Mari Kita Mempelajari Cara Kerja Lemari Es (Kulkas)

                                                                                              
                                                                                              Gambar 1: Lemari Es Toshiba Glacio

Kulkas (lemari es dan freezer) merupakan salah satu jenis barang yang tergolong vital (sangat dibutuhkan) bagi rumah tangga terutama di daerah perkotaan, oleh karena itu di masa kini jarang ada rumah tangga di daerah perkotaan yang tidak memiliki kulkas. Pemakaian kulkas 'tidak ada matinya', mau musim panas atau dingin tetap diperlukan. Tentu tak perlu dijelaskan panjang lebar tentang manfaat kulkas, semua sudah pada tahu. Di masa depan diperkirakan hampir setiap keluarga akan memiliki kulkas. Oleh karena itu ada baiknya kita memahami cara/prinsip kerjanya yang mungkin kelak akan berguna bila suatu saat ‘berurusan’ dengan benda ini, misalnya saat kulkas di rumah sedang ‘ngambek’ (terganggu), kita tidak akan mudah terkecoh tukang reparasi kulkas (maaf, penulis tidak bermaksud mengatakan bahwa semua tukang reparasi kulkas suka mengecoh, tetapi kebetulan ada segelintir oknum saja yang nakal). Selain itu kita akan lebih mudah mempelajari cara kerja Air Conditioner (AC) yang pemakaiannya juga semakin meluas, karena kedua jenis benda ini memiliki prinsip kerja yang hampir sama. Tulisan ini ditujukan bagi Anda yang masih "awam" atau tergolong "setengah awam" dibidang teknik pendingin tetapi sudah memiliki sedikit dasar dibidang elektronika, agar dapat mengambil manfaatnya. Hapuskan rasa ragu sebelum membaca dan mempelajarinya dengan seksama karena tulisan ini dirancang dengan bahasa yang sederhana agar mudah dipahami. Bila Anda memiliki kemauan, pasti akan dapat memahaminya. Baiklah, kita langsung saja menelanjangi cara kerja kulkas. Selamat belajar!


Prinsip Kerja Kulkas
Kita akan mengupas tuntas cara kerja kulkas yang memakai sistem kompresor (compressor). Dalam menjalani tujuan hidupnya untuk mendinginkan barang-barang yang berada di dalam dirinya, kulkas memiliki 2 prinsip (sistem) kerja yang utama, yaitu:
1. Kerja mendinginkan (cooling).
2. Kerja mencairkan es di evaporator (defrost).

Kedua jenis kerja tersebut (cooling dan defrost) harus bekerja baik secara bergantian agar proses pendinginan di dalam kulkas berjalan optimal sebagaimana mestinya. Bila salah satu atau kedua jenis kerja tersebut terganggu, maka performa kulkas akan menurun alias 'tidak dingin lagi.' Mari kita bahas satu-persatu.

1. Kerja mendinginkan (cooling)
Saat kulkas sedang menunaikan tugas fungsinya, berlaku beberapa hukum fisika yang menjadi dasar kerja proses pendinginan di kulkas, yang paling menonjol adalah penerapan Hukum Termodinamika Kedua. Salah satu pernyataan khusus hukum ini yang dicetuskan oleh Mr. Clausius, mengatakan bahwa kalor (panas) berpindah dengan sendirinya dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Hukum fisika ini dijalankan dengan baik oleh bagian yang bernama  'Evaporator' di dalam cooling system/cycles. Agar kita lebih mudah memahami proses yang terjadi di evaporator, dapat diberikan contoh sebagai berikut: apabila kita baru selesai mandi di kolam renang dan keluar dari kolam renang ke udara luar maka tubuh kita akan terasa dingin walaupun pada saat itu matahari sedang memancar kearah kulit kita dengan kuatnya. Hal ini terjadi karena sisa-sisa air pada kulit ketika sedang menguap akan mengambil panas dari kulit (tubuh) sehingga kita akan merasakan dingin. Sensasi dingin akan diperkuat bila saat itu ada angin bertiup menerpa kulit kita.  Bila Anda tidak pernah berenang, ada contoh lain yang mirip, ketika baru selesai mandi kemudian kita keluar dari kamar mandi dengan membawa sedikit sisa-sisa air di kulit dan tanpa diselimuti handuk atau memakai baju, maka kita akan merasakan sensasi dingin sebab sisa-sisa air yang sedang menguap pada saat bersamaan mengambil panas dari kulit (tubuh) kita. 

Mungkin Anda akan bertanya, ... bagaimana hubungannya dengan kerja kulkas? Dapat dijelaskan seperti ini, kulit kita dapat disamakan dengan evaporator  yang ada di dalam kulkas, udara luar disamakan dengan ruang bagian dalam pipa evaporator, jaringan di bawah kulit diibaratkan sebagai bagian dalam (isi) kulkas, sedangkan sisa-sisa air di kulit diibaratkan sebagai bahan pendingin (refrigerant) yang sedang menguap di dalam pipa evaporator. Sekarang kita menuju ke kulkas, refrigeran yang menguap (berubah wujud dari cair menjadi gas) di dalam evaporator akan mengambil kalor/panas dari bagian dalam (isi) kulkas dan pada saat yang sama fan motor (kipas) membantu meniupkan hawa dingin yang berasal dari sekeliling dinding bagian luar evaporator yang dilapisi bunga es. Sebagai akibat adanya perputaran udara di ruang bagian dalam kulkas maka terjadi perpindahan kalor, hawa panas terhisap naik ke arah evaporator dan hawa dingin dihembuskan secara merata keseluruh bagian dalam ruang kulkas sehingga lama-kelamaan isi kulkas menjadi dingin. Proses pendinginan kulkas juga didukung oleh pemakaian zat refrigeran yang mempunyai karakteristik (sifat-sifat) spesifik tertentu sehingga manusia mampu menghasilkan temperatur isi kulkas jauh di bawah nol derajat Celsius bagaikan di kutub. Namun secara keseluruhan, proses pendinginan kulkas sebenarnya bukan melulu hasil kerja si evaporator tetapi merupakan kerja bareng berbagai bagian dan komponen dari coling system dan defrost system

Agar lebih jelas, marilah kita membahas aliran refrigeran pada cooling cycles. Karena proses pendinginan kulkas berhubungan erat dengan adanya aliran bahan pendingin dalam cooling cycles, maka kita perlu memahami petualangan si refrigeran ini. 

Perjalanan refrigeran dalam cooling cycles (siklus pendinginan)
Perjalanan (aliran) refrigeran dalam cooling cycles (lihat Bagan 1 di bawah) sebagai berikut: 
Kita mulai dari hisapan kompresor. Dengan adanya aliran listrik maka motor kompresor akan bekerja mengisap gas refrigeran yang bersuhu dan bertekanan rendah dari saluran hisap (dan evaporator). Kompresor kemudian memampatkan gas refrigeran sehingga menjadi uap/gas bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi, gas tersebut ditekan keluar oleh kompresor memasuki kondensor yang dingin. Gas refrigeran yang panas dan bertekanan tinggi tersebut di dalam kondensor akan didinginkan oleh udara di luar kulkas (panasnya berpindah dari kondensor ke udara sekelilingnya) sehingga suhunya turun (menjadi dingin) mencapai suhu kondensasi (berkondensasi atau mengembun) dan wujudnya berubah menjadi cair tetapi tekanannya tetap tinggi. Refrigeran cair yang bertekanan tinggi (tetapi suhunya telah rendah) ini selanjutnya mengalir kedalam penyaring (strainer dan drier). Refrigeran cair kemudian memasuki pipa kapiler yang berdiameter kecil dan panjang sehingga tekanannya turun drastis. Dari pipa kapiler, refrigeran cair yang tekanannya sudah sangat rendah ini kemudian memasuki ruang evaporator yang memiliki tekanan yang rendah hingga vakum sehingga titik didihnya yang memang ditakdirkan sudah rendah semakin bertambah rendah pula, oleh sebab itu dia segera berubah wujud menjadi gas (menguap). Ketika berubah wujud dari cair menjadi gas di dalam pipa evaporator yang panjang dan berkelok-kelok itu, oleh sebab zat refrigeran memiliki kalor laten penguapan yang besar (lagi-lagi karakteristik refrigeran memainkan perannya yang penting!) maka dia memerlukan kalor laten yang besar pula dan kalor (panas) ini diambilnya dari sekeliling evaporator yaitu isi kulkas. Kerja ini diperkuat oleh adanya daya hisap kompresor yang menyebabkan molekul-molekul gas refrigeran mendapat percepatan sehingga bergerak melesat di sepanjang lorong panjang evaporator sambil mengambil panas dari sekeliling evaporator dengan efek resultantenya adalah isi kulkas menjadi dingin. Kemudian gas refrigeran memasuki akumulator. Eitt ... ternyata kadang-kadang ada juga refrigeran yang masih berwujud cairan atau belum berubah menjadi gas. Akumulator akan memisahkan refrigeran antara yang berbentuk gas dan yang masih berbentuk cairan. Hanya refrigeran yang berwujud gas saja yang diperkenankan memasuki saluran hisap kemudian kembali ke kompresor. Di dalam kompresor, refrigeran berbentuk gas akan dimampatkan dan dipompakan lagi ke kondensor, begitu seterusnya proses ini berulang-ulang.

                                                             
                                                                         Bagan 1: Skema cooling cycles pada lemari es (kulkas)

Secara ringkas, alur perjalanan refrigeran sebagai berikut: Kompresor --> kondensor --> strainer & drier --> pipa kapiler atau katup ekspansi --> evaporator --> akumulator --> saluran hisap --> kembali ke kompresor, dst siklus ini berulang-ulang.

Bagian-bagian cooling cycles
Refrigeran (bahan pendingin): Refrigeran merupakan suatu zat yang mudah berubah wujudnya dari gas menjadi cair dan sebaliknya. Zat refrigeran (refrigerant), masyarakat menyebutnya sebagai Freon, banyak jenis dan mereknya yang beredar di pasaran. Freon sebenarnya salah satu nama dagang/merek gas, nama kimianya adalah Chloro-Flouro-Carbon atau CFC, merupakan suatu jenis bahan pendingin yang banyak dipakai pada kulkas keluaran lama. Karena CFC kemudian diketahui tidak bersahabat bagi lingkungan hidup yaitu bila terlepas ke udara bebas dapat merusak lapisan ozon yang berada dalam atmosfir bumi, maka pada kulkas keluaran baru pemakaian refrigeran jenis CFC digantikan oleh non-CFC. Jenis-jenis refrigeran non CFC yang boleh dipakai dan tidak boleh dipakai di suatu negara masih berkembang dan masih terus diteliti mengenai dampak buruknya sampai saat ini. Agar dapat menjalankan fungsinya, refrigeran harus memiliki karakteristik (sifat-sifat) tertentu, antara lain: tidak mudah terbakar, tidak beracun, tidak korosif, struktur kimianya stabil (tidak mudah terurai), titik didihnya lebih rendah daripada suhu evaporator, memiliki kalor laten uap yang besar, memiliki tekanan kondensasi yang rendah, dan memiliki tekanan penguapan yang lebih tinggi dari 1 Atmosfir.

