E-ISSN:
2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398 Vol. 7, No. 6, Juni 2022

## KINERJA  TERMAL  PEMANAS  AIR  TENAGA  SURYA  SISTEM  AKTIF BERBAHAN  PENYIMPAN  ENERGI  AIR  DAN  PARAFFIN  WAX  DENGAN VARIASI HEAT FLUX

## Muhammad Nadjib, Thoharudin, Fitroh Anugrah Kusuma Yudha
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah, Indonesia Email: nadjibar@umy.ac.id, thoharudin@ft.umy.ac.id, fitroh.anugrah@umy.ac.id

## Abstrak
Pemanas  air  tenaga  surya  (PATS)  konvensional  memiliki  kekurangan  karena memerlukan  volume  thermal  energy  storage  (TES)  yang  besar.  Aplikasi  phase- change  material  (PCM)  pada  sistem  PATS  menarik  untuk  dikembangkan mengingat  densitas  energinya  tinggi.  Kajian  eksperimental  pengaruh  heat  flux terhadap  unjuk  kerja  sistem  PATS  aktif  yang  berisi  PCM  di  tangki  horisontal belum  pernah  diungkap.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengkaji  secara eksperimental  kinerja  termal  sistem  PATS  aktif  yang  melibatkan  PCM  sebagai media  penyimpan  energi  termal  dengan  variasi  heat  flux  menggunakan  solar simulator.  Sistem  PATS  yang  dipakai  dalam  eksperimen  ini  memakai  tangki dengan  volume  60  liter.  Tangki  PATS  diisi  dengan  13  buah  kapsul  silinder berbahan  tembaga  yang  disusun  menjadi  alat  penukar  kalor.  Paraffin  wax  dengan berat  331,5  gram  dimasukkan  ke  dalam  setiap  kapsul.  Termokopel  sebanyak  23 buah  dipasang  di  sisi  air  dan  paraffin  wax.  Eksperimen  dilakukan  selama  proses charging  dengan  waktu  98  menit.  Variasi  heat  flux  yang  digunakan  adalah  800 W/m2,  1000  W/m2  dan  1200  W/m2.  Analisis  unjuk  kerja  termal  dilakukan berdasarkan  data  temperatur  air  dan  paraffin  wax  untuk  setiap  variasi  kemudian dibandingkan  hasilnya.  Penambahan  heat  flux  dari  800  W/m2  ke  1200  W/m2 mampu  meningkatkan  kecepatan  pemanasan  rata-rata  HTF,  kecepatan  pemanasan rata-rata  PCM  dan  akumulasi  energi  termal  tersimpan  masing-masing  sebesar 10,8%, 9,44% dan 10,76%. Penambahan heat flux di kolektor memberi kontribusi yang signifikan terhadap peningkatan unjuk kerja sistem PATS aktif berbasis PCM.
Kata Kunci: Heat flux; kapsul; paraffin wax; pemanas air tenaga surya; phase-change material

## Abstract
Conventional solar water heaters (SWH) have disadvantages because they require a large volume of thermal energy storage (TES). The application of phase-change materials (PCM) in the SWH system is interesting to develop, considering its high energy density. An experimental study of the effect of heat flux on the performance of  an  active  SWH  system  containing  PCM  in  a  horizontal  tank  has  never  been disclosed.  This  study  aims  to  experimentally  examine  the  thermal  performance  of an  active  SWH  system  involving  PCM  as  a  thermal  energy  storage  medium  with variations in heat flux using a solar simulator. The experiment used an active SWH system with a tank volume of 60 liters. Thirteen copper cylindrical capsules were
filled  inside  the  tank.  The  arrangement  of  the  capsules  forms  a  heat  exchanger. Paraffin  wax  weighing  331.5  grams  is  inserted  into  each  capsule.  Twenty-three thermocouples  were  installed  on  the  waterside  and  paraffin  wax.  The  experiment was carried out during the charging process for 98 minutes. The variation of heat flux used is 800 W/m2, 1000 W/m2, and 1200 W/m2. Thermal performance analysis was  carried  out  based  on  water  temperature  data  and  paraffin  wax  for  each variation and then compared the results. The addition of heat flux from 800 W/m2 to 1200 W/m2 increased the average heating speed of HTF, average heating speed of  PCM,  and  accumulated  stored  thermal  energy  by  10.8%,  9.44%,  and  10.76%, respectively.  The  addition  of  heat  flux  in  the  collector  contributes  significantly  to the increase in the performance of PCM-based active SWH systems.

