Halo, semua! Kita balik lagi dengan pembahasan seputar fisika yang menarik, nih! Tentu kita semua tahu apa itu kulkas, bukan? Yup, mesin pendingin ini adalah salah satu penerapan dari mesin Carnot. Kira-kira selain kulkas, apa lagi, ya contoh penerapan mesin Carnot yang lain dan bagaimana cara sistem-sistem tersebut bekerja? Mari kita simak!
1. Kulkas
Sumber : https://www.refrigeratorguide.in/
Kulkas atau refrigerator adalah barang elektronik yang berfungsi untuk mendinginkan dan menjaga kesegaran makanan atau minuman yang dimasukkan ke dalamnya. Prinsip kerja pada kulkas menggunakan sistem mesin Carnot. Di bagian belakang kulkas, terdapat alat ekspansi berbentuk tabung yang melengkung seperti per. Di dalam tabung tersebut akan mengalir fluida yang bertekanan tinggi. Fluida tersebut disebut refrigeran. Selama fluida yang panas melewati tabung ekspansi dan berjalan memutar, panas pada fluida akan mengalami penurunan tekanan yang tinggi, yaitu dari bersuhu panas menjadi bersuhu rendah. Fluida yang bersuhu rendah akan dialirkan naik hingga mencapai evaporator sehingga melewati barang yang didinginkan di dalam kulkas. Selama di evaporator inilah, panas dari makanan atau minuman yang ada di dalam kulkas akan diserap.
Proses penyerapan panas akan membuat zat pendingin menguap menjadi gas (uap) murni. Gas dapat disebarkan ke seluruh bagian kulkas dengan bantuan kipas evaporator. Berikutnya, gas dialirkan menuju kompresor sehingga tekanan dan suhunya akan kembali naik. Akibatnya, gas yang sebelumnya dingin menjadi bersuhu tinggi. Kemudian, gas tersebut dialirkan menuju kondensor yang terletak di bagian belakang kulkas. Selama melalui kondensor, panas pada uap akan dibebaskan keluar. Hal ini yang membuat bagian belakang kulkas menjadi terasa panas, meskipun di dalamnya dingin. Setelah semua panas dibebaskan, uap akan mengalami kondensasi atau berubah kembali menjadi bentuk fluida. Fluida akan kembali dialirkan ke alat ekspansi dan siklus pun berulang. Kulkas menjadi salah satu alat yang menerapkan mesin Carnot karena dapat mengubah zat yang sebelumnya cair menjadi gas dan kembali lagi menjadi berbentuk cair.
2. Air Conditioner (AC)
Kita semua tentu tidak asing dengan alat elektronik satu ini. Yups, AC atau Air Conditioner adalah alat yang biasa digunakan untuk mendinginkan suatu ruangan. Tahukah kalian, AC juga termasuk salah satu alat yang menerapkan cara kerja mesin Carnot untuk bekerja. Kira-kira bagaimana, ya, cara AC bekerja?
Ketika AC dinyalakan, kompresor akan mulai bekerja. Selama kompresor bekerja, refrigeran dalam bentuk gas akan masuk dan diubah tekanannya menjadi lebih tinggi. Refrigeran yang keluar dari kompresor akan bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi. Kemudian, refrigeran akan disalurkan menuju kondensor. Selama melalui kondensor, gas akan diturunkan suhu dan tekanannya. Namun, suhunya masih tetap panas hanya saja lebih rendah dibandingkan dengan suhu gas yang berasal dari kompresor. Gas juga akan mengalami kondensasi yakni berubah menjadi zat cair. Cairan ini dialirkan menuju receiver dan masih belum berwujud cairan sempurna (berbentuk embun). Di dalam receiver, cairan akan disaring dari partikel-partikel kotoran yang sebelumnya terbawa. Nantinya, zat pendingin akan menjadi cairan yang sempurna. Cairan pendingin kemudian disalurkan menuju katup ekspansi. Melalui katup ekspansi, cairan akan berubah menjadi gas dan suhunya menjadi lebih rendah dari sebelumnya. Gas akan menuju evaporator dan tekanannya pun menjadi turun kembali. Di evaporator, uap akan menyerap panas yang ada pada ruangan sehingga ruangan pun menjadi lebih dingin. Gas kemudian dialirkan lagi menuju kompresor dan siklus pun berulang.
3. Mesin Uap
Contoh lain dari penerapan mesin Carnot adalah mesin uap. Di bagian dalam mesin uap terdapat cylinder yang nantinya menjadi tempat di mana piston bergesek. Piston terhubung dengan piston rod, yaitu batang panjang yang di ujungnya terdapat cross head di ujungnya. Cross head dihubungkan dengan cranck shaft yang jika piston bergerak maka crank shaft akan ikut berputar. Di bagian atas mesin uap, terdapat valve rod yang akan digerakkan oleh cranck shaft. Valve rod akan menggerakkan slide valve yang berada di bagian dalam mesin uap. Slide valve ini terletak di dalam valve box yang memiliki 2 lubang dan terhubung langsung dengan cylinder. Pada gambar, terdapat area lubang yang berwarna merah dan area yang berwarna biru. Area merah menandakan sebagai jalur yang menyalurkan uap bertekanan tinggi, sedangkan area biru sebagai jalur yang menyalurkan uap bekas menuju cerobong (exhaust steam) untuk dibuang.
Pada saat piston bergerak ke arah kiri, slide valve akan membuka lubang bagian kiri dan uap dari boiler dapat masuk ke dalam cylinder dari sisi kiri. Sementara itu, lubang uap sebelah kanan berhubungan langsung dengan saluran pembuangan dan uap bekas pun dapat terbuang keluar melalui cerobong. Sebelum piston menyentuh sisi terpinggir dari silinder, lubang uap tadi sudah kembali ditutup oleh slide valve sehingga pasokan uap terhenti. Namun, piston tetap bergerak ke kanan karena ekspansi dari uap. Ketika piston bergerak ke arah kanan, slide valve akan membuka lubang bagian kanan dan uap kembali dapat masuk ke dalam cylinder melalui sisi kanan. Akibat uap masuk, piston akan kembali terdorong ke sisi berlawanan, dan begitupun selanjutnya siklus akan terjadi terus-menerus.
*) Pada kereta api uap, mesin uap ini akan diletakkan di bagian kiri dan kanan sehingga gerakan memutarnya akan menggerakkan roda dan seluruh bagian kereta api pun dapat berjalan.
Wah, ternyata seperti itu, ya, cara kerja mesin Carnot pada kulkas, AC, dan mesin uap. Nah, itu tadi contoh dari aplikasi mesin Carnot. Semoga ilmu tadi bermanfaat, ya! Sampai jumpa pada materi berikutnya. Keep on fire~
Callista Dian Puspita / XI IPA (6) - SMA Kristen Kanaan Tangerang
Tidak ada komentar:
Posting Komentar