BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Refrigerasi

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Refrigerasi

Refrigerasi merupakan suatu proses penaikan kalor dari suatu benda atau

ruangan ke lingkungan sehingga temperature benda atau ruangan tersebut lebih

rendah dari temperature lingkungannya. Kinerja mesin refrigerasi kompresi uap

ditentukan oleh beberapa parameter, diantaranya adalah kapasitas pendinginan,

kapasitas pemanasan, daya kompresi, koefisien kinerja dan faktor kinerja sesuai

dengan konsep kekalan energy, panas tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat

dipindahkan. Sehingga refrigerasi selalu berhubungan dengan proses proses aliran

panas dan perpindahan panas (Muhammad, 2016).

Pada system refrigerasi terdapat beberapa system pendinginan diantarannya

system pendinginan absorbs dan system pendingin kompresi :

1. Absorbsi

Siklus pendinginan absorbsi miripdengan siklus pendinginan kompresi uap

Perbedaan utama kedua siklus tersebut adalah gaya yang menyebabkan terjadinya

perbedaan tekanan antara tekanan penguapan dantekanan kondensasi serta cara

perpidahan uap dari wilayah bertekanan rendah ke wilayahbertekanan tinggi.

Pada sistem pendingin kompresi uap digunakan kompresor, sedangkan pada sistem

pendingin absorbsi digunakan absorber dangenerator. Uap bertekanan rendah

diserap diabsorber, tekanan ditingkatkan dengan pompa dan pemberian panas di

generator sehingga absorber dan generator dapat mengantikan fungsi kompresor

secara mutlak. Untukmelakukan proses kompresi tersebut, sistempendingin

kompresi uap memerlukan masukankerja mekanik sedangkan system pendingin

absorbs memerlukan masukan energi panas oleh sebab itu, siklus kompresi

uap seringdisebut sebagai siklus yang digerakkan dengan kerja dan siklus absorbs

(Muhammad, 2016).

2. Kompresi

Siklus pendingin kompresi uap merupakan sistemiang banyak digunakan dalam

system refrigrasi pada sistem ini terjadi proses kompresi pengembunan ekspansi

dan penguapan.

5

Kompresi mengisap uap refrigeran dari sisi keluar dan

aporator ini, tekanan diusahakan tetap rendah agarrefrigeran senantiasa berada

dalam fasa gas dan ber temperature rendah. Didalam kompresor uap refrigerant

ditekan sehingga tekanan dan temperature tinggi untuk menghindarkan terjadinya

kondensasi dengan membuang energi ke lingkungan. energi yang diperlukan untuk

proses komporesi diberikan oleh motor listrik atau penggerak mula lainnya. Jadi

dalam proseskompresi energi diberikan kepada uap refrigeran. Pada waktu uap

refrigeran dihisap masuk kedalam kompresor temperature masih tetap rendah

(Dossat, 1980).

Pada perancangan ini menggunakan sistem pendingin kompresi dikarnakan

lebih sesuai dengan konsep yang diinginkan yaitu sistem pendingin kompresi uap.

2.2 Prinsip Kerja Sistem Pendingin

Pada Prinsip kerja system adalah mendinginkan (cooling) prodak atu pun

makanan yang ada di dalamya proses pendinginan freezer atau kulkas hamper sama

dengan air conditioner di dalam sistem pendingin terdapat komponen utama dari

sitem pendingin (refrigerasi) adalah kompressor, kondensor, katup ekspamsi, dan

evaporator berfungsi untuk mengalirkan menaikan tekanan gas refrigran dari

evaporator yang selanjutnya dicairkan di dalam kondensor. Fungsi dari kondensor

mengkondensasikan gas refrigeran dengan menurunkan temperatur dan tekanan gas

yang konstan, lalu refrigran cair dialirkan ke katup ekspansi untuk diturunkan

temperature dan tekanan yang selanutnya dialirkan ke dalam evaporator (Achmad,

2017).

2.3 Komponen Utama Sistem Pendingin

2.3.1 Kompresor

Kompresor adalah bagian terpenting dari sistem kompresi uap yang

mendorong bahan pendingin ke semua bagian dari sistem. Kompresor bekerja

dengan perbedaan tekanan sehingga bahan pendingin dapat mengalir dari satu

bagian ke bagian yang lain dari sistem. Kompresor berfungsi untuk mengisap

refrigeran dari evaporator dengan suhu dan tekanan rendah lalu memampatkan

6

refrigeran tersebut sehingga tekanan dan suhunya meningkat untuk kemudian

dialirkan ke kondensor (Saiful, 2013).

Peranan kompresor dalam memampatkan gas telah menjadi hal yang sangat

penting pda kehidupan moderen. Peralatan rumah tangga seperti AC, Kulkas,

pompa angin, serta berbagai mesin telah melibatkan kompresor dalam melakukan

fungsinya.

Secara umum kompresor dapat dibagi menjadi tiga macam yaitu :

1. Kompresor jenis piston

Kompresor ini menggunakan silinder dan piston untuk memampatkan gas.

Biasanya jenis ini banyak digunakan untuk memampatkan gas. Yang memerlukan

tekanan tinggi. Tipe compressor piston mempunyai kelebihan dalam hal kekuatan

kompresinya sehinnga banyak digunakan pada mesin pendingin dan ac (Saiful,

2013).

