PERANCANGAN LEMARI PENDINGIN SAYURAN SEDERHANA DENGAN SIRKULASI PAKSA UAP DINGIN ES BATU

PERANCANGAN LEMARI PENDINGIN

SAYURAN SEDERHANA DENGAN SIRKULASI PAKSA

UAP DINGIN ES BATU

SKRIPSI

Disusun Untuk Memenuhi Syarat Kurikulum

Pada Tingkat Sarjana (S1) Pada Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

SALAM ALI ROCHMAN PURBA

1122110055

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS TRIDINANTI PALEMBANG

2016

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

       Seperti yang kita ketahui bahwa mesin pendingin didominasi dengan Freezer dan Kulkas, dan semua peralatan mesin pendingin menggunakan listrik yang begitu besar dan mahal. Sebagai konsekuensi dari kebijakan tersebut maka penulis tertarik untuk membuat alat yang mampu menggantikan suatu alat mesin pendingin yang mampu menggantikan kulkas atau freezer yang murah, aman, ramah lingkungan serta hemat energi/ listrik.

Penulis merasa tertarik untuk membuat alat penyimpan sayuran menghemat energi / listrik tersebut, karna tentu lebih ekonomis bagi para pedagang yang ingin menyimpan sayurannya agar tetap segar dan tidak rusak, salah satunya adalah menggunakan media es batu + garam untuk menghasilkan udara dingin nya.

Sayuran adalah suatu kebutuhan hidup manusia yang memiliki ketahanan yang rendah dan mudah rusak jika disimpan diudara terbuka atau suhu kamar. Untuk membuat awet atau tidak rusak, maka sayuran tersebut harus dimasukkan ketempat yang dingin dan tertutup.

Es batu adalah air yang membeku, pembekuan ini terjadi bila air didinginkan dibawah 0℃ ( 273,35K, 32℉) pada tekanan atmosfir standar. Es batu dapat terbentuk pada suhu yang lebih tinggi dengan tekanan yang

lebih tinggi juga, dan air tetap sebagai cairan atau gas sampai −30℃ pada tekanan yang lebih rendah.

Garam adalah benda padat berwarna putih berbentuk kristal yang merupakan kumpulan senyawa dengan bagian terbesar Natrium klorida serta senyawa lainnya. Pencampuran antara garam dan es dapat menyerap panas dari sayuran. Oleh karena itu sayuran yang diberi perlakuan dengan media pendingin es dan garam mempunyai suhu yang sangat rendah bahkan lebih rendah dari 0C.

Dengan penggunaan garam dan es, penurunan suhu dalam lemari pendingin ini penanganan juga akan berlangsung lebih cepat terhadap upaya mempertahankan kesegaran sayuran.

Rendahnya suhu dan kecepatan penurunan suhu pada sayuran dapat menghambat proses pertumbuhan bakteri pembusukan. Maka dari itu penulis akan menggunakan media es batu + garam.

Dengan disimpannya sayuran didalam lemari pendingin tersebut sayuran akan menjadi tetap segar dan tidak layu. Sayuran yang segar akan menentukan Harga jual dari pada produk, untuk itu para pedagang harus teliti dalam melakukan penyimpanan sayurannya agar selalu dalam keadaan segar.

1.2. Rumusan Masalah

       Para konsumen dan pedagang sayuran sering menghadapi kendala dalam hal penyimpanan karena banyaknya sayuran yang akan disimpan,

maka banyak membutuhkan lemari pendingin lebih dari satu, dan banyak pula listrik yang akan digunakan. Oleh karena itu sangatlah penting jika ada alat pendigin sayuran menggunakan hemat energi / listrik. Trobosan yang tepat adalah rancang lemari pendingin sayuran sederhana dengan sirkulasi paksa uap dingin es batu.

1.3. Batasan Masalah
       Batasan masalah dari penelitian (percobaan) alat ini yaitu :
1. Perubahan media es batu yang mencair.
2. Besar nilai karakteristik pendingin menggunakan es batu.
3. Keefektifan maksimum alat pendingin sayuran yang menggunakan media es batu yang dibuat.

1.4. Tujuan Penelitian
       Adapun tujuan penelitian ini dilakukan, adalah :
1. Merancang dan membuat alat pendingin sayuran.
2. Menguji performa alat pendingin dengan media es batu + garam
3. Membandingkan hasil sayuran yang di simpan di alat pendingin, dengan sayuran yang ada di udara terbuka atau ruang kamar.

