Sistem Pendinginan Nokturnal Hibrida untuk Penyimpanan Dingin Sayur-sayuran Segar

Abstract

Pendinginan nokturnal adalah pendinginan yang memanfaatkan dingin langit cerah malam hari. Pendinginan jenis ini sudah dikaji dan dimanfaatkan dengan sukses terutama di daerah kering. Tetapi penemuan mengungkap bahwa pendinginan ini juga bisa diterapkan di daerah lembab. Pendinginan jenis ini berpotensi untuk dimanfaatkan di Indonesia. Dalam penelitian ini penggunaan pendinginan nokturnal dalam instalasi pendinginan dipadukan dengan pendinginan konvensional untuk mencapai sasaran suhu penyimpanan yang sesuai untuk penyimpanan kebanyakan sayur-sayuran subtropis dalam penyimpanan yang tercampur. Penelitian dilakukan dengan tujuan mengkaji potensi pendinginan nokturnal dalam rangka mengurangi penggunaan sumber energi tidak terbarukan dalam penyimpanan dingin sayur-sayuran. Untuk mencapai tujuan itu dilakukan serangkaian percobaan, simulasi, dan optimisasi serta analisis teknoekonomi sistem penyimpanan dingin sayur-sayuran. Potensi pendinginan nokturnal dinyatakan sebagai kemampuan pendinginan nokturnal yang sulit ditetapkan nilainya secara akurat. Ketepatan dalam menetapkan kemampuan pendinginan nokturnal ditentukan oleh ketepatan dalam menetapkan koefisien pindah panas konveksi dan suhu langit. Koefisien pindah panas konveksi pada umumnya ditetapkan secara empiris. Dalam penelitian ini nilai koefisien ini diduga dengan menggunakan dua pendekatan yaitu pendekatan secara empiris dan analitis. Dengan cara pendekatan seperti ini diperoleh persamaan penduga h = 5.513V0.5 dan h = 5.277V0.5 masing-masing untuk pendekatan empiris dan analitis. Persamaan penduga dengan pendekatan analitis memberikan pendugaan terbaik dengan RMSE 0.75 W/m2oC. Pendugaan suhu langit dilakukan dengan menduga emisivitas langit menggunakan model-model empiris dan analitis penduga emisivitas efektif untuk langit cerah. Setelah dikoreksi dengan pengaruh awan dengan persamaan εa,all = εa,c + (1 - εa,c)k maka diperoleh model empiris Martin dan Berdahl (1984), Idso dan Jackson (1969) dan Boldrin dan Sovrano (1974) baik digunakan sebagai penduga emisivitas efektif keseluruhan di dataran tinggi, sedangkan di dataran rendah model empiris Clark dan Allen (1978), Brunt (1932), disamping Idso dan Jackson (1969) dan Boldrin dan Sovrano (1974) baik digunakan sebagai penduga. Model empiris dan analitis yang sudah dikoreksi dengan memasukkan pengaruh awan dalam bentuk regresi linier dan non-linier memiliki performansi pendugaan suhu langit yang baik dengan kisaran nilai a, b dan koefisien determinasi -0.31-0.38, 0.85-1.04, 0.88-0.90 untuk dataran tinggi. Untuk dataran rendah nilai kisaran untuk a, b dan koefisien determinasi berturut-turut 0.31-2.91, 0.82-0.98, 0.71-0.76. Pada tanggal 11-17 Juli 2007, kemampuan pendinginan nokturnal rata-rata di dataran tinggi mencapai 43.7 W/m2 dengan nilai minimum 36.1 W/m2 dan nilai maksimum 65 W/m2. Di dataran rendah pada bulan September 2007 dari tanggal 1 sampai dengan 12, kemampuan pendinginan nokturnal rata-rata 17.6 W/m2 dengan nilai terendah 14.83 W/m2 dan tertinggi 21.83 W/m2. Dengan kemampuan pendinginan seperti ini, di daerah pegunungan air dingin yang dihasilkan dapat mencapai suhu 7oC di bawah suhu lingkungan dan di dataran rendah hanya 1oC. Salah satu faktor pembatas pemanfaatan air dingin yang dihasilkan pendinginan nokturnal adalah parameter termal alat penukar panas. Dikaji pengaruh keefektivan alat penukar panas terhadap biaya investasi awal. Berdasarkan pada hasil optimisasi terungkap bahwa biaya investasi awal dapat dikurangi dengan membuat alat panas yang memiliki keefektivan tinggi. Alat penukar panas dengan nilai keefektivan 0.4 membutuhkan biaya investasi awal Rp 4263133. Bila keefektivan alat penukar panas ditingkatkan menjadi 0.6 dan 0.8 maka biaya investasi awal turun sebesar 43.8% dan 65.5%. Pemanfaatan instalasi penyimpanan dingin dengan sistem pendinginan nokturnal hibrida dan dengan menutup permukaan sayur dengan kertas koran yang dibasahi, mampu menekan kehilangan berat sayur-sayuran yang disimpan rata-rata 10% lebih rendah daripada kehilangan berat sayur-sayuran yang disimpan di dalam gudang. Pengemasan sayur juga mampu mengurangi kehilangan berat sayursayuran sebesar 85% lebih rendah daripada sayur yang tidak dikemas dan disimpan di dalam instalasi penyimpanan dingin. Pemanfaatan air dingin dari pendinginan nokturnal juga memberikan manfaaat secara finansial. Bila tidak menggunakan pendinginan nokturnal maka nilai Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), Benefit Cost Ratio (BCR), Return on Investment (ROI) dan payback period (PbP) adalah Rp 199600000, 71.77%, 1.08, 72.32%, dan 1.38 tahun. Dengan memanfaatkan instalasi dingin untuk penyimpanan sayur-sayuran maka nilai NPV, IRR, BCR, ROI, dan PbP adalah Rp 266600000, 89.35%, 1.12, 89.64%, dan 1.12 tahun. Dengan manfaatkan air dingin hasil pendinginan nokturnal dengan kisaran suhu 10-14oC untuk mendinginkan suhu ruang penyimpanan maka total biaya listrik untuk penyimpanan dingin dapat dikurangi 17.7. sampai dengan 11.7%. Air dingin dengan kisaran suhu seperti disebutkan di atas dapat dicapai di dataran tinggi. Jadi disarankan untuk membangun instalasi penyimpanan dingin di dataran tinggi. Kata kunci: Pendinginan nokturnal, pendinginan hibrida, emisivitas efektif langit, suhu langit, sayur-sayuran, optimisasi biaya investasi, analisis finansial.