Prinsip kerja daripada mesin pendingin ini cukuplah sederhana. Kuncinya yakni pemanfaatan suhu dan kelembaban lingkungan. Semakin tinggi suhu lingkungan dan semakin kecil kelembaban lingkungan, maka semakin rendah suhu yang tercipta dalam refrijerasi. Oleh sebab itu,refrijerasi ini hanyalah cocok digunakan pada lingkungan dengan suhu yang cukup tinggi ( daerah subtropis dan tropis).
Pada gambar 2.2. sebelumnya dapat dilihat bahwa mesin pendingin tersebut menggunakan goni sebagai wadah atau tempat berkumpulnya air. Air tersebut memiliki 2 fungsi yaitu :
1. Mencegah panas dari udara luar masuk ke dalam pendingin. 2. Menyerap panas yang dikeluarkan buah dan sayur
Oleh karena itu, kandungan air pada goni harus tetap dijaga. Jika air sempat kering, maka panas dari lingkungan akan masuk ke dalam pendingin dan panas yang dikeluarkan oleh sayur dan buah juga tidak diserap oleh air. Akibatnya sayur dan buah pada pendingin lebih cepat membusuk.
2.11 Perkiraan Beban Pendingin (Cooling Load)
Beban pendingin adalah laju panas yang harus dipindahakan dari ruangan ke lingkungan sehingga suhu dan kandungan uap airnya terjaga seperti yang diinginkan. [18]
Ada beberapa metode dapat diterapkan dalam perhitungan beban pendingin, namun metode yang paling umum digunakan adalah metode yang diajukan ASHRAE. Metode ini menggunakan parameter yang didapat dengan cara pengumpulan data dan juga eksperimen. Besar kecilnya beban pendingin bergantung pada sumbernya. Secara garis besar pembagian beban pendingin ini dapat dilihat pada gambar 2.7
Pada mesin pendingin tanpa listrik ini, besar beban pendingin diperoleh dari dua hal, yaitu :
1. Panas dari udara luar 2. Panas dari dalam refrijerasi
2.11.1 Panas dari udara luar
Akibat masuknya udara luar, baik secara sengaja ditambahkan maupun akibat kebocoan (tidak sengaja), akan menjadi beban bagi ruangan yang dikondisikan. Panas udara dari luar biasanya ada 2 yaitu panas dari udara ventilasi dan panas dari udara infiltrasi. Pada kasus ini, panas dari udara luar hanyalah panas udara infiltrasi atau dari kebocoran (secara tidak disengaja), sehingga besar panas udara luar dari ventilasi diabaikan. Jumlah panas akibat masuknya udara luar ini terdiri atas 2 jenis yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas sensibel adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi sebagai akibat perubahan suhunya. Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena perubahan fasanya.
Panas sensibel dari udara luar infiltrasi ini dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut.[19]
Qs =1, 23Q(T0- T1) ... (2-1) Dimana : Qs= Panas sensibel (Watt)
Q = laju aliran udara luar yang masuk ke dalam ruangan (L/s) T0= temperatur di luar ruangan (°C)
Panas laten dari udara luar infiltrasi dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut.[20]
Ql =3010Q(w0- w1) ... (2-2) Dimana : Ql= Panas laten (Watt)
Q = laju aliran udara luar yang masuk ke dalam ruangan (L/s) w0= kelembaban di luar ruangan (kg air/ kg udara kering) w1= kelembaban di dalam ruangan (kg air/ kg udara kering)
2.11.2 Panas dari dalam Refrijerasi
Panas dari dalam refrijerasi adalah panas yang dihasilkan akibat proses konversi energi yang terjadi di dalam ruangan.[19] Panas yang dihasilkan dari dalam refrijerasi adalah berasal dari sayur- sayuran atau buah- buahan yang tersimpan di dalamnya. Besar panas dari dalam refrijerasi dapa dihitung dengan rumus:
QDalam=QTotal- (Qs+Ql) ... (2-3) Dimana : Q Dalam = Panas dari dalam refrijerasi (Watt)
Q Total = Panas total daripada refrijerasi (Watt) QS = Panas sensibel (Watt)
Ql = Panas Laten (Watt)
2.11.3 Panas Total Refrijerasi
Panas total daripada refrijerasi dapat dihitung melalui banyaknya panas yang dibutuhkan dalam penguapan air pada goni dan pipa kapiler. Proses penguapan air ini merupakan proses konveksi alamiah, proses konduksi dan radiasi. Ketiga proses ini terjadi pada ke-5 sisi lemari pendingin. Proses konduksi pada dinding refrijerasi dirumuskan dengan rumus :[21],
Qkond=k´A´ D T
L
æ
èç öø÷ ... (2-4) Dimana : Qkond = besar panas konduksi (Watt)
k = konduktivitas termal (W/m .K) A = luas penampang (m2)
ΔT = perbedaan suhu (°C) L = tebal dinding (m)
Besar konduktivitas suatu benda dapat dilhat pada tabel konduktivitas termal. Berikut ini adalah tabel konduktivitas termal yang sering digunakan.