Gambar 2.1 Kompresor Piston

2. Kompresor Rotari

Jenis ini bekerja dengan sebuah screw atau ulir yang berputar dalam silinder

sambil mendorong udara atau gas searah putaran ulir. Kelebihan dari jenis

kompresor ini adalah suaranya yang lebih kecil, serta getaran yang lebih kecil

dibandingkan dengan jenis piston. Jenis ini banyak dipergunakan pada mesin

pompa angina atau media udara. Jenis ini menggunakan valve dalam yang

memanfaatkan perbedaan tekanan untuk memindahkan gas atau refrigeran yang

akan dimampatkan (Holfman, 1992).

7

Gambar 2.2 Kompresor Rotari

3. Kompresor Sentrifugal

Kompresor ini banyak digunakan untuk memindahkan uap air. Gas atau udara

yang dipindahkan bergerak searah dengan putaran kompresor. Biasanya jenis ini

dipergunakan untuk memindahkan gas dalam jumlah besar dan kapasitas yang

memerlukan kecepatan. Jenis kompresor ini lebih banyak bekerja pada tekanan

rendah (Handoko, 1986).

Gambar 2.3 Kompresor Sentrifugal

8

Pada perancangan ini menggunakan jenis compressor piston atau rotary

karna kapasitas yang direncanakan tidak terlalu besar dan mempunyai bentuk yang

sederhana tidak memakan banyak tempat dapat.

Daya yang diperlukan oleh compressor untuk mengatasi beban pendingin

dapat dicari dengan persamaan 2,1.

P = m x W (2.1)

Dimana :

m = massa refrigran yang bersirkulasi (kg)

W = kerja kompresi (kj/kg)

2.3.2 Kondensor

Uap refrigeran dari kompresor yang bertekanan dan ber suhu ringgi

dialirkan ke kondensor untuk dicairkan dengan menggunakan air atau udara luar.

Kondensor berfungsi untuk membuang kalor dan merubah wujud refrigeran dari

fase gas menjadi fase cair. Jumlah kalor yang dilepaskan dalam kondensor sama

dengan jumlah kalor yang diserap oleh refrigeran di dalam evaporator setara

ekuivalen dengan energi yang diperlukan untuk melakukan kerja kompresi dan

kalor dari system (Achmad, 2017).

Menurut jenis cooling mediumnya kondensor dibagi menjadi 3 jenis yaitu :

a. Air Cooled Condenser (menggunakan udara sebagai cooling

mediumnya).

Air Cooled Kondensor mengkondensasikan pembuangan uap dari turbin

uap dan kembali kondensat(cairan yang sudah terkondensasi) ke boiler tanpa

kehilangan air (Hall, 1997).

9

Gambar 2. 5 Air Cooled Condenser b. Water Cooled Condenser (menggunakan air sebagai cooling mediumnya).

Water Cooled Condenser yang paling banyak digunakan yaitu :

Shell and Tube Condenser

Shell and Tube Condenser atau Kondensor tipe Tabung dan Pipa digunakan pada

kondensor berukuran kecil sampai besar. biasa digunakan untuk air

pendingin berupa ammonia dan freon. Seperti terlihat pada gambar didalam

kondensor.

Tabung dan Pipa terdapat banyak pipa pendingin, dimana air pendingin pengalir di

dalam pipa-pipa tersebut, ujung dan pangkal pipa pendingin terikat pada pelat pipa,

sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat-sekat untuk

membagi aliran air yang melewati pipapipa dan mengatur agar kecepatannya cukup

tinggi, yaitu 1,5 – 2 m/detik.

Gambar 2. 6 Shell and Tube Condenser

Air pendingin masuk melalui pipa bagian bawah kemudian keluar melalui

pipa bagian atas. Jumlah saluran maksimum yang dapat digunakan

sebanyak 12, semakin banyak jumlah saluran yang digunakan maka semakin

10

besar tahanan aliran air pendingin. Pipa pendingin ammonia biasa terbuat dari baja

sedangkan untuk freon biasa terbuat dari pipa tembaga (Holman, 1994).

Jika menginginkan pipa yang tahan tehadap korosi bias menggunakan pipa

kuningan datau pipa cupro nikel. Ciri-ciri kondensor Tabung dan Pipa adalah :

o Dapat dibuat dengan pipa pendingin bersirip sehingga ukurannya relatif

lebih kecil dan ringan.

o Pipa dapat dibuat dengan mudah.

o Bantuk yang sederhana dan mudah pemasangannya.

o Pipa pendingin mudah dibersihkan.

Shell and Coil Condenser

Kondensor tabung dan koil banyak digunakan pada unit pendingin dengan

Freon refrigerant berkapasitas lebih kecil, misalnya untuk penyegar udara,

pendingin air, dan sebagainya.

Seperti gambar dibawah ini, Kondensor tabung dan koil dengan tabung pipa

pendingin di dalam tabung yang dipasang pada posisi vertical. Koil pipa pendingin

tersebut biasanya dibuat dari tembaga, berbentuk tanpa sirip maupun dengan sirip.

Pipa tersebut mudah dibuat dan murah harganya.

Pada Kondensor tabung dan koil, aliran air mengalir di dalam koil pipa pendingin.

Disini, endapan dan kerak yang terbentuk di dalam pipa harus dibersihkan

menggunakan zat kimia(detergent) (Saiful, 2014).

Gambar 2.7 Shell and Coil Condenser

11

Adapun cirri-ciri Kondensor tabung dan koil ialah Harganya murah karena mudah

dalam pembuatannya, Kompak karena posisinya yang vertical dan mudah dalam

Pemasangannya, Tidak perlu mengganti pipa pendingin, tetapi hanya perlu

pembersihan dengan menggunakan detergen

c) Tube and Tubes Condenser

Kondensor jenis pipa ganda merupakan susunan dari dua pipa coaksial

dimana refrigerant mengalir melalui saluran yang terbentuk antara pipa dalam dan

pipa luar yang melintang dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di

dalam pipa dalam arah berlawanan, yaitu refrigerant mengalir dari atas ke bawah.

