Marine Refrigeration System #1

by admin Dalekesa, Marine Refrigeration

Sejarah Perkembangan Air Conditioning

Corliss Refrigeration Compressor

Sumber : www.oldwoodward.com

Compressor adalah jantung dari setiap sistem refrigerasi kecuali beberapa yang dioperasikan langsung oleh panas seperti unit absorpsi. Pada tahun 1865 hingga 1875 beberapa puluh compressor pendingin dibuat setiap tahun. Ini adalah mesin besar yang digerakkan oleh mesin uap dengan beratnya dalam ton jauh melebihi kapasitasnya dalam ton pendingin.

Ada beberapa tokoh yang terkait dengan temuan sistem pendingin ruangan yang lebih kita kenal sebagai air conditioner (AC), diantaranya John Gorrie dan Willis Carrier.

John Gorrie

Pada tahun 1842, John Gorrie, seorang dokter dan juga seorang ilmuwan mulai melakukan penelitian mengenai sistem pendingin udara. Hal tersebut berawal dari banyak pasien yang berobat padanya menderita malaria disertai dengan gejala demam tinggi. Kondisi suhu ruangan yang panas membuat pasiennya semakin tidak nyaman. Selain itu ada sebuah teori mengatakan bahwa kondisi udara yang buruk akan menyebabkan penyakit sehingga ia kemudian melakukan usaha mendinginkan ruangan dengan cara menyimpan bongkahan es di dalam baskom, yang digantung di langit-langit ruangan kemudian menggunakan kipas angin sehingga hawa dari es yang ada dalam bongkahan baskom ini bisa menyebar dan berhasil mendinginkan ruangan pasien. Namun cara tersebut kurang efektif, sebab bongkahan es cepat mencair dan juga bongkahan es tersebut dibawa dengan menggunakan perahu di tempat yang jauh di danau bagian utara, sehingga ia kemudian berpikir untuk membuat es buatan.

Pada tahun 1845, John Gorrie berhenti melakukan praktik kedokterannya, dan mulai berkonsentrasi dalam proyek pembuatan alat pendingin ruangan. Lebih dari enam tahun, terus berusaha merancang dan membuat mesin pendingin. Selanjutnya, pada tahun 1851, John Gorrie berhasil merancang mesin pembuat es pertama yang kemudian menjadi cikal bakal Air Condtioner (AC).

Tanggal 6 Mei 1851, ia menerima Paten Nomor 8080 untuk sebuah mesin pembuat es. Model mesin pembuat es John Gorrie dan artikel ilmiah yang dituliskan saat ini tersimpan di Smithsonian Institution. John Gorrie terus berupaya untuk mengembangkan dan memproduksi mesinnya. Mesin buatan John Gorrie tersebut dipatenkan dengan nomor paten 8080, yang  kemudian diproduksi massal. Namun karena kondisinya yang miskin, ia kemudian mencoba mengumpulkan uang, namun karena banyaknya kritik terhadap dirinya selain itu kondisi keuangan yang buruk dan kesehatan yang terus menurun, John Gorrie akhirnya meninggal dunia di tahun 1855 di tempat pengasingannya sehingga mesin temuannya gagal untuk dikembangkan.

Willis Haviland Carrier

 Ide John Gorrie untuk membuat mesin pendingin ruangan akhirnya diteruskan oleh Willis Haviland Carrier. Mesin temuannya kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Willis Carrier yang kemudian dikenal sebagai penemu AC (Air Conditioner) modern di tahun 1902.

Carrier adalah seorang insinyur dari New York. Ia merupakan orang yang menyempurnakan penemuan AC oleh Gorrie. Pada awalnya AC modern buatan Carrier ditujukan untuk keperluan percetakan dan industri lainnya. Penggunaan mesin AC untuk keperluan rumah tangga baru berkembang pada tahun 1927. Ketika itu berawal dari pemakaian AC di sebuah rumah di Minneapolis, Minesota AS.

Alat pengatur suhu udara atau Air Conditioner (AC) seperti sudah menjadi kebutuhan utama bagi sebagian kalangan masyarakat. Di tengah terus meningkatnya suhu udara, apalagi di musim kemarau, kebutuhan AC menjadi semakin meningkat. Dengan menggunakan mesin AC, suhu bisa diatur sedemikian rupa sehingga memunculkan kenyamanan. Pengaturan suhu bisa dikondisikan sesuai kebutuhan pengguna. Bahkan seiring perkembangan teknologi AC, mesin ini mampu menyesuaikan suhu pendinginan udara secara otomatis. Dengan kata lain hampir tanpa campur tangan pengguna.

Willis Carrier adalah sesosok inovator yang merupakan pengagum inovator lain seperti Henry Ford dan Thomas Alva Edison. Dia kemudian membuat sistem yang berguna untuk mengeringkan dan mendinginkan udara pada bagian dalam pabrik dengan menghembuskan udara itu di atas dua bagian kumparan, yang satu didinginkan oleh air tawar (air dingin) dan satu lagi oleh kompresor pendingin amonia. Karyanya ini pertama kali dipasang pada tahun 1902 di Sackett-Wilhelms Lithographing and Publishing Company di Brooklyn, kota New York.

Carrier mendapat hak paten atas “Alat Pengatur Udara” pada tahun 1906, di tahun yang sama, sesosok insinyur dari Carolina Utara, Stuart Cramer, menciptakan istilah “Air Conditioning (AC).” Pada tahun 1915, Carrier dan enam kerabatnya membangun Carrier Engineering Company. Ia terus meningkatkan teknologi AC. Pada tahun 1930-an, AC dipasang di berbagai tempat komersil di Amerika. Memang benar, cerita John ini mengatakan, bahwa sebuah kepedulian yang sukarela akan membawa kita kepada kebaikan. Hanya karena ingin mendinginkan ruangan rawat pasiennya, John sekarang sudah sukses “mendinginkan” seluruh dunia dengan AC-nya. Tak lupa juga, karena usaha Gorrie yang membuat mesin pendingin tersebut, mesin ini dapat ditingkatkan oleh Willis Carrier yang terkenal sebagai penemu AC modern pada tahun 1902.

