Macam-macam Pompa Kalor

Secara alami, energi panas mengalir dari media bertemperatur tinggi ke media bertemperatur yang lebih rendah. Perpindahan panas alami tersebut dapat berupa konduksi, konveksi, ataupun secara radiasi. Sedangkan untuk dapat memindahkan panas dari media bertemperatur lebih rendah ke media bertemperatur tinggi, membutuhkan usaha khusus sehingga dapat melawan perpindahan panas alami. Untuk dapat melakukan usaha ini dibutuhkan alat khusus bernama pompa kalor (heat pump).

Pompa kalor adalah sebuah alat untuk memindahkan energi panas dari sumber panas, ke media tujuan yang diberi istilah "sungap bahang" (heat sink). Pompa kalor didesain untuk dapat menyerap energi panas dari ruang bersuhu dingin, dan membuangnya ke ruang yang lebih panas. Alat ini akan membutuhkan pasokan daya dari luar sehingga dapat memindahkan energi dari sumber panas ke heat sink.

Salah satu pompa kalor yang cukup familiar dengan kita adalah air conditioning (AC). Namun demikian, AC hanya menjadi salah satu bentuk aplikasi pompa kalor yang memang penggunaannya cukup sering kita temui. Selain AC ada beberapa jenis lain pompa kalor yang dikenal. Pengklasifikasian pompa kalor dilakukan berdasarkan perbedaan prinsip kerjanya. Berikut adalah macam-macamnya:

Refrigerator Mekanis

Refrigerator mekanis atau juga dikenal sebagai pompa kalor mekanis, menggunakan sifat-sifat fluida khusus yang mudah menguap dan terkondensasi. Fluida yang kita kenal sebagai refrigeran ini dibuat untuk melakukan sebuah siklus sehingga ia dapat menyerap panas di udara dingin, dan membuang panas tersebut di udara panas. Refrigeran dikompresi untuk membuatnya lebih panas di area udara panas, dan tekanan refrigeran dilepaskan untuk dapat menyerap panas di lingkungan udara dingin.

Gambar di atas adalah satu siklus sederhana dari sistem refrigerator. Sebuah sistem refrigerator tersusun atas empat komponen utama: kompresor, kondensor, katub ekspansi (biasa disebut juga katub cekik, dan metering device), serta sebuah evaporator. Siklus refrigerator dimulai dengan masuknya refrigeran berfase termodinamika uap jenuh ke sisi inlet kompresor. Melewati kompresor, refrigeran akan terkompresi mengalami kenaikan tekanan, sekaligus akan membuat temperatur juga meningkat. Secara termodinamika, refrigeran panas dan terkompresi ini masuk ke dalam fase uap superheater. Saat berfase uap superheater inilah menjadi saat yang tepat untuk membuang panas yang terkandung di dalam refrigeran ke media pendingin seperti udara atau juga air. Pembuangan panas dari refrigeran tersebut dapat terjadi selain karena dibantu dengan penggunaan kipas, juga karena temperatur uap superheater refrigeran yang memang lebih panas daripada temperatur media pendingin. Proses pembuangan panas ini terjadi di komponen kondensor.

Salah satu sifat unik dari refrigeran adalah volatile, yang berarti memiliki titik didih rendah, serta titik embun yang tinggi. Sifat inilah yang membuat refrigeran mudah mencapai fase superheater saat dikompresi, dan langsung berubah fase ke cair setelah mengalami proses pendinginan di kondensor. Secara termodinamika, fase cair refrigeran ini disebut sebagai fase saturasi liquid. Selanjutnya refrigeran cair ini akan melewati sebuah katub ekspansi sehingga mengalami penurunan tekanan secara tiba-tiba. Penurunan tekanan fluida refrigeran akan mengakibatkan perubahan fase secara adiabatik menjadi uap kembali. Penurunan tekanan refrigeran ini akan diikuti dengan penurunan temperatur refrigeran sehingga ia mencapai suhu yang lebih dingin daripada udara ruangan yang akan didinginkan.

Tidak kesemua refrigeran dapat melewati katub ekspansi pada sistem siklus refrigerator. Hanya sebagian saja yang dapat melewati katub ekspansi. Hal ini terjadi karena fungsi dari katub ini yang memang untuk mengontrol jumlah fluida refrigeran yang dapat melewatinya. Sekaligus pula, katub ekspansi akan menjaga tekanan refrigeran di sisi keluarannya agar tetap lebih rendah daripada tekanan refrigeran di sisi masuk katub. Karena mekanisme inilah sehingga porsi refrigeran yang melewati katub ekspansi mengalami proses flashing (perubahan fase menjadi uap akibat penurunan tekanan lingkungan secara tiba-tiba).

Fluida refrigeran dingin, untuk selanjutnya masuk melewati evaporator. Sebuah kipas akan mensirkulasi udara panas sehingga dapat melewati kisi-kisi evaporator. Di komponen inilah terjadi perpindahan panas dari udara panas ke refrigeran dingin. Proses ini akan membuat udara sirkulasi menjadi dingin, udara inilah yang dibutuhkan di dalam proses refrigerator untuk mendinginkan ruangan. Sedangkan fluida refrigeran akan menjadi lebih panas sehingga kembali menjadi uap jenuh. Untuk memenuhi siklus mesin refrigerator, maka uap jenuh refrigeran ini akan kembali masuk ke kompresor dan melanjutkan siklus sistem.



Sistem pendingin refrigerator mekanis menjadi yang paling umum dan paling banyak penggunaannya. Mulai dari lemari es, pendingin ruangan, pendingin udara di kendaraan, atau bahkan jika siklus digunakan terbalik, maka dapat pula digunakan untuk menghangatkan ruangan di tempat-tempat beriklim dingin.

Refrigerator Magnetik

Refrigerator magnetik adalah sebuah teknologi pendinginan dengan menggunakan efek magnetokalorik. Efek magnetokalorik adalah sebuah fenomena magneto-termodinamik dimana adanya perubahan temperatur pada sebuah material khusus, terjadi akibat ia terekspos oleh perubahan nilai medan magnet. Secara sederhana, sebuah material akan mengalami kenaikan temperatur apabila ia diletakkan di suatu tempat yang mengalami kenaikan besar medan magnet. Demikian pula sebaliknya, temperatur material tersebut akan turun juga apabila kekuatan medan magnet diturunkan. Namun satu hal yang perlu dicatat adalah bahwa kedua konsep tersebut harus terjadi di suatu wadah yang terisolasi sehingga tidak ada proses penyerapan maupun pelepasan kalor, dalam hal ini adalah proses adiabatik. Sehingga kenaikan ataupun penurunan temperatur material akibat perubahan besar medan magnet tersebut terjadi secara alami.

Mirip dengan refrigerator mekanis, proses refrigerator magnetik juga terjadi secara siklik. Total ada empat siklus pada proses refrigerator magnetik: magnetisasi adiabatik, transfer enthalpi isomagnetik, demagnetisasi adiabatik, serta transfer entropis isomagnetik.

Magnetisasi Adiabatik
Sebuah material magnetokalorik, yang bertindak sebagai refrigeran, ditempatkan di sebuah ruangan terisolasi. Selanjutnya ruangan tersebut dikenakan medan magnet sehingga atom-atom material refrigeran mengalami reposisi. Kondisi ini mengakibatkan entropi magnetis dan kapasitas panas material menjadi turun. Karena sistem terisolasi sehingga tidak terjadi perpindahan kalor (adiabatik), serta nilai total entropi tidak berkurang, maka temperatur material refrigeran akan secara alami meningkat.



Transfer Enthalpi Isomagnetik
Kondisi kedua, dengan sistem yang tetap terinduksi medan magnet dalam jumlah yang tidak berubah (isomagnetik), panas yang dikandung oleh refrigeran didinginkan oleh fluida pendingin. Fluida pendingin dapat berupa gas ataupun cairan. Media pendingin yang umum digunakan pada sistem ini yakni gas helium. Besar medan magnet yang dijaga tetap bertujuan untuk mencegah atom-atom refrigeran untuk kembali terreposisi ke posisi semula pada saat panasnya diserap oleh fluida pendingin. Setelah panas refrigeran sepenuhnya terserap oleh fluida pendingin, fluida pendingin selanjutnya dikeluarkan dari sistem.

Demagnetisasi Adiabatik
Selanjutnya, material refrigeran kembali terisolasi untuk menjaga tidak ada kalor yang keluar maupun masuk ke sistem (adiabatik). Pada kondisi demikian, nilai medan magnet diturunkan sehingga energi termal material membuat momen magnetik untuk mengatasi perubahan medan magnet tersebut. Proses inilah yang membuat temperatur refrigeran turun. Transfer energi (dan entropi) terjadi dari entropi termal ke entropi magnetik, menunjukkan adanya perubahan medan magnet sistem.

Transfer Entropi Isomagnetik
Proses siklus selanjutnya adalah dengan menjaga agar besar medan magnetik sistem tidak berubah (isomagnetik), untuk menjaga agar material refrigeran tidak dipanaskan kembali. Lalu dilakukan kontak termal antara lingkungan atau udara yang akan didinginkan, dengan material refrigeran yang sudah dalam kondisi dingin. Karena temperatur refrigeran lebih dingin daripada udara lingkungan yang ingin didinginkan, maka terjadi perpindahan panas dari udara panas ke refrigeran. Proses ini akan menurunkan temperatur udara sehingga terjadi kesetimbangan temperatur antara keduanya. Selanjutnya, proses siklus kembali di mulai dari awal.

Teknik refrigerator magnetik cocok digunakan untuk menghasilkan temperatur lingkungan yang sangat dingin. Jika dibandingkan dengan refrigerator mekanis konvensional, refrigerator magnetik cenderung lebih aman, tidak berisik, lebih sederhana, efisiensi pendinginan yang lebih tinggi, serta tentu saja ramah lingkungan karena tidak menggunakan bahan refrigeran berbahaya seperti CFC pada proses refrigerator mekanis yang merusak ozon.

Satu contoh material yang memiliki efek magnetokalorik tinggi serta cocok digunakan sebagai refrigeran, adalah material gadolinium (Gd) beserta senyawa-senyawa campurannya. Temperatur gadolinium naik saat ia masuk ke area bermedan magnet tertentu, dan temperatur akan turun juga jika ia meninggalkan area medan magnet. Senyawa-senyawa gadolinium yang lazim digunakan untuk refrigeran antara lain adalah Gd5Si2Ge2, Gd5(SixGe1−x)4, dan juga campuran berkomposisi Gd-Bi-Sb (Gadolinium-Bismuth-Antimony).



Refrigerator Termo-elektrik

Sistem pendinginan termo-elektrik termasuk ke dalam mesin kalor material padat yang menggunakan efek Peltier (biasa juga disebut sebagai efek termo-elektrik) untuk menciptakan aliran panas di antara dua material berbeda. Efek termo-elektrik ini memindahkan panas dari satu sisi material ke sisi yang lain, dengan jalan mengkonsumsi energi listrik.

Dua buah material semikonduktor dengan perbedaan kerapatan elektron digunakan sebagai komponen utama mesin kalor termo-elektrik. Dua material yang disebut dengan tipe-n dan tipe-p ini disusun saling paralel, namun saling terhubung secara seri dalam sebuah rangkaian listrik. Keduanya lalu diapit oleh dua buah material konduktor panas di masing-masing sisinya. Ketika tegangan diberikan ke ujung bebas masing-masing semikonduktor, akan terjadi aliran arus DC melintasi sistem, dan mengakibatkan terjadinya perbedaan temperatur. Salah satu sisi plat akan bertemperatur lebih dingin dari ruang sekitarnya sehingga akan menyerap panas yang ada. Panas yang terserap untuk selanjutnya dialirkan ke plat sisi lain yang bertemperatur lebih panas daripada ruang sekitar, sehingga panas tersebut dapat dibuang ke area sekitar yang berfungsi sebagai heat sink.

Sistem pendingin termo-elektrik memiliki efisiensi termal tidak sebaik refrigerator mekanis. Sistem termo-elektrik hanya mampu mencapai efisiensi termal 10-15% saja. Cukup jauh jika dibandingkan dengan pendingin mekanis konvensional yang mampu mencapai efisiensi hingga 40-60%. Refrigerator termo-elektrik hanya mampu menghasilkan diferensial temperatur sebesar 70 derajat saja. Material yang biasa digunakan sebagai semikonduktor termo-elektrik antara lain adalah bismuth telluride, timbal telluride, silikon germanium, dan campuran bismuth-antimony.

Refrigerator Termo-akustik

Model terakhir pompa kalor yang dikenal adalah dengan menggunakan suara. Sedikit terdengar aneh memang, namun memang suara yang keluar dari sebuah speaker dapat digunakan untuk mendinginkan suhu ruangan jika diperlakukan dengan cara dan alat-alat yang tepat. Refrigerator termo-akustik menggunakan sifat-sifat suara untuk dapat memampatkan dan meregangkan udara. Melalui prinsip ini, udara yang termampatkan akan mengalami kenaikan temperatur, sedangkan udara yang turun tekanannya akan turun pula temperaturnya, Sehingga jika dibuat sebuah sistem yang tepatdengan menggunakan fenomena ini, maka sebuah siklus Brayton terbalik akan dapat dibuat.



Komponen-komponen utama dari refrigerator termo-akustik diantaranya adalah sumber suara (speaker), heat exchanger panas dan dingin yang saling mengapit sebuah regenerator atau stack (sebuah bagian yang tersusun atas ruang-ruang paralel kecil), serta sebuah ruang resonator. Komponen-komponen tersebut disusun di dalam sebuah ruang tabung panjang dengan speaker berada di salah satu ujungnya. Pada saat stack diletakkan pada jarak yang tepat di dalam resonator, akan tercipta perbedaan temperatur di kedua sisi stack. Jika kedua sisi stack tersebut dipasangkan heat exchanger, maka perpindahan panas akan dapat diciptakan.

Siklus termodinamika Brayton terbalik dari mesin pendingin ini adalah:

  1. Kompresi adiabatik gas. Udara akan mengalami kenaikan tekanan sekaligus temperatur seiring dengan resonansi frekuensi suara yang terjadi. Suhu di ruangan ini sekarang menjadi lebih tinggi daripada suhu tumpukan logam heat exchanger.
  2. Perpindahan panas isobarik. Panas akan berpindah dari udara terkompresi ke plat heat exchanger. Proses perpindahan panas terjadi pada kondisi tidak ada perubahan tekanan.
  3. Ekspansi adiabatik. Stack akan mengekspansi udara sehingga tekanannya kembali turun. Penurunan tekanan ini akan sekaligus menurunkan temperatur udara sehingga lebih rendah daripada temperatur plat.
  4. Perpindahan panas isobarik. Setelah temperatur udara turun, panas heat exchanger akan berpindah ke udara tanpa terjadi perubahan tekanan, sehingga temperatur udara akan kembali ke temperatur ruang.

Referensi: Wikipedia: Heat Pump, Wikipedia: Magnetic Refrigeration, Wikipedia: Thermoelectric Cooling, Wikipedia: Thermoacoustic Hot Air Engine

Sistem-Sistem Pendukung Pendingin Hidrogen pada Generator

Seperti yang sudah kita bahas pada artikel sebelumnya bahwa hidrogen memiliki berbagai parameter yang lebih baik dibandingkan udara jika digunakan sebagai media pendingin pada generator. Sifat konduktifitas termal yang lebih tinggi serta density yang lebih ringan menjadikan hidrogen lebih efisien dalam mendinginkan generator. Namun demikian sifatnya yang sangat mudah terbakar menjadikannya perlu pengelolaan khusus agar penggunaannya sebagai media cooler tidak berbahaya. Disamping sebagai fungsi kontrol agar proses pendinginan berlangsung efisien, beberapa sistem pendukung yang sudah sedikit kita singgung pada artikel sebelumnya juga berfungsi untuk mencegah resiko kebakaran tersebut. Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas lebih detail mengenai sistem-sistem tersebut.

