PENGARUH VARIASI TAPERED SLOPE DAN SUDUT SEPARASI SALURAN TESLA VALVE TERHADAP PENINGKATAN PERFORMA PEMFC BERBASIS CFD
ABSTRAK
Performa Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) sebagai sumber daya kendaraan listrik berbasis hidrogen sangat ditentukan oleh desain flow field pada bipolar plate, komponen yang berfungsi mengarahkan distribusi reaktan menuju catalyst layer. Desain saluran yang kurang baik dapat menyebabkan distribusi reaktan tidak merata dan pressure drop berlebih, sehingga menurunkan efisiensi sel. Penelitian ini mengembangkan desain Tesla Valve Flow Field (TVFF) yang diintegrasikan dengan gradient tapered slope untuk memperbaiki distribusi reaktan sekaligus mengendalikan pressure drop di dalam saluran. Simulasi numerik dilakukan menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) tiga dimensi pada ANSYS Fluent dengan dua variabel utama, yaitu sudut separasi saluran (β = 30°, 45°, dan 60°) dan gradient tapered slope (αt = 0,23°, 0,46°, dan 0,69°) yang dibandingkan terhadap desain baseline (αt = 0°). Hasil simulasi menunjukkan bahwa peningkatan sudut separasi memperbesar intensitas tumbukan momentum pada titik junction antara main channel dan arc channel, sehingga distribusi O2 dan H2O pada antarmuka CL-GDL menjadi lebih merata. Pressure drop dan Uniformity Index meningkat dari 673 Pa dan 0,800 pada β = 30° menjadi nilai tertinggi 1.200 Pa dan 0,842 pada β = 45°, lalu menurun menjadi 1.039 Pa dan 0,836 pada β = 60°. Pada titik operasi 0,4 V, current density meningkat seiring pembesaran sudut separasi, dari 0,6727 A/cm² (β = 30°) hingga 0,9452 A/cm² (β = 60°). Integrasi gradient tapered slope meningkatkan performa secara konsisten, dengan current density tertinggi 1,9205 A/cm² dan net power density tertinggi 0,7504 A/cm² dicapai pada kombinasi β = 60° dan αt = 0,69°, meskipun disertai pressure drop tertinggi 2.075,67 Pa. Rasio efisiensi daya tertinggi justru dicapai konfigurasi β = 30° dengan αt = 0,23° sebesar 0,9828. Temuan ini membuktikan bahwa kombinasi sudut separasi dan gradient tapered slope yang tepat dapat meningkatkan performa elektrokimia PEMFC secara signifikan dibandingkan desain baseline, sehingga memberikan dasar kuantitatif bagi pengembangan desain bipolar plate generasi berikutnya.
[DOWNLOAD ABSTRACT]Kategori
D3 Teknik ElektronikaD3 Teknik Telekomunikasi
D3 Teknik Elektro Industri
D3 Teknik Informatika
D3 Teknologi Multimedia Broadcasting
D4 Teknik Elektronika
D4 Teknik Telekomunikasi
D4 Teknik Elektro Industri
D4 Teknik Informatika
D4 Teknik Mekatronika
D4 Teknik Komputer
D4 Teknik Teknologi Game
S2 Teknik Elektro
S2 Teknik Informatika dan Komputer