Kamis, 15 Juni 2017

Makalah Review Jurnal : Geometry Optimization of Power Production Turbine For A Low Entalphy ORC System

BAB I
PENDAHULUAN
1.1  Latar Belakang
Energi memiliki peranan penting dalam menunjang kehidupan manusia. Seiring dengan perkembangan zaman kebutuhan akan energi pun terus meningkat. Untuk dapat memenuhi kebutuhan energi yang digunakan oleh manusia maka perlu dilakukan pemanfaatan energi yang tersedia di alam secara optimal.
Di Indonesia sendiri terdapat banyak sumber daya alam seperti panas bumi dan apabila dimanfaatkan secara optimal tentunya akan dapat membantu dalam memenuhi kebutuhan energi khusus nya di negara ini. Namun hal ini belum dapat lakukan mengingat beberapa sumber panas ini hanya menghasilkan uap dengan panas dan tekanan yang rendah, dimana suhu uap berkisar antara 80-1700C dengan tekanan yang rendah berkisar 3 bar jadi masih belum bisa dimanfaatkan secara langsung jika menggunakan sistem pembangkit tenaga berdasarkan siklus rankine yang menggunakan fluida kerja air untuk menghasilkan uap.
Dengan kondisi ini maka agar sumber daya alam yang ada dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik yang dapat digunakan oleh manusia maka penggunaan Organik Rankine Cycle (ORC) bisa dijadikan alternatif dalam memanfaatkan energi yang ada ini. Adapun organik rankine cycle atau siklus rankine organik ini merupakan sistem pembangkit tenaga yang menggunakan fluida organik sebagai fluida kerja nya. Kerja siklus ini sama dengan siklus rankine konvensional yang membedakan nya hanyalah jenis fluida kerja yang digunakan. Jika pada siklus rankine konvensional menggunakan fluida kerja air maka pada siklus rankine organik menggunakan cairan organik sebagai fluida kerja.
Sistem ini dipilih atas dasar karakteristik kerja ORC yang mampu mengubah fluida kerja menjadi uap dengan menggunakan panas rendah dari panas bumi, memanfaatkan panas terbuang, ataupun memanfaatkan panas matahari. Hal ini bisa dilakukan mengingat fluida kerja organik yang bisa menguap pada suhu rendah (dibawah 1000C). Sehingga dengan sistem ini panas bumi yang ada bisa dimanfaatkan.
Komponen utama siklus rankine organik yang paling sederhana adalah pompa, evaporator, turbin dan kondensor. Selain fluida kerja perbedaan utama siklus Rankine konvensional dan siklus rankine organik adalah terletak pada evaporator. Jika siklus Rankine konvensional menggunakan boiler maka siklus rankine organik menggunakan evaporator.
Cara kerja siklus rankine organik yang digunakan dalam pembangkit listrik yang menggunakan fluida kerja cairan organik, hampir sama dengan siklus rankine konvensional dimana cairan organik dipompa ke evaporator kemudian dalam evaporator dialirkan sumber panas bumi (geothermal water) dengan suhu yang mencapai 800C-1000C akan mengubah cairan organik dari cair menjadi uap. Uap panas kemudian disalurkan ke turbin yang berfungsi menggerakkan generator dan menghasilkan listrik. Kemudian uap tersebut diteruskan ke kondensor dan dicairkan kembali untuk kemudian diteruskan ke pompa dan kemudian mengulangi siklus. Gambar berikut menunjukkan prose siklus rankine organik yang menggunakan geothermal water.

1.2   Tujuan
1.2.1 Menganalisa jurnal yang berjudul “Optimisasi Geometri Turbin Pembangkit Tenaga untuk mendapat Entalpi Rendah <100oC”.
1.2.2 Memahami aplikasi konsep termodinamika dalam kehidupan sehari-hari berdasarkan jurnal “Optimisasi Geometri Turbin Pembangkit Tenaga untuk mendapat Entalpi Rendah <100oC”.


























BAB II
PEMBAHASAN
Alasan dilakukannya penelitian ini adalah adanya kekhawatiran peneliti apabila pengeksploitasian bahan bakar fosil akan menyebabkan masalah lingkungan, penurunan energi tak terbarukan, pengikisan lapisan ozon dan  global warming. Peneliti ingin menciptakan suatu turbin pembangkit tenaga menggunakan sumber panas bersuhu rendah dengan mengadopsi sistem siklus Rankine organik. Karena sumber tenaga dari siklus ini dapat terbarukan dan mudah di dapat.
Poin-poin abstrak :               
·         Tujuan jurnal : optimisasi geometri turbin pembangkit tenaga untuk mendapatkan entalpi yang rendah <100 derajat C menggunakan siklus rankine organik.
·         Pengembangan siklus rankine organik dibutuhkan untuk dapat menciptakan sumber pembangkit tenaga yang bahannya dapat  diperbarui. Penggunaan senyawa organik seperti (campuran R134a dan isobutana-isopentana)
·         Siklus Rankine organik adalah sama dengan siklus Carnot. dimana sama sama merupakan sistem pembangkit yang menggunakan uap sebagai penggerak turbin. akan tetapi pada siklus rankine yg digunakan adalah fluida (jenis apapun). Untuk siklus rankine organik yang digunakan adalah senyawa organik. bukan air.
·         Banyak aplikasi potensial dalam sumber turbin pembangkit tenaga ini, termasuk geotermal, panas matahari atau panas  buangan dari sistem uap.
·         Hasilnya zat organik yang paling optimal untuk digunakan pada siklus rankine organik ini adalah campuran 85% isopentana dan 15% isobutana. daya bersih output adalah 10% lebih tinggi dibandingkan dengan daya bersih output R134a.
1.      Perkenalan :
·         Perhatian kita sekarang fokus pada pendekatan sumber energi yang terbarukan seperti satuan geotermal, satuan biomassa, dan satuan panas matahari. Sumber-sumber tersebut adalah sumber dengan temperatur rendah dan entalpi yang rendah.
·         Energi listrik yang dihasilkan dari ORC (Organic Rankine Cycle) ini dinilai bersih karena tidak hasil panas buangannya terus digunakan dan tidak memerlukan penggunaan bahan bakar fosil.
·         Proses kerja ORC hampir sama dengan siklus rankine biasa. Akan tetapi perbedaannya terletak pada nilai suhu dan tekanannya yang secara signifikan lebih rendah daripada Siklus Rankine reguler.
·         Suhu input ORC hanya sekitar 100oC, nilai ini sangat rendah apabila dibandingkan dengan nilai input pada turbin uap modern. Tekanannya hanya sekitar 20-25 bar saja.
·         ORC butuh perhatian khusus tentang pemilihan fluida apa yang digunakan. ORC butuh suatu fluida yang berbeda dari air.
·         Cakupan  dari kerja ini adalah :
ü  Untuk menemukan larutan yang paling cocok untuk meningkatkan efisiensi.
ü  Memahami sifat dari fluida yang digunakan, dengan penekanan khusus pada volume spesifik.
ü  Tujuan nya untuk menemukan desain turbin yang paling baik
ü  Tujuan utama dari kerja ini adalah untuk parameterisasi dan generalisasi desain turbin yang bertujuan utk mengintegrasinya ke dalam desain siklus yang lebih besar.

2.      


Analisa Siklus



















Tampilan dari sistem ORC

 2.1 Analisis Termodinamika
Ada 3 bahan fluida yang digunakan sebagai bahan analisa dan digambarkan pada tabel berikut :
Working Fluid
R134a
Isopentana
Isobutana
Formula
CH2FCF3
C5H12
C4H10
Titik Kritis (K)
374.25
460.35
408.05
Tekanan (bar)
40.6
33.8
36.5
Titik Didih (K)
247.25
245.15
261.45
Berat Molekul (gr/mol)
102.3
72.5
58.12
Tingkat Racun
-
-

Ada beberapa tabel dengan parameter yang berbeda-beda. Pada gambar  menunjukan perbandingan volume V4/V3 versus efisiensi termal. Yang mana keduanya adalah parameter penting untuk menentukan pilihan : perbandingan volume antara turbin outlet dan inlet harus serendah mungkin agar turbin yang digunakan lebih sederhana dan murah.

