Rancang Bangun Mesin Pendingin Tanpa Listrik Untuk Mendinginkan Sayur- Sayuran Dan Buah- Buahan Dengan Menggunakan Air Melalui Pipa Kapiler Sebagai Refrijeran

DAFTAR PUSTAKA

[1]

https://www.alpensteel.com/311-213-energi-angin-wind-turbine-mill/3656--pemakaian -listrik-indonesia-asian-yang-boros (20 September 2015)

[2]

https://www.scribd.com/doc/139236602/Sejarah-Mesin-Pendingin

(20 September 2015)

[3]

Young & Freedman. 2002. College Physics. San Francisco: Pearson Education

,Inc, publishing as Addison-Wesley

[4

http://catatan-teknik.blogspot/2016/12/sejarah-refrigerasi-teknik-pendingin.html

(20 September 2015)

[5]

www.repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/30782/4/Chapter%20II.pdf

(21 September 2015)

[6]

http://infohikmatuliman.wordpress.com/2013/08/28/pendingin-sederhana-dari-pot-bunga/ (21 September 2015)

[7]

http://huishujia.com/RefrigeratorWithoutElectricity.html (21September 2015)

[8]

S.K. Wang,Handbook of Air Conditioning and Refrigeration,Edisi 5, John

Wiley & Sons.Inc.,2006.

[9]

http://aayfazema.blogspot.com/2012/10/refrigerant-cairan-pendingin.html

(23September 2015)

[10]

Mutiara Septiani, Cindy. 2013. Makalah Air Pendingin, Malang

[11]

http://id.wikipedia.org/wiki/Kayu (25 September 2015)

[12] ]

http://hutankita.com/2013/01/kayu-tahan-air--dan-kelembaban.html

(25 September 2015)

[13]

[14]

http://rimbakita.blogspot.com/2013/01/kayu-bangkirai.html

(25 September 2015)

[15]

http://www.dephut.go.id/Halaman/STANDARDISASI_&_LINGKUNGAN_K

EHUTANAN/INFO_V02/VII_V02.htm (28 September 2015)

[16]

http://id.wikipedia.org/wiki/Karung_goni (29 September 2015)

[17]

http://wwwcoolingspaepart.co.id/article/2014/1/216-Pipa-Tembaga-Pendingin-Evaporator.html (30 September 2015)

[19]

Incropera. 1998. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Sixth Edition. New York : Wiley

[20]

ASHRAE,ASHRAE Handbook 1997,Fundamentals,Atlanta,GA,1998.

[21]

Cengel. A. Yunus. 2003. Heat Transfer Second Edition. New York : Mc Graw-

Hill

[22]]

Refrigeration and Air Conditioning, EE IT,Khangpur,India.2008 (22 Januari

2016)

[23]

http://dansite.wordpress.com/2009/03/28/pengertian-efisiensi.html (22 Januari

2016)

[24]

Tranggono dan Sutardi, 1990. Biokimia dan Teknologi Pasca Panen. Pusat Antar Universitas Pangan Dan Gizi, Gadjah Mada University Press,

Yogyakarta.

[25]

Sjaifullah.1997.Pengaruh Suhu Penyimpanan terhadap Kesegaran Buah.

Teknologi Penanganan Pasca Panen. PT. Rineke Cipta, Jakarta

[26]

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu

3.1.1 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Lantai 4 dan Lantai 3 gedung Departemen

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun letak penelitiana

ini seperti ditunjukkan pada gambar berikut

Gambar.3.1 Tata Letak Lokasi Penelitian

3.1.2 Waktu Pelaksanaan

Penelitian ini dilaksanakan selama 4(empat) bulan, yaitu mulai bulan Oktober

2015 sampai Februari 2016. Hal itu sudah termasuk penyediaan bahan dan

pengolahan data hasil penelitian.

3.2Bahan dan Peralatan

3.2.1 Bahan

1. Goni

Goni memiliki daya serap air yang tinggi. Oleh karena itu, goni digunakan sebagai tempat penyimpanan air yang diperlukan untuk menyerap panas sayur dan buah. Pada konstruksi ini digunakan jenis goni yang bersih..

Gambar 3.2. Kain Goni

2. Kayu Suren/Ingul

Kayu ingul merupakan bahan dasar pembuatan pondasi lemari pendingin tanpa listrik. Penggunaan kayu ingul dikarenakan sifatnya yang tahan air dan murah.

Gambar 3.3. Kayu ingul 3. Triplek

4. Paku

Paku digunakan sebagai alat penyambung antara kayu dengan Kain goni. Selain itu, paku juga digunakan dalam pemasangan goni pada kayu.

Gambar 3.5. Paku 5. Baut

Baut digunakan sebagai alat pengunci antar kayu sehingga kayu dapat berdiri kokoh. Jenis baut yang digunakan adalah baut M-12 X 80

Gambar 3.6. Baut M-12 X 80

6. Pipa Kapiler

Pipa Kapiler digunakan untuk mengalirkan air sebgagai media pendingin kedalam peti pendingin,

7.

7. Plat Aluminium

Plat Seng Aluminium digunakan untuk dibentuk sebagai reservoir air diatas dan dibawah lemari pendingin.

Gambar 3.8. Plat Seng Aluminium

3.2.2. Peralatan

Berikut ini adalah alat- alat yang diperlukan dalam pengerjaan lemari pendingin tanpa listrik.

1. Martil / palu

Alat ini digunakan untuk memalu paku- paku pada sambungan antar kayu sehingga kayu dapat merekat dengan erat.

Gambar 3.9. Martil

 Panjang : 30cm

2. Gunting

Alat ini digunakan untuk menggunting kain goni yang akan digunakan sebagai alat penyerap air.

Gambar 3.10 Gunting

3. Gergaji Listrik

Gergaji listrik digunakan untuk menggergaji kayu yang akan digunakan sehingga mendapatkan ukuran yang sesuai.

Gambar 3.11. Gergaji Listrik Merek BOSCH 4. Bor listrik

Digunakan dalam membuat lubang pada kayu sehingga dapat menggunakan baut sebagai pengunci antar kayu.

 Panjang : 21 cm

 Berat : 0,3 kg

 BOSCH Jigsaw (GST 80 PBE)

 Kecepatan potong : 500 - 3100 rpm

 Sudut kemiringan : 45°

 Konsumsi daya : 580Watt

 Berat : 2,4 kg

 Drill BOSCH GBM 13 RE

 Daya listrik : 600 Watt

 Kapasitas bor kayu : 30 mm

 Kecepatan tanpa beban : 0 - 2600rpm

5.Tube Bender

Digunakan untuk membengkokkan pipa tembaga sehingga dapat membentuk pipa evaporator.

Gambar 3.13.Tube Bender

6.Tube Cutter

Digunakan untuk memotong pipa tembaga yang dipakai sebagai pipa kapiler.

Gambar 3.14.Tube Cutter 7.Flaring

5. Laptop

Laptop digunakan dalam pembuatan pemograman pada Excel dan pendesainan lemari pendingin dengan menggunakan software Autocad.

Gambar 3.16. Laptop Acer

6. Data Akusisi Thermocouple

Thermocouple digunakan untuk mengukur temperatur pada kentang, dimana alat ini bekerja secara otomatis dan mencatat hasil pengukuran dalam bentuk file Ms. Excel.

Gambar 3.17. Thermocouple merek Cole Parmer

Spesifikasi :

Tipe : Cole Parmer 18200-40

Buatan : USA

Jumlah sensor termokopel : 8 channels multiplexer

Volt : +5 V

Tipe Sensor :

 Processor: AMD E350 (2.0GHz, 2MB L2 Cache, 800Mhz FSB)

 Chipset: AMD Vision 40GL Chipset

 Memory: 4GB DDR2 PC5200, up to 4GB (2 DIMMs)

 Hard Drive: 500GB SATA

 Optical Drive: DVDRW±RW

 Display: 14.1” WXGA BrightView TFT with 1280x800 Max Resolution

Tabel 3.1 Spesifikasi Tipe Sensor Data Akusisi

Yang digunakan dalam penelitian sensor tipe k

Dimensi : 12 cm x 9 cm x 3,5 cm

Berat : 0,23 kg

Interval pengukuran :1-24 jam per tampilan (number of sample displayed)

Sampling rate :0-100 secs/sample

7. Hobo Microstation Data Logger

Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan

ke komputer untuk diolah datanya.

Spesifikasi Alat :

a. Skala pengoperasian: 20 oC-50 oC dengan baterai alkalin 40 oC-70 oC

dengan baterai lithium

b. Input Processor: 3 buah sensor pintar multi channel monitoring

c. Ukuran: 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm

d. Berat: 0,36 kg

e. Memori: 512 kilobyte. Penyimpanan data nonvolatile flash

f. Interval Pengukuran: 1 detik - 18 jam (tergantung pengguna)

g. Akurasi Waktu: 0 detik - 2 detik

Gambar 3.18 Hobo Microstation data logger

8. Komponen percobaan lainnya

Komponen percobaan yang dimaksud di sini adalah:

- Selotip hitam, berfungsi untuk menempelkan kabel termokopel dalam lemari pendingin pada tempat yang diinginkan.

- Air, digunakan sebagai media pendingin.

- Sayur dan buah, digunakan sebagai objek yang akan didinginkan.

3.3Prosedur Penelitian

3.3.1 Pembuatan Desain Lemari pendingin Tanpa Listrik

Tabel 3.2 Dimensi Lemari Pendingin

Gambar 3.19 Lemari Pendingin

3.3.2 Penyiapan Alat dan Bahan

Pada tahap ini dilakukan pencarian dan pengumpulan bahan- bahan yang diperlukan dalam pengkonstruksian lemari pendingin tanpa listrik ini.

3.3.3 Perakitan Lemari Pendingin Tanpa Listrik

Pembuatan lemari pendingin ini cukup sederhana, namun dibutuhkan ketelitian yang cukup tinggi dalam pembuatannya. Jika ketelitian kurang tinggi, hal ini dapat menyebabkan susahnya suhu dalam lemari turun atau dapat kita katakan terjadi kebocoran udara. Kebocoran udara memang tetap terjadi, tetapi dapat kita minimalisir.

Pertama, untuk membuat kerangka dan rak lemari pendingin yang berbahan baku kayu suren dan triplek untuk rak-nya dibutuhkan gergaji listrik untuk memotong kayu suren dan triplek dengan dimensi yang telah ditentukan. Setelah kerangka lemari telah terbentuk sesuai dimensinya, maka kayu dilubangi dengan bor listrik untuk jalur baut yang menghubungkan tiap rusuk lemari pendingin agar lemari pendingin kokoh dan dapat dibongkar ulang dalam pemasangannya dan dipasangkan rak penampung buah dan sayur.

Kedua, setelah kerangka terbentuk kita membentuk tangki air berbahan plat aluminium. Tangki dibentuk dengan cara membentuk jaring balok dari

Nama Simbol Dimensi Satuan

Panjang p 0.47 m

Lebar l 0.58 m

plat aluminium dan dihubungkan dengan cara pematrian. Tangki dibuat sebanyak dua buah, yaitu untuk tangki atas dan bawah.Tangki atas sisi bawah dilubangi di sisi lebarnya dan dipasang katup kuningan untuk jalur keluar air yang akan terhubung ke pipa tembaga, sedangkan tangki bawah dilubangi bagian sisi atasnya.

Ketiga, pipa tembaga yang dibeli berbentuk roll diluruskan sepanjang 6 m dan dipotong menggunakan tube cutter, kemudian dibentuk menjadi pipa evaporator dengan tube bender agar tidak terjadi defleksi atau penyok di bengkokan pipa tembaga. Kedua ujung pipa tembaga dibesarkan diameternya menggunakan flaring tool agar pipa dapat dihubungkan ke katup tangki aluminium di sisi atas dan bawah. Pipa tembaga yang sudah berbentuk evaporator diperlukan sebanyak dua buah untuk di sisi kiri dan kanan lemari pendingin tanpa listrik.

Keempat, kain goni digunting sesuai dimensi yang sudah dirancang, kemudian kain goni dipasang ditiap sisi lemari pendingin dengan pinggiran kain goni direkatkan menggunakan paku. Ujung sisi atas dan bawah kain goni dimasukkan kedalam tangki air agar air diserap secara kapilarisasi oleh kain goni,

3.4. Skema Pengujian

Pengujian kemudian dilakukan dengan menggunakan alat termokopel, dimana alat temokopel mengukur besar suhu dalam lemari pendingin tersebut. Tititk suhu yang diukur sebanyak 5 buah yaitu pada kiri, kanan, belakang lemari pendingin, dan 2 titik lagi pada tempat diletakkannya sayur dan buah. Kemudian data- data hasil percobaan dapat di input ke dalam Excel dan dapat dihitung besar beban pendingin.

KESIMPULAN 3.5Kerangka Konsep Penelitian

Dalam rancang bangun sebuah lemari pendingin tanpa listrik, sebelumnya diperlukan tahapan- tahapan dalam proses pembuatannya hingga menghasilkan sebuah prototipe

PENENTUAN DIMENSI LEMARI PENDINGIN DENGAN

MEMPERTIMBANGKAN KAPASITAS SAYUR DAN BUAH YANG AKAN DISIMPAN

MENGGAMBAR DESIGN DENGAN AUTOCAD

PENYIAPAN ALAT DAN BAHAN

PERAKITAN LEMARI PENDINGIN

APAKAH AIR BOCOR ?

YA

TIDAK

PENGAMBILAN DATA TEMPERATUR DINDING LEMARI PENDINGIN DAN DATA HOBO

MULAI

SELESAI ANALISA DATA

PEMASANGAN ALAT TERMOKOPEL

BAB IV

ANALISA DIMENSI DAN BEBAN PENDINGIN

4.1. Analisa Penentuan Dimensi

Sebelum melakukan perancangan mesin pendingin ini, terlebih dahulu

haruslah dihitung seberapa besar mesin pendingin ini perlu dibangun.Perancangan ini

tentulah dengan mempertimbangkan faktor ukuran objek yang akan dimasukkan ke

dalam pendingin. Selain itu, faktor berat daripada objek juga merupakan salah satu

pertimbangan cukup besar agar lemari pendingin tidak roboh setelah dibangun. Untuk

mempermudah perhitungan dimensi, maka penulis menggunakan software Excel. Hasil dan proses perhitungan dapat dilihat pada lampiran 1.

Pertama- tama, dilakukan beberapa asumsi. Berikut ini adalah beberapa

asumsi yang diberikan dalam perhitungan dimensi lemari pendingin:

1. Pendingin terdiri atas dua tingkat, dimana tingkat pertama berisi sayur-

sayuran dan tingkat kedua diisi dengan buah- buahan

2. Besar atau ukuran daripada sayur dan buah semuanya dianggap sama besar

3. Bentuk buah dianggap menyerupai bola dan bentuk sayur berupa tabung

Diketahui :

 Panjang sayur ( lsayur ) = 0,50 m

 Diameter sayur ( dsayur ) = 0,1 m / ikat

 Massa sayur ( msayur ) = 1 kg / ikat

 Banyak sayur yang dapat dimasukkan ( nsayur ) = 5 kg = 10 ikat

 Massa buah ( mbuah ) = 0,4kg

 Banyak buah yang dapat dimasukkan ( nbuah ) =10 kg = 40 buah

Melalui data diatas dapat dihitung besar volume total daripada sayur dan buah, dengan rumus :

V_totalsayur =n_sayur 1 4

p

d

2

sayur dan Vtotalbuah =nbuah 4 3

p

r

3

buah

... (4-1) Dimana :

 Vtotal sayur = volume total sayur ( m3 )  Vtotal buah = volume total buah ( m3 )  nsayur = banyak sayur (ikat)

 nbuah = banyak buah ( buah)  dsayur = diameter sayur (m)  rbuah = jari- jari buah (m)

Sehingga diperoleh,

dan

Jadi, dapat diketahui volume total minimum daripada sebuah mesin pendingin adalah

Vtotal = Vtotal sayur + Vtotal buah

Vtotal = 0,0682831 m3 + 0,0209439 m3

V total = 0,089227 m3

V _totalbuah n 4 3 r

3

buah

V _totalbuah 4 0 4 3 

0 , 1 2

   

  3

V _totalbuah 0 , 0 2 0 9 4 3 9 m 3 V _{t o t a l s a y u r}  n 1

4 d

2

s a y u r

V _totalsayur 8 1

4  0 , 1





2

Setelah mengetahui volume total minimum daripada sebuah mesin pendingin

yang akan dirancang, barulah merencanakan ukuran daripada mesin pendingin ini.

Melalui panjang sayur, dapat diketahui bahwa lebar minimum ( lmin ) mesin pendingin

adalah 0,5 meter.

Asumsi buah hanya dapat disusun 2 tingkat (bertumpuk 2 saja), maka tinggi

minimum ( tmin 2 ) mesin pendingin tingkat 2 adalah

tmin 2 = 2 × dbuah

tmin 2 = 2 × 0,1 m

tmin 2= 0,2 m

Dengan diketahuinya tinggi minimum mesin pendingin tingkat 2 , lebar

minimum mesin pendingin dan volume total buah, dapat dihitung besar panjang

minimum ( pmin ) dengan rumus :

p_min= Vtotalbuah

l_min´ t_{min1 ... (4-2)}

Dimana :

 p min = panjang minimum (m)  Vtotal buah = volume total buah (m)  l min = lebar minimum (m)

 t min 1 = tinggi mesin pendingin tingkat 2 (m)

Sehingga besar panjang minimum

p _min  V totalbuah l _mint _min1 p _min 0 , 0 2 0 9 4 3 9

Namun karena sebuah mesin pendingin pasti membutuhkan pintu, dan

pembuatan pintu tidak mungkin hanya dengan panjang kurang dari 0,2 meter dan kiri

dan kanan dipasang pipa tembaga yang diameternya 7,9 mm maka dalam rancangan

mesin pendingin ini, panjang yang digunakan adalah 0,45 meter.