Di Buffalo, New York, pada 17 Juli 1902, sebagai tanggapan atas masalah kualitas udara yang dialami di Sackett-Wilhelms Lithographing & Publishing Company di Brooklyn, Willis Carrier mengirimkan gambar untuk apa yang kemudian diakui sebagai pendingin udara modern pertama di dunia. sistem. Pemasangan tahun 1902 menandai lahirnya AC karena penambahan kontrol kelembaban, yang menyebabkan pengakuan oleh otoritas di lapangan bahwa AC harus melakukan empat fungsi dasar, yakni pengendali  suhu, kelembaban, sirkulasi udara dan ventilasi serta membersihkan udara

Pada tahun 1906 Carrier menemukan bahwa “penurunan titik embun konstan memberikan kelembaban relatif yang hampir konstan,” yang kemudian dikenal di kalangan insinyur AC sebagai “hukum penurunan titik embun konstan.” Pada penemuan ini ia mendasarkan desain sistem kontrol otomatis, di mana ia mengajukan klaim paten pada 17 Mei 1907. Paten AS 1.085.971 dikeluarkan pada 3 Februari 1914.

Perkembangan Tahun ke Tahun

Saat ini industri memproduksi sekitar 15.000.000 compressor per tahun, dan satu compressor yang digerakkan oleh mesin yang digunakan untuk AC otomotif dapat menghasilkan lebih dari tiga ton refrigerasi, namun beratnya cukup ringan. Dalam banyak hal, kemajuan dalam refrigerasi lebih spektakuler daripada di bidang otomotif.

Perkembangan desain compressor sangat dipengaruhi oleh banyak refrigeran yang tersedia dan dipahami, dan dalam dua periode terakhir pilihan refrigeran didasarkan pada tingkat keamanan yang dirasakan untuk aplikasi tertentu. Pengaruh besar lainnya pada desain compressor adalah jenis penggerak yang tersedia dan sumber tenaga.

Tahun 1865

Untuk compressor pendingin, periode ini dimulai sekitar tahun 1865. Pabrik-pabrik lebih mirip bengkel kerja daripada pabrik-pabrik compressor yang sekarang kita kenal sekarang. Pada saat itu, mesin Corliss digunakan untuk menggerakkan berbagai bentuk mesin, dan pompa air jenis piston banyak digunakan. Mesin Corliss adalah benda masif dengan katrol penggerak gabungan dan roda gila terkadang berdiameter 30 kaki. Tapi itu hal yang wajar untuk menggabungkan konsep pompa dan mesin Corliss untuk menyediakan mesin pendingin.

Karena mesin dan compressor memiliki komponen bolak-balik, langkah yang jelas adalah menggunakan poros bersama untuk engkol kedua komponen. Dan karena ruang mesin sering memiliki ketinggian yang diperlukan, mesin sering kali horizontal dan silinder compressor ditempatkan di atas poros engkol dalam posisi vertikal.

Kecepatan operasi tipikal 120 hingga 180 rpm memungkinkan penggunaan katup jenis kecil dengan massa yang cukup besar. Karena kontrol manual biasanya digunakan dan aliran refrigeran ke evaporator juga dikontrol secara manual, sama sekali bukan hal yang aneh jika cairan dalam jumlah besar dikembalikan ke compressor, dan dengan demikian sebagian besar compressor memiliki kepala pengaman yang dimuat pegas untuk tetap berada di posisi tertutup untuk semua tekanan operasi normal, tetapi untuk membuka dalam wadah, cairan masuk ke dalam silinder. Lokasi katup biasanya di kepala silinder, atau di dinding silinder.

Compressor awal ini menggunakan cross-head dan batang piston yang ditempelkan secara kaku ke piston. Pintu masuk batang piston ke dalam silinder dikemas untuk mencegah kebocoran refrigeran. Batang piston, piston, dan katup adalah satu-satunya bagian bergerak yang terkena refrigeran, dan tampaknya proses pelumasan serupa dengan yang digunakan pada mesin uap, menggunakan berbagai jenis pengumpan untuk memasukkan sedikit oli yang dibutuhkan. Bagian luar yang bergerak juga menggunakan praktik mesin uap seperti cangkir oli, atau pelumas Manzel. Dengan begitu sedikit oli yang terpapar refrigeran, tampaknya ekskursinya untuk menghambat perpindahan panas di evaporator atau kondensor bukanlah masalah besar.

Refrigerant : Amonia adalah zat pendingin pilihan di sebagian besar pabrik pendingin sebelum tahun 1900. Pembuatan es untuk melengkapi potongan es dari kolam dan danau adalah industri yang berkembang. Manfaat cold storage untuk mengawetkan makanan diapresiasi, dan cold storage mulai bermunculan. Pendinginan proses tertentu sejak awal dikenal sebagai aplikasi penting pendinginan, misalnya dalam pembuatan film fotografi. Karbon dioksida sering digunakan sebagai zat pendingin di mana amonia akan berbahaya, tetapi prinsip siklus “supercharged” superkritis tampaknya tidak digunakan. Tekanan sisi tinggi di kisaran 1200-1400 psi. berpengalaman dengan CO2 dan karenanya compressor ini dirancang dengan kotak engkol tertutup dan pengepakan di sekitar poros engkol yang berputar. Sistem seperti itu digunakan oleh Angkatan Laut dan beberapa aplikasi kapal lainnya, tetapi membutuhkan tenaga kuda yang tinggi untuk efek pendinginan yang diberikan. Sistem udara juga digunakan secara luas di kapal meskipun konsumsi dayanya besar. Bahkan sistem udara padat, yang menggunakan udara di bawah tekanan beberapa atmosfer, membutuhkan mesin besar dan menjadikan mesin ekspansi sebagai bagian dari siklus serta compressor. Keduanya kemudian akan digerakkan oleh mesin uap terpisah.

Capacity control : Double-pipe heat exchanger digunakan untuk pendinginan cairan dan pengaturan pipa kosong untuk pendinginan cold storage. Evaporator ini memiliki volume internal yang besar dan massa yang cukup besar. Faktor-faktor ini bersama-sama dengan ukuran dan jenis compressor dan penggerak membuatnya diinginkan untuk menjaga agar peralatan tetap beroperasi setelah dimulai. Oleh karena itu kebutuhan akan capacity control segera berkembang. Kapasitas evaporator dapat dicapai dengan penyetelan katup ekspansi tangan, atau dengan menutup seluruh bagian evaporator. Jika hal ini mengakibatkan tekanan hisap yang terlalu rendah, diperlukan beberapa cara untuk mengurangi kapasitas compressor dan biasanya dilakukan dengan membuka celah celah di dinding silinder compressor. Pada akhir periode ini beberapa compressor dilengkapi dengan katup bypass silinder.

