3

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Indonesia yang merupakan negeri kepulauan yang terletak dalam ring of fire

(cincin gunung api) mempunyai sumber panas bumi yang melimpah dimana sekitar

40% panas bumi di dunia berada di Indonesia dan jika dimamfaatkan dapat menyuplai

energi listrik sebesar 27.500 MW seperti terlihat pada Tabel 1 tentang potensi panas

bumi di Indonesia.

Table 1 Potensi Panas Bumi Di Indonesia

Sumber : Pusat sumber daya giologi 2007

Pemanfaatan tenaga panas bumi untuk menghasilkan listrik dalam hal ini

PLTP dapat dilihat pada Gambar 1. Uap dari sumur produksi dialirkan melalui pipa

masuk ke Turbin Uap tetapi sebelum itu, uap dan air dipisahkan dalam separator agar

uap masuk turbin dalam kondisi uap jenuh. Setelah menggerakan turbin, uap akan

dikondensasikan menjadi air untuk diinjeksikan kedalam dalam sumur injeksi agar

terjadi siklus yang renewable.

Gambar 1.1 Flow diagram Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)

4

Dalam proses explorasi untuk mendapatkan uap penggerak turbin umumnya

yang diinginkan adalah uap bertekanan tinggi (P > 5 bar). Namum proses explorasi

mempunyai probability sekitar 50% sehingga banyak sumur yang menghasilkan uap

tekanan rendah dibawah 3 bar atau bahkan keluar pada kondisi campuran (35% air

dan 65% uap) sehingga tidak dapat dimanfaatkan. Oleh karena itu di perlukan

terobosan baru untuk dapat memenuhi kebutuhan listrik yang sumber panasnya

tersedia dalam jangka waktu yang lama dan ramah terhadap lingkungan, misalnya

dengan membuat suatu pembangkit listrik yang dapat menggunakan sumber panas

yang bertemperatur dan tekanan rendah, yaitu dengan sistem pembangkit Organik

rankine cycle (ORC) . Dimana sistem ini merupakan proses pengkonversi energi hasil

modifikasi siklus rankine yang menggunakan fluida organik (refrigeran) sebagai

fluida kerja yang memiliki titik didih yang rendah untuk menghasilkan energi listrik.

System ini terdiri dari komponen- komponen utama yaitu Evaporator, Kondensor,

Pompa dan Turbin. Sistem ini memerlukan temperatur dan tekananr rendah untuk

menghasilkan uap untuk memutar turbin sehingga menghasilkan energi listrik dan

juga sistem ini tidak memerlukan furnace sebagai tempat pembakaran bahan bakar

yang dapat menghasilkan emisi gas buang yang dapat menciptakan polusi usara.

Maka dengan menggunakan system Organic Rankine Cycle (ORC) kita dapat

menggunakan berbagai macam sumber panas seperti panas bumi yang temperatur

rendah ( 80-1700C ) waste energi ( gas buang PLTD,PLTU) seperti ditunjukkan

dalam Gambar 1.2.

Gambar 1.2 . Basic Desain Organik Rankine Cycle

5

Penelitian tentang ”Maximising the worrking fluid flow as away of

increasing power output of geothermal power plant” telah dilakukan oleh

Aleksandra B.Gozdur dimana penelitian ini menggunakan geothermal sebagai

sumber panas dan menggunakan beberapa refrigerant sebagai fluida kerja yaitu

R227ea, RC318, R236fa,R600a dan R245ca. Penelitian ini bertujuan meningkatkan

power dari siklus dengan cara meningkatkan laju aliran massa air geothermal masuk

evaporator dimana dengan menambah laju aliran massa geothermal dari sumber

dengan sebagian laju aliran massa geothermal yang telah melewati evaporator.

Penelitian tentang ”Optimum Design Criteria for an ORC using Low-

Temperature Geothermal Heat Sources” telah dilakukan oleh H.D.Madhawa.H. Dkk,

dimana penelitian ini menggunakan geothermal sebagai sumber panas dan

menggunakan beberapa refrigerant sebagai fluida kerja yaitu PF 5050, HCFC 123,

Amonia dan n-Pentane. Penelitian ini bertujuan meningkatkan power dari siklus

dengan cara melakukan optimasi desain terhadap alat penukar panas yang digunakan

yaitu evaporator dan kondensor.

Penelitian tentang ”Renewable Energy Powered Organic Rankine Cycle”

dilakukan oleh Sanjayan .V. dimana meneliti tentang kinerja ORC dengan sumber

panas tenaga surya, dengan menggunakan fluida kerja organik yairu R123 dan

Isobutana. Dimana kolektor yang digunakan solar parabolic colector.

Penelitian tentang ” Effect of working fluids on organic rankine cycle for

waste heat recovery” dilakukan oleh Bo Tau-Liu Dkk, penelitian ini bertujuan untuk

menyelidiki efek dari jenis-jenis fluida kerja yang digunakan terhadap efisiensi panas

dan efisiensi total panas recovery.fluida kerja yang digunakan adalah : air, ethane,

R11, R123, HFE 7100, n- pentane, benzene, toluene dan p-xylene.

