KOMPONEN DAN KONTROL PABRIK ES

A.    Pabrik es

Pabrik es adalah suatu unit produksi untuk membuat dan menghasilkan es dalam bentuk es balok ataupun flake ice sebagai bahan pembantu untuk mendinginkan hasil perikanan dalam rangka mempertahankan mutu ikan dan es kristal yang biasa digunakan untuk minuman dingin.

                 

Gambar 1. Produk pabrik es (balok dan kristal)

Pekerjaan pembangunan pabrik es terdiri dari pekerjaan sipil yaitu bangunan pabrik dan pekerjaan mekanikal yaitu instalasi unit refrigerasi atau unit pendingin dimana dalam unit ini terjadi proses pendinginan/pembekuan bahan baku air menjadi es. Adapun komponen yang di instal ini  antara lain adalah  compressor, condensor, receiver, evaporator (verdamper), brine tank (bak air garam), suction trap, accumulator, oil separator, agitator, control valve dan instalasi listrik sebagai sumber tenaga untuk menggerakan unit pendingin tersebut.

             Secara teknis, jika seluruh komponen yang di instal ini tidak sesuai dengan kapasitas yang telah ditentukan (salah perhitungan), maka proses pembekuan air menjadi es tidak tercapai atau proses pembekuannya memerlukan waktu yang cukup lama sehingga tidak efisien, oleh karena itu; penentuan, perhitungan dan pemeriksaan spesifikasi teknis dari komponen – komponen tersebut menjadi sangat penting. Jika tidak, maka hasil yang diperoleh bukannya air beku (es) tapi hanya air dingin yang tidak mempunyai nilai jual.    

    

B.    Konstruksi pabrik es

Sebuah pabrik es pada umumnya terdiri dari beberapa bagian yang menjadi satu dalam konstruksinya, biasanya konstruksi dari pabrik es telah dirancang dan dibentuk bagian – bagian secara terpisah satu per satu, setelah selesai semua bagian akan dirakit menjadi satu di lokasi pabrik yang akan menjadi tempat memproduksi es.

Kontruksi dari sebuah pabrik es yang dibahas disini adalah pabrik es yang berbentuk balok yang nantinya digunakan dalam rangka menjaga mutu ikan dalam penjualan oleh nelayan setelah diambil dari laut. Gambar dibawah adalah salah satu contoh dari konstruksi sebuah pabrik es.

Gambar 2. Konstruksi Pabrik Es

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa konstruksi dari sebuah pabrik es terdiri dari beberapa bagian yang dirangkai menjadi satu dan saling mendukung dalam proses produksi air beku (es) dari berwujud air hingga berwujud padat. Banyaknya bagian dari konstruksi pabrik es juga tergantung pada kapasitas pabrik tersebut, biasanya terdiri dari :

a.       Brine tank

b.      Ice bucket/ice can

c.       Can dump

d.      Evaporative coil

e.       Thawing tank

f.       Crane

g.      Water feeding gadget

h.      Ice can filler

i.        Guiding rail

j.        Agitator

k.      Refrigeration unit

l.        Electric control box

C.    Mesin refrigerasi pabrik es

Mesin refrigerasi adalah mesin yang memainkan peran utama dalam pabrik es, mesin ini merupakan  mesin yang dapat menciptakan sebuah siklus bernama siklus refrigerasi, Refrigerasi adalah suatu proses penyerapan panas dari suatu zat atau produk sehingga temperaturnya berada dibawah temperatur lingkungan. Mesin refrigerasi atau disebut juga mesin pendingin adalah mesin yang dapat menimbulkan efek refrigerasi tersebut, sedangkan refrigeran adalah zat yang digunakan sebagai fluida kerja dalam proses penyerapan panas.

Gambar 3. Mesin refrigerasi

Mesin refrigerasi pada pabrik es termasuk kedalam aplikasi dari refrigerasi industri dimana menggunakan media kompresi uap. Pabrik es menggunakan siklus refrigerasi kompresi uap dalam sistem refirigerasinya. Pada sistem ini digunakan sistem pendinginan tidak langsung dengan menggunakan media air garam sebagai media pendingin kedua ( secondary refrigerant ). Secondary refrigerant dibutuhkan pabrik es karena pembekuan air dalam cetakan tidak dapat dilakukan langsung oleh evaporator disebabkan karena terlalu besamya volume air yang harus didinginkan. Air garam digunakan sebagai secondary refrigerant karena rnempunyai titik beku dibawah titik beku air mentah dimana titik beku air garam ditentukan oleh jenis garam dan konsentrasi garam. Satu siklus refrigrasi kompresi uap adalah sebagai berikut:

a.  Pemampatan (kompresi). Uap refrigeran lewat panas bersuhu dan tekanan rendah yang berasal dari proses pengupan dimampatkan oleh kompresor menjadi uap bersuhu dan bertekanan tinggi agar kemudian mudah diembunkan, uap kembali menjadi cairan didalam kondensor.

b. Pengembunan (kondensasi). Proses pengembunan adalah proses pengenyahan atau pemindahan panas dari uap refrigeran bersuhu dan bertekanan tinggi hasil pemampatan kompresor ke medium pengembun di luar kondensor.

c. Pemuaian. Pemuaian adalah proses pengaturan kesempatan bagi refrigeran cair untuk memuai agar selanjutnya dapat menguap di evaporator.

d. Penguapan (evaporasi), pada proses ini, refrigeran cair berada dalam pipa logam evaporator mendidih dan menguap pada suhu tetap, walaupun telah menyerap sejumlah besar panas dari lingkungan sekitarnya yang berupa zat alir dan pangan dalam ruangan tertutup berinsulasi. Panas yang diserap dinamakan “panas laten penguapan.

Gambar 4. Siklus Refrigerasi

D.    Sistem kontrol pabrik es

Sistem kontrol yang ada di pabrik es adalah komponen – komponen pada mesin refrigerasi yang melakukan pengontrolan pada aliran refrigerant yang digunakan sebagai media pendingin pada mesin refrigerasi pabrik es. Komponen atau bagian peralatan pada sistem refrigerasi pabrik es sama seperti pengontrolan refrigerasi pada umumnya, yaitu yang berperan melakukan pengontrolan terhadap aliran refrigerant supaya penggunaannya dalam melakukan pendinginan hingga air menjadi es adalah katub ekspansi. Katup expansi berfungsi untuk mengatur refrigeran yang masuk ke evaporator. Katup expansi dilengkapi pegas katup, bola thermal, dan diafragma. Katup ditekan oleh pegas agar selalu menutup sedangkan bola thermal selalu berusaha mendorong katup untuk membuka.

Diafragma terletak di atas katup expansi dan berhubungan dengan pena penggerak katup. Jika pena katup turun, maka katup akan membuka dan sebaliknya apabila kompresor hidup, maka aliran refrigeran cair yang bertekanan tinggi masuk dan katup jarum akan membuka lebar. Ketika kevakuman pada saluran masuk, besar tekanan dalam bola thermal sangat tinggi , kemudian tekanan ini diteruskan oleh diafragma lewat pipa kapiler. Tekanan bola thermal dalam diafragma melawan tekanan pegas katup dan tekanan pipa equalizer sampai diafragma melengkung. Lengkungan diafragma tersebut diteruskan ke katup dengan perantaraan pena penggerak. Katup membuka dan refrigeran dalam evaporator naik karena dipanasi oleh udara hangat yang melewati evaporator, akibatnya refrigeran mendidih dan menjadi gas. Gas refrigeran tersebut mengalir menuju saluran pemasukan pemasukan ke kompresor. Walau sedang mendidih suhunya tetap dingin dan membantu mendinginkan bola thermal sehingga akan mengurangi tekanan pada diafragma. Kontrol aliran refrigerant yang biasa digunakan pada system refrigerasi adalah sebagai berikut :

a.       Pipa Kapiler

Pipa kapiler adalah pipa tembaga dengan diameter lubang kecil dan panjang tertentu. Besarnya tekanan pipa kapiler bergantung pada ukuran diameter lubang dan panjang pipa kapiler. Pipa kapiler diantara kondensor dan evaporator Refrigeran yang melalui pipa kapiler akan mulai menguap. Selanjutnya berlangsung proses penguapan yang sesungguhnya di evaporator. Jika refrigeran mengandung uap air, maka uap air akan membeku dan menyumbat pipa kapiler. Agar kotoran tidak menyumbat pipa kapiler, maka pada saluran masuk pipa kapiler dipasang saringan yang disebut strainer.

Ukuran diameter dan panjang pipa kapiler dibuat sedemikian rupa, sehingga refrigeran cair harus menguap pada akhir evaporator. Jumlah refrigeran yang berada dalam sistem juga menentukan sejauh mana refrigeran di dalam evaporator berhenti menguap, sehingga pengisian refrigeran harus cukup agar dapat menguap sampai ujung evaporator.

Bila pengisian kurang, maka akan terjadi pembekuan pada sebagian evaporator. Bila pengisian berlebih, maka ada kemungkinan refrigeran cair akan masuk ke kompresor yang akan mengakibatkan rusaknya kompresor. Jadi sistem pipa kapiler mensyaratkan suatu pengisian jumlah refrigeran yang tepat.

Gambar 5. Pipa Kapiler

b.       Automatic Expansion Valve

jenis kontrol aliran ini dirancang untuk menjaga tekanan yang konstan pada evaporator, jika pada beban normal evaporator tidak seluruhnya membeku, maka atur atau buka katup lebih lebar dengan mengatur adjusting screw. Sebaliknya jika pada beban normal, evaporator membeku hingga mencapai suction line maka tutup katup lebih kecil dan jika sudah minimum maka masalahnya terdapat pada refrigerant yang terlalu banyak.

Beberapa katup ekspansi yang peka terhadap perubahan beban, antara lain adalah katup ekspansi otomatis (AXV) yang menjaga agar tekanan hisap atau tekanan evaporator besarnya tetap konstan.Bila beban evaporator bertambah maka temperatur evaporator menjadi naik karena banyak cairan refrigeran yang menguap sehingga tekanan di dalam saluran hisap (di evaporator) akan menjadi naik pula. Akibatnya “bellow” akan bertekan ke atas hingga lubang aliran refrigeran akan menyempit dan ciran refrigeran yang masuk ke evaporator menjadi berkurang. Keadaan ini menyebabkan tekanan evaporator akan berkurang dan “bellow” akan tertekanan ke bawah sehingga katup membuka lebar dan cairan refrigeran akan masuk ke evaporator lebih banyak. Demikian seterusnya.

Gambar 6. Automatic Expansion Valve

c.       Thermostatic Expansion valve

kontrol aliran jenis ini adalah kontrol aliran yang mengatur temperatur superheat. Kontrol aliran jenis ini paling banyak digunakan karena paling mudah diatur, laju aliran tertutup pada saat off-cycle dan secara otomatis dapat mengatur laju aliran refrigerant berdasarkan superheat pada keluaran evaporator.

Jika AXV bekerja untuk mempertahankan tekanan konstan di evaporator, maka katup ekspansi termostatik (TXV) adalah satu katup ekspansi yang mempertahankan besarnya panas lanjut pada uap refrigeran di akhir evaporator tetap konstan, apapun kondisi beban di evaporator. Cara kerja TXV adalah sebagai berikut :

Jika beban bertambah, maka cairan refrigran di evaporator akan lebih banyak menguap, sehingga besarnya suhu panas lanjut dievaporator akan meningkat. Pada akhir evaporator diletakkan tabung sensor suhu (sensing bulb) dari TXV tersebut. Peningkatan suhu dari evaporator akan menyebabkan uap atau cairan yang terdapat ditabung sensor suhu tersebut akan menguap (terjadi pemuaian) sehingga tekanannya meningkat. Peningkatan tekanan tersebut akan menekan diafragma ke bawah dan membuka katup lebih lebar.

Hal ini menyebabkan cairan refrigeran yang berasal dari kondensor akan lebih banyak masuk ke evaporator. Akibatnya suhu panas lanjut di evaporator kembali pada keadaan normal, dengan kata lain suhu panas lanjut di evaporator di jaga tetap konstan pada segala keadaan beban.

Gambar 7. Thermostatic Expansion Valve

E.    Pengoperasian pabrik es

Pada tahap  operasi, proses  pembuatan  es  dilakukan  terus  menerus sesuai dengan kapasitas pabrik es sendiri.  Bahan baku yang digunakan adalah air yang bersumber dari mata air pegunungan ataupun sumur bor yang dibuat di sekitar lokasi pabrik es berdiri. Pengoperasian pabrik es bertujuan untuk menghasilkan air beku yang akan digunakan sesuai kebutuhan akan es tersebut, dalam mekanismenya pembuatan es ini memiliki dua siklus yaitu siklus air dan siklus refrigeran

a.       Siklus air

Bahan  baku  yang  diperlukan  untuk  membuat  es  balok  adalah  air  yang diperoleh dari sumur bor atau mata air sesuai kapasitas dari pabrik. Bahan baku lain yang digunakan  dalam  pengoperasian  pabrik  es  adalah  garam untuk  membuat brine (air  garam).  Prinsip  dasar  produksi  es  balok  adalah  pembekuan  air  dengan memakai media  larutan  garam (brine) yang  memiliki  suhu  mendekati  titik  beku larutannya.  Proses  pendinginan  brine menggunakan  bantuan  sirkulasi refrigerant ammonia.

Mekanisme  proses  pabrik  es  dijelaskan  sebagai  berikut: Air  sumur  bor disedot  dengan  mesin  pompa (sub  mersible  pump).  Lalu, disalurkan  ke bak  penampungan  air,  kemudian  dialirkan  ke  bak  pengisian  air.  Dalam pengisian  air  ke  dalam  cetakan  air  yang  masuk  diatur  oleh  katup  tangan dan  pipa-pipa  yang  sudah  diarahkan  ke  cetakan  es.  Cetakan  es  tersebut diisi air dalam jumlah yang tidak penuh, yaitu kurang dari 15 cm permukaan atas cetakan.

Gambar 8. Cetakan es / ice can

Hal ini dilakukan agar air garam yang ada di bak pendingin tak bercampur dengan air di cetakan. Air yang dimasukkan ke dalam cetakan mempunyai temperatur 30 ^oC. Selanjutnya ice candimasukkan sebagian permukaannya kedalam larutan garam dalam freezing  tank (tangki  pendingin).  Kadar garam  tersebut  kurang  dari -18 ^oC,  maka  seolah-olah  air  garam  tersebut menjadi  beku.  Apabila  kadar air  garam  melebihi  20^oC,maka keadaan  es akan sangat keras (sulit cair) karena melebihi titik beku. Kemudian  cetakan  es  tersebut  direndam  di  dalam  bak  pendinginan  yang berisi  air  garam  dengan suhu  awal  air  cetakan  adalah  30^oC.  Lamanya pembekuan untuk es balok dengan berat 50 kg adalah 18 –24jam. Pada saat  cetakannya  direndam,  permukaan  air  garam  harus  tinggi  dari permukaan  air  yang  berada  dalam  cetakan  dengan  tinggi  lebih  kurang  8 centimeter. Bila suhu dingin tidak mencapai -8 – -12^oC, maka es tersebut tidak  akan  menjadi  beku.  Hal  ini  disebabkan  refrigerant  yang  mengalir kurang. Sedangkan apabila temperaturnya melebihi 12^oC maka es tersebut akan rapuh karena perbedaan suhu yang tinggi dengan brine (air garam).

b.     Siklus refrigerant (amonia)

Brine  didinginkan  dengan  menggunakan  bantuan  refrigerant  ammonia.

Pada  siklus  ini,  pendinginan  dilakukan  secara  tidak  langsung (indirect expansion coil) karena evaporator di sistem tidak langsung mendinginkan air yang ada di cetakan, tapi melalui zat cair perantara yaitu larutan garam (NaCl). Fluida refrigerant yang digunakan adalah amonia (NH3). Amonia dapat  mendinginkan  es  karena  ada  kompressor  yang  berfungsi untuk menekan  amonia,  sehingga  pada  saat  ekspansi  dan  dialirkan  ke  seluruh sistem  dapat  menjadi  pendingin. Alat  pemindah  panas  dari  sistem refrigerasi  ke  media  pendingin  disebut  kondensor.  Kondensor  ini digerakkan oleh motor penggerak dengan sumber daya listrik. Sedangkan amonia dilewatkan melalui katup ekspansi untuk menurunkan tekanan sehingga  temperaturnya  turun  sampai  ke  tekanan  evaporator. 

Gambar 9. Siklus refrigerasi

Katup  ekspansi  merupakan  cara  sangat  sederhana  dalam  menurunkan tekanan  dan  mengalirkan  refrigerant  ke evaporator.  Pada  katup ekspansi akan terjadi  perubahan fasa dari cairan tekanan tinggi menjadi cairan tekanan rendah  yang  mengalir ke vendamper. Vendamper  fungsinya sebagai penyerap panas dari  produk atau air garam dan memberi dingin pada produk refrigeran amonia uap bertekan rendah. Di dalam vendamper terjadi perpindahan kaloryang ada dicetakan dipindahkan/dilepaskan ke larutan garam secara konduksi.Dengan demikian, es balok yang telah selesai diangkat menggunakan hoist crane dan dimasukkan ke dalam ice storage.

Hal – hal penting yang perlu diperhatikan dalam proses produksi

a.       Kualitas air bahan baku sesuai ketentuan air bersih Permenkes

b.      Pengadaan kompresor sesuai kebutuhan pendingin

c.       Pembuatan brine  tank harus  sesuai  standar  untuk  menghindari kebocoran