Perpustakaan Digital ITB

Penelitian disertasi ini mengkaji pengaruh jenis nanopartikel magnetik terhadap dinamika proses pencairan pada material penyimpan energi termal berbasis phase change material (PCM) dengan matriks asam laurat (lauric acid/LA). Kajian dilakukan pada dua kondisi, yaitu tanpa medan magnet dan dengan penerapan medan magnet eksternal non-homogen yang searah dengan arah aliran kalor. Setiap sampel didefinisikan sebagai komposit LA dan komposit-magnetik LA. Selain itu, penelitian ini mempelajari konduktivitas termal dan viskositas dalam kaitannya dengan proses pencairan. Nanopartikel magnetik yang ditambahkan ke dalam matriks asam laurat adalah Fe?O? dan NiFe?O?, keduanya memiliki sifat superparamagnetik, dengan fraksi massa sebesar 2%. Besar medan magnet yang digunakan pada pengukuran konduktivitas termal dan viskositas disesuaikan dengan kondisi eksperimen proses pencairan yang diperoleh dari konfigurasi magnet permanen. Hasil pengukuran menggunakan Differential Scanning Calorimetry (DSC) menunjukkan bahwa LA murni memiliki nilai entalpi sebesar 179 J/g, sedangkan pada komposit LA/Fe?O4 dan LA/NiFe?O? nilai entalpinya masing-masing menurun menjadi 167 J/g dan 165 J/g. Pengukuran konduktivitas termal pada fase padat menunjukkan bahwa komposit LA/Fe?O? mengalami peningkatan sebesar 6,13%, sedangkan komposit LA/NiFe?O? meningkat sebesar 3,68% dibandingkan LA murni. Pada fase cair (T = 55?°C), peningkatan konduktivitas termal tercatat sebesar 2,9% untuk komposit LA/Fe?O? dan 2,2% untuk komposit LA/NiFe?O? dibandingkan LA murni. Selain itu, pengaruh medan magnet terhadap konduktivitas termal menghasilkan peningkatan sekitar 2,3% untuk kedua komposit-magnetik LA dibandingkan kondisi tanpa medan magnet. Di sisi lain, pengukuran viskositas menunjukkan bahwa komposit LA/Fe?O? mengalami peningkatan sebesar 11,73%, sedangkan komposit LA/NiFe?O? meningkat sebesar 11,12% dibandingkan LA murni. Dalam kondisi penerapan medan magnet, viskositas komposit-magnetik LA/Fe?O? meningkat sekitar 5,28%, sedangkan komposit-magnetik LA/NiFe?O? meningkat sekitar 2% dibandingkan kondisi tanpa medan magnet Hasil eksperimen proses pencairan menunjukkan bahwa penambahan nanopartikel magnetik pada matriks LA dapat mempercepat laju pencairan dan memperjelas zona mushy. Dibandingkan dengan asam laurat murni, laju pencairan meningkat masing-masing sebesar 9% pada LA/Fe?O? dan 3% pada LA/NiFe?O?. Hal ini menunjukkan bahwa komposit LA/Fe?O? mengalami percepatan pencairan lebih tinggi dibandingkan komposit LA/NiFe?O?, yang berkaitan dengan peningkatan transfer kalor konduksi dan konveksi yang lebih signifikan. Di sisi lain, penerapan medan magnet eksternal non-homogen pada komposit-magnetik LA menyebabkan perlambatan proses pencairan. Perlambatan ini disebabkan oleh gaya Kelvin yang sejajar dengan arah aliran kalor. Selain itu, penerapan medan magnet mempertebal zona mushy, khususnya pada komposit LA/Fe?O?, yang menunjukkan resistansi lebih besar terhadap perubahan fase serta modifikasi dinamika antarmuka padatcair akibat efek konveksi termomagnetik. Secara kuantitatif, total waktu pencairan meningkat sebesar -40% untuk komposit LA/Fe?O? dan -12,5% untuk komposit LA/NiFe?O? dibandingkan dengan kondisi tanpa medan magnet. Hasil penelitian disertasi ini menunjukkan bahwa dinamika pencairan komposit LA dapat dikendalikan melalui karakteristik nanopartikel magnetik serta pengaruh medan magnet eksternal. Implikasi dari penelitian ini menunjukkan potensi aplikasi dalam pengembangan perangkat termomagnetik, khususnya dalam pemanfaatan energi termal melalui perubahan sifat magnetik material. Selain itu, berkontribusi terhadap upaya penyediaan energi bersih dan terjangkau (Sustainable Development Goals No. 7) serta mitigasi perubahan iklim (Sustainable Development Goals No. 13).