Penelitian tentang ” Optimasi Rncangan Siklus Uap dengan Simulasi Bahasa

Pemograman Delpin 7” dilakukan oleh Prabowo et al, dimana dia bahas pemodelan

dan analisa system siklus Rankine menggunakan perangkap lunak. Penelitian ini

bertujuan mendapatkan metode yang lebih effisien dalam pengajaran dan analisa

siklus uap.

Penelitian tentang ” Waste heat recovery of Organic Rankine Cycleusing dry

fluids” di lakukan oleh Tzu-Chen Huang dimana menyatakan bahwa efisiensi dari

siklus sangat tergantung pada kondisi kerja dari siklus dan karateristik termodinamika

dari fluida kerja dan juga memperlihatkan bahwa irreversibility tergantung dari tipe

sumber panas.

6

Dari beberapa penelitian diatas, sumber panas untuk proses evaporasi pada

umumnya diperoleh dari solar energy sehingga kontinuitas pembangkit sangat

tergantung dari matahari (hanya 6 jam) dan cuaca. Selain matahari, ada yang

memperoleh sumber panas dari biomass yang beroperasi pada temperatur tinggi. Hal

ini akan berdampak pada lingkungan. Untuk itu usulan penelitian dengan

judul ”Rancang Bangun Organic Rankine Cycle Pembangkit Listrik Alternatif dari

Waste Energi ” sangat ideal diterapkan di Indonesia karena sebagian besar uap yang

keluar dari sumur-sumur geothermal mempunyai temperatur dan tekanan yang

rendah (Psteam< 3bar, T<1200C). Disamping itu pemilihan refrigeran yang ramah

lingkungan sebagai fluida kerja ORC akan diteliti juga dalam usulan ini.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, dapat dirumuskan

permasalahan yang akan dikaji dalam penelitian ini, yaitu:

Bagaimana membuat suatu sistem pembangkit listrik yang dapat memamfaatkan uap

Panas bumi yang memiliki temperatur dan tekanan rendah (temperatur antara 900C-

1200C dan tekanan dibawah 3 bar) agar dapat menjadi energi listrik. Dan dari sistem

ORC ini ada permasalahan yang akan di kaji adalah :

1. Melakukan kajian termodinamika terhadap basic dan modifikasi system

Organic Rankine Cycle dengan varisasi jenis refrigerant dengan menggunakan

simulasi Borland Delphi

2. Mendesain turbin uap dari hasil modifikasi kompresor refigerasi. Dimana

dengan membalik putaran dari kompresor refigerasi (saluran keluar pada

kompresor refigerasi menjadi saluran masuk untuk turbin uap demikian

sebaliknya) serta menentukan daerah keluaran agar memiliki tekanan yang

rendah.

3. Mengevaluasi peformansi dari turbin uap tersebut. Sebelum di pasang pada

sistem ORC, peformansi dari turbin uap hasil modifikasi tersebut akan di uji

dengan meniupkan udara yang bertekanan sekitar 0.8- 1.6 Mpa kemudian

mengukur putaran dan besar daya yang dihasilkan.

4. Memilih pompa yang memiliki komponen-komponen tidak korosif terhadap

fluida kerja organik yang digunakan (Refrigeran R134a), memiliki tekanan

discharge sampai 3 Mpa dengan sealnya yang tahan terhadap tekanan kerja

tersebut agar tidak mengalami kebocoran sehingga tekanan karja yang

masuk dalam evaporator diharapkan dapat tercapai.

7

1.3 Tujuan Penelitian

Terkait dengan latar belakang dan perumusan masalah diatas maka tujuan penelitian

tim pasca sarjana selama tiga tahun ini dapat dirumuskan dalam bentuk tujuan umum

dan tujuan khusus sebagai berikut:

Tujuan umum :

a. Menghasilkan prototipe sistem pembangkit listrik Organic Rankine Cycle

yang menggunakan sumber panas yang bertemperatur dan tekanan rendah

dengan efisiensi sistim yang tinggi.

b. Menghasilkan jenis fluida kerja (refrigeran) untuk Organik Rankine Cycle

yang beroperasi pada range temperature rendah dan ramah lingkungan.

c. Menghasilkan prototipe heat exchanger untuk Evaporator dan Kondensor yang

mempunyai efektifitas (�heat exchagner yang tinggi.

d. Menghasilkan energi listrik dari waste energi seperti gas buang pada PLTU

atau steam sumur PLTP yang bertemperatur dan tekanan rendah sehingga

dapat menambah daya listrik pada PLTU maupun PLTP.

e. Meningkatkan kemampuan dan kualitas program pasca sarjana Teknik Mesin

ITS melalui peningkatan mutu penelitian, mutu dan relevansi dari thesis serta

diseminasi.