## Keywords: capsule; heat flux; paraffin wax; phase change material; solar water heater

## Pendahuluan
Dunia saat ini sedang mengalami perubahan iklim yang harus diwaspadai. Emisi karbon ke lingkungan akibat penggunaan energi fosil menjadi salah satu kontributornya. Pemerintah  berusaha  meminimalkan  dampak  perubahan  iklim  dalam  proses pembangunan.  Badan  Perencanaan  Pembangunan  Nasional  merekomendasikan kebijakan rendah karbon yang diusulkan untuk dilaksanakan pada periode 2020-2045 di sektor  energi  yaitu  antara  lain  mendorong  transisi  ke  sumber  energi  terbarukan. Rekomendasi ini  dimaksudkan untuk meningkatkan penyediaan energi primer berbasis pada energi baru dan terbarukan agar dapat memenuhi kebutuhan energi nasional.
Energi  terbarukan  yang  tersedia  di  alam  adalah  energi  matahari,  energi biomassa,  energi  angin,  energi  air  dan  energi  panas  bumi.  Di  antara  bentuk-bentuk energi terbarukan tersebut, energi matahari adalah sumber utama bagi energi terbarukan lainnya.  Ketersediaan  energi  matahari  di  Indonesia  sangat  melimpah.  Insolasi  energi matahari rata-rata di Indonesia adalah sebesar 4,8 kW/m 2 /hari (Sugiyono, Anindhita, & Wahid,  2019) .  Oleh  karena  itu,  Indonesia  berpotensi  mengembangkan energi matahari untuk  memenuhi  kebutuhan  masyarakat  dalam  rangka  mengurangi  konsumsi  energi fosil.  Keuntungan  penggunaan  energi  matahari  antara  lain  sifatnya  yang  selalu terbarukan  dan  tidak  menimbulkan  polusi  udara  sehingga  ramah  terhadap  lingkungan (Shahsavari & Akbari, 2018) .
Salah satu alat yang menggunakan energi matahari sebagai sumber energi untuk proses  pemanasan  air  dikenal  dengan  pemanas  air  tenaga  surya  (PATS).  PATS  telah digunakan masyarakat baik untuk keperluan domestik atau industri.  Operasional PATS digolongkan menjadi dua yaitu sistem aktif dan pasif (Jamar, Majid, Azmi, Norhafana, & Razak, 2016) . Sirkulasi air pada PATS sistem aktif dibantu dengan pompa sedangkan pada  sistem  pasif  mengandalkan  konveksi  alamiah.  Pemakaian  PATS  terbukti  dapat mengurangi  konsumsi  energi  fosil (Uctug  &  Azapagic,  2018) .  PATS  yang  beredar  di masyarakat menggunakan air sebagai material penyimpan energi termal ( thermal energy storage ,  TES).  Material  ini  memiliki  kelebihan  seperti  harganya  murah  dan  nilai konduktivitas  termalnya  tinggi.  Akan  tetapi,  air  memiliki  kekurangan  yaitu  densitas energinya  rendah.  Pengaruh  densitas  rendah  adalah  sistem  PATS  memerlukan  ukuran
volume  TES  yang  besar  sehingga memiliki  karakteristik  sistem  yang  berat (Fazilati & Alemrajabi,  2013) .  Di  sisi  lain,  ada  material  penyimpan  energi  termal  yang  bekerja dengan  perubahan  fase  selama  penyerapan  atau  pelepasan  energi  yang  disebut phase- change material (PCM). Paraffin wax adalah salah satu tipe PCM yang menjadi pilihan untuk diaplikasikan pada PATS sebagai material penyimpan energi termal. Paraffin wax memiliki  keuntungan  seperti  proses  perubahan  fasenya  reversible (Nomura,  Tsubota, Oya, Okinaka, & Akiyama, 2013) , kalor laten tinggi dan temperatur perubahan fasenya sesuai untuk sistem pemanasan memakai energi matahari (Agyenim, Hewitt, Eames, & Smyth, 2010) ; (Bouadila, Fteïti, Oueslati, Guizani, & Farhat, 2014) . Namun demikian, material paraffin  wax mempunyai  kelemahan  yaitu  konduktivitas  termalnya  rendah sehingga proses perpindahan kalornya juga rendah. Pengkapsulan PCM di dalam kapsul dapat  meningkatkan  perpindahan  kalor (Fukahori  et  al.,  2016) .  