View
1.983
Download
13
Category
Preview:
Citation preview
M.K TEKNIK PENDINGINAN DAN PEMBEKUAN
Oleh : Dr.Kiman Siregar, S.TP,M.Si
E-mail : ksiregar.unsyiah@gmail.comHP : 08128395848, WA : 085260408568
Program Studi Teknik PertanianFakultas Pertanian Universitas Syiah Kuala
Banda Aceh2015
Pendinginan dan Pembekuan Tujuannya : Memperpanjang masa simpan produk pertanian Mempertahankan mutu produk pertanian
Jenis-jenis mesin/teknologi pendinginan :Pendinginan Kompresi UapPendinginan AbsorbsiPendinginan Cooling TowerPendinginan NokturnalPendinginan Vakum
Kapasitas Refrigerasi Kapasitas refrigerasi diperoleh dari perubahan refrigeran dari fase cair
ke gas dan menerima panas dari lingkungan yang terjadi pada
evaporator. 41refev hhmq
KompresorKerja yang dilakukan refrigeran selama kompresi isentropik dihitung berdasarkan perubahan entalphi dikalikan dengan laju aliran refrigeran.
12ref hhmThp
Mesin Pendinginan Absorbsi
Kompresi uap- kompresor
Absorbsi :- absorber- generator
Kondensor
Evaporator
Katupcekik
uaptekanantinggi
tekananrendah
Gambar 6-1 Perbedaan siklus kompresi uap dengansiklus absorbsi
generator kondensor
evaporatorabsorber
1
2
3
4
5
Gambar 6-2 Bagan alir proses pendinginan absorbsi
katupcekik
tekanantinggi
tekananrendah
larutan pekat (zat penyerap + refrigeran)
larutan encer (zat penyerap + refrigeran)
uap refrigeran
refrigeran cair
Catatan :
katupcekik 6
78
Mesin Pendinginan Absorbsi
PENDINGINAN VAKUM
• Proses terjadi pendinginan vakum didasarkan pada proses penguapan sebagian air dari bahan yang didinginkan yang terjadi pada tekanan ruang yang sangat rendah
• Pada saat terjadinya penguapan, diperlukan entalpi berupan panas laten penguapan yang dapat diserap dari bahan itu sendiri (lingkungan sekitarnya)
Keunggulan Pendinginan Vakum :
• Laju pendinginan yang cepat • Keseragaman suhu yang baik, karena proses
perpindahan panas yang terjadi melalui perubahan fase (phase-change heat transfer methode), sedangkan metode yang lain mode perpindahan panas terjadi secara konduksi dan konveksi
• Penularan penyakit dari satu bagian terinfeksi ke bagian lainnya lebih kecil, karena tidak menggunakan media (ruang hampa)
Kelemahan Pendinginan Vakum :
• Penerapannya yang hanya terbatas pada sayuran daunan dan produk berkadar air tinggi
• Kebutuhan energi dan biaya yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan metode pendinginan yang lain
PROSES TERJADINYA PENDINGINAN VAKUM
• Mekanisme pendinginan vakum didasarkan pada proses perubahan fase (pendidihan) sebagian air dalam bahan yang berlangsung cepat pada kondisi tekanan ruang rendah
• Secara termodinamika, air yang berada pada ruang bertekanan rendah dapat mendidih pada suhu rendah, seperti diperlihatkan pada Tabel 1
Tabel 1. Sifat Termodinamika Air
Tekanan (kPa)
Suhu Titik
Didih (oC)
Panas Laten Penguapan
(kJ/kg)
Volume Jenis Uap
(m3/kg)
0,61
1,0
3,2
10,0
101,3
0,01
7,0
25,0
45,8
100,0
2501,3
2484,9
2442,3
2392,8
2257,0
206136,0
129208,0
43360,0
14674,0
1672,9
Sumber : Keenan, et al .(1978)
Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa pada tekanan normal (101,3 kPa), air mendidih pada suhu 100oC, sedangkan pada tekanan ruang 0,61 kPa, air dapat mendidih pada suhu mendekati 0oC.Saat terjadi pendidihan diperlukan entalpi (panas laten penguapan).
Mekanisme Pendingingan Vakum
• Pada pendinginan vakum, air yang didihkan berasal dari bahan yang akan didinginkan, sehingga panas laten yang dibutuhkan berasal dari bahan tersebut.
• Dengan demikian, bahan melepaskan panas sehingga terjadi penurunan suhu (pendinginan).
• Proses pendinginan tersebut berlangsung diseluruh permukaan bahan yang berhubungan langsung dengan udara di dalam ruang pendinginan dengan kecepatan yang hampir sama dengan penurunan tekanan ruangan.
