BAB 2 LANDASAN TEORI

Tugas Besar Merancang Teknik Refrigerasi

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Definisi Cold Storage

Refrigerasi didefinisikan sebagai suatu ilmu pengetahuan

tentang penyediaan dan mempertahankan temperatur di bawah

temperatur atmosfer sekitarnya. Pemanfaatan efek temperatur

rendah ini memainkan peranan yang penting dalam pengawetan

bahan makanan, salah satunya adalah daging ayam. Banyak hal

dari daging ayam, dimana membutuhkan persiapan yang baik dan

penanganan tempat penyimpanan daging ayam, yaitu Cold Storage

menjamin pengawetan daging yang aman dan diakui secara umum.

Cold Storage adalah ruangan yang suhunya dijaga dibawah suhu

udara di luar dengan tujuan supaya barang yang disimpan di

dalamnya tidak rusak. Barang-barang yang biasa disimpan di

dalam cold storage adalah es krim, daging-dagingan, buah-buahan,

susu dan produk olahannya, serta barang-barang lain yang mudah

rusak bila disimpan pada suhu kamar. Cold storage didesain

berdasarkan barang apa yang akan disimpan di dalamnya karena

tiap-tiap jenis barang akan membutuhkan penyimpanan yang

berbeda.

Tidak semua daging segar langsung dibawa ke pasaran, sebagian

ada yang disimpan untuk persediaan. Lamanya waktu ketahanan

Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia 7


daging tergantung pada kondisi apa daging itu disimpan. Daging

mempunyai ketahanan tertentu di setiap bagian. Misalnya,

daging hanya mampu bertahan selama 10 hari apabila berada di

Chilling Room, sedangkan di Cold Storage daging mampu bertahan

sampai dua tahun.

2.1.1. Chilling Room

Chilling Room adalah ruangan untuk mendinginkan daging

sampai pada temperatur sekitar 00C. Pendinginan di dalam

Chilling Room dimaksudkan untuk mereduksi pertumbuhan

bakteri mikro organism dan untuk mengurangi penyusutan

berat daging oleh penguapan. Chilling Room juga dipakai

sebagai ruang transit dan juga untuk mencegah perusakan

warna di permukaan daging karena oksida hemoglobin.

Chiller yang baik mempunyai temperatur udara yang dingin,

kecepatan hembus udara yang tinggi, kelembaban udara yang

tinggi dan mempunyai kapasitas pendinginan yang besar.

Temperatur udara dalam Chilling Room dijaga senantiasa

antara 00C sampai -10C. Pada temperatur dibawah -10C,

daging akan mulai membeku.

2.1.2. Blast Freezer

Blast Freezer adalah ruangan yang dipakai untuk membekukan

daging secara cepat. Apabila periode pengawetan daging

yang dibutuhkan lebih lama daripada ketahanan waktu daging

dalam Chilling Room, maka proses pembekuan diperlukan untuk



mengatasi perubahan-perubahan secara fisik biologi, dan

mikrologi dalam daging. Selama proses pembekuan, kandungan

air dalam daging yang berkisar antara 80% ini harus diubah

menjadi kristal-kristal es yang diikuti dengan pemisahan

dari padatan yang terlarut.

Suatu daging dikatakan membeku sempurna apabila temperatur

di tengah daging mencapai -120C atau bahkan lebih rendah

lagi. Untuk mencapai kondisi ini, harus diperhatikan

bagaimana kristal-kristal es ini terbentuk. Terbentuknya

kristal es dalam daging sangat mempengaruhi kualitas

daging beku yang dihasilkan. Semakin lembut kristal es

yang terbentuk, semakin baik proses pembekuan yang

terjadi. Dari International Institute of Refrigeration (IIR),

diketahui bahwa kecepatan pembekuan dinyatakan sebagai

kecepatan penurunan temperatur dipermukaan melalui badan

daging dalam cm/jam. Hasil pembekuan yang baik didapat

apabila kecepatan pembekuan daging berkisar antara 2-5

cm/jam. Pembekuan lambat didefinisikan dengan kecepatan

dibawah 1 cm/jam dan pembekuan cepat dengan kondisi diatas

5 cm/jam.

Daging beku yang sudah memenuhi syarat dikeluarkan dari

blast freezer untuk selanjutnya disimpan di dalam Cold Storage.

Temperatur ruangan Cold Storage dipertahankan agar tetap

berada pada temperature daging yaitu sekitar -200C.



