Metode pendinginan dapat diklasifikasikan sebagai non-siklik, siklik, termoelektrik dan magnetik.
1. Non-siklik pendingin
Dalam non-siklik pendingin, pendinginan dilakukan dengan pencairan es atau dengan subliming es kering (karbon dioksida beku). Metode ini digunakan untuk skala kecil pendinginan seperti di laboratorium dan lokakarya, atau dalam pendingin portabel.
Es berutang efektivitasnya sebagai agen pendingin untuk titik leleh dari 0 ° C (32 ° F) di permukaan laut. Mencair, es harus menyerap 333,55 kJ / kg (sekitar 144 Btu / lb) panas. Bahan pangan dipertahankan dekat suhu ini memiliki umur penyimpanan meningkat.
Karbon dioksida padat tidak memiliki fase cair pada tekanan atmosfer normal, dan tersublimasi langsung dari padat ke fase uap pada suhu -78,5 ° C (-109,3 ° F), dan berlaku efektif untuk mempertahankan produk pada suhu rendah selama sublimasi. Sistem seperti ini di mana refrigeran menguap dan dilepaskan ke atmosfer yang dikenal sebagai "pendingin kerugian total".
2. Siklik pendingin
Ini terdiri dari siklus pendinginan, dimana panas dipindahkan dari ruang bersuhu rendah atau sumber dan menolak untuk wastafel suhu tinggi dengan bantuan kerja eksternal, dan kebalikannya, siklus daya termodinamika. Dalam siklus daya, panas dipasok dari sumber suhu tinggi ke mesin, bagian dari panas yang digunakan untuk menghasilkan karya dan sisanya ditolak untuk wastafel suhu rendah. Ini memenuhi hukum kedua termodinamika.
Siklus refrigerasi menjelaskan perubahan yang terjadi dalam refrigeran karena bergantian menyerap dan menolak panas karena bersirkulasi melalui kulkas. Hal ini juga diterapkan untuk pekerjaan HVACR, saat menjelaskan "proses" aliran refrigeran melalui unit HVACR, apakah itu sistem paket atau split.
Panas secara alami mengalir dari panas ke dingin. Kerja diterapkan untuk mendinginkan ruang hidup atau volume penyimpanan dengan memompa panas dari sumber panas menjadi suhu yang lebih rendah wastafel suhu yang lebih tinggi panas. Isolasi digunakan untuk mengurangi pekerjaan dan energi yang diperlukan untuk mencapai dan mempertahankan suhu yang lebih rendah dalam ruang berpendingin. Prinsip operasi dari siklus refrigerasi digambarkan secara matematis oleh Sadi Carnot pada tahun 1824 sebagai mesin panas.
Jenis yang paling umum dari sistem pendingin menggunakan reverse-Rankine uap-siklus pendingin kompresi, meskipun penyerapan pompa panas digunakan pada sebagian kecil aplikasi.
Pendinginan siklik dapat diklasifikasikan sebagai:
a. Uap siklus, dan
b. Gas siklus
Uap pendingin siklus lebih lanjut dapat diklasifikasikan sebagai:
a. Uap-refrigerasi kompresi
b. Uap-penyerapan pendingin
Uap-kompresi siklus
Siklus kompresi uap digunakan dalam lemari es rumah tangga yang paling dan juga di banyak sistem pendingin besar komersial dan industri. Gambar 1 memberikan diagram skematik dari komponen sistem refrigerasi kompresi uap khas.
Termodinamika siklus dapat dianalisis di suatu diagram [13] [14] seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Dalam siklus ini, refrigeran beredar seperti Freon masuk kompresor sebagai uap. Dari titik 1 ke titik 2, uap dikompresi pada entropi konstan dan keluar kompresor sebagai uap pada suhu lebih tinggi, tetapi masih di bawah tekanan uap pada suhu tersebut. Dari titik 2 ke titik 3 dan ke 4 titik, uap perjalanan melalui kondensor yang mendinginkan uap sampai mulai kondensasi, dan kemudian mengembun uap menjadi cairan dengan menghapus panas tambahan pada tekanan konstan dan suhu. Antara poin 4 dan 5, refrigeran cair masuk melalui katup ekspansi (juga disebut katup throttle) di mana tekanannya tiba-tiba menurun, menyebabkan penguapan flash dan auto-pendinginan, biasanya, kurang dari setengah dari cairan.
Yang menghasilkan campuran cair dan uap pada suhu yang lebih rendah dan tekanan seperti yang ditunjukkan pada titik 5. Campuran cairan-uap dingin kemudian berjalan melalui koil evaporator atau tabung dan benar-benar menguap dengan mendinginkan udara hangat (dari ruang yang didinginkan) ditiup oleh fan di kumparan evaporator atau tabung. Refrigeran yang dihasilkan uap kembali ke saluran masuk kompresor pada titik 1 untuk menyelesaikan siklus termodinamika.
Diskusi di atas didasarkan pada siklus refrigerasi kompresi uap ideal, dan tidak memperhitungkan dunia nyata seperti efek penurunan tekanan gesekan dalam sistem, ireversibilitas termodinamika sedikit selama kompresi uap refrigeran, atau non-ideal perilaku gas ( jika ada).