Penggunaan  kapsul dapat  meningkatkan  luas  permukaan  perpindahan  kalor  sehingga  aliran  kalor  lebih besar.
Para  peneliti  terdahulu  telah  melakukan  penelitian  tentang  penggunaan  PCM pada PATS sistem aktif.  Pemakaian modul PCM pada tangki air panas untuk pemanas air domestik menghasilkan air panas dengan waktu pemakaian yang lebih lama (Cabeza, Ibanez,  Sole,  Roca,  &  Nogues,  2006) .  Prestasi  termal  penggunaan  kombinasi  material penyimpan kalor laten dan penyimpan kalor  sensibel lebih baik daripada sistem  PATS konvensional (Nallusamy,  Sampath,  &  Velraj,  2007) .  Pengkapsulan  PCM  memakai alumunium  silindris  mampu  meningkatkan  fraksi  matahari  sekitar  4–8%  dibandingkan dengan  PATS  tanpa  PCM (Ibanez,  Cabeza,  Solé,  Roca,  &  Nogués,  2006) .  Pemakaian PCM  memberikan  peningkatan  unjuk  kerja  termal  pada  tangki  PATS (Mazman  et  al., 2009) .  Laju  aliran  massa  dan  temperatur  air  masuk  tangki  yang  berisi  PCM  dengan kapsul  alumunium  silindris  berpengaruh  besar  pada  saat charging (Vijay  Padmaraju, Viginesh, & Nallusamy, 2008) . Kapsul silinder tembaga berisi paraffin wax dimasukkan ke  dalam  tangki  PATS  dan  disimpulkan  bahwa  temperatur  air  meningkat  lebih  cepat pada posisi tangki yang lebih tinggi (Kanimozhi & Bapu, 2012) . Efisiensi sistem PATS meningkat secara signifikan karena adanya PCM [17]. Integrasi PCM dan air di dalam tangki  mampu  mempertahankan  temperatur  air  masuk  kolektor  yang  rendah  sehingga mengurangi  rugi-rugi  di  kolektor (Teamah,  Lightstone,  &  Cotton,  2018) .  Penyerapan kalor di tangki air yang diisi dengan PCM lebih tinggi daripada tangki yang hanya diisi air  saja (Nazir  et  al.,  2019) . Solar  simulator dapat  digunakan  untuk  penelitian  secara indoor pada PATS yang berisi PCM untuk menyelidiki perilaku termal di dalam tangka (Nadjib, Suhanan, & Waluyo, 2020) . Penyisipan PCM di tangki PATS berdampak pada semakin  lama  penurunan  temperatur  air  bila  dibandingkan  dengan  PATS  tanpa  PCM (Chargui & Tashtoush, 2021) .
Penelitian  yang  telah  dilakukan  secara  umum  memberi  informasi  bahwa pengintegrasian  air  dan  PCM  sebagai  material  penyimpan  kalor  dapat  meningkatkan unjuk  kerja  termal  sistem  PATS.  Penelitian  terdahulu  belum  membahas  pengaruh perubahan  energi  yang  diterima  kolektor  terhadap  unjuk  kerja  termal  tangki  sistem PATS  aktif  dengan  posisi  horizontal  dan  di  dalamnya  terdapat  susunan  kapsul  PCM.
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengkaji  secara  eksperimental  unjuk  kerja  termal sistem PATS aktif berbasis PCM dengan variasi heat flux dari solar simulator .

