Macam-macam Pompa Kalor

Refrigerator Magnetik

Refrigerator magnetik adalah sebuah teknologi pendinginan dengan menggunakan efek magnetokalorik. Efek magnetokalorik adalah sebuah fenomena magneto-termodinamik dimana adanya perubahan temperatur pada sebuah material khusus, terjadi akibat ia terekspos oleh perubahan nilai medan magnet. Secara sederhana, sebuah material akan mengalami kenaikan temperatur apabila ia diletakkan di suatu tempat yang mengalami kenaikan besar medan magnet. Demikian pula sebaliknya, temperatur material tersebut akan turun juga apabila kekuatan medan magnet diturunkan. Namun satu hal yang perlu dicatat adalah bahwa kedua konsep tersebut harus terjadi di suatu wadah yang terisolasi sehingga tidak ada proses penyerapan maupun pelepasan kalor, dalam hal ini adalah proses adiabatik. Sehingga kenaikan ataupun penurunan temperatur material akibat perubahan besar medan magnet tersebut terjadi secara alami.

Mirip dengan refrigerator mekanis, proses refrigerator magnetik juga terjadi secara siklik. Total ada empat siklus pada proses refrigerator magnetik: magnetisasi adiabatik, transfer enthalpi isomagnetik, demagnetisasi adiabatik, serta transfer entropis isomagnetik.

 photo 59A88F38-2F9F-4542-95BE-2E3896629B9E.jpg

Magnetisasi Adiabatik
Sebuah material magnetokalorik, yang bertindak sebagai refrigeran, ditempatkan di sebuah ruangan terisolasi. Selanjutnya ruangan tersebut dikenakan medan magnet sehingga atom-atom material refrigeran mengalami reposisi. Kondisi ini mengakibatkan entropi magnetis dan kapasitas panas material menjadi turun. Karena sistem terisolasi sehingga tidak terjadi perpindahan kalor (adiabatik), serta nilai total entropi tidak berkurang, maka temperatur material refrigeran akan secara alami meningkat.

Transfer Enthalpi Isomagnetik
Kondisi kedua, dengan sistem yang tetap terinduksi medan magnet dalam jumlah yang tidak berubah (isomagnetik), panas yang dikandung oleh refrigeran didinginkan oleh fluida pendingin. Fluida pendingin dapat berupa gas ataupun cairan. Media pendingin yang umum digunakan pada sistem ini yakni gas helium. Besar medan magnet yang dijaga tetap bertujuan untuk mencegah atom-atom refrigeran untuk kembali terreposisi ke posisi semula pada saat panasnya diserap oleh fluida pendingin. Setelah panas refrigeran sepenuhnya terserap oleh fluida pendingin, fluida pendingin selanjutnya dikeluarkan dari sistem.

Demagnetisasi Adiabatik
Selanjutnya, material refrigeran kembali terisolasi untuk menjaga tidak ada kalor yang keluar maupun masuk ke sistem (adiabatik). Pada kondisi demikian, nilai medan magnet diturunkan sehingga energi termal material membuat momen magnetik untuk mengatasi perubahan medan magnet tersebut. Proses inilah yang membuat temperatur refrigeran turun. Transfer energi (dan entropi) terjadi dari entropi termal ke entropi magnetik, menunjukkan adanya perubahan medan magnet sistem.

Transfer Entropi Isomagnetik
Proses siklus selanjutnya adalah dengan menjaga agar besar medan magnetik sistem tidak berubah (isomagnetik), untuk menjaga agar material refrigeran tidak dipanaskan kembali. Lalu dilakukan kontak termal antara lingkungan atau udara yang akan didinginkan, dengan material refrigeran yang sudah dalam kondisi dingin. Karena temperatur refrigeran lebih dingin daripada udara lingkungan yang ingin didinginkan, maka terjadi perpindahan panas dari udara panas ke refrigeran. Proses ini akan menurunkan temperatur udara sehingga terjadi kesetimbangan temperatur antara keduanya. Selanjutnya, proses siklus kembali di mulai dari awal.

Teknik refrigerator magnetik cocok digunakan untuk menghasilkan temperatur lingkungan yang sangat dingin. Jika dibandingkan dengan refrigerator mekanis konvensional, refrigerator magnetik cenderung lebih aman, tidak berisik, lebih sederhana, efisiensi pendinginan yang lebih tinggi, serta tentu saja ramah lingkungan karena tidak menggunakan bahan refrigeran berbahaya seperti CFC pada proses refrigerator mekanis yang merusak ozon.

Satu contoh material yang memiliki efek magnetokalorik tinggi serta cocok digunakan sebagai refrigeran, adalah material gadolinium (Gd) beserta senyawa-senyawa campurannya. Temperatur gadolinium naik saat ia masuk ke area bermedan magnet tertentu, dan temperatur akan turun juga jika ia meninggalkan area medan magnet. Senyawa-senyawa gadolinium yang lazim digunakan untuk refrigeran antara lain adalah Gd5Si2Ge2, Gd5(SixGe1−x)4, dan juga campuran berkomposisi Gd-Bi-Sb (Gadolinium-Bismuth-Antimony).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *