PENDINGINAN & PEMBEKUAN
R. Baskara Katri Anandito Sebelas Maret University
Surakarta
PENDAHULUAN
Refrigerasi atau pendinginan adalah proses pengambilan panas dari suatu benda sehingga suhunya akan menjadi lebih rendah dari sekelilingnya.
Bila medium pendingin mengadakan kontak dengan benda lain, misalnya bahan makanan, maka akan terjadi pemindahan panas dari bahan makanan ke medium pendingin sampai keduanya memiliki suhu yang sama atau hampir sama.
Pendinginan merupakan salah satu cara pengawetan bahan makanan mempertahankan cita rasa
& menghambat kerusakan.
Pengambilan panas dalam proses pendinginan dapat dilakukan dengan :
1. Menggunakan air dingin (sweet water) atau larutan garam (brine) yang dingin.
2. Menggunakan proses pencairan medium pendingin. Contoh : es
3. Sublimasi. Contoh : dry ice 4. Penguapan cairan.
5. Mengekspansikan gas bertekanan tinggi menjadi bertekanan rendah.
6. Perubahan fase cair menjadi fase uap, yang terjadi secara siklus.
KERUSAKAN MERUPAKAN FUNGSI DARI SUHU
Kerusakan bahan makanan proses kimiawi atau biokimiawi.
Kecepatan reaksi kerusakan dipengaruhi oleh suhu.
Bahan hasil pertanian pada waktu pasca panen, masih berlangsung proses metabolisme yang umumnya merupakan proses respirasi
kecepatannya dipengaruhi oleh suhu.
Suhu rendah dapat menghambat proses metabolisme sehingga dapat digunakan sebagai cara pengawetan.
DASAR PROSES PENDINGINAN
Terjadinya proses pendinginan atas dasar hukum termodinamika II : “Energi dapat ditransfer dari benda yang berenergi tinggi ke yang rendah.
T
1000C air uap panas laten
panas sensibel 0 0C es air
panas laten panas sensibel
H1 H2 Heat Content (H)
Panas sensibel :
Q = m . Cp . (t1 – t2)
m = massa bahan Cp = panas spesifik
Energi panas laten :
QL = m . h h = panas laten
PENDINGINAN ALAMI
Menggunakan es sebagai media pendinginan.
Sejumlah panas dibutuhkan untuk mencairkan es &
panas tersebut diambilkan dari bahan yang didinginkan.
Jumlah panas yang dibutuhkan untuk proses pencairan es adalah 144 Btu / lb. Untuk mencairkan 1 ton es maka dibutuhkan energi 2000 lb x 144 Btu/lb = 288.000 Btu satuan kapasitas pendinginan.
Pendinginan mempunyai kapasitas satu Ton bila dalam waktu 24 jam dapat menyerap panas sebesar 288.000 Btu atau 12.000 Btu / jam.
Pendinginan dengan es tidak dapat mencapai suhu kurang dari 0 0C. Agar suhu lebih rendah
digunakan campuran es dan garam.
Penggunaan campuran es dan garam perlu mendapat perhatian karena sifat korosinya.
Kadar Garam (%) Suhu campuran ( 0C) 0
5 10 15 20 25
0
-2,8
- 6,7
- 11,7
- 16,9
- 23
Cara lain adalah dengan dry ice (CO2 padat).
Dry ice merupakan hasil samping dari berbagai industri, seperti industri alkohol. Setelah gas CO2 dimurnikan, dikompresikan sehingga dapat dicairkan. Dengan mengekspansikan CO2 cair tadi, terbentuklah snow yang dapat dipres untuk menghasilkan bentuk blok atau kubus.
Sifat-sifat es kering :
Suhu : -109,3 F (dlm atmosfer CO2); -123 F (dlm atmosfer yang mengandung 50 % CO2)
Berat jenis : 5,0 – 5,5 lb / in3
Daya pendinginan : 246 Btu / lb pada 109 F
PENDINGINAN MEKANIS
Dapat dilakukan dengan sistem kompresi mekanis dan sistem absorpsi.
Distem kompresi merupakan sistem yang umum dipakai, prinsipnya penyerapan panas oleh zat pendingin (amonia, freon, dsb) pada waktu terjadi perubahan fase (cair ke uap).