## Metode Penelitian
Penelitian  ini  menggunakan  peralatan  PATS  sistem  aktif  dengan  skema  yang ditunjukkan  di  Gambar  1.  Alat  penelitian  memiliki  komponen  utama  yaitu solar simulator ,  kolektor,  tangki,  alat  penukar  kalor  berupa  susunan  kapsul  berisi  PCM, pompa dan instalasi perpipaan. Solar simulator berfungsi sebagai sumber energi untuk kolektor. Jumlah daya lampu halogen adalah 7,2 kW. Kolektor yang dipakai adalah tipe pelat datar dan memiliki luas permukaan 2 m 2 . Kolektor dengan sudut kemiringan 20° dirangkaikan  pada tangki. Tangki TES  memiliki  volume  60  liter  dan  dipasang  dengan posisi  horisontal.  Kapsul  jenis  silinder  sebanyak  13  buah  dipasang  di  dalam  tangki. Pemasangan  kapsul  adalah  sejajar  dengan  sumbu  tangki.  Material  kapsul  adalah  pipa tembaga  dengan  diameter  luar  1  inci  dan  panjang  100  cm.    Berat paraffin  wax yang diisikan  di  tiap  kapsul adalah  331,5  gram.  Susunan  kapsul  ini  membentuk  sebuah  alat penukar  kalor.  Termokopel  yang  digunakan  adalah  tipe  K  dan  berjumlah  25  buah. Pemasangan termokopel adalah dua buah di sisi masuk dan keluar tangki; delapan buah di HTF dalam tangki; dan 15 buah di dalam kapsul PCM. Instalasi PATS ini  dipasang pompa  untuk  mensirkulasikan  air.  Proses  kalibrasi  termokopel  dilakukan  sebelum dipasang di posisi masing-masing.
Sumber energi untuk sistem PATS pada eksperimen ini adalah solar simulator . Energi termal yang diserap oleh kolektor dipakai untuk memanaskan air yang berada di jalur-jalur pipa tembaga di dalam kolektor. Air panas  kemudian dialirkan secara paksa ke tangki TES. Penelitian ini memakai variasi heat flux sebesar 800 W/m 2 , 1000 W/m 2 dan 1200 W/m 2 . Laju aliran massa HTF dibuat konstan yaitu 2 liter/menit. Penelitian ini dilakukan pada proses charging selama 98 menit untuk  setiap variasi.  Pengaturan heat flux di solar simulator dilakukan dengan mengatur jarak antara lampu dan kolektor serta mengatur  tegangan  listrik.  Parameter  yang  direkam  adalah  temperatur  HTF  dan temperatur PCM. Hasil data temperatur tersebut dipakai untuk membuat grafik evolusi temperatur  rata-rata  HTF  dan  PCM.  Selain  itu,  data  diolah  untuk  mendapatkan  unjuk kerja  termal  di tangki  yaitu  kalor  yang tersimpan  sesaat  dan  energi  termal  akumulatif. Langkah  berikutnya  adalah  menganalisis  perubahan heat  flux terhadap  unjuk  kerja termal.
Bahan yang dipakai dalam penelitian adalah air dan paraffin wax. Air berfungsi sebagai  fluida  pemindah  energi  termal  ( heat  transfer  fluid ,  HTF). Paraffin  wax berperan  sebagai  PCM  untuk  menyimpan  energi termal. Paraffin  wax yang  digunakan adalah jenis RT52.
Gambar 1 Skema alat penelitian
Hasil dan Pembahasan A. Evolusi Temperatur Rata-rata HTF
Gambar 2 menunjukkan evolusi temperatur rata-rata HTF untuk setiap variasi heat  flux selama  proses charging .  Evolusi  temperatur  rata-rata  menggambarkan proses kenaikan temperatur dari awal sampai akhir pemanasan yang dirata-rata dari semua  titik  termokopel.  Secara  umum,  grafik  di  Gambar  2  memperlihatkan  bahwa proses kenaikan temperatur terjadi secara kontinyu (tidak fluktuatif).  Fenomena ini disebabkan oleh energi termal yang diterima kolektor adalah konstan.
Gambar  2  memperlihatkan  bahwa  setiap  variasi heat  flux memiliki  evolusi temperatur rata-rata yang berbeda.  Gambar 2 belum memberikan informasi dengan jelas  pengaruh heat  flux terhadap  evolusi  temperatur  rata-rata  HTF.  Grafik  untuk ketiga heat  flux tidak  terjadi  secara  berurutan  sehingga  tidak  dapat  menjelaskan secara  langsung  pengaruhnya  terhadap  temperatur.  Untuk  itu  diperlukan  analisis lebih  lanjut  tentang  karakteristik  pemanasan  HTF  yang  disajikan  di  Tabel  1. Berdasarkan Tabel 1, temperatur awal charging untuk ketiga variasi adalah berbeda. Perbedaan ini mempengaruhi evolusi temperatur rata-rata HTF seperti yang terlihat di Gambar 2. Kecepatan pemanasan rata-rata menggambarkan kenaikan temperatur yang  terjadi  dalam  setiap  menit.  Kecepatan  pemanasan  rata-rata  tertinggi  terjadi pada heat  flux 1200  W/m 2 .  Semakin  tinggi heat  flux maka  kecepatan  pemanasan rata-rata HTF semakin besar sehingga proses pemanasannya semakin cepat.
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T em pe ra tu r (℃ ) Waktu (menit) 800 W/m² 1000 W/m² 1200 W/m² Gambar 2 Evolusi temperatur rata-rata HTF Tabel 1

