendingin selalu berisi 10%

udara dan 90% volume bahan pendingin. Asumsikan bahwa temperatur

kondensasi bahan pendingin gas yang panas dan temperatur bahan

pendingin gas yang dingin pada sisi tekanan rendah-sisi tekanan tinggi

adalah sama pada kondisi pengesetan. 45 dan 150 psia atau 0.31 dan

1.03 Mpa. Gunakan R = 1.987 BTU/(lbmol. oR) atau 8318J/(kg. K).

perbandingan panas spesifik Cp/Cv untuk udara adalah 1.4.

d. Minyak yang terjerat dalam uap air kembali seperti bagian

konstriksi adlaah 10 psi (68.9 kPa). asumsikan bahwa temperatur

evaporator 0oC.