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 ηP sama 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