Tabel 2.5 Tabel konduktivitas termal[17]
Proses konveksi pada dinding refrijerasi dirumuskan dengan rumus :[21]
Qkonv=h´A´D T ... (2-5) Dimana : Qkonv = besar panas konveksi (Watt)
h = koefisien konveksi (W/m2 K) A = luas penampang (m2)
ΔT = perbedaan suhu (°C)
Jenis Benda Konduktivitas Termal (J/m.s.C) Perak 420 Tembaga 380 Kuningan 109 Aluminium 205 Baja 40 Es 2 Kaca 3.35 Air 2.39
Besar nilai koefisien konveksi dapat kita cari dengan menentukan terlebih dahulu menentukan besar Rayleigh number yaitu dengan rumus:[21]
v L T T g R s a L 3 ... (2-6) Dimana : RaL = besar Rayleigh Numberg = gravitasi bumi =9,8 m/s2
Ts = Temperatur suhu luar/ lingkungan (°C) T∞ = Temperatur dalam pendingin (°C) L = Tinggi lemari pendingin (m)
Jika besar nilai rayleigh diantara 104≤RaL≤109
, maka aliran yang terjadi adalah aliran laminar. Jika nilai Rayleigh berada diantara 109≤ RaL≤1012
, maka aliran yang terjadi adalah aliran turbulen.
Selanjutnya, dihitung besar bilangan nusselt. Untuk aliran laminar, besar bilangan nusselt dapat kita hitung dengan rumus :
NuL=0.68+ 0.670R 1 4 aL 1+(0.492 / Pr) 9 16 é ë ê ù û ú 4 9 ... (2-7)
Dimana : NuL = Bilangan Nusselt RaL = Bilangan Rayleigh
Untuk aliran turbulen, kita gunakan rumus sebagai berikut :
NuL= 0.825+ 0.387R 1 6 aL 1+(0.492 / Pr) 9 16 é ë ê ù û ú 8 27 ì í ï ïï î ï ï ï ü ý ï ïï þ ï ï ï 2 ... (2-8)
Dimana : NuL = Bilangan Nusselt RaL = Bilangan Rayleigh
Setelah diperoleh bilangan nusselt, maka besar nilai koefisien konveksi dapat dihitung dengan rumus :
h= NuL´ k
t ...
(2-9) Dimana : h = koefisien konveksi ( W/ m K)
t = tinggi pendingin (m)
penggunaan pipa tembaga disisi kiri dan kanan lemari pendingin memiliki perpindahan panas. Perpindahan panas terjadi dari refrijeran ke dinding dalam ke dinding luar lalu ke zat pendingin. Tidak semua panas refrijeran dapat diserap oleh zat pendingin karena adanya koefisien pindah panas pada dinding pipa. Koefisien pindah panas ini dihitung dengan persamaan[22]:
...(2-10) Dimana :
Uo = koefisien pindah panas keseluruhan (W/m2K) ho = koefisien pindah panas di dalam pipa (W/m2K) hi = koefisien pindah panas di luar pipa (W/m2K) x = tebal pipa (m)
Ao = luas pipa luar (m2) Am = luas rata-rata pipa (m2) Ai = luas pipa dalam (m2)
Jika cairan berada di dalam pipa, maka koefisien pindah panas di dalam pipa dihitung dengan:
Dimana :
h = koefisien konveksi (W/m2K) D = diameter dalam pipa (m)
k = konduktifitas termal fluida (W/mK) V = kecepatan aliran fluida (m/det) ρ = rapat massa fluida (kg/m3) μ = viskositas fluida (Pa.detik) cp = panas jenis fluida (J/kgK)
Proses radiasi pada dinding refrijerasi dirumuskan dengan rumus :[21]
Qrad =e As (Ts4- T¥4
) ... (2-10)
Dimana : Qrad = Panas radiasi (Watt) ε = emisivitas
A = luas penampang (m2)
σ = konstanta Stefan Boltzman (5,67 x 10-8
W/m-2 K-4) Ts = Temperatur suhu luar (°C)
T∞ = Temperatur dalam pendingin (°C)
Emisivitas setiap benda berbeda- beda. Untuk benda berwarna hitam emisivitas bernilai 1. Sedangkan untuk benda berwarna putih emisivitas bernilai 0. Berikut ini adalah tabel emisivitas daripada beberapa jenis bahan yang sering digunakan