Ketahanan daging dalam Cold Storage adalah fungsi dari

waktu. Semakin dingin temperatur Cold Storage semakin lama

ketahanan daging tersebut.

Gambar 1. Blast Freezer

2.2 Komponen Sistem Refrigerasi

2.2.1. Komponen Utama

Pada sistem refrigerasi mekanik terdapat 4 (empat)

komponen utama yaitu: kompressor, kondensor, metering

device ( Expansion valve ), dan evaporator.

a. Kompresor

Kompresor adalah alat yang berguna untuk mengkompresi

refrigeran yang keluar dari evaporator. Refrigerant

dikompresi sehingga tekanan naik dan temperaturnya

naik. Refrigeran yang keluar harus berfase gas



sleuruhnya karena refrigeran dalam fasa liquid tidak

dapat dikompresi. Jika refrigerant yang masuk ke dalam

kompresor dalam fasa liquid, maka akan merusak

kompresor. Kompresor berdasarkan prinsip kerjanya

diklasifikasikan menjadi 2 jenis:

Positive displacement-type

Roto dynamic-type

Berdasarkan konstruksinya dapat diklasifikasikan

menjadi:

Reciprocating type

Rotary type with sliding vanes (rolling piston type

or multiple vane type)

Rotary screw type (single screw or twin-screw type)

Orbital compressors, and

Acoustic compressors

b. Kondensor

Kondensor adalah alat yang digunakan untuk

menkondensasi refrigeran yang keluar dari kompresor

sehingga saat keluar dari konensor, refrigeran sudah

berfasa liquid seluruhnya. Untuk memastikan refrigeran

sudah berfasa liquid seluruhnya, maka kita mengeset

parameter subcooling, penurunan temperature beberapa

derajat dibawah temperature saturasinya. Subcooling

biasanya diset pada 2-3K. Subcooling penting untuk 2

alasan:



Keamanan dari katup ekspansi dimana tidak ada

gelembung di dalamnya

Memaksimalkan kapasitas dari evaporator

Kondensor diklasifikasikan menjadi:

Kondensor berpendingin udara

Kondensor berpendingin air

c. Metering device

Katup ekspansi adalah alat yang digunakan untuk

mengatur laju aliran refrigeran menuju evaporator. Katup

ekspansi ditempatkan sebelum evaporator. Pada system

refrigerasi metering device merupakan tahanan yang

tempatnya diantara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan

rendah.

Alat pegatur refrigerant harus memberikan kapasitas

yang maksimum kepada evaporator, tetapi tidak membuat

beban lebih kepada kompresor.

d. Evaporator

Evaporator adalah alat penukar kalor yang digunakan untuk

menyerap kalor dari ruangan dan memindahkan kalor

tersebut ke refrigerant. Dengan penyerapan kalor ini,

refrigeran akan berubah fasa dari fasa liquid saat

memasuki evaporator menjadi gas saat keluar dari

evaporator. Sangat penting untuk memastikan refrigerant

yang keluar sudah berfasa gas karena akan membahayakan

kompresor jika refrigerant yang keluar masih berfasa

liquid. Untuk memastikannya, ada parameter yang harus



diset, yaitu superheat, pemanasan refrigerant sampai

beberapa derajat diatas temperature saturasinya. Dalam

pemilihan evaporator, ada beberapa data yang harus

dicocokan dengan data saat pemilihan condensing unit,

yaitu superheating temperature, subcooling temperature,

condensing temperature, dan cooling capacity.

2.2.2. Komponen Penunjang

Selain komponen-komponen utama yang harus ada pada

siklus refrigerasi juga terdapat komponen-komponen

tambahan yang berfungsi sebagai device control atau

pengatur refrigerant. Accessories yang digunakan pada

sistem ini adalah :

1. Oil separatorOil separator berfungsi untuk memastikan pelumas yangdigunakan kompressor untuk kembali ke crankcasekompressor sebelum masuk ke kondenser. Campuranpelumas dan refrigeran masuk ke inlet oil separatordan melalui serangkaian buffle yang menyebabkanpartikel pelumas terkumpul dan jatuh ke bagian bawahoil separator. Pelumas tersebut kembali ke crankcasekarena tekanan pada oil separator yang lebih tiggidibanding pada crankcase, jika tekanan pelumas lebihrendah terdapat katup khusus akan menutup untukmencegah refrigerant masuk ke crankcase. Alat inidiletakkan setelah discharge line kompressor dansebelum kondenser.

