Perancangan Scroll Expander untuk Sistem Organic Rankine Cycle dengan Power Output 5 kW

HABIBURRAHMAN, Ir. Muhammad Agung Bramantya, S.T., M.T., M.Eng., Ph.D., IPM., ASEAN Eng.

2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN

    Pembangkitan listrik telah menjadi sektor industri yang sangat penting di Indonesia. Hal ini ditunjukkan oleh penggunaan listrik yang terus meningkat setiap tahunnya. Peningkatan ini harus didukung dengan peningkatan produksi listrik yang mumpuni agar kebutuhan listrik dapat terpenuhi. Peningkatan produksi dapat dilakukan dengan beberapa cara, salah satunya adalah pemanfaatan kembali kalor sisa yang terbuang ke lingkungan. ORC merupakan salah satu sistem pemanfaatan kembali kalor sisa yang banyak digunakan pada kalor sisa yang berada pada suhu rendah. Terdapat beberapa komponen utama pada ORC, yaitu evaporator, expander, kondensor, dan pompa. Expander menjadi komponen yang paling penting pada ORC dimana proses ekstraksi fluida terjadi.
    Perancangan expander ini bertujuan untuk membuat scroll expander yang mampu menghasilkan power output sebesar 5 kW. Selain itu, perancangan juga meliputi pemilihan material dari scroll serta pemilihan fluida organik yang digunakan sebagai fluida kerja pada sistem ORC.
    Perancangan scroll expander dibuat berdasarkan parameter - parameter kerja dari ORC yang ditentukan sebelumnya. Berdasarkan parameter - parameter tersebut, batasan - batasan pada perancangan diperoleh sebagai panduan dalam merancang profil scroll. Material scroll yang dipilih adalah P20 steel dimana kemampuan dalam menahan aus serta machinability dari material tersebut tergolong baik. R245fa menjadi refrigeran yang cocok digunakan pada perancangan dikarenakan batasan - batasan yang lebih kecil. Hal ini menyebabkan losses yang lebih kecil pada scroll expander. 

    Electricity generation has become a highly important industrial sector in Indonesia. This is evidenced by the continuous in electricity usage every year. This growing demand must be supported by a corresponding increase in electricity production to ensure that energy needs are met. One way to increase production is through the reuse of waste heat that would otherwise be released into the environment. The Organic Rankine Cycle (ORC) is one such system for recovering waste heat, especially effective for low-temperature heat sources. There are several key component in an ORC system: the evaporator, expander, condenser, and pump. The expander is the most critical component, where the energy extraction process from the working fluid occurs.
    The design of this expander aims to develop a scroll expander capable of producing a power output of 5 kW. In addition, the design process includes the selection of appropriate materials for the scroll, as well as the selection of an organic fluid to be used as working fluid in the Organic Rankine Cycle (ORC) system.
    The scroll expander design is based on operating parameters of the ORC that were previously determined. Based on these parameters, design constraint are established to guide the scroll profile development. The selected scroll material is P20 steel, chosen for its good wear resistance and machinability. R245fa is the most suitable refrigerant for the design due to its relatively lower constraint, resulting in reduced losses within the scroll expander.

Kata Kunci : Organic rankine cycle, scroll expander, peralatan ekspansi