Sistem Supply Hidrogen

Sistem pertama yang kita bahas adalah sistem supply hidrogen. Sistem ini berfungsi sebagai jalur untuk memasukkan hidrogen ke dalam generator pada saat pengisian awal, sekaligus ia akan menjaga tekanan hidrogen di dalam generator agar selalu berada di atas nilai yang ditentukan. Satu hal yang menarik adalah, hidrogen sangat dilarang untuk mengalami kontak langsung dengan udara. Sehingga pada saat pengisian hidrogen awal dimana generator masih berisikan udara, digunakan gas inert tertentu yang berfungsi untuk 'mengusir' udara dari dalam generator sebelum gas utama yakni hidrogen masuk ke dalam generator. Demikian pula pada saat proses pembuangan hidrogen dari generator, gas inert akan mengusir hidrogen terlebih dahulu sebelum akhirnya udara dimasukkan ke dalamnya. Gas inert yang paling umum digunakan untuk proses ini adalah gas karbon dioksida. Untuk mendukung proses yang biasa dikenal dengan istilah gassing-degassing ini, sistem supply hidrogen dilengkapi dengan purity meter yang dapat membaca purity hidrogen di dalam udara, sekaligus purity karbon dioksida di dalam udara.

Gambar di atas adalah sebuah gambaran sederhana sistem supply hidrogen untuk generator. Pada proses pengisian awal hidrogen, generator masih dipenuhi udara. Untuk membuang udara dibutuhkan gas CO2 sebagai inert. Gas CO2 yang memiliki massa jenis lebih berat daripada udara, masuk melalui sisi bawah generator dan mendorong udara ke jalur pembuangan (venting) yang berada di bagian atas generator. Setelah persentase jumlah CO2 terhadap udara berada di atas 99%, barulah hidrogen dapat dimasukkan ke dalam generator. Karena massa jenis hidrogen lebih ringan daripada CO2, maka injeksi hidrogen dilakukan melalui sisi atas generator dan CO2 dikeluarkan melewati sisi bawah. Injeksi dilakukan hingga persentase hidrogen terhadap CO2 mencapai angka di atas 99%. Setelah itu injeksi hidrogen terus dilakukan hingga mencapai tekanan tertentu sesuai dengan spesifikasi generator.



Saat generator dalam kondisi normal memproduksi listrik, sistem supply hidrogen ini juga bertugas untuk menjaga besar tekanan hidrogen agar selalu berada di angka yang seharusnya. Komponen pressure regulating valve menjadi ujung tombak untuk tugas tersebut. Besar tekanan hidrogen di dalam generator sangat krusial keberadaannya, sebab ia berhubungan secara langsung dengan kurva kapabilitas generator. Nampak pada gambar kurva di atas bahwa penurunan tekanan hidrogen di dalam generator, akan menggeser kurva menjadi berukuran lebih kecil. Hal tersebut berarti jika tekanan hidrogen di dalam generator sedikit saja turun, maka kemampuan generator untuk memproduksi listrik akan turun juga. Memahami fenomena ini cukup sederhana sebenarnya, mengingat gas hidrogen yang bersifat kompresibel maka jika di dalam sebuah ruangan berukuran tetap tekanan ditingkatkan, maka kuantitas hidrogen sebagai pendingin generator akan semakin banyak. Begitu pula sebaliknya jika tekanan hidrogen turun maka dapat dikatakan jumlah media pendingin generator menjadi lebih sedikit, tentu saja hal tersebut berakibat langsung terhadap performa generator. Untuk itulah menjaga tekanan hidrogen di dalam generator agar selalu berada di angka yang seharusnya menjadi mutlak untuk dilakukan.

Komponen penting lain di dalam sistem supply hidrogen adalah purity meter, yang pada saat proses pengisian gas CO2 maupun hidrogen ke dalam generator berfungsi untuk membaca persentase kandungan mereka di dalamnya, maka pada kondisi generator normal berproduksi listrik ia akan bertugas untuk memonitor tingkat kemurnian hidrogen. Kemurnian hidrogen juga menjadi satu parameter yang penting untuk dijaga. Diketahui bahwa jika kemurnian hidrogen turun 1% saja, generator akan kehilangan kemampuan memproduksi listrik sebanyak 250.000 Watt, tentu sebuah angka yang tidak sedikit! Untuk meningkatkan kemurnian hidrogen, perlu dilakukan proses purging dengan jalan menginjeksi hidrogen dalam jumlah lebih, diikuti dengan proses venting (pembuangan). Proses ini kadang perlu dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan purity yang lebih baik.