## Karakteristik Pemanasan HTF
Heat Flux (W/m²) Temperatur Kecepatan Pemanasan (°C/menit) Awal (°C) Akhir (°C) 800 28,78 52,74 0,247 1000 26,82 51,45 0,254 1200 25,76 52,31 0,274

## B. Evolusi Temperatur Rata-rata PCM
Evolusi  temperatur  rata-rata  untuk  PCM dengan  variasi heat  flux disajikan  di Gambar  3.  Perilaku  proses  pemanasan  untuk  PCM  mirip  seperti  HTF.  Kenaikan temperatur PCM terjadi secara kontinyu. Heat flux konstan menyebabkan produksi air panas di kolektor stabil. Proses transfer energi termal di dalam tangki juga relatif stabil sehingga menyebabkan kenaikan temperatur PCM tidak fluktuatif.
Grafik  di  Gambar  3  menunjukkan  bahwa  evolusi  temperatur  rata-rata  untuk heat  flux 800  W/m 2 berada  paling  atas.  Akan  tetapi,  fenomena  ini  tidak  dapat menyimpulkan  bahwa heat  flux 800  W/m 2 berpengaruh  paling  kuat  terhadap kenaikan  temperatur  rata-rata  PCM.  Temperatur  awal  PCM  untuk heat  flux 800 W/m 2 paling besar sehingga grafik proses pemanasannya berada paling atas.
PCM 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T em pe ra tu r (℃ ) Waktu (menit) 800 W/m² 1000 W/m² 1200 W/m²

## Gambar 3 Evolusi temperatur rata-rata PCM
Evaluasi  tentang heat  flux yang  paling  berpengaruh  dalam  proses  pemanasan memerlukan informasi parameter lain yaitu  kecepatan pemanasan rata-rata. Tabel 2 menyajikan  karakteristik  proses  pemanasan  untuk  PCM. Heat  flux 1200  W/m 2 menghasilkan  kecepatan  pemanasan  rata-rata  yang  tertinggi  walaupun  di  grafik Gambar 3 tidak berada paling atas. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi heat flux maka proses pemanasan PCM semakin cepat.

## Tabel 2 Karakteristik pemanasan PCM
Heat Flux (W/m²) Temperatur Kecepatan Pemanasan Rata-rata (°C/menit) Awal (°C) Akhir (°C) 800 28,76 50,98 0,237 1000 26,60 49,51 0,244 1200 25,58 50,21 0,259

