Siklus refrigerasi/pompa kalor carnot

 Tri Ayodha Ajiwiguna

Siklus refrigerasi carnot adalah sebuah siklus ideal yang merupakan kebalikan dari mesin kalor carnot. Sama halnya dengan mesin kalor carnot, pada siklus refrigerasi carnot juga terdiri dari empat proses yaitu: kompresi adiabatik (isentropik), kompresi isothermal, ekspansi adiabatik (isentropik), dan ekspansi isotermal, namun arah siklusnya yang berlawanan dengan mesin kalor carnot. Dalam diagram P-V, siklus refrigerasi/pompa kalor carnot ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 8.1 siklus refrigerasi/pompa kalor carnot

Perlu diingat bahwa siklus refrigerasi dan siklus pompa kalor adalah sama, yang membedakan adalah adalah siklus refrigerasi memanfaatkan proses penyerapan kalor sedangnkan pompa kalor memanfaatkan proses pembuangan kalor. Siklus refrigrasi/pompa kalor carnot memiliki nilai koefisien kinerja (COP) yang paling tinggi. Jadi tidak mungkin ada sistem refrigerasi/pompa kalor yang memiliki nilai COP lebih besar dibandingkan dengan COP carnot.

Besarnya nilain COP carnot dapat diturunkan dari definisi dan asumsi yang ada dalam siklus refrigerasi/pompa kalor carnot. Dengan mengacu pada gambar 8.1, maka dapat diambil informasi yaitu:

Untuk siklus refrigerasi, maka penyerapan kalor adalah yang dimanfaatkan, sehingga outputnya adalah kalo yang diserap pada proses 2 ke 3. COP refrigerasinya dapat ditulis:

Besarnya kalor yang diserap pada proses 2 ke 3 adalah:

Sedangkan besarnya kalor yang dibuang pada proses 4 ke 1 adalah:

Lalu dari proses adiabatik 1 ke 2 dan 3 ke 4, dapat dituliskan:

Oleh karena itu dengan mensubtitusi semua persamaan di atas, maka COP refrigerasi carnot dapat dihitung menjadi:

Dengan cara yang sama, COP untuk pompa kalor adalah:

Contoh:

Sebuah siklus refrigerasi carnot memiliki temperatur reservoir tinggi 40 ^oC dan reservoir rendah -3 ^oC. Jika kerja yang dibutuhkan dalam sistem ini adalah 100 W, berapakah kapasitas pendinginan sistem ini (kalor yang diserap)?