Pada mesin pendingin berkapasitas rendah dengan Freon sebagai refrigerant, pipa

dalam dan pipa luarnya terbuat dari tembaga. Gambar dibawah ini menunjukkan

Kondensor jenis pipa ganda, dalam bentuk koil. Pipa dalam dapat dibuat bersirip

atau tanpa sirip (Achmad, 2017).

Gambar 2. 8 Tube and Tubes Condenser Kecepatan aliran di dalam pipa pendingin kira-kira antara 1-2 m/detik. Sedangkan

perbedaan temperature air keluar dan masuk pipa pendingin (kenaikan temperature

air pendingin di dalam kondensor) kira-kira mencapai suhu 10˚C. Laju perpindahan

kalornya relative besar.

Adapun cirri-ciri Kondensor jenis pipa ganda adalah sebagai berikut:

o Konstruksi sederhana dengan harga yang memadai.

o Dapat mencapai kondisi yang super dingin karena arah aliran refrigeran

dan air pendingin yang berlawanan.

o Penggunaan air pendingin relative kecil.

o Sulit dalam membersihkan pipa, harus menggunakan detergen.

12

o Pemeriksaan terhadap korosi dan kerusakan pipa tidak mungkin

dilaksanakan.

o Penggantian pipanya pun juga sulit dilakukan (Stocker, 1987).

Untuk tipe kondensor yang akan digunakan pada perancangan mesin

pendingin ikan ini dalah tipe Tube and Tubes Condenser dapat dilighat pada

Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Tube and Tubes Condenser

Menghitung panas atau kalor yang dilepaskan agar system dapat bekerja dengan

maksimal dapat menggunakan persamaan 2.2

𝑄𝑘𝑜𝑛𝑑 = 𝑄 𝑥 𝑅 (2.2)

Dimana :

Q = beban pendingin (W)

R = rasio pelepasan kalor

2.3.3 Katup Ekspansi

Katup ekspansi berfungsi untik mengalirkan dan menurunkan tekanan

refrigran dari kondensor suapaya mudah menguap di dalam evaporator. Katup

ekspansi otomatic thermostatic, karena dengan katup ekspansi ini menggunakan

sensor panas yang ada di dalamnya sehingga katup ekspansi ini akan bekerja secara

otomatis (Muhammd, 2016).

Katup Ekspansi terdiri dari beberapa jenis, yaitu:

13

a. Pipa Kapiler (Capilary Tube)

katup ekspansi yang umum digunakan untuk sistem refigerasi rumah tangga

adalah pipa kapiler. Pipa kapiler ada pipa tembaga dengan diameter lubang kecil

dan panjang tertentu. Besarnya tekanan pipa kapiler bergantung pda ukuran

diameter lubang panjang pipa kapiler.

Gmabar 2.10 pipa kapiler (capilary tube)

Kerusakan pada pipa kapiler di mesin pendingin ini biasanya di sebabkan karena

pipa kapiler ini mengalami kebuntuan akibat kotoran yang masuk dan juga oli. Gas

refrigerant yang keluar dari kompresor telah menjadi gas yang bertekanan

kemudian mengalir melalui pipa-pipa kondensor (out door) dan melewati proses

penyaringan yang biasa disebut Drier strainer setelah itu baru menuju pipa kapiler.

Panjang pipa kapiler yang dibutuhkanpada mesin pendingin ialah 8-100 cm

(Handoko, 1981).

b. Katup Ekspansi otomatis

Katup ekspansi otomatis menjaga agar tekanan hisap atau tekanan

evaporator besarnya tetap konstan. Bila beban evaporator bertambah maka

temperatur evaporator menjadi naik karena banyak cairan refrigerant yang

menguap sehingga tekanan didalam saluran hisap (di evaporator) akan menjadi naik

pula. Akibatnya “bellow” akan bertekan ke tas hingga lubang aliran refrigeran akan

menyempit dan cairan refrigerant yang mausk ke evaporator menjadi berkurang.

Keadaan ini menyebabkan tekanan tekanan evaporator akan berkurang dan

“bellow”akan bertekanan ke bawah sehingga atup membuka lebar dan cairan

14

refrigerant akan masuk ke evaporator lebh banyak. Bnetuk katup ekspansi otomatis

dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.11 katup ekspansi otomatis

Pada dasarnya katup tersebut terdiri dari : jarum dan dudukanya,diafragma,

sebuah pegas dengan baut pengatur, sebuah saringan pada bagian masuk. Katup

ekspansi otomatik bekerja berdasarkan tekanan yang seimbang pada diafragma,

dari dua tekanan yang berlawanan dan saling mengimbangi. Prinsip kerja katup

ekspansi otomatik adalah apabila tekanan evaporator menekan diafragma keatas,

membuat lubang saluran refrigeran menutup (E. Karyanto, 2003).

c. Katup ekspansi termotastik

Katup ekspansi termotastik adalah katup ekspansi yang mempertahankan

besarnya panas lanjut pada uap refrigerant di akhir evaporator tetap konstan, apapun

kondisi beban di evaporator.