## C. Perbandingan Evolusi Temperatur Rata-rata HTF dan PCM
Proses pemanasan HTF dan PCM terjadi di dalam tangki TES. Perbandingan proses pemanasan HTF dan PCM untuk setiap variasi heat flux diberikan di Gambar 4.  Gambar  4(a),  Gambar  4(b)  dan  Gambar  4(c)  masing-masing  menunjukkan perbandingan  evolusi  temperatur  rata-rata  untuk heat  flux 800  W/m 2 ,  1000  W/m 2 dan 1200 W/m 2 .
Ketiga grafik di Gambar 4 memperlihatkan bahwa evolusi temperatur rata-rata HTF  lebih  tinggi  daripada  PCM  selama proses charging .  HTF  berperilaku  sebagai sumber  kalor  bagi  PCM.  Oleh  karena  itu  temperatur  HTF  lebih  tinggi  daripada PCM. Air panas dari kolektor disalurkan ke tangki. Suplai air panas mengakibatkan temperatur  HTF  di  tangki  meningkat.  Perbedaan  temperatur  antara  HTF  dan  PCM menyebabkan terjadinya perpindahan kalor sehingga temperatur PCM naik. Tabel 3 menunjukkan  perbedaan  temperatur  HTF  dan  PCM  pada  awal  dan  akhir  proses
charging untuk  ketiga  variasi heat  flux .  Semakin  tinggi heat  flux, semakin  besar perbedaan  temperatur  HTF  dan  PCM  di  akhir charging .  Kejadian  ini menginformasikan  bahwa  heat  flux  berperan  signifikan  dalam  evolusi  temperatur baik untuk HTF maupun PCM.
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T em pe ra tu r (℃ ) Waktu (menit) HTF PCM (a)
(b)
(c)
Gambar 4. Perbandingan evolusi temperatur HTF dan PCM: (a) 800 W/m 2 , (b) 1000 W/m 2 , (c) 1200 W/m 2
Tabel 3

## Kondisi temperatur awal HTF dan PCM
Heat Flux (W/m²) Selisih temperatur HTF dan PCM Awal (°C) Akhir (°C) 800 0,02 1,76 1000 0,21 1,94 1200 0,18 2,10

## D. Kalor Tersimpan Sesaat
Air  panas  yang  dihasilkan  kolektor  bercampur  dengan  HTF  di  dalam  tangki. Pencampuran air ini mengakibatkan terjadinya perindahan kalor yang diterima oleh HTF.  Kalor  tersimpan  sesaat  adalah  jumlah  kalor  yang  dipindah  dari  air  panas  ke HTF di tangki. Kalor ini diestimasikan berdasar selisih temperatur air di sisi masuk dan keluar tangki [12]. Gambar 5 menunjukkan kalor tersimpan sesaat untuk ketiga variasi heat flux .
0 400 800 1200 1600 2000 2400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 K al o r te rs im p an s es aa t (W ) Waktu (menit) 800 W/m² 1000W/m² 1200W/m²

## Gambar 5 Kalor tersimpan sesaat
Grafik kalor tersimpan sesaat untuk semua variasi heat flux naik dengan tajam di awal  proses charging .  Perbedaan  temperatur  yang  tinggi  antara  air  masuk  tangki  dan HTF  di  dalam  tangki  di  awal  pemanasan  menyebabkan  perpindahan  kalor  yang  besar sehingga kenaikan temperatur HTF dan PCM meningkat drastis. Perbedaan temperatur antara air masuk dan HTF di tangki lama kelamaan mengecil. Perpindahan kalor yang terjadi  sedikit  demi  sedikit  berkurang.  Oleh  karena  itu,  kalor  tersimpan  sesaat  mulai landai sekitar menit ke-10 sampai akhir pemanasan.
Gambar  5  menunjukkan  bahwa  semakin  besar heat  flux maka  kalor  tersimpan sesaat  semakin  tinggi.  Energi  termal  tinggi  yang  diterima  kolektor  menghasilkan  air panas keluar dari kolektor semakin tinggi temperaturnya.  Saat air panas tersebut masuk ke  tangki,  perbedaan  temperatur  dengan  HTF  di  tangki  semakin  besar  sehingga perpindahan  kalornya  juga  semakin  besar.  Grafik  di  Gambar  5  juga  menunjukkan bahwa  evolusi  kalor  tersimpan  sesaat  berfluktuasi  selama  proses charging .
Pencampuran antara air panas masuk tangki dan HTF di dalam tangki dipengaruhi oleh aliran  air  yang  tidak  seragam  di  sepanjang  penampang  tangki.  Kejadian  ini menyebabkan temperatur air di titik-titik pemasangan termokopel tidak seragam.

