Apa itu Siklus Refrigerasi, dan bagaimana definisinya?

Evelyn Maitee Marin
Insinyur Industri, MSc Fisika, dan EdD

Siklus refrigerasi mengacu pada proses termodinamika berulang di mana suatu zat digunakan sebagai refrigeran itu mengubah fase melalui sirkuit, dan fungsinya adalah menyerap panas dari suatu ruang untuk dikondisikan untuk melepaskan panas di ruang lain wilayah. Tidak seperti siklus termodinamika lainnya seperti daya, dalam sistem yang digunakan untuk pendinginan, tujuannya tidak demikian memperoleh energi untuk dijual atau dikonsumsi, melainkan pengkondisian termal suatu ruang, misalnya, a ruang.

Dengan skema operasi yang mirip dengan siklus pendinginan, terdapat pompa panas, yang tidak seperti udara Dikondisikan, mereka digunakan untuk memanaskan ruangan, yaitu mengekstraksi panas dari lingkungan luar untuk melepaskannya ke dalam ruangan yang diinginkan. kondisi.

Dari sudut pandang teoretis, siklus refrigerasi dapat dipelajari dengan mempertimbangkan komponen-komponennya membuat sistem serta berbagai tahapan yang dilalui refrigeran di negara bagian yang berbeda. Grafik berikut menunjukkan klasifikasi sistem pendingin:

Jenis sistem pendingin

Komponen dasar dari siklus refrigerasi

Menurut yang kedua hukum dari Termodinamika, aliran panas terjadi secara spontan selalu dari daerah yang lebih besar suhu pada suhu yang lebih rendah, dan sebaliknya, beberapa perangkat atau mekanisme diperlukan untuk melakukan proses pendinginan. Untuk melakukan ini, setiap sistem pendingin memerlukan setidaknya empat komponen:

• Kompresor: adalah perangkat yang bertanggung jawab untuk meningkatkan tekanan refrigeran setelah menguap. Dalam kondisi ideal, proses kompresi berada pada entropi konstan, meskipun dalam praktiknya terjadi peningkatan entropi.

• Evaporator: sistem ini pada dasarnya adalah penukar panas tempat refrigeran bersirkulasi untuk menyerap panas dari ruang yang akan dikondisikan dan sebagai akibatnya, campuran berubah menjadi keadaan uap.

• Expansion valve: disebut juga pipa kapiler atau expander. Di bawah pertimbangan ideal, perangkat ini beroperasi isenthalpic (at entalpi konstan), dan fungsinya untuk menurunkan tekanan refrigeran di zona pencampuran.

• Kondensor: dibentuk oleh sebuah kumparan yang dilalui refrigeran dalam keadaan uap, pada tekanan dan suhu yang lebih tinggi dari kondisi di evaporator. Selama melewati kondensor, refrigeran melepaskan panas ke lingkungan luar dan mengembun hingga menjadi cairan. Idealnya, proses dari kondensasi itu terjadi pada tekanan konstan, meskipun pada kenyataannya penurunan tekanan biasanya terjadi.

Komponen dasar kulkas

Koefisien Kinerja (COP)

Seperti yang telah disebutkan, untuk mengekstraksi panas dari suatu ruang (dingin) dan membuat fase perubahan refrigeran dalam proses siklus, diperlukan perangkat yang beroperasi dengan konsumsi energi (listrik atau bahan bakar), dan ini merupakan biaya, yang harus dicoba untuk diminimalkan, memaksimalkan fungsi yang diharapkan dari mereka dalam siklus.

Dalam siklus daya, kinerja termal atau elektrik biasanya ditentukan dari efisiensi siklus atau komponennya, dan dengan demikian, nilai ini harus selalu berkisar antara 0 dan 1 (dalam persentase, nilainya antara 0 dan 100 %). Namun, dalam siklus refrigerasi, yang paling umum adalah menganalisa kinerjanya menggunakan sebagai parameter referensi koefisien kinerja, disingkat dengan akronim dalam bahasa Inggris sebagai COP (koefisien kinerja), yang nilainya hampir selalu lebih besar dari satu, selalu positif, dan ditentukan dari ekspresi berikut:

Siklus refrigerasi kompresi uap yang ideal

Dengan tujuan memaksimalkan koefisien kinerja siklus refrigerasi, metode yang berbeda telah dirancang, paling banyak Yang paling sederhana adalah refrigerasi kompresi uap, yang dibentuk oleh empat keadaan yang ditunjukkan berikut ini gambar):

• Proses kompresi isentropik dalam kompresor (status 1 – 2),

• Proses penolakan panas tekanan konstan dalam kondensor (status 2 – 3),

• Proses ekspansi isenthalpic di katup ekspansi (status 3 – 4),

• Proses penyerapan panas di evaporator pada tekanan konstan (status 4 – 1).

Skema berikut menunjukkan a diagram suhu (T) vs entropi (s) di mana keadaan berbeda yang dilalui refrigeran ditunjukkan selama perjalanannya melalui komponen sistem untuk menyelesaikan siklus pendinginan dengan kompresi uap:

Q_L adalah panas yang diserap dari ruang terkondisi, Q_H adalah kalor yang dibuang ke luar dan W_komp mewakili kerja kompresor.

Seperti yang dijelaskan, fluida kerja dalam siklus refrigerasi adalah refrigeran, dan ada banyak jenisnya di pasaran. Refrigeran telah berevolusi, dan saat ini, trennya adalah memilih refrigeran yang kurang berpolusi, tidak beracun, dan yang memiliki karakteristik yang diperlukan dalam sistem yang akan dipasang.

Beberapa jenis refrigeran yang paling umum digunakan

Kelompok refrigeran ini merupakan 90% dari refrigeran yang digunakan di Amerika Serikat.