1 Departemen Teknik Mesin-FTUI Universitas Indonesia Pengaruh

1
Pengaruh Pengaktifan Motor Listrik Pada Temperatur Tertentu dan Pengaruh Volume Air Laut
Terhadap Waktu Pendinginan dan Pembentukan Fraksi Es untuk Bubur Es Berbahan Dasar Air Laut
Agus S Pamitran, Aris Budianto
Departemen Teknik Mesin – Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Kampus Baru UI Depok, Jawa Barat, 16424, Indonesia
Januari 2013
Abstrak
Kebanyakan nelayan menggunakan es balok sebagai media penyimpanan ikan. Sistem pendinginan dengan
menggunakan es balok kurang cocok untuk hasil tangkapan ikan laut karena es balok bersifat keras yang dapat
merusak ikan, sehingga mutu ikan menurun yang berakibat pada rendahnya harga jual ikan. Salah satu solusi
untuk menghasilkan kualitas ikan lebih segar dan awet adalah pendinginan menggunakan ice slurry berbahan
dasar air laut. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati karakteristik ice slurry dan membandingkan performa ice
slurry generator sehingga dapat diketahui tingkat keefektifan sistem tersebut. Pengujian dilakukan dengan variasi
volume air laut pada 4 liter, 5 liter, 6 liter, dan 7 liter dengan pengaktifan motor listrik pada saat temperature air
laut mencapai 10 oC. Dan variasi pengaktifan motor listrik dilakukan saat temperatur air laut mencapai 15oC, 10
o
C, dan 5 oC dengan volume air laut sebesar 5 liter.
Kata kunci
: Nelayan, ice slurry, air laut, energi, scraper, ice scaling
Daftar Notasi
V
I
E
pf
W
Tegangan Listrik
Arus Listrik
Energi
Power Faktor
Daya Listrik
[Volt]
[Ampere]
[kWh]
[%]
[Watt]
Wc
Wk
Wm
t
Daya Kompresor
Daya Kipas
Daya Motor
Waktu
[Watt]
[Watt]
[Watt]
[Detik]
‘
Pendahuluan
Indonesia adalah negara kepulauan terbesar di
dunia yang mempunyai 17.504 pulau (Kemendagri,
2008), terbentang sepanjang 3.977 mil antara
Samudra Hindia dan Samudra Pasifik.Sebagai
negara kepulauan dan berada di daerah beriklim
tropis, Indonesia mempunyai potensi yang amat
besar dalam bidang kelautan, khususnya bagi para
nelayan dengan banyaknya jumlah dan spesies ikan.
Dengan keuntungan Zona Ekonomi Eksklusif (ZEE)
sepanjang 200 mil, atau total kurang lebih 1,852 juta
mil dan panjang garis pantai seluruhnya 64.636 mil
(Bakosurtanal, 2006), Indonesia mempunyai potensi
perikanan yang mencapai angka 6,4 juta ton/tahun
(DKP, 2006). Namun, kenyataan tersebut tidak
sebanding dengan kondisi kehidupan nelayannelayan di Indonesia yang sebagian besar masih
tergolong miskin meskipun sumber daya alam
perikanan Indonesia sangat kaya dan produksi hasil
tangkapan yang besar. Ketidakmerataan tingkat
sosial ekonomi masyarakat nelayan ini disebabkan
oleh beberapa faktor, salah satunya adalah sarana
pengelolaan dan pengolahan hasil tangkapan yang
kurang baik. Masih banyak para nelayan yang
menggunakan
cara
konvensional
untuk
mengawetkan dan mendinginkan hasil tangkapan
ikan dengan menggunakan es balok.
Sistem pendinginan es balok kurang cocok
untuk hasil tangkapan ikan laut karena dapat
merusak ikan.Salah satu cara pendinginan efektif
yang dapat menggantikan pendinginan konvensional
tersebut adalah pendinginan dengan media ice
slurry. Ice slurry sangat baik digunakan karena ice
slurry bertekstur lembut dan pada air laut terdapat
kandungan garam yang bersifat sebagai pengawet
alami.