## E. Akumulasi Energi Termal Tersimpan
Kalor  tersimpan  sesaat  apabila  dijumlahkan  secara  akumulasi  selama  proses charging menghasilkan  energi  termal  tersimpan  kumulatif  seperti  disajikan  di Gambar  6.  Akumulasi  energi  termal  tersimpan  untuk  variasi heat  flux 800  W/m 2 , 1000 W/m 2 dan 1200 W/m 2 masing-masing adalah 9,09 MJ, 9,38 MJ dan 10,07 MJ. Persentase kenaikan.
0 3 6 9 12 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A k u m u la si p en y im p an an k al o r (M J) Waktu (menit) 800 W/m² 1000 W/m² 1200 W/m² Gambar 6

## Kumulasi Energi Termal
Akumulasi energi termal tersimpan dari heat flux 800 W/m 2 ke 1000 W/m 2 dan ke  1200  W/m 2 masing-masing adalah  3,19%  dan  10,76%.  Persentase  kenaikan akumulasi  energi  termal  tersimpan  dari heat  flux 1000  W/m 2 dan  ke  1200  W/m 2 adalah  7,34%.  Penambahan heat  flux dapat  meningkatkan  perolehan  akumulasi energi  termal  yang  tersimpan  di  dalam  tangki  TES.  Akumulasi  energi  termal tersimpan  adalah  unjuk  kerja  yang  penting  pada  sistem  PATS  karena  dapat memprediksi  waktu  yang  diperlukan  untuk  memperoleh  simpanan  energi termal  di tangki.

## Kesimpulan
Pengaruh heat  flux terhadap  kinerja  termal  sistem  PATS  aktif  yang mengintegrasikan air dan paraffin wax sebagai material penyimpan energi termal telah dikaji  secara  eksperimen.  Eksperimen  secara indoor menggunakan solar  simulator berhasil  dilaksanakan.  Peningkatan heat  flux memberi  kontribusi  yang  signifikan terhadap penambahan kinerja sistem PATS berbasis PCM. Kenaikan heat flux dari 800 W/m 2 ke  1200  W/m 2 mampu  meningkatkan  kecepatan  pemanasan  rata-rata  HTF, kecepatan  pemanasan  rata-rata  PCM  dan  akumulasi  energi  termal  tersimpan  masing- masing sebesar 10,8%, 9,44% dan 10,76%.

## BIBLIOGRAFI
Agyenim, Francis, Hewitt, Neil, Eames, Philip, & Smyth, Mervyn. (2010). A review of materials,  heat  transfer  and  phase  change  problem  formulation  for  latent  heat thermal  energy  storage  systems  (LHTESS). Renewable  and  Sustainable  Energy Reviews , 14 (2), 615–628. Google Scholar
Bouadila,  Salwa,  Fteïti,  Mehdi,  Oueslati,  Mohamed  Mehdi,  Guizani,  Amenallah,  & Farhat,  Abdelhamid.  (2014).  Enhancement  of  latent  heat  storage  in  a  rectangular cavity:  Solar  water  heater  case  study. Energy  Conversion  and  Management , 78 (December  2018),  904–912.  https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.07.094 Google Scholar
Cabeza,  Luisa  F.,  Ibanez,  Manuel,  Sole,  Cristian,  Roca,  Joan,  &  Nogues,  Miquel. (2006). Experimentation with a water tank including a PCM module. Solar Energy Materials and Solar Cells , 90 (9), 1273–1282. Google Scholar
Chargui,  Ridha,  &  Tashtoush,  Bourhan.  (2021).  Thermoeconomic  Analysis  of  Solar Water  Heaters  Integrating  Phase  Change  Material  Modules  and  Mounted  in Football  Pitches  in  Tunisia. Journal  of  Energy  Storage , 33 (November  2020), 102129. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.102129 Google Scholar
Fazilati, Mohammad Ali, & Alemrajabi, Ali Akbar. (2013). Phase change material for enhancing  solar  water  heater,  an  experimental  approach. Energy  Conversion  and Management , 71 , 138–145. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.03.034
Google Scholar
Fukahori,  Ryo,  Nomura,  Takahiro,  Zhu,  Chunyu,  Sheng,  Nan,  Okinaka,  Noriyuki,  & Akiyama,  Tomohiro.  (2016).  Macro-encapsulation  of  metallic  phase  change material  using  cylindrical-type  ceramic  containers  for  high-temperature  thermal energy storage. Applied Energy , 170 , 324–328. Google Scholar
Ibanez,  Manuel,  Cabeza,  Luisa  F.,  Solé,  Cristian,  Roca,  Joan,  &  Nogués,  Miquel. (2006).  Modelization  of  a  water tank  including  a  PCM  module. Applied  Thermal Engineering , 26 (11–12), 1328–1333. Google Scholar
Jamar, Amzaa, Majid, Z. A. A., Azmi, W. H., Norhafana, M., & Razak, A. A. (2016). A review  of  water  heating  system  for  solar  energy  applications. International Communications in Heat and Mass Transfer , 76 , 178–187. Google Scholar
Kanimozhi,  B.,  &  Bapu,  B.  R.  Rames.  (2012).  Experimental  study  of  thermal  energy storage  in  solar  system  using  PCM. Advanced  Materials  Research , 433 – 440 ,
1027–1032. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.433-440.1027
Google Scholar
Mazman, Muhsin, Cabeza, Luisa F., Mehling, Harald, Nogues, Miquel, Evliya, Hunay, &  Paksoy,  Halime  Ö.  (2009).  Utilization  of  phase  change  materials  in  solar domestic hot water systems. Renewable Energy , 34 (6), 1639–1643. Google Scholar
Nadjib, Muhammad, Suhanan, & Waluyo, Joko. (2020). Experimental investigation of thermal  behavior  in  an  active  type  solar  water  heater  based  on  phase  change material using solar simulator. AIP Conference Proceedings , 2296 (1), 20040. AIP Publishing LLC. Google Scholar
Nallusamy,  N.,  Sampath,  S.,  &  Velraj,  R.  (2007).  Experimental  investigation  on  a combined sensible and latent heat storage system integrated with constant/varying (solar) heat sources. Renewable Energy , 32 (7), 1206–1227. Google Scholar
Nazir, Hassan, Batool, Mariah, Bolivar Osorio, Francisco J., Isaza-Ruiz, Marllory, Xu, Xinhai,  Vignarooban,  K.,  Phelan,  Patrick,  Inamuddin,  &  Kannan,  Arunachala  M. (2019).  Recent  developments  in  phase  change  materials  for  energy  storage applications:  A  review. International  Journal  of  Heat  and  Mass  Transfer , 129 ,
491–523. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.126 Google Scholar
Nomura, Takahiro, Tsubota, Masakatsu, Oya, Teppei, Okinaka, Noriyuki, & Akiyama, Tomohiro. (2013). Heat storage in direct-contact heat exchanger with phase change material. Applied Thermal Engineering , 50 (1), 26–34. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.04.062 Google Scholar
Shahsavari,  Amir,  &  Akbari,  Morteza.  (2018).  Potential  of  solar  energy  in  developing countries  for  reducing  energy-related  emissions. Renewable  and  Sustainable Energy Reviews , 90 (June 2017), 275–291. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.065 Google Scholar
Sugiyono, A., Anindhita, I. F., & Wahid, L. (2019). Adiarso,“Outlook Energi Indonesia 2019:  Dampak  Peningkatan  Pemanfaatan  Energi  Baru  Terbarukan  Terhadap Perekonomian  Nasional.”  In Pusat  Pengkajian  Industri  Proses  dan  Energi  … . Google Scholar
Teamah, H. M., Lightstone, M. F., & Cotton, J. S. (2018). Potential of cascaded phase change  materials  in  enhancing  the  performance  of  solar  domestic  hot  water systems. Solar Energy , 159 (October 2017), 519–530. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.11.034 Google Scholar
Uctug, Fehmi Gorkem, & Azapagic, Adisa. (2018). Life cycle environmental impacts of domestic  solar  water  heaters  in  Turkey:  The  effect  of  different  climatic  regions. Science of the Total Environment , 622 , 1202–1216. Google Scholar
Vijay  Padmaraju,  S.  A.,  Viginesh,  M.,  &  Nallusamy,  N.  (2008).  Comparitive  study  of sensible  and  latent  heat  storage  systems  integrated  with  solar  water  heating  unit. Renewable Energy and Power Quality Journal , 1 (6), 55–60. https://doi.org/10.24084/repqj06.218 Google Scholar
Copyright holder:
Muhammad Nadjib, Thoharudin, Fitroh Anugrah Kusuma Yudha (2022)
First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: