7. METERING DEVICE ~ PENDIDIKAN PENYAMAN UDARA/ PPU ASAS

7. METERING DEVICE ( Tolok Ukur Tekanan )

Metering device
 

Jenis dan kegunaan Tolok Ukur Tekanan

           Expansion valve atau metering device adalah salah satu alat yang utama dalam sistem refrigeration. Jika berlaku kerosakan ke atasnya sistem refrigeration gagal menjalankan tugasnya. Oleh itu adalah mustahak bagi setiap pelatih memaham dan mengetahui segala aspek yang berkaitan dengannya agar dapat menjalankan pemeriksaan dan pembaikan dengan sempurna.

          Sungguh pun metering device adalah satu komponan yang susah hendak difahami samaada binaannya atau operasinya, akan tetapi asas fungsinya adalah mudah iaitu ‘Alat untuk mengawal pengaliran cecair refrigerant ke evaporator’. Metering device mungkin dijalankan oleh kuasa yang berlainan seperti suhu (temperature) atau tekanan (pressure) akan tetapi fungsinya adalah sama. Unit refrigeration yang mana operasinya secara otomatik mestilah mempunyai alat yang akan menurunkan tekanan tinggi cecair refrigerant ke tekanan rendah dengan jumlah yang betul untuk membolehkan unit evaporator menjalankan operasinya ke peringkat yang maksima dengan tidak membebankan compressor.

Metering device atau expansion valve dalam mekanikal refrigertion mempunyai
7 jenis:

1. Hand Operated Expansion Valve
2. Low Pressure side flot valve
3. High Pressure Side Fload – H.S.F
4. Automatic Expansion Valve – A.E.V. / A.X.V.
5. Thermostatic Expansion Valve – T.E.V. / T.X.V.
6. Capillary Tube – Cap. Tube.
7. Injap Pengembangan Thermoelektrik

CAPILLARY TUBE

           Capillary tube atau adalah pengawal refrigerant yang paling mudah samaada binaannya atau operasinya dalam refrigeration sistem. Penggunaanya terhad kepada unit perdagangan yang kecil-kecil juga domestik. Capillary tube yang mempunyai garis pusat dan lubang yang kecil yang mana cecair refrigerant mengalir masuk ke evaporator. Capillary tube ini tidak termasuk daripada jenis valve oleh kerana ianya tidak boleh dilaras. Saiz dan panjang capillary tube bergantung kepada capacity atau keupayaan sistem refrigeration. Sebagaimana sistem refrigeration yang lain, tube ini juga dipasang di antara saluran cecair dan evaporator. Capillary tube ini akan mencatu cecair refrigerant yang masuk ke evaporator berdikit-dikit, sementara itu tekanan tinggi akan terjadi di bahagian condensor semasa sistem beroperasi.

          Oleh kerana lubang tube kecil dan telah ditetapkan panjangnya, maka kadar pengaliran refrigerant tidak tetap. Dalam keadaan beban haba, tekanan suction juga tekanan discharge yang tetap, keupayaan capillary tube adalah memuaskan. Jika sekiranya berlaku penukaran beban haba di evaporator dan berlaku ketidak seimbangan tekanan di bahagian tinggi. Ini akan menyebabkan berlakunya bekalan refrigerant yang berlebihan atau berkurangan ke evaporator. Apabila sistem berhenti,  tekanan di bahagian rendah dan tinggi pada sistem akan menjadi seimbang. Ini membolehkan compressor motor memulakan perjalanan dengan kuasa yang rendah (low starting torque).

          Oleh kerana lubang tube ini kecil, sistem hendaklah bebas dari kotoran dan habuk. Itulah sebabnya penapis dipasang sebelum cap tube. Perjalanan refrigerant yang terhalang disebabkan sumbat akan mengakibatkan difrost pada evaporator, sistem akan berjalan berlarutan atau overload akan terputus, tekanan di bahagian tinggi akan menjadi terlalu tinggi dan tekanan pada bahagian rendah akan menjadi terlalu rendah.

