pendinginan (refrigeration)

8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)

1/26

PENDINGINAN

(REFRIGERATION)

R. Baskara Katri Anandito

Sebelas Maret University

Surakarta


2/26

PENDAHULUAN

Refrigerasi atau pendinginan adalah proses

pengambilan panas dari suatu benda sehingga

suhunya akan menjadi lebih rendah dari

sekelilingnya.

Bila medium pendingin mengadakan kontak denganbenda lain, misalnya bahan makanan, maka akan

terjadi pemindahan panas dari bahan makanan ke

medium pendingin sampai keduanya memiliki suhu

yang sama atau hampir sama. Pendinginan merupakan salah satu cara pengawetan

bahan makanan mempertahankan cita rasa

& menghambat kerusakan.


3/26


4/26

KERUSAKAN MERUPAKAN FUNGSI

DARI SUHU

Kerusakan bahan makanan proses kimiawi

atau biokimiawi.

Kecepatan reaksi kerusakan dipengaruhi oleh suhu.

Bahan hasil pertanian pada waktu pasca panen,

masih berlangsung proses metabolisme yang

umumnya merupakan proses respirasi

kecepatannya dipengaruhi oleh suhu.

Suhu rendah dapat menghambat proses

metabolisme sehingga dapat digunakan sebagai

cara pengawetan.


5/26

DASAR PROSES PENDINGINAN

Terjadinya proses pendinginan atas dasar hukum

termodinamika II : Energi dapat ditransfer dari

benda yang berenergi tinggi ke yang rendah.

T

1000C air uap

panas laten

panas sensibel0 0C es air

panas laten

panas sensibel

H1 H2 Heat Content (H)


6/26

Panas sensibel :

Q = m . Cp . (t1t2)m = massa bahan Cp = panas spesifik

Energi panas laten :

QL= m . h

h = panas laten


7/26

PENDINGINAN ALAMI

Menggunakan es sebagai media pendinginan.

Sejumlah panas dibutuhkan untuk mencairkan es &

panas tersebut diambilkan dari bahan yang

didinginkan.

Jumlah panas yang dibutuhkan untuk proses

pencairan es adalah 144 Btu / lb. Untuk mencairkan 1

ton es maka dibutuhkan energi 2000 lb x 144 Btu/lb =

288.000 Btu satuan kapasitas pendinginan.

Pendinginan mempunyai kapasitas satu Ton bila

dalam waktu 24 jam dapat menyerap panas sebesar

288.000 Btu atau 12.000 Btu / jam.


8/26

Pendinginan dengan es tidak dapat mencapai suhu

kurang dari 0 0C. Agar suhu lebih rendah

digunakan campuran es dan garam.

Penggunaan campuran es dan garam perlu mendapat

perhatian karena sifat korosinya.

Kadar Garam (%) Suhu campuran ( 0C)

0

510

15

20

25

0

-2,8-6,7

-11,7

-16,9

-23


9/26

Cara lain adalah dengan dry ice (CO2padat).

Dry ice merupakan hasil samping dari berbagai

industri, seperti industri alkohol. Setelah gas CO2dimurnikan, dikompresikan sehingga dapat

dicairkan. Dengan mengekspansikan CO2 cair tadi,

terbentuklah snow yang dapat dipres untuk

menghasilkan bentuk blok atau kubus. Sifat-sifat es kering :

Suhu : -109,3 F (dlm atmosfer CO2); -123 F (dlm

atmosfer yang mengandung 50 % CO2)

Berat jenis : 5,0 5,5 lb / in3

Daya pendinginan : 246 Btu / lb pada 109 F


10/26

PENDINGINAN MEKANIS

Dapat dilakukan dengan sistem kompresi mekanisdan sistem absorpsi.

Distem kompresi merupakan sistem yang umumdipakai, prinsipnya penyerapan panas oleh zatpendingin (amonia, freon, dsb) pada waktu terjadi

perubahan fase (cair ke uap). Gambar sistem refrigerasi kompresi dengan

amonia sebagai zat pendingin (refrigerant)

Jika klep ekspansi dibuka, maka amonia akanmenuju evaporator yang berupa pipa melingkar(coil). Panas dari sekelilingnya akan diserap untukmemenuhi kebutuhan panas laten penguapan. Uapamonia kemudian dihisap kompresor kemudiandikompresikan ke dalam kondenser (mengubah uapamonia menjadi cair).


11/26


12/26

Tiga komponen penting penyusun sistem refrigerasikompresi adalah :

1. EvaporatorEvaporator disebut juga koil ekspansi, merupakantempat zat pendingin mendidih, menguap, danmenyerap panas.

2. Kompresor

Kompresor mempunyai dua fungsi yaitumenghisap uap dingin dari evaporator danmemompa uap zat pendingin ke kondensor untukdicairkan kembali pada tekanan tertentu dengan

bantuan pendinginan dengan air atau udara.3. Kondenser

Kondenser merupakan penghantar panas. Adabeberapa tipe kondenser, yaitu :


13/26

a. tipe shell and tube

Panas diserap dengan mengalirkan air

pendingin.

b. evaporative cooling

Panas mula-mula diserap dengan mengalirkan

air. Sebagian air ( 10 %) diuapkan dengan

mengalirkan udara pada percikan air tersebut.

Dengan demikian air yang digunakan untuk

mendinginkan dapat diresirkulasikan.

c. pendinginan dengan udara

Panas langsung diserap oleh udara yang

dialirkan atau udara di sekitarnya seperti

terjadi pada almari es untuk keperluan rumah

tangga.


14/26

Perubahan sifat-sifat zat pendingin beserta proses

yang terjadi dapat dikaitkan dengan perubahan

entalpinya seperti pada gambar berikut.


15/26

Proses yang terjadi dari titik satu ke titik yang lain

adalah sebagai berikut :

1 ke 2 = kompresi2 ke 3 = kondensasi

3 ke 4 = pengurangan tekanan

4 ke 1 = evaporasi

Efisiensi sistem refrigerasi biasanya dinyatakansebagai Coeff ic ient of Performance (COP).

COP didefinisikan sebagai efek refrigerasi per

satuan kerja terhadap zat pendingin.

12

41

kompresordiberikanyangEnergi

pendinginkoildalamdiserapyangPanas

h-h

h-hCOP

COP


16/26

Nilai h1, h2, dan h4dapat dicari dalam tabel uap dan

Mollier chart dari zat pendingin yang bersangkutan.


17/26

CONTOH SOAL

1. Sistem refrigerasi dipakai untuk pembekuan udang

sebanyak 7 ton / jam. Berapakah kapasitas sistemrefrigerasi tersebut bila panas yang harus diserapsebesar 120 Btu per lb udang ?

Jawab :

Kapasitas refrigerasi :120 Btu/lb x 7 ton/jam x 2000 lb/ton x (1 ton/12000 Btu/jam)

= 140 Ton

2. Sebanyak 1 ton apel (Cp = 0,88 Btu /lb F, suhumula-mula 95 F) disimpan pada suhu 32 F.

Banyaknya panas yang dikeluarkan oleh prosesrespirasi kira-kira 1710 Btu/ton apel yang disimpanselama 24 jam. Hitung beban pendinginan jika apeltersebut disimpan selama 5 hari!


18/26

Jawab :

Banyaknya panas yang harus diserap :

(2000 lb x 0,88 Btu/lb F x (92-32) F) + (1710 Btu/hari x 5 hari)

= 114150 BtuBeban refrigerasi :

114150 Btu / 288000 Btu/ton = 0,40 Ton

3. Udang didinginkan pada sistem refrigerasi

sederhana yang bekerja pada suhu evaporasi -50

Cdan suhu kondensasi 40 0C menggunakan

refrigerant freon 12. Untuk pendinginan tersebut,

diperlukan energi sebesar 1000 kJ.

a. Berapa besarnya efek refrigerasi ?b. Berapa panas yang dibuang pada saat

kondensasi?

c. Berapa besarnya COP ?

d. Berapa refrigerant yang disirkulasikan ?


