Pompa Panas

Latar Belakang

Sebagai akibat dari meningkatnya kepedulian masyarakat terhadap masalah ekologi dan lingkungan, permintaan akan cara yang lebih efisien untuk memanfaatkan panas dan energi meningkat. Industri pompa panas menggunakan kemajuan teknologi seperti pemanas ruangan sepanjang tahun untuk memindahkan energi panas ke lokasi dan tujuan yang lebih berguna. Konsep ini dicapai dengan menyediakan panas lokal atau dialihkan, sementara pertukaran udara dingin dengan udara panas.

Prinsip pompa kalor sebenarnya kebalikan dari prinsip teknologi dan termodinamika unit AC. Mayoritas pompa panas memberikan manfaat tambahan menyediakan pemanas di musim dingin dan pendinginan di musim panas. Ini dapat dicapai hanya dengan membalikkan aliran fluida kerja yang bersirkulasi melalui kumparan. Pompa kalor adalah keseluruhan sistem termodinamika di mana media cair dan/atau gas dipompa melalui rakitan di mana ia mengubah fase sebagai akibat dari perubahan tekanan. Meskipun pengaturannya relatif mahal, sistem pompa kalor menyediakan cara yang lebih ekonomis dan efisien untuk mengontrol suhu dan menggunakan kembali energi panas yang ada.

Bahan Baku

Pembuatan pompa panas melibatkan penggunaan coran besi besar dengan komponen baja tahan karat dan tabung aluminium. Pengecoran, yang digunakan dalam pompa dan motor, seringkali memiliki sejumlah kecil nikel, molibdenum, dan magnesium untuk meningkatkan karakteristik mekanis dan ketahanan korosi dari pengecoran. Dalam pompa panas yang lebih kecil, beberapa komponen memerlukan penggunaan baja paduan untuk mengurangi berat. Tergantung pada jenis fluida kerja yang digunakan (amonia, air, atau klorofluorokarbon), pemipaan dalam sistem pompa panas mungkin memerlukan baja tahan karat atau aluminium tahan korosi. Dalam sistem di mana konsistensi sifat termodinamika lebih penting, pipa tembaga dapat meningkatkan efisiensi. Menampung sebagian besar komponen pompa panas, selubung dibuat dari baja lembaran karbon ringan. Pipa, fitting, katup, dan kopling lainnya terbuat dari baja tahan karat.

Semua pompa kalor memerlukan fluida kerja untuk mentransfer kelebihan energi dari satu sumber panas ke sumber panas lainnya. Secara tradisional, klorofluorokarbon (CFC) telah digunakan sebagai fluida kerja karena sifat termodinamikanya yang unggul. Karena efek berbahaya CFC sekarang diketahui memiliki lingkungan, mereka secara bertahap dihapus dari produksi. Sebaliknya, air, hidrokarbon, dan amonia sering digunakan dalam sistem pompa panas meskipun kurangnya efisiensi dalam beberapa desain pompa panas.

Desain

Pompa panas semuanya memiliki komponen dasar yang sama. Komponen-komponen ini terdiri dari pompa, kondensor, evaporator, dan katup ekspansi. Terlepas dari kesamaan relatif dari komponen-komponen ini, desain pompa kalor sangat bervariasi tergantung pada aplikasi pompa yang spesifik. Dua desain utama, kompresi dan penyerapan uap, menggunakan prinsip termodinamika yang berbeda, namun keduanya mencakup komponen yang serupa dan memberikan efisiensi sistem yang serupa.

Pompa panas menunjukkan keserbagunaan yang luar biasa dalam menyediakan AC dan pemanas dalam sistem yang sama hanya dengan membalikkan arah aliran fluida kerja. Dalam hal ini, pompa kalor menghilangkan kebutuhan akan sistem ganda untuk mempertahankan suhu yang diinginkan. Namun, ini akan memakan biaya karena membutuhkan sistem yang mampu memompa dua arah. Dalam iklim yang sangat buruk, pompa panas kehilangan sebagian efektivitasnya dan mungkin memerlukan sumber panas tambahan. Panas tambahan ini dapat berasal dari air panas bumi atau pemanas listrik.

Operasi pompa kalor tipikal menggunakan fluida kerja untuk menerima panas dari sumber yang diposisikan dekat dengan evaporator. Di evaporator, cairan menguap menjadi uap bertekanan rendah. Saat memasuki pompa, uap dikompresi ke tekanan tinggi dan memasuki kondensor yang mengembalikan uap ke cairan dan akhirnya mengeluarkan panas yang tersimpan ke sumber yang diinginkan. Sebuah katup ekspansi kemudian memungkinkan sistem untuk kembali ke keadaan cair tekanan rendah, dan siklus dimulai lagi.

Manufaktur
Proses

Pompa biasanya dibeli sebagai unit jadi dan dipasang ke dalam sistem dengan mengintegrasikannya dengan komponen kopling dan pemipaan. Dirancang untuk ukuran spesifik dan persyaratan cairan sistem, pompa dapat dikirim, tergantung pada ukurannya, langsung ke lokasi pemasangan. Ini biasanya terjadi dengan pompa panas komersial besar yang memasok panas dan/atau pendinginan ke gedung perkantoran. Model perumahan yang lebih kecil mungkin memiliki pompa yang dipasang ke dalam rakitan yang mencakup kondensor, evaporator, dan berbagai perpipaan. Unit-unit ini, terbungkus dalam kotak lembaran logam, akan terdiri dari berbagai sub-rakitan untuk kondensor dan evaporator untuk memasang baut setiap komponen ke kotak atau satu sama lain. Beberapa braket yang digunakan akan membentuk dasar unit di mana pompa akan dibaut ke panci logam dan dihubungkan ke motor AC.

Pembungkus

• 1 Dirakit dari beberapa lembaran logam yang berbeda, unit pembungkus digunting sesuai ukuran dalam alat penekan geser. Setelah dipotong ke dimensi yang tepat, lubang rakitan kecil dilubangi pada logam menggunakan mesin punch press Computer Numerically Controlled (CNC). Mesin penekan punch ini memiliki meja yang dapat dipindahkan untuk memindahkan lembaran logam atau cetakan yang dapat dipindahkan yang mampu membuat lubang di berbagai tempat logam. Penekanan pukulan sering diarahkan ke mana harus dilubangi oleh program desain berbantuan komputer (CAD). Alat meninju dengan bentuk yang berbeda disimpan di dalam mesin, memberikannya kemampuan untuk membuat semua lubang yang diperlukan hanya dengan mengubah program komputer.
• 2 Setelah meninju, lembaran akan pindah ke rem tekan Numerically Controlled (NC), di mana lembaran akan ditekuk dalam berbagai bentuk dan konfigurasi. Rem tekan membengkokkan logam menjadi berbagai bentuk dengan menggunakan cetakan atau perkakas. Berbeda dengan mesin press CNC, rem tekan akan memerlukan perubahan manual pada perkakas untuk melakukan tikungan yang berbeda. Lembaran tersebut kemudian siap untuk dilas, dipaku, atau dibaut ke lembaran dan braket lainnya. Setelah dirakit, lembaran ini memberikan sebagian besar stabilitas unit yang berdiri sendiri.

Kondensor dan evaporator

• 3 Kondensor dan evaporator terbuat dari banyak tabung tembaga atau aluminium kecil dan tipis, yang ditekuk di sekitar cetakan melengkung dengan mesin pembengkok tabung. Mesin pembengkok tabung NC akan diprogram untuk memberikan tikungan yang sama persis pada masing-masing tabung, memungkinkannya untuk ditumpuk satu di atas yang lain. Tabung-tabung ini kemudian akan dilekatkan pada pelat atau sirip di mana tabung akan lewat dan disambung melalui ekspansi tabung atau pengelasan sambungan. Ini menciptakan sistem yang tertutup rapat. Rakitan tabung dan pelat akan bertindak sebagai penukar panas dengan membiarkan fluida kerja melewati sistem di dalam tabung, sambil melepaskan panas di kondensor ke media fluida lain yang lewat di antara pelat dan memperoleh panas yang dilepaskan melalui tabung .
• 4 Untuk memberikan kekuatan atau konektivitas ke komponen, braket kecil dibuat dari baja karbon ringan. Kurung biasanya dilubangi dari kumparan baja yang terus menerus diumpankan terlebih dahulu melalui decoiler. Setelah decoiled, itu dicukur, ditekuk, dan dibentuk dalam satu proses yang berkesinambungan. Ini dilakukan dengan konfigurasi die progresif, di mana braket tetap menempel pada koil saat bergerak dari stasiun ke stasiun. Setiap stasiun menambahkan sesuatu ke braket, baik lubang atau takik, dan mengirimkannya ke stasiun berikutnya, sampai akhirnya dicukur dari koil. Proses ini dapat dialihdayakan ke vendor yang berspesialisasi dalam operasi die progresif atau transfer press dan dapat memberikan kontrol biaya yang lebih baik.

Tabung

• 5 Lebih banyak pipa dibuat dan ditekuk untuk menyediakan sisa pipa yang diperlukan untuk menghubungkan pompa dengan kondensor dan evaporator. Berbagai perlengkapan dan komponen sambungan digunakan. Katup ekspansi, yang terdapat di dalam beberapa jalur pipa, adalah komponen lain yang dibeli sebagai satu kesatuan. Katup ekspansi adalah fitting yang dirancang yang menyediakan ekspansi fluida kerja dan sambungan pipa berdiameter lebih kecil dengan pipa berdiameter lebih besar. Di unit perumahan kecil, katup terdapat di dalam kotak utama, sedangkan di unit komersial yang lebih besar, katup dapat dipasang di lokasi dalam sistem perpipaan.

Pengecatan/pelapisan

• 6 Komponen, sub-rakitan, braket, dan/atau pelat dicat atau dilapisi bubuk untuk ketahanan terhadap korosi. Namun, sebelum mengecat, beberapa bagian diperlakukan dengan pelarut khusus untuk menghilangkan lemak atau minyak yang tersisa dari operasi manufaktur. Ini biasanya dilakukan dengan merendam bagian-bagian dalam tangki besar yang diisi dengan pelarut dan kemudian mengeringkannya dalam oven khusus. Beberapa bagian, yang secara khusus dilapisi dengan seng, nikel, atau krom, akan dimasukkan melalui penangas asam sebelum dicelupkan ke dalam tangki larutan pelapis. Setelah dibersihkan, bagian-bagian tersebut dimuat secara manual ke baki atau digantung di rak yang dirancang khusus dan dimasukkan ke dalam bilik cat. Cat diaplikasikan dengan dispenser cat bertekanan yang akan menyemprotkan cat ke setiap celah.

Kemasan

• 7 Setelah melewati pemeriksaan yang ketat, pompa panas dikirim ke pengemasan, di mana sistem akan dikemas dan dikirim ke lokasi pemasangan.

Instalasi

• 8 Umumnya, pompa panas akan dipasang di lokasi konstruksi. Kompresor dan evaporator akan dibangun dari pipa besar berdiameter 3 in (7,5 cm) dan memiliki ruang yang lebih besar, di mana fluida kerja akan berubah fase. Pompa itu sendiri akan dibaut ke bantalan beton dan terhubung dengan motor DC besar atau generator gas alam. Fitting dan katup akan dikirim dan dipasang ke dalam sistem perpipaan, sementara didukung oleh braket dan penyangga yang ditambatkan ke dinding yang ada. Instalasi ini menunjukkan tantangan rekayasa yang signifikan dan seringkali membutuhkan kerja sama antara kontraktor dan produsen pompa panas.

Kontrol Kualitas

Setiap komponen yang diperoleh dari pemasok luar biasanya akan diperiksa kesesuaian dimensinya sebelum dirakit. Komponen lain akan diperiksa selama fabrikasi untuk memastikan kualitas. Perakitan akhir kemudian akan diuji dengan mengisinya dengan fluida kerja yang sesuai dan menghubungkan sistem ke sumber listrik untuk memutar pompa. Dengan mengukur, dengan transduser atau sakelar, tingkat suhu dan tekanan cairan dalam berbagai tahap, sistem akhir dapat diperiksa berdasarkan kriteria yang telah ditentukan.

Masa Depan

Dengan meningkatnya biaya energi, permintaan akan pompa kalor yang efisien akan meningkat. Biaya awal yang tinggi akan dikembalikan sepenuhnya karena penggunaan energi secara keseluruhan berkurang. Pompa panas serbaguna akan menguntungkan organisasi yang bertujuan untuk meningkatkan eksposur mereka terhadap perkembangan teknologi baru. Seiring dengan peningkatan teknologi, pompa panas pada akhirnya akan menghasilkan pemanasan dan pendinginan yang lebih hemat biaya. Pengembangan produk akan menimbulkan persaingan antar industri sehingga menurunkan biaya produksi yang tinggi. Teknologi fluida kerja akan terus berkembang karena beberapa studi eksperimental yang dirancang untuk memenuhi masalah lingkungan di masa depan.