Studi Numerik Perpindahan Panas Di Metal Hydride (MH) Storage Dengan Phase Change Material (PCM) sebagai Aplikasi Thermal Management

Rahayu, Ajeng Tri (2025) Studi Numerik Perpindahan Panas Di Metal Hydride (MH) Storage Dengan Phase Change Material (PCM) sebagai Aplikasi Thermal Management. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007222004-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2027. Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Pemanfaatan hidrogen efektif untuk mengurangi kekurangan energi dan pencemaran lingkungan. Hidrogen memiliki densitas energi per massa yang tinggi, namun memiliki densitas volume yang sangat kecil. Oleh karena hal tersebut diperlukan penyimpanan yang efektif untuk dapat menggunakan hidrogen sebagai energi carrier. Metal Hydride (MH) menawarkan penyimpanan yang aman dengan densitas volume yang lebih tinggi dibandingka dengan metode penyimpanan lain. Penelitian ini menggunakan desain tangki prismatik yang mengintegrasikan Phase Change Material (PCM) sebagai sistem manajemen termal dan metal hydride MgH2 dan LaNi5 sebagai penyimpanan hidrogen. PCM digunakan untuk menyerap kemudian menyimpan energi panas selama proses absorption hidrogen dan kemudian panas tersebut akan dilepaskan kembali pada saat proses desorption hidrogen secara efisien. Pada penelitian ini, dilakukan analisis secara numerik dengan menggunakan validasi penelitian lain yang telah divalidasi dengan eksperimen. Penelitian ini mengembangkan model CFD (Computational Fluid Dynamics) keadaan transien 3D untuk absorption dan desorption hidrogen ke dalam tangki. Jumlah desain PCM yang digunakan untuk penyimpanan hidrogen dalam desain prismatik divariasikan dengan 6 model konfigurasi PCM yang berbeda dan sat desain tanpa menggunakan PCM. Simulasi dilakukan dengan tiga tahap utama yang antara lain pre-processing, processing, dan post processing sesuai dengan metode untuk simulasi. Pada tahap pre-processing dilakukan meshing dengan menggunakan jenis hexa mesh dan proses input set up dengan menggunakan input heat generation constant dan species transport. Proses processing merupakan proses running simulasi. Kemudian pada tahap post processing merupakan tahap pengambilan dan analisa data temperatur, fraksi mol hidrogen baik kuantitatif dan kualitatif. Hasil dari penelitian ini berupa data kualitatif dan kuantitatif. Data kualitatif berupa kontur perubahan temperatur pada setiap variasi. Data kuantitatif secara keseluruhan menunjukan nilai efisiensi dari masing-masing variasi dan didapatkan desain 4 memiliki nilai efisiensi paling tinggi baik di material LaNi5 dan MgH2. Nilai efisiensi yang didapatkan berturut-turut adalah 92.15% dan 94.28%. Dari kedua material tersebut MgH2 memiliki efisiensi lebih tinggi yang disebabkan nilai delta H yang lebih tinggi. Dari penelitian didapatkan hasil bentuk prismatic dapat dijadikan desain alternatif sebagai penyimpan energi hidrogen. Semakin luas phase change material yang digunakan maka akan semakin baik juga thermal management yang didapatkan.
=================================================================================================================================
Utilization of hydrogen is effective in reducing energy shortages and environmental pollution. Hydrogen has a high energy density per mass but a very low volumetric density. Therefore, effective storage is required to use hydrogen as an energy carrier. Metal hydride (MH) offers safe storage with a higher volumetric density compared to other storage methods. This research uses a prismatic tank design that integrates Phase Change Material (PCM) as a thermal management system and metal hydrides MgH2 and LaNi5 as hydrogen storage. PCM is used to absorb and then store heat energy during the hydrogen absorption process, and this heat will be efficiently released during the hydrogen desorption process. In this study, numerical analysis was conducted using validation from other research that has been experimentally validated. This research develops a 3D transient state CFD (Computational Fluid Dynamics) model for hydrogen absorption and desorption into the tank. The number of PCM designs used for hydrogen storage in the prismatic design was varied with 6 different PCM configuration models and one design without using PCM. The simulation was carried out in three main stages: pre-processing, processing, and post-processing according to the simulation method. In the pre-processing stage, meshing was done using hexa mesh type and input setup was done using constant Heat Generation input and species transport. The processing stage is the simulation running process. Then in the post-processing stage, data collection and analysis of temperature, hydrogen mole fraction both quantitatively and qualitatively were carried out. The results of this study are in the form of qualitative and quantitative data. Qualitative data includes temperature contour changes in each variation. Quantitative data overall shows the efficiency values of each variation, and it was found that design 4 has the highest efficiency values in both LaNi5 and MgH2 materials. The efficiency values obtained were 92.15% and 94.28%, respectively. Of the two materials, MgH2 has a higher efficiency due to its higher delta H value. The study results indicate that the prismatic shape can be used as an alternative design for hydrogen energy storage. The wider the Phase Change Material used, the better the thermal management obtained.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Hidrogen Storage, Manajemen Termal, Numerical Studies, Phase Change Material, Prismatic Desain, Heat Transfer, Numerical Studies
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA357 Computational fluid dynamics. Fluid Mechanics T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage. T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ265.E23 Thermodynamics.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Ajeng Tri Rahayu
Date Deposited:	04 Feb 2025 08:10
Last Modified:	04 Feb 2025 08:10
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118146

Actions (login required)

View Item