Laman

Minggu, 26 September 2010

Satuan Operasi 2 "Pendinginan"

I.       PENDAHULUAN

A.       Latar belakang

Sejarah teknik pendinginan berkembang sejalan dengan perkembangan peradaban manusia di wilayah sub-tropik.  Secara alamiah, manusia yang tinggal di wilayah sub-tropik menyadari bahwa bahan pangan yang mudah rusak ternyata dapat disimpan lebih lama dan lebih baik pada saat musim dingin dibandingkan dengan pada saat musim panas.  Kesadaran inilah yang memandu manusia pada saat itu mulai memanfaatkan “es alam” untuk memperpanjang masa simpan bahan pangan yang mudah rusak (Anonim, 2007a).
Proses pendinginan berarti memindahkan panas dari satu lingkungan ke lingkungan lainnya dengan cara-cara tertentu. Diperlukan analisa termodinamika serta nalisa pindah panas dan massa untuk mengetahui proses yang terjadi. Dalam analisa ini dibutuhkan satuan dan besaran tertentu yang umum dikenal sebagai properti termodinamika. Analisa juga dilakukan berdasarkan suatu pemikiran. Pada proses pendinginan, pemikiran yang melandasi adalah siklus Carnot.
Termodinamika berhubungan dengan perubahan energi yang terjadi antara sistem dengan lingkungannya karena adanya suatu proses. Analisa dasar termodinamika diawali dengan pengertian sistem dan lingkungan. Sistem adalah kegiatan atau proses yang diperhatikan dalam suatu lingkungan. Lingkungan adalah semua hal di luar sistem. Lingkungan dan sistem dipisahkan oleh suatu batas sistem. Batas sistem ini dapat berupa batas nyata atau batas khayal.
Sistem termodinamika dapat dibedakan menjadi tiga yaitu Sistem terbuka (sistem dengan volume terkendali). Energi dan massa dapat berpindah melalui batas system, Sistem tertutup (sistem dengan massa terkendali). Hanya energi yang dapat bepindah dan sistem terisolasi adalah sistem tertutup yang tidak mengalami kontak, baik mekanik maupun termal, dengan lingkungannya, sehingga baik energi maupun materi tidak dapat berpindah melalui batas sistem.
Hukum Termodinamika yaitu Analisa termodinamika berpedoman kepada Hukum Termodinamika, yaitu Hukum pertama dan Kedua Termodinamika. Hukum Termodinamika pertama menyatakan bahwa energi tak dapat diciptakan atau dimusnahkan, yang berarti bahwa jumlah energi yang terkandung dalam suatu sistem dan lingkungannya selalu tetap selama proses berlangsung. Hukum ini juga dapat diartikan bahwa energi dapat diubah menjadi bentuk energi lain, namun energi yang diubah ini tidak bisa seluruhnya
Proses adalah perpindahan zat dari suatu status ke status lainnya yang masing-masing berada dalam keseimbangan.  Sistem yang tidak mengalami perubahan properti terhadap waktu disebut dalam status mantap (steady state), sedangkan yang mengalami perubahan disebut status tak-mantap (unsteady-state/transient). 
Keadaan seimbang adalah keadaan dimana tidak terjadi lagi perubahan (bersih) dalam sistem, atau antara sistem dengan lingkungannya.  Pada keadaan seimbang, suhu dan tekanan menjadi seragam dan tidak ada lagi gaya-gaya tak-seimbang yang bekerja di seluruh sistem.  Keseimbangan (equilibrium) secara termodinamik sulit didefinisikan sehingga sering harus dikelompokkan menjadi beberapa jenis keseimbangan, seperti keseimbangan mekanik, panas, fase dan kimia.  Jika suatu sistem tidak menunjukkan terjadinya perubahan, maka sistem tersebut dapat dikatakan berada pada status keseimbangan.  Proses nyata umumnya terjadi dalam keadaan tak-seimbang, sehingga sering didekati dengan keadaan seimbang-semu. Proses seimbang-semu (quasi-equilibrium process) adalah suatu idealisasi yang menganggap terjadinya perpindahan sangat kecil dari status keseimbangan.
Uap super panas mempunyai sifat seperti gas jika berada di bawah suhu kritisnya.  Beberapa proses yang dapat terjadi pada pemanasan dan ekspansi uap adalah sebagaimana yang dijelaskan berikut.  Proses volume tetap (isometric) adalah proses yang bekerja pada satu garis volume sehingga volume akhir sama dengan volume awal proses.  Proses tekanan tetap (isobaric) adalah proses yang bekerja pada satu garis tekanan sehingga tekanan akhir sama dengan tekanan awal proses.  Pada tekanan tertentu terdapat suhu jenuh yang tertentu pula sehingga di dalam wilayah yang dibatasi oleh garis jenuh cair dan uap proses tekanan tetap adalah juga proses suhu tetap (isothermic), yaitu proses yang bekerja pada satu garis suhu.  Proses cekik (throtling) terjadi jika terdapat penyempitan luas penampang aliran.  Pada proses ini tekanan akan berkurang akibat adanya gesekan dalam aliran, dan tidak terjadi kerja maupun perpindahan kalor.  Proses cekik dipergunakan untuk pendinginan dan pengeringan uap. 
Pada mesin-mesin refrigerasi, pencekikan refrigeran dilakukan dengan cara melewatkannya melalui suatu penampang saluran yang menyempit pada katup ekspansi atau melalui sebuah pipa kapiler yang panjang sehingga terjadi penurunan tekanan.  Dengan proses cekik suhu uap akan turun diikuti dengan peningkatan mutu uap, sebagian panas sensibel diubah menjadi panas laten dan uap menjadi bersifat super panas. (Anonim, 2007b).
B.     Tujuan
            Tujuan dari praktikum ini adalah mengetahui suhu dari berbagai konsentrasi garam.

 II.          TINJAUAN PUSTAKA: 

A.         Pengertian dan Tujuan Pendinginan

Menurut pengalaman diketahui bahwa penyimpanan bahan pangan pada suhu rendah dapat memperpanjang daya simpan bahan pangan tersebut,  sehingga memungkinkan diadakannya saat pemasaran yang lebih  menguntungkan.  Penggunaan suhu rendah sering diartikan sebagai suatu  usaha penyimpanan dan bukan suatu usaha pengawetan bahan pangan.  
Ada dua cara penyimpanan pada suhu rendah yaitu pendinginan dan pembekuan. Pendinginan atau refrigerasi adalah proses pengambilan panas dari suatu  benda/bahan sehingga suhunya akan menjadi lebih rendah dari sekelilingnya.  Bila suatu medium pendingin  kontak dengan benda lain misalnya bahan pangan, maka akan terjadi pemindahan panas dari bahan pangan tersebut ke medium pendingin sampai suhu keduanya sama atau hampir sama.  Penggunaan suhu rendah pada pendinginan berbeda dengan pembekuan.  Suhu yang digunakan pada pendinginan masih berada di atas ttik beku bahan  (-2 sampai  -100oC), sedangkan pada pembekuan ada di awah titik beku bahan  (-12 sampai  -400oC). Pendinginan telah lama digunakan sebagai salah satu upaya pengawetan bahan pangan, karena dengan pendinginan tidak hanya citarasa yang dapat dipertahankan, tetapi juga kerusakan-kerusakan kimia dan mikrobiologis dapat dihambat.
B.  Prinsip Dasar Pendinginan
Kerusakan bahan pangan pada umumnya disebabkan oleh adanya proses kimiawi dan biokimiawi, termasuk juga kerusakan yang dikerjakan oleh mikroorganisme.  Kecepatan reaksi dalam proses kerusakan tadi dipengaruhi oleh suhu.  Salah satu contoh terjadinya kerusakan lepas panen ialah masih berlangsungnya respirasi setelah hasil-hasil tanaman dipanen.  Tabel  2.1. di bawah menunjukkan bahwa metabolisme jaringan hidup merupakan fungsi suhu.  Proses metabolisme pasca panen yang umumnya berupa proses espirasi, kecepatannya ditunjukkan dengan jumlah karbondioksida yang dikeluarkan.  Di dalam tabel tersebut terlihat bahwa kenaikan suhu menyebabkan kenaikan kecepatan respirasi.
Pendinginan dapat memperlambat kecepatan reaksi-reaksi metabolisme. Ketentuan umum menyatakan bahwa setiap penurunan suhu sebesar 180 F. kecepatan respirasi akan berkurang setengahnya.  Karena itu penyimpanan bahan pangan pada suhu rendah dapat memperpanjang masa hidup dari jaringan-jaringan di dalam bahan pangan tersebut.  Hal ini disebabkan bukan hanya karena keaktifan resfirasi menurun, tetapi juga karena pertumbuhan. Pendinginan tidak dapat membunuh mikroorganisme tetapi hanya menghambat pertumbuhannya, oleh karena itu setiap bahan pangan yang akan didinginkan terlebih dahulu harus dibersihkan.  Untuk mencegah kehilangan air dan memberikan kilap pada bahan yang didinginkan terutama buah-buahan, kulit buah dapat dilapisi oleh malam  (wax) atau parafin atau campuran malam dengan parafin.
C. Macam-macam pendinginan
1.   Pendinginan Secara Alami
Pendinginan secara alami telah lama dikenal dan cara ini dinilai efektif karena untuk pencairan 1 lb es dibutuhkan panas sebanyak 144 Btu.   Hal ini berarti, bahwa bila 1 ton es mencair dibutuhkan panas sebesar 2000 (lb) x 144 Btu/lb  = 288.000 Btu.  Besaran ini kemudian dipakai untuk menyatakan kapasitas pendinginan, yaitu pendinginan dikatakan mempunyai kapasitas 1 ton bila dalam 24 jam dapat menyerap panas sebesar 288.000 Btu atau sebesar 12.000 Btu/jam.  
Pendinginan dengan es dapat dilakukan dengan mudah, tidak memerlukan peralatan khusus dan biayanya cukup murah.  Kontak antara bahan yang akan didinginkan baik yang berupa padat atau cair dengan es dapat dilakukan secara langsung atau tidak langsung. Untuk ikan misalnya dapat dilakukan secara langsung dengan cara menempatkan ikan bersama es dalam satu wadah. Yang tidak langsung dilakukan dengan cara menempatkan bahan di dalam wadah yang berbeda dengan wadah es, kemudian disimpan dalam suatu ruangan tertutup. Lama kelamaan es akan mencair dan  untuk pencairan tersebut dibutuhkan panas yang diambil dari bahan yang didinginkan. Pendinginan dengan es tidak dapat mencapai suhu kurang dari  0 C atau 320  F.  Agar supaya suhu yang dicapai dapat lebih rendah dapat digunakan larutan garam. 
2.   Pendinginan Secara Mekanis
Pendinginan mekanis dapat dikerjakan dengan sistem kompresi mekanis atau sistem absorpsi.  Sistem kompresi mekanis merupakan sistem yang banyak dipakai.  Dasar pendinginan dengan cara ini adalah terjadinya penyerapan panas oleh zat pendingin pada saat terjadi perubahan fase dari fase cair ke fase uap.  Komponen suatu sistem pendinginan mekanis terdiri dari evaporator, kompresor, kondensor dan katup pengembangan
Zat pendingin akan melalui jalur sistem di atas dan mengalami perubahan fase dari cair menjadi uap dan sebaliknya.  Mula-mula zat pendingin yang berupa cair akan mengalir ke bagian evaporator dan zat pendingin ini akan menyerap panas dari bahan yang disimpan pada bagian evaporator sehingga zat pendingin berubah menjadi bentuk uap.  Keluar dari evaporator, uap zat pendingin akan masuk ke kompresor dan ditekan sehingga uap zat pendingin mengalami peningkatan tekanan dan suhu. Selanjutnya uap zat pendingin tersebut masuk ke kondensor dan terkondensasi.  Sebagai media pendingin di bagian kondensor dapat digunakan air atau udara disekitarnya. Di bagian kondensor ini,  uap zat pendingin akan memindahkan panasnya ke media penukar panas (air atau udara) sehingga zat pendingin akan berubah wujud dari uap ke cair dan langsung ditampung pada suatu tangki penampung zat pendingin. Siklus zat pendingin akan berlangsung secara terus menerus.
 C. Peralatan –peralatan pendinginan
Refrigeran adalah fluida kerja yang bersirkulasi dalam siklus refrigerasi. Refrigeran merupakan komponen terpenting siklus refrigerasi karena refrigeran yang menimbulkan efek pendinginan dan pemanasan pada mesin refrigerasi. Asrae mendefinisikan refrigeran sebagai fluida kerja di dalam mesin refrigerasi, pengkondisian udara, dan sistem pompa kalor. Refrigeran menyerap panas dari satu lokasi dan membuangnya ke lokasi yang lain, biasanya melalui mekanisme evaporasi dan kondensasi (Anonim, 2007c).
Operasi refrigerasi butuh suatu mesin yang disebut dengan refrigerator. Refrigerator merupakan kumpulan serangkaian peralatan, seperti:
1. Kompressor.
2. Kondensor.
3 Akumulator.
4. Mesin ekspansi / katup ekspansi.
5. Evaporator.

1. Kompressor

Kompressor adalah alat yang digunakan untuk menghisap uap refrigerant dan mengkompresinya sehingga tekanan uap refrigerant naik sampai ke tekanan yang diperlukan untuk pengembunan (kondensasi) uap regrigerant di dalam kondensor. Kompressor ini digerakkan oleh sumber tenaga dari mesin penggerak, seperti:
·  Motor listrik
• Motor bakar
• Diesel
• Mesin uap
• Turbin gas

2. Kondensor
Kondensor merupakan alat penukar panas yang berguna untuk mendinginkan uap refrigerant dari kompressor agar dapat mengembun menjadi cairan. Pada saat pengembunan ini, refrigerant mengeluarkan sejumlah kalori (panas pengembunan) yang mana panas ini diterima oleh media pendingin di dalam kondensor.