Tabel 2.6 Tabel emisivitas[23]
Emisivitas Beberapa Material pada suhu 300K
Material Emisivitas Aluminium foil 0.07 Tembaga 0.03 Emas 0.03 Perak 0.02 Stainless Steel 0.17 Batu bata 0.93-0.96 Kayu 0.82-0.92 Air 0.96
2.11.4 Efisiensi pada Refrijerasi
Efisiensi adalah perbandingan yang terbaik antara input (masukan) dan output (hasil antara keuntungan dengan sumber-sumber yang dipergunakan), seperti halnya juga hasil optimal yang dicapai dengan penggunaan sumber yang terbatas. Dengan kata lain hubungan antara perhitungan yang telah diselesaikan. [21]
Efisiensi pada refrijerasi adalah perbandingan antara selisih nilai output dan input dengan nilai input. Besar efisiensi pada refrijerasi dapat kita hitung dengan rumus :
h =Qtotal- (Qdalam+Qs+Ql)
Qdalam+Qs+Ql ´ 100% ... (2-11)
Dimana : η = efisiensi refrijerasi (%)
Q total= Panas total daripada refrijerasi (Watt) Q Dalam = Panas dari dalam refrijerasi (Watt) QS = Panas sensibel (Watt)
Ql = Panas Laten (Watt)
2.12 Kesegaran Buah dan Sayur
Buah memiliki masa simpan yang relatif rendah sehingga buah dikenal sebagai bahan pangan yang cepat rusak dan hal ini sangat berpengaruh terhadap kualitas masa simpan buah. Mutu simpan buah sangat erat kaitannya dengan proses respirasi dan transpirasi selama penanganan dan penyimpanan di mana akan menyebabkan susut pasca panen seperti susut fisik yang diukur dengan berat; susut kualitas karena perubahan ujud (kenampakan), cita rasa, warna atau tekstur yang menyebabkan bahan pangan kurang disukai konsumen; susut nilai gizi yang berpengaruh terhadap kualitas buah. Mutu simpan buah akan lebih bertahan lama jika laju respirasi rendah dan transpirasi
dapat dicegah dengan meningkatkan kelembaban relatif, menurunkan suhu udara. Pada umumnya komoditas yang mempunyai umur simpan pendek mempunyai laju respirasi tinggi atau peka terhadap suhu rendah[23]. Jeruk manis yang bermutu baik adalah [24]:
• Bentuk buah : bulat sampai agak lonjong Indonesia Cold
Chain Project Appendix Volume D2
• Ukuran buah : sedang dengan berat kurang lebih 190 g
• Kulit buah masak : relatif halus, ketebalan sedang sampai tebal dan banyak mengandung minyak.
Buah dan sayuran mengandung air sangat banyak antara 80-95% sehingga sangatlah mudah mengalami kerusakan karena benturan-benturan fisik. Kerusakan fisik dapat terjadi pada seluruh tahapan dari kegiatan sebelum panen, selanjutnya pemanenan, 5 penanganan, grading, pengemasan, transportasi, penyimpanan, dan akhirnya sampai ke tangan konsumen. Suhu adalah factor sangat penting yang paling berpengaruh terhadap laju kemunduran dari komoditi pascapanen. Setiap peningkatan 10oC laju kemunduran meningkat dua sampai tiga kali[25]. Penyimpanan buah jeruk optimal pada suhu 4-9 oC. Pada suhu dingin ini jeruk dapat bertahan sampai 8 -14 minggu.Untuk penelitian ini diasumsikan kesegaran buah dan sayur berada pada nilai 1-10 yang dipengaruhi oleh suhu penyimpanan di dalam lemari pendingin.