Kompresor (compressor): Motor kompresor digerakkan oleh tenaga listrik (PLN). Dapat kita ibaratkan kompresor sebagai jantung dalam sistem peredaran darah manusia dan refrigeran dapat diibaratkan sebagai darah yang dipompa oleh jantung keseluruh tubuh. Kompresor bertugas memampatkan refrigeran sehingga menjadi uap/gas bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi, mendorong/memompa refrigeran kedalam sistem, menurunkan tekanan di dalam evaporator dan menghisap refrigeran masuk kembali ke kompresor. Di dalam kompresor (tepatnya di bagian stator) terdapat 2 gulungan (kumparan) kawat tembaga berisolasi yaitu kumparan utama dan kumparan pembantu. Kumparan-kumparan ini bila dialiri arus listrik (PLN) akan menyebabkan stator menjadi magnet yang kutub-kutubnya berlawanan dengan kutub-kutub pada rotor sehingga rotor dapat berputar. Kumparan utama berfungsi memberikan daya gerak putar bagi kerja motor kompresor sepanjang hari sedangkan kumparan pembantu  berfungsi untuk memberikan tambahan daya putar pada waktu kompresor mulai bekerja (start) 

Kondensor (condenser): Kondensor berupa gulungan pipa logam yang sangat panjang dan diperkuat dengan sirip-sirip, kisi-kisi atau pelat besi, terletak di bagian belakang kulkas dan berhubungan dengan udara luar. Kondensor bertugas mendinginkan zat refrigeran dengan suhu dan tekanan tinggi yang memasuki dirinya sehingga mencapai suhu kondensasi (mengembun). Pada lemari es ukuran kecil, kondensor didinginkan oleh udara luar di sekelilingnya sedangkan pada lemari es ukuran besar, kondensor didinginkan oleh kipas (fan).

Penyaring (strainer) dan pengering (drier): Penyaring dan pengering merupakan satu kesatuan alat, penyaring berfungsi untuk menyaring kotoran padat sedangkan pengering berfungsi untuk menyerap lembab (uap air). Strainer terbuat dari kawat/kasa tembaga yang sangat halus sedangkandrier berisi silica gel.

Keran ekspansi (expansion valve) & Pipa kapiler: Keran ekspansi terletak diantara strainer dan evaporator, berfungsi untuk menurunkan tekanan dan mengaturnya secara otomatis agar jumlah dan tekanan aliran refrigeran cair yang memasuki evaporator tetap konstan sesuai kebutuhan evaporator. Pada lemari es tertentu, keran ekspansi digantikan oleh pipa kapiler. Pipa kapiler memiliki diameter dan panjang tertentu yang dihitung (didisain) secara akurat agar berfungsi optimal sebagai penghambat gerakan refrigeran cair yang berasal dari strainer sehingga suhu refrigeran cair menurun dan tekanannya juga turun sebelum memasuki evaporator. 

Evaporator: Evaporator merupakan pipa panjang yang berdiameter besar dan berkelok-kelok, memiliki tekanan yang sangat rendah di dalamnya (hingga vakum) karena adanya hisapan yang dilakukan oleh motor kompresor. Refrigeran cair yang berasal dari pipa kapiler atau keran ekspansi segera berubah wujudnya menjadi gas ketika memasuki evaporator yang vakum tersebut. Gas yang berubah wujud tersebut akan menyerap kalor (panas) dari ruangan (isi) kulkas sehingga isi kulkas menjadi dingin.

Akumulator (accumulator): Akumulator merupakan alat penampung refrigeran yang berasal dari evaporator (baik yang berbentuk cair yang belum sempat berubah jadi gas maupun yang berwujud gas). Akumulator akan menyeleksi agar hanya refrigeran yang berbentuk gas (uap) saja yang mengalir (diteruskan) ke kompresor, dengan perkataan lain, akumulator berfungsi untuk mencegah bahan pendingin cair memasuki kompresor

Saluran hisap: Saluran hisap dengan bantuan tenaga kompresor akan mengisap gas refrigeran yang berbentuk gas dari akumulator  ke kompresor. Biasanya saluran hisap diletakkan berdempetan (melekat) pada kondensor, dimaksudkan agar panas dari kondensor mengalir ke saluran hisap sehingga kerja saluran hisap lebih optimal.
 
Di bawah ini gambar beberapa komponen sistem pendingin pada kulkas (sesama gambar tidak memakai skala/perbandingan sebenarnya)

1)    2)   3)    

  4)        5)

Gambar:

  • Nomor 1: Kompresor
  • Nomor 2: Kondensor
  • Nomor 3: Strainer/drier             
  • Nomor 4: Evaporator & akumulator          
  • Nomor 5: Akumulator     


2. Kerja mencairkan es (defrost)
Kalau kerja mendinginkan (cooling) merupakan syarat mutlak yang harus dilakukan lemari pendingin, maka kerja mencairkan es (defrost) merupakan kerja pendukung yang sangat diperlukan kulkas agar berfungsi sebagaimana mestinya. Bila defrost tidak bekerja maka bunga es akan semakin banyak bertumpuk di luar pipa evaporator sehingga akhirnya daya mendinginkan kulkas jauh berkurang dan kulkas tidak bisa mendinginkan lagi. 

Kerja defrost ada 2 jenis yaitu manual dan otomatis. Defrost manual banyak diterapkan pada lemari es model lama dan sederhana, sedangkan defrost otomatis banyak diterapkan pada lemari es masa kini. Kerja mencairkan es di evaporator dikerjakan oleh defrost heater (pemanas listrik) yang dibantu oleh alat-alat listrik yang kecil-kecil yang membentuk rangkaian listrik dengan berbagai variasi rangkaian  (tergantung merek kulkas) tetapi prinsip kerjanya sama yaitu mengatur waktu (saat) pendinginan dan pencairan es secara bergantian agar tercapai pendinginan yang optimal di dalam lemari es. Sirkuit listrik defrost cycles bersama motor kompresor merupakan bagian tak terpisahkan dari keseluruhan system kelistrikan pada sebuah kulkas. System kelistrikan kulkas merupakan bagian yang cukup rumit dan paling sering mengalami gangguan/kerusakan yang menyebabkan kulkas tidak berfungsi, tetapi kita dapat mudah memahami bila kita telah mempelajarinya dengan seksama.

