Departemen Teknik Mesin-FTUI Universitas Indonesia Agus S Pamitran, Aris Budianto
Departemen Teknik Mesin – Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus Baru UI Depok, Jawa Barat, 16424, Indonesia
Januari 2013 Abstrak
Kebanyakan nelayan menggunakan es balok sebagai media penyimpanan ikan. Sistem pendinginan dengan menggunakan es balok kurang cocok untuk hasil tangkapan ikan laut karena es balok bersifat keras yang dapat merusak ikan, sehingga mutu ikan menurun yang berakibat pada rendahnya harga jual ikan. Salah satu solusi untuk menghasilkan kualitas ikan lebih segar dan awet adalah pendinginan menggunakan ice slurry berbahan dasar air laut. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati karakteristik ice slurry dan membandingkan performa ice slurry generator sehingga dapat diketahui tingkat keefektifan sistem tersebut. Pengujian dilakukan dengan variasi volume air laut pada 4 liter, 5 liter, 6 liter, dan 7 liter dengan pengaktifan motor listrik pada saat temperature air laut mencapai 10 oC. Dan variasi pengaktifan motor listrik dilakukan saat temperatur air laut mencapai 15oC, 10
o
C, dan 5 oC dengan volume air laut sebesar 5 liter.
Kata kunci : Nelayan, ice slurry, air laut, energi, scraper, ice scaling
Daftar Notasi
V Tegangan Listrik [Volt] Wc Daya Kompresor [Watt]
I Arus Listrik [Ampere] Wk Daya Kipas [Watt]
E Energi [kWh] Wm Daya Motor [Watt]
pf Power Faktor [%] t Waktu [Detik]
W Daya Listrik [Watt] ‘
Pendahuluan
Indonesia adalah negara kepulauan terbesar di dunia yang mempunyai 17.504 pulau (Kemendagri, 2008), terbentang sepanjang 3.977 mil antara Samudra Hindia dan Samudra Pasifik.Sebagai negara kepulauan dan berada di daerah beriklim tropis, Indonesia mempunyai potensi yang amat besar dalam bidang kelautan, khususnya bagi para nelayan dengan banyaknya jumlah dan spesies ikan. Dengan keuntungan Zona Ekonomi Eksklusif (ZEE) sepanjang 200 mil, atau total kurang lebih 1,852 juta mil dan panjang garis pantai seluruhnya 64.636 mil (Bakosurtanal, 2006), Indonesia mempunyai potensi perikanan yang mencapai angka 6,4 juta ton/tahun (DKP, 2006). Namun, kenyataan tersebut tidak sebanding dengan kondisi kehidupan nelayan-nelayan di Indonesia yang sebagian besar masih tergolong miskin meskipun sumber daya alam perikanan Indonesia sangat kaya dan produksi hasil tangkapan yang besar. Ketidakmerataan tingkat sosial ekonomi masyarakat nelayan ini disebabkan oleh beberapa faktor, salah satunya adalah sarana pengelolaan dan pengolahan hasil tangkapan yang kurang baik. Masih banyak para nelayan yang menggunakan cara konvensional untuk
mengawetkan dan mendinginkan hasil tangkapan ikan dengan menggunakan es balok.
Sistem pendinginan es balok kurang cocok untuk hasil tangkapan ikan laut karena dapat merusak ikan.Salah satu cara pendinginan efektif yang dapat menggantikan pendinginan konvensional tersebut adalah pendinginan dengan media ice slurry. Ice slurry sangat baik digunakan karena ice slurry bertekstur lembut dan pada air laut terdapat kandungan garam yang bersifat sebagai pengawet alami.
Penelitian ini dilakukan untuk mengaji unjuk kerja ice slurry generator yang ada di Departemen Teknik Mesin Laboratorium Universitas Indonesia yaitu tipe Scraper Blades Evaporator guna mengetahui pengaruh variasi volume dan pengaruh pengaktifan motor listrik pada temperatur tertentu terhadap waktu pendinginan dan besarnya energi yang digunakan. Diharapkan nantinya akan tercipta metode dalam penggunaan ice slurry generator yang lebih baik untuk mendapatkan hasil yang efektif dan efisien.