Selanjutnya dilakukan perhitungan tinggi minimum mesin pendingin tingkat

1, yaitu dengan rumus :

tmin1=

Vtotalsayur

lmin´ p ... (4-3)

Dimana :

 tmin 1 = tinggi mesin pendingin tingkat 1(m)  Vtotal sayur = volume total sayur (m3)

 lmin = lebar minimum (m)

 p = panjang mesin pendingin (m)

Sehingga besar tinggi minimum mesin pendingin tingkat 1 adalah

Mesin pendingin ini memerlukan 2 tangki air yaitu tangki penyuplai air dan

tangki penenerima air.Tangki penyuplai air berada di atas mesin pendingin dan tangki

penerima air berada di bawah mesin pendingin.Tangki dirancang menyatu dengan

mesin pendingin,maka dimensi tangki haruslah mengikuti panjang dan lebar mesin

pendingin yang telah diketahui,diasumsikan air yang dibutuhkan untuk mendinginkan

buah dan sayur adalah 10% dari volume mesin pendingin yaitu 23 liter (0.230 m3) t _min1 V totalsayur

l _min p _min t _min10 , 0 6 8 2 8 3 1

Volume dari tangki atas dan bawah haruslah sama agar tekanan ruang tetap,maka tinggi minimumnya pun haruslah sama.Dengan mempertimbangkan toleransi dan volume udara yang dibutuhkan , maka jenis ukuran yang digunakan adalah sebagai berikut.

Tabel 4.1 Tabel dimensi Lemari Pendingin tanpa listrik

Nama Dimensi Satuan

Panjang total 0,47 meter

Lebar total 0,52 meter

Tinggi pendingin tingkat 1 1 meter

Panjang Tangki 0,45 meter

Lebar Tangki 0,5 meter

Tinggi pendingin tingkat 2 0.28 meter

Tinggi tangki atas 0.10 meter

Tinggi tangki bawah 0.10 meter

Tinggi total 1.5 meter

t _min  V Mesin pendingin l _min p _min t _min 0 , 2 3 0

0 , 5  0 , 45 t _min  0 , 1 0 2 2 2 2 2 2 2m

4.2 Analisa Beban Pendingin

Sebelum dilakukan perhitungan terhadap beban pendingin, terlebih dahulu

dilakukan percobaan terlebih dahulu untuk memperoleh sejumlah data. Data

temperatur pada dinding pendingin dan pada buah dan sayur dapat diperoleh dari data

akusisi (alat termokopel). Sedangkan besar nilai temperatur lingkungan dan

kelembaban udara dapat diperoleh dari alat HOBO.

Misalkan perhitungan beban pendingin mesin pendingin pada tanggal 13

Januari jam 01.00. Melalui percobaan diperoleh data sebagai berikut.

- T1 = Temperatur dinding belakang jam 01.00 = 25.06 °C

- T2 = Temperatur dinding kanan jam 01.00 = 24,90°C

- T3 = Temperatur dinding kiri jam 01.00 = 25,3°C

- T_∞1 = Temperatur buah jam 01.00 = 25,3°C

- T_∞2= Temperatur sayur jam 01.00 = 24,9°C

- To = Temperatur ruangan (drybulb) jam 01.00 = 30.1 °C

- T0 rata- rata = Temperatur rata- rata = 304.62 K

- RH = Rasio Humiditas rata- rata = 98,2 %

Melalui data diatas , dihitung terlebih dahulu panas sensibel dan laten akibat infiltrasi (kebocoran udara).

Asumsi :

- N = Banyak pembukaan lemari pendingin = 1 kali/ jam - μ = Standar kebocoran udara = 2,8 m3

- Patm = Tekanan atmosfer = 101325 Pa

- w1 = 0,0104 kg uap/ kg udara

Pertama- tama dihitung terlebih dahulu besar tekanan uap saturasi ( Pws ),

dengan rumus :

ln(p_ws)=C1

T +C2+C3T+C4T

2+

Dimana :

 pws = tekanan uap saturasi (Pa)

 C1 = konstanta sebesar -5,8002206 x 103  C2 = konstanta sebesar 1,3914993  C3 = konstanta sebesar 4,8640239 x 10-2  C4 = konstanta sebesar 4,1764768 x 10-5  C5 = konstanta sebesar -1,4452093 x 10-8  C6 = konstanta sebesar 6,5459673  T = To rata- rata = Temperatur rata- rata (K)

Sehingga diperoleh :

Selanjutnya dihitung besar tekanan parsial uap air ( pw ) dengan rumus :

p_w=RH´ p_ws ... (4-5)

Dimana :

 pw = tekanan parsial uap air ( Pa )  RH = kelembaban udara ( % )

 pws = tekanan uap saturasi ( Pa )

Sehingga diperoleh :

Pa p

p

p RH p

w w

ws w

2 4619,91294

132052 .

4655 % 2 , 98



 

 

         w ATM w p p p

w0 0,62198 ... (4-5)

Dimana :

 wo = kelembaban udara ruangan ( kg uap/ kg udara )  pw = tekanan parsial uap air ( Pa )

 patm = tekanan atmosfer ( Pa )

Sehingga diperoleh :

3 0,02915406 245228 , 3533 101325 245228 , 3533 62198 , 0 62198 , 0 0 0 0                    w w p p p w w ATM w

Laju aliran udara luar yang masuk ke dalam ruangan pendingin dihitung dengan rumus :

Q=N´

m

´ 1000

3600 ... (4-6)

Dimana :

 Q = laju aliran udara luar yang masuk ke dalam ruangan pendingin

 N = Banyak pembukaan lemari pendingin

 μ = Standar kebocoran udara

Sehingga diperoleh :

Setelah diperoleh semua perhitungan diatas, dapat dihitung panas sensible

( Qs ) dan laten ( Ql ) dengan persamaan (2-1) dan (2-2). Sehingga diperoleh :

watt Q Q T T Q Q s s s 0124235333 , 7 ) 205 , 24 536 , 31 ( 7778 , 0 23 , 1 ) ( 23 ,

1 0 1

         Dan watt 02 28,2623457 ) 0104 , 0 022472323 , 0 ( 7778 , 0 3010 ) (

3010 _{0 1}

         l l l Q Q w w Q Q

Setelah menghitung besar beban pendingin akibat infiltrasi, maka selajutnya dihitung pula besar beban pendingin total. Besar beban pendingin total berasal dari konveksi, konduksi dan radiasi.

4.2.1 Beban Pendingin Akibat Terjadinya Konveksi

Konveksi yang terjadi pada mesin pendingin ini adalah konveksi alamiah.

Besar kecilnya konveksi ini bergantung pula pada banyak hal, seperti temperatur

pendingin dan koefisien konveksi. Konveksi terjadi pula pada sisi depan, belakang,

kiri, kanan dan atas daripada tangki aluminium dan pipa tembaga,goni dan kayu.

Diketahui :

- T_∞ = Temperatur dalam mesin pendingin = 25,1°C

- Ts = Temperatur rata- rata dinding pendingin = 25,06°C

- Tf = Temperatur antara dinding pendingin dengan dalam pendingin =298,8 K

- TAl= Temperatur Air dalam Tangki = 24,450C

- Tcop= Temperatur Permukaan Pipa Tembaga = (24,9 dan 25,3) °C

- Properti udara pada Tf = 300 K : [21]

 ρ = 1,1614 kg/m3

 v = 0,00001589 m2/ s

 k = 0,0263 W/m. K

 α= 0,0000225 m2/s

 β = 0,003333333 K-1

 Pr = 0,707

- Properti air pada Tf = 300 K[21]

 Uf = 113,24kJ/kg

 vf = 1,0034 x 10-3 m3/kg  hf = 113,25 kJ/kg

- g = Gravitasi bumi = 9,8 m/s2

- p = panjang lemari pendingin = 0,47 m - l = lebar lemari pendingin = 0,52 m - t = tinggi lemari pendingin = 1,5 m - ttriplek = tebal triplek = 0,01 m

Melalui data di atas dapat dihitung besar Bilangan Rayleigh (Rayleigh

Number Ral). Perhitungan dihitung dengan persamaan 2-6. Besar angka Rayleigh

berbeda- beda pada tiap sisi akibat perbedaan luas permukaan. Oleh karena itu

dilakukan perhitungan secara terpisah.

Besar Rayleigh Number untuk dinding depan dan belakang adalah :





8 152622613, 00001589 , 0 0000225 , 0 5 , 1 1 , 25 1 06 , 25 00333 , 0 8 , 9 1 3 1         al al R R

Besar Rayleigh Number untuk dinding atas adalah :





1 12418958,6 00001589 , 0 0000225 , 0 52 , 0 1 , 25 1 25 00333 , 0 8 , 9 ) 2 ( 2 3 ) 2 ( 2         al al R R

Besar Rayleigh Number untuk dinding kiri dan kanan adalah :





8 152622613, 00001589 , 0 0000225 , 0 5 , 1 1 , 25 1 06 , 25 00333 , 0 8 , 9 3 3 3         al al R R

Jika nilai Ral berada di antara 104 dan 109, maka ini merupakan aliran laminar.

Sedangkan jika nilai Ral berada di antara 109 dan 1012, maka aliran yang terjadi adalah

aliran tubulen. Karena nilai Ral di atas diantara 104 sampai 109 maka termasuk aliran

laminar, sehingga perhitungan bilangan Nussel menggunakan persamaan 2-7.