 

Alat-alat listrik pada lemari es dan sistem pencairan es (defrost)
Alat-alat (komponen) utama pada lemari es adalah:
1. Control thermo (pengatur suhu, sering disebut thermostatrefrigerator cooling control, temperature control): Pengatur suhu berfungsi untuk mengatur lamanya kompresor bekerja dan berhenti berdasarkan batas-batas suhu yang telah ditentukan oleh pabrik pembuatnya. Alat ini memiliki tombol yang dapat diputar/disetel oleh pemilik kulkas. Bila suhu di dalam lemari es sangat rendah (mencapai suhu cut-off) maka kontak thermostat membuka sehingga kompresor berhenti bekerja karena tidak mendapat aliran listrik. Sebailknya bila suhu naik (mencapai suhu cut-on) maka kontak menutup sehingga kompresor mendapat aliran listrik dan mulai bekerja lagi. Suhu cut-off control thermo adalah -15C hingga -7,2C, sedangkan suhu cut-on 1,7C hingga 10,6C.

2. Defrost timer (pengatur waktu mencairkan es, defrost control): Defrost timer berfungsi untuk mengatur lama dan jarak waktu mencairkan es (defrost) di evaporator. Alat ini digerakkan oleh motor listrik kecil (+ 3,5 watt) yang akan memutar roda-roda gigi di dalamya (ingat bagian dalam mainan anak-anak yang memiliki banyak roda gigi kecil-kecil). Roda-roda gigi yang kecil-kecil tersebut akan menggerakkan kontak C sehingga secara bergantian akan terhubung ke kontak B atau D (lihat wiring diagram pada bagan 2). Lamanya waktu mencairkan antara 15-30 menit sedangkan jaraknya antara 6-8 jam sekali (tergantung pabrik pembuatnya).

3. Defrost heater (pemanas listrik): Pemanas listrik di dalam lemari es ada beberapa buah yang berfungsi untuk mencairkan bunga es di evaporator dan menghindarkan terjadinya kondensasi pada bagian-bagian lain yang tidak diperlukan pada kulkas (misalnya di bagian pintu kulkas). Pemanas listrik yang utama letaknya menempel atau sangat berdekatan dengan evaporator. Bentuk dan ukuran defrost heater bervariasi disesuaikan dengan besar kecilnya evaporator dan tergantung pula pada merek kulkas, ada yang terbuat dari kawat pemanas yang dibungkus pipa alumunium dan ada pula kawat pemanas yang dibungkus tube dari kaca.  

4. Defrost thermostat (disebut juga defrost control, bimetal): Defrost thermostat berfungsi untuk membatasi/menghentikan kerja defrost heater. Alat ini diletakkan (menempel) pada bagian yang paling dingin dari evaporator. Di bagian dalam defrost thermostat terdapat bimetal yang peka terhadap perubahan temperatur. Ketika defrost heater bekerja, maka suhu evaporator naik sehingga es mencair. Bila suhu evaporator naik mencapai 5C maka bimetal membuka kontaknya maka defrost heater tidak mendapat suplai listrik sehingga berhenti bekerja. Sebaliknya bila kompresor bekerja maka berangsur-angsur suhu evaporator turun, bila suhunya mencapai -5C maka kontak bimetal menutup.

5. Thermo fuse (disebut juga thermal fuse): Thermo fuse adalah suatu sekering pengaman terhadap suhu yang terlalu tinggi. Sekering ini berfungsi untuk melindungi lemari es terhadap bahaya kebakaran apabila defrost thermostat tidak berfungsi (rusak). Biasanya di sebelah thermo fuse terdapat bimetal yang dipasang seri dengan thermo fuse. Bimetal dalam thermo fuse akan membuka kontaknya pada suhu 21C sedangkan sekeringnya akan putus bila suhu mencapai 70C (terjadi bila bimetal tidak berfungsi/rusak).

6. Kipas (fan motor): Kipas biasanya terdapat pada bagian atas kulkas 2 pintu. Pada kulkas model tertentu, kondensor atau kompresor juga dilengkapi kipas untuk membantu proses pendinginan dirinya. Pada beberapa merek tertentu (misal: Toshiba), kipas hidup (on) bila kompresor on dan mati (off) bila kompresor off, sedangkan pada merek tertentu lainnya (misal: Sanyo), kipas on bila pintu atas ditutup dan off bila pintu atas dibuka atau pintu bawah dibuka. Fungsi kipas sangat penting pada kulkas ukuran besar untuk mensirkulasikan udara dingin yang berasal dari evaporator keseluruh bagian kulkas baik bagian freezer yang mendapat jatah +75% udara dingin maupun bagian bawah (tempat penyimpanan makanan & minuman) yang mendapat jatah +25% udara dingin, selain itu kipas berperan penting untuk membantu menarik udara panas dari bagian dalam kulkas menuju evaporator. Untuk kerja ini, arah aliran udara terbantu oleh adanya lekuk-lekuk, lorong-lorong dan lubang-lubang kecil yang terdapat pada dinding bagian dalam kulkas. Kulkas ukuran kecil atau model lama pada umumnya tidak memiliki fan motor, distribusi udara dingin terjadi secara alamiah.

