8
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 801700C 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
Universitas Sumatera Utara
9
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 80 0C-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.
Gambar 1.1 Diagram Siklus Organik Rankine
Universitas Sumatera Utara
10
Dengan siklus rankine organik dapat yang dapat menggunakan suhu panas rendah yaitu lebih rendah dari 100 derajat celcius (+80 derajat) maka selain dapat
memanfaatkan sumber panas bumi ( geothermal water ) juga dapat
memanfaatkan tenaga surya, waste energy maupun biomassa. Sementara untuk fluida kerja yang dipakai dalam siklus rankine organik haruslah memenuhi
aspek keamanan lingkungan dan keamanan dalam
penggunaannya yakni nilai potensi pemanasan global dan penipisan lapisan ozon yang dapat ditimbulkan, serta kemudahan dalam mendapatkan nya. Untuk itu perlu dipilih fluida kerja yang optimal. Tabel berikut menunjukkan beberapa cairan organik yang dapat digunakan sebagai fluida kerja yang telah memenuhi standar keamanan lingkungan. Tabel 1.1 : Literature review on ORC
Refrigerant
Suhu pada
Suhu pada
Suhu pada
Evaporator
kondensor
Titik Kritis
( oC)
( oC)
( oC)
R-236fa
85
40
124,92
R-123
85
40
183,68
R-600
85
40
152,01
R-124
85
40
122,47
R-134a
85
40
101,08
R-125
85
40
66,04
R-407c
85
40
86,74
R404A
85
40
72,07
(Sumber : Organic Rankine cycle using low-temperature geothermal heat sources)
Universitas Sumatera Utara
11
Untuk mempermudah penganalisaan termodinamika siklus ini, proses-proses diatas dapat di sederhanakan dalam diagram berikut :
Gambar 1.2 Diagram T-S Siklus Rankine Organik Dari diagram T-S diatas dapat dilihat bahwa untuk siklus rankine organik fluida kerja dipanaskan pada suhu dibawah 1000C ( 850C ) di evaporator berbeda dengan siklus rankine konvensional yang fluida kerja nya dipanaskan hingga mencapai suhu 1000C, hal ini tentunya dapat menyebabkan berkurang nya energi untuk memanaskan fulida hingga menghasilkan uap. Berdasarkan diagram diatas terdapat 4 proses dalam siklus Rankine organik : Proses 1: Fluida organik dipompa ke evaporator dari bertekanan rendah ke tekanan tinggi dalam bentuk cair. Proses ini membutuhkan sedikit input energi. Proses 2: Fluida organik cair masuk ke evaporator di mana fluida dipanaskan hingga menjadi uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh desuperheating. Proses 3: Uap desuperheating bergerak menuju turbin yang berfungsi memutar generator yang menghasilkan energi listrik. Hal ini mengurangi temperatur dan tekanan uap.
Universitas Sumatera Utara
12
Proses 4: Uap basah memasuki kondensor di mana uap diembunkan dalam tekanan dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh. Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropic Maka analisa pada masing-masing proses pada siklus untuk tiap satu-satuan massa dapat ditulis sebagai berikut: .
1) Kerja pompa : W p = m(h2 − h1 ) .
2) Penambahan kalor pada ketel : Qin = m(h3 − h2 ) .
3) Kerja turbin : WT = m(h3 − h4 ) .
4) Kalor yang dilepaskan dalam kondensor : Qout = m(h4 − h1 ) 5) Efisiensi termal siklus : η th =
WT W p + Qe
.
Dimana : m = Laju aliran massa (kg/s) h = entalphi (kj/kg) WT = Daya Turbin (W) Qin = Kalor masuk (kJ/s) Qout = Kalor yang dilepas (kJ/s)
Universitas Sumatera Utara
13
1.2 Tujuan Perancangan Adapun tujuan dari perancangan ini adalah : a. Mahasiswa dapat menentukan jenis dan kebutuhan fluida organik untuk
memenuhi kebutuhan sistem pembangkit tenaga berdasarkan siklus rankine organik dengan kapasitas 1 MW. b. Mahasiswa dapat merancang kondensor untuk memenuhi kebutuhan sistem
pembangkit tenaga berdasarkan siklus rankine organik dengan kapasitas 1MW. c. Mahasiswa dapat mengetahui keekonomisan dari refrigerant yang dipakai.