2. Solenoid valve



Katup elektromekanik yang digunakan untuk mengontrolfluida dengan memberikan arus listrik ke solenoid,sehingga mengubah posisi dari katup. Pada sistempendinginan solenoid valve berfungsi sebagai penutupdan pembuka (katup) pipa refrigeran yang menuju keexpansion valve sehingga pada saat defrost,refrigeran cair yang berada di evaporator tidakkembali lagi ke kompresor. Karena apabila kompresorkemasukan liquid, komproser akan rusak.

3. Filter drierBerfungsi untuk menyaring partikel-partikel kecilseperti serpihan logam dan debu yang dapatmembahayakan bagi kerja kompressor. Selain itu alatini juga bermanfaat untuk menangkap uap air yangdapat menghambat proses perpindaahan kalor sertamembahayakan kompressor. Filter dryer ditempatkansetelah kondenser dan sebelum alat ekspansi.

4. Sight glassBerfungsi untuk memperlihatkan cukup tidaknyarefrigeran yang mengalir dan apakah cairan refrigeransudah kering atau masih basah. Jika terdapat uap airatau lembab dalam refrigerant akan menyebabkankomponen berkarat, dapat pula air tadi membeku padalubang katup ekspansi sehingga menyumbat aliranrefrigerant.

5. Check valveUntuk mengalirkan fluida (liquid atau gas) hanya kesatu arah, Prinsip kerja dari check valve ini adalahaliran refrigant mempunyai tekanan yang cukup untuk



membuka valve yang ada sehingga refrigrant dapatmengalir

6. Pressure regulatorBerfungsi untuk mengatur tekanan dari refrigeran agartekanan refrigeran yang mengalir dalam sistem sesuaidengan apa yang akan kita inginkan, sehingga kitadapat mengontrol tekanan yang berlebih.

7. Pressure controlBerfungsi sebagai alat safety, mencegah kerusakansistem apabila terjadi tekanan yang terlalu rendahpada suction atau tekanan terlalu tinggi padadischarge kompresor. Dapat mematikan sistem secaraotomatis

2.3 Prinsip Kerja Cold Storage

Pada prinsipnya cold storage hampir sama dengan ruangan biasa

yang akan didinginkan. Perbedaannya terletak pada toleransi

suhunya dimana suhu dari cold storage tidak boleh menyimpang

terlalu jauh dari desain awalnya karena bisa merusak barang

yang disimpan di dalamnya. Cold storage menggunakan siklus

kompresi uap single stage untuk pendinginannya.



Gambar 2. Standar Vapour Compression system

Proses 1-2: isentropik kompresi

Proses 2-3: isobarik pelepasan kalor

Proses 3-4: isentalphy ekspansi

Proses 4-1: isobarik penyerapan kalor

2.4 Beban-beban Dalam Cold Storage

2.4.1. Beban Transmisi

Adalah penambahan / perolehan kalor sensibel melalui

dinding, lantai, dan atap yang tergantung dari tipe dan

bahan isolasi, kelebihan isolasi, luas permukaan bagian

luar, beda temperatur antara ruangan yang dikondisikan

dengan udara sekelilingnya.

Tabel 1. Thermal Conductivity of Cold Storage

Insulation



Tabel 2. Minimum Insulation Thickness

2.4.2. Beban Infiltrasi Udara

Penyebab umum kebanyakan dari infiltrasi adalah perbedaan

kerapatan udara (densitas) antar ruangan.

2.4.3. Beban Produk

Sumber utama beban pendingin dari produk dalam ruangan yang

didinginkan adalah:

a) Kalor yang dilepaskan untuk mengurangi temperatur produk

akibat produk tersebut disimpan dalam temperatur

penyimpanan.



b) Kalor yang dibangkitkan oleh produk dalam penyimpanan.

Hal ini terjadi karena peleburan kalor laten dari produk.

Produk yang dimasukkan dalam Cold Storage jika mempunyai

temperatur lebih tinggi dari temperatur Cold Storage, ia

akan melepaskan kalor sampai temperatur sama dengan

temperatur Cold Storage.

Table 3. Thermal Properties of Food



2.4.4. Beban Auxiliary

Adalah semua energi listrik yang dihamburkan di dalam ruang

pendingin; lampu, motor listrik, heater, dan peralatan

lainnya.

Table 4. heat gain from typical electric motors


BAB 2 LANDASAN TEORI

Documents

Transcript of BAB 2 LANDASAN TEORI