Pompa Kalor

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Artikel dalam bentuk PDF: Pompa Kalor

Kalor secara alami berpindah dari temperatur yang lebih tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Perpindahan kalor berlangsung terus menerus selama perbedaan temperatur terjadi. Sebagai contoh jika sebuah batang logam yang dipanaskan dengan salah satu ujungnya maka akan terjadi perbedaan temperatur antara ujung yang dipanaskan dengan ujung yang tidak dipanaskan. Akibat adanya perbedaan temperatur ini maka terjadilah perpindahan kalor. Selanjutnya jika api dimatikan (tidak dipanaskan lagi) maka temperatur batang di ujung yang dipanaskan lambat laun akan turun. Walaupun begitu, perpindahan kalor tetap terjadi sampai temperatur kedua ujung sama.

Gambar 1. Skema Pompa Kalor

Pompa kalor adalah sebuah sebuah proses yang dapat menyerap kalor di suatu tempat kemudian membuangnya di tempat yang lain. Suatu benda dapat menyerap kalor dari lingkungan jika temperatur nya lebih rendah dari pada temperatur lingkungannya (kalor berpindah dari lingkungan ke benda). Sebaliknya benda dapat melepaskan kalor jika temperatrnya lebih tinggi dari pada temperaur lingkungannya (kalor berpindah dari benda ke lingkungan). Dengan kata lain, pompa dapat menciptakan suatu keadaan dimana ada bagian yang lebih dingin dibandingkan lingkungannya (penyerapan kalor) dan ada bagian yang lebih panas dibandingkan lingkungannya (pelepasan kalor). Pompa kalor dapat dimanfaatkan menjadi alat pemanas dan biasa disebut dengan pompa kalor (perangkat). Pompa kalor juga dapat dimanfaatkan menjadi alat pendingin dan biasa disebut refrigerator.

Bagaimanapun juga, proses pompa kalor tidak dapat bekerja secara spontan melainkan harus ada energi dari luar yang masuk ke sistem pompa kalor. Skema pompa kalor ditunjukkan pada gambar 5. Pompa kalor diletakkan dilingkungan yang temperaturnya T₃. Kemudian energi dimasukkan ke sistem pompa kalor berupa kerja sebesar W. Dengan adanya kerja ini maka T₁ menjadi turun dan T₂ menjadi naik. Akibatnya terjadi penyerapan kalor (Q_serap) dan pelepasan kalor (Q_lepas). Pada pompa kalor berlaku:

(1)

Coefficient of Performance (COP) atau koefisien kinerja adalah suatu parameter yang menunjukkan seberapa baik sebuah pompa kalor atau refrigerasi bekerja. Definis dari koefisien kinerja adalah perbandingan antara enegi yang dimanfaatkan dan kerja yang dimasukkan ke dalam sistem. Untuk pompa kalor, karena yang dimanfaatkan adalah bagian yang panas maka besarnya COP adalah:

(2)

Sedangakan sebagai pendingin, karena yang dimanfaatkan adalah penyerapan kalornya (bagian dingin), maka COP nya adalah:

(3)

Dengan memanipulasi persamaan 1,2, dan 3 maka di dapat bahwa:

(4)

Ada beberapa teknologi yang dapat menjalankan proses pompa kalor, seperti refrigerasi kompresi uap, termoelektrik, refrigerasi absorpsi, termoakustik, tabung vortex, dan lain-lain. Hingga saat ini yang paling umum digunakan adalah refrigeasi kopresi uap karena memiliki koefisien kinerja yang paling tinggi. Namum kekurangan sistem refrgerasi kompresi uap adalah penggunaan refrgeran yang tidak ramah lingkungan dan membutuhkan perangkat yang cukup berat yaitu kompresor. Di sisi lain, teknologi termoelektrik memiliki kelebihan dimana sangat ringkas, tidak membutuhkan refrigeran, dan sagat handal. Akan tetapi, termoelektrik memiliki koefisien kinerja yang sangat rendah.

Referensi

- Yunus Cengel, Heat and Mass Transfer an Engineering Approach, 2^nd Edition, Mc Graw Hill

- Yunus Cengel, Thermodynamics Practical Approach, 5^th Edition, Mc Graw Hill