BAB II DASAR TEORI 2.1 Sistem Refrigerasi Freezer Freezer merupakan salah satu mesin pendingin yang digunakan untuk penyimpanan suatu produk yang bertujuan untuk mendapatkan produk dengan kualitas yang sangat bagus. Freezer terdiri dari dua macam : 1. Chest Type Freezer 2. Up Right Freezer 2.1.1 Chest Type Freezer Chest Type Freezer mempunyai beberapa kelebihan, karena udara dingin lebih berat dari udara panas, maka udara dingin pada chest type freezer jarang terbawa/terbuang keluar setiap kali tutup freezer dibuka. Hal ini juga akan menghentikan sejumlah uap air yang masuk bersama udara luar (yang panas dan lembab) ke dalam kabin. Akibatnya proses defrost jarang dilakukan. Chest type freezer biasanya dilengkapi dengan sistem drain yaitu untuk membuang air defrost. Biasanya proses defrost dilakukan secara manual (karena sedikit uap air yang masuk ke freezer, maka jarang dilakukan defrosting). Komponen komponen sistem refrigerasi dari chest type freezer terdiri dari : 1. Kompresor hermetik 2. Kondenser 3. Oil Cooler Condenser (Pre-cooler) 4. Stainer drier (Filter dryier) 5. Pipa kapiler 6. Evaporator Pada chest type freezer biasanya mempunyai tutup freezer yang memiliki sistem kesetimbangan berat (counter balance) sedemikian rupa, sehingga tidak perlu untuk tetap Analisis Performansi Freezer Untuk Penyimpanan Ikan Dengan Metoda Pump Down 4
memegang tutup freezer pada saat membuka baik ketika penyimpanan maupun pengambilan produk ke dalam freezer. 2.1.2 Up Right Freezer Pada freezer jenis ini, pengambilan dan penyimpanan bahan-bahan yang akan didinginkan sangat mudah dilakukan. Frost free dan mekanisme defrost otomatis akan membuat freezer ini lebih memuaskan. Konstruksi up right freezer hampir sama dengan up right refrigerator, hanya insulasinya jauh lebih tebal karena temperatur kabinnya lebih redah. Konstruksi up right freezer hampir sama dengan lemari es biasa, di mana komponen-komponen utama dari up right freezer adalah: 1. Kompresor hermetik 2. Kondenser 3. Capillary tube 4. Evaporator 5. Thermostat, starting relay, overload protector, defrost timer, door switch, dan lampu 6. Heater Kondenser dari up right freezer ini dapat ditempatkan : 1. Di bagian belakang kabinet freezer dengan natural convection 2. Menempel di sekeliling sebelah dalam dari sisi lempengan permukaan luar dari kabinet freezer. Panas kondenser mencegah kondensasi yang mungkin terjadi 3. Di bagian bawah kabinet freezer dengan forced convection Evaporator dari up-right freezer dapat ditempatkan : 1. Di bagian rak-rak freezer dengan natural convection 2. Hidden di dalam kabinet bagian belakang/bawah dengan forced convection 2.2 Metoda Pump Down Metode Pump down adalah suatu cara untuk menyelamatkan komponenkomponen sistem refrigerasi, sangat sederhana tetapi mempunyai manfaat yang sangat Analisis Performansi Freezer Untuk Penyimpanan Ikan Dengan Metoda Pump Down 5
besar yaitu dengan mengumpulkan refrigeran di liquid receiver pada saat mesin berhenti, sehingga mencegah refrigeran cair kembali ke crankcase kompresor kalau di suction tidak ada gas sama sekali maka low pressure akan off, selain itu juga agar pada saat mesin bekerja kembali tidak perlu memerlukan tenaga yang besar pada saat pertama bekerja. Keunggulan Pump down method Dalam sistem refigerasi tidak hanya melihat bagus atau tidaknya sistem pada saat mesin bekerja saja, tetapi harus dilihat pula pada saat berhenti, apakah sistem aman dari kemungkinan-kemungkinan dari yang tidak diinginkan. Seperti Pump down yang mempunyai kelebihan pada saat mesin sedang berhenti, dengan mengontrol refrigeran sehingga semua refrigeran terjebak di bagian high pressure liquid receiver. Keuntungan metode Pump down dibandingkan dengan metode biasa pada sistem refrigerasi: Mencegah liquid back / rattling noise pada kompresor Mengontrol refrigeran pada saat mesin sedang berhenti bekerja Tidak perlu membutuhkan tenaga yang besar pada saat mesin kembali bekerja 2.3 Sistem Refrigerasi Kompresi Uap Sederhana Sistem refrigerasi kompresi uap sederhana merupakan sistem refrigerasi yang menggunakan kompresor sebagai alat pemompa refrigeran. Uap refrigeran bertekanan rendah yang masuk pada sisi penghisap (suction) ditekan di dalam kompresor sehingga berubah menjadi uap refrigeran bertekanan tinggi yang dikeluarkan pada sisi keluaran (discharge). Sehingga dari proses tersebut dapat ditentukan sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah. Pada sistem kompresi uap, tempat dimana refrigeran menguap karena menyerap kalor dari media yang didinginkannya disebut dengan evaporator, alat untuk mengubah refrigeran cair bertekanan tinggi menjadi bertekanan rendah disebut alat ekspansi dan tempat refrigeran berkondensasi karena melepas kalor ke lingkungan disebut dengan kondenser. Analisis Performansi Freezer Untuk Penyimpanan Ikan Dengan Metoda Pump Down 6
