Analisis Numerik Perancangan Alat Penukar Kalor Shell and Tube pada Sistem Vanadium Redox Flow Battery

Abstract

Pembangkit listrik dengan sumber energi berjeda perlu dirangkaikan dengan perangkat penyimpan energi listrik yang dapat mengisi daya saat terjadi kelebihan pembangkitan energi listrik dan melepaskan daya saat diperlukan konsumsi energi listrik tambahan. Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) menjadi perangkat penyimpan daya yang memiliki efisiensi energi yang tinggi, siklus hidup yang panjang, keamanan yang dapat diandalkan, terutama independensi kapasitas dan daya. Temperatur sel baterai harus dikendalikan dalam rentang temperatur 5oC sampai dengan 40oC untuk menghindari terjadinya presipitasi. Pada penelitian ini, dilakukan analisis rancangan penukar kalor tipe shell and tube untuk mendinginkan elektrolit pada VRFB agar dapat beroperasi dalam rentang temperatur operasi yang optimal serta analisis temperaturnya. Analisis dilakukan menggunakan software ANSYS Fluent dengan variasi laju aliran massa dan temperatur inlet fluida. Shell and tube yang digunakan adalah tipe 1-2 pass dengan counter flow dan standardisasi TEMA tipe CEP. Over design pada shell and tube memiliki nilai di bawah 30%. Shell and tube dapat mendinginkan elektrolit vanadium pada VRFB dengan laju aliran massa elektrolit vanadium 0,052 kg/s hingga 0,2 kg/s, dan laju aliran massa air 0,25 kg/s hingga 0,75 kg/s. Kontur temperatur menunjukkan penurunan temperatur outlet elektrolit vanadium saat peningkatan laju aliran massa air, dan peningkatan temperatur saat peningkatan laju aliran massa elektrolit vanadium. Temperatur inlet dan outlet elektrolit vanadium memiliki hubungan linear, dengan rentang pendinginan 30°C hingga 60°C.Peningkatan laju aliran massa mempengaruhi pressure drop, dengan nilai tertinggi 13,45 kPa pada sisi shell dan 0,538 kPa pada sisi tube, serta nilai terendah 1,258 kPa pada sisi shell dan 0,052 kPa pada sisi tube.

CC Licencing

Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).