Korawan, Agus Dwi (2018) Numerik Dan Eksperimen Karakteristik Perpindahan Kalor Peleburan Dari Parafin Sebagai Penyimpan Kalor Model Cone-And-Shell. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Thermal energy storage merupakan sebuah teknologi masa kini bagi dunia industri yang mampu menyimpan kalor saat berlebih untuk digunakan pada saat kekurangan. Penyimpanan kalor dalam bentuk kalor laten merupakan salah satu cara yang paling efisien, karena kalor yang diserap oleh material penyimpan kalor digunakan untuk merubah fase, yang mana nilai kalor latennya jauh lebih besar dari kalor sensibelnya. Material penyimpan kalor yang menarik perhatian adalah parafin, hal ini dikarenakan parafin mempunyai banyak keunggulan dibanding material lain, namun parafin juga punya kekurangan, yaitu konduktivitas termalnya rendah yang berakibat pada rendahnya perpindahan kalor dari fluida pembawa kalor menuju ke parafin tersebut, pada akhirnya menyebabkan penurunan kinerja secara keseluruhan dari sistem penyimpan kalor. Pada penelitian ini, peningkatkan perpindahan kalor dilakukan dengan cara merubah bentuk tube-and-shell menjadi cone-and-shell, yang dilakukan secara numerik (2D dan 3D) dan secara eksperimen. Pada analisa numerik 2D, dilakukan untuk mengetahui pengaruh kemiringan dinding panas terhadap waktu peleburan parafin, menggunakan lima macam model penelitian yaitu model A, model B, model C, model D dan model E, masing-masing model dibedakan berdasarkan kemiringan dinding panas yang dinyatakan dengan L/l, yaitu perbandingan panjang dinding bawah terhadap dinding atas, dengan nilai sebesar 0,60 , 0,77 , 1,00 , 1,28 , dan 1,67. Propertis dari parafin diperoleh dari uji Differential Thermal Analysis (DTA), sebagian properties diberikan dalam bentuk konstanta, meliputi panas spesifik, panas laten, solidus temperature, dan liquidus temperature. Sedangkan densitas, konduktivitas termal , dan viskositas diberikan dalam bentuk fungsi. Analisa numerik 3D merupakan kelanjutan dari analisa numerik 2D, dilakukan untuk mengetahui pengaruh bentuk cone dan bentuk tube terhadap waktu peleburan parafin, menggunakan dua model penelitian, yaitu model cone-and-shell dan model tube-and-shell. Penelitian eksperimen menggunakan, satu unit peralatan yang terdiri dari bak air, dua buah tes modul (cone-and-shell dan tube-and-shell) yang dimensinya sama dengan model pada analisa numerik 3D, pompa submersibel, temperatur control, temperatur data logger, dan komputer. Bak air digunakan untuk menampung air panas, selanjutnya air panas disirkulasikan melewati tes modul, akibatnya parafin di dalam tes modul akan melebur, perubahan temparetur parafin diukur oleh termokopel dan disimpan di data logger. Berdasarkan pada analisa hasil penelitian, validasi model pada kajian analisa numerik 2D dilakukan dengan membandingkan hasil analisa numerik (model C) dengan hasil penelitian terdahulu, dengan melihat hasil perbandingan grafik liquid fraction dan perbandingan kontur liquid-solid interface maka dapat dinyatakan bahwa terjadi viii kesesuaian antara analisa numerik yang dilakukan dengan penelitian sebelumnya. Sedangkan hasil analisa numerik terhadap lima model disajikan dalam bentuk perbandingan kontur liquid solid interface dan Perbandingan liquid fraction, diperoleh hasil bahwa peleburan pada model A lebih cepat 11,15% , dan model B lebih cepat 4,65%, sementara itu model D dan model E lebih lambat terhadap model C. Pada kajian analisa numerik 3D diperoleh hasil berupa distribusi temperatur parafin, kontur Liquid-solid interface, kontur temperatur, grafik liquid fraction dan grafik Surface Nusselt number. Secara keseluruhan hasil menunjukkan bahwa peleburan pada model cone-and-shell lebih cepat dari model tube-and-shell, berdasarkan data grafik liquid fraction diperoleh bahwa peleburan parafin pada model cone-and-shell lebih cepat 21.5% dibanding dengan model tube-and-shell. Penelitian eksperimen menghasilkan distribusi temperatur parafin selama proses peleburan untuk tes modul cone-and-shell dan tube-and-shell, perbandingan hasil analisa numerik 3D dengan penelitian eksperimen menunjukkan pola yang sama meskipun nilainya sedikit berbeda.
English Abstract
Thermal energy storage is a new technology for industries that can store excess heat for use in times of deprivation. Storing thermal energy in the latent heat is the most efficient, because the heat absorbed by the thermal storage material is used to change the phase, since the latent heat of materials is much greater than its sensible heat. Thermal storage material of interest in this research is paraffin, as this particular material possess many advantages over other materials. Nevertheless, paraffin possesses deficiency such as low thermal conductivity which results in low heat transfer from the heat carrier fluid to the paraffin, ultimately leading to a decrease in overall performance of the thermal storage system. In this study, enhancing heat transfer was conducted by changing tube-and-shell shape into cone-and-shell, performed numerically (2D and 3D) and experimentally. The 2D numerical analysis was conducted to determine the influence of the hot wall inclination to paraffin melting time. This 2D numerical analysis used five models which are model A, model B, model C, model D and model E. Each model are differentiated by L/l, i.e the ratio of the length of the lower wall to the upper wall, with values of 0.60, 0.77, 1.00, 1.28, and 1.67. Paraffin properties were obtained from Differential Thermal Analysis (DTA) tests. Some properties were given in the form of constants, including specific heat, latent heat, solidus temperature, and liquidus temperature. On the other hand, the density, thermal conductivity, and viscosity are given in the form of function. The 3D numerical analysis is a continuation of 2D numerical analysis, which was conducted to determine the effect of cone shape and tube shape on paraffin melting duration using two research models, i.e cone-and-shell model, and tube-and-shell model. The experimental research used equipment consisting of a water bath, two module tests with similar dimension models in 3D numerical analysis, submersible pumps, temperature control, temperature data logger, and computer. The water bath is used to contain hot water. Hot water is circulated through the module test, in which consequently paraffin in the module test will melt, paraffin temperature changes are measured by the thermocouple and stored in the data logger. Based on the analysis of results, model validation on 2D numerical analysis was conducted by comparing the results of numerical analysis (model C) with the results of previous research, by observing comparison between liquid fraction graph and liquid-solid interface contour ratio. It can be stated that there is a match between numerical analysis conducted with previous. The results of numerical analysis on five models presented in the form of liquid-interface contour comparison and liquid fraction comparison, show that faster melting process occurring to model A faster at 11.15%, and model B at 4.65%. Model D and model E is slower compared to model C. In 3D numerical analysis, the results obtained are the distribution of paraffin temperature, x liquid-solid interface contour, temperature contour, liquid fraction graph and surface Nusselt number graph. Overall, research result indicated that the melting at cone-and-shell model is faster compared to the tube-and-shell model. Based on the liquid fraction graph data, it is found that paraffin melting in cone-and-shell model is 21.5% faster compared to tube-and-shell model. The experimental studies resulted in the distribution of paraffin temperatures during the melting process on cone-and-shell and tube-and-shell test modules, the comparison between 3D numerical analysis and experimental one exhibits similar pattern despite different values.
Other obstract
-
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DIS/621.402 8/KOR/n/2018/061903859 |
| Uncontrolled Keywords: | Thermal energy storage , parafin, cone-and-shell, tube-and-shell, |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 621 Applied physics > 621.4 Prime movers and heat engineering > 621.402 Heat engineering |
| Divisions: | S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endang Susworini |
| Date Deposited: | 31 Jan 2022 08:13 |
| Last Modified: | 31 Jan 2022 08:13 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/189147 |
Preview |
Text
Agus Dwi Korawan.pdf Download (7MB) | Preview |
Actions (login required)
 |
View Item |