Tujuan Khusus:

Target tahun I

a. Menghasilkan siklus dasar sistem pembangkit listrik Organic Rankine

Cycle dengan Simulasi Borland Delphi.

b. Dari hasil uji eksperimen menghasilkan prototipe Organik Rankine

Cycle dasar.

c. Mendapatkan jenis fluida kerja yang sesuai untuk digunakan dalam

sistem Organic Rankine Cycle dan menghasilkan efisiensi sistim yang

tinggi.

d. Menghasilkan 2 thesis S2 dan 2 makalah ilmiah untuk diseminasi

dalam seminar atau jurnal.

Target tahun II

a. Menghasilkan modifikasi sistem pembangkit listrik Organic Rankine

Cycle dengan CATT2.

8

b. Menghasilkan prototipe Regenerative Organic Rankine Cycle.

c. Menghasilkan 3 thesis S2 dan 3 makalah ilmiah untuk diseminasi

dalam seminar atau jurnal.

Target tahun III

a. Menghasilkan 4 prototipe heat exchanger yaitu 2 Evaporator dan 2

Kondensor yang mempunyai efektifitas (� yang tinggi.

b. Menghasilkan prototipe Regenarative Organic Rankine Cycle dan heat

exchanger yang telah dimodifikasi.

c. Menghasilkan 3 thesis S2 dan 3 makalah ilmiah untuk diseminasi

dalam seminar atau jurnal.

1.4 Relevansi

Selain meningkatkan mutu penelitian dan kelulusan mahasiswa pasca sarjana serta

deseminasi hasil penelitian, relevansi atau keutamaan dari penelitian ini adalah

menghasilkan suatu sistim (ORC) yang dapat memanfaatkan energi yang terbuang

dari sumur geothermal tekanan rendah menjadi energi listrik.

1.5 Target Luaran

Target tahun I

a. Menghasilkan siklus dasar sistem pembangkit listrik Organic Rankine

Cycle dengan Simulasi Borland Delphi.

b. Dari hasil uji eksperimen menghasilkan prototipe Organik Rankine

Cycle dasar.

c. Mendapatkan jenis fluida kerja yang sesuai untuk digunakan dalam

sistem Organic Rankine Cycle dan menghasilkan efisiensi sistim yang

tinggi.

d. Menghasilkan 2 thesis S2 dan 2 makalah ilmiah untuk diseminasi

dalam seminar atau jurnal.

9

Kelulusan mahasiswa No Nama Mahasiswa NRP Judul Status*)1. Mika Patayang 2107202001 desain dan studi eksperimen

peformansi turbin uap hasil modifikasi kompresor refrigerasi pada ORC dengan fluida kerja r-134a

Lulus 2009

2. Odhiambo Meshack otedo

2106202702 Analytical study of the thermodynamic and transport properties of different refrigerants that influence the performance of an organic rankine cycle

Lulus 2009

3. Frans Aprio M 2105100109 Study eksperimental basic sistem siklus organic rankin dengan sumberpanas temperature rendah

Sudah seminar proposal

4. Ricky Hutabarat 2105100141 Study eksperimental pemilihan fluida kerja yang optimum untuk Organik Rankine Cycle dengan sumberpanas temperature rendah

Sudah seminar proposal

5. L Billy Kurniadi 2105100091 Analisa termodinamika terhadap basic sistem siklus Organik Rankin dengan menggunakan Delphi

Dalam proses

6. Andre Gabriel T 2105100155 Analisa termodinamika refigeran terhadap sistem siklus organic rankin cycle dengan menggunakan Delphi.

Dalam Proses

Seminar Nasional

No Judul Artikel Detil Konferensi (Nama, penyelenggara, tempat, tanggal)

Status Kemajuan*)

1. Flow Characteristic Around Single Stage Steam Turbine For ORC

Regional conference of mechanical and aerospasce thecnologi; ITB, IATO,JICA,JSME;Bali, 9-10 Februari

under review

2. Analytical Study of The Tranport Properties in Different Refrigerants that influence the performance an ORC

Regional conference of mechanical and aerospasce thecnologi; ITB, IATO,JICA,JSME;Bali, 9-10 Februari

under review

10

3. desain dan studi eksperimental peformansi turbin uap hasil modifikasi kompresor refrigerasi pada orc dengan fluida kerja r-134a

SNPs IX ITS 2009; ITS Surabaya; Surabaya, 12 Agustus 2009

Presented

4. analytical study of thermodynamic and transport properties of different refrigerants that influence the organicrankine cycle performance

SNPs IX ITS 2009; ITS Surabaya; Surabaya, 12 Agustus 2009

Presented

Keluaran yang dihasilkan

No Nama Output Detil Output Status Kemajuan*)

1. Fluent (Software)

Kontur tekanan,kecepatan,temperatur,distribusi kecepatan.

Telah dihasilkan

2. Delphi (Software)

Form drag and drop untuk desain sistem ORC

Telah dihasilkan

3. Gambit (Software)

Gambar prototipe,Meshing Prototape Telah dihasilkan

4. Turbin Turbin Hasil Modifikasi Telah dilakukan pengujian

5. Evaporator dan kondensor

Evaporator dan Kondensor hasil desain Dalam proses penyelesaian

6. Pompa Pompa hasil desai Dalam proses penyelesaian