Gambar 2.1 Siklus refrigerasi kompresi uap sederhana Pressure (bar absolute) Pc 3 2 Pe 4 1 h3 = h4 h1 h2 Enthalpy (kj/kg) Gambar 2.2 Diagram p-h siklus refrigerasi kompresi uap sederhana (Diagram mollier) Proses yang terjadi diatas adalah sebagai berikut: 1-2 Proses Kompresi Refrigeran masuk kompresor dalam keadaan uap jenuh dengan temperatur rendah dan tekanan rendah. Refrigeran yang masuk kompresor ditekan sehingga tekanannya naik dari tekanan suction menjadi tekanan discharge. Refrigeran yang keluar dari kompresor dalam keadaan temperatur tinggi dan tekanan tinggi. Kerja yang dilakukan kompresor adalah : Q w = m (h 2 h 1 )...( 1 ) Analisis Performansi Freezer Untuk Penyimpanan Ikan Dengan Metoda Pump Down 7
Q w = Kerja Kompresi (kw) m = Laju aliran massa refrigeran (kg/s) h 1 = entalphi refrigeran masuk kompresor ( kj/kg) h 2 = entalphi refrigeran keluar kompresor ( kj/kg) Atau Dalam bentuk kerja Spesifik dapat dinyatakan dengan : q w = h 2 h 1... ( 2 ) Sedangkan rasio kompresi dapat dihitung dengan persamaan : Pd r =...( 3 ) Ps Pd = Tekanan discharge (bar) Ps = Tekanan suction (bar) 2-3 Proses Kondensasi Refrigeran masuk kondenser dalam keadaan super heat, kemudian dikondenser refrigeran melepaskan kalor kelingkungan sehingga terjadi penurunan temperatur sampai batas uap jenuh, setelah itu refrigeran berubah fasa dari uap menjadi cair jenuh. Proses ini terjadi dalam keadaan tekanan konstan (isobar) dan besar kalor yang dilepaskan dikondenser atau heat rejection adalah: Q k = m (h 2 h 3 )... ( 4 ) Q k = Besarnya kalor yang dilepaskan di kondensor (kw) m = Laju aliran massa refrigeran (kg/s) h 2 = Entalphi refrigeran masuk kondenser ( kj/kg) h 3 = Entalphi refrigeran keluar kondenser ( kj/kg) Kalor spesifik yang dilepas di kondenser dinyatakan dengan : q k = h 2 - h 3... ( 5 ) Analisis Performansi Freezer Untuk Penyimpanan Ikan Dengan Metoda Pump Down 8
3-4 Proses Ekspansi Pada proses ini refrigeran mengalami penurunan tekanan, dengan terjadinya penurunan tekanan maka temperatur refrigeran akan turun. Dalam hal ini refrigeran tidak mengalami penambahan atau pengurangan energi sehingga prosesnya dalam kondisi entalphi konstan (isentalphy) yaitu h 3 = h 4. h 3 = Entalphi refrigeran masuk ekspansi ( kj/kg) h 4 = Entalphi refrigeran keluar ekspansi ( kj/kg) Umumnya refrigeran yang masuk dalam keadaan cair jenuh dan setelah diekspansi refrigeran dalam keadaan campuran. 3-5 Proses Evaporasi Proses ini terjadi pada tekanan konstan (isobar). Refrigeran yang keluar dari alat ekspansi masuk ke evaporator lalu menyerap kalor dari bahan atau media yang akan didinginkan. Kalor yang diserap tersebut digunakan refrigeran untuk berubah fasa dari campuran menjadi uap jenuh. Refrigeran yang keluar dari evaporator dalam bentuk uap jenuh dan besar kalor yang diserap evaporator disebut beban pendinginan atau kapasitas pendinginan. Kalor yang diserap evaporator dapat dihitung dengan persamaan : Q e = m (h 1 h 4 )... ( 6 ) Q e = Beban Pendinginan (kw) m = Laju aliran massa refrigeran (kg/s) h 1 h 4 = Entalphi refrigeran keluar evaporator ( kj/kg) = Entalphi refrigeran masuk evaporator ( kj/kg) Sedangkan penarikan kalor spesifik disebut efek refrigerasi, dinyatakan sebagai berikut : q e = h 1 h 4.... ( 7 ) Berdasarkan besaran-besaran diatas maka akan didapat prestasi siklus kompresi uap standar atau yang biasa disebut dengan COP (Coefficient of Perfoemance) sistem. COP didapat dari perbandingan antara efek refrigerasi dengan kerja kompresi. Analisis Performansi Freezer Untuk Penyimpanan Ikan Dengan Metoda Pump Down 9
Untuk menghitung besarnya COP dapat digunakan persamaan sebagai berikut: a. COP Actual merupakan koefisien kinerja sistem yang sebenarnya. COP= = ( ) ( ) =... ( 8 ) b. COP Carnot merupakan koefisien sistem maksimum, sehingga harga COP Aktual tidak akan melebihi harga COP Carnot. COP carnot = = ( ) = ( 9 ) c. Efisiensi refrigerasi adalah perbandingan antara COP actual dan COP carnot. ɳ = x 100%...... ( 10 ) Analisis Performansi Freezer Untuk Penyimpanan Ikan Dengan Metoda Pump Down 10