Sehingga diperoleh :

4 31,1930104 ) 707 , 0 / 492 , 0 ( 1 95 , 15620792 387 , 0 825 , 0 ) 2 ( 2 2 27 8 16 9 6 1 ) 2 ( 2                            uL uL N N 5 57,8105604 ) 707 , 0 / 492 , 0 ( 1 8 152622613, 387 , 0 825 , 0 3 2 27 8 16 9 6 1 3                            uL uL N N

Setelah diperoleh nilai bilangan Nusselt, didapat menghitung besar koefisien konveksi dan besar konveksi dengan persamaan 2-9 dan 2-5.

watt 6 0,01020872 ) 4135 , 24 1 205 , 24 ( ) 01 , 0 4 , 0 ( 205971263 , 1 ) 1 ( 2 ) 1 ( 2        konv konv Q Q watt 9 0,01472772 ) 4135 , 24 1 205 , 24 ( ) 01 , 0 6 , 0 ( 205971263 , 1 ) 2 ( 2 ) 2 ( 2        konv konv Q Q watt 3 1,26710478 ) 4135 , 24 1 205 , 24 ( ) 6 , 0 4 , 0 ( 205971263 , 1 2 3 3         konv konv Q Q

4.2.2 Beban Pendingin Akibat Terjadinya Konduksi

Dalam perhitungan konduksi, terlebih dahulu perlu diketahui konduktivitas termal suatu barang atau material. Dalam hal ini, konduktivitas termal yang akan diperlukan adalah kayu jati dan kain goni. Berikut ini adalah beberapa data yang telah diketahui sebelumnya, yaitu :

- kkayu = konduktivitas termal kayu surian = 0,09 W/m. K (pada suhu 300K)

- kgoni = konduktivitas termal kain goni = 0,06 W/m. K (pada suhu 300K)

- kaluminium =konduktivitas termal aluminium = 205 J/m.oC

- ktembaga = konduktivitas termal tembaga =109 J/m.oC

- pkayu = panjang kayu lemari = 0,47 m

- lkayu = lebar kayu lemari = 0,52 m

- tkayu = tinggi kayu lemari = 1,5m

- Lkayu = tebal kayu lemari = 0,025 m

- ptriplek = panjang kayu triplek = 0,45 m

- ltriplek = lebar kayu triplek = 0,5 m

- ttriplek = tinggi kayu triplek = 0,01 m

- pgoni = panjang goni = 0,45 m

- lgoni = lebar goni = 0,52 m

- tgoni = tinggi goni = 1,7 m

Melalui data di atas, dapat dihitung besar konduksi dari tiap sisi lemari yang terjadi pada kayu lemari dan goni. Perhitungan konduksi dihitung dengan rumus pada persamaan 2-4.

- Besar konduksi kayu pada sisi kiri dan kanan dinding lemari



 







watt 4,42 035 , 0 205 , 24 536 , 31 5 , 1 5 , 0 5 , 1 52 , 0 09 , 0 2 1 1         kondkayu kondkayu Q Q

- Besar konduksi goni pada sisi kiri dan kanan dinding lemari





watt 384,6528 001 , 0 205 , 24 53 , 31 5 , 1 5 , 0 06 , 0 2 1 1        kondgoni kondgoni Q Q

- Besar konduksi kayu pada sisi depan dan belakang dinding lemari



 







watt 11,5711522 035 , 0 205 , 24 536 , 31 5 , 1 47 , 0 47 , 0 52 , 0 09 , 0 2 3 3         kondkayu kondkayu Q Q

- Besar konduksi goni pada sisi depan dan belakang dinding lemari





watt 420,2026 001 , 0 205 , 24 536 , 31 5 , 1 47 , 0 06 , 0 2 3 3        kondgoni kondgoni Q Q

- Besar konduksi kayu pada sisi atas lemari pendingin





watt 6 0,02246093 035 , 0 205 , 24 536 , 31 01 , 0 6 , 0 12 , 0 2 ) 1 ( 2 ) 1 ( 2        kondkayu kondkayu Q Q





watt 1,6538736 035 , 0 205 , 24 536 , 31 2 , 1 47 , 0 12 , 0 2 ) 2 ( 2 ) 2 ( 2        kondkayu kondkayu Q Q

- Besar konduksi aluminium pada sisi atas lemari pendingin





watt 232,2656 1 003 , 0 205 , 24 536 , 31 5 , 1 47 , 0 74 , 0 2 ) 2 ( 2 ) 2 ( 2        kondgoni kondgoni Q Q

4.2.3 Beban Pendingin Akibat Terjadinya Radiasi

Perhitungan radiasi dapat dilakukan dengan menggunakan data- data sebagai berikut.

- εgoni = emisivitas goni = 0,77

- εkayu = emisivitas kayu = 0,82

- σ = konstanta Stefan- Boltzman = 5,67 x 10-8 W/m2 . K4 - pkayu = panjang kayu lemari = 0,47 m

- lkayu = lebar kayu lemari = 0,52 m

- tkayu = tinggi kayu lemari = 1,5 m

- Lkayu = tebal kayu lemari = 0,035 m

- ptriplek = panjang kayu triplek = 0,45 m

- ltriplek = lebar kayu triplek = 0,5 m

- ttriplek = tinggi kayu triplek = 0,01 m

- pgoni = panjang goni = 0,45 m

- lgoni = lebar goni = 0,53 m

- tgoni = tinggi goni = 1,7 m

- Lgoni = tebal goni = 0,001 m

Perhitungan besar radiasi yang terjadi pada lemari pendingin diitung dengan persamaan 2-10.

- Besar radiasi kayu pada sisi kiri dan kanan dinding lemari



 







watt Q Q radkayu radkayu 001493625 , 0 ) 4135 , 24 205 , 25 ( 5 , 1 53 , 0 5 , 1 52 , 0 10 67 , 5 82 , 0 2 1 4 4 8 1            

- Besar radiasi goni pada sisi kiri dan kanan dinding lemari





watt Q Q radgoni radgoni 00359686 , 0 ) 4135 , 24 205 , 25 ( 5 , 1 53 , 0 10 67 , 5 77 , 0 2 1 4 4 8 1          



 







watt Q Q radkayu radkayu 0003011341 , 0 ) 4135 , 24 205 , 25 ( 5 . 1 53 , 0 5 . 1 52 , 0 10 67 , 5 82 , 0 2 3 4 4 8 3            

- Besar radiasi goni pada sisi depan dan belakang dinding lemari





watt Q Q radgoni radgoni 002714614 , 0 ) 4135 , 24 205 , 25 ( 5 , 1 4 , 0 10 67 , 5 77 , 0 2 3 4 4 8 3          

- Besar radiasi kayu pada sisi atas lemari pendingin





watt Q Q radkayu radkayu 5 ) 1 ( 2 4 4 8 ) 1 ( 2 10 6979 , 2 ) 4135 , 24 205 , 25 ( 01 , 0 52 , 0 10 67 , 5 82 , 0 2            





watt Q Q radkayu radkayu 5 ) 2 ( 2 4 4 8 ) 2 ( 2 10 1134 , 2 ) 4135 , 24 205 , 25 ( 01 , 0 47 , 0 10 67 , 5 82 , 0 2            

- Besar radiasi goni pada sisi atas lemari pendingin





watt Q Q gki gki 5 ) 1 ( 2 tan 4 4 8 ) 1 ( 2 tan 10 x 1,65257 ) 4135 , 24 205 , 25 ( 5 . 1 53 , 0 10 67 , 5 77 , 0 2           





watt Q Q radgoni radgoni 5 ) 2 ( 2 4 4 8 ) 2 ( 2 10 381516 , 1 ) 4135 , 24 205 , 25 ( 5 , 1 4 , 0 10 67 , 5 77 , 0 2            

4.2.4 Analisa Performansi di luar Ruangan

[image:33.595.83.542.576.715.2]

Data yang diperlukan untuk menganalisa performansi lemari pendingin pada saat pengujian di luar ruangan yaitu temperatur lingkungan,kelembaban relatif udara dan intensitas radiasi yang diperoleh dari Data HOBO dan temperatur dalam lemari pendingin yang diperoleh dari Data Termokopel Cole-Parmer 18200-40.

Tabel 4.2 Tabel Performansi Lemari Pendingin di Luar Ruangan

TANGGAL EFISIENSI

TEMPERATUR LINGKUNGAN

(0C)

KELEMBABAN RELATIF %

RADIASI INTENSITAS

(W/m2)

4.2.5 Analisa Performansi di dalam Ruangan

[image:34.595.146.445.177.316.2]

Data yang diperlukan untuk menganalisa performansi lemari pendingin pada saat pengujian di dalam ruangan yaitu temperatur ruangan,dan temperatur dalam lemari pendingin yang semuanya diperoleh dari Data Termokopel Cole-Parmer

Tabel 4.3 Tabel Performansi Lemari Pendingin di dalam Ruangan

4.3 Total Beban Pendingin dan Efisiensi

Total beban pendingin dapat dihitung dengan menjumlahkan seluruh beban

pendingin ( Beban pendingin konduksi, konveksi dan radiasi). Sedangkan panas yang

dikeluarkan oleh sayur dan buah dapat dihitung dengan cara mengurangkan besar

total pendingin dengan panas sensibel dan laten akibat infiltrasi. Rumus- rumus yang

digunakan telah dibahas pada bab II yaitu dengan menggunakan rumus pada

persamaan 2-3 dan 2-11.

Besar beban pendingin dipengaruhi oleh kondisi lingkungan,yaitu intensitas

matahari,kelembaban relatif dan temperatur lingkungan.Data mengenai hal tersebut

diperoleh dari Data HOBO dan diolah menggunakan microsoft excel sehingga

menghasilkan grafik seperti dibawah ini.

