Sakelar Otomatis berbasis Suhu

Daftar Isi

Sakelar Otomatis Berbasis Suhu

Pada sistem refrijerasi dan tata udara yang sering kita jumpai, biasanya menggunakan suhu udara kering (dry bulb temperature) sebagai indikator kondisi thermal. Indikator kondisi thermal yakni suhu yang terukur oleh thermometer. 

Suhu bukanlah satu-satunya faktor yang berpengaruh terhadap kenyamanan lingkungan ruangan. Namun suhu merupakan faktor utama dan faktor yang mudah diukur serta dikontrol dalam pengkondisian udara ruangan. Suatu sistem kontrol didisain untuk mampu mengatasi beban puncak yang terjadi pada keadaan tertentu. 

Untuk menjaga suhu ruang pada titik suhu  tertentu, tertentu dibutuhkan piranti kontrol. Misalnya kita membutuhkah suhu ruang yang nyaman di rentang suhu 28 derajad Celcius, maka piranti kontrollah yang mengaturnya. Saat ini banyak kita jumpai berbagai piranti kontrol suhu. Baik yang bekerja secara elektromekanik, elektronik, maupun terpogram.

Prinsip Pengontrolan Suhu

Pada motor control thermostat terdapat tiga tipe mekanisasi yang digunakan, yaitu: sensing bulb, bimetal, dan solid-state.

Thermostat dengan sensing bulb ini paling banyak digunakan pada sistem refrijerasi. Gambar berikut memperlihatkan penggunaan vapor pressure thermostat.

Prinsip kerja dari thermostat dengan sensing bulb adalah tergantung pada tekanan gas dari suatu volatile liquid yang terdapat pada bulb. Cairan ini akan berubah menjadi uap pada suhu rendah. Tekanan gas dari volatile liquid di dalam bulb akan mempengaruhi pada flexible bellow atau diafragma. Yang akan  mengontrol mekaniksasi dari saluran thermostat. 

Volatile liquid ditempatkan di dalam sensing bulb yang berbahan logam. Penempatan sensing bulb bersentuhan langsung dengan evaporator. Sensing bulb dan mekanikasi thermostat dihubungkan oleh sepotong pipa kapiler. 

Konstruksi Mekanisasi Thermostat

Ada banyak cara kerja mekanik yang digunakan pada vapor pressure thermostat, atau thermostat tekanan gas. Dalam hal ini, aksi membuka dan menutup kontak harus berjalan dengan sangat cepat. Kenapa demikian? 

Hal ini karena jika aksi buka-tutup kontak berlangsung sangat lambat, dapat menimbulkan loncatan bunga api. Hal tersebut akan membuat kontak cepat aus sehingga akan merusak kualitas kontak thermostat.

Mekanisme toggle digunakan untuk memperoleh aksi snap secara cepat pada kontak thermostat. Cara lainnya dapat dilakukan melalui penerapan magnet permanen. Gambar berikut memperlihatkan mekanisasi tersebut.

Thermostat dengan mekanisme toggle

Perhatikan gambar di atas, pada sistem dengan mekanisme toggle, fulcrum point menerima beberapa tekanan, sehingga komponen ini cenderung akan saling menekan. Saat sensing bulb terkena suhu yang lebih hangat, maka bellow akan mengembang. Setelah itu toggle point akan bergerak ke bawah melalui centre point. 

Saat itu maka kontak listrik akan terbuka. Sebaliknya, jika sensing bulb menjadi dingin maka bellow akan menyusut kembali, maka toggle point akan seketika bergerak dengan cepat ke posisi atas. 

Gerakan ini akan menutup kontak listriknya. Screw adjustment atau sekrup prengatur berfungsi untuk mengatur tekanan pada fulcrum point. Dengan menaikkan tekanan fulcrum point berarti memperpanjang waktu kerja thermostat, atau biasa disebut dengan setting differential. 

Pada bagian berikutnya memperlihatkan aksi snap pada thermostat dengan bantuan magnet permanen. Batang pemegang kontak listrik terbuat dari bahan feromagnetik (besi). Magnet permanen menarik bahan feromagnetik tersebut. 

Bellow akan memberikan tekanan yang akan menyebabkan menutupnya kontak listrik. Jika batang besi mendekati magnet permanennya, maka efek medan magnetik yang timbul akan meningkat dan menyebabkan aksi snap menutup kontak listrik berlangsung dengan sangat cepat.

Thermostat dengan Mekanisme Magnet Permanen

Ketika sensing bulb menjadi dingin dan bellow menyusut kembali, membuat batang besi pembawa kontak menjauh dari magnet permanen, sehingga membuat aksi pembukaan kontak secara cepat. Dengan demikian, maka running interval dapat dibuat lebih pendek, dengan cara mengatur posisi magnet permanen menjauh dari batang besi pembawa kontak. Atau membuat running interval menjadi lebih lama dengan cara mengatur posisi magnet lebih dekat dengan batang besi.

Tipikal vapor proessure motor control diperlihatkan pada gambar dibawah ini. Sistem kontrol ini menggunakan magnetic snap action. Sensing bulb yang berada pada ujung akhir koil pipa kapiler berfungsi sebagai sensor pembaca suhu. 

Sistem ini juga dilengkapi dengan range control, tombol ini berfungsi untuk mengatur suhu kabinet sesuai dengan kebutuhan. Untuk lebih lengkapnya bisa dilihat di artikel Cara Setting/ Setel Thermostat.

Prinsip Pengaturan Suhu Berbasis Bimetal

Upaya pertama yang dilakukan pada pengontrolan proses pemanasan ruang secara otomatik adalah pengaturan suhu udara ruang dengan menggunakan piranti control berbasis elektromekanikal yaitu pelat bimetal (bimetallic strip). Thermostat yang berbasis strip bimetal mempunyai susunan dua logam berbeda jenis yang dijadikan satu. 

Dua jenis logam yang biasa digunakan pada strip mimetal adalah baja dan tembaga. Kedua jenis logam tersebut memiliki titik muai yang berbeda. Logam tembaga memiliki koefisien muai panjang lebih besar dibandingkan dengan baja, sehingga cenderung akan lebih cepat memuai. 

Tembaga akan memuai lebih panjang dibandingkan dengan baja. Titik muai yang berbeda ini akan membuat strip bimetal melengkung ketika suhunya meningkat. Aksi gerak melengkung ini diterapkan sebagai mekanik untuk membuka dan menutup kontak listrik.

Jenis thermostat lainnya adalah mercury thermostat. Thermostat jenis ini dilengkapi dengan kontak berada di sisi bawah (suhu rendah) dan sepasang kontak lainnya di sisi atas (suhu tinggi). Dengan bertambahnya suhu, akan  menyebabkan mercury bergerak naik sehingga akan menyebabkan kontaknya terhubung.

Thermostat pada sistem pendingin digunakan untuk mengatur siklus kerja kompresor. Jumlah refrigeran yang mengalir ke evaporator akan diatur oleh thermostatic expansion valve atau automatic expansion valve.

Konstruksi Mekanisme Thermostat Bimetal

Dibandingkan dengan unit refrijerasi, thermostat berbasis bimetal lebih sering digunakan pada unit tata udara. Thermostat ini menggunakan cakram bimetal untuk melakukan kontak switch. 

Konstruksi dari logam bimetal ini akan menyebabkan cekungan ke satu arah pada saat dingin. Dan saat kondisinya panas, cakram bimetal akan kembali ke bentuknya yang semula dengan lebih cepat. Penggunaan cakram bimetal memiliki dua fungsi, yaitu memberikan pengaturan kalibrasi dan menyediakan perbedaan suhu lebih efektif dibandingkan strip bimetal. 

Prinsip Pengaturan Suhu dengan Solid State

Kontrol elektronik memiliki beberapa keuntungan dibandingkan sistem lainnya. Piranti kontrol elektronik yang berkembang saat ini menjadi sangat kompak dan reliablitasnya lebih tinggi, respon lebih cepat dan tidak ada bagian yang bergerak. Dibuat dengan komponen elektronik yang berukuran kecil, sehingga bentuknyapun menjadi simple. 

Kontrol elektronik dapat diidentifikasi dengan besar tegangan yang digunakan. Biasanya menggunakan tegangan rendah antara 5 sampai 15 VDC. Untuk itu dibutuhkan trafo step down untuk menurunkan tegangan kerja 220VAC.

Selain itu, piranti sensor (sensing device) pada thermostat elektronik biasanya terbuat dari bahan semikonduktor yang disebut dengan thermistor. Thermistor merupaka sebuah resistor variabel yang nilai resistannya akan tergantung pada suhu yang diterimanya. 

Thermistor adalah sensor suhu yang banyak dipakai pada mesin pendingin. Kata thermistor berasal dari kombinasi kata THERM-ally sensitive res-ISTOR, yang berarti resistor yang bersifat sensitif terhadap perubahan suhu. Oleh karenya thermistor akan berubah resistansinya dengan adanya perubahan suhu yang diterimanya. 

Thermistor biasanya terbuat dari bahan keramic seperti oksida nikel, mangan atau cobalt yang terbungkus gelas sehingga membuatnya menjadi gampang rusak atau pecah. Kelebihan utama thermistor adalah kecepatan respon terhadap perubahan suhu yang dirasakannya, dan akurasinya. 

Sebagian besar thermistor yang dipasarkan memiliki koefisien suhu negatif NTC (Negative Temperature Coefficient). Nilai resistansi thermistor akan turun jika suhu meningkat. Jenis yang lain lainnya memiliki koefisien suhu positif PTC (Positive Temperature Coefficient), di mana nilai resistansinya akan naik jika suhunya meningkat. 

Konstruksi dari sebuah thermistor terbuat dari bahan semikonduktor yang difabrikasi dengan menggunakan teknologi yang disebut sebagai metal oxide technology seperti manganesium, cobalt dan nikel. 

Bahan semiconductor tersebut dikemas kedap udara. Bisa berupa bentuk piringan atau bentuk bola, agar dapat memberikan respon yang lebih cepat terhadap perubahan suhu yang dirasakannya. 

Thermistor didesain untuk mendetaksi suhu rendah misalnya untuk suhu ruang (sekitar 25^OC).  Seperti halnya resistor, thermistor tersedia di pasaran dengan nilai resistan pada suhu ruang dalam orde puluhan Mega-ohm tetapi yang lazim digunakanadalah nilai resistan dalam orde Kilo-ohm. Baca juga Cara Mengganti Thermistor AC.

Thermistor adalah komponen resistif pasif. Untuk mengaktifkan thermistor diperlukan energi listrik dari luar untuk mengoperasikannya. Jika dialirkan arus listrik pada thermistor, maka memungkinkan thermistor akan memberikan tegangan output yang akan meningkat secara linear sebanding dengan perubahan suhu. 

Dalam prakteknya, thermistor dihubungkan seri dengan suatu resistor yang disebut sebagai biasing resistor untuk membentuk rangkaian pembagi tegangan.