15

Gambar 2.12 Katup ekspansi termotastik

Tipe thermotastic lebih banyak dipergunakan pada AC mobil. Katup ekspansi ini

akan mengatur jumlah aliran refrigerant yang diuapkan di evaporator sesuai dengan

keadaan temperatur pada evaporator. Akibat dari pengaturan aliran refrigerant ini,

maka suhu ruangan dapat diturunkan berdasarkan panas yang ada pada evaporator.

Ada dua keadaan yang dapat mempengaruhi kerja katup ekspansi dengan penyama

tekanan dalam:

a. Keseimbangan tekanan dibagian bawah dan diatas diafragma atau below.

b. Penambahan atau pengurangan gas panas lanjut (super heat) pad akhir

evaporator. (Dossat, 1980).

Katup ekspansi yang dinggunakan pada perancangan mesin pendingin ini adalah

katup eskspansi otomatis dapat dilihat pada gambar 2.13.

2.3.4 Evaporator

Evaporator adalah alat penukar kalor yang memegang peranan penting di dalam

siklus refrigerasi, yaitu mendinginkan mesia sekitarnya. Ada beberapa jenis

evaporator sesuai dengan penggunaannya bentuknya pun dapat berbeda – beda. Hal

tersebut disebabkan karena media yang hendak didinginkan dapat berupa gas,

cairan, atau padat. (Saiful, 2014).

Evaporator digunakan untuk pendinginan dan aplikasi AC memiliki berbagai

jenis konstruksi tergantung pada aplikasi. Berdasarkan konstruksi evaporator dibagi

menjadi beberapa jenis yaitu :

a. Baretube Evaporator

16

Evaporator tabung kosong terbuat dari pipa tembaga atau baja pipa. Pipa

tembaga digunakan untuk evaporator kecil di mana refrigeran selain amonia

digunakan, sedangkan pipa baja yang digunakan dengan evaporator besar di mana

amonia digunakan sebagai pendingin. Tabung evaporator telanjang terdiri dari

beberapa putaran tabung, meskipun zigzag paling sering datar dan trombone oval

adalah bentuk paling umum. Evaporator tabung kosong biasanya digunakan untuk

cairan dingin. Dalam ledakan itu pendinginan dan operasi pembekuan udara

atmosfer mengalir di atas tabung evaporator telanjang dan udara dingin

meninggalkannya digunakan untuk tujuan pendinginan. Evaporator tabung kosong

yang digunakan sangat sedikit aplikasi, namun evaporator tabung kosong

dilengkapi dengan sirip, disebut sebagai evaporator bersirip yang digunakan sangat

umum (Holfman, 1994).

Gambar 2.13 Baretube Evaporator

b. Plate tipe Evaporators

Dalam jenis plate tipe evaporator coil biasanya terdiri dari tembaga atau

aluminium yang tertanam di lempengan datar sehingga membentuk permukaan

datar. Penampakan jenis plate tipe evaporator tampak seperti lempeng tunggal ,

tetapi di dalamnya ada beberapa lilitan dari tabung logam yang dilalui media

pendingin. Keuntungan dari jenis plate tipe evaporator adalah mempunyai bentuk

padat lilitan tabung terlindungi menjadi satu kesatuan.Lempengan eksternal juga

membantu meningkatkan perpindahan panas dari pipa logam untuk bahan bersifat

dingin . Selanjutnya , jenis piring evaporator yang mudah dibersihkan dan dapat

17

diproduksi dengan harga murah.Jenis pelat penukar panas dapat dengan mudah

dibentuk menjadi berbagai bentuk sesuai kebutuhan . Sehingga dalam kulkas rumah

tangga dan freezer , jenis ini paling sering digunakan , dapat dikonversi ke dalam

bentuk kotak untuk membentuk kandang tertutup , di mana berbagai makanan dapat

disimpan dalam keadaan beku . Piring juga dapat dilas bersama-sama membentuk

bank pelat dari evaporator yang dapat digunakan dalam evaporator lebih besar dari

kapasitas yang lebih tinggi .

Jenis Plate tipe Evaporators menyediakan rak yang sangat baik dalam freezer

dan aplikasi yang serupa . Mereka dapat digunakan sebagai sebagai partisi di dalam

freezer , bagian pembeku makanan , lemari es krim, soda air mancur dan lain-lain .

Karena berbagai kelebihan dan fleksibilitas yang ditawarkan oleh jenis Plate tipe

Evaporators digunakan secara luas .Shell dan tube jenis evaporator digunakan

dalam sebagian besar pendingin dan sistem AC sentral Evaporator dalam sistem ini

umumnya dikenal sebagai chiller.Tergantung pada arah aliran media

pendingin dalam jenis shell dan tabung pendingin , mereka diklasifikasikan

menjadi dua jenis : Jenis ekspansi kering,jenis pendingin banjir/basah (Stocker,

1987).

Gambar 2.14 Plate tipe Evaporators

c. Finned EvaporatorsThe finned evaporators

Finned EvaporatorsThe finned evaporators adalah tipe bare tube yang ditambah

dengan sirip. Ketika aliran fluida (udara atau air ) yang akan didinginkan melewati

18

baru tube evaporator menjadi tidak efektif sebagian besar terbuang dikarenakan

terlalu sedikitnya persinggungan antara fluida dan media pendingin.dengan adanya

sirip maka fluida akan bertambah bersinggungan dengan media pendingin di

karenakan adanya pertambahan lebar permukaan dari sirip. Sehingga finned

evaporators jauh lebih efefktif disbanding bare tube evaporators (Hall, 1997).

