Prinsip Kerja Pompa Kalor ( Heat Pump)

Pompa panas adalah sebuah refrigerator yang digunakan untuk memompa energi termal dari tandon dingin (udara dingin) ke tandon panas (udara panas). Tandon panas merupakan sistem ideal dengan kapasitor panas yang demikian besar sehingga dapat menyerap atau memberikan panas tanpa perubahan temperatur yang berarti.

Sistem pompa kalor itu tidak hanya berfungsi untuk mendinginkan atau mempertahankan temperatur sumber kalor yang rendah. Tetapi juga dapat mengalirkan energi kalor ke suatu benda atau penyerap kalor untuk menaikkan temperatur atau mempertahankan temperaturnya pada tingkat yang tinggi secara baik. Dalam ilmu termodinamika, refrigerator dan pompa kalor (heat pump) relatif sama. Perbedaannya, terletak hanya pada proses kerjanya. Mesin kalor adalah alat yang berfungsi untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Misalnya pada mesin mobil, energi panas hasil pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil. Tetapi, dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai pengeluaran gas buang, yang membawa sejumlah energi panas. Dengan demikian, hanya sebagian energi panas hasil pembakaran bahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud air ke uap. Uap ini diarahkan ke sudu – sudu sebuah turbin, membuat sudu – sudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

 Pada banyak penggunaan, untuk mesin yang sama dapat dipakai sebagai refrigerator dan juga sebagai pompa kalor. Pada beberapa situasi, baik efek pendinginan pada satu tingkat temperatur maupun efek pemanasan pada temperatur lain bisa saja dinginkan, dan dengan demikian sistem akan beroperasi serentak sebagai mesin refrigerasi dan sebagai pompa kalor.

Contoh penggunaan pompa kalor

Lemari es (Refrigerator) dapat dipandang sebagai mesin kalor yang bekerja terbalik. Mesin kalor mengambil panas dari sebuah wadah panas, mengubahnya sebagian menjadi usaha mekanik, dan membuang selebihnya ke sebuah wadah dingin. Akan tetapi refrigerator mengambil panas dari wadah dingin, kompresornya memberikan input usaha mekanik, dan panas dibuang ke wadah panasnya yakni dilingkungan sekitarnya. Bila untuk menjalankan suatu alat pendingin tidak diperlukan usaha, koefisien kerja (panas yang diambil dibagi oleh usaha yang dilakukan ) akan menjadi tak berhingga. Pengalaman membuktikan bahwa selalu diperlukan usaha untuk memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas. Ungkapan negatif ini membawa kita kepada ungkapan lain hukum kedua Termodinamika, yaitu : ”Tidak mungkin ada proses yang hasilnya hanya memindahkan panas dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas ”.

Tinjauan hukum kedua termodinamika tentang mesin kalor :

”Tidak mungkin bagi sebuah mesin panas yang bekerja secara siklis untuk tidak menghasilkan efek lain selain menyerap panas dari suatu tandon dan melakukan sejumlah usaha-usaha yang ekivalen”. Pernyataan tersebut merupakan hasil eksperimen tentang rumusan Kelvin – Planck atau rumusan mesin kalor untuk hukum kedua termodinamika.

Penyertaan kata ”siklis” dalam rumusan ini merupakan hal yang penting karena mengubah panas seluruhnya menjadi usaha dalam proses yang non siklus, merupakan hal yang mungkin. Gas ideal yang mengalami ekspansi isotermis dapat melakukan hal ini. Namun, setelah ekspansi itu, gas tidak berada dalam keadaan awalnya. Untuk mengembalikan gas ke keadaan awalnya, usaha harus dilakukan pada gas , dan sejumlah panas yang akan dibuang.

Tinjauan hukum kedua termodinamika tentang refrigerator

”Sebuah refrigerator tak mungkin bekerja secara siklis dengan tidak menghasilkan efek lain diluar transfer panas dari benda dingin ke benda panas”. Walaupun rumusan hukum kedua termodinamika untuk mesin kalor dan refrigerator nampak cukup berbeda, sebenarnya keduanya ekuivalen. Itu berarti, bila salah satu rumusan itu benar, maka rumusan yang lain juga harus benar.

Mesin pendingin itu mempunyai 4 komponen utama yaitu kompresor, kondesor, katup ekspansi dan evaporator. Dengan demikian prinsip kerja dari mesin pompa kalor ini adalah dimulai refrigerator memasuki ke kompresor. Refrigerator meninggalkan kompresor pada temperatur yang relatif tinggi, air dikumpulkan dan kemudian di dinginkan (terjadi pengembunan) atau mengalami kondensasi di kondensor, yang membuang panasnya ke lingkungan. Refrigerator kemudian memasuki tabung kapiler di mana tekanan refrigerator turun derastis. Refrigerator bertemperatur rendah, kemudian memasuki evaporator dimana disini refrigerator menyerap panas dari ruang refrigerasi, pemindahan kalor ini disebabkan oleh kompresornya sehingga terasa sangat panas pada eveporator, dan refrigerator kembali memasuki sebuah kompresor, dimana siklus ini dimulai kembali.