1.5. Manfaat
       Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat seperti :
a. Solusi terhadap konsumen dan pedagang sayuran agar dapat menggunakan mesin pendingin media es batu ini, secara efisien dan optimal.
b. Pedagang akan menjadi lebih ekonomis dengan menggunakan alat pendingin hemat energi / listrik ini dan bisa mengurangi beban listrik.
c. Sebagai media informasi baik bagi mahasiswa maupun konsumen yang akan memanfaatkan alat pendingin sayuran ini.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Lemari Pendingin Sayuran

       Kegunaan utama dari alat pendingin sayuran menggunakan media es batu ini adalah untuk menjaga sayuran agar tetap segar, jika tempat penyimpanan sayuran tidak beri suhu dingin, maka sayuran tersebut akan cepat rusak dan membusuk dengan waktu yang lebih cepat. Maka dari itu sangatlah dibutuhkan sekali alat untuk pendingin sayuran, dengan alat pendingin menggunakan media es batu, yang akan lebih ekonomis dan praktis dan bisa membantu para konsumen dan pedagang sayuran, untuk alat penyimpanan sayurannya tanpa harus menggunakan listrik.

Lemari pendingin dengan media es batu ini sebelumnya sudah ada dan terdapat beberapa kerugian pada alat pengujian. Berdasarkan Lit.3 adapun kerugiannya adalah sebagai berikut :

1. Kerugian kalor pada kaca bagian atas, Q = 1,08 Watt
2. Kerugian kalor pada kaca bagian bawah, Q = 3,564 Watt
3. Kerugian kalor pada kaca ada bagian pintu, Q = 10.71 Watt

Efisiensi Pengujian :
a. Hari pertama : 19,9 %
b. Hari kedua : 40,2 %
c. Hari ketiga : 28,3 %

Dari beberapa kerugian diatas pada pengujian udara yang dibutuhkan sayuran kurang maksimal dan sayuran yang ada didalam lemari pendingin dan diluar lemari pendingin menyusutnya hampir sama.

2.2. Klasifikasi Lemari Pendingin Sayuran

       Lemari pendingin sayuran ini media utamanya adalah menggunakan es batu, untuk mendinginkan ruang pendingin sayuran yang terisolasi. Es batu ini terletak di bagian bawah dan di atasnya terletak fan/blower, lalu uap dingin tersebut akan hisap naik keatas dengan bantuan fan/blower dan menghebuskan nya kembali ke seluruh ruangan yang telah diberi rak-rak sayuran.

Penggunaan dari sistem tersebut salah satunya untuk penyimpanan dan pendistribusian dikarenakan sayur-sayuran sangat mudah membusuk sehingga diperlukan perlakuan khusus untuk pengawetan. Salah satu metodenya adalah dengan pendinginan. Metode pendinginan dimaksudkan untuk membunuh kuman-kuman dan memperlambat proses penguraian alamiah sehingga dengan proses ini kondisi sayuran tersebut dapat bertahan sampai beberepa hari.

2.3. Es Batu

       Es batu adalah sebuah potongan es (air beku) yang bermacam bentuk dan berukuran kecil, yang bisa digunakan untuk minuman dingin. Es batu terkadang merujuk kepada es yang dihancurkan karena lebih lama mencair, es tersebut biasanya digunakan untuk minuman campuran yang menggunakan Es.

Es batu diproduksi secara domestik dengan mengisi tempat es batu dengan air dan meletakkannya di sebuah freezer. Beberapa freezer juga dilengkapi sebuah pembuat es, yang membuat es batu secara otomatis dan meletakkannya dalam sebuah tempat yang dari sana es tersebut dapat digunakan secara langsung.

Tempat es batu ukuran 3,4 x 2,8 x 2,4 (cm) dirancang untuk membagi penempatan air, yang kemudian di tetapkan di dalam sebuah freezer sampai air tersebut membeku menjadi es, atau menghasilkan es batu. Tempatnya tersebut biasanya fleksibel, sehingga es batu yang membeku dapat dengan mudah di pisahkan dari tempatan yang fleksibel tersebut.

2.4. Mesin Pendingin

       Mesin pendingin merupakan alat yang berfungsi untuk memindahkan panas ruangan bersuhu rendah ke ruangan bersuhu tinggi. Salah satu mesin pendingin adalah refrigerator atau kulkas. Komponen refrigerator terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler atau katup eskpansi, filter, thermostat, heater, dan kipas.