Gambar 2.15 Finned EvaporatorsThe finned evaporators

d. hell and Tube types of EvaporatorsShell dan tube jenis evaporator

Digunakan dalam pendingin besar dan sistem AC sentral. Evaporator dalam

sistem ini umumnya dikenal sebagai pendingin. The pendingin terdiri dari sejumlah

besar tabung yang dimasukkan dalam drum atau shell. Tergantung pada arah aliran

refrigeran dalam jenis shell dan tabung pendingin, mereka diklasifikasikan menjadi

dua jenis: Jenis ekspansi kering dan jenis pendingin banjir. Dalam pendingin

ekspansi kering arus refrigeran sepanjang sisi tabung dan cairan yang akan dingin

mengalir di sepanjang sisi shell. Aliran pendingin untuk pendingin ini dikendalikan

oleh katup ekspansi. Dalam kasus jenis banjir evaporator arus refrigeran sepanjang

sisi shell dan cairan menjadi arus dingin sepanjang tabung. Dalam pendingin ini

tingkat refrigeran dipertahankan konstan oleh katup pelampung yang bertindak

sebagai katup ekspansi juga untuk membersihkan evaporator gunakan formak air

conditioner coil cleaner (Handoko, 1981).

Pada perancangan ini menggunakan evaporator jenis Plate tipe Evaporators

Keuntungan dari jenis plate tipe evaporator adalah mempunyai bentuk padat lilitan

tabung terlindungi menjadi satu kesatuan.Lempengan eksternal juga membantu

meningkatkan perpindahan panas dari pipa logam untuk bahan bersifat dingin .

19

Luasan bidang kotak perpindahan panas yang mampu untuk mengatasi beban

pendingin pada ruangan yang akan dikondisikan dapat dihitung dengan persamaan

2.3

𝐴 = 𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝

𝑈𝑜 𝑥 𝐿𝑀𝑇𝐷 (2.3)

Dimana :

𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛𝑎𝑛 (𝑊)

𝑈𝑜 = 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑝𝑖𝑛𝑑𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 (𝑤

𝑚2. °𝐾)

𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝑏𝑒𝑑𝑎 𝑠𝑢ℎ𝑢 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑎 (°𝐾)

2.4 Produk Yang Didinginkan

Dalam perancangan ini produk yang didinginkan dalah ikan. Dingin ikan

diinginkan bertujuan untuk menjaga kualitsa ikan agar tetap bagus selama di kapal

(di dalam cold storage). Kualitas ikan dapat dilihat dari beberapa faktor

sebagaimana ditunjukkan pada tabel 2.1 (Handoko, 1981).

No Faktor Kualitas baik Kualitas buruk

1 Mata Cerah, tran sparan, masih menonjol Buram tidak menonjol

2 Bau Segar, amis Basi, masam

3 Warna Cerah, karakter jenis ikan terlihat Pudar, meredup

4 Tekstur Padat, keras, elastis saat ditekan Lembutm, menggelambir,

terlihat encer

5 Perut Dinding perut utuh, ukuran normal Dinding perut robek, menonjol

6 Organ (insang) Cerah, mudah diketahui Lembek banyak gumpalan abu-

abu

7 Jaringan otot Putih, tergantung jenis dan tipe Putih keabu-abuan, dilapisi

warna merah darah pada tulang

belakang.

Tabel 2.1 Kualitas kriteria organ ikan (ashare handbook, 1986)

Untuk menjaga konsisi kondisi ikan agar tetap bagus maka suhu dalam

ruangan penyimpanan harus diatur agar ikan tetap dalam keadaan segar. Suhu

yang tepat dalam melindungi produk tersebut dapat dilihat pada tabel 2.2

20

No Nama makanan KALOR JENIS KALOR BEKU TITIK BEKU

Sebelum

beku

(Btu/lb˚F)

Setelah

beku

(Btu/lb˚F)

Kkl/kg Btu/lb ˚C ˚F

1 Daging sapi 0,75 0,40 54,7 90,0 -0,5 31,3

2 Daging kambing 0,67 0,30 46,6 83,5 -1,7 29

3 Daging babi 0,65 0,38 48,3 86,5 -2,2 28

4 Ham asap 0,60 0,32 48,3 86,5 -0,5 31,3

5 Ikan segar 0,76 0,41 56,4 101,0 -2 28

6 Ayam 0,79 0,37 59,2 106,0 -2,8 27

7 Mentega 0,64 0,34 8,4 15,0 -1,1 30

8 Keju 0,64 0,36 44,1 79,0 -8,3 17

9 Telur 0,85 0,45 55,8 100,0 -0,5 31,6

10 Susu 0,90 0,49 69,2 124,0 -0,6 31

11 Anggur 0,90 0,61 62,5 112,0 -2 28

12 Apel 0,89 0,43 68,1 122,0 -1,7 28,9

13 Alpukat 0,91 0,49 75,9 136,0 -2,8 26,2

14 Jeruk 0,91 0,44 69,8 125,0 -2,2 28

15 Nanas 0,90 0,50 71,5 128,0 -1,7 29

Tabel 2.2 kalor jenis dan beku produk (Handoko, 1981)

Untuk kalor jenis dan beku ikan yang digunakan pada perancangan ini

menggunakan kalor jenis dan beku ikan pada kolom nomor 5 yaitu ikan segar dapat

dilihat pada tabel 2,2 diatas.

2.5 Sistem Refrigerasi yang Digunakan

2.5.1 Siklus Kompresi Uap

Dari sekian banyak jenis – jenis system refrigerasi, namun yang paling

umum digunakan adalah refrigerasi dengan system kompresi uap. Komponen

utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah compressor, kondensor, evaporator,

katup exspansi (Achmad, 2017).

