Refrigrasi Termoakustik

Termoakustik (thermoacoustics) adalah suatu bidang yang berhubungan dengan fenomena fisis, di mana perbedaan suhu dapat membangkitkan gelombang bunyi, dan sebaliknya gelombang bunyi dapat menghasilkan perbedaan suhu. Suatu gelombang bunyi (akustik) di dalam gas biasanya hanya dipandang sebagai osilasi-osilasi tekanan dan gerak, padahal osilasi suhu juga selalu terjadi. Bila bunyi merambat dalam kanal-kanal kecil, maka kalor yang berosilasi juga akan mengalir ke dan dari dinding-dinding kanal. 

Gabungan semua osilasi ini akan menghasilkan fenomena atau efek termoakustik.

Fenomena atau efek ini kemudian dapat dimanfaatkan sebagai salahsatu mekanisme refrigerasi.
Pada umumnya kita mengenal sistem refrigerasi konvensional dengan kompresi mekanik dari kompresor. Akan tetapi, termoakustik menggunakan gelombang akustik yang mengalami resonansi sebagai media pengompresi dan pengekspansi.

Awal mula ditemukannya Termoakustik

Fenomena termoakustik sendiri sebenarnya telah ditemukan sejak lama. Salah satu bentuk fenomena ini adalah terciptanya gelombang suara akibat adanya gradien temperatur, yang telah ditemukan lebih dari dua abad yang lalu. Penjelasan mengenai fenomena ini pertama kali diungkapkan pada tahun 1887 oleh Rayleigh pada “Theory of Sound”. Rayleigh menjelaskan proses produksi osilasi sebagai berikut:

Bila sejumlah kalor dilepaskan ke udara saat terjadi kondensasi (kompresi), atau diserap saat terjadi evaporasi (ekspansi), akan terjadi vibrasi pada partikel-partikel udara.

Proses kebalikannya, yaitu perbedaan temperatur yang dihasilkan dari osilasi akustik, merupakan suatu fenomena yang masih terbilang baru. Proses ini umum disebut proses refrigerasi termoakustik. Penjelasan secara kuantitatif baru ditemukan tahun 1969 oleh Rott.

Komponen penyusun refrigerasi termoakustik?

Sistem refrigerasi termoakustik ini disusun oleh:

1.       Loudspeaker dan amplifier sebagai sumber gelombang akustik

2.       Tabung resonansi, dengan jenis terbuka-tertutup, yaitu terbuka pada salahsatu ujung, dan tertutup pada ujung yang lain.

3.       Stack. Stack merupakan komponen yang sangat vital pada sistem ini. Fungsinya mirip seperti kompresor pada sistem refrigerasi biasa. Pada stack inilah, terjadi kompresi dan ekspansi partikel udara akibat gelombang akustik yang beresonansi.

4.       Heat exchanger sebagai medium penyalur panas ke objek atau ke lingkungan. Ada dua jenis heat exchanger yang digunakan. Yang pertama adalah hot heat exchanger yang fungsinya sama dengan kondenser, yaitu membuang kalor dari partikel udara ke lingkungan. Yang kedua adalah cold heat exchanger dengan fungsi seperti evaporator, yaitu mengambil kalor dari objek yang ingin didinginkan.

5.       Partikel udara sebagai medium kalor internal sistem.

Cara kerja sistem Refrigrasi Termoakustik

Terdapat 4 langkiah dalam refrigerasi termoakustik

·         Tahap pertama merupakan tahap ketika terjadi kompresi pada partikel gas yang diiringi dengan peningkatan temperatur. Proses ini terjadi saat partikel gas berosilasi ke hot heat exchanger.

 

·         Tahap kedua yaitu ketika partikel melepaskan kalor di hot heat exchanger. Kalor tersebut dibuang ke lingkungan. 

·         Tahap ketiga adalah ekspansi pada partikel gas ketika partikel gas berosilasi ke cold heat exchanger. Pada saat yang bersamaan terjadi juga penurunan temperatur. 

·         Tahap yang terakhir yaitu saat partikel gas menerima kalor dari objek melalui cold heat exchanger. 

Dua dari empat tahap tersebut bersifat reversibel adiabatis (tahap 1 dan tahap 3). Dua tahap lainnya bersifat irreversible adiabatis.