Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Dalam pengembangan sistem pemanas air tenaga surya (Solar Water Heater/SWH), penggunaan material perubahan fasa (Phase Change Material/PCM) telah menjadi salah satu inovasi utama dalam meningkatkan penyimpanan energi termal. PCM, seperti lilin parafin, menyerap dan melepaskan energi dalam bentuk panas laten selama proses fasa berubah, memberikan kontribusi signifikan pada efisiensi sistem SWH. Namun, penting untuk memahami bagaimana metode encapsulation (pengkapsulan) PCM serta fraksi kosong (void fraction) dalam tangki SWH berdampak pada performa termalnya. Studi ini menjadi sangat penting dalam konteks pengembangan teknologi energi terbarukan.
Metode encapsulation bertujuan untuk meningkatkan luas permukaan transfer panas dari PCM ke air dalam tangki, sehingga mempercepat proses perpindahan panas. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa pengkapsulan PCM mampu meningkatkan performa termal SWH. Namun, salah satu hal yang belum banyak dikaji adalah bagaimana jumlah kapsul atau fraksi kosong di dalam tangki berdampak pada distribusi panas dan efisiensi sistem.
Dalam studi eksperimental ini, kapsul silinder berbahan tembaga diisi dengan lilin parafin sebagai PCM. Beberapa kapsul kemudian dimasukkan ke dalam tangki dengan variasi fraksi kosong, yaitu 87,33%, 83,95%, dan 79,73%. Selama proses pengisian energi (charging), simulasi panas matahari digunakan untuk memanaskan sistem, sementara suhu air dan PCM diukur secara real-time untuk semua variasi fraksi kosong. Data yang dihasilkan digunakan untuk mengevaluasi performa termal setiap konfigurasi.
Hasil menunjukkan bahwa semakin rendah fraksi kosong dalam tangki, semakin besar energi termal yang tersimpan. Pada fraksi kosong 79,73%, energi panas yang tersimpan mencapai 16,76 MJ, lebih tinggi dibandingkan fraksi kosong yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah kapsul PCM yang lebih banyak dalam tangki memungkinkan peningkatan kapasitas penyimpanan energi termal, karena massa PCM yang lebih besar mampu menyerap lebih banyak panas.
Bagi seorang Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, penelitian ini menegaskan pentingnya desain yang optimal pada tangki SWH, khususnya terkait dengan pemilihan fraksi kosong dan distribusi PCM. Penggunaan PCM encapsulation terbukti efektif dalam meningkatkan efisiensi penyimpanan energi, namun diperlukan pengaturan yang tepat untuk memaksimalkan potensi penyimpanan energi ini. Optimalisasi fraksi kosong pada tangki SWH aktif dapat memberikan kontribusi besar dalam menciptakan sistem energi terbarukan yang lebih efisien dan berkelanjutan.
Kesimpulannya, penelitian ini memberikan kontribusi penting bagi dunia akademis dan industri, terutama dalam upaya memaksimalkan potensi sistem SWH dengan PCM encapsulation. Hasil eksperimen ini tidak hanya membantu memahami bagaimana fraksi kosong mempengaruhi performa termal, tetapi juga memberikan panduan praktis untuk desain dan implementasi SWH yang lebih baik di masa depan.