TANGGAL EFISIENSI TEMPERATUR RUANGAN (0C)

[image:35.595.89.519.107.297.2]

Gambar 4.2 Grafik Temperatur Lingkungan dan Kelembaban Relatif terhadap Hari

Temperatur lingkungan terendah pada hari pertama penelitian di tanggal 12 Januari

2016 yaitu 230C dan tertinggi pada hari 5 yaitu 31,760C.Pada pengukuran kelembaban

relatif,kelembaban relatif tertinggi yaitu pada hari ke 8 yaitu 94,57% dan terendah di

hari ke 6 yaitu 86,8%.Data intensitas radiasi ditampilkan pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.3 Grafik Radiasi Intensitas

Dari grafik diatas intensitas radiasi tertinggi pada hari ke 4 yaitu 228,62 W/m2 dan

untuk yang terendah di hari ke 8 yaitu 153,97 W/m2.Data diolah dengan menghitung

beban pendingin dengan rumus perpindahan panas dan perhitungan panas laten dan

sensibel maka diperoleh beban pendingin yang ditampilkan pada grafik di bawah ini.

0 100 200 300

0 2 4 6 8 10

W/

M2

HARI

RADIASI INTENSITAS

RH%

84 86 88 90 92 94 96

0 10 20 30 40

0 2 4 6 8 10

Temp

er

a

tu

e

(0C

)

Hari

Temperatur Lingkungan - Kelembaban

Lingkungan per Hari

TEMPERATUR LINGKUNGAN

KELEMBABAN RELATIF

[image:35.595.129.466.464.595.2]

Gambar 4.4 Grafik Beban pendingin per hari

Beban pendingin yang tertinggi terjadi pada hari ketiga di saat temperatur lingkungan

31,210C,kelembaban 88,89% dan intensitas radiasi 196,57 W/m2.Beban pendingin

yang terendah pada hari ke 6 dengan temperatur lingkungan 31,260C,kelembaban

86,8% dan intensitas radiasi 184,40 W/m2,dan pada hari ke enam adalah hari pertama

di dalam ruangan dengan buah dan sayur yang masih segar,maka tentunya beban

pendingin masih rendah.Untuk keseluruhan dihitung beban pendingin atau panas total

dari semua proses perpindahan panas yang terjadi dan panas dari sayur dan buahnya

dan diperolehlah efisiensi kalor yang terjadi di dalam ruang lemari pendingin.Berikut

adalah perhitungan total beban pendingin dan efisiensinya.

Besar panas total :

watt 8 1111,99190 9 0,00982334 7 1109,57540 2,406678     total total Q Q

Besar panas dari sayur dan buah :

watt 1063,80253 ) 43,90572 4,82116323 ( 1112,52913     x x Q Q 0 500 1000 1500 2000 2500 3000

0 2 4 6 8 10

[image:36.595.91.507.71.316.2]

K AL O R ( W ATT ) HARI

Besar efisiensi :

4,33%

974 0,04333607

8 1111,99190

1063,80253

-1111,99190

  

  

4.4 Kapasitas Air yang Diperlukan Sebagai Media Pendingin

Kapasitas rata- rata air yang diperlukan untuk menjaga suhu mesin pendingin adalah

kJ

m=

kg

digunakan dengan syarat :

- Trata- rata lingkungan = 30,6 °C sampai 31°C / hari

- Kelembaban relatif = 88,10 – 90,69 % / hari - Intensitas Radiasi rata- rata = 184,49 W/m2/hari

Dengan mengetahui Kalor total dari buah dan sayur yang disimpan, yaitu sekitar 15 kg maka banyak air yang diperlukan dalam pendinginan adalah

maka

4.5 Kesegaran Buah dan Sayur

Pada awal buah dibeli dari pasar kondisi buah masih segar dan

kekerasan buah masih padat dan warna hijau kekuningan dan sayur masih

memiliki warna daun yang hijau gelap hal tersebut menandakan masih segar

dan baik untuk dikonsumsi.Berikut ini adalah gambar 4.5 kondisi buah dan

[image:38.595.243.380.256.505.2]

sayur di hari pertama.

Gambar 4.5. Kondisi buah dan sayur pada hari pertama diluar ruangan

Kemudian di hari kedua buah masih segar dan layak untuk dikonsumsi dilihat

dari warna buah dan kekerasan buah yang masih sama dengan hari yang

pertama sedangkan sayur sudah mulai terlihat beberapa daun yang menguning

menandakan adanya penurunan kesegaran sayur sehingga tidak layak

dikonsumsi. Gambar 4.6 menunjukkan kondisi kesegaran buah dan sayur di

[image:39.595.228.368.66.296.2]

Gambar 4.6. Kondisi sayur dan buah pada hari kedua di luar ruangan

Pada hari ketiga buah masih keras padat,warna sedikit semakin menguning

dan layak dikonsumsi sedangkan sayur daunnya sudah banyak yang

menguning serta layu dan batang daun keriput.Pada hari ketiga sayur sudah

tidak layak untuk dikonsumsi.Gambar 4.7 menampilkan kondisi kesegaran

[image:39.595.216.382.499.724.2]

Pada hari keempat buah masih segar dan berwarna hijau kekuningan tetapi

sudah mengalami sedikit penurunan kekerasan buah dari hari sebelumnya tetapi

masih layak dikonsumsi,sedangkan sayur kangkung sudah hampir menyeluruh

berwarna kekuningan dan sudah lembab dan tidak layak dikonsumsi.Dibawah ini

[image:40.595.135.442.243.404.2]

gambar 4.8 menampilkan kondisi buah dan sayur pada hari keempat.

Gambar 4.8. Kondisi buah dan sayur pada hari keempat diluar ruangan

Pada hari kelima atau hari terakhir penelitian di luar ruangan kekerasan buah

tidak berbeda dengan hari keempat dan warna sudah semakin menguning

tetapi masih layak konsumsi,sedangkan sayur dilihat dari daunnya sudah

berwarna coklat dan batangnya keriput sehingga sudah pati tidak layak

konsumsi.Untuk lebih jelas dapat dilihat kondisi buah dan sayur pada hari

[image:41.595.104.475.82.240.2]

Gambar 4.9. Kondisi sayur dan buah pada hari kelima diluar ruangan

Pada penelitian hari pertama di dalam ruangan digunakan buah dan sayur yang

baru dan segar.Buah masih berwarna hijau kekuningan dan kondisi sayur

masih berwarna hijau dan batangnya tebal karena mengandung banyak

air.Gambar 4.10 menampilkan kondisi buah dan sayur di hari pertama.

[image:41.595.256.389.397.604.2]

Pada hari kedua didalam ruangan tidak terjadi perubahan signifikan terhadap

buah,tetapi pada sayur kangkung sudah ada sedikit daun yang

menguning,tetapi secara menyeluruh sayur masih layak untuk dikonsumsi

[image:42.595.270.380.206.399.2]

manusia.Kondisi buah dan sayur ditampilkan pada gambar 4.11 dibawah ini.

Gambar 4.11. Kondisi buah dan sayur pada hari kedua didalam ruangan

Pada hari ketiga buah masih memiliki struktur kulit yang ketat dan

kekerasannya masih seperti hari pertama tetapi warnanya sudah mengalami perubahan

sedikit semakin menguning sedangkan sayur sudah semakin banyak daunnya yang

berwarna kuning tetapi batangya masih segar dan beberapa daun masih ada yang

[image:42.595.128.454.591.744.2]

berwarna hijau tapi tidak layak dikonsumsi. Kondisi buah dan sayur ditampilkan di

Pada hari keempat didalam ruangan buah dari warna tidak mengalami banyak

perubahan tetapi kekerasan buah sudah mulai menurun tetapi masih layak

konsumsi sedangkan sayur sudah semakin banyak daun yang kecoklatan tetapi

batang sayur masih tampak segar.Di bawah ini gambar 4.10 menampilkan

kondisi buah dan sayur pada hari keempat didalam ruangan.

Gambar 4.13 Kondisi Buah dan Sayur pada hari keempat didalam ruangan

Pada hari kelima atau hari terakhir penelitian di dalam ruangan,buah masih

memiliki warna yang sama dengan hari keempat tetapi kekerasan buah

semakin menurun tetapi masih layak dikonsumsi,sedangkan sayur sudah

sekitar 90% daunnya berwarna kecoklatan dan batangnya mulai

[image:43.595.131.543.241.389.2]

mengering.Gambar 4.11 menampilkan kondisi buah dan sayur dihari kelima.

Buah dan sayuran mengandung air sangat banyak antara 80-95% sehingga

sangatlah mudah mengalami kerusakan karena peningkatan suhu.

Suhu adalah factor sangat penting yang paling berpengaruh terhadap laju

kemunduran dari komoditi pascapanen. Setiap peningkatan 10oC laju

kemunduran kualitas meningkat dua sampai tiga kali[25].Data temperatur sayur

dan buah yang diperoleh dari data akusisi termokopel Cole-Parmer

dihubungkan terhadap indeks kesegaran buah dan sayur sehingga diperoleh

grafik indeks kesegaran buah dan sayur terhadap perubahan temperatur yang

ditampilkan pada gambar 4.12 dan 4.13 dibawah ini.

Gambar 4.15 Grafik Indeks Kesegaran Buah Jeruk terhadap temperatur

Indeks kesegaran buah dan sayur pada saat pertama dibeli diasumsikan 10 dari

skala 1-10,sehingga setiap peningkatan suhu 100C terjadi kemunduran 2

kali,maka apabila mengalami penurunan 10C terjadi kemunduran 0,2 kali dan

ditampilkan kemunduran indeks kesegaran buah dan sayur pada grafik di

gambar 4.12 dan gambar 4.13

0 2 4 6 8 10 12

24 26 28 30

IN

D

EK

S

K

ES

EG

ARAN

[image:44.595.129.469.347.580.2]

TEMPERATUR 0C

Grafik Indeks Kesegaran Buah

Jeruk vs Temperatur

[image:45.595.130.469.87.331.2]

Gambar 4.16 Grafik Indeks Kesegaran Sayur terhadap Temperatur

0 2 4 6 8 10 12

24 26 28 30

IN

D

EK

S

K

ES

EG

ARAN

TEMPERATUR 0_C

Grafik Indeks Kesegaran

Sayur vs Temperatur

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil analisa rancang bangun mesin pendingin

tanpa listrik adalah sebagai berikut :

1. Dimensi hasil rancangan untuk lemari pendinginan (470x 520 x 1500)mm dan

tangki air aluminium (450x500x100)mm.

2. Bahan dasar pembuatan mesin pendingin tanpa listrik adalah kayu Suren dan

kain goni,dan pipa tembaga berdiameter 7,93mm. Alat yang digunakan gergaji

listrik, bor, tube bender, dan flaring.

3. Efisiensi kalor lemari pendingin saat diuji di luar ruangan yaitu 4,94% dan

sayur dapat bertahan 3 hari dan efisiensi kalor lemari pendingin di dalam

ruangan yaitu 5,96% dan sayur dapat bertahan 4 hari.

4. Perpindahan suhu uap air dari pipa tembaga ke dalam lemari pendingin dengan

aliran laminar dan maksimum entalpi (h21) = 1,62kJ/kg dengan kalor

konveksi (Qkonv₂₍₁₎)0,010208726 watt.

5. Total kalor yang diperoleh yaitu 1112kJ dengan air yang dibutuhkan sebagai

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut :

1. Perlakuan perbandingan antara buah dan sayur yang diletakkan di dalam

lemari pendingin tanpa listrik dengan diletakkan pada kondisi udara bebas.

2. Pemanfaatan triplek tebal sebagai alas sebaiknya diganti dengan bahan lain

seperti anyaman bambu dikarenakan triplek yang terkena air mudah rusak.

3. Penggunaan air pada tangki diganti per hari dikarenakan suhu air pada tangki

dan pipa setelah beberapa hari menjadi sama dengan ruang lemari pendingin.

4. Penggunaan es batu atau zat kimia CaCl2 untuk membantu penyerapan uap

panas yang dihasilkan buah dan sayur sehingga mampu meningkatkan

performansi mesin pendingin.

5. Perhitungan efektif daripada panjang pipa kapiler yang digunakan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teknik Pendingin

Teknik pendingin atau teknik refrijerasi adalah semua teknik yang digunakan

untuk menurunkan temperatur suatu medium sampai lebih rendah daripada temperatur

lingkungannya[3]. Dalam melakukan proses penurunan suhu ini, maka sejumlah energi

dalam bentuk panas harus diambil dari medium tersebut dan dibuang ke lingkungan.

Secara alami, panas hanya akan berpindah dari medium yang temperaturnya lebih

tinggi ke medium yang temperaturnya lebih rendah. Dengan kata lain, perpindahan

panas dari medium yang dingin ke medium yang lebih panas tidak akan mungkin

terjadi secara alami. Maka untuk membuat proses ini terjadi, digunakanlah teknik

refrijerasi. Karena refrijerasi adalah sebuah proses yang bertujuan menurunkan

temperatur, maka proses ini sering disebut dengan istilah fungsi refrijerasi yang

artinya proses yang berfungsi menurunkan temperatur sampai dapat mencapai

temperatur lingkungan. Dalam teknik pendingin banyak menggunakan aliran

konveksi, dan aliran konveksi terbagi dua jenis aliran konveksi,yaitu aliran konveksi

alamiah dan konveksi paksa. Aliran konveksi alamiah adalah pergerakan atau aliran

energi kalor terjadi karena akibat perbedaan massa jenis[26]. Konveksi alamiah terjadi

pada sistem ventilasi rumah, peristiwa angin darat dan angin laut,serta aliran asap

pada cerobong asap pabrik. Aliran konveksi paksa adalah suatu kejadian dimana

aliran panas dipaksa dialirkan ke tempat yang dituju dengan bantuan alat tertentu,

misal dengan kipas angin atau blower[26]. Penelitian ini menggunakan prinsip

dikenai kerja untuk mengalirkan panas dan hanya meninjau efisiensi kalor yang

didapat dari perubahan kalor dari lingkungan ke kalor di dalam ruang lemari

pendingin.

2.1.1 Istilah-istilah dalam Teknik Pendingin

1. Tekanan

Tekanan ialah gaya yang bekerja secara vertikal pada bidang datar luas 1

cm2,oleh benda padat, cair atau gas. Pada umumnya satuan kg/cm.

2. Bahan Pendingin (Refrigerant).

Refrigerant adalah suatu zat yang mudah menguap dan berfungsi sebagai

penghantar panas dalam sirkulasi pada saluran instalasi mesin pendingin.

Bahan pendingin (refrigerant) adalah suatu zat yang mudah berubah wujud

dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Dapat mengambil panas dari evaporator

dan membuangnya di kondensor. Untuk instalasi Refrigerator/kulkas, AC

dipakai freon R-12 atau R-22 sebagai refrigerant.

3. Efek Pendinginan adalah kemampuan membawa kalor dari bahan pendingin

atau jumlah kalor yang dapat diserap oleh 1 pound bahan pendingin waktu

mulai evaporator. Satuannya dalam K Cal/Kg.

4. Kapasitas Pendinginan untuk menyatakan efek pendinginan, banyaknya kalori

panas yang di serap dalam satuan waktu dinyatakan dengan K Cal/Jam.

5. Frost,

bila kita mendinginkan udara terus-menerus, volume uap air dalam udara

menjadi kecil, dan sebagian uap air yang menyentuh pada permukaan suatu

benda yang rendah suhunya akan berbentuk embun-es yang halus. Peristiwa

6. Dingin

Dingin adalah suhunya rendah atau tidak ada panas. Dingin adalah akibat dari

pengambilan kalor. Lemari es menghasilkan dingin dengan mengambil kalori

dari bagian dalamnya. Lemari es tidak dapat menghilangkan kalor, tetapi dapat

memindahkan melalui bahan pendingin.

7. Tekanan Maksimum

Temperatur Maksimum benda gas seperti freon, bila di beri tekanan dalam

silinder tertutup di bawah suhu udara bebas, menjadi uap air jenuh dan

akhirnya berubah menjadi cairan melalui fase pengembunan. Akan tetapi, bila

suhu naik sampai suatu derajat, gas tersebut tidak mengembun lagi sekalipun di

beri tekanan. Benda gas mempunyai batas kemampuan di mana sudah tidak

berdaya untuk mengubah fase gas ke fase cair. Temperatur yang terdapat pada

batas tersebut disebut temperatur maksimum dan tekanan pada gas yang terjadi

pada batas tersebut dikatakan tekanan maksimum.

8. Temperatur/Suhu adalah derajat panas atau tingkat kedinginan.Ukuran suhu

dinyatakan dengan angka ini disebut seperti 0C (derajat celcius),0F

(Fahrenheit).

9. Kalor (Panas ) adalah energi yang diterima oleh benda,sehingga suhu benda atau

wujudnya berubah.Jika kalor dilepaskan suhu dibenda akan turun.Kalor adalah

suatu bentuk energi yang dapat dipindahkan,tretapi tidak dapat

dihilangkan.Satuan dari kalor joule (J).

2.1.2 Aplikasi Teknik Pendingin

mengorbankan banyak biaya untuk mendapatkan kondisi lebih dingin dari

lingkungan.Berikut adalah aplikasi dari refrijerasi :

 Industri Manufaktur, misalnya untuk mendinginkan fluida yang

disemprotkan pada kontak antara mesin perkakas dengan logam yang

diproses.

 Industri Makanan, misalnya penurunan temperatur agar bakteri tidak dapat

berkembang biak dan membekukan makanan.

 Industri Pengeringan, misalnya mengurangi kandungan uap air di udara

dengan mendinginkannya sampai di bawah temperatur saturasi.

 Industri Konstruksi, misalnya dalam pembuatan balok-balok concrete

yang mendinginkan dulu komponennya agar setelah selesai dicetak,

thermal stress di dalam balok akan kecil.

 Industri Pengkondisian Udara, misalnya mengkondisikan udara ruangan

agar nyaman dengan menurunkan suhu dan kelembabannya.

