Pompa Kalor (Heat Pump)

Heat pump atau pompa kalor merupakan salah satu sistem yang dapat menyerap kalor dari suatu tempat kemudian membuangnya di tempat lain. Pompa kalor / heat pump dapat manfaatkan atau di fungsikan sebagai pendingin jika memanfaatkan sisi penyerapan kalor, atau istilah yang disebut dengan sistem refrigerasi. Selain itu,  Sebaliknya pompa kalor juga dapat digunakan sebagai pemanas jika memanfaatkan sisi pembuangan kalornya. Contoh sederhana pompa kalor adalah air conditioner (AC). Air conditioner (AC) menyerap kalor yang ada diruangan kemudian membuangnya ke luar ruangan.

Untuk dapat memahami prinsip dasar dari pompa kalor maka analogi dari  pompa air dapat digunakan karena secara prinsip keduanya tidak berbeda.  Air sebagaimana kita tahu secara alami  mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Untuk dapat mengalirkan air dari tempat yang rendah menuju tempat yang lebih tinggi membutuhkan energi untuk mengalirkannya salah satunya bisa berupa pompa dan usaha/kerja/energi dari luar (mekanik). Dengan menggunakan pompa air yang ada di tempat rendah dapat dihisap dan dikeluarkan di tempat yang lebih tinggi.

Pada sistem kalor pun terjadi hal yang sama, dimana kalor secara alami mengalir/berpindah dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang rendah. Tinggi atau rendahnya temperatur merupakan salah satu indikasi besarnya energi kalor yang dimiliki suatu zat. Semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi energi kalornya. Untuk memindahkan kalor dari tempat yang temperaturnya lebih rendah maka dibutuhkan sistem pompa kalor. Seperti halnya pompa air, untuk menyerap kalor dan membuang kalor dibutuhkan kerja/usaha/energi dari luar. Biasanya proses pompa kalor digambarkan seperti dibawah ini.

download

Dimana Ts adalah suhu lingkungan, Tc adalah temperatur pada sisi penyerapan kalor, Th adalah temperatur pada sisi pembuangan kalor, W adalah kerja dari luar, Qc adalah kalor yang terserap dan Qh adalah kalor yang dibuang.

Pada saat tidak ada W yang bekerja maka temperatur Ts, Tc, dan Th adalah sama (Ts=Th=Tc) dan tidak ada proses perpindahan kalor diantaranya. Begitu ada kerja W dijalankan maka Tc menjadi lebih rendah dibandingkan dengan Ts. Oleh karena itu energi kalor yang berada di sekitarnya terserap oleh sistem ini. Kalor yang terserap ini dibuang ke sisi Qh sehingga temperatur Th menjadi lebih besar dari Ts. Pada keadaan ini maka Tc < Ts < Th. Hubungan antara kalor yang diserap dan dibuang mengikuti persamaan:

download%2B%25281%2529

Untuk menunjukkan sebarapa baik performa dari suatu pompa kalor, maka dikenal dengan istilah COP (Coefficient of Performance) atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan koefisien kinerja. COP ini merupakan perbandingan antara output yang digunakan dengan input yang diberikan. Pada pompa kalor, input adalah kerja dan output dapat merupakan penyerapan kalor atau pembuangan kalor. Jika pompa kalor digunakan sebagai pendingin (Refrigerasi) maka output adalah penyerapan kalor. Sebaliknya, jika pompa kalor digunakan sebagai pemanas (heater) maka outputnya adalah pembuangan kalor. Oleh karena itu COP diekspresikan dengan:

download%2B%25282%2529

Dua jenis sistem pompa kalor yang sudah di komersilkan secara luas adalah sistem refrigerasi kompresi uap (SRKU) dan thermoelectric. SRKU merupakan sistem yang paling banyak ditemui di dalam kehidupan sehari-hari, sepeti Air conditioner (AC) dan lemari es. Keunggulan dari SRKU adalah COPnya yang sangat tinggi. Hal inilah yang menyebabkan teknologi ini belum bisa digantikan oleh teknolgi lain. Walaupun demikian, SRKU membutuhkan banyak komponen dan kurang bisa diterapkan di tempat yang kecil.

Jenis pompa kalor thermoelectric sering dijumpai sebagai pendingin elektronik seperti prosesor. Keunggulan teknologi ini adalah ukurannya yang kecil , sangat mudah diterapkan dan cukup dicatu dengan listrik searah (DC). Namun COPnya masih sangat kecil dibandingkan dengan SRKU.

Sebenarnya ada beberapa jenis lain yang dapat digunakan sebagai sistem pompa kalor namun sulit untuk dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, yaitu: sistem refrigerasi absorpsi, thermoacoustic, thermomagnetic, dan tabung vortex.

Ref: catatan-teknik.blogspot.com