Sistem Seal Oil

Satu lokasi pada generator yang memungkinkan hidrogen untuk bocor keluar yakni pada sisi kontak antara stator dengan shaft generator yang biasa dihuni oleh komponen bearing. Lokasi yang terletak di masing-masing ujung poros generator ini menciptakan potensi kebocoran hidrogen dengan jalan menyelinap di celah sempit bearing ataupun bidang kontak lainnya. Untuk mengatasi hal ini dibutuhkan sebuah sistem sehingga dapat mencegah hidrogen agar tidak bocor ke atmosfer. Sistem inilah yang dinamakan seal oil system.



Sistem seal oil menjaga hidrogen agar tidak bocor dengan jalan menginjeksikan oli khusus dengan tekanan yang lebih besar daripada tekanan hidrogen ke bagian ujung poros sisi turbine-end dan exciter-end. Oli secara terus-menerus dipompa ke celah tertentu sehingga hidrogen tidak memiliki celah sedikitpun untuk bocor keluar. Bahkan ada sebuah proteksi khusus yang akan secara otomatis langsung mematikan sistem turbin-generator apabila terjadi kegagalan pada sistem seal oil ini. Sebegitu pentingnya sistem ini sehingga sistem seal oil selalu didesain memiliki dua pompa oli utama serta terkadang ditambah dengan satu pompa DC sebagai penunjang untuk kondisi darurat.

Sistem Dryer Hidrogen

Salah satu materi pengotor hidrogen sehingga dapat menurunkan tingkat kemurniaanya adalah air atau kelembaban. Jika saja kandungan air yang bercampur dengan hidrogen tersebut dibiarkan berada di dalam generator, tentu akan menimbulkan berbagai potensi bahaya dan kerusakan. Kandungan air yang bercampur dengan hidrogen akan menurunkan tingkat kemurnian hidrogen sehingga akan secara langsung menurunkan performa generator. Satu bahaya lain yang paling nampak adalah potensi terjadinya sort circuit di dalam generator. Bahaya lain yang mungkin tidak terpikirkan oleh kita adalah, kontaminasi air di dalam gas hidrogen akan berkontribusi terhadap pembentukan deposit timbal karbonat. Timbal karbonat terbentuk akibat air dan karbon dioksida yang bereaksi dengan timbal dan asam di dalam generator. Timbal karbonat bersifat konduktif, merupakan material poros yang mudah menyerap kelembaban, serta berpotensi menciptakan loncatan api yang memicu kerusakan kumparan generator.



Sebuah sistem pengering atau dryer digunakan untuk menjaga agar hidrogen selalu bersih dari kontaminasi air. Sistem pengering tersebut umumnya menggunakan dua tabung berisi zat dessicant, yang bekerja secara bergantian. Pada satu waktu, salah satu tabung akan bertugas untuk menyerap kelembaban hidrogen yang sedang mengalir melewati tabung tersebut, sedangkan tabung yang lain sedang mengalami proses regenerasi dengan jalan mengalirkan udara panas ke dalamnya. Komponen pelengkap dryer hidrogen seperti blower, heater, dan solenoid valve berfungsi sebagai pendukung proses regenerasi dessicant. Proses regenerasi dessicant terjadi secara otomatis dan memastikan proses penyerapan kelembaban yang mengkontaminasi hidrogen dapat berjalan terus-menerus.

Credit: Wikipedia: Hydrogen Cooled Turbo-Generator, Power Engineering.

Prinsip Kerja Pressure Regulating Valve

Pressure Regulating Valve atau biasa disingkat menjadi PRV merupakan sebuah komponen sistem hidrolik maupun pneumatik yang berfungsi untuk mengatur besar tekanan fluida dari sistem sumber tekanan tinggi (seperti pompa, kompresor, atau tangki reservoir) ke sistem pengguna bertekanan rendah. PRV selalu bertugas menjaga tekanan fluida yang nilainya lebih rendah daripada tekanan supply-nya, oleh karena itu tekanan fluida sebelum melewati PRV akan selalu lebih besar daripada tekanan sesudah melewati PRV. Dapat dikatakan PRV berfungsi menurunkan tekanan fluida sehingga sesuai dengan spesifikasi kebutuhan sistem, atau juga untuk kebutuhan keamanan dan keselamatan penggunaan.

Secara garis besar ada dua tipe PRV jika dilihat dari sistem operasionalnya, yakni satu tahap dan dua tahap pressure regulator. Gambar di atas menggambarkan sebuah sistem PRV dengan hanya satu tahap pressure regulator. Nampak pada gambar tersebut beberapa komponen utama PRV seperti inlet dan outlet pressure gauge, membran diafragma, pegas, poppet valve, serta tuas untuk mengatur set point tekanan kerja PRV. Pressure gauge berfungsi sebagai penunjukan nilai tekanan fluida baik pada sisi sumber tekanan maupun sisi keluaran PRV. Diafragma berfungsi untuk menciptakan sebuah ruang kerja fleksibel di dalam PRV yang mampu berubah-ubah volume. Dua pegas pada sistem PRV berfungsi untuk menghasilkan kesetimbangan tekanan, sedangkan Poppet valve berfungsi untuk membuka serta menutup aliran fluida.

Sesuai dengan sedikit gambaran di atas, prinsip kerja Pressure Regulating Valve umumnya hanya menggunakan prinsip-prinsip sistem mekanis dan tidak ada sistem elektris sama sekali. Sekarang mari kita berandai-andai jika tekanan fluida di area outlet turun (area berwarna biru lebih muda), maka yang terjadi adalah ruangan di dalam diafragma akan mengecil karena pegas 1 akan menekan diafragma. Selain itu pegas 1 juga akan menekan poppet valve sehingga akan membuka aliran fluida untuk masuk ke area diafragma. Fluida dapat masuk ke area ini karena memiliki tekanan yang lebih besar dibandingkan dengan tekanan di dalam area diafragma. Pada suatu kondisi tertentu tekanan fluida di dalam area outlet ditambah dengan tekanan dari pegas 2, akan cukup kuat untuk melawan dorongan dari pegas 1 yang memiliki ukuran lebih besar daripada pegas 2. Sehingga kondisi demikian akan menciptakan kesetimbangan yang menyebabkan poppet valve kembali tertutup. Proses tersebut berlanjut demikian seterusnya setiap tekanan di downstream PRV lebih rendah daripada nilai set point yang seharusnya.

Perbedaan paling mendasar dari PRV dengan dua tahap pressure regulator dibandingkan dengan sistem sebelumnya adalah pada sistem dua tahap ini digunakan pegas serta membran diafragma yang lebih banyak untuk menciptakan sebuah ruang kesetimbangan di dalam PRV (chamber). Pada saat tekanan fluida pada ruangan outlet turun, maka pegas 1 akan menekan diafragma dan poppet valve 1 sehingga fluida bertekanan lebih tinggi di chamber akan masuk ke ruang outlet. Saat tekanan fluida chamber turun karena harus masuk ke ruang outlet, maka proses yang sama terjadi pada pegas 4 yang akan mendorong poppet valve 2 sehingga fluida bertekanan lebih tinggi masuk ke ruang chamber. Saat tekanan fluida outlet sudah sesuai dengan tekanan set point-nya, maka sistem pegas akan membentuk kesetimbangan sehingga kedua poppet valve akan tertutup sempurna.

Dari gambaran di atas nampak dua tipe PRV tersebut memiliki fungsi sama namun untuk penggunaan kondisi yang sedikit berbeda. PRV dengan hanya satu tahap pengaturan tekanan lebih cocok digunakan pada fluida dengan tekanan kerja rendah. Sedangkan PRV dengan dua tahap pressure regulator lebih cocok digunakan untuk fluida bertekanan kerja sangat tinggi.

Credit: Wikipedia: Pressure Regulator