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.