Perancangan Alat Penukar Kalor untuk Organic Rankine Cycle Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi

MUHAMMAD ALIM H, Ir. Joko Waluyo, M.T., Ph.D.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Organic Rankine Cycle (ORC) adalah suatu siklus pada geothermal plant yang memanfaatkan panas dari likuid brine bersuhu tinggi untuk memanaskan fluida kerja lain pemutar turbin uap yang lebih kecil. Fluida kerja berupa n-Pentana yang memiliki titik uap jenuh yang lebih rendah dari air pada tekanan yang sama sehingga dapat berubah fasa menjadi gas. Alat yang digunakan untuk menukar kalor kedua fluida tersebut adalah heat exchanger. Tugas akhir ini bertujuan untuk menghasilkan rancangan proses siklus Rankine organik disertai dengan rancangan termal alat penukar kalor yang ada di dalamnya. Perancangan alat penukar kalor berupa preheater, evaporator, dan condenser. Hasil perancangan diperoleh siklus Rankine organik yang terdapat fluida n- Pentana sebagai fluida kerjanya, mengalir dengan laju massa 26,05 kg/s dan membutuhkan 150,48 kg/s laju massa brine bersuhu 460 K sebagai fluida pemanas di evaporator dan preheater. Perancangan preheater memiliki beban kalor sebesar 7,95 MegaWatt, dipilih 316 stainless steel sebagai material tube sebanyak 1.750 buah dengan dua laluan tube. Nilai koefisien transfer kalor nya adalah 402,84 (W/m2. K), nilai tersebut memiliki nilai overdesign sebesar 16%. Evaporator memiliki beban kalor 4,994 MegaWatt, jumlah tube sebanyak 477 buah sepanjang 6,096 m. Nilai koefisien transfer kalornya adalah 1.878,03 (W/m2. K) dengan nilai overdesign sebesar 4,6%. Perancangan Condenser memiliki panjang tube 6,096 m. Beban kalor dibutuhkan sebesar 10,9 MegaWatt. Jumlah tube sebanyak 1.380 buah dengan dua laluan tube. Nilai koefisien transfer kalor yang didapat adalah 1.290 (W/m2. K) sehingga nilai overdesign nya 7,5%.

The Organic Rankine Cycle is a cycle on a geothermal plant that utilizes heat from high-temperature liquid brine to heat other working fluids of smaller steam turbine players. The working fluid is in the form of n-Pentane which has a lower saturated vapor point than water at the same pressure so that it can change phases into gases. The tool used to exchange the heat of the two fluids is a heat exchanger. This study aims to produce a design of the organic Rankine cycle process accompanied by a heat exchanger in it. The design of heat exchangers in the form of preheaters, evaporators, and condensers refers to the standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA). Cycle specification data is used to determine various variables such as mass flow of fluid, cycle efficiency, fluid temperature and pressure so that it can be continued to design the required heat exchanger. The design results obtained an organic Rankine cycle in which there is n-Pentane fluid as its working fluid, flows at a mass rate of 26.05 kg / s and requires 150.48 kg / s brine mass rate with a temperature of 460 K as a heating fluid in the evaporator and preheater. The preheater design has a heat load of 7.95 MegaWatts, selected 316 stainless steel as the tube material as many as 1,750 pieces with two tube passes. The value of its heat transfer coefficient is 402.84 (W/m2. K), the value has an overdesign value of 16%. The evaporator has a heat load of 4,994 MegaWatts, the number of tubes is 477 pieces along 6,096 m. The value of its heat transfer coefficient is 1,878.03 (W/m2. K) with an overdesign value of 4.6%. The Condenser design has a tube length of 6,096 m. The heat load required is 10.9 MegaWatts. The number of tubes is 1,380 pieces with two tube passes. The value of the heat transfer coefficient obtained is 1,290 (W/m2. K) so that the overdesign value is 7.5%.

Kata Kunci : Siklus Rankine Organik, Perancangan, STHE, Pembangkit Panas Bumi