4 BAB II
LANDASAN TEORI 2.1 Es Krim (Anonim,2012)
Awalnya es krim terbuat dari es salju yang dicampur lemak susu, buah- buahan dan diberi berbagai macam adonan sehingga lembut dan nikmat.Sejarah kemunculan es krim dipercaya berawal dari zaman kepemimpinan Kaisar Nero dari Romawi di tahun 64 Masehi yang sudah menikmati "es krim" di zamannya, ia menyantap salju halus bersama campuran buah-buahan dan madu. Ada juga yang mengatakan es krim ditemukan oleh bangsa China sekitar 700 Masehi. Hidangan dingin ini dijadikan persembahan bagi Kaisar Tang dari Dinasti Shang. Kaisar Tang yang seorang penggemar kuliner meminta para koki istana untuk membuat es krim dari campuran salju. Kisah lain menceritakan, es krim datang ketika adanya hubungan dagang atara China dan Italia. Marcopolo, sang penjelajah lautan membawa resep es krim ke negaranya. Berbeda dengan resep aslinya, es krim Italia dikombinasikan dengan sirup dan campuran es. Es krim ala Italiano inilah yang kemudian dinikmati oleh Kaum Bangsawan Eropa dan menyebar ke seluruh dunia. Di Amerika, es krim baru populer pada abad ke- 19, seiring dengan penemuan mesin pembuat es krim. Sebutan ice cream berasal dari para kolonis Amerika, berasal dari fase “iced cram” (Marshall and Arbuckle, 1996).
Es krim yang baik tentunya memiliki kadar beku yang pas agar es krim matang tidak terlalu keras atau terlalu lembek yaitu sekitar temperatur -5oC sampai -7oC. (Destrosier, 1997).
Menurut Reinders dalam Surya (2006), berdasarkan bentuk kemasannya, es krim dapat dibedakan menjadi tiga bentuk utama, yaitu:
A. Cone
Cone terbuat dari adonan biskuit yang berbentuk kerucut. Es krim semula hanya dapat dijual di toko kue atau restoran karena ditempatkan
5 di mangkuk atau dijadikan minuman. Semenjak cone ditemukan, es krim dapat dijual lebih luas di jalan-jalan.
B. Cup
Kemasan bentuk cup berawal dari gelas karton untuk minuman yang dikembangkan menjadi wadah untuk es krim. Es krim didalamnya dimakan dengan menggunakan sendok kayu
C. Stik
Es krim dikemas dengan menempel pada tungkai kayu yang panjang didalamnya. Ujung kayu yang lain dapat dipegang oleh konsumen sehingga mempermudah pengkonsumsian tanpa mengotori tangan.
2.2 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap (Windy, 2011)
Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang banyak digunakan, dengan komponen utamanya adalah kompressor, kondensor, evaporator, alat ekspansi (“Throttling Device”), dan evaporator (Dossat,1981) Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling behubungan dan membentuk siklus refrigerasi kompresi uap.
Gambar 2.1 Siklus refrigrasi kompresi uap.(Windy, 2011)
Pada diagram P-h siklus refrigerasi kompresi uap dapat digambarkan sebagai berikut :
6 Gambar 2.2 P-h diagram siklus refrigrasi kompresi uap.(Windy, 2011) Proses yang terjadi pada siklus refrigerasi kompresi uap :
A. proses kompresi (1 - 2).
Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik.
Kondisi awal refrigrant pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah dikompresi refrigran menjadi uap bertekanan tinggi, oleh karena ini dianggap isentropik, maka temperatur keluar kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresor per satuan masa refrigrant bisa dihitung dengan rumus :
𝑞
𝑤=ℎ1−ℎ2……….(2.1) Dimana :qw = besarnya kerja kompresi yang dilakukan (kJ/kg).
h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg).
h2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg).
B. proses kondensasi (2 - 3).
Proses ini berlangsung di kondensor. Refrigeran yang bertekanan dan bertemperatur tinggi keluaran dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor antara refrigeran dengan udara, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin dan akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair.
Besar panas per satuan massa refrigeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan sebagai :
𝑞
𝑐=ℎ2−ℎ3 ……….(2.2)7 Dimana :
qc = besarnya panas dilepas di kondensor (kJ/kg).
h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg).
h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg).
C. proses ekspansi (3 - 4).
Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur.
Proses penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan. Dinyatakan sebagai berikut:
ℎ
3= ℎ
4………..…. (2.3)D. proses evaporasi (4 - 1)
Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isothermal Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang didinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah.
Besarnya kalor yang diserap oleh evaporator adalah :
𝑞
𝑒=ℎ1−ℎ4………...……...(2.4) Dimana :qe = besarnya panas diserap di evaporator (kJ/kg).
h1 = entalpi refrigeran saat keluar evaporator (kJ/kg).
h4 = entalpi refrigeran saat masuk evaporator (kJ/kg).
2.3 Sistem Kontrol (Adriansyah, 2012)
Dalam proses industri, sering dibutuhkan besaran-besaran yang memerlukan kondisi atau persyaratan yang khusus, seperti ketelitian yang tinggi, harga yang konstan untuk selang waktu yang tertentu, nilai yang bervariasi dalam suatu rangkuman tertentu, perbandingan yang tetap antara 2 (dua) variabel, atau suatu besaran sebagai fungsi dari besaran lainnya. Jelas, kesemuanya itu tidak cukup dilakukan hanya dengan pengukuran saja, tetapi juga memerlukan suatu cara pengontrolan agar syarat-syarat tersebut dapat
8 dipenuhi. Karena alasan inilah diperkenalkan suatu konsep pengontrolan yang disebut Sistem Kontrol.
Ada beberapa definisi yang harus dimengerti untuk lebih memahami Sistem Kontrol secara keseluruhan, yaitu: Sistem, Proses, Kontrol dan Sistem Kontrol. Definisi dari beberapa istilah tersebut adalah sebagai berikut:
A. SISTEM
Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama melakukan sesuatu untuk sasaran tertentu.
B. PROSES
Proses adalah perubahan yang berurutan dan berlangsung secara kontiniu dan tetap menuju keadaan akhir tertentu.
C. KONTROL
Kontrol adalah suatu kerja untuk mengawasi, mengendalikan, mengatur dan menguasai sesuatu
D. SISTEM KONTROL(Control System)
Sistem Kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel atau parameter) sehingga berada pada suatu harga atau range tertentu. Contoh variabel atau parameter fisik, adalah: tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), pH, kepadatan (viscosity), kecepatan (velocity), dan lain-lain.
2.4 Diagram Block Sistem Kontrol (Ogata, 1994)
A. Kontrol loop tertutup
Sistem kontrol loop tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Jadi, sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol berumpan-balik. Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan-balik (yang dapat berupa sinyal keluaran atau suatu fungsi sinyal keluaran dan turunannya), diumpankan ke kontroler untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati
9 harga yang diinginkan. Dengan kata lain, istilah lup tertutup berarti menggunakan aksi umpan-balik untuk memperkecil kesalahan sistem.
Masukan Setpoint keluaran
Gambar 2.3 Diagram closeloop. (Ogata, 1994)
B. Kontrol loop terbuka
Sistem kontrol lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan. Jadi, pada sistem kontrol lup terbuka, keluaran tidak diukur atau diumpan-balikan untuk di bandingkan dengan masukan.
masukan keluaran
Gambar 2.4 Diagram open loop. (Ogata, 1994)
2.5 Tanggapan sistem kontrol (Dr. Aris Triwiyatno, 2007)
Respon sistem atau tanggapan sistem adalah perubahan perilaku output terhadap perubahan sinyal input. Respon sistem berupa kurva ini akan menjadi dasar untuk menganalisa karakteristik sistem selain menggunakan persamaan/model matematika. Bentuk kurva respon sistem dapat dilihat setelah mendapatkan sinyal input. Sinyal input yang diberikan untuk mengetahui karakteristis sistem disebut sinyal test.
Ada 3 tipe input sinyal test yang digunakan untuk menganalisa sistem dari bentuk kurva response:
A. Impulse signal, sinyal kejut sesaat.
kontrol Proses
sensor
Plant atau proses kontroler
10 B. Step signal, sinyal input tetap DC secara mendadak.
C. Ramp signal, sinyal yang berubah mendadak (sin, cos).
Respon sistem atau tanggapan sistem terbagi dalam dua domain/kawasan:
A. Domain waktu (time response)
B. Domain frekuensi (frequency response)
Gambar 2.5 domain respon sistem.(Dr. Aris Triwiyatno, 2007) 2.5.1 Respon Peralihan (transient response)
Ketika input sebuah sistem berubah secara tiba-tiba, keluaran atau output membutuhkan waktu untuk merespon perubahan itu.
Bentuk respon transientatau peralihan bisa digambarkan seperti berikut :
Gambar 2.6 bentuk sinyal respon transien. (Dr. Aris Triwiyatno, 2007) 2.5.2 Klasifikasi Respon Sistem
Berdasarkan sinyal bentuk sinyal uji yang digunakan, karakteristik respon sistem dapat diklasifikasikan atas dua macam, yaitu:
A. Karakteristik Respon Waktu (Time Respons)
Karakteristik respon waktu adalah karakteristik respon yang spesifikasi performansinya didasarkan pada pengamatan bentuk respon output sistem terhadap berubahnya waktu. Secara umum spesifikasi
11 performansi respon waktu dapat dibagi atas dua tahapan pengamatan.
(Dr. Aris Triwiyatno, 2007) B. Respon steady state
Saat sistem mencapai kondisi stabilnya, sinyal respon akan berhenti pada nilai dikisaran input/target dimana selisih nilai akhir dengan target disebut steady state error. Besaran error ini akan menjadi input buat subsistem selanjutnya. Besarnya kondisi steady state error dinyatakan dengan koefisien error yang ditentukan oleh tipe dan input sistem. Tipe sistem digunakan untuk memberikan ciri karakteristik sistem terhadap jumlah akar persamaan karakteristik pada titik 0 pada bidang kompleks.
Koefisien steady state error dapat dibagi atas:
a. Kp, Koefisien error posisi (static error) terhadap input unit step b. Kv, Koefisien error kecepatan (velocity error) terhadap input ramp c. Ka, Koefisien error percepatan (acceleration error) terhadap input
parabolic.
2.6 Rangkaian Lisrik (Anonim, 2014)
Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan komponen elektronika yang saling dihubungkan atau dirangkai dengan sumber tegangan menjadi satu kesatuan yang memiliki fungsi dan kegunaan tertentu. Rangkaian listrik hanya memiliki dua kutub pada kedua ujungnya, yang dinamakan komponen aktif dan komponen pasif :
1. Komponen aktif
Komponen aktif adalah komponen yang dapat menghasilkan energi.
2. Komponen pasif
Komponen pasif adalah komponen yang tidak dapat menghasilkan energi.
Rangkaian listrik juga dapat di kategorikan menjadi dua macam yaitu : 2.6.1 Rangkaian Seri
Rangkaian seri adalah rangkaian listrik yang sejajar. Kelebihan rangkaian listrik seri ini yaitu lebih praktis, memiliki tingkat kestabilan yang tinggi dalam menghantarkan arus listrik. Dan adapun
12 kekurangannya yaitu sumber tegangan yang di tuntut untuk selalu dalam keadaan prima untuk mengantisipasi resiko adanya loss, jika terjadi masalah pada suatu komponen, maka akan sangat berpengaruh pada komponen yang lainnya.
Gambar 2.7 Rangkaian Listrik Seri 2.6.2 Rangkaian Pararel
Rangkaian pararel adalah rangkaian listrik yang berderatan (pararel), suatu rangkaian listrik yang dimana semua input komponen berasal dari sumber yang sama dan semua komponen satu sama lain tersusun secara pararel. Kelebihan rangkaian listrik pararel yaitu apabila ada komponen yang rusak ataupun di lepas, maka tidak berpengaruh dengan komponen yang lainnya, komponen yang lainnya tetap berfungsi dengan baik tanpa adanya gangguan. Dan adapan kekurangannya yaitu biaya instalasi relativ lebih mahal, instalasi lebih rumit, dan memakan banyak waktu.
Gambar 2.8 Rangkaian Listrik Pararel
2.7 Hukum-hukum sistem kelistrikan (kreasi Aspin, 2014) 2.7.1 Hukum kirchoff
A. Hukum Kirchoff I
Hukum kirchoff 1 berbunyi :
“Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”.
Yang kemudian dikenal sebagai hukum Kirchoff I. Secara matematis dinyatakan :
13 𝐼𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘= 𝐼𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟𝑎𝑡𝑎𝑢 𝛴 𝐼𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘= 𝛴 𝐼𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟……….(2.5) Bila digambarkan dalam bentuk rangkaian bercabang maka akan diperoleh sebagai berikut:
Gambar 2.9 Arus masuk dan arus keluar. (kreasi Aspin, 2014) B. Hukum Kirchoff II
Hukum Kirchoff 2 berbunyi:
"Dalam rangkaian tertutup, Jumlah aljabbar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol".
Gambar 2.10 Arah percabangan arus. (kreasi Aspin, 2014) 2.7.2 Bunyi Hukum Ohm
Hukum Ohm Berbunyi :
“Besar arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah penghantar atau konduktor akan berbanding lurus dengan beda potensial / tegangan (V) yang diterapkan kepadanya dan berbanding terbalik dengan hambatannya (R)”.
Secara Matematis, Hukum Ohm dapat dirumuskan menjadi persamaan seperti dibawah ini :
I = 𝑽𝑹 ……… (2.6)
Dimana :
14 V = Beda potensial atau tegangan (V)
I = Arus Listrik (A) R = Hambatan (Ω)
Dalam aplikasinya, kita dapat menggunakan teori hukum Ohm dalam rangkaian elektronika untuk memperkecilkan arus listrik, memperkecil tegangan dan juga dapat memperoleh nilai hambatan (Resistansi) yang kita inginkan.
Hal yang perlu diingat dalam perhitungan rumus hukum Ohm, satuan unit yang dipakai adalah volt, ampere dan Ohm. Jika kita menggunakan unit lainnya seperti milivolt, kilovolt, miliampere, megaohm ataupun kiloohm, maka kita perlu melakukan konversi ke unit volt, ampere dan Ohm terlebih dahulu untuk mempermudahkan perhitungan dan juga untuk mendapatkan hasil yang benar.
2.7.3 Daya Listrik (Ramli Umar, 2013)
Daya listrik atau dalam bahasa inggris disebut electrical power adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit atau rangkaian. Sumber energi listrik seperti tegangan listrik akan menghasilkan daya listrik sedangkan beban yang terhubung denganya akan menyerap daya listrik tersebut. Dengan kata lain, daya listrik adalah tingkat konsumsi energi dalam sebuah sirkuit atau rangkaian listrik.(Dickson.2014)
daya dapat dirumuskan sebagai berikut :
P = I x V ………..……….……...…...(2. 7) dengan:
I = Arus yang dipakai (A).
V = Tegangan (V).
P = daya (J/s atau watt).