19/26

Jawab

40 0C A E D

- 5 0C B C

238,4 349,32 372,4


20/26

a. Efek refrigerasi : hChB= (349,32 238,4) kJ / kg

= 110,78 kj/kg

(artinya per 1 kg refrigerant, mampu menukarkanpanas sebesar 110,78 kJ)

b. Panas yang dibuang pada kondendasi :

hDhA= (372,4 238,4) kJ/kg

= 133,86 kJ/kgc. Panas kompresi : hDhC= (372,4 349,32) kJ/kg

= 23,08 kJ/kg

COP = efek ref / panas kompresi

= 110,78 / 23,08= 4,8

d. Refrigerant yang disirkulasi : 1000 kJ/(110,7 kJ/kg)

= 9,033 kg


21/26

4. A cold storage room is being maintained at 2 0C

using a vapor compression refrigeration systemthat uses R-134a. The evaporator and condenser

temperatures are 5 0C and 40 0C, respectively.

The refrigeration load is 20 tons. Calculate the

mass flow rate of refrigerant, the compressor

power requirement, and C.O.P. Asume the unit

operates under saturated conditions and

compressor efficiency is 85 %.


22/26

HA= 250

HB= 391,7HC= 425


23/26

a. 1 ton of refrigeration = 303852 kJ/24 h

refrigeration effect = (391,7 250) kj / kg

mass flow rate of refrigerant (m) :

b. Compressor power requirement (q w) : (m . (HCHB)) / 85 %

kg/s0,5

kJ/kg)250-kJ/kg(391.7/h)s(3600h)(24

tonskJ303852xtons20

m

kW19,5985,0

kJ/kg)391.7-kJ/kg(425kg/s)(0,5qw


24/26

c. coefficient of performance :

4,26

kJ/kg)391,7-kJ/kg(425kJ/kg)250-kJ/kg(391,7C.O.P


25/26

LATIHAN

1. Sistem refrigerasi kompresi yang berkapasitas 5

ton dengan menggunakan zat pendingin Freon 12

bekerja dengan suhu kondensor 40 0C dan suhu

evaporator -10 0C. Hitunglah :

a. Efek refrigerasi (kJ / kg)

b. Kecepatan sirkulasi zat pendingin (kg / menit)

c. Tenaga yang diperlukan kompresor (hp)

d. Besarnya COP


26/26

2. Sebanyak 38,2 ton udang (Cp = 0,76 Btu / lb . F) dengan suhu mula-

mula 86 F, akan disimpan pada ruang pendingin yang bekerja

dengan sistem kompresi. Suhu udang selama penyimpanan

dipertahankan pada 41 F. Ruang pendingin tersebut bekerja pada

suhu evaporasi - 10 0C dan suhu kondensasi 40 0C.

a. Hitunglah beban refrigerasi (Ton) !

b. Jika sistem tersebut menggunakan Freon 12 sebagai

refrigerant, maka :

(i) Hitunglah efek refrigerasi (kJ / kg) !(ii) Berapa kecepatan sirkulasi refrigerant (kg / menit) ?

(iii) Hitung tenaga yang dibutuhkan kompresor (hp), jika

efisiensinya 85% !

(iv) Hitung besarnya COP !c. Jika sistem tersebut menggunakan R-134a sebagai refrigerant,

maka :

(i) Hitunglah efek refrigerasi (kJ / kg) !

(ii) Berapa kecepatan sirkulasi refrigerant (kg / menit) ?

(iii) Hitung besarnya COP !

pendinginan (refrigeration)

Documents