2.1.3 Sejarah Teknik Pendingin

Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan

peradaban manusia di wilayah sub-tropik. Secara alamiah, manusia yang

tinggal di wilayah sub-tropik menyadari bahwa bahan pangan yang mudah

rusak ternyata dapat disimpan lebih lama dan lebih baik pada saat musim

dingin dibandingkan dengan pada saat musim panas. Kesadaran inilah yang

memandu manusia pada saat itu mulai memanfaatkan “es alam” untuk

Penggunaan es alam ini bahkan masih dilakukan hingga abad ke-20, dan

bahkan menurut catatan IIR (Intenational Institute of Refrigeration) hingga awal abad

ke-20 penggunaan es alam masih lebih banyak dibandingkan “es buatan”[2]. Es alam

adalah es yang dihasilkan tanpa peralatan refrijerasi, baik yang diperoleh dari sungai

atau danau yang membeku pada musim dingin atau yang sengaja dibekukan secara

alamiah akibat radiasi termal dari permukaan air ke langit[4].

Di wilayah dengan kelembaban udara yang rendah, seperti Timur Tengah,

sejarah pendinginan dimulai dengan pendinginan evaporatif, yaitu dengan

menggantungkan tikar basah di depan pintu yang terbuka untuk mengurangi panasnya

udara dalam ruangan. Pada abad ke-15, Leonardo da Vinci telah merancang suatu

mesin pendingin evaporatif ukuran besar. Konon, mesin ini dipersembahkan untuk

Beatrice d’Este, istri Duke of Milan (Pita, 1981). Mesin ini mempunyai roda besar,

yang diletakkan di luar istana, dan digerakkan oleh air (sekali-sekali dibantu oleh

budak) dengan katup-katup yang terbuka-tutup secara otomatis untuk menarik udara

ke dalam drum di tengah roda. Udara yang telah dibersihkan di dalam roda dipaksa

keluar melalui pipa kecil dan dialirkan ke dalam ruangan[4].

Perkembangan teknik pendinginan selanjutnya masih terjadi secara tidak

sengaja, yaitu penggunaan larutan air-garam untuk mendapatkan suhu yang lebih

rendah. Menurut catatan Ibn Abi Usaibia, seorang penulis Arab, penggunaan larutan

air-garam ini sudah dilakukan di India sekitar abad ke-4. Garam yang digunakan pada

larutan tersebut adalah potasium nitrat, sebagaimana dicatat oleh seorang dokter Italia

bernama Zimara pada tahun 1530 dan dokter Spanyol bernama Blas Villafranca pada

rendah baru dapat dijelaskan oleh Battista Porta pada tahun 1589 dan Trancredo pada

tahun 1607[4].

Teknik pendinginan mulai berkembang secara ilmiah sejak abad ke-17,

dimulai dari penelitian tentang pemantulan melalui efek panas dan dingin yang

dilakukan oleh Robert Boyle (1627-1691) di Inggris dan Mikhail Lomonossov

(1711-1765) di Rusia. Selanjutnya, penelitian mengenai termometri yang dimulai oleh

Galileo dikembangkan kembali oleh Guillaume Amontons (1663-1705) di Perancis,

Isaac Newton (1642-1727) di Inggris, Daniel Fahrenheit (1686-1736) orang German

yang bekerja di Inggris dan Belanda, René de Réaumur (1683-1757) di Perancis dan

Anders Celsius (1701-1744) di Swedia. Tiga ilmuwan yang disebutkan terakhir

merupakan penemu sistem skala pengukuran suhu, dan masing-masing namanya

diabadikan pada sistem skala tersebut yaitu Fahrenheit, Reaumur dan Celsius. Setelah

Anders Celsius menemukan termometer skala centesimal pada tahun 1742 di Swedia,

disepakati bahwa sistem skala yang digunakan pada Sistem Internasional adalah

Celsius[4].

Pada awal abad ke-18, William Cullen (1710-1790) menemukan terjadinya

penurunan suhu pada saat ethyl ether menguap. Cullen, bahkan, pada tahun 1755

berhasil mendapatkan sedikit es dengan cara menguapkan air di labu uap. Murid dan

penerus Cullen, yaitu seorang Scotland yang bernama Joseph Black (1728-1799)

berhasil menjelaskan pengertian panas dan suhu, sehingga sering dianggap sebagai

penemu kalorimetri. Bidang ini akhirnya dikembangkan dengan sangat baik oleh para

ilmuwan Perancis, seperti Pierre Simon de Laplace (1749-1827), Pierre Dulong

(1785-1838), Alexis Petit (1791-1820), Nicolas Clément-Desormes (1778-1841) dan

Tulisan Sadi Carnot (1796-1832), seorang Perancis, yang sangat terkenal pada

tahun 1824 menjadi inspirasi bagi banyak penelitian yang dilakukan mengenai

berbagai konsep termodinamika dan sistem pendinginan, termasuk James Prescot

Joule (Inggris, 1818-1889), Julios von Mayer (Jerman, 1814-1878), Herman von

Helmholtz (Jerman, 1821-1894), Rudolph Clausius (Jerman, 1822-1888), Ludwig

Boltzmann (Austria, 1844-1906), dan William Thomson (Lord Kelvin, Inggris,

1824-1907) [4].

Penemuan-penemuan di atas menjadi awal yang sangat berharga dalam sejarah

penemuan mesin-mesin pendinginan dan zat-zat pendinginnya. Perkembangan ini

dimulai dengan mesin pendingin mekanis, setelah seorang Amerika bernama Oliver

Evans (1755-1819) mampu menjelaskan siklus refrijerasi kompresi uap. Pada tahun

1835, seorang Amerika lainnya yang bekerja di Inggris yaitu Jacob Perkins

(1766-1849) berhasil mendapatkan paten untuk mesin pendingin temuannya yang bekerja

berdasarkan siklus kompresi uap tersebut[4].

Fluida kerja (refrijeran) yang digunakan Perkins pada mesin pendinginnya

tersebut adalah ethyl ether. James Harrison (1816-1893), seorang Skotlandia yang

pindah ke Australia, berhasil membuat mesin pendingin yang dapat bekerja dengan

baik pada skala industrial. Mesin tersebut dipatenkan oleh Harrison pada tahun 1855,

1856, dan 1857. Mesin pendingin Harrison, yang diproduksi di Inggris, masih

menggunakan ethyl ether sebagai fluida kerja, dan mampu menghasilkan es maupun

larutan pendingin (refrijeran sekunder) [4].

Dengan ditemukannya mesin pendingin sistem kompresi uap, terjadi

sebagai refigeran. Pada tahun 1862, Tellier juga meneliti penggunaan amonia (NH3)

sebagai refrijeran, meskipun penggunaannya secara luas pada skala industrial baru

dapat dilakukan oleh seorang Jerman Carl von Linde (1842-1934). Refrijeran amonia

masih banyak digunakan hingga sekarang, khususnya pada industri pembekuan

pangan[4].

Thaddeus Lowe (1832-1913) mulai menggunakan karbon-dioksida (CO2)

sebagai refrijeran. Meskipun sempat ditinggalkan, penggunaan karbon-dioksida

belakangan ini kembali dikembangkan sebagai refrijeran yang ramah lingkungan.

Sulfur-dioksida (SO2) pertama kali digunakan sebagai refrijeran oleh ahli fisika Swiss

Raoul Pierre Pictet (1846-1929), tetapi akhirnya tidak digunakan lagi sesaat sebelum

perang dunia II. Metil-klorida (Ch3Cl) juga digunakan oleh orang Perancis C.

Vincent sebagai refrijeran pada tahun 1878, meskipun akhirnya hilang dari peredaran

pada tahnun 1960-an[4].

Didasarkan pada hasil penelitian Swarts yang dilakukan selama kurun

1893-1907 di Ghent, suatu tim peneliti Frigidaire Corporation di Amerika, yang dipimpin

oleh Thomas Midgley berhasil mengembangkan refrijeran fluoro-carbon pertama

pada tahun 1930. Refrijeran fluoro-carbon dianggap sebagai refrijeran yang aman

karena tidak bersifat toksik dan tidak mudah terbakar. Refrijeran CFC

(chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R12 (CF2Cl2) mulai dilepas ke pasar pada tahun 1931, diikuti

dengan refrijeran HCFC (hidro-chloro-fluoro-carbon) pertama, yaitu R22 (CHF2Cl)

pada tahun 1934. Pada tahun 1961, campuran azeotropik pertama, yaitu R502

(R22/R115), diperkenalkan ke pasar sebagai refrijeran[4].

Refrijeran CFC, khususnya R12, dianggap sebagai zat yang sangat istimewa

dari Amerika (F.S. Rowland dan M.J. Molina) mempublikasikan hasil penelitiannya

pada tahun 1974. Rowland dan Molina menyimpulkan bahwa klorin yang dilepaskan

oleh zat halogenasi hidrokarbon menyebabkan terjadinya perusakan lapisan ozon di

angkasa. Untuk menganggapi temuan ini, pada tahun 1987 telah disepakati Protokol

Montreal mengenai pelarangan penggunaan zat-zat yang bersifat merusak lapisan

ozon[4].