Sesuai dengan kegunaannya mesin pendingin terdiri dari beberapa jenis antara lain :
1. Refrigerator untuk keperluan industri.
2. Lemari es atau kulkas.
3. Freezer (Pembekuan atau pendingin makanan dan minuman.
4. Penyejuk ruangan (AC atau Air Conditioning).
5. Dispenser (untuk menghasilkan air panas dan dingin).
6. Kipas angin penyejuk.

2.5. Perpindahan Panas

       Perpindahan panas suatu benda tergantung pada suhu benda, semakin tinggi suhu benda maka benda semakin panas. Panas berpindah dari tempat yang bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Bahan yang dapat menghantarkan kalor disebut konduktor kalor, misalnya besi, baja, tembaga, seng, dan aluminium (jenis logam). Adapun penghantar yang kurang baik atau penghantar yang buruk disebut isolator kalor, misalnya kayu, kaca, wol, kertas dan plastik (jenis bukan logam). Apabila di tinjau dari cara perpindahannya yaitu :

1. Konduksi (hantaran)

Konduksi adalah perpindahan panas melalui zat perantara, namun zat perantara tersebut tidak ikut berpindah (bergerak). Contohnya membakar ujung besi lainya lama kelamaan akan semakin panas, peristiwa perpindahan dari ujung besi kalor yang dipanaskan, dimana molekul-molekul besi yang menghantarkan kalor tidak ikut pindah.

Berdasarkan eksperimen, menunjukkan panas tetap pada sebidang dinding datar besar tampak pada gambar di atas dengan ketebalan Δx = L dan bidang perpindahan panas A. selisih suhu meliwati dinding adalah ΔT = T1-T2.

2. Konveksi (Aliran)

Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat cair dan gas. Perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena adanya perbedaan massa jenis dalam zat tersebut. Perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan partikel-partikel zatnya disebut konveksi atau aliran. Perpindahan panas secara konveksi terjadi melalui aliran zat, misalnya es batu yang mencair dalam air panas, panas dari air panas berpindah ke es batu. Panas berpindah bersama mengalirnya air panas ke es batu, panas tersebut menyebabkan es batu meleleh.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tahapan Penelitian

3.2. Model Rancangan
       Dalam penulisan perancangan sistem lemari pendingin sayuran sederhana dengan media pendingin es batu, seperti gambar dibawah ini :

Gambar 3.3. Kaji Ulang Rancangan Lemari Pendingin Sayuran

Perancangan lemari pendingin sayuran di atas meliputi komponen utama yaitu sebagai berikut :
1. Rak-rak untuk meletakkan sayuran.
2. Dinding ruangan yang dilapisi dengan gabus, gunanya untuk isolsi udara agar tetap dingin.
3. Fan/Blower tipe DC
4. Bagian wadah es batu

3.3. Alat-Alat Yang Digunakan Dan Sayuran Yang Diuji
A. Alat-Alat Yang Digunakan
     Pembuatan lemari pendingin sayuran dengan media es batu ini menggunakan alat-alat yang digunakan sebagai berikut :
1. Mesin pemotong : Untuk memotong material.
2. Bor listrik : Digunakan untuk melubangi bagian tertentu.
3. Meteran : Untuk mengukur panjang sebelum dipotong.
4. Meteran siku : Digunakan untuk mengetahui sudut 90°.
5. Pensil : Pensil tukang, untuk menandai matrial.
6. Lem : Untuk menempelkan gabus ke dinding alat.
7. Riveted : Alat ini digunakan untuk memasang paku
keling.
8. Pisau : Untuk memotong gabus sesuai ukuran.

B. Sayuran Yang Diuji

     Sayuran yang dipergunakan dalam pemgujian alat ini yaitu bayam, karena sayuran ini terlalu cepat layu dan rusak di banding dengan sayuran lainya, bayam yang kaya nutrisi dan antioksidan paling baik dimakan saat masih segar. Saat mulai layu, daun bayam akan kehilangan rasa dan sebagian kandungan nutrisinya. Jika di udara terbuka bayam yang sudah di potong, atau mengemas justru akan membuat bayam cepat layu dan membusuk dengan cepat.

3.4. Komponen Lemari Pendingin Sayuran

       Komponen dasar lemari pendingin sayur menggunakan media es batu ini meliputi : rangka aluminium, lembaran seng, paku keling, gabus isolasi, kaca, rak-rak, pipa aluminium, dan pembuangan air.

1. Rangka aluminium

    Rangka aluminium merupakan bahan material yang menggunakan aluminium agar lebih ringan untuk di pindahkan dan tahan karat.

