Pada prinsipnya, sistem pendingin bekerja berdasarkan pada pengambilan kalor dari satu tempat dan dibawa ke tempat lain. Tempat atau daerah tersebut adalah tempat yanga akan didinginkan dan tempat lainnya adalah tempat pembuangan kalor. Pengambilan kalor dari tempat yang didinginkan ini dilakukan oleh zat pendingin antara yaitu refrigeran yang menguap di dalam sistem. Agar terjadi proses pengambilan kalor, maka di dalam sistem pendingin tertutup perlu adanya perbedaan tekanan yaitu tekanan tinggi dan tekanan rendah. Bila kompresor digunakan untuk keperluan ini, maka sistem tersebut dinamakan sistem pendingin mekanik. Bila tidak memerlukan kompresor atau peralatan sejenis maka sistem dinamakan sistem pendingin non-mekanik.
A. Sistem Pendingin Mekanik
Refrigeran di dalam sistem akan dapat menguap apabila terjadi suatu kondisi tertentu sesuai dengan kondisi dimana refrigeran mencapai titik didihnya. Titik didih refrigeran pada umumnya berada dibawah suhu 0°C pada tekanan atmosfer normal. Dengan demikian perlu adanya suatu daerah (di dalam sistem) agar titik didih refrigeran tercapai.
1. Sistem kompresi
Salah satu pemecahan untuk mendapatkan kondisi agar titik didih refrigeran tercapai adalah dengan jalan membentuk suatu daerah penguapan yang bertekanan rendah. Seperti terlihat pada tabel-tabel uap refrigeran titik didih dapat dicapai dengan kondisi bermacam-macam sesuai dengan tekanan yang bekerja pada saat itu. Hal ini dapat dilakukan dengan cara sistem kompresi uap yaitu menciptakan dua daerah tekanan yang berbeda untuk mendapatkan keadaan refrigeran yang berbeda. Refrigeran yang berbeda adalah refrigeran dalam keadaan cair dan uap. Refrigeran dalam bentuk uap ini diubah kembali bentuknya agar menjadi cairan. Untuk mendapatkan dua bentuk refrigeran ini (cair dan uap) diperlukan beberapa peralatan pokok dalam sistem kompresi uap.
Dengan adanya kompresor serta katup ekspansi terbentuklah dua daerah yaitu daerah yang bertekanan tinggi dimana refrigeran dirubah bentuknya menjadi cair setelah mencapai suhu pengembunan. Hal ini dilakukan dengan cara ditekan dan untuk daerah yang bertekanan rendah agar refrigeran diusahakan menguap di daerah ini setelah tercapai suhu penguapannya.
Pada sistem pendingin mekanik, sistem dibagi menjadi dua daerah tekanan yang digunakan refrigeran. Daerah tekanan rendah sistem terdiri atas katup ekspansi, evaporator, dan saluran isap. Tekanan yang digunakan refrigeran pada bagian ini adalah tekanan rendah dimana refrigeran menguap di evaporator. Tekanan ini dikenal sebagai sisi tekanan rendah atau tekanan evaporator atau tekanan isap atau pula tekanan balik.
Sisi tekanan tinggi atau sisi tekan dari sistem terdiri atas kompresor, saluran tekan atau saluran gas panas kondensor, penampung refrigeran dan saluran cairan. Tekanan yang digunakan refrigeran pada bagian ini adalah tekanan tinggi dimana refrigeran mengembun di kondensor. Tekanan ini disebut tekanan pengembunan atau tekanan discharge atau lebih dikenal dengan tekanan head.
Titik pembagi antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah dari sistem adalah katup ekspansi atau alat kontrol aliran refrigeran dimana pada alat ini tekanan refrigeran diturunkan dari tekanan pengembunan ke tekanan penguapan dan pada katup tekan (katup pengeluaran di sisi tekan) kompresor, dimana uap refrigeran bertekanan tinggi keluar setelah ditekan.
Cara kerja sistem pendingin mekanik jenis sistem kompresi ini dapat digambarkan sebagai berikut.
Dimulai dari penampung refrigeran, refrigeran cair bertemperatur dan bertekanan tinggi, kemudian mengalir melalui saluran cairan menuju ke katup ekspansi. Pada katup ini tekanan refrigeran cair diturunkan hingga temperatur penguapannya. Dengan demikian temperatur jenuh refrigeran ketika memasuki evaporator akan lebih rendah dari temperatur sekelilingnya. Didalam evaporator ini refrigeran akan menguap pada tekanan dan temperatur tetap serta mengambil kalor dari daerah sekitar atau sekelilingnya. Akibat kerja dari kompresor, uap hasil penguapan kemudian diisap melalui saluran isap menuju kompresor. Selama mengalir melalui saluran isap ini refrigeran uap dari evaporator menuju kompresor, uap biasanya menyerap kalor dari udara sekeliling saluran isap dan uap menjadi uap dipanaskan lanjut.
Di dalam kompresor temperatur dan tekanan uap naik akibat ditekan kompresor. Uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi ini kemudian mengalir melalui saluran gas panas ke kondensor. Di kondensor, uap akan membuang atau mengeluarkan kalor ke udara sekeliling yang mengalir karena hembusan kipas kondensor. Ketika uap panas memberikan kalor ke udara sekeliling yang lebih dingin, temperatur uap turun hingga temperatur pengembunannya sesuai dengan tekanan pada saat itu. Kemudian refrigeran akan mengembun dan kembali berubah bentuk menjadi cairan. Refrigeran cair ini, kemudian kembali menuju penampang refrigeran dan siap untuk beredar kembali. Selama refrigeran cair mengalir melalui saluran tekan atau cairan refrigeran memberikan kalor ke udara sekeliling saluran dan refrigeran cair ini menjadi cairan yang didinginkan lanjut.
2. Kompresor
Didalam sistem pendingin mekanik, kompresor merupakan alat yang sangat diperlukan. Kompresor sering disebut sebagai jantung dari suatu sistem pendingin mekanik. Cara bekerjanya seperti halnya dengan jantung manusia, memompa refrigeran dan mengerdarkannya ke seluruh sistem.
Pada prinsipnya, fungsi dari kompresor adalah :
a. Dengan adanya katup ekspansi membentuk dua daerah tekanan yaitu daerah atau sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah.
b. Dengan prinsip kerja isap-tekan, dapat mengedarkan refrigeran ke seluruh sistem.
Dari letak motor penggerak kompresor tersebut, kompresor dapat dibagi menjadi 3 macam yaitu:
a. Kompresor Hermetic.
b. Kompresor Semi-hermetic.
c. Kompresor Open-type
Kompresor hermetic adalah kompresor dimana motor penggerak kompresornya berada dalam satu tempat atau rumah yang tertutup, bersatu dengan kompresor. Motor penggerak langsung menggerakkan atau memutarkan poros kompresor.
Kompresor Semi-hermetic adalah kompresor dimana motor serta kompresornya berada dalam satu tempat atau rumah, tetapi motor penggeraknya letaknya terpisah dari kompresor. Kompresor digerakkan oleh motor penggerak melalui sebuah poros penggerak. Kompresor Semi-hermetic sering disebut pula kompresor hermetic jenis baut atau bolset type hermetic.
Kompresor open-type adalah kompresor dimana motor penggeraknya terpisah sama sekali dengan kompresor yang digerakkannya. Kompresor digerakkan oleh motor penggerak melalui hubungan sabuk. Kompresor jenis ini pada umumnya lebih banyak digunakan pada unit-unit yang besar kapasitasnya serta pemeliharaannya lebih mudah dan sederhana. Namun kompresor jenis ini mempunyai kelemahan yaitu suaranya bising. Suara bising hermetic dan Semi-hermetic pada kompresor praktis kurang atau lebih lemah. Kompresor berfungsi membentuk dua daerah tekanan refrigeran dan mengerdarkannya ke seluruh sistem. Bila dilihat dari sisi kedua fungsi ini, maka kompresor dapat dibagi menjadi 4 bagian yaitu:
1). Kompresor Torak (Reciprocating Compressor) .
2). Kompresor Rotari (Rotary Compressor).
3). Kompresor Sentrifugal (Centrifugal Compressor).
4). Kompresor Ulir (Screw-type Compressor).
Ada dua jenis kompresor rotari yang umum digunakan yaitu kompresor rotari yang menggunakan pisau-pisau yang ikut berputar dengan porosnya dan kompresor rotari yang menggunakan pisau pula namun, pisau tersebut tetap diam tidak ikut berputar dengan porosnya (blade type).
Kompresor rotari banyak digunakan pada refrigerator rumah tangga dan unit sistem tata udara hingga 5 HP.
Gambar Kompresor rotari dengan pisau tetap pada tempatnya
Kompresor sentrifugal banyak digunakan pada sistem pendingin yang besar. Uap refrigeran ditarik dan ditekan dengan pendorong (impeller) atau rotor dengan kecepatan putar yang sangat tinggi. Berkapasitas antara 35 ton hingga 2000 ton.
Kompresor Ulir sering disebut kompresor rotari jenis pilin atau Helical rotary Compressor. Kompresor ini menggunakan sepasang motor khusus yang berbentuk pilin atau ulir. Kompresor ini banyak digunakan pada sistem yang berkapasitas besar (di atas 20 ton).
Gambar Kompresor ulir drngan dua jenis roda gigi pilin
3. Katup Ekspansi
Refrigeran di evaporator harus berada pada tekanan yang rendah dengan demikian akan menguap pada suhu yang rendah pula. Refrigeran cair pada unit pengembun (kondensor) adalah refrigeran yang bertekanan tinggi. Unit pendingin akan bekerja secara otomatis hingga diperlukan satu alat kontrol refrigeran yang harus ditempatkan dalam rangkaian sistem pendingin antara saluran cairan dan evaporator. Alat kontrol refrigeran akan menurunkan tekanan yang tinggi pada saluran cairan menjadi tekanan yang rendah di evaporator. Alat kontrol refrigeran dikenal dengan nama katup ekspansi.
Pada dasarnya ada 6 macam alat kontrol refrigeran atau katup ekspansi yaitu:
a. Katup tangan.
b. Pelampung sisi tekanan rendah.
c. Pelampung sisi tekanan tinggi.
d. Pipa kapiler.
e. Katup ekspansi otomatis.
f. Katup ekspansi termostatis.
Fungsi katup ekspansi ini adalah untuk mengontrol jumlah refrigeran cair yang mengalir dari saluran yang masuk ke evaporator dan mempertahankan perbedaan tekanan antarsisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah sistem agar refrigeran dapat menguap di evaporator pada tekanan yang rendah.
a. Katup tangan
Alat yang paling sederhana yang digunakan sebagai alat kontrol refrigeran adalah katup tangan. Jumlah refrigeran yang masuk ke evaporator diatur dengan cara menutup dan membuka katup secara manual (dengan tangan). Katup ini digunakan pada sistem pendingin pada instalasi industri yang besar dan pabrik-pabrik es.
b. Pelampung sisi tekanan rendah
Susuai dengan namanya, pelampung sisi tekanan rendah ditempatkan di sisi tekanan rendah pada sistem pendingin. Alat ini berfungsi sebagai alat untuk mempertahankan permukaan refrigeran cair agar tetap konstan jumlahnya di dalam evaporator. Bila refrigeran cair didalam evaporator berkurang, pelampung akan membuka katup dan refrigeran cair dari saluran cairan mengalir masuk melalui katup.
Gambar Pelampung sisi tekanan rendah
c. Pelampung sisi tekanan tinggi
Pelampung sisi tekanan tinggi adalah alat kontrol refrigeran yang ditempatkan pada sisi tekanan tinggi. Refrigeran cair yang keluar dari kondensor langsung mengalir masuk ke dalam ruang pelampung sisi tekanan tinggi. Bila permukaan refrigeran cair naik, pelampung yang berada dalam ruang akan membuka katup dan refrigeran cair akan mengalir ke dalam evaporator.
Gambar Pelampung sisi tekanan tinggi
d. Pipa Kapiler
Pipa kapiler merupakan jenis alat kontrol refrigeran yang banyak digunakan. Pipa kapiler adalah pipa yang bagian dalamnya berdiameter sangat kecil. Besarnya diameter bagian dalam dan panjang pipanya akan mengatur jumlah aliran refrigeran.
e. Katup Ekspansi Otomatis
Katup ekspansi otomatis (AEV atau AXV = Automatic Expansion Value) atau katup ekspansi yang dikontrol oleh tekanan adalah alat kontrol refrigeran yang bekerja berdasarkan tekanan pada sisi tekanan rendah didalam sistem. Salah satu jenis katup ekspansi otomatis yang biasa digunakan adalah katup ekspansi tekanan tetap. Cara kerja katup ekspansi otomatis adalah sebagai berikut.
Gambar Kontruksi bagian dalam sebuah katup ekspansi otomatis
Bellow (A) bergerak karena tekanan di evaporator berubah. Perubahan tekanan ini disebabkan kalor yang diserap bertambah atau dengan kata lain beban pendinginan bertambah. Bila tekanan bertambah, bellow A mengembang, menekan pegas dan menutup katup (B). Bila katup (B) tertutup, maka refrigeran yang mengalir ke dalam evaporator terhenti. Akibatnya, tekanan di evaporator turun karena adanya kerja isap dari kompresor. Bila tekanan di evaporator telah turun hingga kekuatan penyetelan pegas, maka pegas akan menekan bellow (A) kembali ke keadaan penyetelan sekrup penyetel (C). Katup (B) akan tertekan atau terbuka kembali dan refrigeran akan mengalir ke dalam evaporator. Dengan demikian, jumlah refrigeran yang mengalir ke dalam evaporator akan tetap jumlahnya walaupun keadaan beban pendinginan di evaporator berubah-ubah, karena tekanan di evaporator diatur tetap oleh katup ekspansi otomatis ini.
f. Katup Ekspansi Termostatis
Katup ekspansi yang umum digunakan pada sistem pendingin komersil dan sistem tata udara adalah katup ekspansi termostatis. Katup ini bekerja dengan cara mempertahankan superheat (pemanasan lanjut) agar tetap nilainya di ujung evaporator.
Gambar Katup Ekspansi Termostatis
4. Evaporator
Evaporator adalah tempat menguap (to evaporator rate = menyuap) yaitu suatu alat atau peralatan tempat terjadinya penguapan yang ditempatkan disisi tekanan rendah pada suatu sistem pendingin. Pada evaporator inilah terjadi penyerapan kalor karena refrigeran menguap di dalam tempat ini.
Evaporator sering disebut lilitan pendingin atau cooling coil. Fungsi dari evaporator adalah sebagai tempat menyerap kalor dari udara sekeliling oleh refrigeran yang menguap. Kalor ini kemudian dibawa dan akan dibuang atau dilepaskan di kondensor.
Pada dasarnya ada dua jenis evaporator yaitu:
a) sistem ekspansi kering atau ekspansi langsung (dry expansion atau direct expansion evaporator).
b) sistem banjir (flooded evaporator).
0 Comments