Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna
Mesin kalor didefinisikan sebagai sebuah perangkat yg sanggup mengkonversi energi kalor menjadi kerja. Kerja di sini sanggup diartikan sebagai gerakan piston dalam silinder / putaran mesin. Contoh mesin kalor ialah mesin otto, mesin diesel, mesin brayton, & mesin stirling. Se&gkan pompa kalor ialah perangkat yg sanggup membuat kondisi di mana satu bab mesin menjadi masbodoh & bab lainnya menjadi panas. Dingin & panas ini relatif terhadap lingkungan. Pompa kalor biasanya diterapkan di pendingin ruangan (AC). Contoh pompa kalor antara lain sistem refrigerasi kompresi uap.
Prinsip kerja dari mesin kalor & pompa kalor biasanya sebuah siklus termodinamika yg terdiri dari beberapa proses termodinamika. Siklus Carnot ialah siklus ideal (tidak real) yg dimodelkan untuk mengetahui efisiensi & kinerja tertinggi yg mungkin sanggup dicapai dari sebuah mesin kalor / pompa kalor. Hal ini dikarenakan siklus carnot mengasumsikan beberapa prosesnya berlangsung isentropik dimana proses dianggap reversible (tidak ada gesekan) & adiabatik (terinsulasi sempurna). Skema proses sistem piston-silinder & diagram P-v siklus carnot sanggup dapat dilihat pada gambar 1 & 2:
Gambar 1.Skema Proses dalam Siklus Carnot
Gambar 2. Siklus Carnot dalam Diagram P-v
Seperti yg sanggup dilihat pada gambar 1, siklus carnot terdiri dari empat proses termodinamika, yaitu:
Proses 1 – 2, yaitu proses perluasan isothermal pada temperature tinggi TH. Dalam proses ini sistem (mesin) mendapatkan kalor kemudian terjad proses perluasan dengan temperatur konstan. Proses ini sulit sekali diterapkan secara nyata. Bisa dibaygkan, jikalau sebuah sistem piston silinder yg kemu& diberikan kalor (dipanaskan) sehingga sistem memuai tetapi temperaturnya tetap (tidak naik). Dalam aturan termodinamika I, dalam proses isothermal tidak ada perubahan2 energi dalam (ΔU=0), yg artinya semua kalor yg masuk menjadi kerja.
Proses 2-3, yaitu proses perluasan isentropik. Setelah mendapatkan kalor (proses 1-2), proses masih mengalami perluasan yg mungkin diakibatkan masih a&ya momentum dari proses sebelumnya. Akibat proses ini temperatur sistem menjadi turun dari TH menjadi temperature rendah TL. Proses ini diasumsikan berlangsung secara reversible (tidak ada geseskan) & adiabatic (terinsulasi sempurna). Hal ini juga sulit direalisasikan alasannya yakni goresan mustahil dihindari & kalor niscaya mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.
Proses 3-4 proses kompresi secara isothermal. Dalam proses ini pembuangan kalor terjadi dari sistem ke lingkungan.
Proses 4-1, yaitu proses kompresi isentropik. Proses ini juga terjadi secara reversible & adiabatik.
Proses dari 1-2-3-4-1 terus berlangsung sehingga kerja dalam bentuk putaran mesin / pergerakan piston juga selalu terjadi selama sistem mendapatkan & membuang kalor dengan baik. Untuk menawarkan seberapa baik sebuah mesin kalor, dipakai istilah efisiensi, yaitu perbandingan anta kerja yg didapatkan dengan kalor yg diberikan ke sistem.