Kulkas merupakan salah satu penemuan terbesar yang mengubah cara hidup kita. Dengannya manusia dapat menyimpan makanan dalam waktu yang lebih lama. Hal ini mungkin dilakukan selama udara dingin di kulkas mampu menghambat pertumbuhan bakteri pada makanan. Pertanyaannya, bagaimana mungkin suhu di dalam kulkas bisa tetap sejuk meskipun udara di luar sangat panas? Artikel ini akan menjawabnya.
Prinsip Kerja Refrigerator
Kulkas adalah sebuah mesin yang digunakan untuk mendinginkan dan mempertahankan suhu dingin di dalam sebuah kotak (box). Tidak heran jika kulkas biasa disebut ice box karena bentuknya yang seperti kotak. Hasilnya, makanan yang berada ditempat yang lebih sejuk (di dalam kulkas) cenderung bertahan lebih lama. Selain kulkas, mesin ini juga biasa dinamakan refrigerator atau freezer, tergantung kapabilitas derajat suhu yang bisa dipertahankan.
Komponen Bagian Kulkas
Berikut adalah komponen penting yang berperan penting dalam sistem pendingin refrigerator, disertai fungsinya:
1. Katup ekspansi
Bagian ini mengatur aluran cairan refrigerant dalam sistem sebelum masuk ke evaporator. Meski ukurannya cukup kecil, katup ekspansi sensitif dengan perubahan temperatur pada refrigerant. Katup ekspansi dapat menurunkan tekanan dan suhu refrigerant hingga 20 derajat Celcius dan 0.6 bar.
2. Kompresor
Kompresor terdiri dari motor penggerak yang mampu mengisap refrigerant dari evaporator dan meng-kompres nya. Hasil dari proses ini berupa refrigerant dengan suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Bisa dikatakan kalau kompresor seperti hati dari sistem pendingin kulkas karena berperan penting dalam memompa dan mensirkulasikan refrigerant ke seluruh komponen.
Kompresor biasanya diletakkan pada bagian belakangan kulkas. Suara yang biasa kalian dengar bisa saja berasal dari kompresor yang sedang beroperasi. Disamping itu, komponen lain yakni thermostat mampu mengatur temperatur dalam kulkas dengan mengaktifkan dan mematikan kompresor.
3. Evaporator
Inilah bagian yang membuat isi kulkas menjadi dingin dan sejuk. Terdiri dari tabung bersirip (finned tubes) yang terbuat dari besi berfungsi untuk memaksimalkan perpindahan panas yang terjadi. Perpindahan panas dalam kasus ini merujuk kepada banyak nya panas yang mampu diserap oleh refrigerant melalui evaporator. Semakin banyak, semakin efisien.
4. Kondensor
Kondensor juga memiliki tabung dengan sirip (eksternal fin) yang terletak pada bagian belakang kulkas. Komponen ini berperan dalam membuang panas yang terkandung dalam refrigerant ke udara sekitar .
5. Refrigerant
Fluida khusus yang disebut refrigerant digunakan sebagai medium pembawa panas. Fluida ini mengalir ke semua komponen membentuk siklus dan berubah fase dari cair ke gas dan sebaliknya, gas menjadi cair. Sebelumnya, fluida seperti CFC (chlorofluorocarbon) dipakai sebagai medium, namun dihentikan karena alasan ketidak ramah lingkungan.
Refrigerant memang spesifik digunakan dalam sistem pendingin seperti kulkas, air conditioner, chiller dan sebagainya. Karena itu fluida ini seringkali disebut sebagai pendingin karena tugasnya untuk membawa panas dari dalam kulkas.
Prinsip Cara Kerja Kulkas
Cara kerja kulkas sebenarnya cukup sederhana. Refrigerant (fluida pendingin) mengalir ke bagian dalam kulkas dan menyerap panas dari makanan. Refrigerant kemudian membawa panas keluar ke udara sekitar di dapur. Kurang lebih seperti itu gambarannya.
Refrigerator bekerja berdasarkan konsep kesetimbangan termal. Artinya, saat benda panas bersentuhan dengan benda dingin, maka panas akan berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah, sampai suhu kedua benda ini sama. Inilah yang terjadi pada refrigerant ketika menyerap dan membuang panas, adanya perbedaan suhu menjadi pemicu perpindahan panas baik secara konduksi maupun konveksi. Singkatnya, kulkas merupakan sebuah sistem pendingin yang memanfaatkan sains dalam implementasinya.
Mekanisme cara kerja kulkas
Mari kita masuk ke pembahasan yang lebih detail mengenai proses pengeluaran panas dari kulkas. Berikut uraian cara refrigerator mendinginkan dan mempertahankan suhu makanan di dalamnya:
- Kompresor memperkecil volume gas refrigerant, sembari menaikkan tekanan dan temperaturnya (sekitar 80-90 derajat Celcius). Tekanan tersebut mampu mendorong gas refrigerant bergerak menuju ke kumparan kondensor pada bagian luar freezer.
- Ketika gas refrigerant yang panas pada kondensor bersentuhan dengan udara yang lebih dingin seperti di dapur, terjadi perubahan bentuk pada refrigerant. Hal ini disebabkan oleh panas gas refrigerant berpindah keluar sehingga suhunya turun dan menjadi cair (fase dimana gas refrigerant berubah menjadi cair).
- Setelah mengeluarkan panas, tekanan cairan refrigerant akan ikut menurun saat melewati katup ekspansi. Cairan ini kemudian mengalir ke kumparan evaporator yang berada di dalam kulkas.
- Di evaporator, cairan refrigerant berperan untuk menyerap panas sehingga isi kulkas menjadi lebih sejuk. Perpindahan atau penyerapan panas terjadi disebabkan oleh suhu kumparan evaporator lebih rendah atau sama dengan suhu di dalam kulkas. Ingat, panas bergerak saat ada perbedaan temperatur.
- Setelah menyerap panas, suhu cairan refrigerant naik sehingga berubah fase dari cair menjadi gas. Gas ini mengulangi prosesnya dari awal dengan mengalir menuju kompresor, seperti pada proses 1.