7.  Door switch (saklar pintu): Saklar pintu terletak pada dinding bagian dalam kulkas di dekat pintu. Hidup-matinya (on-off) saklar pintu digerakkan oleh posisi pintu kulkas. Fungsi saklar pintu untuk on-off kipas dan lampu kulkas. Pada kulkas 2 pintu model tertentu, terdapat 2 saklar yaitu saklar pintu atas dan saklar pintu bawah, ada juga kulkas 2 pintu yang hanya memiliki 1 saklar yaitu di pintu bawah. Ketika pintu atas (freezer) tertutup maka kipas on, bila pintu atas dibuka maka kipas off.  Ketika pintu bawah tertutup maka lampu kulkas off dan kipas on, bila pintu bawah dibuka maka lampu kulkas on dan kipas off.  

8. Lampu kulkas: Lampu kulkas berfungsi untuk memberikan cahaya pada bagian dalam (tempat penyimpanan makanan dan minuman) pada kulkas. On-off-nya lampu kulkas dikendalikan oleh pergerakan pintu kulkas. Bila pintu kulkas (pintu bawah pada kulkas 2 pintu) dibuka maka lampu on, bila pintu ditutup maka lampu off.

9. Overload motor protector (pengaman motor kompresor): Overload motor protector (OMP) berfungsi untuk melindungi motor kompresor dari kerusakan (terbakar), bekerjanya seperti sekring otomatis dengan cara memutuskan aliran listrik bila suhu kompresor terlampau tinggi atau arus yang melaluinya terlalu tinggi. Overload motor protector ada yang ditaruh di luar kompresor disebut external overload motor protector, ada pula yang ditaruh menyatu dengan (di dalam) kompresor disebut internal overload motor protector. Didalam Overload motor protector terdapat bimetal yang akan membuka kontaknya bila suhu cut-off-nya terlampaui.                                                                    

10. Starter relay (start relai, start relay): Start relai adalah suatu relai yang dipasang seri dengan kumparan utama motor kompresor, berfungsi sebagai pemicu agar kumparan pembantu pada motor kompresor memperoleh arus listrik beberapa saat (beberapa detik) sehingga bekerja memutar rotor kompresor sebagai tambahan daya penggerak awal bagi kerja kumparan utama dalam upaya memutar kompresor hingga mencapai putaran penuh. Jadi start relai bekerja sebagai saklar sementara bagi kumparan pembantu agar dapat bekerja selama beberapa detik.

11. Starter capacitor (start kapasitor, start capacitor, start condensator, motor start capacitor): Start kapasitor adalah suatu kapasitor yang dipasang/dihubungkan seri dengan start relai dan kumparan pembantu pada kompresor. Start kapasitor untuk kulkas dipakai yang mempunyai kapasitas besar (25-70 Mikrofarad) agar tersedia arus besar yang mengalir ke kumparan utama, gunanya untuk menambah daya gerak putar awal (torsi awal) bagi kumparan pembantu. Kapasitor adalah alat listrik yang dapat menyimpan arus listrik, semakin besar kapasitasnya maka kemampuan menyimpan listriknya semakin besar. Kelemahannya, arus listrik yang sangat besar yang mengalir melalui terminal (kontak-kontak) start relai akan menyebabkan timbulnya percikan api ketika start relai bekerja sehingga start relai menjadi panas dan mudah rusak. Untuk menghindarkan kerusakan start relai maka antara kedua kaki start kapasitor dipasang tahanan (resistor) sebesar 15-18 KiloOhm 2 watt yang gunanya untuk membuang sisa muatan listrik yang tersimpan pada start kapasitor.

Catatan: Pada beberapa merek lemari es (misal: Sanyo), kerja defrost timer, temperature control dan defrost control disatukan menjadi satu blok sirkuit berupa printed wiring yang terdiri dari beberapa IC, transistor, trafo kecil, dioda, dioda zener, resistor, kapasitor, dll.

Di bawah ini gambar beberapa komponen pada sistem kelistrikan kulkas (sesama gambar tidak memakai skala/perbandingan sebenarnya)

6)   7)    8)


9)     10)    11)


12)     13)        14)

Gambar:

  • Nomor 6: Thermo control
  • Nomor 7: Defrost timer
  • Nomor 8: Defrost heater
  • Nomor 9: Defrost thermostat (bimetal)
  • Nomor 10: Thermo fuse
  • Nomor 11: Fan motor
  • Nomor 12: Skema overload motor protector
  • Nomor 13: Starter relay
  • Nomor 14: Starter capacitor

 

Cara kerja sistem kelistrikan dan proses mencairkan es (defrost)
Keseluruhan proses kerja pada sistem kelistrikan sebuah kulkas sebagai berikut (perhatikan bagan 2): 
Ketika steker kulkas dicolok pada stop kontak sumber listrik (tegangan PLN), maka arus listrik segera mengalir ke control thermo (ceritanya ini kulkas baru sehingga suhu kulkas masih panas dan kontak control thermo sedang terhubung) lalu menuju defrost timer (kebetulan pula terminal C dan B sedang terhubung) dan menyetrum kompresor. Arus listrik PLN mengalir melalui kumparan utama kompresor, overload motor protector, kembali ke sumbernya (PLN). Arus listrik PLN juga mengaliri starter capacitor, kaki-kaki starter relay, kumparan pembantu kompresor, overload motor protector, dan kembali ke sumbernya. Kumparan pembantu membantu memberikan putaran awal pada kompresor. Segera kompresor mulai bekerja dan sayup-sayup terdengarlah desir getaran rotornya yang sedang berputar. Kipas di dalam kulkas juga berputar. Body kompresor semakin panas pertanda dia bekerja baik, body bagian belakang kulkas bila diraba juga terasa hangat pertanda kondensor bekerja baik. Bila proses pendinginan evaporator berjalan baik, isi kulkas semakin bertambah dingin. Bila beban kulkas besar karena isinya banyak maka kompresor semakin lama berputar. Apabila kulkas telah dingin dan suhu cut-off pengatur suhu telah tercapai maka kontaknya membuka dan arus listrik terputus (off) sehingga kompresor berhenti (beristirahat), juga kipas dan timer motor berhenti. Bila suhu cut-on control thermo tercapai maka kontaknya menutup dan kompresor, kipas dan timer motor bekerja kembali.