Gambar sistem refrigerasi kompresi dengan amonia sebagai zat pendingin (refrigerant)
Jika klep ekspansi dibuka, maka amonia akan menuju evaporator yang berupa pipa melingkar (coil). Panas dari sekelilingnya akan diserap untuk memenuhi kebutuhan panas laten penguapan. Uap amonia kemudian dihisap kompresor kemudian dikompresikan ke dalam kondenser (mengubah uap amonia menjadi cair).
Tiga komponen penting penyusun sistem refrigerasi kompresi adalah :
1. Evaporator
Evaporator disebut juga koil ekspansi, merupakan tempat zat pendingin mendidih, menguap, dan menyerap panas.
2. Kompresor
Kompresor mempunyai dua fungsi yaitu menghisap uap dingin dari evaporator dan memompa uap zat pendingin ke kondensor untuk dicairkan kembali pada tekanan tertentu dengan bantuan pendinginan dengan air atau udara.
3. Kondenser
Kondenser merupakan penghantar panas. Ada beberapa tipe kondenser, yaitu :
a. tipe shell and tube
Panas diserap dengan mengalirkan air pendingin.
b. evaporative cooling
Panas mula-mula diserap dengan mengalirkan air. Sebagian air (± 10 %) diuapkan dengan mengalirkan udara pada percikan air tersebut.
Dengan demikian air yang digunakan untuk mendinginkan dapat diresirkulasikan.
c. pendinginan dengan udara
Panas langsung diserap oleh udara yang dialirkan atau udara di sekitarnya seperti terjadi pada almari es untuk keperluan rumah tangga.
Perubahan sifat-sifat zat pendingin beserta proses yang terjadi dapat dikaitkan dengan perubahan entalpinya seperti pada gambar berikut.
Proses yang terjadi dari titik satu ke titik yang lain adalah sebagai berikut :
1 ke 2 = kompresi 2 ke 3 = kondensasi
3 ke 4 = pengurangan tekanan 4 ke 1 = evaporasi
CONTOH SOAL
1. Sistem refrigerasi dipakai untuk pembekuan udang sebanyak 7 ton / jam. Berapakah kapasitas sistem refrigerasi tersebut bila panas yang harus diserap sebesar 120 Btu per lb udang ?
Jawab :
Panas yang harus dihilangkan pada udang : (7 ton/jam) x (2000 lb/ton) x (120 Btu/lb) = 1.680.000 Btu/jam
Kapasitas Refrigerasi :
ton 140
Btu/jam ) 12.000
ton ( 1
x Btu/jam)
(1.680.000
2. Sebanyak 1 ton apel (Cp = 0,88 Btu /lb F, suhu mula-mula 95 F) disimpan pada suhu 35 F.
Banyaknya panas yang dikeluarkan oleh proses respirasi kira-kira 1710 Btu/ton apel yang disimpan selama 24 jam. Hitung beban pendinginan jika apel tersebut disimpan selama 5 hari!
Jawab :
Panas yang harus dilepas akibat penurunan suhu : (1 ton) x (2000 lb/ton) x (0,88 Btu/lb.F) x (95-35) F
= 105.600 Btu
Panas yang dilepas akibat respirasi :
(1710 Btu/hari) x 5 hari = 8550 Btu Total panas yang dilepas :
(105.600 Btu) + (8550 Btu) = 114.150 Btu Beban refrigerasi :
114150 Btu / 288000 Btu/ton = 0,40 Ton
PEMBEKUAN
Energi yang dihilangkan untuk menurunkan sehu bahan hingga titik bekunya :
Q1 = m . Cp1 . (Ti – Tf)
dengan m adalah massa bahan; Cp1 adalah panas spesifik bahan di atas titik beku ; Ti adalah suhu awal bahan; dan Tf adalah suhu beku bahan.
Energi yang dihilangkan untuk mengubah fase bahan :
Q2 = m . ΔHf dengan ΔHf adalah panas laten
Energi yang dihilangkan untuk menurunkan suhu bahan dari titik beku sampai ke suhu penyimpanan beku :
Q3 = m . Cp2 . (Tf – Ts)
dengan Cp2 adalah panas spesifik bahan di bawah titik beku; Ts adalah suhu penyimpanan beku.
Beban pembekuan :