3. Akumulator

Merupakan alat yang berguna untuk mengumpulkan cairan refrigerant yang berasal dari kondensor. Dengan adanya alat ini akan memudahkan pengaturan stock dari total refrigerant.

4. Mesin Ekspansi atau Katup Ekspansi

Mesin atau katup ekspansi ini berfungsi untuk menurunkan tekanan dari cairan refrigerant sebelum masuk ke evaporator, sehingga akan memudahkan refrigerant menguap di evaporator dan menyerap kalori (panas) dari media yang didinginkan.

5. Evaporator

Juga merupakan alat penukar panas. Refrigerant cair dengan tekanan rendah setelah proses ekspansi, diuapkan dalam alat ini. Untuk penguapan refrigerant cair ini tentunya diperlukan sejumlah kalori, yang mana diambil dari media yang akan didinginkan oleh sistem refrigerasi. Misalnya pada mesin Air Conditioning (AC), media yang didinginkan adalah udara di dalam ruangan (kamar). Begitu pula pada kulkas, media yang didinginkan adalah ruangan dalam kulkas dan segala sesuatu yang berada dalam kulkas. Uap refrigerant yang terbentuk di evaporator langsung dihisap oleh kompressor, demikian seterusnya mengulangi langkah pertama tadi sehingga membentuk suatu siklus, yang disebut dengan siklus refrigerasi (Salimuthe, 2004).
 D.  Faktor-faktor Yang Berpengaruh Pada Pendinginan
Untuk pendinginan suatu komoditas, pengaturan suhu ruang pendingin yang sesuai sangat penting karena penyimpangan suhu dari suhu yang dikehendaki dapat merusakkan komoditas yang disimpan.  Terjadinya fluktuasi suhu dalam ruang pendingin dapat menyebabkan terjadinya pengembunan air pada permukaan komoditas yang didinginkan sehingga dapat mengakibatkan pertumbuhan jamur dan proses pembusukan.  Keadaan tersebut dapat dihindari bila isolasi ruang pendingin tersebut benar-benar baik, alat-alat refrigerasi mencukupi dan perbedaan antara suhu koil evaporator dan suhu ruangan tetap kecil.  Agar supaya bahan yang akan didinginkan segera mencapai suhu pendinginan optimum yang diinginkan, maka sebaiknya dilakukan suatu proses pendinginan pendahuluan  (pre cool ing) baik dengan menggunakan udara dingin, air yang diberi es, es batu dan pendinginan vakum. 
Di samping pengaturan suhu, kelembaban udara dalam ruang pendingin perlu diatur karena dapat mempengaruhi daya awet dan kualitas bahan yang didinginkan.  Bila udara di dalam ruang pendingin terlalu kering (RH-nyarendah) maka air dari bahan yang ada di dalam ruang pendingin akan menguap untuk mencapai keseimbangan.  Hal ini akan mengakibatkan bahan yang disimpan menjadi layu (misal sayuran dan buah-buahan) dan kulit buah akan keriput.  Sebaliknya bila udara di dalam ruang pendingin (Depdiknas, 2007).


III. PELAKSANAAN PRAKTIKUM
A.     Tempat dan Waktu
Praktikum ini dilaksanakan pada hari senin tanggal 03 November 2008 pukul 08.30 sampai dengan selesai Di Laboratorium Kimia Hasil Pertanian Jurusan Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sriwijaya, Indralaya.
B.     Bahan dan Alat
 Alat yang digunakan pada praktikum pengukuran kadar air yaitu 1) beker gelas 2) gelas ukur 3) neraca analitik 4) spatula 5) termometer
Bahan yang digunakan untuk metode kenaikan kapiler, yaitu 1) kalsium klorida 2) air
C.  Cara Kerja
Cara kerja yang dilakukan pada praktikum pendinginan adalah:
1.    Timbang garam sesuai dengan massa yang akan diukur
2.    Letakkan kalsium klorida dalam beker gelas
3.    Aduk rata sampai warnanya bening
4.    Ukur suhu pada larutan tersebut
5.    Catat hasil yang diperoleh

 


IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.       Hasil       
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan didapatkan hasil sebagai berikut :
Tabel 1. Tabel suhu pada berbagai konsentrasi
No
Konsentrasi CaCl2 (%)
Suhu (oC)
Suhu (F)
Panas spesifik (BTU/Lb oF)
1
5
30
303
0,910
2
10
33
306
0,860
3
15
35
308
0,795
4
20
37
310
0,730
5
25
38
311
0,685
6
30
40
313





















B.  Pembahasan
Praktikum ketiga dari praktikum satop ini adalah tentang pendinginan. Dalam pendinginan ini dikenal beberapa macam pendinginan yaitu pendinginan secara alami dan pendinginan secara mekanis. Praktikum yang telah kita lakukan adalah pendinginan secara alami yaitu dengan menggunakan larutan garam CaCl2.
Garam Calsium klorida yang digunakan terdiri dari berbagai berat yaitu kelompok 1 seberat 1 gram dan seterusnya sampai 30 gram untuk kelompok 6. perbedaan perlakuan ini dilakukan bertujuan untuk membedakan pengaruh konsentrasi kalsium klorida sehingga tercipta berbagai suhu yang beragam. Ketika praktikum berlangsung, aquadest diletakkan setelah kita meletakkan garam kalsium klorida. Hal ini dilakukan agar garam tersebut larut dengan sempurna. Pada saat mulai pelarutan dan pengadukan warna airnya agak keruh dan agak panas, setelah diaduk rata warna air garam berubah menjadi bening.
Dalam keadaan bebas, oksigen dan hidrogen ditemukan sebagai molekul H2 dan O2. Untuk bergabung membentuk molekul air, keduanya harus bertubrukan. Sebagai hasil dari tubrukan ini, ikatan-ikatan yang membentuk molekul hidrogen dan oksigen melemah, sehingga tidak ada lagi penghalang untuk bergabungnya atom oksigen dan hidrogen. Suhu akan meningkatkan energi begitu juga kecepatan molekul-molekul ini, sehingga jumlah tubrukan yang terjadi meningkat. Akibatnya, reaksi yang terjadi dipercepat (Hartono, 2008). Dari peristiwa ini molekul air akan cepat berikatan dengan molekul kalsium klorida dam akhirnya menghasilkan panas.
Ikatan hidrogen juga melengkapi air dengan sifat luar biasa lainnya, yaitu air lebih kental dalam wujud cair dibanding dalam wujud padat (Hartono, 2008). Campuran  antara air dengan kalsium klorida menghasilkan suhu yang panas, dan semakin besar konsentrasi kalsium klorida maka suhunya akan semakin panas. Hal ini disebabkan karena molekul kalsium klorida tersebut berikatan dengan molekul air sehingga terjadilah panas. Panas ini tergantung dengan ikatan yang terjadi, air yang ada sebanyak 100 ml jika dilarutkan dengan garam sebanyak 5 gram konsentrasinya lebih rendah dari air  sebanyak 100 ml dilarutkan dengan 30 gram kalsium klorida. Perbedaan konsentrasi ini terjadi karena semakin banyak molekul kalsium klorida yang berikatan dengan molekul air maka ikatannya semakin kuat dan tumbrukan antar atomnya pun semakin dahsyat sehingga tumbukan tersebut menghasilkan suhu yang panas.


V.     KESIMPULAN

Berdasarkan praktikum yang telah dilaksanakan maka dapat disimpulkan bahwa :
1.      Metode pendinginan yang diujikan yaitu pendinginan secara alami
2.      Warna air keruh ketika pertama kali dimasukkan kalsium klorida, hal ini disebabkan kalsium klorida tersebut belum berikatan dengan air
3.      Semakin lam pengadukan warna air semakin jernih, hal ii disebabkan karena molekul kalsium klorida sudah berikatan dengan molekul air
4.      Semakin rendah konsentrasi kalsium klorida, suhu larutan semakin rendah
5.      Semakin  tinggi konsentrasi kalsium klorida, maka suhu larutan semakin tinggi 
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2007a.  Termodinamika dan Pindah Panas pada Pendinginan. http://www.google.com. (Diakses 29-10-2008).

Anonim. 2007b.  Aplikasi Teknik Pendinginan. http://www.google.com. (Diakses 29-10-2008).

Anonim, 2007c. Refrigeran. http://www.google.com. (Diakses 29-10-2008).

Mursaha, Masdin. 2008. Sifat-sifat Air. http://www.che-mi-try.org. (Diakses 09-11-2008).

Depdiknas.  2007.  Pengeringan, Pendinginan dan Pengemasan.  http://www.google.com.  (Diakses 29-10-2008).

Dalimuthe, Indra S. 2004. Pengantar Teknik Refrigerasi. http://www.google.com. (Diakses 03-10-2008).
 

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar