Awalnya, tujuan utama pendinginan adalah untuk mengawetkan makanan. Orang Cina adalah yang pertama mengetahui bahwa es meningkatkan (umur) kehidupan dan meningkatkan rasa minuman dan selama berabad-abad orang Eskimo telah menyimpan makanan dengan cara membekukannya. Pada awal abad ke-19, telah diamati bahwa pertumbuhan mikroorganisme tergantung pada suhu, dimana pertumbuhan menurun ketika suhu turun dan pertumbuhan mikroorganisme menjadi sangat lambat pada suhu di bawah + 10 ° C. Sebagai konsekuensi dari pengetahuan ini, sekarang memungkinkan untuk menggunakan pendingin untuk mengawetkan bahan makanan dan es alami mulai digunakan untuk tujuan ini.

Ide pendingin udara dimulai sebelum mesin diciptakan untuk menghasilkan efek pendinginan yang diinginkan. Upaya pertama membangun pendingin udara dilakukan oleh John Gorrie (1803–1855), sebuah Dokter Amerika, di Apalachicola, Florida. Selama praktik dan risetnya di sana pada tahun 1830-an, Gorrie menciptakan mesin pembuat es yang esensinya meniupkan udara di atas ember es untuk mendinginkan kamar rumah sakit pasien yang menderita malaria dan demam kuning.

REFRIGERATOR DAN HEAT PUMP

Pernyataan Clausius dari Hukum Kedua Termodinamika: Tidak mungkin untuk menciptakan alat yang dapat beroperasi dalam suatu siklus, yang tidak memiliki efek selain perpindahan panas dari bodi yang lebih dingin ke bodi yang lebih panas.

Dengan demikian, pernyataan Clausius memberi tahu kita bahwa panas tidak akan mengalir dari area yang dingin ke area panas tanpa bantuan agen (baca: perangkat) dari luar. Perangkat yang menyediakan bantuan ini disebut kulkas dan pompa kalor. Cara kerja refrigerator (kulkas) dan pompa panas ditunjukkan pada Gambar 1.

cara kerja AC

Gambar 1. Prinsip Kerja Regrigerator dan Heat Pump

Perbedaan antara kulkas dan pompa kalor adalah salah satu tujuannya lebih banyak daripada tekniknya. Unit pendingin mentransfer panas dari daerah dingin ke daerah panas untuk tujuan pendinginan daerah dingin sementara pompa panas melakukan hal yang sama dengan tujuan memanaskan wilayah panas. Bingung yaa? Begini, saya akan jelaskan dengan contoh. Di negara yang kita cintai ini, Indonesia, dimana mengalami iklim tropis (2 musim, panas dan penghujan), dewasa ini, boleh dibilang, hampir 95 persen, penduduk kotanya menggunakan AC (baca: unit pendingin) untuk mendinginkan kamar di rumahnya pada siang hari yang terik. Maka, perangkat AC itulah yang digunakan untuk mentransfer panas dengan cara menyerap panas pada area yang lebih rendah temperaturnya (baca: kamar atau ruangan yang dipasang AC) dan kemudian melepaskan panasnya ke area yang lebih tinggi temperaturnya (baca: luar rumah). Bukankah suhu di luar rumah lebih tinggi dibandingkan suhu di dalam rumah (kamar)? Begitu juga pada negara beriklim sub tropis, seperti negara-negara eropa yang mengalami musim dingin hingga temperatur di bawah nol derajad, penduduknya menggunakan pompa kalor (heat pump) untuk memanaskan kamar rumahnya dengan mekanisme menyerap panas dari area yang lebih rendah suhunya (baca: luar rumah) dan kemudian melepaskan panasnya ke area yang lebih tinggi suhunya (baca: kamar atau dalam rumah). Bukankah suhu di luar lebih rendah (dingin) dibandingkan suhu di dalam)?

Kinerja lemari es dan pompa panas dinyatakan dalam Koefisien Kinerja (COP), yang didefinisikan sebagai:

COPr = Output yang diinginkan/input yang dibutuhkan = Efek Pendinginan/Input kerja = Ql/Win

COP hp = Output yang diinginkan/input yang dibutuhkan = efek pemanasan/input kerja = Qh/Win

COP hp = COPr +1

Tones of Refrigeration (TR): Efek pendinginan yang dihasilkan juga dikuantifikasi sebagai ton pendinginan disebut sebagai 'tonase chiller'.