Pada tahun 1900 kita melihat bahwa pendinginan dengan cara mekanis diterima dengan baik. Peralatannya besar dan besar. Kontrol hampir seluruhnya dengan cara manual dengan kantong izin dan beberapa bypass silinder digunakan. Mesin uap menggerakkan sebagian besar compressor, penggerak berikat motor listrik mulai muncul. Refrigeran yang umum adalah amonia, karbon dioksida, udara, dengan segelintir sulfur dioksida. Compressor beroperasi pada kecepatan rendah, sebagian besar memerlukan pelumasan manual pada interval yang wajar, katup harus duduk atau “ditanahkan” dan dari jenis poppet, tetapi dengan pemeliharaan, umurnya sangat panjang.

Tahun 1900 hingga 1925

Selama periode ini penggunaan refrigerasi berkembang pesat, dan banyak pabrik es dibangun. Gerbong reefer di rel kereta api dikembangkan untuk pengiriman makanan yang mudah rusak jarak jauh. Beberapa instalasi penyimpanan dingin yang sangat besar dibuat, termasuk setidaknya satu sistem di mana amonia disalurkan melalui pipa di bawah jalan kota ke banyak toko. Es krim menjadi populer di apotek sudut dan di restoran.

Compressor kecil tersedia pada akhir periode untuk air mancur soda, tetapi es dan garam masih digunakan untuk mengemas banyak es krim. Compressor yang sama ini digunakan dalam konversi kotak es rumah tangga menjadi pendingin “buatan” dengan remote unit, biasanya di ruang bawah tanah. Beberapa instalasi pendingin udara industri dibuat dan satu teater didinginkan pada tahun 1914. Aplikasi ini dan lainnya menandai pertumbuhan industri refrigerasi. Distribusi air garam dingin diterapkan pada sistem besar.

Compressor : Compressor menjadi lebih kecil karena kecepatannya meningkat hingga kisaran 300 hingga 600 rpm. Kotak engkol menjadi lebih standar, dan pengepakan dipindahkan ke poros berputar di luar bantalan poros engkol. Unit yang digerakkan uap menjadi lebih kecil dengan pengaturan silinder berdampingan. Motor listrik menjadi penggerak biasa, dan puli besar compressor sering membutuhkan bantalan tempel untuk menahan tarikan sabuk dan berat puli. Menjelang akhir periode beberapa segel berputar dicoba dalam compressor kecil. Perpindahan ke poros engkol yang dikemas alih-alih batang piston dan kepala silang berarti bahwa semua gerakan berjalan lambat, kecuali katrol penggerak terpapar ke atmosfer zat pendingin. Dengan zat pendingin seperti amonia, belerang dioksida, dan karbon dioksida, kelarutan dengan minyak sangat rendah, dan sampai batas tertentu hal ini juga terjadi pada metil klorida. Minyak baru harus dikembangkan untuk menghindari reaksi yang tidak diinginkan dengan refrigeran terutama jika ada uap air. Crankcase disimpan pada atau dekat tekanan hisap. Piston tipe batang menjadi hampir standar dengan bagian atas dan bawah bersentuhan dengan silinder dan bagian tengah terbuka di depan lubang hisap di sisi silinder. Bobot katup lebih ringan, sering berupa diafragma atau tipe jari dengan katup hisap di kepala piston dan katup pelepasan di kepala silinder. Katup semacam itu dapat diganti alih-alih digiling ulang.

Penyimpanan dingin ditemukan membutuhkan ruang freezer dan ruang lain di atas titik beku. Untuk mengakomodasi sistem seperti itu dengan satu compressor, mesin hisap ganda dirancang di mana suhu rendah berada pada posisi biasa di dinding silinder, tetapi lubang tambahan disediakan untuk dibuka oleh piston pada posisi terendahnya. Lubang tambahan ini kemudian dihubungkan ke penghisap bersuhu lebih tinggi, gas dari mana masuk melalui lubang ini dan dengan demikian menaikkan tekanan gas bertekanan lebih rendah yang sudah ada di dalam silinder ke gas bertekanan lebih tinggi. Campuran tersebut kemudian dikompresi dan dibuang dengan cara biasa. Cara lain untuk menyediakan dua temperatur dalam penyimpanan adalah dengan menggunakan compressor pendorong untuk mengambil gas refrigeran dari sistem temperatur yang lebih rendah dan melepaskannya ke dalam compressor yang menerima gas temperatur yang lebih tinggi secara langsung. Sistem booster telah, dan masih, digunakan untuk mencapai temperatur yang lebih rendah daripada yang dapat ditangani secara efisien oleh satu tahap kompresi.

Selama periode inilah unit kondensasi kecil dikembangkan dengan kombinasi compressor, penggerak motor listrik, dan kondensor berpendingin air yang kurang lebih terstandarisasi, semuanya dipasang bersama pada alas yang sama. Unit ini banyak digunakan dalam pendinginan lemari es krim, dan menjelang akhir periode model berpendingin udara muncul. Mereka digunakan di lemari es rumah tangga awal, seringkali dengan mengubah kotak es yang ada dengan evaporator di kompartemen es. Dalam banyak kasus, konversi atau instalasi baru dilakukan di dapur rumah apartemen dengan pipa refrigeran cair dari unit kondensasi pusat dan aliran balik hisapan dari masing-masing lemari es.

Refrigeran : Refrigeran pilihan untuk cold storage dan instalasi tetap lainnya adalah amonia, tetapi sistem yang lebih kecil semakin beralih ke CO2 dan metil klorida, terutama untuk unit kondensasi berpendingin udara. Unit sentral seperti yang disebutkan untuk penggunaan apartemen digunakan jadi dua. Meningkatnya penggunaan AC di bioskop mengarah pada pengembangan mesin CO2 yang lebih besar yang menjadi standar untuk sebagian besar aplikasi tersebut karena CO2 tidak beracun dan bebas dari bahaya kebakaran. Untuk alasan yang sama CO2 menjadi zat pendingin biasa di kapal.