Ice Slurry
Menurut P Egolf dan M Kauffeld, tidaklah mudah untuk memberikan definisi yang pasti mengenai ice slurry. Setidaknya ada dua definisi yang dianggap paling mendekati, yaitu :
Ice slurry terdiri dari sejumlah partikel yang terdapat/tercampur pada larutan yang mengandung air.
Fine-crystalline ice slurry adalah ice slurry dengan partikel es yang memiliki ukuran diameter rata-rata partikel es sama dengan atau kurang dari 1 mm.
Proses pembentukan Ice Slurry
Pembentukan ice slurry terdiri dari tiga tahap, yaitu supersaturasi dimana temperatur beku fluida dibawah temperatur beku air. Kemudian jika temperatur beku fluida mulai tercapai akan timbul es yang disebut nukleasi, fase ini terjadi karena kesetimbangan kimia yang dibantu oleh pelarut sehingga temperatur beku menjadi lebih rendah.
Nukleasi dapat terjadi secara homogen atau heterogen.Nukleasi homogen terjadi dimana molekul bahan saling menyusun dan membentuk nuklei tanpa adanya kebaradaan zat asing. Nukleasi heterogen terjadi akibat keberadaan zat asing (karena ketidak-murnian).
Terdapat dua tipe nukleasi yaitu nukleasi primer dan nukleasi sekunder. Nukleasi primer adalah peristiwa awal pembentukan inti kristal (nuklei) yang terbentu secara spontan. Pada nukleasi primer, pembentukan kristal tidak dipengaruhi oleh kristal lain. Total energi yang dibutuhkan untuk membentuk nukleasi primer adalah energi untuk membentuk permukaan kristal dan energi yang dibutuhkan untuk membentuk volume kristal. Sedangkan nukleasi sekunder terjadi akibat telah adanya kristal zat yang memang diinginkan untuk mengkristal. Nukleasi sekunder membutuhkan gaya dari luar, seperti pengadukan terhadap larutan jenuh. Pada nukleasi sekunder, Kristal kecil dapat membesar dan melebihi ukuran kritis dari nucleus stabil (J. Graham et al., 2002).
Fase ketiga adalah propagasi (pertumbuhan kristal) yaitu pertumbuhan kristal. Kristal dapat bertumbuh jika molekul-molekul dapat berdifusi ke permukaan nucleus yang sedang bertumbuh . Laju proses pertumbuhan ini sangat sensitif terhadap tingkat super-jenuh dan super-dingin, suhu, dan keberadaan zat asing.
GeneratorIce slurry
Generator ice slurry adalah generator penghasil ice slurry sebagai akibat dari efek refrigerasi. Ice Slurry Generator yang diuji bertipe Scraper Blades Evaporator (SBE) dimana menggunakan sistem refrigerasi tipe kompresi uap tingkat satu. Banyak industri menggunakan sistem scraper karena lebih banyak menghasilkan fraksi es sekali bekerja dibanding sistem lain (E. Stamatioua et al.,2005, T A Mouneer et al,. 2011). Untuk ice slurry generator model scraper menggunakan diameter pipa lilitan 3/8” atau 9.525 x 10-3 m, diameter evaporator 0.26 m dan panjang lilitan pipa refrigerant 2.8 m.
Dimensi Tabung Evaporator dan Dimensi Penampang Alas
Dimensi Augher Shaft dan Detail Dimensi Gambar (Satuan mm)
Sedangkan sistem pendingin terdiri dari kompresor, kondensor, liquid receiver, filter dryer, sight glass, katup ekspansi, evaporator, dan accumulator. Komponen ini dapat dilihat peletakannya pada gambar di bawah ini.
