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

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teknik Pendingin

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,

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].

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].

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].

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].

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].

1970-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)

 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

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

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

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.

Cairan absorben (liquid absorbent) adalah cairan yang digunakan untuk menyerap uap refrijeran dan membentuk ikatan kimia (chemical bonding). Kemampuan absorben mengikat refrijeran ini disebut sebagai afinitas. Istilah ini jarang digunakan dan hanya dapat ditemui pada siklus absorpsi. Zat yang umum digunakan sebagai absorbent antara lain : Air, Lithium Bromida (LiBr), dan Amonia[8].

2.4.1 Syarat Refrijeran ( Bahan Pendingin)

Suatu bahan pendingin mempunyai syarat–syarat untuk keperluan proses pendinginan antara lain[9] :

a. Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan.

b. Tidak dapat terbakar atau meledak bila bercampur dengan udara, minyak pelumas dan sebagainya

c. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin.

d. Bila terjadi kebocoran mudah diketahui dengan alat–alat yang sederhana maupun dengan alat detector kobocoran

e. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah

f. Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap evaporator sebesar–besarnya.

g. Viskositas dalam fase cair maupun fase gas rendah agar aliran refrijeran dalam pipa sekecil mungkin.

j. Konstanta dieletrika dari refrijeran yang kecil, tahanan lisrtrik yan besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik.

2.4.2 Jenis- Jenis Refrijeran

Secara umum, refrijeran terbagi atas 2 jenis yaitu[9] : 1. Refrijeran Primer

Refrijeran adalah zat yang berfungsi sebagai media pendingin dengan menyerap kalor dari benda atau bahan lain seperti air atau udara ruangan, sehingga refrijeran tersebut dapat dengan mudah merubah phasanya dari cair menjadi gas. Sedangkan pada saat terjadinya pelepasan kalor oleh refrijeran terjadi perubahan phasa dari gas bertekanan tinggi jenuh menjadi cair.Refrijeran primer yang biasa digunakan dapat digolongkan sebagai berikut:

a. Senyawa Halokarbon

Tabel 2.2. Senyawa Halokarbon[9]

Senyawa anorganik sering digunakan pada masa awal perkembangan bidang refrijerasi dan pengkondisian udara.Beberapa senyawa anorganik diuraikan pada tabel 2.3

Tabel 2.3. Senyawa Anorganik[9]

Ketentuan

Panorama Nama Kimia Rumus Kimia

717

Banyak senyawa hidrokarbon yang cocok digunakan sebagai refrijeran, khususnya dipakai untuk industri perminyakan dan petrokimia.

d. Azeotrop

dengan sifat pembentukannya. Azeotrop yang paling banyak dikenal adalah R-502 yang merupakan campuran 48,8% R-22 dan 51,2% R-115.

2. Refrijeran sekunder

Refrijeran sekunder adalah fluida yang mengangkut kalor dari bahan yang sedang didinginkan ke evaporator pada sistem refrijerasi. Refrijeran sekunder mengalami perubahan temperatur bila menyerap kalor dan membebaskannya pada evaporator, tetapi tidak mengalami perubahan phasa. Anti beku yang banyak digunakan adalah larutan air dan glikol etalin, glikol propelin, ataupun kalsium klorida. Salah satu sifat larutan anti beku yang penting adalah titik pembekuannya.

Berikut ini adalah jenis-jenis refrigran dan penggunaannya. a. Udara

Penggunaan umum refrigran udara sebagai refrigran adalah di pesawat terbang,sistem udara yang ringan menjadi kompensasi bagi COP-nya yang rendah.

b. Ammonia

Jenis ini digunakan pada instalasi suhu rendah pada industri besar. Banyak sistem ammonia yang baru, mulai yang digunakan pada setiap tahun.

c. Karbondioksida

d. Refrijran 11

Bersama dengan refrijran 113, refrijran ini populer untuk sistem-sistem kompresor tunggal.

e. Refrijran 12

Refrijran ini terutama digunakan dengan kompressor torak untuk melayani refrijerasi rumah tangga dan didalam pengkondisian udara kendaraan otomotif. f. Refrijran 22

Karena biaya kompressor dapat lebih murah jika menggunakan refrijran 22 dibandingkan dengan refrigran 12, maka refrijran ini telah banyak mengambil peranan refrijran 12 untuk keperluan pengkondisian udara.

g. Refrijran 502

Refrijran ini adalah jenis refrijran yang terbaru, dengan sejumlah keuntungan seperti yang dimiliki refrijran 22, tetapi mempunyai kelebihan dari sifatnya terhadap minyak, dan suhu buang (discharge temperature) yang lebih rendah dibanding refrijran 22.

