DESAIN HEAT EXCHANGER TIPE SHELL AND TUBE UNTUK APLIKASI SISTEM THERMAL ENERGY STORAGE PADA SOLAR WATER HEATER

FAJRI SAPUTRA, Dr. Ir. Suhanan, DEA

2016 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Solar water heater merupakan salah satu aplikasi pemanfaatan energi matahari secara langsung yang umum digunakan. Namun dalam aplikasinya, pemanfaatan energi matahari ini dibatasi oleh waktu penyinaran. Oleh karena itu dikembangkan sistem thermal energy storage (TES) untuk menyimpan kalor dari energi matahari yang diperoleh pada siang hari agar tetap bisa digunakan pada malam hari. Sistem TES memilik tangki penyimpanan yang sekaligus berfungsi sebagai heat exchanger dimana pada tangki tersebut terdapat phase change material (PCM) yang pada penelitian ini menggunakan paraffin RT52 sebagai media penyimpan kalor. Kalor yang disimpan pada paraffin RT52 adalah kalor laten. Performa sistem TES sangat dipengaruhi oleh kemampuan perpindahan kalor yang dilakukan oleh tangki penyimpanannya. Penelitian ini dilakukan untuk memilih dan merancang heat exchanger yang dapat memaksimalkan performa sistem TES pada solar water heater. Heat exchanger yang dipilih adalah heat exchanger tipe shell and tube dengan effectiveness � = 0,9 dan diameter tube do = 50,8 mm yang dipilih dari TEMA Data Comercial Tubing. Perancangan dilakukan dengan menghitung parameter ukuran dan perpindahan kalor dengan menggunakan persamaan yang diperoleh dari penelitian-penelitian terdahulu. Heat exchanger dirancang untuk menampung sebanyak 140 liter air yang temperaturnya akan dinaikkan dari T1 = 27 oC menjadi T2 = 42 oC untuk pemakaian mandi air panas. Dari hasil perhitungan didapatkan spesifikasi shell and tube heat exchanger yaitu: panjang shell dan tube L = 1,66 m, diameter dalam shell Di = 420 mm, jumlah tube Nt = 24, jumlah baffle Nb = 4, luas permukaan perpindahan kalor A = 6,35 m2, koefisien perpindahan kalor keseluruhan U = 85,8 W/m2.oC, dan besar penurunan tekanan �P = 0,0019 Pa.

Solar water heater is one of the common application of direct solar energy utilization. However, this utilization was limiting by the sun radiation time. Therefore a thermal energy storage (TES) system has developed for storing heat that was obtained at daylight and will be using at night. The storage tank in a TES system not only has a function as a container for phase change material (PCM) and water but also as a heat exchanger. In this system paraffin RT52 are used as a PCM for heat storing. Heat are stored as internal energy of a material through latent heat. TES system performance is greatly influenced by heat transfer capability of the heat exchanger. This research has purpose to choose and desain a heat exchanger to maximize TES system performance for solar water heater application. Shell and tube heat exchanger with effectiveness value � = 0,9 and tube diameter do=50,8 mm from TEMA Data for Comercial Tubing has been choosen as a heat exchanger for this system. Design is done by calculating size and heat transfer parameters using equations that have been studied from the textbook and journal. The heat exchanger is designed to accommodate 140 litre water which are the temperature of the water will be increased from T1 = 27 oC become T2 = 42 oC. The spesification of shell and tube heat exchanger that obatained after calculation are: shell and tube length L = 1,66 m, inner shell diameter Di = 420 mm, number of tube Nt = 24, number of baffle Nb = 4, heat transfer surface area A = 6,35 m2, overall heat transfer coefficient U = 85,8 W/m2.oC, and pressure drop �P = 0,0019 Pa.

Kata Kunci : thermal energy storage, phase change material, heat exchanger, shell and tube