Skema Instalasi Generator IceSlurry
Kebutuhan Energi dan Daya Listrik
Pada ice slurry generator, terdapat komponen utama yang menggunakan listrik yaitu kompresor, kipas dan motor listrik. Sehingga daya total dan energi yang digunakan merupakan penjumlahan perhitungan daya dan energi dari ketiga komponen tersebut. Perhitungan daya listrik didapat dengan menggunakan rumus:
W = V x I x pf (1)
pf merupakan power faktor dari listrik yang digunakan. Tegangan dan arus yang mengalir pada sistem kemungkinan tidak stabil, sehingga digunakan power faktor dari listrik sebesar 98 %. Daya Kompressor (Wkompressor)
Wc = V x Ic x pf
Daya Kipas (Wkipas)
Wk = V x Ikx pf
Daya Motor (Wmotor)
Wm = V x Im x pf
Daya Total (WTotal)
WTotal = Wkompressor+ Wkipas+ Wmotor (2)
Besar energi yang dibutuhkan adalah:
ETotal = ( Wcx tc ) + (Wkx tk ) + (Wmx tm) (3)
Pengujian Sistem
Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui performa optimal alat dalam mendinginkan air laut pada variasi volume 4 liter, 5 liter, 6 liter dan 7 liter dengan pengaktifan motor listrik pada saat air laut
mencapai 10 oC. Dan variasi pengaktifan motor listrik pada saat temperatur air laut mencapai15oC, 10oC, dan 5oC dengan volume air laut sebesar 5 liter. Dari semua data yang terkumpul, maka dilakukan perbandingan waktu pendinginan, fraksi es yang dihasilkan, dan kebutuhan daya dan energi untuk masing-masing variasi data.
Perbandingan Waktu Pendinginan Air Laut Waktu pendinginan air laut adalah salah satu parameter dalam perbandingan unjuk kerja pada Scraper Blades Evaporator. Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara volume air laut dan penyalaan motor terhadap waktu pendinginan.
Waktu Pendinginan dengan Variasi Volume Air Laut
Waktu Pendinginan Air Laut dengan Variasi Pengaktifan Motor Listrik Pada Saat Temperatur Tertentu
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, diketahui pada pengambilan data dengan variasi volume air laut, semakin banyak volume air laut yang digunakan maka waktu pembentukan ice slurry semakin lama. Pengecualian terjadi pada volume 4 liter dimana waktu pendinginannya lebih lama dibandingkan dengan waktu pendinginan air laut dengan volume 5 liter. Hal ini disebabkan adanya kontak antara sistem dengan temperatur lingkungan. Pada percobaan yang telah dilakukan, digunakan AC portable untuk pengondisian udara pada sistem dan plastik sebagai isolasi penutup, yang memisahkan sistem dengan lingkungan. Pada saat awal-awal Pengaruh pengaktifan ..., Aris Budianto, FT UI, 2013
dilakukan percobaan, yaitu pada volume air laut sebesar 4 liter, banyak terjadi error terutama pada setup alat sehingga peneliti banyak melakukan kegiatan keluar-masuk ke dalam ruang pengondisian udara, menyebabkan kondisi udara dan temperatur di dalam sistem berubah. Hal inilah yang membuat waktu pendinginan menjadi lebih lama.
