(Refrigerator)

A.      Pendahuluan
Ketika tangan menyentuh alkohol, maka alkohol akan segera menguap dan tangan kita terasa dingin. Menguapnya alkohol disebabkan titik uapnya yang rendah, sehingga pada suhu kamar pun alkohol lebih mudah menguap. Pada saat alkohol menguap, maka alkohol membutuhkan sejumlah kalor yang diambil dari tangan kita, akibatnya suhu di sekitar kulit tangan akan mengalami penurunan. Hal inilah yang menghasilkan sensasi dingin di tangan kita.
Kasus lain misalnya, di siang bolong saat anda berada di tengah lapang di bawah terik matahari, tiba-tiba anda mendapatkan tetes-tetes air dari selang yang disemprotkan teman anda ke arah udara. Maka anda pun akan merasa dingin yang menyegarkan, walaupun suhu di sekitar anda tetap tinggi. Hal tersebut diakibatkan oleh menguapnya tetes-tetes air tersebut yang sempat mengenai kulit Anda. Sekali lagi menguapnya air-air tersebut di kulit anda akan mengambil panas di kulit anda yang pada akhirnya menghasilkan sensasi dingin di kulit anda. Jika hal tersebut dilakukan terus menerus dalam waktu satu jam lebih, anda tidak lagi sekedar  merasa dingin, tapi suhu tubuh anda akan turun dan anda dapat sakit.
Pada dasarnya apa yang telah dituliskan di atas merupakan prinsip yang mendasari kerja mesin pendingin (refrigerator) seperti kulkas, freezer atau AC. Namun AC fungsinya adalah sebagai penyejuk atau pendingin suhu udara dalam ruangan. Kulkas (lemari es dan freezer) merupakan salah satu barang yang tergolong vital bagi rumah tangga. Tentu tak perlu dijelaskan panjang lebar mengenai manfaatnya, karena hampir setiap orang telah lama memanfaatkannya. Di masa depan diperkirakan setiap keluarga akan memiliki kulkas tanpa terkecuali. Oleh karena itu ada baiknya kita memahami prinsip kerjanya yang mungkin kelak akan berguna bila mesin pendingin ini mengalami gangguan.
Inilah beberapa alasan pentingnya kita mengetahui prinsip kerja mesin pendingin. Untuk lebih jelasnya, maka makalah ini difokuskan kajiannya pada prinsip kerja refrigerator (mesin pendingin).
B.      Mesin Pendingin (Refrigerator)
Mesin pendingin adalah suatu rangkaian yang mampu bekerja untuk menghasilkan suhu atau temperature dingin. Mesin pendingin bisanya berupa kulkas, freezer atau AC. Namun AC fungsinya adalah sebagai penyejuk atau pendingin suhu udara dalam ruangan.
C.      Mengenal Cara Kerja Mesin Pendingin
Adapun proses kerjanya adalah “penguapan”. Untuk mendapatkan penguapan diperlukan gas (udara) yang mencapai temperature tertentu (panas). Setelah udara tersebut panas diubah agar kehilangan panas, sehingga terjadi penguapan. Disaat adanya penguapan, maka timbullah suhu di dalam temperature rendah (dingin). Mesin pendingin bisa bekerja dengan baik jika memiliki komponen berikut.

Gambar 1. Skema cara kerja mesin pendingin
Kompresor (Pipa Hisap‐Tekan)
Kompresor adalah suatu alat dalam mesin pendingin yang cara kerjanya dinamis atau bergerak, yakni menghisap sekaligus memompa udara sehingga terjadilahsirkulasi (perputaran) udara yang mengalir dari pipa‐pipa mesin pendingin.
Kondensor (Pipa Pengembun)
Kondensor merupakan suatu jaringan pipa yang berfungsi sebagai pengembun. Udara yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor. Udara yang berada dalam pipa kondensor akan mengalami pengembunan. Dari sini, udara yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju pipa evaporator.
Evaporator (Pipa Penguap)
Evaporator adalah pipa yang berfungsi sebagai penguapan. Zat cair yang berasal dari pipa kondensor masuk ke evaporator lalu berubah wujud menjadi gas dingin karena mengalami penguapan. Selanjutnya udara tersebut mampu menyerap kondisi panas yang ada dalam ruangan mesin pendingin. Selanjutnya gas yang ada dalam evaporator akan mengalir menujukompresor karena terkena tenaga hisapan. Demikian terus menerus sirkulasi udara dan perubahannya dalam rangkaian mesin pendingin.
Pipa pengisap
D.      Mengenal Komponen Utama Mesin Pendingin
Modal utama untuk bisa mereparasi atau memperbaiki mesin pendingin secara tepat dan benar ialah anda diwajibkan mengenal bagian‐bagian alat mesin pendingin dan cara kerjanya. Berikut adalah komponen-komponen utama mesin pendingin:

1.        Kompresor
Kompresor yang bisa menekan gas atau udara dan menghisapnya harus dilengkapi dengan dinamo (motor).Dinamo ini berfungsi sebagai pengeerak kompresor.
Gambar 2. Dinamo dan kompresor
Dinamo yang mendapatkan tenaga arus bolak balik (ac) akan berputar. Karena porosnya yang dilengkapi dengan ban (belt) yang menghubungkan poros engkol kompresor, maka secara otomatis pula kompresor bekerja melakukan pengisapan udara dan pemompaan.
Gambar 3. Konstruksi kompresor pendingin
2.        Katub tekan
Katup tekan adalah sebuah katub dalam ruangan kompresor yang berfungsi menekan gas atau udara menuju ke pipa kondensor. Katub ini akan terbuka jika terkena tekanan piston dalam silinder, yaitu mana kala piston bergerak menekan ke atas.
3.        Katub hisap
Katup hisap adalah katub yang cara kerjanya berlawanan dengan katub tekan. Katub ini akan menutup manakala katub tekan tertutub. Hal tersebut akan bergerak secar berirama dan bergantian seiring gerakan maju mundur piston dalam silinder. Jika piston turun maka katub hisap akan terbuka dan terjadilah hisapan udara dari filter, yang berasal dari pipa penghisap.
4.        Filter udara
Filter udara terpasang sebelum katub hisap. Dipasangnya filter udara dibagian depankatub hisap ini tujuannya adalah agar udara yang dihisap oleh kompresor tetap bersih, tidak tercemar oleh debu atau yang lainnya. Silinder, adalah bagian dari kompresor yang berfungsi sebagai rumah piston atau torak. Silinder tidak boleh bocor atupun tergores. Jika bocor ataupun tergores maka daya tekanan kompresi akan berkurang, sehingga kurang mampu menekan atau menghisap udara.
5.        Piston
Piston disebut juga torak. Fungsinya untuk memompa dan menghisap udara sehingga dalam saluran dalam pipa‐pipa mesin pendingin terjadi adanya sirkulasi gas. Piston bergerak maju mundur atau naik turun sejalan dengan gerakan engkol. Dimana engkol ini dipengaruhi oleh putaran poros, sedangkan poros dipengaruhi oleh putaran rotor pada dinamo.

Gambar 4. Piston atau torak dan ring‐ringnya
Jika ring pada piston tidak tepat pemasangannya dan bocor, maka udara dalam ruang silinder akan bocor, akibatnya daya tekan kompreasi dan daya hisap akan berkurang. Iniakan sangat mempengaruhi proses pendinginan pada saluran pipa. Tujuan ring ini dipasang adalah untuk mendapatkan kerapatan pada ruang silinder.
6.        Batang torak atau batang piston
Batang torak atau batang piston adalah suatu alat yang berfungsi menghubungkan piston dengan engkol. Batang ini berupa logam besi yang ujungnya diberi spie (pen) untuk mengkaitkan piston pada engkol. Jika engkol bergerak sejalan dengan putaran porosnya maka engkol akan bergerak maju mundur, dan gerakan ini menekan serta menarik piston secara beirama.
7.        Engkol
Engkol juga terbuat dari logam yang dikaitkan pada poros. Dengan demikian engkol akan mengikuti putaran poros sehingga mempengaruhi gerak maju mundur batang piston.

8.        Poros engkol
Poros engkol terangkai dengan engkolnya. Dan engkol dirangkai dengan batang piston. Poros engkol jika bergerak akan mengubahposisi batang piston sehingga terjadilah gerakan maju mundur atau naik turunnya piston.

Gambar 5. Batang piston dan engkol
9.        Evaporator
Evaporator adalah jaringan atau bentuk pipa yang dikonstruksi sedemikian rupa. Fungsinya sebagai alat pendingin. Pipa evaporator ada yang terbuat dari bahan tembaga, besi, alumanium atau dari kuningan. Namun kebanyakan terbuat dari alumanium dan besi. Kerusakan yang sering dijumpai pada evaporator adalah kebocoran pipa. Hampir semua kerusakan terjadi karena kebocoran sehingga mesin pendingin tidak mampu mendinginkan ruangan (pada kulkas adalah ruang pendingin).
Adapun cara kerja evaporator adalah menguapkan gas yang masuk dari pipa kondensor. Gas refrigerant dari kompresor masih dalam temperatur yang sangat tinggi. Artinya kalorinya (panasnya) dinaikkan. Setelah itu karena dorongan dari kompresor, ia mengalir masuk ke pipa‐pipa kondensor. Di dalam pipa condenser ini, gas mengalami perubahan menjadi dingin. Selanjutnya mengalir terus menuju pipa kapiler. Dari pipa kapiler merambat menuju pipa evaporator.

Gambar 6. Pipa evaporator berada dalam ruang mesin pendingin/kulkas.
10.        Pipa Kapiler
Pipa kapiler adalah suatu pipa pada mesin pendingin yang mempunyai diameter yang paling kecil jika dibandingkan dengan pipa‐pipa lainnya. Jika pada evaporator pipanya mempunyai diameter 5/16 inci, maka untuk pipa kapiler berdiameter 0,026 atau 0,031. Kerusakan mesin pendingin biasanya banyak dijumpai pada pipa kapiler ini, kalau tidak bocor mungkin tersumbat.
Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan dan mengatur cairan refrigerant (udara refrigerant) yang merayap dari pipa‐pipa kondensor. Namun sebelum gas refrigerant mengalir ke pipa kapiler ia harus melalui alat yang disebut dengan dried staint. Yakni saringan gas yang sudah terpasang oleh pabrik mesin pendingin. Fungsi dari alat ini adalah menyaring dan menyerap debu yang akan masuk ke ruang pipa berikutnya (kapiler dan evaporator). Bentuk dari alat ini ialah berupa tabung kecil dengan diameter antara 12‐15 mm, sedangkan panjangnya tak kurang dari 14 – 15 cm.
Ada dua macam pipa kapiler yang mempunyai fungsi yang berbeda dalam mesin pendingin. Yaitu pipa kapiler sebagai pengubah panas (heat exchanger) dan pipa yang satunya lagi berfungsi untuk penghisap gas dari pipa evaporator. Ketika gas Freon pada pipa pengubah panas masih dalam keadaan bertekanan tinggi, namun pada saat masuk ke pipa penghisap berubah suhunya menjadi rendah. Dari pipa penghisap akan mengalir ke motor listrik atau dinamo. Demikianlah putaran gas Freon yang terus menerus disaat mesin hidup dan sebelum otomatis memutus kontak.

Gambar 7. Pipa kapiler pada mesin pendingin
 11.        Kran Ekspansi
Kran ini banyak dijumpai pada mesin pendingin, fungsinya sebagai pengontrol refrigerant yang masuk ke pipa pertama pada jenus pipa lainnya. Fungsinya sama dengan pipa kapiler yaitu menurunkan cairan refrigerant.
12.        Discharge Line and Suction Line
Pipa‐pipa ini merupakan pipa tambahan. Pipa discharge line berfungsi sebagai pipa tambahan penyaluran udara (gas refrigerant) keluar dari dlam mesin. Prosesnya ialah udara yang dipompakan atau ditekan oleh kompresor akan mengalir masuk ke pipa tambahan discharge line kemudian diteruskan ke pipa condenser. Sedangkan pipa suction line adalah pipa tambahan yang fungsinya sebagai penyalur gas refrigerant ke dalam mesin. Prosesnya ialah gas refrigerant tersebut masuk dari pipa evaporator yang temperaturnya rendah (terjadi kondisi penguapan), kemudian ke pipa kapiler (pipa kapiler penghisap) kemudian menuju pipa suction line yang selanjutnya masuk ke katub di kompresor.
Gambar 8. Pipa discharge line dan suction line.

13.        Pengontrol Listrik Otomatis
Pada mesin pendingin, baik kulkas maupun AC dilengkapi dengan pengontrol listrik otomatis. Tujuannnya adalah untuk menghindari adanya kerusakan akibat gerakan dinamo dan kompresor yang terus menerus melakukan penekanan. Jika tidak dilengkapi dengan alat ini, maka mesin pendingin akan terus menerus bekerja walaupun tekanan atau suhu di dalam pipa mengalami temperatur suhu yang maksimal. Alat otomatis yang biasa dugunakan adalah bimetal, dan thermostat.
a.        Alat Pengaman Bimetal
Bimetal adalah suatu alat kontrol listtrik sebagai pengaman mesin pendingin. Tujuannya untuk melindungi dan menganamankan dinamo dari tegangan listrik. Prinsipnya adalah apabila tegangan PLN naik terlalu tinggi maka bimetal segera memutuskan hubungan sehingga motor listrik (dinamo) tidak terkena aliran yang tinggi.
Adapun cara kerja alat ini adalah: (1). Jika aliran tegangan yang tinggi dari PLN masuk ke kumparan maka kumparan akan terbakar. Alat pemanas ini dipasang dekat soket atau jeck yang menuju ke stop kontak PLN. Cara kerjanya adalah jika tegangan dari PLN mendadak naik, maka elemen pemanas akan beraksi yang selanjutnya akan mengalir ke plat bimetal melalui kawat nikelin sebagai penghubung. Akibatnya plat bimetal yang tak tahan panas memuai dan menjadi melengkung. Dengan melengkungnya bimetal kontak dengan katub lain akan terbuka. Yang artinya tegangan menjadi putus (tak ada tegangan). Dinamo tidak bekerja. (2) jika tegangan dari PLN wajar‐tidak tinggi‐ maka elemen panas bekerja dengan tidak bereaksi. Begitu juga dengan plat bimetal tidak akan dapat aliran panas. Plat menjadi lurus dan terjadi hubungan (kontak) antara kutub yang satu dengan yang lainnya. Dengan demikian motor mendapatkan tenaga dari arus listrik
Gambar 9. Bimetal terkena teganagn tinggi, kontak terputus
Gambar 10. Bimetal tidak terkena tegangan tinggi, kontak terhubung.

b.        Alat Pengaman Thermostat
Fungsi thermostat pada mesin pendingin adalah sebagai berikut;
1)    Mengatur batas suhu dalam ruang evaporator
2)    Mengatur lamanya kompresor dan dinamo berhenti
3)    Mengatur untuk menjalankan kembali dinamo dan kompresor bekerja
Pada thermostat dilengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah sekali menguap. Tabung tersebut ditempatkan pada ruang mesin pendingin (ruang evaporator) kemudian disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas. Prinsip kerjanya adalah jika ruang dalam mesin pendingin mencapai titik beku (dalam evaporator mencapai temperature yang sangat rendah), maka cairan dalam tabung thermostat akan membeku. Cairan yang membeku akan menyusut. Dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke pipa kapiler yang kosong. Ruang gas menjadi kendur. Pegas akan menekannya sehingga kontak saklar akan membuka. Dengan demikian terputuslah hubungan listrik dari PLN. Berarti dynamo berhenti dan kompresorpun berhenti tetapi dalam waktu yang relatif agak lama. Apabila ruangan mesin mendingin (pada evaporator) suhunya naik lagi dan tidak pada titik beku, dalam tabung akan berubah menjadi cair yang berarti ruang gas member tekanan. Saklar kontak akan terhubung. Motor (dynamo) dan kompresor bekerja lagi, demikianlah berturut‐turut.

Gambar 11. Thermostat dalam keadaan putus

Gambar 12. Thermostat dalam keadaan tersambung