Penelitian ini dilakukan untuk mengaji unjuk
kerja ice slurry generator yang ada di Departemen
Teknik Mesin Laboratorium Universitas Indonesia
yaitu tipe Scraper Blades Evaporator guna
mengetahui pengaruh variasi volume dan pengaruh
pengaktifan motor listrik pada temperatur tertentu
terhadap waktu pendinginan dan besarnya energi
yang digunakan. Diharapkan nantinya akan tercipta
metode dalam penggunaan ice slurry generator yang
lebih baik untuk mendapatkan hasil yang efektif dan
efisien.
Departemen Teknik Mesin-FTUI
Pengaruh pengaktifan ..., Aris Budianto, FT UI, 2013
Universitas Indonesia
2
Ice Slurry
GeneratorIce slurry
Menurut P Egolf dan M Kauffeld, tidaklah
mudah untuk memberikan definisi yang pasti
mengenai ice slurry. Setidaknya ada dua definisi
yang dianggap paling mendekati, yaitu :
Generator ice slurry adalah generator
penghasil ice slurry sebagai akibat dari efek
refrigerasi. Ice Slurry Generator yang diuji bertipe
Scraper Blades Evaporator (SBE) dimana
menggunakan sistem refrigerasi tipe kompresi uap
tingkat satu. Banyak industri menggunakan sistem
scraper karena lebih banyak menghasilkan fraksi es
sekali bekerja dibanding sistem lain (E. Stamatioua
et al.,2005, T A Mouneer et al,. 2011). Untuk ice
slurry generator model scraper menggunakan
diameter pipa lilitan 3/8” atau 9.525 x 10-3 m,
diameter evaporator 0.26 m dan panjang lilitan pipa
refrigerant 2.8 m.
 Ice slurry terdiri dari sejumlah partikel yang
terdapat/tercampur pada larutan yang
mengandung air.
 Fine-crystalline ice slurry adalah ice slurry
dengan partikel es yang memiliki ukuran
diameter rata-rata partikel es sama dengan
atau kurang dari 1 mm.
Proses pembentukan Ice Slurry
Pembentukan ice slurry terdiri dari tiga tahap,
yaitu supersaturasi dimana temperatur beku fluida
dibawah temperatur beku air. Kemudian jika
temperatur beku fluida mulai tercapai akan timbul es
yang disebut nukleasi, fase ini terjadi karena
kesetimbangan kimia yang dibantu oleh pelarut
sehingga temperatur beku menjadi lebih rendah.
Nukleasi dapat terjadi secara homogen atau
heterogen.Nukleasi homogen terjadi dimana molekul
bahan saling menyusun dan membentuk nuklei tanpa
adanya kebaradaan zat asing. Nukleasi heterogen
terjadi akibat keberadaan zat asing (karena ketidakmurnian).
Terdapat dua tipe nukleasi yaitu nukleasi
primer dan nukleasi sekunder. Nukleasi primer
adalah peristiwa awal pembentukan inti kristal
(nuklei) yang terbentu secara spontan. Pada nukleasi
primer, pembentukan kristal tidak dipengaruhi oleh
kristal lain. Total energi yang dibutuhkan untuk
membentuk nukleasi primer adalah energi untuk
membentuk permukaan kristal dan energi yang
dibutuhkan untuk membentuk volume kristal.
Sedangkan nukleasi sekunder terjadi akibat telah
adanya kristal zat yang memang diinginkan untuk
mengkristal. Nukleasi sekunder membutuhkan gaya
dari luar, seperti pengadukan terhadap larutan jenuh.
Pada nukleasi sekunder, Kristal kecil dapat
membesar dan melebihi ukuran kritis dari nucleus
stabil (J. Graham et al., 2002).
Fase ketiga adalah propagasi (pertumbuhan
kristal) yaitu pertumbuhan kristal. Kristal dapat
bertumbuh jika molekul-molekul dapat berdifusi ke
permukaan nucleus yang sedang bertumbuh . Laju
proses pertumbuhan ini sangat sensitif terhadap
tingkat super-jenuh dan super-dingin, suhu, dan
keberadaan zat asing.
Dimensi Tabung Evaporator dan Dimensi Penampang Alas
Dimensi Augher Shaft dan Detail Dimensi Gambar (Satuan mm)
Sedangkan sistem pendingin terdiri dari
kompresor, kondensor, liquid receiver, filter dryer,
sight glass, katup ekspansi, evaporator, dan
accumulator. Komponen ini dapat dilihat
peletakannya pada gambar di bawah ini.
Pengaruh pengaktifan ..., Aris Budianto, FT UI, 2013
Departemen Teknik Mesin-FTUI
Universitas Indonesia
3
mencapai 10 oC. Dan variasi pengaktifan motor
listrik pada saat temperatur air laut mencapai15oC,
10oC, dan 5oC dengan volume air laut sebesar 5 liter.
Dari semua data yang terkumpul, maka dilakukan
perbandingan waktu pendinginan, fraksi es yang
dihasilkan, dan kebutuhan daya dan energi untuk
masing-masing variasi data.
Perbandingan Waktu Pendinginan Air Laut
Waktu pendinginan air laut adalah salah satu
parameter dalam perbandingan unjuk kerja pada
Scraper Blades Evaporator. Berikut adalah grafik
yang menunjukkan hubungan antara volume air laut
dan penyalaan motor terhadap waktu pendinginan.
Skema Instalasi Generator IceSlurry
Kebutuhan Energi dan Daya Listrik
Pada ice slurry generator, terdapat komponen
utama yang menggunakan listrik yaitu kompresor,
kipas dan motor listrik. Sehingga daya total dan
energi yang digunakan merupakan penjumlahan
perhitungan daya dan energi dari ketiga komponen
tersebut. Perhitungan daya listrik didapat dengan
menggunakan rumus:
W
= V x I x pf
(1)
pf merupakan power faktor dari listrik yang
digunakan. Tegangan dan arus yang mengalir pada
sistem kemungkinan tidak stabil, sehingga
digunakan power faktor dari listrik sebesar 98 %.
Waktu Pendinginan dengan Variasi Volume Air Laut
Daya Kompressor (Wkompressor)
Wc
= V x Ic x pf
Daya Kipas (Wkipas)
Wk
= V x Ikx pf
Daya Motor (Wmotor)
Wm
= V x Im x pf
Waktu Pendinginan Air Laut dengan Variasi Pengaktifan Motor
Listrik Pada Saat Temperatur Tertentu
Daya Total (WTotal)
WTotal = Wkompressor+ Wkipas+ Wmotor
(2)
Besar energi yang dibutuhkan adalah:
ETotal
= ( Wcx tc ) + (Wkx tk ) + (Wmx tm)
(3)
Pengujian Sistem
Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui
performa optimal alat dalam mendinginkan air laut
pada variasi volume 4 liter, 5 liter, 6 liter dan 7 liter
dengan pengaktifan motor listrik pada saat air laut
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan,
diketahui pada pengambilan data dengan variasi
volume air laut, semakin banyak volume air laut
yang digunakan maka waktu pembentukan ice slurry
semakin lama. Pengecualian terjadi pada volume 4
liter dimana waktu pendinginannya lebih lama
dibandingkan dengan waktu pendinginan air laut
dengan volume 5 liter. Hal ini disebabkan adanya
kontak antara sistem dengan temperatur lingkungan.
Pada percobaan yang telah dilakukan, digunakan AC
portable untuk pengondisian udara pada sistem dan
plastik sebagai isolasi penutup, yang memisahkan
sistem dengan lingkungan. Pada saat awal-awal
Pengaruh pengaktifan ..., Aris Budianto, FT UI, 2013
Departemen Teknik Mesin-FTUI
Universitas Indonesia
4
Proses pengikisan es pada dinding
evaporator dilakukan oleh blades-blades pada
augher shaft, tetapi blades-blades tersebut kurang
efektif dalam mengikis es. Hal ini dikarenakan
kondisi per penahan blades sudah berkarat yang
menyebabkan gerakan blades tidak mampu
mengikis es secara sempurna. Sehingga makin
banyak es yang menempel pada dinding evaporator,
yang
menyebabkan
semakin
lama
waktu
pendinginannya.
Perbandingan Hasil Pembentukan Fraksi Es
Berdasarkan data yang telah didapat seperti
yang tertera pada Tabel 4.6, banyaknya fraksi es
yang dihasilkan berkisar antara 13 % - 17 %. Pada
variasi pengaktifan motor listrik, jumlah fraksi es
paling banyak didapat pada data pengaktifan motor
pada saat temperatur air laut 15 oC, yaitu sebesar
17,2 %. Sedangkan pada variasi volume, jumlah
fraksi es yang terbentuk sebesar 13 % - 14 %.
Berikut adalah grafik banyaknya pembentukan fraksi
es pada variasi pengaktifan motor dan variasi
volume air laut.
Fraksi es (%)
20
10 C
5C
15
Ket :
10
Temperatur
ruangan :
26-27 oC
RPM ouger :
70
Salinitas :25
5
0
Pengaruh Variasi Pengaktifan Motor Terhadap Fraksi Es yang
Terbentuk
4 liter
5 liter
6 liter
7 liter
15
Fraksi es (%)
Sedangkan pada pengambilan data dengan
variasi pengaktifan motor listrik, semakin rendah
temperatur air laut saat pengaktifan motor, dalam
penelitian ini motor dinyalakan saat temperatur air
laut telah mencapai temperatur 5 oC, maka waktu
pendinginan air laut semakin lama. Cepatnya waktu
pendinginan pada pengaktifan motor saat temperatur
air laut mencapai 15 oC disebabkan oleh lebih cepat
berubahnya koefisien perpindahan kalor dari air laut.
Kecepatan aliran fluida menyebabkan meningkatnya
koefisien perpindahan kalor dari fluida tersebut.
Dengan pengaktifan motor listrik pada saat
temperatur air laut baru mencapai 15 oC, atau lebih
cepat daripada saat 10 oC dan 5 oC, pengaktifan
motor listrik saat temperatur air laut 15 oC
mempunyai waktu paling lama saat koefisien
perpindahan kalor meningkat. Hal ini lah yang
menyebabkan variasi data pengaktifan motor saat
temperatur air laut mencapai 15 oC membutuhkan
waktu pendinginan yang lebih cepat daripada saat
temperatur air laut 10 oC dan 5 oC. Hal tersebut
berpengaruh juga pada pembentukan fraksi es yang
dihasilkan. Dimana fraksi es paling banyak pada
pengambilan data pengaktifan motor listrik saat
temperatur air laut 15 oC.
15 C
12
9
Ket :
Temperatur
ruangan :
26-27 oC
RPM ouger
: 70
Salinitas :
25
6
3
0
Pengaruh Variasi Volume Air Laut Terhadap Fraksi Es yang
Terbentuk
Perbandingan Energi yang Digunakan
Lamanya waktu pendinginan berarti juga
lamanya penggunaan komponen kelistrikan yang
berakibat besarnya kebutuhan energi dan daya listrik
dari sistem ice slurry generator. Perhitungan energi
dilakukan dengan tujuan mengetahui perlakuan
mana yang paling efektif dalam menggunakan
generator ice slurry. Sehingga ketika alat tersebut
diimplementasikan ke masyarakat, nelayan dapat
mengetahui tingkat keefektifan dari generator ice
slurry terhadap masing-masing perlakuan (variasi
volume dan pengaktifan motor).
Beban Pendinginan vs Energi
Energi (kWh)
dilakukan percobaan, yaitu pada volume air laut
sebesar 4 liter, banyak terjadi error terutama pada
setup alat sehingga peneliti banyak melakukan
kegiatan keluar-masuk ke dalam ruang pengondisian
udara, menyebabkan kondisi udara dan temperatur di
dalam sistem berubah. Hal inilah yang membuat
waktu pendinginan menjadi lebih lama.
0.8
0.6
0.44 0.42
0.56
0.61
4 liter
5 liter
0.4
6 liter
0.2
7 liter
0
Perbandingan Beban Pendinginan dan Energi
Pengaruh pengaktifan ..., Aris Budianto, FT UI, 2013
Departemen Teknik Mesin-FTUI
Universitas Indonesia
5
Enegi (kWh)
Pengaktifan Motor vs Energi
0.377 0.381 0.385
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
15 C
10 C
5C
Perbandingan Pengaktifan Motor Listrik Pada Temperatur
Tertentu dan Energi
Namun, jika dihitung dari energi spesifik per
volume, besarnya energi yang digunakan lebih
efektif pada pengambilan data variasi volume air
laut sebesar 7 liter. Artinya, dengan perbedaan
waktu pendinginan yang sedikit, proses pendinginan
yang dilakukan pada pengambilan data volume 7
liter memerlukan energi spesifik yang relatif lebih
sedikit dibandingkan dengan variasi volume yang
lainnya.
Energi (kWh)
0.1
0.05
0.109
0.093
0.087
0.084
Referensi
Kelautan dan Perikanan Dalam Angka ( Marine and
Fisheries in Figures ) 2011. Jakarta: Kementrian
Kelautan dan Perikanan; 2011.
Dincer I, Kanoglu M. Refrigeration Systems and
Applications. Singapore: John Wiley & Sons, Ltd;
2010.
Kauffeld.M, Wang.M.J, Goldstein.V, Kasza.K.E.
2010.” Ice slurry application”. International Journal
of Refrigeration
Beban Pendinginan vs Energi Spesifik
0.15
 Semakin cepat dalam pengaktifan motor
listrik untuk mengikis es pada dinding
evaporator dan mengaduk air laut, maka
semakin cepat waktu pendinginan. Pada
pengambilan data penyalaan motor saat
temperatur air laut sudah mencapai 15 oC,
diketahui membutuhkan waktu paling
cepat
dibandingkan
dengan waktu
penyalaan motor saat temperatur air laut
sudah mencapai 10 oC dan 5 oC. Hal ini
disebabkan oleh pengaktifan motor listrik
saat temperatur air laut 15 oC mempunyai
waktu paling lama saat koefisien
perpindahan kalor meningkat. Sehingga
waktu pendinginan menjadi lebih cepat.
4 liter
5 liter
6 liter
7 liter
0
Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian tentang variasi
penyalaan motor dan volume air laut terhadap hasil
ice slurry yang dihasilkan antara lain
 Beban pendinginan mempengaruhi waktu
pendinginan. Semakin besar volume air
laut membuat waktu pendinginan menjadi
lebih lama karena beban pendinginannya
lebih besar. Hal ini juga berbanding lurus
dengan besarnya energi yang digunakan.
 Pada pengambilan data dengan variasi
volume sebesar 4 liter air laut, waktu
pendinginan diketahui lebih lama daripada
waktu pendinginan untuk 5 liter volume air
laut. Hal ini disebabkan oleh adanya
kontak antara sistem dengan temperatur
lingkungan.
Dalimunthe.Indra .2004. “Pengantar Teknik
refrigerasi”. USU digital Library: Medan , Indonesia
Cloutier,Matthew. 2002. “Refrigeration Cycle”
Wang, S.K., Lavan, Z.1999. “Air-Conditioning and
Refrigeration”. Boca Raton: CRC Press LLC
Putra,Nandy, Permana.Angga, Jatmika,I made Arya.
2006.”Rancang Bangun dan Karakterisasi Ice Slurry
Generator”. Depok:Departement Teknik Mesin
Universitas Indonesia
Kiswantoro. 2006.”Rancang Bangun Scraper dan
Analisis Pengaruh Scraper terhadap Performa Ice
Slurry Generator”. Depok : Departement Teknik
Mesin UI.
Koestoer, Raldi Artono. 2003. “Pengukuran Teknik”
. Jakarta, Indonesia
Dossat,Roy J. 1997. “Principle of Refrigeration”
T. Kuriyama, Y. Sawahata, Slurry ice transportation
and cold distribution system, Information Booklet
for the Technical Tour of the Fourth Workshop of
IIR Ice Slurry Working Party, Nov 13, 2001 p. 1–6
K.A. Fikiin, A.G. Fikiin, Individual quick freezing
of foods by hydrofluidisation and pumpable ice
slurries, IIR Proceedings, Advances in Refrigeration
Pengaruh pengaktifan ..., Aris Budianto, FT UI, 2013
Departemen Teknik Mesin-FTUI
Universitas Indonesia
6
Systems, Food Technologies and Cold Chain, Sofia,
Bulgaria, 1998 p. 319–26.
M.J. Wang, T.M. Hansen, M. Kauffeld, K.G.
Christensen, V. Goldstein, Application of ice slurry
technology in fishery, Proceedings of the 20th
International Congress of Refrigeration, IIF/IIR, vol
. IV, 1999 paper 569.
J. Paul, Innovative applications of pumpable ice
slurry, Paper given at Institute of Refrigeration, 7
Feb, London, UK, 2002.
EPS Ltd. http://www.epsltd.co.uk/slurryice.htm
Pengaruh pengaktifan ..., Aris Budianto, FT UI, 2013
Departemen Teknik Mesin-FTUI
Universitas Indonesia