SIMULASI NUMERIK PROSES PELELEHAN PARAFFIN WAX PADA UNIT PENYIMPAN ENERGI TERMAL TIPE PIPA GANDA KONSENTRIK

Abstract

Phase change material (PCM) dikenal memiliki densitas energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan material penyimpan kalor sensibel. Oleh karena itu, PCM menarik diaplikasikan pada pemanas air tenaga surya (PATS) yang umumnya menggunakan air sebagai penyimpan energi termal. Penelitian terakhir untuk sistem PATS thermosyphon belum dapat mengidentifikasi perilaku termal PCM pada arah radial dan aksial. Selain itu, tidak diketahui temperatur PCM saat terjadi pelelehan karena sumber kalornya berfluktuasi. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki perilaku termal proses pelelehan paraffin wax secara numerik di dalam pipa ganda konsentrik dengan sumber kalor yang konstan. Simulasi numerik dilakukan pada penyimpanan energi termal berbentuk pipa ganda konsentrik. Paraffin wax dimasukkan pada pipa bagian dalam sedangkan air sebagai heat transfer fluid (HTF) dialirkan di bagian annulus. Termokopel dipasang di beberapa tempat baik sisi HTF maupun sisi PCM. Software yang dipakai adalah ANSYS FLUENT 17. Proses simulasi dilakukan dengan membuat meshing, menginput persamaan dan kondisi batasnya, setting penghitungan jumlah iterasi serta batas konvergensi dan dilanjutkan dengan pengambilan data temperatur selama proses charging. Simulasi menggunakan variasi temperatur HTF input dan laju aliran massanya. Hasil simulasi menunjukkan bahwa proses pelelehan PCM tidak terjadi secara isotermal. Transfer kalor ke PCM saat awal charging terjadi secara konduksi dan berlangsung cepat yang diakibatkan oleh besarnya gradien temperatur di arah radial pada fasa padat. Pembentukan fraksi cairan di sepanjang sisi luar PCM terjadi sejak awal proses charging. Bilangan Stefan mempunyai pengaruh yang besar terhadap proses pelelehan PCM.