Gambar 2.16 Skema siklus kompresi Uap (Achmad, 2017).

21

2.5.2 Siklus Diagaram T-S dan siklus Diagram P-H

Diagram tekan – entalpi (P-H) merupakan alat grafis yang bisa digunakan

untuk menyatakan sifat refrigran. Pada kerja termodinamika lain, diagram suhu

entropi juga cukup popular, pada prakteknya, entalpi merupakan salah satu sifat

terpenting yang harus diketahui, sehingga tekanan akan lebih mudah ditekan.

Diagram tekan – ebtalpi (P-H) dan diagram suhu – entropi dapat dilihat pada

Gambar 2.19 dan 2.20. (Stoecker, 1987).

Gambar 2.17 Siklus diagram T-S (Stoecker, 1987)

Pada siklus kompresi uap, di evaporator refrigerant akan menghisap panas

dari lingkungan sehingga panas tersebut akan menguapkan refrigran. Kemudian

uap refrigran akan dikompresikan oleh compressor hingga mencapai tekanan

kondensor , dalam kondensor uap refrigerasi dikondensaikan dengan cara

membuang panas dari uap refrigran ke lingkungan sekitar. Kemudian refrigran akan

kembali diteruskan ke dalam evaporator. Dalam diagram P-h siklus kompresi uap

ideal dapat dilihat dalam Gambar berikut ini (Achmad, 2017).

Gambar 2.18 Diagaram P – h Siklus kompresi uap (Stoecker, 1987).

22

Proses – proses yang terjadi padaa siklus kompresi uap seperti pada

gambar 2.2 diatas adalah sebgai berikut :

a. Proses kompresi (1-2)

Proses ini dilakukan ileh compressor dan berlangsung secara isentropic

adiabatic. Kondisi awal refrigran pada saat masuk kedalam compressor adalah uap

jenuh bertekanan rendah, setelah mengalami kompresi refrigran akan menjadi uap

bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropic, maka

temperature keluar compressor pun menjadi meningkat. Besarnya kerja kompresi

per satuan massa refrigran dapat dihiyung dengan menggunakan persamaan :

𝑞𝑤 = ℎ1 − ℎ2

Dimana :

qw = besarnya kerja kompresi (kj/kg)

h1 = entalpi refrigran saat masuk kompressor (kj/kg)

h2 = entalpi frefrigran saat keluar kompressor (kj/kg)

b. Proses kondensasi (2-3)

Proses ini berlangsung di dalam kondensor. Refrigran yang bertekanan tinggi

dan bertemperatur tinggi yang berasal dari compressor akan membuang kalor

sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di dalam kondensor

terjadi pertukaran kalor antara refrigran dengan lingkungannya (udara). Sehingga

panas berpindah dari refrigran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigran

menjadi cair. Besar panas per satuan massa refrigran yang dilepaskan kondensor

dinyatakan sebagai :

𝑞𝑐 = ℎ1 − ℎ2

Dimana :

q𝑐 = besarnya panas dilepas kondensor (kj/kg)

h1 = entalpi refrigran saat masuk kondensor (kj/kg)

h2 = entalpi frefrigran saat keluar kondensor (kj/kg)

c. Proses expansi

23

Proses expansi ini berlangsung secara isoentalpi. Hal ini berarti tidak terjadi

perubahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur, atau dapat

dituliskan dengan :

ℎ3 − ℎ4

Proses penuruna tekanan terjadi pada katup expansi yang berbentuk pipa kapiler

atau orifice yang berfungsi untuk mengatur laju aliran refrigran dan menurunkan

tekanan.

d. Proses evsporsdi (4-1)

Proses ini berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan, temperatur

konstan) di dalam evaporator. Panas dari lingkungan akan diserap oleh cairan

refrigran yang bertekanan rendah sehingga refrigran berubah fasa menjadi uap

bertekanan rendah. Kondisi refrigran saat masuk ke evaporator sebelumnya adalah

campuran cair dan uap seperti pada titik 4 dari gambar 2.20 diatas. Besarnya kalor

yang diserap oleh evaporator adalah :

𝑞𝑒 = ℎ1 − ℎ2

Dimana :

q𝑒 = besarnya panas yang dilepas evaporator (kj/kg)

h1 = entalpi refrigran keluar evaporator (kj/kg)

h2 = entalpi frefrigran saat masuk evaporator (kj/kg)

Selanjutnya, refrigran kembali masuk ke dalam compressor dan bersirkulasi lagi.

Begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai. Untuk menentukan

harga entalpi pada masing-masing dapat dilihat dari tabel sifat-sifat refrigran.

Setelah melakukan perhitungan untuk beberapa jenis refrigran yang sering

digunakan di Indonesia. Didapat nilai COP (coefficient of performance) sebagai

fungsi temperatur kondensasi ditampilkan pada Tabel 2.3.

24

Tabel 2.3 Nilai COP dari beberapa jenis refrigerant.

2.6 Perpindahan Panas

Holman (1994) menjelaskan bahwa metode perpindahan panas mempunyai

tiga cara yaitu :

1. Konduksi

2. Konveksi

3. Radiasi

2.6.1 Konduksi

Perpindahan panas yang disebabkan adanya perbedaan suhu pada suatu

benda antara sisi dalam dan sisi luarnya. Laju perpindahan panas konduksi dapat

dideteksi dengan persamaan Fourier. Persamaan Fourier dapat ditulis sesuai

persamaan 2.4 (Saiful, 2014).

𝑞 = −𝑘 𝐴 𝑑𝑇

𝑑𝑋 (2.4)

Dimana :

q = laju perpindahan panas (Btu/hr)

k = konduktifitas termal dinding (Btu/hr.ft.˚F)

A = luas penampang (ft²) 𝑑𝑇

𝑑𝑋 = Perbedaan suhu ke arah perpindahan panas dua titik (˚F/ft)

25

𝑞𝑤 = 𝑞 . 𝐴 . 𝑑𝑋

𝑞𝑥 𝑞𝑜+ dt

𝑥 𝑑𝑥

Gambar 2.19 Konduksi (Holfman,1994)

2.6.2 Konveksi

Perpindahan panas yang mengalir pada bagian fluida ke bagian fluida yang

lain dan lebih rendah temperaturnya disebabkan adanya perpindahan panas atau

aliran partikel-partikelnya Gambar 2.22 menunjukkan pengaruh kondisi secara

menyeluruh dengan menggunakan hukum newton tentang pendingin dapat ditulis

persamaan 2.5 (Holfman,1994)

𝑞 = ℎ 𝐴 (𝑇𝑤−𝑇∞) (2.5)

Dimana :

q = laju perpindahan panas konveksi (Btu/hr)

h = koefisien perpindahan panas konveksi (Btu/hr.ft.˚F)

A= luas permukaan antar fluida dengan dinding (ft²)

𝑇∞ = temperature fluida (˚F)

𝑇𝑤 = Temperatur dinding (˚F)

𝐴𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝐴𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑠

q

𝑢 𝑇𝑤

Dinding

Gambar 2.20 konveksi (Holfman,1994).

26

2.6.3 Radiasi

Pemindahan energy secara radiasi berlangsung jika foton-foton dipancarkan

dari suatu permukaan ke permukaan lain. Pada saat mencapai permukaan lain foton

yang diradiasikan juga diserap, dipantulkan, atau diteruskan melalui permukaan.

Energy yang yang di radiasikan dari suatu permukaan ditentukan dalam daya

bentuk pancar (emissive power), yang secara termodinamika dapat dibuktikan

bahwa daya pancar tersebut sebanding dengan pangkat empat suhu absolutnya, hal

ini hanya berlaku pada radiasi dari benda hitam sebagaimana dapat dilihat pada

persamaan 2.6 (Stocker, 1987).

𝐸𝑏 = 𝜎 𝑇4 (2.6)

Dimana :

𝐸𝑏 = daya pancar (W/m²)

𝜎 = konstanta Stefan – boltzman = 5,669.20−8 𝑊

𝑚2𝐾4

T = suhu absolute, K

2.7 Beban Pendingin

Beban pendingin dalam system pendingin dapat diartikan sebagai

banyaknya panas yang di absorbsikan per unit yang besarnya diukur dalam Btu/hr

atau ton refrigeration beban pendingin dapat digolongkan dalam empat macam

yaitu :

1. Heat conduction yaitu beban panas dari dinding

2. Infiltration yaitu beban pansa akibat adanya pertukaran udara

3. Product Heat yaitu beban panas dari benda yang didinginkan

4. Heat Sources beban panas dari sumber panas

2.7.1 Heat conduction

Perpindahan panas secara konduksi disebabkan karena adanya perbedaan

temperatur antara ruang dingin dengan sekelilingnya, misalnya melalui dinding,

atap, dan lantai besarnya beban ini dipengaruhi oleh kontruksi, luas dinding luar

dan perbedaan temperature antara ruang pendingin dan lainnya besarnya panas

yang mengalir dapat dicari dengan persamaan 2.7 (Ahmad, 2016).

27

Q = A.U.∆𝑇 (2.7)

Dimana :

Q = jumlah panas (Btu/hr)

A = luas permukkan dinding (ft²)

U = koefisien perpindahan panas (Btu/hr.ft.˚F)

∆𝑇 = perbedaan temperature (˚F)

𝑡1 =temperature udara masuk evaporator (˚F)

𝑡2 = temperature ruang pendingin (˚F)

2.7.2 Infiltration

Beban pertukaran udara dapat terjadi karena masuknya udara luar ke

ruangpendingin ini mengandung panas. Udara panas ini akan menjadi beban mesin

refrigerator. Besarnya beban pendingin infiltrasi ini dapat dicari dengan persamaan

2.8 (Holfman, 1994 ).

𝑄𝑢𝑑 = 𝑚. (ℎ0 − ℎ1) (2.8)

Dimana :

m = jumlah folume infiltrasi udara (L/s)

ℎ0 = 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖 𝑑𝑖 𝑙𝑢𝑎𝑟 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 (𝑘𝑗

𝑙)

ℎ1 = 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖 𝑑𝑖 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 (𝑘𝑗

𝑙)

2.7.3 Product Heat

Panas yang dikeluarkan oleh ikan beban pendinginan yang harud diatasi

oleh mesin pendingin. Besarnya beban pendingin yang tergantung pada banyak atau

sedikitnya ikan yang akan dimasukkan. Sehingga pertambahan panas ruangan yang

disebabkan oleh produk dapat dicari dengan persamaan 2.9 (Dossat, 1980).

𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇 (2.9)

Dimana :

Q = jumlah panas dalam (Btu)

m = massa produk (lb)

28

c = spesifik heat diatas titik beku (Btu/hr.ft.˚F)

∆𝑇 = perbedaan temperature produk (˚F)

2.7.4 Heat Sources

Merupakan beban panas yang berasal dari sumber panas, beban panas ini

dapat dicari dengan persamaan 2.10 (Handoko, 1981).

𝑄𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 = 𝐷𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢. 𝑁.1

24 𝑗𝑎𝑚 (2.10)

Dimana :

𝑄𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 = 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 (𝑤𝑎𝑡𝑡)

𝐷𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 = 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 (𝑤𝑎𝑡𝑡)

N = jumlah lampu

J = jam kerja lampu (jam)

2.8 Sel surya

Sel surya atau sel fotovoltaik, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri

dari sebuah wilayah-besar diode p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya

matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini

disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal

sebagai photovoltaics.

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk

digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah

terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya

(dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana

mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net

metering.Banyak bahan semikonduktor yang dapat dipakai untuk membuat sel

surya diantaranya Silikon, Titanium Oksida, Germanium, dll. ( Indoenergi. 2012 ).

2.8.1 Total pemakaian

Total pemakaian panel surya dapat dicari pada persamaan 2.11 dibawah ini

:

T pemakaian = (Beban X pemakaian) + [(Beban X pemakaian)x Torsi]

= W (2.11)

29

2.8.2 Kapasitas Accu

Penentuan kapasitas accu dapa dicari dengan menggunakan persamman

2.12 dibawah :

I = P / V (2.12)

Dimana :

P = Daya beban

V = Tegangan accu

2.8.3 Perhitungan PV

Perhitungan pv dapat dicari dicari menggunakan persamaan berikut yaitu

persamaan 2.13

Pemakaian optimal pv = 6 jam

P = PV x Pemakaian (2.13)

= jam

2.9 Tinjauan Atas Paten

Berdasarkan penelusuran pada google advance paten untuk kata kunci cooling

fish atau ditemukan 29,913 paten, kemudian pada penelusuran menggunakan kata

kunci freezer ditemukan 69,313 paten dari hasil paten tersebut dipilih lah beberapa

paten sebagai berikut :

Paten Nomor 2.982.109 Metode Untuk Kapal Shipboard Penyimpanan dan

Refrigerasi Ikan Segar. kapal nelayan komersial Menurut salah satu metode ikan

tersebut ditumpuk di tempat penyimpanan ikan dengan lapisan es yang dihancurkan

diselingi antara lapisan ikan. Setelah masa penyimpanan, perlu melengkapi kembali

es untuk menjaga pendinginan ikan. Metode lain yang biasa digunakan adalah

merendam ikan dalam air garam dingin. Menurut Metode ini ikan disimpan dalam

tangki yang diisi air garam, dan suhu air garam dijaga tetap rendah tingkat yang

diinginkan melalui kontak dengan pipa pendinginan dari sistem pendingin. Ruang

30

kargo yang berguna yang sekarang tersedia untuk membawa ikan telah dibatasi

secara serius sebagai akibat langsung dari metode penyimpanan dan pendinginan

yang kuno.

Gambar 2.21 Metode Untuk Kapal Shipboard Penyimpanan dan Refrigerasi

Ikan Segar

Pada mesin pendingin ikan portable tidak lagi menggunakan air untuk

menyimpan ikan karna sudah menggunakan box berpendingin (Google advance

patent search).

Pada Paten Nomor 3,605,431. Portable Refrigerator-Freezer. Lemari pendingin

dua suhu portabel yang memiliki apartisi bergerak yang ditempatkan di dalam

lemari makanan yang diterima untuk membagi yang sama menjadi dua receiver

makanan berukuran selektif bagian. Partisinya secara substansial sama dengan lebar

bagian dalam kabinet dan memiliki kedalaman yang kurang daripada kedalamannya

secara selektif untuk memungkinkan udara berpendingin untuk bersirkulasi secara

vertical di sekitar partisi dan dengan demikian jadilah dua bagian dari dua bagian

yang menerima makanan.

31

Gambar 2.22 Portable refrigerator freezer

Sedangkan pada perancangan mesin pendingin ikan portable pada perahu

nelayan sangatlah efektif karna dapat dibawa pada saat melaut dan dapat diambil

ketika nelayan inngin membawanya pulang (Google advance patent search).

Pada Paten Nomor 5,896,748. Metode Kontrol dan Cook-Chillsistem

Refrigerator / Freezer Kombinasi. Metode pengendalian dan sistem pendingin

masak dari kulkas / Kombinasi freezer yang diawetkan untuk waktu yang lama Rasa

bahan makanan setelah bahan makanan yang dimasak didinginkan dengan cepat

dan Disimpan dengan Menyediakan banyak udara dingin dari Ruang pembekuan

ke ruang masak-dingin diungkapkan.

Gambar 2.23 Metode kontrol dan cook-chill sistem refrigerator / freezer

kombinasi

32

Untuk mesin pendingin ikan portable pada perahu nelayan metode

pendinginnannya sama dengan mesin pendingin pada umumnya hanya saja

menggunakan energy matahari sebagai sumber energinya (Google advance patent

search).

Mesin pendingin ikan portable tenaga surya pada kapal nelayan mesin

pendingin ini bekerja menggunakan energi matahari sebagai sumber energinya dan

dapat dipindah pindah lokasinya sesuai yang diinginkan. Untuk peletakan mesin

pendingin ini akan diletakkan di perahu bagian depan yang biasa dipergunakan

nelayan untuk menyimpan ikan menggunakan es balok, dengan menggunakan

mesin pendingin ini nelayan tidak perlu takut lagi ikan hasil tangkapannya akan

membusuk atau rusak karna ikan yang disimpan akan tetap segar sampai selesai

melaut.

Gambar 2.24 posisi mesin pendingin ikan portable pada perahu nelayan.