1.3 Manfaat Perancangan Manfaat dari perancangan ini bagi pangembangan IPTEK adalah dapat menjadi
salah satu alternatif dalam rangka pemanfaatan sumber daya panas
bumi. Karena dalam sitem pembangkit ini tidak memerlukan panas yang tinggi (850C), dan dapat terpenuhi oleh sumber panas bumi yang ada di Indonesia.
1.4 Batasan Masalah Kondensor yang direncanakan akan digunakan pada proses pendistribusian fluida organik pada sistem pembangkit tenaga berdasarkan siklus rankine organik. Pembahasan perencanaan ini dibatasi pada : a. Penentuan fluida organik. b. Penentuan kebutuhan fluida organik pada sistem pembangkit tenaga bersadarkan siklus rankine organik dengan kapasitas 1 MW. c. Penentuan spesifikasi teknik kondensor. d. Perhitungan dimensi utama kondensor.
Universitas Sumatera Utara
14
1.5 Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut : a.
BAB I
: Berisi latar belakang penelitian, Tujuan, Batasan masalah.
Pada bagian latar belakang berisi tentang pengertian dan proses siklus rankine organik. b.
BAB II
: Tinjauan Pustaka berisikan tentang teori-teori kondensor,
jenis-jenis dan cara kerja kondensor. c.
BAB III
: Pemilihan fluida kerja, berisikan tentang penjelasan dari
siklus termodinamik dan pemilihan dari fluida kerja yang sesuai untuk perancangan pembangkit tenaga berdasarkan siklus rankine organik dengan menggunakan rumus-rumus yang sesuia. d.
BAB IV
: Analisa perpindahan panas, dan menentukan ukuran –
ukuran utama kondensor. Berisikan tentang perhitungan-perhitungan untuk mendapatkan ukuran-ukuran dari kondensor berdasarkan dengan analisa perpindahan panas. e.
BAB V
: Hasil dan Pembahasan, pada bagian ini membahas tentang
pemilihan jenis kondensor yang sesuai, serta perhitungan bagian-bagian kondensor. f.
BAB VI
: Kesimpulan, berisikan tentang pemaparan hasil dari
perencanaan kondensor dan bagian-bagian nya. g.
Daftar pustaka
Universitas Sumatera Utara
15
1.6 Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut : g.
BAB I
: Berisi latar belakang penelitian, Tujuan, Batasan masalah.
Pada bagian latar belakang berisi tentang pengertian dan proses siklus rankine organik. h.
BAB II
: Tinjauan Pustaka berisikan tentang teori-teori kondensor,
jenis-jenis dan cara kerja kondensor. i.
BAB III
: Pemilihan fluida kerja, berisikan tentang penjelasan dari
siklus termodinamik dan pemilihan dari fluida kerja yang sesuai untuk perancangan pembangkit tenaga berdasarkan siklus rankine organik dengan menggunakan rumus-rumus yang sesuia. j.
BAB IV
: Analisa perpindahan panas, dan menentukan ukuran –
ukuran utama kondensor. Berisikan tentang perhitungan-perhitungan untuk mendapatkan ukuran-ukuran dari kondensor berdasarkan dengan analisa perpindahan panas. k.
BAB V
: Hasil dan Pembahasan, pada bagian ini membahas tentang
pemilihan jenis kondensor yang sesuai, serta perhitungan bagian-bagian kondensor. l.
BAB VI
: Kesimpulan, berisikan tentang pemaparan hasil dari
perencanaan kondensor dan bagian-bagian nya. g.
Daftar pustaka
Universitas Sumatera Utara
