Mesin pendingin merupakan mesin yang berfungsi untuk memindahkan panas dari lingkungan bersuhu rendah ke lingkungan bersuhu tinggi.Mesin pendingin dapat dibayangkan sebagai mesin kalor yang beroperasi secara terbalik (Young, 2002).
Secara skematik, aliran energi kalor pada mesin pendingin dapat digambarkan seperti gambar 1. Kalor yang diserap dari reservoir suhu rendah (Qinput) dan kerja yang dibutuhkan (W) memiliki hubungan matematis:
Rasio antara Qoutput/W, disebut sebagai Koefisien Kinerja (K). Semakin besar rasio ini, semakin baik pendinginnya.
Salah satu mesin pendingin adalah refrigerator atau kulkas. Komponen refrigerator terdiri dari kompresor, kondensor, evaporator, pipa kapiler atau katup eskpansi, filter, thermostat, heater, dan kipas.
1.Prinsip kerja dari mesin pendingin,
Mesin pendingin seperti pada Gambar 1. terdiri dari rangkaian tertutup berisi fluida refrigeran. Fluida refrigeran inibiasanya berupa senyawa Freon.
Kompresor sebagai komponen penggerak fluida digerakkan oleh motor listrik yang membutuhkan energi masukan untuk melakukan kerja (W) setiap siklusnya. Kerja selalu dibutuhkan untuk memindahkan panas dari benda dingin ke benda yang panas. Panas mengalir secara spontan dari benda panas ke benda lebih dingin, dan untuk membalikkan alirannya dibutuhkan kerja dari luar (Young, 2002).
Kompresor menarik fluida dari evaporator dan menurunkan tekanan dievaporator sehingga zat pendingin dapat menguap pada suhu yang lebih rendah. Penurunan tekanan fluida mengakibatkan fluida berubah fasenya dari cair menjadi uap. Proses perubahan fase cair ke fase uap ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, sehingga refrigeran menyerap panas (Qinput) dari sekelilingnya.
Fluida dari evaporator dikirim oleh kompresor ke kumparan kondensor pada tekanan tinggi. Suhu fluida menjadi lebih tinggi dari pada udara disekitar kondensor, maka fluida melepaskan kalor (Qoutput) dan sebagian refrigeran mengembun. Fluida berekspansi secara adiabatik menuju evaporator dengan laju yang dikontrol oleh katup ekspansi.
Siklus refrigeration dalam refrigerator dapat digambarkan melalui diagram P-V seperti gambar 2. Kompresor bekerja secara otomatis yang dikendalikan saklar otomatis. Saklar otomatis ini dapat berupa thermostat yang dikendalikan oleh suhu dan sebagai pengamannya dapat digunakan bimetal yang dikendalikan oleh tegangan listrik.
2.Sistem Kelistrikan dan Saklar Otomatis
Sistem kelistrikan pada refrigerator berfungsi untuk memasok energi listrik pada kompresor dan mengendalikan saklar otomatis. Melalui mekanisme yang sederhana, saat pintu refrigerator terbuka hanya lampu refrigerator yang menyala dan komponen lainnya tidak bekerja. Saat pintu ditutup, arus mengalir ke kompresor, dimulailah siklus pendinginan. Setelah suhu di dalam refrigerator mencapai suhu yang diinginkan, thermostat memutus arus ke kompresor dan memindahkan ke heater. Heater mulai bekerja untuk menghindari terbentuknya bunga es pada ruangan refrigerator (defrost). Heater bekerja sampai suhu ruangan mencapai 4 derajat Celcius. Saat suhu ruangan mulai naik kompresor kembali bekerja mendinginkan ruangan.
3.Aliran Konveksi Kalor dalam Ruang Pendingin
Evaporator sebagai komponen terpenting dalam proses pendinginan udara dalam ruang pendingin diletakkan di bagian atas dalam ruang pendingin. Hal ini berkaitan dengan proses konveksi kalor dalam ruang pendingin. Udara dingin yang telah diserap kalornya oleh evaporator memiliki kerapatan yang lebih tinggi dibanding udara yang relatif lebih hangat. Perbedaan kerapatan mengakibatkan udara yang lebih dingin dapat bergerak ke bawah dan udara yang relatif lebih hangat bergerak naik. Hal inilah yang memungkinkan evaporator dapat mendinginkan semua udara yang ada dalam ruang pendingin.
