8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
1/26
PENDINGINAN
(REFRIGERATION)
R. Baskara Katri Anandito
Sebelas Maret University
Surakarta
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
2/26
PENDAHULUAN
Refrigerasi atau pendinginan adalah proses
pengambilan panas dari suatu benda sehingga
suhunya akan menjadi lebih rendah dari
sekelilingnya.
Bila medium pendingin mengadakan kontak denganbenda 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.
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
3/26
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
4/26
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.
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
5/26
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 sensibel0 0C es air
panas laten
panas sensibel
H1 H2 Heat Content (H)
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
6/26
Panas sensibel :
Q = m . Cp . (t1t2)m = massa bahan Cp = panas spesifik
Energi panas laten :
QL= m . h
h = panas laten
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
7/26
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.
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
8/26
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
510
15
20
25
0
-2,8-6,7
-11,7
-16,9
-23
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
9/26
Cara lain adalah dengan dry ice (CO2padat).
Dry ice merupakan hasil samping dari berbagai
industri, seperti industri alkohol. Setelah gas CO2dimurnikan, 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
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
10/26
PENDINGINAN MEKANIS
Dapat dilakukan dengan sistem kompresi mekanisdan sistem absorpsi.
Distem kompresi merupakan sistem yang umumdipakai, prinsipnya penyerapan panas oleh zatpendingin (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 akanmenuju evaporator yang berupa pipa melingkar(coil). Panas dari sekelilingnya akan diserap untukmemenuhi kebutuhan panas laten penguapan. Uapamonia kemudian dihisap kompresor kemudiandikompresikan ke dalam kondenser (mengubah uapamonia menjadi cair).
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
11/26
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
12/26
Tiga komponen penting penyusun sistem refrigerasikompresi adalah :
1. EvaporatorEvaporator disebut juga koil ekspansi, merupakantempat zat pendingin mendidih, menguap, danmenyerap panas.
2. Kompresor
Kompresor mempunyai dua fungsi yaitumenghisap uap dingin dari evaporator danmemompa uap zat pendingin ke kondensor untukdicairkan kembali pada tekanan tertentu dengan
bantuan pendinginan dengan air atau udara.3. Kondenser
Kondenser merupakan penghantar panas. Adabeberapa tipe kondenser, yaitu :
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
13/26
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.
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
14/26
Perubahan sifat-sifat zat pendingin beserta proses
yang terjadi dapat dikaitkan dengan perubahan
entalpinya seperti pada gambar berikut.
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
15/26
Proses yang terjadi dari titik satu ke titik yang lain
adalah sebagai berikut :
1 ke 2 = kompresi2 ke 3 = kondensasi
3 ke 4 = pengurangan tekanan
4 ke 1 = evaporasi
Efisiensi sistem refrigerasi biasanya dinyatakansebagai Coeff ic ient of Performance (COP).
COP didefinisikan sebagai efek refrigerasi per
satuan kerja terhadap zat pendingin.
12
41
kompresordiberikanyangEnergi
pendinginkoildalamdiserapyangPanas
h-h
h-hCOP
COP
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
16/26
Nilai h1, h2, dan h4dapat dicari dalam tabel uap dan
Mollier chart dari zat pendingin yang bersangkutan.
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
17/26
CONTOH SOAL
1. Sistem refrigerasi dipakai untuk pembekuan udang
sebanyak 7 ton / jam. Berapakah kapasitas sistemrefrigerasi tersebut bila panas yang harus diserapsebesar 120 Btu per lb udang ?
Jawab :
Kapasitas refrigerasi :120 Btu/lb x 7 ton/jam x 2000 lb/ton x (1 ton/12000 Btu/jam)
= 140 Ton
2. Sebanyak 1 ton apel (Cp = 0,88 Btu /lb F, suhumula-mula 95 F) disimpan pada suhu 32 F.
Banyaknya panas yang dikeluarkan oleh prosesrespirasi kira-kira 1710 Btu/ton apel yang disimpanselama 24 jam. Hitung beban pendinginan jika apeltersebut disimpan selama 5 hari!
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
18/26
Jawab :
Banyaknya panas yang harus diserap :
(2000 lb x 0,88 Btu/lb F x (92-32) F) + (1710 Btu/hari x 5 hari)
= 114150 BtuBeban refrigerasi :
114150 Btu / 288000 Btu/ton = 0,40 Ton
3. Udang didinginkan pada sistem refrigerasi
sederhana yang bekerja pada suhu evaporasi -50
Cdan suhu kondensasi 40 0C menggunakan
refrigerant freon 12. Untuk pendinginan tersebut,
diperlukan energi sebesar 1000 kJ.
a. Berapa besarnya efek refrigerasi ?b. Berapa panas yang dibuang pada saat
kondensasi?
c. Berapa besarnya COP ?
d. Berapa refrigerant yang disirkulasikan ?
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
19/26
Jawab
40 0C A E D
- 5 0C B C
238,4 349,32 372,4
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
20/26
a. Efek refrigerasi : hChB= (349,32 238,4) kJ / kg
= 110,78 kj/kg
(artinya per 1 kg refrigerant, mampu menukarkanpanas sebesar 110,78 kJ)
b. Panas yang dibuang pada kondendasi :
hDhA= (372,4 238,4) kJ/kg
= 133,86 kJ/kgc. Panas kompresi : hDhC= (372,4 349,32) kJ/kg
= 23,08 kJ/kg
COP = efek ref / panas kompresi
= 110,78 / 23,08= 4,8
d. Refrigerant yang disirkulasi : 1000 kJ/(110,7 kJ/kg)
= 9,033 kg
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
21/26
4. A cold storage room is being maintained at 2 0C
using a vapor compression refrigeration systemthat uses R-134a. The evaporator and condenser
temperatures are 5 0C and 40 0C, respectively.
The refrigeration load is 20 tons. Calculate the
mass flow rate of refrigerant, the compressor
power requirement, and C.O.P. Asume the unit
operates under saturated conditions and
compressor efficiency is 85 %.
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
22/26
HA= 250
HB= 391,7HC= 425
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
23/26
a. 1 ton of refrigeration = 303852 kJ/24 h
refrigeration effect = (391,7 250) kj / kg
mass flow rate of refrigerant (m) :
b. Compressor power requirement (q w) : (m . (HCHB)) / 85 %
kg/s0,5
kJ/kg)250-kJ/kg(391.7/h)s(3600h)(24
tonskJ303852xtons20
m
kW19,5985,0
kJ/kg)391.7-kJ/kg(425kg/s)(0,5qw
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
24/26
c. coefficient of performance :
4,26
kJ/kg)391,7-kJ/kg(425kJ/kg)250-kJ/kg(391,7C.O.P
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
25/26
LATIHAN
1. Sistem refrigerasi kompresi yang berkapasitas 5
ton dengan menggunakan zat pendingin Freon 12
bekerja dengan suhu kondensor 40 0C dan suhu
evaporator -10 0C. Hitunglah :
a. Efek refrigerasi (kJ / kg)
b. Kecepatan sirkulasi zat pendingin (kg / menit)
c. Tenaga yang diperlukan kompresor (hp)
d. Besarnya COP
8/10/2019 Pendinginan (Refrigeration)
26/26
2. Sebanyak 38,2 ton udang (Cp = 0,76 Btu / lb . F) dengan suhu mula-
mula 86 F, akan disimpan pada ruang pendingin yang bekerja
dengan sistem kompresi. Suhu udang selama penyimpanan
dipertahankan pada 41 F. Ruang pendingin tersebut bekerja pada
suhu evaporasi - 10 0C dan suhu kondensasi 40 0C.
a. Hitunglah beban refrigerasi (Ton) !
b. Jika sistem tersebut menggunakan Freon 12 sebagai
refrigerant, maka :
(i) Hitunglah efek refrigerasi (kJ / kg) !(ii) Berapa kecepatan sirkulasi refrigerant (kg / menit) ?
(iii) Hitung tenaga yang dibutuhkan kompresor (hp), jika
efisiensinya 85% !
(iv) Hitung besarnya COP !c. Jika sistem tersebut menggunakan R-134a sebagai refrigerant,
maka :
(i) Hitunglah efek refrigerasi (kJ / kg) !
(ii) Berapa kecepatan sirkulasi refrigerant (kg / menit) ?
(iii) Hitung besarnya COP !