Fluida Kerja Hidrokarbon dan Hidrofluoroolefin pada Sistem ORC Memiliki Efisiensi Termal yang Sama Dengan R245fa

Editor : Kos
  • Bagikan

Oleh: Gusnawati, ST., M.Eng.

(Staf Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknik Universitas Nusa Cendana)

Swipe up untuk membaca artikel

KORANTIMOR.COM – KUPANG – Menurut Velez F., Segovia dan kawan-kawan, Sistem Siklus Rankine Organik (ORC) merupakan siklus Rankine yang menggunakan fluida kerja organik dan umumnya digunakan untuk pembangkit listrik berdaya dibawah 2 MW dengan fluida kerja yang paling banyak digunakan saat ini adalah R245fa.

Sistem ini dapat mengonversi energi termal bersuhu rendah dan menengah menjadi energi listrik berskala kecil, sebagai pembangkit listrik tambahan dengan memanfaatkan potensi sumber energi lokal seperti biomassa, panas bumi, dan energi surya.

Sistem ini dapat digunakan sebagai alternatif solusi menghadapi cuaca buruk dan distribusi bahan bakar diesel terhambat, dimana dapat dipastikan listrik tidak dapat dihasilkan, termasuk pada PLTS atau generator diesel sebagai sumber listrik untuk penerangan dan peralatan elektronik lainnya yang diandalkan di daerah-daerah pelosok dan pulau-pulau terluar di Propinsi Nusa Tenggara Timur.

Walaupun R245fa sebagai fluida kerja sistem ORC tidak merusak lapisan ozon, tetapi masih memiliki potensi pemanasan global yang tinggi sehingga pada masa yang akan datang perlu untuk menggunakan fluida kerja dengan GWP sangat rendah, yaitu hidrokarbon dan hidrofluoroolefin. Di lain sisi, temperatur kondensasi juga sangat mempengaruhi kinerja termodinamika sistem ORC. Tabel 1 menyajikan sifat-sifat dan efek terhadap lingkungan dari R245fa, R600a, R1234yf, dan R1234ze.

Penelitian akan penggunaan fluida kerja yang lebih ramah lingkungan di sistem ORC. Penelitian tersebut terus dilakukan akhir-akhir ini dengan harapan menghadirkan sistem termal yang optimal, diantaranya seperti yang dilakukan oleh Yang MH dan timnya, dimana optimasi design empat konfigurasi ORC dengan dua puluh tujuh fluida kerja telah dilakukan dengan hasilnya menunjukkan bahwa perbedaan antara temperatur sumber kalor dan temperatur kritis memiliki peran penting dalam pemilihan fluida kerja.

Studi terhadap sistem ORC yang menggunakan R245fa, R1234ze, R600, dan R600a dengan memanfaatkan gas buang mesin diesel kapal laut, juga telah dilakukan oleh Vivan dan kawan-kawan untuk mendapatkan kinerja termodinamika yang optimal.

Hasilnya menunjukkan bahwa R1234ze memiliki efisiensi termal terbesar diikuti oleh R600a, R245fa, dan R600. Efisiensi termal maksimum sistem ORC yang menggunakan R1234ze lebih besar 2,2% dibandingkan dengan R600.

Studi perbandingan kinerja sistem ORC yang menggunakan R245fa dan lima belas fluida kerja alternatif juga telah dilakukan oleh Whit dan timnya, dimana hasilnya menunjukkan bahwa dengan pemilihan fluida kerja yang sesuai, maka tidak akan mengorbankan design turbin dan pompa sehingga dapat digunakan dalam beberapa sistem ORC.

Ini menawarkan peluang untuk meningkatkan skala ekonomi sistem ORC skala kecil saat ini, sehingga pada akhirnya dapat mengarah pada sistem yang lebih ekonomis untuk pemanfaatan sumber kalorberkelanjutan suhu rendah.

Sebelas fluida kerja murni dari golongan alkane dan alkane terfluorinasi juga telah diteliti untuk mengoptimalkan kinerja termodinamika sistem ORC yang menggunakan sumber kalor laten. Hasilnya  menunjukkan, bahwa parameter siklus dan pemilihan fluida kerja adalah dua aspek utama yang harus dipertimbangkan untuk pembangkit ORC yang sebenarnya, dan kinerja sistem harus dioptimalkan berdasarkan tingkat temperature sumber kalor dan sumur kalor (Peng dan kawan-kawan).

Pengaruh temperatur kondensasi terhadap kinerja sistem ORC juga telah diteliti Liu Q dan timnya dengan menggunakan fluida kerja zeotropik. Hasil studi ini menunjukkan, bahwa temperatur kondensasi yang lebih tinggi menyebabkan kehilangan kalor yang besar di sumur kalor dan penghancuran eksergi di kondensor.

Hanya ada satu fraksi mol fluida kerja optimal yang memaksimalkan efisiensi termal, efisiensi eksergi, dan keluaran daya bersih ketika kenaikan temperature air pendingin lebih besar daripada temperatur kondensasi.

Sedangkan studi pasangan temperatur evaporasi dan kondensasi terhadap kinerja sistem ORC, juga telah diteliti Hua Y dan timnya, di mana hasilnya menunjukkan bahwa terdapat sepasang temperatur evaporasi (penguapan) dan temperatur kondensasi yang optimal untuk memaksimalkan kinerja sistem.

Keluaran daya bersih dan kinerja sistem mencapai nilai tertinggi pada temperatur evaporasi yang sama, tetapi kinerja sistem sesuai dengan temperatur kondensasi yang lebih rendah daripada keluaran daya bersih.

Selanjutnya, sebuah studi pengaruh temperatur kondensasi dua fluida kerja terhadap kinerja sistem ORC energi surya menunjukkan, bahwa efisiensi termal dan jumlah listrik yang dihasilkan oleh system ORC tersebut dapat ditingkatkan dengan menurunkan temperatur kondensasi (Stanciu dan kawan-kawan).

Dwinanto bersama timnya (Wenseslaus B, Nurhayati, Gusnawati, Ady Y.Tobe, Ben V.T.) menganalisis energi sistem ORC yang menggunakan fluida kerja dari golongaan hidrofluorokarbon, hidrokarbon, dan hidrofluoroolefin dengan menggunakan perangkat lunak Genetron Propeties versi 1.4, yang dapat mensimulasikan dengan baik kinerja termodinamika sistem ORC standar menggunakan fluida kerja ramah lingkungan untuk penggunaan pada masa yang akan datang.

Genetron Properties merupakan perangkat lunak berbasis graphic user interface yang dikembangkan oleh anggota tim pemodelan di Laboratorium Penelitian Buffalo Honeywell International, Inc.

Studi yang dilakukan Dwinanto dan timnya, mengkaji kemungkinan penggunaan fluida kerja hidrokarbon dan hidrofluoroolefin di sistem ORC pada masa yang akan datang. Tidak mudah untuk menetapkan kinerja optimal, untuk setiap fluida kerja yang digunakan dalam sistem secara bebas sehingga pendekatan simulasi siklus dengan model termodinamika sambil membandingkan ketiga fluida kerja dengan R245fa merupakan cara yang paling umum.

Hasilnya, menunjukkan bahwa kandidat fluida kerja hidrokarbon dan hidrofluoroolefin yang dikaji memiliki efisiensi termal yang sama dengan R245fa.
Di samping itu, hidrokarbon dan hirofluoroolefin lebih ramah lingkungan dibandingkan R245fa, sehingga penggunaannya pada masa yang akan datang lebih dianjurkan, walaupun memiliki sifat lebih mudah terbakar. (gsn/kt)

  • Bagikan