Oleh kerja timer motor, maka pada suatu saat kontak C-B terbuka dan kontak C-D terhubung sehingga kompresor dan kipas berhenti bekerja dan defrost heater (pemanas listrik) mendapat aliran listrik dan mulai panas, memanaskan evaporator sehingga bunga es di evaporator mencair, airnya dialirkan ke bagian pembuangan di bagian belakang bawah kulkas. Timer motor dapat tetap bekerja karena mendapat arus listrik dari sumbernya (tegangan PLN) melalui control thermo (sedang cut-on), C-A, thermo fuse dan kembali ke sumber listrik PLN. 

Setelah bunga-bunga es di evaporator mencair seluruhnya menjadi air, perlahan-lahan temperatur di evaporator naik, bila temperaturnya sudah mencapai 5C maka bimetal yang berada di dalam defrost thermostat mengalami perubahan bentuk sehingga kontaknya membuka, akibatnya aliran listrik ke defrost heater terputus dan defrost heater berhenti bekerja dengan akibat lebih jauh adalah terhentinya proses mencairkan es di evaporator. Pada saat ini kompresor belum bekerja karena timer motor (Tm) masih harus menuntaskan kerjanya hingga + 15-30 menit (waktu yang dibutuhkan untuk kontak C dan D berhubungan). Masih ada sisa waktu beberapa menit menjelang kompresor bekerja kembali, sisa waktu ini dimanfaatkan sebaik-baiknya untuk mengalirkan seluruh air ke tempat pembuangannya di bagian belakang kulkas. Setelah itu kontak C-D membuka dan kontak C-B berhubungan kembali sehingga motor kompresor mendapat arus listrik, terdengar suara "klik" disusul suara berdesir yang berasal dari kompresor tanda kompresor telah 'hidup' dan kipas juga hidup kembali. Proses pendinginan kulkas (cooling cycles) dimulai kembali. 

Bagan 2: Diagram kabel (wiring diagram) Lemari Es merek Gold Star model GR22 - 2GF (nama alat-alat disesuaikan dengan service manual kulkas ini).



Kesimpulan dan saran

Kesimpulan:
1. Siklus pendinginan dan siklus pencairan bunga es di evaporator merupakan dua proses yang saling bahu-membahu untuk mencapai tujuan utama kerja kulkas yaitu mendinginkan isi kulkas. Bila salah satu atau kedua siklus ini mengalami gangguan, maka kinerja kulkas menurun (kulkas tidak bisa mendinginkan lagi.)

2. Agar bisa memperbaiki sendiri kulkas yang rusak atau terganggu, kita perlu memahami cara kerja kulkas, terutama bagaimana proses pendinginan dan pencairan bunga es. Bila sudah bisa memahami dengan baik maka diharapkan kita bisa melacak sumber gangguan pada kulkas.

 

Saran yang dapat diberikan adalah:

Kepada para pembaca, peneliti dan orang-orang yang menyukai teknik pendingin, dihimbau untuk bekerja keras agar dapat menemukan jenis refrigeran baru yang tidak merusak lapisan ozon (selamatkan bumi!), lebih baik lagi bila mampu menciptakan mesin pendingin (kulkas dan AC) dengan sistem yang benar-benar baru tetapi tidak berdampak buruk bagi lingkungan sehingga kulkas dengan sistem yang ada seperti sekarang tidak akan dipakai lagi pada masa depan di seluruh dunia.

============================================================================

PERHATIAN:

Artikel tentang cara kerja kulkas ini telah di-plagiat (dijiplak) di beberapa blog. Antara lain di blog ini:

============================================================================

Referensi dan gambar
1.  Handoko K., Teknik Lemari Es, Jakarta, 1981.
2.  http://
www.wikipedia.com, diakses 8 Januari 2011.
3. 
http://www.tradenote.net/keyword/Condensers/?type=sell, diakses 9 Januari 2011.
4.  
http://www.chinaqualitycrafts.com/, diakses 10 Januari 2011.
5. 
http://www.best-b2b.com/, diakses 10 Januari 2011.
6.  
http://tommyji.en.made-in-china.com/product/VMaxmvbAmRpJ/China-Copper-Accumulator.html, diakses 10 Januari 2011.
7.  
http://www.gurumuda.com, diakses 10 Januari 2010
8.  
http://smec.en.hisupplier.com/, diakses 18 Januari 2011.
9. 
http://www.appliance411.com/
, diakses 18 Januari 2011.
10. 
http://hvactutorial.wordpress.com/
, diakses 19 Januari 2011.
11. http://www.tradevv.com/, diakses 19 Januari 2011.

Comments   

 
0 #143 achmad 2014-11-27 06:02
kulkas saya 2 pintu panasonic ga dingin bw keservis ternyata defrost thermostatnya terbakar trus digantinya.seki tar 3 jam dihidupkan bagus ja tapi kenapa tiba tiba mesinnya mati namun lampu didlm kulkas nyala aja kira kira apa kerusakannya tolong infonya.

Balas:
Yth Sdr Achmad,
penyebab mesinnya (kompresor) mati kemungkinan ada gangguan pada control thermo (thermostat utama) atau defrost timer. Lampu menyala sebab arah arus listriknya berlainan daripada arus listrik yang ke kompresor.
Terima kasih
Quote
 
 
0 #142 Rudy Syahputra 2014-11-24 13:23
Mas mau minta pencerahan neh. Saya py kulkas Samsung 2 pintu. Dievaporator sering terjadi penumpukan es sehingga kadang ampe menyentuh baling2 kipasnya sampai terdengar senggolan dr daun kipas. Trus kulkas jd kurang dingin juga. Apakah itu karena defrostnya tdk bekerja ya? Kira2 apa kerusakannya dan apa yg perlu diganti. Mohon pencerahannya mas.

Balas:
Yth Sdr Rudy Syahputra,
dipastikan sistem defrost mengalami gangguan. Ada salah satu (atau salah dua) dari komponen sistem defrost yang rusak dan harus diganti. Menurut pengalaman, yang paling sering rusak adalah defrost thermostat. Tapi ini tidak mutllak, bisa juga komponen lain yang terganggu. Sebaiknya komponen2 sistem defrost dicek satu persatu. Tapi bila tidak punya alat pengeceknya, bisa dicoba mengganti defrost thermostat dulu karena memang onderdil ini ada masa pakainya, mungkin masa pakainya sudah berakhir. Harganyapun relatif tidak mahal. Alat ini harus ditempelkan pada bagian terdingin dari evaporator atau sesuai penempatan oleh pabrik.
Terima kasih
Quote
 
 
0 #141 Abie 2014-11-19 10:48
Saya memiliki Kulkas Mini Merk Samsung mas, mengapa sering mati dan hidup otomatis.. padahal motor atau tombal ada pada posisi MAX..
Apakah memang demikian cara kerja kulkas untuk menyeimbangkan suhu? Mohon Pencerahannya.

Balas:
Yth Sdr Abie,
meskipun thermostat disetel pada posisi maksimum, batas-batas cut on dan cut off nya tetap berlaku, hanya bergeser saja, sehingga kompresor tetap bisa on dan off.
Terima kasih
Quote
 
 
0 #140 firdaus 2014-11-17 15:57
mas saya mau tanya masalah kulkas 2 pintu
bawahnya gak mau dingin tapi atasnya dingin
saya perhatikan jika saya buka pintu atas lubang udara yg d bawah keluar udara dingin, tapi setelah saya tutup pintu atasnya gkk ad udara dingin yg keluar sama sekali.

Balas:
Yth Sdr Firdaus,
Coba Anda perhatikan kipas di ruang freezer, apakah bisa berputar? Normalnya, kipas berputar bila pintu freezer ditutup dan berhenti bila pintu dibuka, atau sebaliknya. Cara mengeceknya: buka dan tutuplah pintu freezer dalam tempo agak cepat. Perhatikan adakah sisa2 gerakan kipas yg berputar. Bila tidak ada maka kemungkinan kipas terganggu atau tidak mendapat suplai listrik. Bila kipas rusak, gantilah dengan yang baru.
Terima kasih
Quote
 
 
0 #139 nova 2014-11-17 09:20
kulkas saya tutup frezer rusak apakah mengganggu kerja kulkas?

Balas:
Yth Sdri Nova,
Ya, bisa mengganggu kerja kulkas. Bila pintu tidak menutup sempurna maka udara dingin di ruang freezer sebagian akan lolos keluar sehingga mengurangi tingkat kedinginan ruang freezer dan ruang di bawahnya (bila kulkas Anda tipe 2 pintu). Dengan lolosnya sebagian udara dingin maka suhu di ruang freezer naik dan sulit turun sehingga thermostat kemungkinan tidak pernah mencapai suhu cut-off nya sehingga selalu on (terhubung), akibatnya kompresor juga lebih lama menyala (on) kecuali ketika periode defrost. Bila kompresor jarang mati (off) maka dia menggunakan daya listrik yang lebih besar daripada seharusnya alias boros listrik. Kompresor selalu menyala juga menyebabkan lapisan bunga es di evaporator lebih tebal daripada biasanya, hal ini dapat mengurangi kinerja sistem defrost (pencairan bunga es), dengan akibat lebih lanjut kinerja kulkas berkurang dan kulkas kurang dingin.

Saran saya, pintu ruang freezer sebaiknya segera diperbaiki.
Terima kasih
Quote
 
 
-1 #138 Elena Cefin 2014-11-15 16:17
Saya punya kulkas National 2 pintu, udah sekitar 15 thn, 1 bln yg lalu kulkas bagian bawah udah gak dingin, tapi bagian freezernya tetep dingin, diservis, 1 minggu stelah diservis, kulkas bagian bawah gak dingin lagi, tapi tambah parah karena bagian freezernya udah gak dingin lagi dan gak bisa bikin es batu? Kenapa bisa dan apa solusinya?
Terima Kasih

Balas:
Yth Sdri Elena Cefin,
Untuk mengatasinya, harus dicari dulu sumber gangguan. Biasanya ada 2 kemungkinan sumber gangguan, pertama dari cooling system yang meliputi kompresor, saluran2 dan refrigerannya, kedua dari defrost system yang bertugas mencairkan bunga es di evaporator. (Selengkapnya bisa dibaca artikel di atas)

Pertama lihat dulu kerja sistem cooling dengan melihat bunga es di evaporator. Caranya, kulkas sudah dinyalakan beberapa jam kemudian cabut stekernya dan lihat oveporator. Untuk melihat evaporator, harus dibuka dinding sebelah dalam ruang freezer. Bila evaporator diselimuti bunga es secara merata, itu tandanya cooling system bagus, berarti yang terganggu adalah sistem defrost. Bila tidak ada bunga es atau evaporator hanya diselimuti bunga es sebagian berarti sistem cooling terganggu, mungkin refrigeran (gas freon) kurang atau berlebih, ada saluran buntu atau ada kebocoran.

