5

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Definisi Susu

Susu adalah cairan berwarna putih yang disekresikan oleh kelenjar mamae

pada mamalia, untuk bahan makanan sumber gizi anaknya (Winarno, 1993). Susu

yang dikonsumsi manusia sebagian besar berasal dari sapi yang biasa disebut susu

sapi, sedangkan susu ternak lain biasanya diikuti nama ternak asal tersebut,

misalnya susu kerbau, susu kambing, susu unta dan sebagainya dan susu manusia

disebut ASI atau dapat disebut air susu ibu (Sediaoetama, 1985). Susu merupakan

bahan makanan yang sangat penting untuk memenuhi kebutuhan manusia, karena

mengandung zat yang sangat diperlukan oleh tubuh seperti protein, lemak,

karbohidrat, vitamin dan mineral. Dipandang dari segi peternakan, susu adalah

suatu hasil sekresi kelenjar susu sapi, kerbau, kuda, kambing, unta dan ternak

mamalia lainnya yang sedang laktasi dan dilakukan pemerahan dengan sempurna,

tidak termasuk kolostrum serta tidak ditambah atau dikurangi oleh suatu

komponen apapun.

Susu mengandung zat kimia organis atau anorganis berupa zat padat, air

dan zat terlarut dalam air yang meliputi protein, karbohidrat. Lemak, mineral,

vitamin dan enzim (Soeparno et al., 2011). Muchtadi et al. (2010) meyatakan

bahwa susu merupakan bahan makanan yang hampir sempurna dan merupakan

makanan alamiah bagi binatang menyusui yang baru lahir, dimana susu

merupakan satusatunya sumber makanan pemberi kehidupan segera sesudah

kelahiran. Susu juga didefinisikan sebagai hasil sekresi kelenjar susu binatang

yang menyusui anaknya (mamalia).

Menurut Walstra et al. (2006), susu merupakan hasil sekresi kelenjar

mamari dari mamalia, dengan fungsi utama sebagai sumber nutrisi bagi anaknya.

Sebagian besar susu yang diproduksi adalah susu sapi, baik yang dikonsumsi

dalam bentuk segar maupun sebagai bahan baku produk olahan. Karena itu, istilah

susu biasanya berasal dari susu sapi. Menurut Muchtadi et al., (2010) susu adalah

6

sekresi yang komposisinya sangat berbeda dari komposisi darah yang merupakan

komponen asal susu. Sebagai bahan pangan susu dapat digunakan dalam bentuk

aslinya atau sebagai satu kesatuan, maupun dari bagian-bagiannya.

2.2 Komposisi Susu

Zat makanan yang terdapat dalam susu berbeda dalam tiga bentuk yaitu

larutan sejati (karbohidrat, garam anorganik dan vitamin), larutan koloidal

(protein dan enzim), dan emulsi (lemak dan senyawa yang ada hubungannya

dengan lemak seperti gliserida). Lemak yang terdapat sebagai emulsi biasanya

berbentuk globula. Komposisi utama susu adalah air (87-88%), lemak (3-4%),

laktosa (4,9-5%), protein kasar (3,3-3,5%) dan abu (0,69-0,7%). Komposisi susu

sangat bervariasi disebabkan oleh berbagai faktor yang dapat mempengaruhi

kondisi fisiologis ternak (Soeparno et al., 2011).

Adapun syarat mutu susu segar berdasarkan SNI 01-3141-2008 seperti

terlihat pada Tabel 2.1

No Parameter Syarat

2 3

1 Susunan Berat Jenis (BJ) pada suhu 27,5°C Minimal 1,0280

Susu Kadar Lemak Minimal 3,0%

Kadar Bahan Kering Tanpa Lemak Minimal 8,0%

(BKTL) atau Solid Non Fat (SNF)

Kadar Protein Minimal 2,7%

Cemaran logam berbahaya :

- Timbal (Pb) Maksimum 0,3

ppm

- Seng (Zn) Maksimum 0,5

ppm

- Merkuri (Hg) Maksimum 0,5

ppm

- Arsen (As) Maksimum 0,5

ppm

7

2 Keadaan Organoleptik : warna, bau, rasa Tidak ada

perubahan

Susu dan kekentalan

Kotoran dan benda asing Negatif

Cemaran mikroba :

- Total kuman Maksimum

106CFU/mL

- Salmonella Negatif

- E. coli (patogen) Negatif

- Coliform 20 CFU/mL

- Streprococcus group B Negatif

- Staphylococcus aureus 100 CFU/mL

Jumlah sel radang Maksimum

40.000/mL

Uji Katalase Maksimum 3 cc

Uji Reduktase 2 – 5 jam

Residu antibiotika, pestisida dan Sesuai dengan peraturan

insektisisda yang berlaku

Uji alkohol (70%) Negatif

Derajat Asam 6 – 7° pH

Uji Pemalsuan Negatif

Titik Beku -0,520 s/d -

0,560°C

Uji Peroksidase Positif

Murray et al. (2000) menyebutkan bahwa lemak berfungsi sebagai energi

yang efisien dan berperan penting dalam metabolisme tubuh. Lemak akan

menghasilkan asam-asam lemak dan kolesterol yang dibutuhkan untuk

pembentukan sel-sel membran pada semua organ tubuh. Subroto (2008)

menambahkan bahwa beberapa komponen bioaktif dalam susu yang memiliki

efek kesehatan antara lain adalah kasein fosfopeptida (CCP), peptide susu

antihipertensi, laktoferin, glikomakropeptida, asam linoleat terkonjugasi ( CLA),

asam miristat, sphingomyelin, asam butirat dan asam laurat.

8

Lemak di dalam susu dalam bentuk jutaan bola kecil yang bergaris tengah

rata-rata 3 mikron (Buckle et al., 2009). Noor (2002) dan Rahman et al. (1992)

menjelaskan bahwa butiran-butiran atau yang disebut juga globula tersebar merata

di dalam susu sebagai emulsi lemak dalam air, dimana globula lemak berada

dalam fase terdispersi. Setiap globula lemak dilapisi oleh lapisan tipis yang terdiri

dari protein dan fosfolopida, terutama lesitin yang terdapat dalam jumlah kecil di

dalam susu. Adanya lapisan ini yang menyebabkan globula lemak tidak dapat

bergabung satu sama lain sehingga emulsi susu menjadi stabil. Menurut Legowo

(2002) kandungan lemak dalam susu dapat berpengaruh dalam pembentukan asam

lemak dan pada akhirnya akan menciptakan cita rasa yang khas.

2.3 Manfaat Susu

Selain bermanfaat bagi kesehatan tulang dan gigi, susu diketahui

mendatangkan manfaat untuk optimalisasi produksi melatonin. Melatonin adalah

hormon yang dihasilkan oleh kelenjar pineal pada malam hari. Kehadiran

melatomin akan membuat kita merasa mengantuk dan kemudian tubuh bias

beristirahat dengan baik. Susu mengandung banyak asam amino tritofan yang

merupakan salah satu bahan dasar melatonin. Dianjurkan untuk meminum susu

sebelum tidur, agar tubuh dapat beristirahat dengan baik. Susu mempunyai

kemampuan mengikat logam-logam yang bertebaran akibat polusi, dengan

demikian susu bermanfaat untuk meminimalisir dampak keracunan logam berat

yang secara tidak sengaja masuk kedalam tubuh karena lingkungan yang terpolusi

(Khomsan,2004)

Menurut Melani (2007) manfaat susu bagi manusia adalah sebagai berikut:

1) mencegah osteoporosis dan menjaga tulang tetap kuat. Bagi anak-anak susu

berfungsi untuk pertumbuhan tulang yang membuat anak menjadi bertambah

tinggi, 2) menurunkan tekanan darah, 3) mencegah kerusakan gigi dan menjaga

kesehatan mulut, 4) susu mampu mengurangi keasaman mulut, merangsang air

liur, mengurangi plak dan mencegah gigi berlubang, 5) menetralisir racun seperti

logam atau timah yang mungkin terkandung dalam makanan, 6) mencegah

terjadinya kanker kolon atau kanker usus, 7) mencegah diabetes, 8) Mempercantik

9

kulit, membuatnya lebih bersinar, 9) Membantu agar lebih cepat tidur karena

kandungan susu akan merangsang hormon melatonin yang akan membuat tubuh

mengantuk.

2.4 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 uapPerb

edaan utama kedua siklus tersebut adalahgaya yang menyebabkan terjadinya

perbedaan tekanan antara tekanan penguapan dantekanan kondensasi serta cara

perpidahanuap dari wilayah bertekanan rendah ke wilayahbertekanan tinggi.

Pada sistem pendingin kompresi uapdigunakan kompresor, sedangkan pada

sistempendingin 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 absorbsi (Muhammad, 2016).

10

2. Kompresi

Siklus pendingin kompresi uap merupakan sistemiang banyak digunakan dalam

system refrigrasi pada sistem ini terjadi proses kompresi pengembunanekspansi

dan penguapan.

Kompresi mengisap uap refrigeran dari sisi keluar dan

evaporator ini, tekanan diusahakan tetap rendah agar refrigeran senantiasa berada

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

ditekan sehinggatekanan 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 energidiberikan kepada uap refrigeran. Pada waktuuap

refrigerandihisap 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.

2.5 Prinsip Kerja Sistem Pendingin

Pada Prinsip kerja systemadalah mendinginkan (cooling)produk ataupun

makanan yang ada di dalamya proses pendinginan freezer atau kulkas hamper

sama dengan air conditionerdi 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).

11

2.6 Komponen Utama Sistem Pendingin

2.6.1 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

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

12

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).

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).

13

Gambar 2.3 Kompresor Sentrifugal

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)

2.6.2 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

14

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).

Gambar 2. 5Air 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

airpendingin 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

15

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 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

16

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 2.7Shell and Coil Condenser

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.

17

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. 8Tube 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.

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 Condenserdapat dilighat pada

Gambar 2.9.

18

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

2.6.3 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:

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

19

kecil dan panjang tertentu. Besarnya tekanan pipa kapiler bergantung pda ukuran

diameter lubang panjang pipa kapiler.

Gambar 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

makatemperatur 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 lubangaliran refrigeran

akan menyempit dan cairan refrigerant yang mausk ke evaporator menjadi

berkurang. Keadaan ini menyebabkan tekanan tekananevaporator akan berkurang

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

refrigerant akan masuk ke evaporator lebh banyak. Bnetuk katup ekspansi

otomatis dapat dilihat padagambar di bawah ini :

20

Gambar 2.11 katup ekspansi otomatis

Pada dasarnya katup tersebut terdiri dari : jarum dan

dudukanya,diafragma, sebuah pegas dengan baut pengatur, sebuah saringan

padabagian masuk. Katup ekspansi otomatik bekerja berdasarkan tekananyang

seimbang pada diafragma, dari dua tekanan yang berlawanan dansaling

mengimbangi. Prinsip kerja katup ekspansi otomatik adalahapabila

tekanan evaporator menekan diafragma keatas, membuat lubangsaluran 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.

Gambar 2.12 Katup ekspansi termotastik

21

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 daripengaturan 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.

2.6.4 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

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

22

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

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

23

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

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

24

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

EvaporatorsKeuntungan 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 .

Luasan bidang kotak perpindahan panas yang mampu untuk mengatasi beban

pendingin pada ruangan yang akan dikondisikan dapat dihitung dengan persamaan

2.3

25

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)

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)

26

Untuk kalor jenis dan beku ikan yang digunakan pada perancangan ini

menggunakan kalor jenis dan beku susu pada kolom nomor 10 yaitu susu dapat

dilihat pada tabel 2,2 diatas.

1.6 Sistem Refrigerasi yang Digunakan

2.6.5 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).

2.6.6 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).

27

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).

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

28

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

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

29

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.

30

Tabel 2.3 Nilai COP dari beberapa jenis refrigerant.

2.7 Perpindahan Panas

Holman (1994) menjelaskan bahwa metode perpindahan panas

mempunyai tiga cara yaitu :

1. Konduksi

2. Konveksi

3. Radiasi

2.7.1 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)

31

𝑞𝑤 = 𝑞 . 𝐴 . 𝑑𝑋

𝑞𝑥𝑞𝑜+ dt

𝑥𝑑𝑥

Gambar 2.19 Konduksi (Holfman,1994)

2.7.2 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)

32

𝐴𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 𝐴𝑟𝑢𝑠 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑠

q

𝑢𝑇𝑤

Dinding

Gambar 2.20 konveksi (Holfman,1994).

2.7.3 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

2.8 Beban Pendingin

Beban pendingin dalam system pendingin dapat diartikan sebagai

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

33

atau ton refrigerationbeban 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

2.8.1 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).

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)

2.8.2 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 ).

34

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)

2.8.3 Product Heat

Panas yang dikeluarkan oleh susu beban pendinginan yang harud diatasi

oleh mesin pendingin. Besarnya beban pendingin yang tergantung pada banyak

atau sedikitnya susu 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)

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

∆𝑇 = perbedaan temperature produk (˚F)

2.8.4 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)

35

𝐷𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 = 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑢 (𝑤𝑎𝑡𝑡)

N = jumlah lampu

J = jam kerja lampu (jam)