Siklus “supercharged” segera dikerjakan untuk menghubungkan suhu penolakan panas dengan suhu cair dan suhu evaporator. Refrigeran lain digunakan sampai batas tertentu seperti iso-butana, metil klorida dan metilen klorida dalam sistem kecil, dan propana dalam sistem yang lebih besar, tetapi penggunaan refrigeran ini tidak memiliki pengaruh besar pada desain compressor.

Capacity control : Banyak aplikasi sistem refrigerasi yang lebih baru memiliki variasi beban yang lebih luas dan lebih sering daripada pabrik es atau penyimpanan dingin, sehingga kebutuhan akan capacity control yang lebih baik menjadi jelas. Compressor yang lebih kecil diadaptasi untuk dihidupkan dan dihentikan sebagai sarana capacity control, dan kontrol suhu dan tekanan otomatis dikembangkan untuk tujuan ini. Ini membutuhkan pengenalan. dari berbagai metode untuk melihat bahwa oli tidak keluar dari bak mesin selama penyalaan berulang. Untuk compressor yang lebih besar, penggunaan suction bypass menjadi lebih umum. Port dapat ditempatkan pada 1/3 atau 2/3 dari perjalanan piston, diatur sedemikian rupa sehingga ketika katup kontrolnya ditutup, ada perubahan volume silinder yang dapat diabaikan, tetapi ketika katup ini dibuka, port terhubung ke hisap dan piston. dengan demikian dicegah dari memulai kompresi sampai melewati port. Berbagai pengaturan port dapat disediakan pada satu silinder atau lebih untuk mendapatkan langkah kapasitas sebanyak mungkin yang diperlukan, tindakan pencegahan utama adalah menjaga aliran refrigeran yang cukup untuk sebelumnya lokal atas pemanasan. Port dapat dikontrol secara manual atau otomatis.

Pada tahun 1925 penggunaan pendingin telah meluas, dan merupakan bagian penting dari banyak industri. Peralatan kecil telah dikembangkan untuk operasi otomatis, tetapi kontrol manual tetap ada pada beberapa pekerjaan yang lebih besar. Amonia, karbon dioksida, sulfur dioksida, adalah zat pendingin utama. Beberapa penggunaan iso-butana, metil klorida, dan metilen klorida masih ada. Kecepatan telah ditingkatkan hingga compressor kecil beroperasi pada kecepatan setinggi 800 rpm. Motor listrik menggerakkan sebagian besar compressor dengan pengaturan sabuk dan katrol. Sementara beberapa langsung digerakkan oleh motor sinkron. Banyak motor arus bolak-balik dalam ukuran sedang adalah tipe induksi tolakan. Pendinginan domestik telah dimulai dengan konversi kotak es, dan oleh beberapa unit yang dirancang sebagai lemari es dengan compressor mekanis, tetapi compressor biasanya terletak jauh. Compressor semacam itu mungkin berpendingin udara, bukan berpendingin air. Es krim yang didinginkan secara mekanis ada di sebagian besar air mancur soda. Pendinginan ulang masih digunakan untuk membuat “es buatan”, dan pengkondisian udara telah dimulai di bioskop dan beberapa pabrik yang peka terhadap kelembapan tinggi.

Tahun 1925-1950

Pada masa ini pendinginan sudah menjadi suatu keharusan untuk berbagai keperluan. Desentralisasi peralatan telah menyebabkan pengembangan compressor yang lebih kecil dengan desain yang relatif stabil yang dapat diproduksi secara massal. Toko-toko pabrikan menjadi lebih modern. Compressor hermetik pertama kali muncul di lemari es domestik, dan diikuti oleh semi hermetik saat AC tersedia dalam paket produksi massal kecil. Ketersediaan listrik meningkat di sebagian besar wilayah negara dan lemari es rumah tangga ada di hampir semua homo. Department store mengikuti teater dengan AC yang nyaman, dan segera gedung perkantoran mengikutinya.

Perang Dunia II memberikan dorongan besar pada lemari es kecil, bahkan terisolasi, dengan compressor dan penggerak khusus. Pemasok perang melihat perlunya lebih banyak pendinginan proses dan suhu lOOP, dan industri merespons. Pompa kalori (heat pump) diperkenalkan, bahkan beberapa dengan capacity control, tetapi penghematannya tidak cukup menarik bagi orang-orang dengan harga sumber energi lain yang berlaku. Banyak pompa kalori (heat pump) eksperimental dipasang dengan sumber tanah dan sumber air sumur, dan mereka bahkan membuat artikel utama di Readers Digest sekitar tahun 1950. Namun tanpa ragu, peristiwa terpenting selama periode ini adalah pengembangan refrigeran Freon oleh DuPont dan General Motors. Tanpa rangkaian refrigeran seperti itu, sebagian besar hal yang saya baca pertama kali tidak akan terjadi.

Meningkatnya penggunaan compressor pendingin dan komponen lainnya dalam banyak aplikasi menunjukkan perlunya standar dan informasi kinerja unit yang lebih baik. American Society of Refrigerating Engineers mengembangkan standar pengujian yang diperlukan untuk menertibkan kekacauan, sementara American Society of Heating & Ventilating Engineers menyediakan latar belakang teknis. (Masyarakat ini bergabung di akhir SO untuk membentuk ASHRAE). Asosiasi perdagangan seperti ACRMA, REMA dan NWAHA juga dibentuk dan berkontribusi pada standarisasi peralatan yang bermanfaat, seperti yang dilakukan Institut Penyejuk Udara dan Pendinginan saat ini dengan menggunakan proses konsensus yang luas.

