Bandingkan dan bedakan kapasitas kalor $\rho c_p$ dari bata biasa, baja karbon polos, oli mesin, air, dan tanah. Material manakah yang memiliki kapasitas penyimpanan energi termal terbesar per satuan volume? Material manakah yang diperkirakan memiliki biaya terendah per satuan kapasitas kalor? Evaluasi sifat-sifat tersebut pada suhu $300 \text{ K}$.
Analisis Setiap Properti
Properti Bata Biasa
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Massa Jenis Baja Karbon Polos ($\rho_{oil}$): $1920 \text{ kg/m}^3$
- Kalor Jenis pada Tekanan Konstan Oli Mesin ($c_{p,water}$): $835 \text{ J/kg} \cdot \text{K}$
Kita hitung kapasitas penyimpanan energi termal
$$\rho c_p = 1920 \cdot 835$$
$$\rho c_p = 1603200 \text{ J/m}^3 \cdot \text{K}$$
Properti Baja Karbon Polos
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Massa Jenis Baja Karbon Polos ($\rho_{steel}$): $7854 \text{ kg/m}^3$
- Kalor Jenis pada Tekanan Konstan Oli Mesin ($c_{p,steel}$): $434 \text{ J/kg} \cdot \text{K}$
Kita hitung kapasitas penyimpanan energi termal
$$\rho c_p = 7854 \cdot 434$$
$$\rho c_p = 3408636 \text{ J/m}^3 \cdot \text{K}$$
Properti Oli Mesin
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Massa Jenis Oli Mesin ($\rho_{oil}$): $884 \text{ kg/m}^3$
- Kalor Jenis pada Tekanan Konstan Oli Mesin ($c_{p,oil}$): $1909 \text{ J/kg} \cdot \text{K}$
Kita hitung kapasitas penyimpanan energi termal
$$\rho c_p = 884 \cdot 1909$$
$$\rho c_p = 1687556 \text{ J/m}^3 \cdot \text{K}$$
Properti Air
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Massa Jenis Air ($\rho_{water}$): $997 \text{ kg/m}^3$
- Kalor Jenis pada Tekanan Konstan Air ($c_{p,water}$): $4179 \text{ J/kg} \cdot \text{K}$
Kita hitung kapasitas penyimpanan energi termal
$$\rho c_p = 997 \cdot 4179$$
$$\rho c_p = 4166463 \text{ J/m}^3 \cdot \text{K}$$
Properti Tanah
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Massa Jenis Tanah ($\rho_{soil}$): $1500 – 2050 \text{ kg/m}^3$
- Kalor Jenis pada Tekanan Konstan Tanah ($c_{p,soil}$): $800 – 1840 \text{ J/kg} \cdot \text{K}$
Kita hitung kapasitas penyimpanan energi termal
$$\rho c_p = 1500 – 2500 \cdot 800 – 1840$$
$$\rho c_p = 1200000 – 4600000 \text{ J/m}^3 \cdot \text{K}$$
Perbandingan & Urutan Kapasitas Penyimpanan Energi Termal ($\rho c_p$)
Urutan kapasitas kalor per satuan volume dari yang terbesar ke terkecil:
$$\mathbf{\text{Air} > \text{Baja Karbon} > \text{Oli Mesin} \approx \text{Bata Biasa} > \text{Tanah}}$$
Air ($\text{H}_2\text{O}$) memiliki $\rho c_p \approx 4,17 \text{ MJ/m}^3\cdot\text{K}$, menjadikannya penyimpan energi termal volumetrik terbesar di antara kelimanya berkat nilai kalor jenis spesifiknya ($c_p$) yang sangat tinggi.2. Evaluasi Biaya Terendah per Satuan Kapasitas KalorMaterial dengan Biaya Terendah: Air dan Tanah.
Air sangat berlimpah dan memiliki harga yang sangat murah (hampir gratis/berbiaya pengolahan sangat rendah), dipadukan dengan nilai $\rho c_p$ tertinggi. Ini menjadikan air sebagai media penyimpanan energi termal paling ekonomis untuk aplikasi skala besar (seperti sistem thermal energy storage / TES).
Tanah juga memiliki biaya material nol (di tempat), namun kerap memiliki kapasitas kalor volumetrik yang lebih rendah dan konduktivitas termal yang buruk dibandingkan air.
