DESAIN TURBIN AKSIAL DAN SIMULASI FENOMENA ALIRAN TERKAIT TORSI DAN PUTARAN TURBIN DALAM SISTEM ORGANIC RANKINE CYCLE DENGAN KAPASITAS 5 KW

DIVINO EMMANUEL ZACHARIAS, Ir. M. Agung Bramantya, S.T., M.T., M.Eng., Ph.D., IPM., ASEAN Eng.

2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Pemenuhan kebutuhan listrik manusia, kemajuan teknologi, dan pertumbuhan ekonomi akan menyebabkan peningkatan tahunan dalam kebutuhan listrik. Indonesia sudah memulai menggunakan energi terbaharukan seiring dengan kemajuan teknologi dan kebutuhan global untuk mengurangi pemanasan global. Di Indonesia sendiri, salah satu energi terbarukan atau energi panas bumi memiliki potensi sekitar 28,5 gigawatt akibat letak geografi Indonesia yang berada di pacific ring of fire. Namun, energi yang baru berhasil direalisasikan potensinya hanya 1,69 gigawatt atau sekitar 6?ri total energi yang bisa dimanfaatkan. Industri pembangkit listrik memiliki tugas untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dan meningkatkan efisiensi pada proses operasional kerja. Organic Rankine Cycle (ORC) menjadi salah satu teknologi yang mampu beroperasi memanfaatkan limbah panas untuk menjadi sumber energi panas dalam proses menghasilkan daya listrik berkapasitas rendah maupun tinggi. Penelitian kali ini membahas mengenai perancangan sebuah sistem pembangkit listrik ORC, yang berfokus pada turbin untuk konversi energi yang dibawa oleh fluida kerja menjadi energi gerak. Nantinya, perputaran dari turbin akan dikonversikan juga oleh generator untuk menjadi listrik. Pada pengembangan kali ini, penelitian berfokus untuk mencapai kapasitas daya 5 kiloWatt sebagai daya keluaran dengan variasi parameter flowrate untuk mendemonstrasikan kemungkinan error yang terjadi. Proses perhitungan dimensi desain dan hasil kinerja sistem dilakukan secara teoritis, yang nantinya akan digunakan untuk membuat sketsa tiga dimensi komponen turbin dan nosel serta nilai keluaran sistem. Nilai keluaran sistem, seperti kerugian, daya, dan efisiensi akan divalidasi dengan perangkat lunak simulasi atau ANSYS sebagai bentuk eksperimental secara maya. Didapatkan hasil bahwa pada penggunaan fluida R245fa superheated dengan flowrate 0.1937 kg/s, suhu kerja 366 K, dan tekanan 10.79 bar, turbin berhasil bekerja dengan cukup baik, dimana memiliki nilai efisiensi sebesar 83.5 %. Pengaruh variasi flowrate berpotensi meningkatkan/mengurangi kecepatan fluida saat menabrak suhu yang berdampak pada torsi dan perputaran turbin, dimana pada 0.2137 kg/s, kecepatan dalam sudu meningkat hingga ?200 m/s, sedangkan 0.1737 mengurangi kecepatan sudu.

Meeting human electricity needs, technological advancements, and economic growth will lead to annual increases in electricity demand. Indonesia has started using renewable energy along with technological advances and the global need to reduce global warming. In Indonesia itself, one of the renewable energy or geothermal energy has a potential of about 28.5 gigawatts due to Indonesia's geographical location in the Pacific Ring of Fire. However, the newly realized energy potential is only 1.69 gigawatts or about 6% of the total energy that can be utilized. The power generation industry has a duty to reduce greenhouse gas emissions and increase efficiency in the operational work process. Organic Rankine Cycle (ORC) is one of the technologies capable of operating utilizing waste heat to become a source of heat energy in the process of generating low and high capacity electrical power. This research discusses the design of an ORC power generation system, which focuses on turbines for the conversion of energy carried by the working fluid into motion energy. Later, the rotation of the turbine will also be converted by a generator to become electricity. In this development, the research focuses on achieving a power capacity of 5 kiloWatts as output power with variations in flowrate parameters to demonstrate the possible errors that occur. The process of calculating the design dimensions and performance results of the system is carried out theoretically, which will later be used to create a three-dimensional sketch of the turbine and nozzle components and system output values. System output values, such as losses, power, and efficiency will be validated with simulation software or ANSYS as a form of virtual experimentation. It was found that in the use of superheated R245fa fluid with a flowrate of 0.1937 kg/s, a working temperature of 366 K, and a pressure of 10.79 bar, the turbine managed to work quite well, which has an efficiency value of 83.5%. The effect of flowrate variation has the potential to increase/decrease the fluid velocity when hitting the temperature which impacts the torque and rotation of the turbine, where at 0.2137 kg/s, the velocity in the blade increases to ?200 m/s, while 0.1737 reduces the blade speed.

Kata Kunci : Energi Terbarukan, Turbin, ORC