2. Lembaran seng
    Lembaran seng ini untuk menutup dinding ruang pendingin.

3. Paku keling
    Paku ini untuk menghubungkan dua matrial agar bisa terhubung dengan kuat.

4. Gabus isolasi
   Gabus ini terletak di bagian dinding dalam ruang isolasi tersebut, berguna untuk menjaga udara agar tetap dingin.

5. Rak-rak

    Rak-rak berfungsi untuk meletakkan sayuran, dan membagi ruang udara dingin yang menghembus ke sela-sela sayuran dengan rata.

BAB IV

HASIL DAN ANALISIS PENELITTIAN

4.1. Data Hasil Pengujian Selama 3 Hari
Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Hari ke-1

                     Hari ke 2

                   Hari ke 3

4.2. Kinerja Lemari Pendingin Dengan Media Es Batu
Perhitungan hasil pengujian lemari pendingin selama 3 hari.
Gambar 4.1. Bagian Dinding Lemari Pendingin

             𝑄𝑝𝑒𝑠 = (𝑄1+𝑄2+𝑄3+𝑄4) + (𝑄𝑎+𝑄𝑏+𝑄𝑘𝑎)

Dimana :

𝑄𝑝𝑒𝑠 = Kalor untuk mendinginkan sayur
𝑄1,𝑄4 = Kalor yang masuk melewati dinding bagian samping kiri, kanan
𝑄2,𝑄3 = Kalor yang masuk melewati dinding bagian depan dan belakang
𝑄𝑎,𝑄𝑏 = Kalor yang masuk melewati dinding bagian atas dan bawah
𝑄𝑘𝑎 = Kalor yang masuk melawati dinding bagian kaca

4.3. Perhitungan Kerugian
4.3.1. Kerugian Kalor Pada Dinding Samping

          𝑄𝑑𝑠 = 𝑇𝑑𝑙−𝑇𝑑𝑑 𝑅

Dimana : 𝑄𝑑𝑠 = panas yang dilepas pada dinding (w)
𝑇𝑑𝑙 = Temperatur dinding luar.
𝑇𝑑𝑑 = Temperatur dinding dalam.
Gambar 4.2. Luas dinding samping
𝑄𝑑𝑆 = 29,95−21,82𝑅1+𝑅2

Dimana : 𝑅1 = Tahan thermal dinding aluminium
𝑅2 = Tahan thermal dinding styrofoam
R = 𝐿𝐾.𝐴
L = Tebal dinding
K = Konduktivitas aluminium

A = Luas bidang pemanas
R1 = 0,001 𝑚240𝑤𝑚°𝑐 .0,1628m2 = 0,0000256 𝑤°𝑐
R2 = 0,01𝑚0,01𝑤𝑚°𝑐 .0,1628m2 = 6,1425 𝑤°𝑐

Maka 𝑄𝑑𝑠 = (29,95−21,82)℃(0,0000256+6,1425)°cw = 8,136,1425 = 1,323 Watt
Dikarenakan dinding di bagian samping ada 4 sisi yang luasnya sama maka 𝑄𝑑𝑠 yang masuk adalah.
𝑄𝑑𝑠 x 4
Q = 1,323 x 4 = 5,292 Watt

4.3.2. Kerugian Kalor Pada Dinding Atas Dan Bawah

      𝑄𝑑𝑎 = 𝑇𝑑𝑙−𝑇𝑑𝑑 𝑅
Dimana : 𝑄𝑑𝑎 = Panas yang dilepas pada dinding (w)
Gambar 4.3. Luas dan tebal dinding

𝑄𝑑𝑎 = 29,95−21,82𝑅1+𝑅2
R1 = 𝐿𝐾.𝐴
R1 = 0,001 𝑚240𝑤𝑚°𝑐 .0,037m2 = 0,000112 °𝑐𝑤
R2 = 0,01𝑚0,01𝑤𝑚°𝑐 .0,037m2 = 27,027 °𝑐𝑤
Maka 𝑄𝑑𝑎 = 29,95−21,82 ℃0,000112+27,027 = 8,1327,027 = 0,300 Watt

Dikarenakan dinding di bagian atas dan bawah memiliki sisi yang luasnya sama maka 𝑄𝑑𝑎 yang masuk adalah.
𝑄𝑑𝑎 x 2
Q = 0,300 x 2 = 0,6 Watt
4.3.3. Kerugian Kalor Pada Kaca Bagian Pintu

Gambar 4.4. Dimensi kaca

     𝑄𝑘𝑎 = 𝑇1−𝑇2𝐿𝐾.𝐴
𝑄𝑘𝑎= 29,95−27,78 𝐿𝐾.𝐴
= 29,95−27,780,005 0,80 𝑋 0,005 𝑥 0,005
= 29,95−27,780,005 0,80 𝑥 0,01
= 2,170,625
= 3,472 Watt

4.3.4. Peleburan Es
Gambar 4.5. Es yang melebur

        𝑄𝑝𝑒𝑠 = (𝑄1+ 𝑄2+ 𝑄3+𝑄4) - (𝑄𝑎 + 𝑄𝑏)
𝑄𝑝𝑒𝑠 = (1,323 + 1,323 + 1,323 + 1,323) - (0,300 + 0,300)
𝑄𝑝𝑒𝑠 = 5,292 – 0,6
𝑄𝑝𝑒𝑠 = 4,692 Watt

Jumlah energi yang diterima Es
Q peleburan es = 𝑚𝑎𝑖𝑟 x L
Dimana:
𝑚 = jumlah es mencair
L = kalor lebur es

Kalor lebur es = 336,000 (𝐽𝐾𝑔) ............................................ (Lit. 4)
𝑚𝑎𝑖𝑟 = rata-rata peleburan es menjadi cair :
𝑚𝑎𝑖𝑟 = 0,171 (Kg)
Q = 0,171 x 336,000 (𝐽𝐾𝑔)
Q = 57,456 J

Kalor yang tersedia untuk mendinginkan sayuran.
Q 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑒𝑏𝑢𝑟 = 𝑄𝑙𝑏30𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 57,45630𝑥60𝑠 = 57,456 𝐽1,800 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 = 31,92 Watt
 Jumlah kalor yang hilang.
𝑄𝑝𝑒𝑠 = (𝑄1+𝑄2+𝑄3+𝑄4) + (𝑄𝑎+ 𝑄𝑏+ 𝑄𝑘𝑎)
𝑄𝑝𝑒𝑠 = (0,270 + 0,270 + 0,270 + 0,270) + (1,188 + 1,188 + 1,12)
𝑄𝑝𝑒𝑠 = 5,664 + 1,762
𝑄𝑝𝑒𝑠 = 7,426 Watt

Kalor yang berguna untuk mendinginkan sayuran
𝑄𝑏= 𝑄𝑙 - 𝑄𝑝𝑒𝑠
𝑄𝑏 = 31,92 – 7,426 = 24,494 watt

4.4. Perhitungan Efisiensi (η)
Efisien untuk alat pendingin es ini dapat dihitung dengan energi yang berguna dibagi dengan energi awal.
η = 𝑄𝑏𝑄𝑙 = 24,494 𝑤𝑎𝑡𝑡31,92 𝑤𝑎𝑡𝑡 = 0,767 watt = 76,7 %
   Untuk harga yang lainnya dicari dengan cara yang sama dan hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut :

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan
       Dari pengujian yang telah di laksanakan, maka dapat di simpulkan bahwa :
1. Kalor lebur yang terdapat di batu es dapat digunakan untuk mendinginkan sayuran/ mempertahankan kesegaran nya.

2. Dari hasil pengujian terhadap lemari pendingin ini selama 3 hari diproleh Efisiensi sebesar :
Hari ke-1 = 76,87 %
Hari ke-2 = 81,6 %
Hari ke-3 = 82,7 %

3. Tempratur udara yang terdapat di lemari pendingin terjaga sehingga kesegaran sayuran dapat dipertahankan.

5.2. Saran
Untuk penelitian berikutnya disarankan agar :
1. Memilih bahan isolasi yang memiliki konduktifitas yang lebih kecil untuk menghindari kerugian kalor melalui dinding lemari pendingin.
2. Mengganti bahan pengujian buah-buahan.

DAFTAR PUSTAKA

1. Cengel A. Yunus, “Heat Transfer”, Mc Graw Hill, Second Edition,
Amerika.2013.

2. Singging Saputra, 2015. “Perancangan Sistem Lemari Pendingin Sayuran
Sederhana Dengan Media Es Batu”. Universitas Tridinanti Palembang.

3. Hasan, Syamsuri dkk. 2008. “Sistem Refrigerasi Dan Tata Udara Jakarta,
Departemen Pendidikan Nasional.

4. https://id.wikibooks.org/wiki/Soal-Soal_Fisika/Kalor