TR = Q × Cp× (Ti - To) / 3.024 = 210 kJ / mnt atau 3,5 kJ / s.

di mana:

Q  = laju alir massa pendingin dalam kg / jam
Cp = Panas spesifik coolant dalam kkal / kg ° C
Ti  = Suhu masuk cairan coolant ke evaporator (chiller) dalam °C
To  = Suhu luar cairan coolant dari evaporator (chiller) dalam °C

1 TR pendingin = 3,024 kkal / jam panas yang dilepas

Daya kulkas = QL / C.O.P

Kapasitas unit pendingin = Tingkat penghilangan panas dalam ton
Panas yang diserap dari bodi atau ruang yang akan didinginkan, setara dengan panas laten fusi 1 ton es dari 0 ° C dalam 24 jam disebut 1 ton pendinginan.

KOMPONEN SISTEM REFRIGERASI (PENDINGIN)

Lima komponen dasar dari sistem pendingin adalah sebagai berikut:
1. Evaporator
2. Kompresor
3. Kondensor
4. Katup ekspansi
5. Refrigerant; untuk mengkonduksikan panas dari produk agar siklus pendinginan dapat beroperasi dengan baik sehingga refrigerant harus ada dalam sistem pendingin.

PENJELASAN

Evaporator
Tujuan evaporator adalah untuk menghilangkan panas yang tidak diinginkan dari produk (ruangan yang dikondisikan) melalui refrigeran cair (atau cairan pendingin). Produk disini bisa berupa objek atau  benda yang merupakan sumber panas. Kalau di ruangan bisa berupa penghuninya, lampu, laptop, dll. Kalau di kulkas bisa berupa makanan, buah-buahan, sayur mayur, telor dll.

Refrigeran cair yang bersirkulasi dalam evaporator akan mendidih pada tekanan rendah. Tingkat tekanan ini ditentukan oleh dua faktor:

  1. Laju di mana panas diserap oleh  refrigeran cair dari produk (ruangan yang dikondisikan) di evaporator. 
  2. Laju di mana uap bertekanan rendah dikeluarkan dari evaporator oleh kompresor untuk memungkinkan terjadi perpindahan panas, suhu refrigeran cair harus lebih rendah dari suhu produk yang sedang didinginkan. Setelah ditransfer, cairan pendingin diambil dari evaporator oleh kompresor melalui jalur hisap. Saat meninggalkan koil evaporator, refrigeran cair berbentuk uap.

Kompresor
Tujuan kompresor adalah untuk menarik uap suhu rendah dan bertekanan rendah dari evaporator melalui saluran hisap. Setelah ditarik, uapnya dikompres. Ketika uap dikompresi, uap akan naik suhunya. Oleh karena itu, kompresor mengubah uap dari uap suhu rendah ke uap suhu tinggi, yang pada gilirannya akan meningkatkan tekanan. Uap tersebut kemudian dilepaskan dari kompresor ke saluran pembuangan.

Kondensor
Tujuan dari kondensor adalah untuk mengekstraksi (baca: melepas) panas dari refrigeran ke udara luar. Kondensor biasanya dipasang di atap gedung yang diperkuat, yang memungkinkan terjadinya perpindahan panas. Kipas dipasang di atas unit kondensor yang  digunakan untuk menarik udara melalui koil kondensor. Suhu uap tekanan tinggi menentukan suhu di mana kondensasi dimulai. Sebagaimana panas harus mengalir dari kondensor ke udara, suhu kondensasi harus lebih tinggi dari udara. Uap tekanan tinggi di dalam kondensor kemudian didinginkan ke titik di mana ia kembali menjadi cair, dengan tetap mempertahankan panas. Refrigeran cair kemudian mengalir dari kondensor ke dalam garis cair.

Katup Ekspansi
Di dalam sistem pendingin, katup ekspansi terletak di ujung akhir garis cair, sebelum evaporator. Cairan tekanan tinggi, yang berasal dari kondensor kemudian mencapai katup ekspansi. Katup kemudian mengurangi tekanan refrigeran saat melewati lubang yang terletak di dalam katup. Pada proses pengurangan tekanan, suhu refrigeran juga menurun ke tingkat di bawah udara di sekitarnya. Cairan bertekanan rendah dan bersuhu rendah ini kemudian dipompa ke evaporator.

Referensi: Basic Mechanical Engineering, Pravin Kumar