Bila sudah diperkirakan, selanjutnya dicari penyebab yang lebih spesifik atau memanggil tukang servis kulkas.
Terima kasih
Quote
 
 
0 #137 widiyarto 2014-11-13 15:28
Yth, admin
artikelnya bagus , bisa untuk menambah wawasan. aku mau nanya, kok kulkas yg belum lama beli ppenampung pembuangan airnya cepat sekali penuh kenapa ya? terima kasih advisnya

Balas:
Penampung air cepat penuh karena air yang dihasilkan dari kerja sistem defrost lebih banyak daripada air yang menguap. Biasanya pengeringan air di penampungan dibantu oleh panasnya kompresor. Tapi walaupun begitu, kulkas tetap berfungsi normal. Mungkin disebabkan banyaknya makanan yang mengandung air, juga sering terjadi pada tipe-tipe dan merek kulkas tertentu.
Terima kasih
Quote
 
 
0 #136 eddie 2014-11-12 15:02
dok mw tanya ni kulkas saya sharp nice crystal 1 pintu udh lumayan tua ( klo gk salah tahun 2002) :-) bru2 ini mcb suka “jeglek” n sudah bisa dipastikan suspectnya mmg kulkas saya, karena pas kulkas dicabut listrik normal n mcb gk jeglek, pas saya nyalain lagi kulkasnya bagus lagi n dinginnya juga bagus diposisi normal n diposisi cold/max, cmn hanya mampu bertahan sekitar 2hari abis tu mcb jeglek lagi n kulkas harus dicabut kembali, pas saya pegang tabung kompresornya panas sekali dan butuh waktu sekitar 5jam sampai tabung kompresornya normal alias gk panas lagi, baru bisa dicolokin lgi kulkasnya karena klo kulkasnya dinyalain lgi pas kompresornya panas sekitar 5menit mcb jeglek lgi. Kira2 kerusakannya apa y dok?? (oya sebelum kulkasnya bermasalah begini, waktu itu pas abs dibersihin saya lupa putar suhunya ke normal jdi kulkas menyala tpi putaran suhunya pada posisi off/min klo gk salah selama 4hari sampe mcbnya jeglek apakah ini jg yg jd penyebabnya?? Mohon pencerahannya dok tq…..

Balas:
Yth Sdr Eddie,
Di dalam kulkas ada komponen yang bernama Overload motor protector (OMP) yang berfungsi memutuskan aliran listrik bila suhu kompresor terlalu tinggi. Nampaknya OMP tidak berfungsi sehingga suhu kompresor semakin meninggi. Dengan suhu kompresor yang sangat tinggi maka menyebabkan resistensi kumparan kompresor menurun sehingga memerlukan arus yang lebih tinggi yang melampaui kapasiitas listrik di rumah Anda sehingga terjadi jegleg. Penyebab kompresor terlalu panas, kemungkinan disebabkan minyak kompresor (yang berfungsi sebagai pendingin) sudah mulai mengering. Bisa pula disebabkan kerja thermostat terganggu. Bisa jadi pemicunya adalah karena Anda lupa menyetel ke level normal.

Saran: Ganti thermostat, cek minyak kompresor dan overload motor protector.
Terima kasih
Quote
 
 
-1 #135 Vivi 2014-11-10 06:30
kulkas saya 1 pintu politron. kadang bisa dingin. tp tiba2 mati sendiri. otomatis es batu cair lagi. kdang nyala lg. knp ya. kira2 apa yg perlu di perbaiki.

Balas:
Yth Sdri Vivi,
Kalau kulkas tiba-tiba mati sehingga es mencair, lalu bisa nyala kembali, bisa disebabkan antara lain: kabel listrik yang ke arah steker ada yang putus (hampir putus) di dalam, steker (colokan) ke dalam stop kontak kurang menggigit alias kendor, atau stop kontak kurang stabil karena ada kabel yang kurang connect atau hampir lepas hubungannya. Coba diperiksa sistem perkabel-listri kan di bagian luarnya dulu. Kalau sudah dipastikan tidak ada yang bermasalah, barulah diperiksa di bagian dalam kulkas mulai dari kompresor.
Terima kasih
Quote
 
 
0 #134 hadi 2014-11-08 13:22
assalamualaikum dok.
saya mau nanya saya baru beli kulkas second merk sharp type samuarai. pada waktu pengantaran kulkasnya ditidurkan selama kurang lebih setengah jam dalam perjalanan. dan 2 hari setelah dirumah saya baru hidupkan. dan masalahnya suara ketika kulkas hidup terdengar mendengung cukup keras, namun setelah autonya mati g bersuara. kira2 masalahnya apa dan bagaimana reparasinya. terimakasih

Balas:
Yth Sdr Hadi,
Coba ditunggu beberapa jam dan perhatikan apakah kulkas bisa dingin (mendinginkan)? Bila bisa dingin, berarti tidak terjadi masalah, jadi suara yang keras pada awal start merupakan hal biasa. Tapi bila kulkas tidak dingin, cabut kembali steker dari stop kontak, diamkan 1 - 2 jam kemudian colok kembali. Tutup pintu kulkas, tunggu dan perhatikan beberapa jam kemudian, apakah kulkas dingin? bila dingin dan bisa membuat es batu, berarti kulkas tidak terganggu. Bila tidak dingin dan tidak bisa membuat es batu, mungkin sistem cooling terganggu, sebaiknya diperiksa oleh tukang service kulkas.
Terima kasih
Quote
 

Add comment


Security code
Refresh

Download Free Joomla Templates by vonfio.de