          Isian refrigerant pada sistem yang menggunakan capillary tube adalah kritikal. Oleh kerana ia tidak menggunakan receiver untuk menyimpan refrigerant yang berlebihan. Isian berlebihan akan menyebabkan tekanan terlalu tinggi di bahagian high side. Compressor bekerja lebih dan boleh menyebabkan cecair refrigerant masuk ke compressir semasa sistem berhenti. Kekurangan refrigerant akan menyebabkan gas refrigerant masuk ke evaporator. Ini akan menghilangkan keupayaan evapolator. Untuk mendapatkan ukuran capillary tube yang sesuai dengan evaporator adalah susah, walaupun demikian di bawah ini diberikan ukuran Capillary Tube dan penggunaanya.

                        Garispusat capillary tube
Garispusat luar                                     Garispusat dalam

       .083                                                           .031

       .094                                                           .036

       .109                                                           .042 

       .114                                                           .049

       .120                                                           .055

       .130                                                           .065

Penggunaan dan saiz capillary tube.

Suhu menunjukkan : ‘ H ‘: suhu tinggi, ‘ M ‘ : Suhu sederhana, ‘ L ‘ :

Mencari kerosakan dan pembaikpulihan pada sistem yang menggunakan capillary tube

Mempelajari cara mencari dan menentukan kesalahan sistem yang menggunakan
capillary tube dan mengatasinya:

1. Isian kurang, tandanya:
    a) Unit berjalan tanpa berhenti (thermostat tidak function)
    b) Evaporator tidak berapa frost.
    c) Gauge high side di bawah keadaan normal.Mengikut berapa kurangnya isian.
    d) Gauge low side di bawah normal.
    e) Suhu dalam kabinet panas. 

Cara mengatasinya:
    a) Periksa kebocoran pada sistem
    b) Tambah isian refrigerant. 

2. Isian kurang, tandanya:
    a) Unit berjalan sentisa (Thermostat tidak dapat low temp )
    b) Refrigeration dalam kabinet kurang sejuk.
    c) Tekanan gauge berdekatan normal.
    d) Saluran suction frost.

Cara mengatasinya:
    a) Purge atau buang refrigerant sehingga suhu dalam kabinet kembali normal. Suhu rendah

3. Capillary tube tidak cukup halangan – pendek, tandanya:
    a) Unit sentiasa berjalan.
    b) Tekanan rendah / tinggi berdekatan normal.
    c) Bunyi bising disebabkan cecair refrigerant masuk ke evaporator dari capillary tube.
    d) Kejatuhan tekanan tinggi dengan serta merta apabila unit berhenti.
Cara mengatasinya.
    a) Tambahkan panjang capillary tube.
 

4. Capillary tube terlalu banyak halangan – panjang, tandanya:
    a) Unit sentiasa berjalan.
    b) Tekanan di bahagian tinggi – Lebih daripada normal.
Cara mengatasinya.
    a) pendekkan capillary tube.

5. Capillary tube tersumbat, tandanya:
    a) Tekanan tinggi lebih daripada normal.
    b) Evaporator defrost.
    c) Unit sentiasa berjalan.
Cara mengatasinya.
    a) Tukar capillary tube dengan mengikut ukuran yang asal.

6. Sistem capillary tube – Angin dalam condenser, tandanya:
    a) Tekanan tinggi sebelah bahagian tinggi sistem – melebihi normal.
    b) Evaporator defrost semasa sistem berjalan.
    c) Unit sentiasa berjalan.
Cara mengatasinya:
    a) purge angin – periksa balik perjalanan sistem.