2.5 Air Sebagai Media Pendingin

Air sebagai media pendingin telah digunakan sejak lama. Bahkan sebelum ditemukannya jenis- jenis refrijeran lainnya, air telah digunakan sebagai media pendingin. Pada masa sekarang ini, pengggunaan air sebagai media pendingin telah semakin berkurang dikarenakan kemampuan air dalam menurunkan suhu lebih lambat daripada refrijeran lainnya. Namun dikarenakan beberapa hal, air juga memiliki beberapa keunggulan jika dibandingkan dengan refrijeran- refrijeran lainnya. Beberapa faktor yang membuat air menjadi coolant yang baik adalah :

1. Sangat berlimpah dan tidak mahal

2. Dapat ditangani dengan mudah dan aman digunakan

3. Dapat membawa panas per unit volume dalam jumlah besar

4. Mengalami pengembangan atau penyusutan volume dalam jumlah cukup kecil pada perubahan suhu dalam range normal

5. Tidak bersifat beracun dan ramah lingkungan

Pada umumnya air digunakan sebagai media pendingin karena faktor- faktor sebagai berikut :

1. Air merupakan materi yang mudah diperoleh dalam jumlah besar 2. Mudah dalam pengaturan dan pengolahan

3. Menyerap panas cukup tinggi per satuan volume

Adapun syarat- syarat air yang digunakan sebagai media pendingin :

1. Jernih, maksudnya air harus bersih, tidak terdapat partikel- partikel kasar yaitu batu, kerikil, atau partikel- partikel halus seperti pasir, tanah dan lumut yang menyebabkan air kotor

2. Tidak menyebabkan korosi

2.6 Pemilihan Kayu Sebagai Bahan Dasar dalam Pembuatan Rangka Mesin

Pendingin Tanpa Listrik

Kayu adalah batang atau cabang serta ranting tumbuhan yang telah mengeras dan mengalami lignifikasi (pengayuan). Kayu terbentuk akibat akumulasi selulosa dan lignin pada dinding sel berbagai jaringan pada batang. Kayu banyak digunakan dalam kehidupan sehari- hari mulai dari memasak, pembuatan perabot rumah tangga ( meja, kursi dan lain lain), bahan bangunan ( pintu, jendela dan lain- lain), bahan utama pembuatan kertas dan lain- lain.[11]

Penggunaan kayu sebagai bahan dasar dalam pembuatan rangka lemari pendingin tanpa listrik ini didasari oleh beberapa hal antara lain:

1. Kayu mudah didapatkan

2. Mudah dibentuk dan tidak memerlukan keahlian yang cukup tinggi dalam proses pengolahannya (Bila dibandingkan dengan pembuatan mesin pendingin dari logam lainnya yang memerlukan keahlian khusus dalam penempaannya) 3. Kayu sangat kokoh dan tahan lama (Bergantung pada jenis kayu yang

digunakan)

menyimpan makanan berupa sayur atau buah sehingga tahan lama. Oleh karena itu, penggunaan kayu sebagai bahan dasar juga merupakan salah satu opsi yang bagus dalam pembuatan rangkanya.

Salah satu syarat utama daripada kayu yang boleh digunakan dalam pembuatan rangka lemari pendingin ini adalah kayu harus tahan air. Hal ini dikarenakan rangka kayu ini juga memiliki kontak langsung dengan air. Untuk mencegah kelapukan pada kayu, pemilihan kayu juga merupakan salah satu hal yang penting. Kayu- kayu yang tahan air antara lain[12] :

1. Kayu bingkarai 2. Kayu ulin 3. Kayu jati 4. Kayu Ingul

Kayu bingkarai adalah kayu yang memilki kualitas cukup tinggi. Selain itu, kayu bingkarai mudah diproses seperti diserut, dipotong dan diukir sehingga kayu jenis ini masuk ke dalam katagori kayu pertukangan. [11] Kayu ini juga dikenal sebagai kayu yang tahan terhadap cuaca ( tahan panas dan dingin serta hujan). Kekerasan kayu Bangkirai cukup tinggi, antara 880-990 kg/m3 (pada level MC 12%). Gambar 2.3. [11] menunjukkan gambar kayu bingkarai.