Refrijeran CFC dan HCFC termasuk pada kategori zat perusak ozon, sehingga

penggunaannya sebagai refrijeran juga dilarang. Sebagai gantinya, disarankan

penggunaan HFC (hidro-fluoro-carbon), yaitu refrijeran yang dihalogenasi tapi tidak

diklorinasi. Akan tetapi, refrijeran HFC, baik yang murni (R134a) maupun

campurannya (R410A, R407A, R404A, dll), juga menimbulkan efek lingkungan yaitu

pemanasan global. Pada Protokol Kyoto, yang ditanda-tangani pada 11 Desember

1997, refrijeran HFC termasuk zat yang dilarang peredarannya karena menyebabkan

pemanasan global. Indonesia, sebagai negara yang ikut meratifikasi Protokol

Montreal maupun Protokol Kyoto, berkewajiban untuk melaksanakan setiap fasal

dalam protokol yang disepakati tersebut[4].

Perkembangan lain dalam sistem kompresi uap adalah pada komponen

peralatannya. Pada awalnya mesin pendingin sistem kompresi uap menggunakan

kompresor dengan piston yang besar dan lambat, tetapi sejak akhir abad ke-19

berubah menjadi lebih ringan dan cepat. Pada tahun 1934 A. Lysholm berhasil

mengembangkan kompresor ulir dengan rotor ganda di Swedia, sedangkan pada tahun

1967 B. Zimmern mengembangkan kompresor ulir rotor tunggal di Perancis[4].

an. Kompresor sentrifugal dikembangkan atas dasar penelitian seorang Perancis

bernama Auguste Rateau tahun 1890 dan orang Amerika bernama Willis Carrier

tahun 1911. Kompresor hermetik dikembangkan untuk mengatasi kebocoran

refrijeran oleh Father Audiffren pada tahun 1905 di Perancis, dan digunakan sangat

banyak saat ini[4].

2.1.4 Sistem Kerja Teknik Pendingin atau Refrijerasi

Pada dasarnya sistem refrijerasi dibagi menjadi dua[5], yaitu:

1. Sistem refrijerasi mekanik

Sistem refrijerasi ini menggunakan mesin-mesin penggerak atau dan alat

mekanik lain dalam menjalankan siklusnya. Yang termasuk dalam sistem

refrijerasi mekanik di antaranya adalah:

a. Siklus Kompresi Uap (SKU)

b. Refrijerasi siklus udara

c. Kriogenik/refrijerasi temperatur ultra rendah

d. Siklus sterling

2. Sistem refrijerasi non mekanik

Berbeda dengan sistem refrijerasi mekanik, sistem ini tidak memerlukan

mesin-mesin penggerak seperti kompresor dalam menjalankan siklusnya.

Yang termasuk dalam sistem refrijerasi non mekanik di antaranya:

a. Refrijerasi tradisional

b. Refrijerasi termoelektrik

c. Refrijerasi siklus absorbsi

d. Refrijerasi steam jet

Dari sekian banyak jenis-jenis sistem refijerasi, yang paling umum digunakan

adalah refrijerasi dengan sistem kompresi uap. Namun seiring dengan berkembangnya

teknologi, para ilmuwan sedang berusaha mengembangkan teknologi mesin pendingin

yang lebih ramah lingkungan. Dimulai dari pengembangan mesin pendingin hemat

energi, dimana konsumsi listrik oleh refrijerasi ditekan hingga sekecil mungkin. Pada

masa kini, banyak ilmuwan mulai menciptakan mesin pendingin tanpa listrik dimana

tanpa listrik sekalipun barang- barang seperti sayur- sayuran dan buah- buahan dapat

terjaga kesegarannya selalu. Teknik pendingin ini sebenarnya telah lama ditemukan

dan digunakan oleh manusia terutama manusia yang tinggal di daerah tropis.

2.2 Mesin Pendingin

Mesin Pendingin adalah suatu peralatan yang digunakan untuk mendinginkan

air, atau peralatan yang berfungsi untuk memindahkan panas ke suatu tempat yang

temperaturnya lebih tinggi.Di dalam sistem pendinginan dalam menjaga temperatur

rendah memerlukan pembuangan kalor dari produk pada temperatur rendah ke tempat

pembuangan kalor yang lebih tinggi [4].Sekarang ini terdapat berbagai jenis mesin

pendingin,antara lain :

 Pendingin Ruangan (AC)

Mesin pendingin jenis ini dipakai untuk menyejukkan hawa atau udara

didalam ruangan seperti kantor, bar, bioskop, dan dipakai juga dalam

kendaraan seperti mobil,gerbong kereta api, bus, kamar kapal laut,

 Refrigerator (Kulkas)

Mesin ini pada umumnya digunakan dalam rumah tangga. Fungsi

utama dari mesin ini adalah meningkatkan daya tahan buah-buahan,

sayur-sayuran serta bahan makanan yang lainnya agar tetap segar.

 Freezer (Lemari Pendingin)

Mesin pendingin jenis ini banyak digunakan direstoran-restoran. Pada

umumnya, mesin ini digunakan untuk membuat es.

2.3 Refrijerasi Tradisional

Sistem refrijerasi tradisional telah banyak ditinggalkan dikarenakan

berkembangnya jaman. Sistem refrijerasi yang paling banyak digunakan pada jaman

sekarang adalah refrijerasi yang menggunakan siklus kompresi uap (SKU). Namun

beberapa jenis sistem pendingin tradisional masih digunakan hingga sekarang dengan

tujuan tertentu. Misalnya, pedagang sayur dan buah masih menggunakan sistem

pendingin tradisional. Sayur sayur atau buah- buah yang belum terjual habis disimpan

di dalam karung goni dan kemudian karung goni tersebut dibasahi dengan air. Dengan

begitu, suhu dalam goni akan tetap terjaga dan kadar air daripada sayur atau buah juga

terjaga.Namun sistem pendinginan dengan goni ini kurang higienis.

Selain penggunaan goni, juga ada sistem pendingin dengan menggunakan

pot.Pendingin dari pot ini ditemukan oleh Mohammed Bah Abba, pria berkebangsaan

Nigeria[6]. Kerja kerasnya mampu menyelamatkan jutaan hidup warga afrika yang

hidup didaerah terpencil dan sangat membutuhkan sistem pengawetan bahan makanan

sederhana dimana didaerah tersebut belum ada instalasi listrik. Dengan sistem

pendingin yang diciptakanya tomat dan cabai merah dapat bertahan selama tiga

Sistem pendingin pot-in-pot dibuat dengan menempatkan pot yang terbuat dari

tanah liat (tembikar) ke dalam pot tembikar yang lebih besar. Ruang diantara kedua

pot kemudian diisi bahan pasir basah yang terjaga kelembapanya. Evaporasi dari pasir

basah pada ruang antara pot kecil dan pot besar menyebabkan efek dingin pada area

dalam pot kecil. Sangat sederhana namun dapat berkerja sebagai pendingin. Gambar

[image:60.595.164.433.255.450.2]

2.1 merupakan gambar pendingin dengan sistem pot-in-pot.

Gambar 2.1. Pendingin Tradisional Sistem Pot-In-Pot[6]

Mohammed Bah Abba juga mengatakan bahwa dari hasil percobaan tersebut

diketahui bahwa sistem pendingin ini dapat mencapai suhu 19,4°C dalam waktu 13

[image:61.595.126.471.129.396.2]

Tabel 2.1. Hasil pengukuran menggunakan termometer pada pendingin sistem pot-in-pot[6] :

Di China, tepatnya Shanghai, ilmuwan- ilmuwan bekerja keras dalam

mengembangkan mesin pendingin tanpa listrik yang dapat digunakan oleh masyarakat

kelas menengah ke bawah untuk mendinginkan makanan mereka. Pada musim

kemarau, suhu di daerah terbuka pada siang hari dapat mencapai 41°C dan pada

malam hari sekitar 37°C. Hal ini tentu saja menyebabkan makanan cepat rusak.

Gambar 2.2. menunjukkan mesin pendingin yang dirancang oleh seorang ilmuwan

asal China dimana lemari pendingin ini tidak menggunakan listrik dan refrijeran.

Mesin pendingin ini hanya memanfaatkan air sebagai media pendingin . Refrijerasi

ini dapat dikatakan menggunakan sistem evaporasi dan memanfaatkan cuaca dalam

menghasilkan dingin[7].

Waktu pendinginan Suhu dalam pot (°C) Suhu udara luar (°C)

15 menit 23,7 23,8

20 menit 23,6 24,0

30 menit 23,2 23,8

45 menit 21,7 24,7

1 jam 21,0 24,8

1 jam 15 menit 20,4 25,0

1 jam 30 menit 20,1 24,7

1 jam 40 menit 19,9 24,7

2 jam 30 menit 19,5 24

2 jam 40 menit 19,4 24.4

[image:61.595.127.468.130.391.2]

[image:62.595.132.472.72.276.2]

Gambar 2.2. Lemari Pendingin Tradisional dengan Air Sebagai Media Pendingin[7]

2.4 Refrijeran, Media Pendingin dan Absorbent

Refrijeran adalah fluida fluida kerja utama pada suatu siklus refrijerasi yang

bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang panas

pada temperatur dan tekanan tinggi[8] .Umumnya refrijeran mengalami perubahan fasa

dalam suatu siklus kecuali pada siklus gas.

Media pendingin (cooling media) adalah media yang digunakan untuk

mengantarkan efek refrijerasi ke tempat yang membutuhkan[8].Hal ini dapat

dijelaskan sebagai berikut. Sistem pendingin udara pada unit yang besar, seperti

bangunan komersial, menempatkan siklus pendingin terpusat pada suatu tempat. Dan

ruangan yang meng