                                                                                        
Gambar 2. Efisiensi termal vs perbandingan volume
Ke 3 bahan diuji terhadap sistem ORC secara bergantian dan menunjukan hasil seperti gambar diatas. R134a terlihat seperti larutan yang bagus, karena efisiensi termalnya masih dapat di terima, perbandingan volume dan suhu penguapannya cukup rendah serta tidak bersifat racun. Isobutana terlihat memiliki efisiensi termal yang paling maksimal, hal ini sangat bagus akan tetapi perbandingan volumenya juga terlalu banyak. Isopentana terlihat memiliki perbandingan volume yang baik karena cukup sedikit, akan tetapi efisiensi termalnya juga rendah. Terdapat pemikiran untuk mencampurkan antara isopentana dengan isobutana untuk mendapatkan hasil yang optimal. Diagram berikut akan menunjukan besarnya efisensi termal, kecepatan suara, energi yang dihasilkan turbin dan perbandingan gear pada komposisi campuran isopentana-isobutana (%) yang berbeda-beda.

Berdasarkan analisa diatas, campuran antara 15% isobutana – 85% isopentana adalah campuran yang terbaik. Karena pada komposisi ini efisiensi termalnya dapat dinaikkan sebagus energi yang dihasilkan oleh turbin.
2.2 Perhitungan Utama
Untuk menghitung efisiensi termalnya dibutuhkan suatu parameter termodinamika, sesuai dengan literatur bahwasannya tekanan yang hilang selama penguapan diasumsikan sama dengan 5%. Karena disini yang diperhatikan hanya sumber energi dengan temperatur rendah, maka             kualitas dari fluida kerja pada saluran masuk turbin adalah 1. Ada beberapa tambahan asumsi lagi, diantaranya adalah :
·         Efisiensi pompa ηsama dengan 0.70
·         Efisiensi turbin ηT  sama dengan 0.85
·         Efisiensi mekanik sama dengan 0.97
·         Efisiensi alternator sama dengan 0.97
Hasil akhir siklus termodinamika dari R134a dan campuran isobutana-isopentana diperlihatkan pada gambar 7 dan 8 berikut. Entalpi dan masa jenis dituliskan dengan notasi h3, h4, ρ3, ρ4, yang mana telah menggunakan desain turbin yang dioptimisasi.
Tabelnya ada di jurnal (Tabel 2. Thermodynamic data output)
Meskipun R134a memiliki efisiensi termal yang cukup tinggi tetapi lebih baik apabila mencoba untuk mulai memakai campuran isopentana-isobutana. Karena tingginya nilai bersih outputnya dan lebih kecilnya gear box yang dibutuhkan.

BAB III
PENUTUP

3.1 Kesimpulan
            Berdasarkan analisa jurnal yang berjudul “Optimisasi Geometri Turbin Pembangkit Tenaga untuk mendapat Entalpi Rendah <100oC” ini, didapatkan beberapa kesimpulan yaitu :
1. Konsep termodinamika yang dibahas dalam jurnal adalah mengenai konversi energi.
2. Siklus Rankine dapat dioptimasi dengan memvariasikan fluida kerjanya.
3. Fluida kerja yang dapat dipakai untuk mengoptimasi siklus Rankine adalah campuran senyawa organik antara 15% isobutana – 85% isopentana dan R134a.

4. Konsep termodinamika memiliki banyak fungsi dalam kehidupan sehari-hari.



Ditulis Oleh : Mohammad Rosyidul Aqli Hs (15630074)

Tidak ada komentar:

Posting Komentar