Kayu ulin atau lebih sering dikenal dengan nama kayu besi, adalah salah satu jenis kayu yang memiliki sifat fisik yang keras, tahan terhadap perubahan suhu, kelembaban dan pengaruh air laut.[13] Oleh karena sifat fisiknya yang kuat, kayu ulin ini banyak digunakan sebagai bahan bangunan, ataupun digunakan pada suatu konstruksi. Densitas daripada kayu ulin ini adalah sekitar 720 -850 kg/m3 (pada level MC 12%). Gambar 2.4.[13] menunjukkan gambar kayu ulin.

Gambar 2.4. Kayu Ulin[13]

Gambar 2.5. Kayu Jati[14]

Kayu Ingul atau Suren (Toona sinensis) mempunyai berat jenis 0,4-0,7 g/cm3[15]. Kayu ini banyak tumbuh di daerah Sumatera kecuali Jambi. Orang Sumatera Utara sering menggunakan kayu ingul sebagai bahan baku pembuatan perahu dan kapal dikarenakan tahan air dan rayap serta ringan.Kapal dari kayu ini biasanya dapat bertahan hingga 10 tahun.

Berikut ini adalah tabel 2.4 perbedaan keunggulan dan kekurangan masing masing jenis kayu di atas. [11] [13] [14] [15]

Tabel 2.4 perbedaan keunggulan dan kekurangan masing masing jenis kayu Kayu Bingkarai Kayu Ulin Kayu Jati Kayu Ingul

Jika dilihat dari keunggulan dan kekurangan masing- masing jenis batang, maka penulis memilih kayu jati sebagai bahan dasar pembuatan rangka mesin pendingin tanpa listrik ini.

2.7 Penggunaan Goni sebagai Tempat Penguapan Air

Karung goni terbuat dari serat goni dimana serat- serat ini diperoleh dari pohon goni. [16] Serat goni sangatlah kasar sehingga serat goni ini tidak digunakan dalam bahan pembuatan pakaian. Biasanya serat ini digunakan untuk keperluan pabrik dan tekstil, dan adapula untuk kerajinan tangan. Untuk masyarakat pedesaan, goni digunakan untuk menyimpan sayur- sayuran atau buah- buahan agar tetap terjaga kesegarannya. Buah atau sayur yang telah digonikan ini kemudian disemprot atau disiram dengan air. Tujuannya adalah agar kadar air pada buah atau sayur yang disimpan tetap terjaga.

Namun pemanfaatan goni sebagai tempat penyimpanan langsung makanan sangatlah tidak higienis. Tetapi daya serap air goni sangatlah tinggi. Oleh karena itu, penulis tetap memanfaatkan goni sebagai tempat penyimpanan air. Penulis menggunakan goni bersih demi menjaga higienitas dalam pembuatan mesin pendingin tanpa listrik ini. Harga karung goni bersih berkisar antara Rp. 15.000,00 /yard dengan 1 yard = 0,9144 meter.[16]

2.8 Penggunaan Pipa Kapiler sebagai Saluran Air

menurunkan suhu dalam ruangan peti pendingin buah dan sayur-sayuran.Diameter pipa yang digunakan yaitu, 5/6” atau 7,9 mm dengan pertimbangan laju aliran fluida

dan luas rambatan perpindahan kalor yang proporsional terhadap dimensi ruang lemari pendingin dan tangki air yang terbuat dari bahan aluminium.

2.9 Penggunaan Tangki Air berbahan dasar Aluminium

Tangki air berfungsi menampung air yang akan dialirkan ke pipa tembaga disebelah kanan dan kiri lemari pendingin.Ukuran Tangki yaitu (470 x 520 x 100) mm dengan dasar dimensi panjang dan lebar lemari pendingin yang digunakan sebagai rangka penopang tangki dan tebal aluminium yang dipakai yaitu 1,3mm dengan koefisien konduksi 205 J/m.s.C[17] dengan pertimbangan agar sanggup menampung air sebanyak 23 liter atau 23 kg .

2.10 Prinsip Kerja Lemari Pendingin Tanpa Listrik yang Menggunakan Air

Sebagai Media Pendingin

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 :

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]

Q_s =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]

Q_l =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

Q_kond=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]

Q_konv=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

Besar nilai koefisien konveksi dapat kita cari dengan menentukan terlebih dahulu menentukan besar Rayleigh number yaitu dengan rumus:[21]





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 :

N_uL=0.68+ 0.670R

Untuk aliran turbulen, kita gunakan rumus sebagai berikut :

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 :

Proses radiasi pada dinding refrijerasi dirumuskan dengan rumus :[21]

Q_rad =e As (T_s4- _T

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

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)

Q_dalam+Q_s+Q_l ´ 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

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.