Kulkas Penyerapan
Pada tahun-tahun awal abad kedua puluh, penyerapan uap siklus menggunakan air-amonia sistem yang populer dan banyak digunakan. Setelah pengembangan siklus kompresi uap, siklus penyerapan uap kehilangan banyak pentingnya karena koefisien rendah kinerja (sekitar seperlima dari yang dari siklus kompresi uap). Hari ini, siklus penyerapan uap digunakan terutama di mana bahan bakar untuk pemanasan tersedia tapi listrik tidak, seperti di kendaraan rekreasi yang membawa gas LP. Hal ini juga digunakan di lingkungan industri di mana limbah panas berlimpah mengatasi inefisiensi tersebut.
Siklus penyerapan mirip dengan siklus kompresi, kecuali untuk metode meningkatkan tekanan dari uap refrigeran. Dalam sistem penyerapan, kompresor diganti dengan penyerap yang melarutkan zat pendingin dalam suatu cairan yang sesuai, pompa cairan yang meningkatkan tekanan dan generator yang, di samping panas, drive dari uap refrigeran dari cairan tekanan tinggi. Beberapa pekerjaan yang dibutuhkan oleh pompa cair tapi, untuk jumlah tertentu refrigeran, jauh lebih kecil dari yang dibutuhkan oleh kompresor pada siklus kompresi uap. Di dalam lemari pendingin absorpsi, kombinasi yang sesuai dari refrigeran dan absorben yang digunakan. Kombinasi yang paling umum adalah amoniak (refrigeran) dengan air (penyerap), dan air (refrigeran) dengan lithium bromide (penyerap).
Gas siklus
Ketika fluida kerja adalah gas yang dikompresi dan diperluas tetapi tidak mengubah fasa, siklus refrigerasi disebut siklus gas. Air paling sering ini fluida kerja. Karena tidak ada kondensasi dan penguapan dimaksud dalam siklus gas, komponen yang sesuai dengan kondensor dan evaporator dalam siklus kompresi uap adalah penukar panas panas dan dingin gas ke gas dalam siklus gas.
Siklus gas kurang efisien daripada siklus kompresi uap karena siklus gas bekerja pada siklus Brayton terbalik bukan siklus Rankine terbalik. Dengan demikian fluida kerja tidak menerima dan menolak panas pada temperatur konstan. Pada siklus gas, efek pendinginan sama dengan produk dari panas jenis gas dan kenaikan temperatur gas di sisi suhu rendah. Oleh karena itu, untuk beban pendinginan yang sama, siklus pendinginan gas membutuhkan tingkat aliran massa besar dan besar.
Karena efisiensi yang lebih rendah dan curah yang lebih besar, pendingin siklus udara tidak sering digunakan saat ini dalam perangkat pendinginan terestrial. Namun, mesin siklus udara sangat umum pada bertenaga gas turbin pesawat jet sebagai pendingin dan unit ventilasi, karena kompresi udara sudah tersedia dari bagian kompresor mesin. Unit tersebut juga melayani tujuan pressurizing pesawat.
3. Thermoelectric pendingin
Termoelektrik pendinginan menggunakan efek Peltier untuk menciptakan fluks panas antara persimpangan dua jenis bahan. Efek ini umumnya digunakan dalam berkemah dan pendingin portabel dan untuk mendinginkan komponen elektronik dan instrumen kecil.
4. Magnetic pendingin
Refrigerasi magnetik, atau demagnetisasi adiabatik, adalah teknologi pendingin berdasarkan efek magnetocaloric, properti intrinsik padatan magnetik. Refrigeran sering merupakan garam paramagnetik, seperti nitrat cerium magnesium. The dipol magnetik aktif dalam hal ini adalah dari kulit elektron dari atom paramagnetik.
Sebuah medan magnet yang kuat diterapkan pada refrigeran, memaksa dipol berbagai magnet untuk menyelaraskan dan menempatkan ini derajat kebebasan dari refrigeran ke dalam keadaan entropi diturunkan. Sebuah heat sink kemudian menyerap panas yang dilepaskan oleh refrigeran karena kerugiannya entropi. Kontak termal dengan heat sink ini kemudian rusak sehingga sistem ini terisolasi, dan medan magnet dimatikan. Hal ini meningkatkan kapasitas panas dari refrigeran, sehingga menurunkan suhu di bawah suhu heat sink.
Karena bahan menunjukkan beberapa sifat yang dibutuhkan pada suhu kamar, aplikasi sejauh ini terbatas pada cryogenics dan penelitian.
-Metode lain
Metode lain untuk pendingin udara termasuk mesin siklus yang digunakan dalam pesawat; tabung pusaran digunakan untuk pendinginan spot, ketika udara tekan yang tersedia; dan pendinginan thermoacoustic menggunakan gelombang suara dalam gas bertekanan untuk mendorong perpindahan panas dan pertukaran panas; uap pendingin jet populer di awal tahun 1930-an untuk bangunan AC besar; thermoelastic pendingin yang menggunakan paduan logam cerdas peregangan dan santai. Mesin siklus Stirling banyak panas dapat dijalankan mundur untuk bertindak sebagai lemari es, dan karena itu mesin ini memiliki penggunaan ceruk dalam cryogenics. Selain itu ada jenis lain cryocoolers seperti Gifford-McMahon pendingin, Joule-Thomson pendingin, pulsa-tabung kulkas dan, untuk suhu antara 2 mK dan 500 mK, kulkas dilusi.