Compressor : Pada akhir tahun 1920-an, General Electric Company memperkenalkan desain compressor pertama yang benar-benar kedap udara di lini lemari es domestik mereka. Ini adalah lemari es “Monitor Top” yang terkenal di mana kondensor berpendingin konveksi mengelilingi compressor, dan dari mana evaporator bergantung ke dalam kompartemen yang didinginkan. Dengan motor empat kutub yang langsung menggerakkan poros engkol, kecepatan 1750 rpm dianggap menantang. Awalnya refrigerannya jadi 2, tapi sebelum bertahun-tahun diubah menjadi R-12. Saat itu sekitar tahun 1930 ketika Frigidaire memperkenalkan lemari es domestik dengan refrigeran R-12. Pabrikan lain mempertahankan desain compressor terbuka mereka untuk dekade pertama periode ini dengan penggerak terbuka yang digerakkan oleh sabuk dan berbagai bentuk segel poros mekanis.

Pada 1933-34 beberapa desain compressor R-12 telah tersedia. Sistem besar yang menggunakan R-12 menggunakan compressor amonia yang dimodifikasi seperti unit 4 silinder 14″ x 10″ pada Gambar 16. Untuk pertama kalinya compressor dengan tonase 1/2 hingga 15 ton dapat ditempatkan di atau berbatasan langsung dengan ruang keluarga tanpa bahaya bawaan dari NH3 atau lebih 2 . Beberapa compressor yang tidak biasa muncul dan meskipun digunakan untuk sementara waktu, kemudian menghilang dari gambar. Contohnya adalah compressor “Archimedes Spiral” yang digerakkan mecury Arms Savage Arms (Gbr. 17) dan desain Zorzi. (Lihat Gbr. 18) Dalam desain Zorzi, satu silinder menyelesaikan dua langkah kompresi per revolusi.

Keamanan R-12 mengarah pada pengenalan AC ruangan mandiri. Unit-unit ini duduk di lantai di depan jendela dan menarik udara kondensor masuk dan keluar melalui jendela. Beberapa memiliki compressor kedap udara, tetapi banyak yang masih memiliki compressor yang digerakkan oleh sabuk menggunakan motor induksi tolakan untuk penggeraknya.

Pada akhir tahun 1930-an kapasitor mulai, motor induksi, lebih umum sebagai penggerak compressor, dan sering membutuhkan semacam lubang penyama atau katup untuk memungkinkan penyalaan. Bentuk dan bentuk compressor baru muncul. Satu perusahaan memperkenalkan jajaran compressor 3, 5 atau 7 silinder, yang digerakkan langsung pada 1150 rpm, dengan ukuran masing-masing silinder untuk kapasitas sekitar 5 ton pada kondisi AC. Dengan menggunakan unit motor poros ganda dari kapasitas 15 hingga 70 ton dapat dilengkapi dari satu set suku cadang untuk silinder, katup, dan piston. Perusahaan lain melipat sistem radial yang digunakan oleh desain sebelumnya menjadi konfigurasi “W” untuk mengurangi kebutuhan ruang, dan yang lain lagi memperkenalkan desain “V”. Bertepatan dengan perkembangan ini adalah pengenalan berbagai desain “semi-hermetis” dengan motor dalam refrigeran yang secara langsung menggerakkan pengaturan piston radial. Salah satu lini tersebut memiliki dimensi silinder untuk memberikan kapasitas 1 ton per silinder, dan sebelumnya digunakan pada AC 3 dan 5 ton berpendingin air, untuk digunakan sebagai “pendingin penyimpanan”. Jalur tersebut berkembang pesat hingga kapasitas sekitar 15 ton dengan menggunakan beberapa compressor dalam satu unit.

Beberapa desain awal compressor terbuka untuk R-12 menggunakan versi baru segel poros dengan permukaan hidung yang sangat datar, seringkali terbuat dari bahan yang dirancang untuk gesekan serendah mungkin. Perhatian khusus harus diberikan pada pendinginan segel poros, biasanya dengan sirkuit refrigeran, atau dengan semprotan minyak pelumas. Salah satu pabrikan compressor mengembangkan “segel seimbang” dengan memasang hidung pada diafragma sehingga didukung untuk mengurangi kekuatan kontak segel saat tekanan bak mesin meningkat.

Sebagian besar compressor menggunakan katup tipe pelat tipis. Beberapa mempertahankan piston tipe bagasi dengan katup hisap di kepala piston, sementara yang lain mulai menempatkan kedua katup di kepala silinder. Beberapa katup tipe cincin digunakan untuk mendapatkan lebih banyak area aliran, dan katup buluh mulai muncul. Pada saat ini katup tampaknya telah dirancang secara empiris, dan kerusakan katup merupakan masalah servis yang agak sering terjadi.

Karena kelarutan refrigeran R-12 dalam oli, masalah baru saat start up dihadapi, dan perusahaan oli besar berusaha keras untuk menyediakan oli yang tidak berbusa. Kelarutan juga berarti bahwa minyak dapat terbawa bersama refrigeran cair ke dalam evaporator lebih banyak dibandingkan dengan refrigeran sebelumnya di mana minyak tidak larut. Pemisah oli diperkenalkan, dan berbagai cara di dalam compressor dikembangkan untuk memisahkan oli yang kembali melalui hisapan dan memastikannya masuk ke bak mesin. Sampai dipahami dan direncanakan, perubahan kelarutan oli dalam refrigeran dianggap sebagai masalah besar. Sejumlah besar kotak penyimpanan portabel yang digunakan oleh angkatan bersenjata selama Perang Dunia II memberikan tuntutan baru pada industri dan membenarkan pengembangan perbaikan compressor yang lebih cepat. Pendingin udara menjadi penting untuk penggunaan ruang kapal yang lebih baik, dan digunakan di beberapa markas tentara. Jadi industri pendingin tetap cukup aktif di bidang peralatan normalnya selama perang.

Periode pasca perang melihat kebangkitan AC dan penggunaan komersial. AC jendela berkembang biak, dan AC seluruh rumah mulai bertahan. Sepanjang paruh kedua periode perusahaan khusus dikembangkan untuk pembuatan compressor, sehingga banyak perusahaan yang tidak memiliki desain compressor sendiri memasuki bidang AC. Ini adalah perusahaan “produksi massal”, dan tingkat perkakas yang terlibat berfungsi untuk mengurangi biaya compressor dan membuat peningkatan penggunaan berlanjut pada tingkat yang lebih cepat. Pada akhir periode kecepatan compressor biasa untuk ukuran di bawah kapasitas 15 ton adalah 1750 rpm dengan beberapa desain yang lebih kecil beroperasi dengan 2 motor kutub pada 3500 rpm.