THERMOSTATIC EXPANSION VALVE

           Thermostatic Expansion Valve adalah pengawal refrigerant yang paling luas digunakan di Masa ini, kerana ianya mempunyai keupayaan yang baik dan sedia dipasang pada apa saja pepasangan refrigeration. Valve ini kadang kala dipanggil ‘Super heat valve’ binaannya berasaskan pengawalan ketepatan darjah suhu super heat di pintu keluar evaporator, yang mana mengawal supaya evaporator sentisa dapat bekalan cecair refrigerant dalam semua keadaan beban haba, tanpa bahaya kemasukan cecair refrigerant ke saluran suction. Ia sesuai dipasang pada sistem yang bekerja pada beban haba yang tidak tetap. Ia biasanya dipasang pada evaporator jenis dry atau direct expansion.

Binaan:          Mengandungi needle dan seat daripada bahan alloy yang tahan rosak. Pressure bellow atau diapramnya daripada bahan phoshor bronze dipasang tetap atau menggunakan pembenang keValve body. Bulb isian fluid, kadang kala dipanggil remote bulb, temperature sensitve element atau thermo bulb, yang mana disambungkan pada bellow atau diaphram housing dengan menggunakan capillary tube. Thermo bulb dipasang di pintu keluar evaporator. Isian thermo bulb biasanya sama dengan jenis refrigerant yang digunakan dalam sistem.

          Sejenis spring, yang dipanggil Spring Penyelaras Super Heat (super heat adjusting screw). Ketegagannya atau kekuatannya boleh dilaraskan dengan menggunakan skru untuk degrees atau darjah super heat yang dikehendaki. Satu lubang laluan atau sambungan untuk membawa tekanan dari evaporator ke sebelah bawah diaphram atau bellow dipanggil equalizer (penyama). Terdapat dua jenis equalizer iaitu Internal dan External.

          Penapis digunakan untuk menapis kotoran daripada masuk ke valve. Ianya dibuat dari bahan tembaga. Valve body diperbuat daripada drop forged brass dan kadang kala daripada stainless steel.

Operasi:
          Ciri – ciri operasinya adalah hasil dari tindakan tiga kuasa:
1.       Tekanan remote bulb dan power assambly      (P1)
2.       Tekanan evaporator                                            (P2)
3.       Tekanan super heat spring                                 (P3)

          Tekanan dalam remote bulb dan power assamly (P) adalah tekanan saturation yang bersamaan dengan suhu refrigerant yang keluar dari evaporator. Tekanan (P1) ini akan menolak valvepinatau jarum dan membuka valve seat. Tekanan yang berlawanan dari bawah diagphram

          Untuk menutup valve seat ialah gabungan dua kuasa (P2) dan (P3) atau tekanan evaporator dan tekanan super heat spring. Valve akan mendapat kawalan setabil apabila posisi ketiga tiga kuasa ini berseimbangan, iaitu apabila (P1) = (P2) + (P3).

           Apabila suhu refrigerant gas di pintu keluar evaporator bertambah lebih daripada suhu saturationnya yang mana tekanan evaporator tidak berubah, ianya menjadi super heated. Tekanan dalam remote bulb dan power assambly (P1) betambah melebihi tekanan evaporator dan super heated spring (P2 + P3) ini akan menyebabkan pin membuka valve seat.

          Apabila suhu gas di pintu keluar evaporator berkurangan, tekanan remote bulb dan juga power assamly juga berkurangan (P1). Tekanan evaporator dan super heat spring (P2 + P3) melebihi tekanan remote bulb dan power assamly (P1). Valve pin akan menutup valve seat.

 

Penyelarasan (adjustment) super heat

 

 

Thermostatic expansion valve equalizer.

          Equalizer digunakan untuk mendapatkan persamaan tekanan diantara pintu masuk keevaporator dan pintu keluar dari evaporator dimana remote bulb dipasang. Persamaan tekanan ini untuk mendpatkan penyelarasan super heat yang tepat. Biasanya terdapat kejatuhan tekanan dalam evaporator. Adalah disyorkan untuk menggunakan equalizer apabila kejatuhan tekanan antara pintu masuk dan pintu keluar evaporator melebihi 4 psi atau 110.4 Kpa.

          Terdapat dua jenis equalizer iaitu internal equalizer dan external equalizer. Internal equalizer, tekanan dipintu masuk keevaporator dialirkan kebawah diaphram menerusi satu saluran kecil atau ruang disekelilimg push rod. Digunakan pada evaporator yang kejatuhan tekanannya rendah. External equalizer, dipasang dengan menggunakan saluran tiub ¼ in. OD. Satu hujungnya dipasang dipintu keluar evaporator dan satu hujung lagi dibawah diaphram. Digunakan pada evaporator yang kejatuhan tekanannya tinggi.

Special Thermostatic expansion valve.

          Banyak reka bentuk expansion valve jenis ini. Salah satu daripada jenisnya ialah cantuman agihan tiub atau manifold pada pintu keluar expansion valve sebelum ke evaporator.           

          Rekabentuk sedemikian digunakan untuk mengurangkan kejatuhantekanan pada evaporator yang besar-besar dengan menyediakan beberapa saluran evaporator yang selari. Ini sangat popular pada pepasangan penyaman udara. Kerja-kerja yang cermat dikhendaki untuk mendapatkan pembahagian jumlah bahan pendingin yang sama pada tiap-tiap saluran tiub evaporator. 

 

AUTOMATIC EXPANSION VALVE

          Automatic expansion valve atau AXV adalah jenis pengawal bahan pendingin yang operasinya bergantung pada tekanan low side sistem. Tujuannya ialah unutk memancutkan cecair bahan pendingin dari saluran cecair dengan tekanan yang tetap kebahagian tekanan rendah sistem secara automatic.

Binaan :

          Valve ini mengandungi jarum dan seat diperbuat dari bahan alloy yang tahan rosak, seperti stainless steel. Penapis biasanya dipasang disaluran cecair bahan pendingin masuk ke AXV, ini bertujuan untuk menghalang kemasukkan bahan-bahan yang tidak dikehendaki yang mana menyebabkan rintangan kepada valve. Penapis ini diperbuat daripada wire tembaga berukuran 60 hingga 100 lubang seinci atau 25.4 mm. Diaphram biasanya diperbuat daripada bahan phospor bronze yang dipateri kedalam valve, ianya mudah lentur(flexible).

 Prinsip operasi :

            AXV berfungsi menyelaras dengan tetap tekanan dievaporator samada menambah atau mengurangkan bahan pendingin kedalam evaporator bersesuaian dengan beban yang dikendalikan oleh evaporator. Digunakan pada evaporator jenis dry atau direct expansion. 

Tekanan tetap ini berpunca dari perlawanan dua kuasa :
1. Tekanan dievaporator(evaporator pressure)
2. Tekanan spring(spring pressure)

           Tekanan evaporator bekerja dari satu bahagian bellows atau diaphram yang beraksi unutk menutup lubang valve sementara tekanan spring pula beraksi dari satu bahagian yang lain unuk membuka lubang valve. Apabila ketegangan spring(spring tension) dilaraskan untuk mendapatkan tekanan evaporator yang diperlukan. Valve akan bekerja secara automatik mengimbangkan aliran cecair bahan pendingin keevaporator sebagaiman tekanan yang dikehendaki.

           Umpamanya, ketegangan spring dilaraskan untuk mendapatkan tekanan tetap dievaporator sebanyak 69 kPa. Dalam satu-satu keadaan kiranya tekanan evaporator merendah dari 69 kPa, disebabkan kurang cecair bahan pendingin masuk keevaporator, tekanan spring akan melampaui tekanan evaporator. Ini menyebabkan jarum bergerak membuka lubang seat yang mana ini akan menambahkan pengaliran cecair bahan pendingin keevaporator. Ini menambahkan keupayaan evaporator. Kadar evaporation bertambah dan tekanan evaporator akan naik sehingga keseimbangan terjadi dengan tekanan sepring.

          

          Andainya tekanan evaporator naik melebihi 69 kPa, tekanan ini dengan serta merta mengatasi tekanan sepring dan menyebabkan jarum bergerak menutup lubang seat. Ini mengurangkan aliran cecair bahan pendingin keevaporator menyebabkan keupayaan evaporator dan kadar evaporation berkurangan. Ini akan merendahkan tekanan evaporator.

          Apabila compressor berhenti, jarum akan menutup ketat lubang seat sehingga compressor akan berjalan semula. Ini terjadi kerana selepas compressor berhenti, evaporation masih lagi berlaku dalam evaporator. Oleh kerana vapour tidak dialirkan ke compressor, tekanan dievaporator meninggi melampaui tekanan sepring. Valve seat tertutup rapat oleh tekanan evaporator.

Parts and operation of an automatic expansion valve. A – Valve (ball) and seat. B – Metal cap.
C – Adjusting screw. D – Adjusting spring. E – Diaphragm. F – Outlet to evaporator. G –
Screen. H – Liquid refrigerant inlet. I – Valve opening pin.

Automatic Expansion Valve

Hand operated expansion valve.

          Injap ini yang termudah sekali kendaliannya berbanding dengan injap yang lain-lainnya. Ianya hanya dikawal dengan cara melaras dengan tangan lalu cecair penyejuk akan mengalir masuk kepencairwap. Contoh yang mudah dilihat ialah seperti memutar kepala paip air. Perinsip inilah yang terdapat pada injap jenis ini.

          Dengan memutar kepala injap ini dapatlah bahan penyejuk mengalir masuk kepencairwap. Bila cecair penyejuk telah mencukupi cuma balas putaran injap tadi dan ia akan memberhentikan pengaliran bahan pemyejuk. Kandungan bahan penyejuk yang mengalir masuk kedalam pencairwap bergantung pada perbezaan tekanan pada orifis dan darjah bukaan iajap. Injap ini biasanya digunakan pada sistem yang besar dimana bebanya adalah tetap. Seorang jurutera yang berpengalaman sahaja yang dibenarkan mengendalikan injap tangan ini.

High Pressure side Float valve(HPSFV)

           Sistem penyejukkan cas terhad sahaja yang sesuai menggunakan alat penjaangkaan jenis ini. Ia dinamakan HPSFV kerana pelampong dan orifisnya terletak disebelah tekanan tinggi sistem penyejukkan. Pengawal utama injap ini bergantung pada secepat mana proses bahan penyejuk bertukar bentuk daripada wap kepad cecair. Jadi beban sistem penyejukkan tidak memainkan apa-apa peranan pun dan ini adalah satu keburukkan injap ini.

          Kedudukan bola pelampong akan ditentukan oleh paras cecair bahan penyejuk. Penutupan saluran cecair penyejuk (orifis) kepencirwap adalah bersambungan dengan bolah pelampong. Cecair penyejuk akan mengalir masuk kedalam tangki injap tanpa disekat atau dikawal. Jika wap penyejuk cepat bertukar kepada cecair maka banyaklah cecair penyejuk mengalir masuk. Jika lambat bertukar kepada cecair maka kuranglah kemasukan cecair penyejuk kedalam tangki . Bila kandungan cecair banyak maka parasnya jadi tinggi dan ini
menyebabkan pelampong turut naik tinggi keatas dan orifis akan terbuka. Lalu cecair penyejuk masuk kegelong pencairwap dan terus kepemampat. Disini dapat diperhatikan yang pemampat tidak dilindungi dari dimasuki cecair penyejuk iaitu semasa sistem penyejukkan kurang beban. Cecair penyejuk tidak akan bertukar kepada wap kesemuanya bila beban kurang. Jadi kemungkinan besar cecair penyejuk akan masuk kedalam pemampat dan hancurlah pemampat jika cuba memampat cecair tersebut. Jadi injap ini hanya sesuai bagi sistem penyejukkan cas terhad sahaja. Jika berlaku pula cas berkurangan maka pencair wap tidak akan jadi sejuk. Penelitian yang wajar mestilah dibuat jika hendak menggunakan injap ini. Satu peringatan lagi ialah apabila injap ini digunakan pada sistem penyejukkan amonia,
Maka akumulator sedutan mestilah dipasangkan sebelum pemampat.

High pressure side floats refrigerant
control mechanism. Liquid refrigerant
flowing in from condenser will cause
float to rise and open needle valve.
Then liquid refrigerant flows into
evaporator.

Low Pressure Side Float(LPSF)

 

          Low pressure side float adalah sejenis pengawal gas penyejukan yang mudah difahami. Jenis ini pada masa dahulu sangat terkenal dn masih lagi digunakan pada setengah unit. Low pressure side float digunakan pada evaporator jenis flooded dan dipasang menjadi satu bahagian daripada evaporator.

          LPSF ini sendiri berbentuk cylinder kadang kala dipanggil “float chamber” dimana didalamnya terdapat bahagian-bahagian yang mustahak seperti float ball. Float valve lever, Float valve needle dan oil return line. Float valve, float ball, float valve lever dan float valve needle dipasang kefloat valve bodyyang mana boleh bergerak turun naik mengikut keadaan paras cecair bahan penyejuk dalam float chamber. Needle tadi akan menutup atau membuka lubang needle seat.

          Lubang needlae seat bersambung dengan saluran cecair yang membawa cecair bahan pendingin kedalam chamber. Saluran suction dipasang masuk memanjang kedalam float chamber yang mana hujungnya menghala keatas jika chamber itu menggunakan float chamber. Hujung saluran itu menghala kebawah jika sekiranya chamber itu menggunakan float pan. Ini adalah untuk mengelakkan supaya tidak ada cecair bahan pendingin yang akan masuk kecompressor.

          Minyak biasanya balik kecompressor melalui lubang kecil yang terdapat disaluran suction dalam chamber dimana lubang itu terletak betul-betul diparas cecair yang paling tinggi. Oleh kerana lubang ini kecil, jika kedudukan unit tidak rata, ini akan menyebabkan minyak tidak akan balik kecompressor dan menjadikan oil binding ataupun cecair bahan pendingin akan masuk semula kedalam compressor. Jika terjadi oil binding, permukaan cecair bahan pendingin dilitupi oleh minyak dan akan menggagalkan bahan pendingin daripada bertukar bentuk kepada wap dengan secukupnya.

          Perinsip operasi metering device jenis ini sangat mudah difahami. Coil evaporator dipenuhi oleh cecair bahan pendingin dan jumlahnya dikawaloleh float valve. Apabila haba diserap oleh bahan pendingin dalam evaporator, cecair bahan pendingin tadi akan mendidih dan sebahagaian daripada cecair bahan pendingin tadi akan menjadi wap dan disedut kecompressor. Ini akan menyebabkan paras cecair bahan pendingin dalam chamber menjadi rendah yang mana perkara ini juga akan menjadikan float ball turun kebawah.

          Apabila float ball turun kebawah, needle akan membuka lubang needle seat dan memberi jalan pada cecair bahan pendingin dari saluran cecair masuk kefloat chamber menggantikan cecair yang telah evaporate tadi. Float ball akan naik dan float needle akan menutup lubang seat jika sekiranya cecair bahan pendingin dalam chamber telah sampai keparas maksima. Float control ini bekerja untuk menyamakan paras cecair dalam chamber atau di low pressure side.

Kerosakkan jika float valve needle yang sentiasa terbuka atau membuka lubang seat
dapat dikenali dengan :
1. Bunyi bising yang bertalu-talu dievaporator, setelah compressor berhenti.
2. Persamaan tekanan pada kedua-dua bahagian
3. Frost disaluran suction.

Semua float control mestilah dipasang rata untuk mendapatkan operasi yang memuaskan. Bahagian-bahagian float chamber boleh diceraikan untuk dibaiki.

Low side float refrigerant control. Note suction line and liquid line connections. Loat and
needle mechanism maintain constant level of liquid refrigerant in evaporator.

Low pressure side float refrigerant control. A bucket or pan type float is used in this refrigerant
level control. Suction line dips to the bottem of open float in order to remove oil which might