Sedangkan pada pengambilan data dengan variasi pengaktifan motor listrik, semakin rendah temperatur air laut saat pengaktifan motor, dalam penelitian ini motor dinyalakan saat temperatur air laut telah mencapai temperatur 5 oC, maka waktu pendinginan air laut semakin lama. Cepatnya waktu pendinginan pada pengaktifan motor saat temperatur air laut mencapai 15 oC disebabkan oleh lebih cepat berubahnya koefisien perpindahan kalor dari air laut. Kecepatan aliran fluida menyebabkan meningkatnya koefisien perpindahan kalor dari fluida tersebut. Dengan pengaktifan motor listrik pada saat temperatur air laut baru mencapai 15 oC, atau lebih cepat daripada saat 10 oC dan 5 oC, pengaktifan motor listrik saat temperatur air laut 15 oC mempunyai waktu paling lama saat koefisien perpindahan kalor meningkat. Hal ini lah yang menyebabkan variasi data pengaktifan motor saat temperatur air laut mencapai 15 oC membutuhkan waktu pendinginan yang lebih cepat daripada saat temperatur air laut 10 oC dan 5 oC. Hal tersebut berpengaruh juga pada pembentukan fraksi es yang dihasilkan. Dimana fraksi es paling banyak pada pengambilan data pengaktifan motor listrik saat temperatur air laut 15 oC.
Proses pengikisan es pada dinding evaporator dilakukan oleh blades-blades pada augher shaft, tetapi blades-blades tersebut kurang efektif dalam mengikis es. Hal ini dikarenakan kondisi per penahan blades sudah berkarat yang menyebabkan gerakan blades tidak mampu mengikis es secara sempurna. Sehingga makin banyak es yang menempel pada dinding evaporator, yang menyebabkan semakin lama waktu pendinginannya.
Perbandingan Hasil Pembentukan Fraksi Es Berdasarkan data yang telah didapat seperti yang tertera pada Tabel 4.6, banyaknya fraksi es yang dihasilkan berkisar antara 13 % - 17 %. Pada variasi pengaktifan motor listrik, jumlah fraksi es paling banyak didapat pada data pengaktifan motor pada saat temperatur air laut 15 oC, yaitu sebesar 17,2 %. Sedangkan pada variasi volume, jumlah fraksi es yang terbentuk sebesar 13 % - 14 %. Berikut adalah grafik banyaknya pembentukan fraksi es pada variasi pengaktifan motor dan variasi volume air laut.
Pengaruh Variasi Pengaktifan Motor Terhadap Fraksi Es yang Terbentuk
Pengaruh Variasi Volume Air Laut Terhadap Fraksi Es yang Terbentuk
Perbandingan Energi yang Digunakan
Lamanya waktu pendinginan berarti juga lamanya penggunaan komponen kelistrikan yang berakibat besarnya kebutuhan energi dan daya listrik dari sistem ice slurry generator. Perhitungan energi dilakukan dengan tujuan mengetahui perlakuan mana yang paling efektif dalam menggunakan generator ice slurry. Sehingga ketika alat tersebut diimplementasikan ke masyarakat, nelayan dapat mengetahui tingkat keefektifan dari generator ice slurry terhadap masing-masing perlakuan (variasi volume dan pengaktifan motor).
Perbandingan Beban Pendinginan dan Energi 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.44 0.42 0.56 0.61 4 liter 5 liter 6 liter 7 liter
Beban Pendinginan vs Energi
E ne rg i ( k W h) 0 3 6 9 12 15 4 liter 5 liter 6 liter 7 liter Ket : Temperatur ruangan : 26-27 oC RPM ouger : 70 Salinitas : 25 F ra k si e s ( % ) 0 5 10 15 20 15 C 10 C 5 C F ra k si e s ( % ) Ket : Temperatur ruangan : 26-27 oC RPM ouger : 70 Salinitas :25
Perbandingan Pengaktifan Motor Listrik Pada Temperatur Tertentu dan Energi
Namun, jika dihitung dari energi spesifik per volume, besarnya energi yang digunakan lebih efektif pada pengambilan data variasi volume air laut sebesar 7 liter. Artinya, dengan perbedaan waktu pendinginan yang sedikit, proses pendinginan yang dilakukan pada pengambilan data volume 7 liter memerlukan energi spesifik yang relatif lebih sedikit dibandingkan dengan variasi volume yang lainnya.
Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian tentang variasi penyalaan motor dan volume air laut terhadap hasil ice slurry yang dihasilkan antara lain
Beban pendinginan mempengaruhi waktu pendinginan. Semakin besar volume air laut membuat waktu pendinginan menjadi lebih lama karena beban pendinginannya lebih besar. Hal ini juga berbanding lurus dengan besarnya energi yang digunakan. Pada pengambilan data dengan variasi
volume sebesar 4 liter air laut, waktu pendinginan diketahui lebih lama daripada waktu pendinginan untuk 5 liter volume air laut. Hal ini disebabkan oleh adanya kontak antara sistem dengan temperatur lingkungan.
Semakin cepat dalam pengaktifan motor listrik untuk mengikis es pada dinding evaporator dan mengaduk air laut, maka semakin cepat waktu pendinginan. Pada pengambilan data penyalaan motor saat temperatur air laut sudah mencapai 15 oC, diketahui membutuhkan waktu paling cepat dibandingkan dengan waktu penyalaan motor saat temperatur air laut sudah mencapai 10 oC dan 5 oC. Hal ini disebabkan oleh pengaktifan motor listrik saat temperatur air laut 15 oC mempunyai waktu paling lama saat koefisien perpindahan kalor meningkat. Sehingga waktu pendinginan menjadi lebih cepat. Referensi
Kelautan dan Perikanan Dalam Angka ( Marine and Fisheries in Figures ) 2011. Jakarta: Kementrian Kelautan dan Perikanan; 2011.
Dincer I, Kanoglu M. Refrigeration Systems and Applications. Singapore: John Wiley & Sons, Ltd; 2010.
Kauffeld.M, Wang.M.J, Goldstein.V, Kasza.K.E. 2010.” Ice slurry application”. International Journal of Refrigeration
Dalimunthe.Indra .2004. “Pengantar Teknik refrigerasi”. USU digital Library: Medan , Indonesia Cloutier,Matthew. 2002. “Refrigeration Cycle” Wang, S.K., Lavan, Z.1999. “Air-Conditioning and Refrigeration”. Boca Raton: CRC Press LLC
Putra,Nandy, Permana.Angga, Jatmika,I made Arya. 2006.”Rancang Bangun dan Karakterisasi Ice Slurry Generator”. Depok:Departement Teknik Mesin Universitas Indonesia
Kiswantoro. 2006.”Rancang Bangun Scraper dan Analisis Pengaruh Scraper terhadap Performa Ice Slurry Generator”. Depok : Departement Teknik Mesin UI.
Koestoer, Raldi Artono. 2003. “Pengukuran Teknik” . Jakarta, Indonesia
Dossat,Roy J. 1997. “Principle of Refrigeration” T. Kuriyama, Y. Sawahata, Slurry ice transportation and cold distribution system, Information Booklet for the Technical Tour of the Fourth Workshop of IIR Ice Slurry Working Party, Nov 13, 2001 p. 1–6 K.A. Fikiin, A.G. Fikiin, Individual quick freezing of foods by hydrofluidisation and pumpable ice slurries, IIR Proceedings, Advances in Refrigeration
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.377 0.381 0.385 15 C 10 C 5 C
Pengaktifan Motor vs Energi
E ne g i ( k W h) 0 0.05 0.1 0.15 0.109 0.084 0.093 0.087 4 liter 5 liter 6 liter 7 liter
Beban Pendinginan vs Energi Spesifik
E n erg i (kW h )
Systems, Food Technologies and Cold Chain, Sofia, Bulgaria, 1998 p. 319–26.
M.J. Wang, T.M. Hansen, M. Kauffeld, K.G. Christensen, V. Goldstein, Application of ice slurry technology in fishery, Proceedings of the 20th International Congress of Refrigeration, IIF/IIR, vol . IV, 1999 paper 569.
J. Paul, Innovative applications of pumpable ice slurry, Paper given at Institute of Refrigeration, 7 Feb, London, UK, 2002.
EPS Ltd. http://www.epsltd.co.uk/slurryice.htm