Refrigeran : Refrigeran seperti CO2 , SO2 , metil klorida dan iso-utane hampir sepenuhnya dihentikan selama periode ini. Namun di awal periode SO2 telah menjadi zat pendingin pilihan untuk lemari es uomestik dan komersial kecil. The 1934 Refrigerating Data Book menyatakan pada halaman 138, “Mesin kecil dengan kapasitas model 1/20 hingga 3 jam ditambahkan oleh beberapa perusahaan sejak invasi mereka ke medan pendinginan yang nyaman menggunakan sebagian besar refrigeran umum dengan SO2 mendominasi di bidang yang lebih kecil, dan CH3Cl dalam ukuran yang lebih besar.”‘ Perubahan dari refrigeran ini datang sebagai R-12, dan beberapa seri Freon lainnya menjadi tersedia secara luas. Pada akhir periode, R-11, R-114 lazim digunakan pada beberapa compressor putar dan R-22 menjadi subjek percobaan.

Capacity control : Kebutuhan akan capacity control, setidaknya pada mesin berukuran menengah dan besar, meningkat dengan penggunaan AC di mana beban biasanya melewati nol pada waktu tertentu, dan mencapai maksimum pada hari yang relatif sedikit sepanjang tahun. Unit-unit kecil umumnya dikendalikan secara on-off. Beberapa baris compressor menyediakan bongkar muat silinder sebagai fitur standar atau opsional selama paruh terakhir periode tersebut. Sebagian besar sistem ini mengangkat katup hisap untuk membentuk semacam bypass internal dan banyak perhatian diberikan untuk mencapai intersep rendah dari titik “kapasitas nol” pada plot kapasitas vs. daya. Pengoperasian capacity control silinder individual yang cukup cepat, dengan hasil konstanta waktu yang singkat untuk kapasitas compressor, dan konstanta waktu yang lama dari sistem refrigerasi menyebabkan sistem ini bertindak seolah-olah termodulasi secara terus-menerus. Beberapa compressor penggerak terbuka dilengkapi dengan dua atau tiga motor kecepatan untuk beradaptasi dengan lebih baik terhadap perubahan beban, tetapi karena biaya permintaan tidak lazim, dan efisiensi tidak menjadi perhatian besar seperti nanti, hanya sedikit yang dijual.

Pada tahun 1950, compressor kecil diproduksi secara massal dalam jumlah banyak. Makanan beku telah memasuki pasar, dan penyimpanan serta transportasi mendapat dorongan besar dari penggunaan Perang Dunia II. Pengkondisian udara pada gedung-gedung publik sudah menjadi suatu keharusan. Banyak tempat tinggal ber-AC terpusat, tetapi sebagian besar sebagai retrofit karena pembangunnya belum menganggapnya perlu atau terutama untuk dijual. Pendingin udara kereta api telah meningkatkan kenyamanan dan kebersihan dalam perjalanan. Beberapa bus ber-AC. Packard bahkan menawarkan mobil ber-AC. Metode peringkat compressor didefinisikan dengan baik, dan mereka dapat ditempatkan ke dalam sistem komponen lain dengan peringkat yang diketahui untuk menghasilkan hasil yang diperlukan. Sebagian besar peralatan, kecuali dalam ukuran tenaga kuda fraksional, didinginkan dengan air, menggunakan aliran sekali lewat dari air kota atau menara pendingin. Beberapa kondensor evaporatif sedang digunakan. Desain compressor cukup stabil selama dekade terakhir periode ini, tetapi penggunaannya meningkat pesat.

1950 – 1975

Kita memasuki periode ini dengan pasar yang berkembang dengan baik untuk makanan beku yang dapat disimpan dalam freezer di toko makanan rata-rata atau di rumah, dan dengan sarana transportasi yang memadai dalam keadaan beku. AC ruangan dipasang dalam jumlah besar di kantor dan rumah, sementara peralatan AC seluruh rumah juga tersedia secara luas untuk rumah. Unit yang lebih besar tersedia untuk toko dan kantor, untuk restoran, untuk kebutuhan proses. Untuk insinyur sistem yang lebih besar memahami desain dan hampir setiap bangunan yang direncanakan juga merencanakan sistem pendingin udaranya. Ada permintaan untuk unit rakitan pabrik yang lebih besar untuk AC, dan dalam beberapa kasus untuk pendinginan. Begitu banyak unit telah dipasang sehingga kota-kota mulai menolak penggunaan atau pembuangan lebih banyak air dari peralatan pendingin dan pendingin udara berpendingin air. Perpindahan yang dihasilkan ke kondensasi berpendingin udara akan memberi lebih banyak tuntutan pada compressor. AC otomotif baru saja tersedia. Sebagian besar pemasangan dilakukan setelah mobil meninggalkan pabrik, tetapi ini akan segera berubah menjadi dominasi pemasangan pabrik.

Compressor : Sejumlah perubahan besar segera terjadi pada compressor pendingin. Permintaan berat untuk peralatan yang lebih ringan, untuk ukuran fisik yang lebih kecil, dan untuk perubahan konstruksi kedap udara yang dilas. Perubahan dari R-22 dimulai karena disadari bahwa perpindahan yang diberikan dapat menghasilkan kapasitas sekitar 60% lebih banyak setelah perubahan tersebut. Beberapa perubahan pada bagian diperlukan karena tekanan yang lebih tinggi, dan beberapa masalah baru berkembang dalam kontrol minyak karena rezim kelarutan multi-fase minyak di R-22. Pengembangan motor diperlukan untuk memberikan peningkatan daya yang baru dibutuhkan pada efisiensi yang dapat diterima. Yang lebih rumit lagi, perubahan ini terjadi pada saat peralatan AC beralih ke kondensor berpendingin udara. Ini berarti tekanan yang lebih tinggi pada sisi pembuangan, dan menghasilkan suhu yang lebih tinggi juga. Namun segera compressor R-12 berkekuatan 3 kuda untuk aplikasi berpendingin air menjadi compressor R-22 berkekuatan 5 kuda yang cocok untuk digunakan pada peralatan berpendingin udara.

Pada tahun 1960, langkah selanjutnya untuk meningkatkan kinerja compressor dengan ukuran dan berat tertentu muncul dengan perubahan dari motor 4 kutub menjadi motor 2 kutub, sehingga hampir menggandakan kapasitas pendinginan rangka tertentu. Suatu bore dan stroke kemudian menghasilkan sekitar tiga kali jumlah pendinginan yang dilakukannya sekitar delapan atau sepuluh tahun sebelumnya!

Hampir bersamaan sejumlah pompa kalor sumber udara diperkenalkan untuk penggunaan rumah tangga dengan hasil bahwa lebih banyak jam operasi per tahun dikenakan pada compressor dan sebagian waktu rasio kompresi yang jauh lebih tinggi terjadi. Selain itu, pompa kalori (heat pump) jenis ini sering mengalami pergantian dari pemanasan ke pendinginan dan sebaliknya, dan memiliki banyak periode pencairan, yang keduanya memberikan tekanan lebih besar pada compressor. Mungkin komponen compressor yang paling menderita dari perubahan penggunaan ini adalah sistem katup. Sementara katup pelat dan buluh telah digunakan selama beberapa dekade, teknologi untuk menentukan tekanan katup dan untuk mengoptimalkan desain katup tidak ada. Salah satu dari banyak kontribusi Laboratorium Herrick di Universitas Purdue adalah penelitian dan pemahaman mereka tentang katup compressor. Herrick telah mendapatkan pengakuan dunia atas pekerjaan yang dilakukan, dan desain katup sekarang bertahan dari 60 operasi per detik selama ribuan jam, dan operasinya pada rasio tekanan yang sangat tinggi, dan tingkat tekanan yang tinggi.

Salah satu perkembangan compressor penting lainnya selama periode ini adalah compressor AC otomotif. Digerakkan pada kecepatan yang sedikit lebih tinggi daripada mesin, dan dipaksa beroperasi pada kecepatan tertinggi di jalan raya, dan bahkan selama perpindahan gigi paksa pada kecepatan tinggi, compressor bertahan dalam periode singkat operasi 8000 rpm, operasi jangka panjang pada 3000 hingga 4000 rpm , dan masih mendinginkan mobil pada 800 rpm. Untuk mencocokkan kapasitasnya dengan evaporator dan kondensor, biasanya didaur ulang dan dimatikan pada interval yang tidak biasa. Segel poros, sistem katup, dan manajemen oli semuanya telah dikembangkan untuk mencapai 3000 jam pengoperasian yang khas untuk masa pakai mobil.

Refrigeran : Compressor reciprocating sekarang menggunakan R-12 atau R-22 dalam persentase aplikasi yang sangat besar. Beberapa sistem penyimpanan dingin masih menggunakan amonia, tetapi dalam aplikasi seperti R-22 dan beberapa refrigeran jenis Freon lainnya adalah yang paling umum. Aplikasi suhu rendah khusus mungkin menggunakan beberapa refrigeran non-Freon, tetapi jumlahnya sebagian besar.

Capacity control : Tahun 1950-an dan awal 1960-an mungkin merupakan periode pertimbangan terbesar untuk berbagai cara pengendalian kapasitas. Peningkatan operasi dan efisiensi yang dapat dicapai dengan menerapkan capacity control telah diakui. Dalam satu kasus pompa kalori (heat pump) eksperimental dioperasikan dengan capacity control, dan dilengkapi dengan sistem perpindahan panas kondensor dan evaporator yang mempertahankan perpindahan panas yang baik bahkan pada kapasitas rendah telah menunjukkan COP musiman 4,1 dibandingkan dengan pengoperasian unit yang sama tanpa capacity control yang menunjukkan COP 2.2 untuk operasi satu musim. Namun, biaya listrik yang dibuat-buat rendah selama sebagian besar periode ini tidak mendorong pengembangan penuh dan pembuatan unit tersebut. Meskipun banyak jenis capacity control yang diuji pada fase pengembangan awal, tidak ada yang diproduksi. Bahkan sistem bongkar silinder yang sudah diterima, meskipun masih digunakan, tidak dikembangkan lebih lanjut untuk memberikan intersepsi rendah tanpa beban untuk compressor R-22 2 kutub seperti yang dicapai dengan mesin R-12 4 kutub. Beberapa penggunaan lebih lanjut dari penggerak multi-kecepatan dilakukan selama periode ini. Namun semakin menurunnya ukuran ukuran rangka motor standar untuk keluaran tertentu telah mengurangi keuntungan karena efisiensi motor menurun. Sejak tahun 1972, kelangkaan energi telah memberikan dorongan baru bagi potensi peningkatan efisiensi dari kapasitas variabel. Namun, pada tahun 1975, akhir periode ini tidak ada perubahan signifikan yang terlihat.

Sekali lagi compressor menjadi lebih kecil secara fisik dengan menggunakan R-22 untuk menggantikan R-12, dan perubahan ke motor 2 kutub. Compressor khusus diproduksi secara massal untuk AC otomotif dan sebagian besar dari semua mobil yang diproduksi ber-AC. Sebagian besar rumah baru di wilayah yang luas di negara ini ber-AC, dan banyak rumah tua telah dipasang kembali. Merupakan hal yang tidak biasa untuk membangun bangunan besar mana pun tanpa AC penuh. Pesawat memiliki sistem pendingin udara sendiri untuk digunakan di darat dan di udara. Sebagian besar bus lintas negara dan banyak bus kota ber-AC. Penghitung makanan beku di supermarket mengambil sebanyak 20% dari ruang pajangan. Kasing berpendingin membutuhkan 20% lagi pada suhu di atas titik beku. Kami di timur makan selada California hampir sepanjang musim dingin, dan menikmati banyak manfaat lain dari transportasi berpendingin. Makanan yang dimasak dibekukan dalam porsi “TV”, dan merupakan bagian penting dari pasar makanan. Rumah sakit menikmati catatan pemulihan yang lebih baik karena area kritis AC, dan di kamar pasien. Singkatnya, pendingin dan AC telah menjadi dasar dari apa yang disebut gaya hidup kita. Dan inti dari setiap sistem refrigerasi atau setiap sistem AC adalah satu atau lebih compressor refrigerasi.

