Di lingkungan industri yang membutuhkan suhu di bawah titik beku, kompresi satu tahap konvensional seringkali terbukti tidak memadai. Artikel ini mengeksplorasi konsep-konsep kunci dalam rekayasa termal, mulai dari teknologi inti kompresi dua tahap hingga parameter properti termal yang memengaruhi perpindahan panas, beserta langkah-langkah perlindungan listrik penting yang memastikan pengoperasian peralatan yang aman.

Ketika suhu penguapan yang sangat rendah diperlukan, sistem kompresor tunggal menghadapi tantangan signifikan karena rasio kompresi yang berlebihan, yang menyebabkan penurunan efisiensi secara dramatis. Teknologi kompresi dua tahap memecahkan masalah ini dengan menggunakan dua kompresor yang bekerja secara seri. Kompresor pertama meningkatkan tekanan refrigeran dari tekanan penguapan ke tekanan menengah, sementara yang kedua selanjutnya mengkompresinya ke tekanan kondensasi.

Pendekatan bertahap ini secara efektif mengurangi rasio kompresi pada setiap tahap, secara signifikan meningkatkan efisiensi refrigerasi secara keseluruhan. Konfigurasi alternatif mengintegrasikan kedua tahap kompresi dalam satu unit kompresor. Kompresi dua tahap telah menjadi penting untuk aplikasi pembekuan dalam dan proses industri lainnya yang menuntut suhu sangat rendah.

Pemahaman yang tepat tentang properti termal sangat penting dalam rekayasa termal, karena secara langsung memengaruhi efisiensi perpindahan panas. Parameter kunci meliputi:

• Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan (Nilai K): Metrik kritis ini mengevaluasi kinerja termal suatu permukaan, yang mewakili perpindahan panas per satuan luas dan perbedaan suhu. Nilai K yang lebih rendah menunjukkan isolasi yang lebih baik. Dihitung sebagai K = 1/(F × W), di mana F adalah luas permukaan dan W adalah resistansi termal.
• Resistansi Termal (W): Kebalikan dari nilai K, yang mewakili resistansi suatu material terhadap aliran panas. Nilai yang lebih tinggi menunjukkan isolasi yang lebih baik.
• Koefisien Perpindahan Panas (α): Mengukur efisiensi pertukaran panas antara fluida dan permukaan padat, dengan koefisien yang berbeda untuk konveksi, kondensasi, dan perpindahan panas mendidih.
• Konduktivitas Termal (λ): Mengukur kemampuan perpindahan panas internal suatu material, dengan nilai yang lebih tinggi menunjukkan konduktivitas yang lebih baik. Biasanya diukur dalam W/m·K.

Beban termal mewakili energi panas yang harus dihilangkan (untuk pendinginan) atau ditambahkan (untuk pemanasan) untuk mempertahankan suhu yang diinginkan di suatu ruangan atau objek. Parameter ini sangat penting untuk merancang dan memilih sistem pendingin udara, refrigerasi, dan pembekuan.

Metode perhitungan berkisar dari analisis terperinci hingga perkiraan yang disederhanakan. Untuk ruang kantor, beban pendinginan tipikal berkisar antara 0,128–0,174 kW/m² (110–150 kcal/m²h), sedangkan persyaratan pemanasan mendekati 0,058 kW/m³ (50 kcal/m³h) dari volume ruangan.

Panas mengukur energi kinetik dari gerakan molekul. Joule (J) berfungsi sebagai satuan SI, meskipun kalori (kal) tetap signifikan secara historis, didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C (1 kal = 4,18605 J).

Perlindungan listrik yang andal sangat penting untuk sistem termal. Dua komponen kunci meliputi:

• Filter Kebisingan: Dalam sistem penggerak frekuensi variabel, komponen-komponen ini menekan gangguan elektromagnetik dari inverter, mencegah gangguan peralatan dan meningkatkan keandalan sinyal.
• Pemutus Sirkuit (NFB): Berfungsi sebagai sakelar daya utama, perangkat ini mengganggu sirkuit selama kondisi arus berlebih (melebihi 125–200% dari nilai terukur) atau hubung singkat, mencegah kerusakan peralatan.