Perbandingan Penurunan Suhu Dengan Kehilangan Air
• Dari Tabel 1 terlihat bahwa proses pendidihan air pada tekanan yang lebih rendah membutuhkan panas laten yang lebih besar, sehingga terdapat hubungan yang erat antara penurunan tekanan dan suhu dalam pendinginan vakum.
• Panas yang masuk dan menyebabkan perubahan suhu disebut panas sensible, karena perubahan panas dapat dirasakan, dihitung dengan persamaan :
• Dimana : Qs (Panas sensible yang dipindahlan/kJ), m (massa bahan/kg), Cp (Panas jenis bahan/kJ/kg.K), dT (Perubahan suhu bahan/K)
dTCpmQs ..
Jenis-jenis Mesin/Teknologi Pembekuan
Pembekuan (dengan hembusan udara (air blast freezing) : Kecepatan rata–rata udara pada proses pembekuan ini adalah 1,5 – 7.0 m/dt dan suhu udara dingin –29 oC sampai -40 oC
Air Impigment Blast Freezer : Laju pembekuan yang dicapai lebih cepat dari metode air blast dan kehilangan air dari pemukaan lebih rendah.
Fluidized bed freezing : berdekatan dengan cara pembekuan air blast freezing, tetapi peralatan ini dilengkapi dengan suatu sistem khusus yang dapat menimbulkan getaran-getaran yang bertujuan untuk mengapungkan bahan sehingga mempercepat proses pembekuan
Jenis-jenis Mesin/Teknologi Pembekuan
• Pembekuan lempeng sentuh : bahan diletakkan di atas suatu plat, sedangkan jenis yang lain dilakukan dengan menempatkan bahan yang didinginkan di antara dua buah plat. Tidak membutuhkan gerakan udara, suhu plat dipertahankan sampai suhu -40 oC.
Pembekuan Kriogenik : Dilakukan dengan mencelupkan atau membiarkan kontak langsung antara bahan yang akan dibekukan dengan bahan-bahan kriogenik (bahan yang mempunyai suhu sangat rendah). Beberapa bahan kriogenik di antaranya adalah CO2 padat, dan N2 cair.
Kurva Penurunan Suhu Bahan Pangan Selama Proses Pembekuan
-30
0
-10
-20
10 32
Tem
pera
tur (
°C)
Waktu (jam)
Pusat
Antara pusat danpermukaan
Permukaan
Mediumpembeku
• Tahap pendinginan Waktu suhu menurun hingga sedikit di bawah 0 oC, yakni pada titik beku air
• Tahap pembekuan Lebih banyak panas yang harus dipindahkan dari ikan agar sejumlah besar air, sekitar ¾ bagian, diubah menjadi es. Pada tahap ini suhu menurun sampai -7 oC.
• Tahap pembekuan lanjutan Dimana air yang masih tersisa membeku. Suhu ikan menurun cepat dan panas yang dipindahkan sedikit.
LAJU PEMBEKUAN
lama(jam)
bahan(cm)tebalpembekuanLaju
Faktor yang mempengaruhi LP : 1. Metode pembekuan2. Suhu operasi mesin pembeku3. Sistem refrigerasi dan kondisi operasi4. Kecepatan udara untuk mesin pembeku hembusan
udara5. Suhu awal bahan6. Ketebalan bahan7. Bentuk bahan8. Jenis kemasan9. Properties produk yang akan dibekukan
Keuntungan pembekuan cepat dibandingkan pembekuan lambat : - Ukuran kristal es yang terbentuk lebih kecil, sehingga kerusakan sel yang terjadi lebih sedikit- Difusi garam dan pemisahan air dalam pembentukan es tidak terlalu banyak- Suhu produk akan lebih cepat turun dari kondisi yang dapat menyebabkan perkembangan bakteri dan jamur, sehingga dapat mencegah proses pembusukan saat pembekuan
LAJU PEMBEKUAN Laju pembekuan 3 golongan : • Laju pembekuan lambatWaktu pembekuan ≥ 30 menit per cm bahan
yang dibekukan. •Laju pembekuan sedang jika waktu pembekuan antara 20 s.d 30 menit per cm bahan yang dibekukan•Laju pembekuan cepat waktu pembekuan ≤ 20 menit per cm bahan yang dibekukan.
Diagram Alir Perancangan
Perancangan SistemRefrigerasi TipeKompresi Uap
Perbandingandengan rancangan
lain
Perancangan danPerhitungan
Kotak Pendingin
Target suhubahan & laju
No
Yes Print
3 hal penting :1. Perancangan sistem
refrigerasi tipe kompresi uap dengan konveksi bebas
2. Pengkajian karakteristik
3. Analisis kelayakan teknik dan kelayakan finansial.
Diagram Alir Perancangan Alat Pendingin dan Pembeku
Skema pendekatan perancangan dan pembuatan mesin cold storage untuk pembekuan ikan
Membuat mesin cold storagesesuai dengan yang ada
dipasaran
Identifikasi dan pembelianbahan material & sistem
refrigerasi
Perakitan dan pembuatancold storage di pabrik
Memodifikasi cold storagemenjadi mesin pembeku
Perhitungan danperancangan umum
Kajian karakteristik produkyang dibekukan dan besar
energi pembekuan
PerbandinganRancangan dan
proses pembekuan
Menghitung dan merancangulang cold storage yang ada
dipasaran
Kajian karakteristik produkyang akan dibekukan
Perakitan dan pembuatancold storage di pabrik
Perbandingan hasil coldstorage dan proses
pembekuan
Identifikasi performance daricold storage yang akan dibuat
dan pencatatan spesifikasi
Perhitungan danperancangan sistem
refrigerasi & kotak pendingin
Perhitungan danperancangan sistem
refrigerasi & kotak pendingin
Perakitan dan pembuatancold storage di pabrik
Kajian karakteristik produkyang akan dibekukan
TAHAP 1 TAHAP 2 TAHAP 3
Tahap 1 Mesin untuk pembekuan ikan patin, dengan lama pembekuan sekitar 2 hari (48 jam) dengan kapasitas penuh. Spesifikasi mesin cold storage , sebagai berikut :
NO URAIAN SPESIFIKASI KETERANGAN
A. Kotak Pendingin : Made by Denmark
1. Panjang 1.75 m
3. Lebar 0.625 m
4. Tinggi 0.625 m
5. Tebal dinding 0.0625 m
Volume ruang
pendingin
0.56 m3
B. Dinding Pendingin : Terdiri dari 3 lapisan
1. Tebal lapisan luar 0.002 m Terbuat dari plat besi
2. Tebal lapisan
tengah
0.0595 m Terbuat dari polyurithane
3. Tebal lapisan
dalam
0.001 m Terbuat dari aluminium
C. Kompresor :
1. Daya 1 HP Made by Jerman
D. Pipa Evaporator : Bahan dari tembaga
1. Total panjang pipa
tembaga
104 m
Ada di 5 sisi kotak pendingin
(kiri-kanan, muka-belakang,
dan di lantai kotak
pendingin)
2. Dimensi pipa 0.5 inchi
3. Jarak lilitan antara
pipa tembaga
4-5 cm
E. Sistem refrigerasi terdiri dari : Sistem refrigerasi mengikuti
sistem kompresi uap dengan
menggunakan Freon R-134a
1. Kompresor
2. Kondensor
3. Katup Ekspansi
4. Evaporator
F. Harga Rp 7.500.000,- Informasi dari pembeli
Lanjutan Tahap 1 :
Tahap 2Tahap 2 Dirancang ulang mesin cold storage yang sudah ada. Indikator perhitungan dan perancangan ulang, sebagai berikut :
• Besar beban pendingin• Laju pendinginan/pembekuan • Karakteristik energi pendinginan/pembekuan • Karakteristik produk yang didinginkan/dibekukan• Efisiensi mesin pendingin• COP mesin pendingin
Isometri mesin cold
storage yang akan dibuat
Analisa Terhadap Keadaan Awal Cold Storage
• Pada keadaan awal, mesin cold storage terbagi atas ruangan penyimpanan dan sistem refrigerasi. Evaporator berada pada dinding ruang pembeku (Gambar 8.4a)
• Perpindahan panas yang terjadi antara bahan dengan evaporator berlangsung secara konduksi dan konveksi bebas. Perpindahan panas konduksi terjadi pada bahan yang menempel langsung dengan dinding, sedangkan pada bahan yang berada di tengah perpindahan panas terjadi secara konveksi bebas dengan medium udara yang ada dalam ruangan penyimpanan tersebut.
• Perpindahan panas secara konveksi bebas tidak akan memberikan laju perpindahan panas yang baik, oleh karena itu perlu dilakukan modifikasi dalam rangka memperbaiki perpindahan panas
Perbaikan Disain• Salah satu cara memperbaiki perpindahan panas
adalah dengan konveksi paksa yaitu dengan memberikan kecepatan pada udara tersebut dengan menggunakan kipas.
• Dengan modifikasi melalui penggabungan antara konveksi bebas dengan penambahan konveksi paksa diharapkan perpindahan panas yang terjadi semakin baik dan merata demikian juga dengan laju pembekuan yang dicapai semakin cepat
Penampang Cold Storage tampak samping
Sistem refrigerasi
Dinding ruang pembeku
Ruang pembeku
kondensor
evaporator
kondensor
kompressor
rcv
Blower
Dinding ruang pembeku beserta evaporator
Plat penutup
50
4
115
175
16227.5
135
20
10015
62
evaporator
Motorpenggerak
Mesin cold storage sebelum dimodifikasi
Desain rancangan modifikasi mesin
cold storage menjadi mesin
pembeku melaui kombinasi
konvesksi bebas dan konveksi
paksa (hembusan udara dingin)
Diagram alir perhitungan pada perancangan mesin
pendingin/pembeku
mulai
Input data
Rancang bangun sistemPerkiraan lama Pembekuan
Kinerja mesin pembeku
END
Analisis Sistem Refrigerasi
Analisis Pindah Massa
Analisis Pindah Panaspd bahan
Analisis Pindah PanasPenukar panas
Target suhubahan
yes
no
Analisis Sistem Refrigerasi
Konfigurasi pipa, Dimensi pipa,Kapasitas Ref. Aktual, m udara
Analisis Pindah Panas I
Koefisien Pindah Panas
Kapasitas penukar panas,Tudara
mulai
END
Analisis Pindah Panas dibahan
Kap Kompresor, Suhu evaporator dankondensor, displacement
Kap. Refr. Aktual, kerja kompresor,kap. Kondensor, COP
Kebutuhan Evaporator
mulai
m ref
Properties R-134a
Kap. Refigerasi (ton)
Line Capacty
END
Koefisien PindahPanas pd Bahan
Skema Crank-Nicholson
Pindah panas pd Bahan
mulai
Jum. Bahan, Tebal bahan, Tawal bahan, vudara, Tudara
END
Hitung jml interval (i), perubahan sifat-sifat termal awal
Waktu = 0
Hitung sifat-sifat termal
Hitung selang waktu iterasi (rt )
Waktu = waktu
Hitung suhu pusat dan permukaan
Hitung elemen matrik
Hitung suhu-suhu pada titiklain dengan eliminasi
Gauss-Siedel
mulai
End
Skema Crank-Nicholson
Daya kipas, fungsi statik pressure
Analisis Pindah Massa
Penurunan tekanan
Debit kipas, kecepatan udara
mulai
END
Analisis Sistem Refrigerasi
Konfigurasi pipa, Dimensi pipa,Kapasitas Ref. Aktual, m udara
Analisis Pindah Panas I
Koefisien Pindah Panas
Kapasitas penukar panas,Tudara
mulai
END
Analisis Pindah Panas dibahan
Kap Kompresor, Suhu evaporator dankondensor, displacement
Kap. Refr. Aktual, kerja kompresor,kap. Kondensor, COP
Kebutuhan Evaporator
mulai
m ref
Properties R-134a
Kap. Refigerasi (ton)
Line Capacty
END
Koefisien PindahPanas pd Bahan
Skema Crank-Nicholson
Pindah panas pd Bahan
mulai
Jum. Bahan, Tebal bahan, Tawal bahan, vudara, Tudara
END
Hitung jml interval (i), perubahan sifat-sifat termal awal
Waktu = 0
Hitung sifat-sifat termal
Hitung selang waktu iterasi (rt )
Waktu = waktu
Hitung suhu pusat dan permukaan
Hitung elemen matrik
Hitung suhu-suhu pada titiklain dengan eliminasi
Gauss-Siedel
mulai
End
Skema Crank-Nicholson
Daya kipas, fungsi statik pressure
Analisis Pindah Massa
Penurunan tekanan
Debit kipas, kecepatan udara
mulai
END
Katup ekspansi
kondensor
evaporator
Garis cairan
Garis cairan
kompresor
Pipa isap (suction)
Cair jenuh
p3 = p2 T3 < T2
Gas p1 > p4 T2 = T1
Cair jenuh p4 < p3 T4 < T3
Cair jenuh
p3 = p2 T1 < T4
Pelepasan panas (Qk)
Penyerapan panas (Qo)
Garis ekspansi
Daerah tekanan tinggi
Daerah tekanan rendah
TERIMA KASIHDr.Kiman Siregar, S.TP,M.SIDosen Jurusan Teknik Pertanian Universitas Syiah Kuala-AcehE-mail : kiman_siregar2004@yahoo.com; ksiregar.unsyiah@gmail.comHP : +62 812 8395848; WA : +62 852 60408568; Halo : +62 8111 954822
Recommended