Pasca Tahun 1975

Empat tahun sejak 1975 adalah awal dari era baru ketika pengurangan penggunaan energi menjadi hal yang terpenting. Ini juga merupakan awal dari era ketika pergeseran refrigeran lain mungkin terjadi karena masalah lingkungan, tetapi terlalu dini untuk diprediksi saat ini. Banyak pabrikan besar sekarang membeli compressor mereka dari pabrikan khusus dan dengan demikian merasa lebih sulit untuk membuat perubahan inovatif yang mereka sendiri dapat masukkan ke dalam produk mereka. Tetapi pandangan singkat tentang apa yang mungkin ada di hadapan kita mungkin bisa mencerahkan.

Compressor : Dalam banyak hal desain compressor pendingin adalah teknologi yang matang. Selain memahami katup karena pekerjaan di Laboratorium Herrick, pemodelan matematika dari fungsi lain di dalam compressor sangat membantu. Model Purdue telah memungkinkan pabrikan untuk mengembangkan model mereka sendiri sehingga compressor lebih mudah dirancang untuk karakteristik khusus seperti efisiensi yang lebih tinggi. Desain motor dan pilihan rangka merupakan bagian integral dari desain compressor, dan dapat dipertimbangkan dalam upaya penghematan energi. Elektronik solid state telah membawa kemungkinan perubahan kecepatan yang efisien pada rentang yang diinginkan ke ranah pencapaian. Dengan demikian compressor yang dapat beradaptasi dengan beban apa pun dengan mengubah kapasitasnya dapat diharapkan.

Untuk meningkatkan efisiensi perangkat seperti pompa kalori (heat pump) yang beroperasi pada rentang tekanan hisap dan pelepasan yang sangat luas, diperlukan compressor yang dalam satu kondisi dapat mentolerir tekanan hisap yang sangat tinggi dari panas yang diambil dari penyimpanan pada suhu setinggi 1OOF. atau mungkin llOF, dan kirimkan hanya dengan suhu 20 hingga 40 derajat F lebih tinggi. Mungkin kontrol kecepatan adalah jawabannya karena aliran massa melalui katup akan dikurangi sehingga mereka dapat bertahan dari kepadatan tinggi yang terlibat saat gas mengalir melaluinya. Pada saat yang sama, compressor yang sama harus beroperasi pada semua tekanan dan rasio tekanan yang sekarang kita terapkan padanya.

Refrigeran : Diragukan apakah ada refrigeran baru yang diperlukan untuk alasan pengoperasian. Keluarga Freon mencakup berbagai titik didih yang mungkin diperlukan. Pertanyaan tentang dampak lingkungan masih ada di hadapan kita, dan dapat menyebabkan perubahan baik dalam refrigeran dasar, atau dalam metode penanganan untuk menghindari sebagian besar produksi terlepas ke atmosfer.

Capacity control : Saat ini tampaknya ada pemeriksaan dari banyak alat capacity control yang percobaan dijalankan di tahun 1950-an. Sangat menarik bahwa banyak paten yang dikeluarkan kemudian tiba-tiba tidak dicetak lagi dan hanya tersedia dalam bentuk salinan foto. Alat baru yang paling kuat untuk capacity control adalah kontrol kecepatan untuk compressor perpindahan positif. Solid state inverter dapat digunakan untuk mengubah arus 60 siklus atau 50 siklus yang digunakan di sebagian besar catu daya dunia ke frekuensi dan voltase yang diinginkan. Frekuensi menentukan kecepatan putaran motor compressor sedangkan tegangan dipilih untuk memberikan operasi yang tepat pada frekuensi baru. Tidak hanya frekuensi dan karenanya kecepatan dapat dikurangi dari biasanya 3500 rpm, tetapi juga dapat ditingkatkan menjadi kecepatan seperti 4500 rpm sehingga compressor kecil dapat menangani permintaan waktu singkat untuk kapasitas yang lebih tinggi. Motor induksi beroperasi dengan baik di bawah kondisi catu daya variabel ini, satu-satunya kehilangan efisiensi yang penting adalah karena fakta bahwa slip yang sama diperlukan, berapapun rpmnya, untuk menghasilkan torsi yang sama. Sangat mungkin kerugian ini dapat dihilangkan dengan menggunakan rotor magnet permanen yang kemudian akan beroperasi pada kecepatan sinkron dan menghindari kerugian slip bahkan pada beban penuh.

Meskipun kemungkinan penggerak kecepatan terkontrol ini memang besar, realisasi penuh dari potensi penghematan energinya akan membutuhkan perhatian yang jauh lebih besar pada desain komponen perpindahan panas dari sistem pendinginan. Diperlukan desain baru yang mempertahankan koefisien perpindahan panas sisi refrigeran yang tinggi bahkan pada kecepatan rendah. Jadi mungkin compressor memimpin komponen lain dalam kematangan.

Masa Depan

Meskipun kami mungkin berpikir bahwa desain dan penggunaan compressor pendingin telah mencapai kematangan, kami harus mencatat bahwa dalam beberapa bulan terakhir fitur baru seperti kontrol kecepatan telah diperkenalkan dan diterapkan pada compressor reciprocating. Sementara sedikit yang dikatakan di sini mengenai bentuk compressor lain seperti desain putar atau compressor ulir, mereka dapat dianggap telah mencapai tahap kematangan yang serupa dengan desain. Kami dapat merasa yakin bahwa konferensi seperti ini di mana kami terlibat di Laboratorium Herrick Purdue, dan upaya individu dari berbagai tim desain di seluruh dunia akan menghasilkan peningkatan lebih lanjut dalam desain compressor kematangan. Mungkin konsepnya adalah benar-benar kemampuan untuk membuat desain baru berdasarkan basis pengalaman yang luas, dan dengan demikian mengharapkan hasil yang menghasilkan efek yang diinginkan. Kami telah menempuh perjalanan jauh dari compressor besar 120 rpm seabad yang lalu.

Sumber :

  • Marine Air Conditioning Carrier Engineering Company
  • Alwin B. Newton, The Refrigeration Compressor – Langkah Menuju Penyempurnaan. Universitas Purdue dan Konsultan, York, Pennslyvania 17403
  • en.wikipedia.org
  • www.oldwoodward.com