Simulasi dan Eksperimen Pengaruh Derajat Superheating Terhadap Performa ORC 1 kW

Pramana, Chris Satria (2019) Simulasi dan Eksperimen Pengaruh Derajat Superheating Terhadap Performa ORC 1 kW. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111540000131-Undergraduate_Theses.pdf Restricted to Repository staff only Download (2MB)

Abstract

Permintaan energi secara global diprediksikan akan terus meningkat, sehingga diperlukan sumber energi yang dapat memenuhi kebutuhan tersebut. Disisi lain diperlukan sumber energi yang lebih bersih dan berkelanjutan, salah satu sumbernya adalah thermal energy. Sebagian thermal energy dapat dikategorikan sebagai Low-grade thermal energy (dibawah 232⁰C) yang umumnya dihasilkan dari gas buang dan sumber daya alam seperti geothermal dan tenaga surya. Salah satu cara memanfaatkan low grade thermal energy adalah menggunakan Organic Rankine Cycle (ORC). Organic Rankine Cycle (ORC) adalah siklus termodinamika yang merupakan pengembangan dari Rankine Cycle dimana fluida kerja yang digunakan adalah fluida organik. ORC terdiri dari 4 komponen utama, yaitu : evaporator, turbin, pompa dan kondensor.
Dalam penelitian ini dilakukan simulasi Organic Rankine Cycle pada software ASPEN Plus. Terdapat 4 jenis fluida kerja yang digunakan yaitu R11, R123, R141b dan R245fa. Simulasi dilakukan dalam dua tahapan, yang pertama adalah komparasi penggunaan fluida kerja untuk menentukan fluida kerja yang digunakan. Batasan yang diberikan pada simulasi adalah temperatur outlet evaporator sebesar 100°C dan tekanan kondensor sebesar 2 bar. Simulasi dilakukan dengan memvariasikan tekanan outlet evaporator dan didapatkan hasil daya netto dan efisiensi sistem. Tahapan kedua adalah melakukan simulasi dengan menggunakan variasi pada eksperimen. Simulasi dilakukan dengan memvariasikan derajat superheating dari 0°C hingga 10°C untuk mendapatkan daya netto dan efisiensi sistem. Setelah melakukan simulasi, maka akan dilakukan eksperimen dengan menggunakan fluida kerja yang dipilih dengan memvariasikan derajat superheating sebesar 1.589°C, 3.545°C, 5.719°C dan 7.343°C dan dilakukan analisa performa. Hasil simulasi menunjuka R141b menghasilkan daya tertinggi pada tekanan evaporator 5 bar sebesar 1.249 kW. Sedangkan efisiensi maksimum dihasilkan oleh R11 sebesar 8.933%, diikuti R141b dengan efisiensi sebesar 8.645%. berdasarkan performa pada sistem dan ketersediaan dipasar R141b dipilih sebagai fluida kerja yang digunakan dalam eksperimen. Hasil simulasi menunjukan peningkatan derajat superheating pada R141b menyebabkan peningkatan daya netto, sedangkan efisiensi termal mengalami penurunan. Berdasarkan hasil eksperimen, daya turbin meningkat seiring dengan peningkatan derajat superheating. Daya output turbin, efisiensi isentropic, daya generator dan efisiensi mekanik dan elektrik turbin memiliki nilai maksimum sebesar 183.08 Watt, 18.54%, 28.405 Watt dan 15.96%. Performa pompa tidak mengalami perubahan yang signifikan seiring peningkatan derajat superheating. Kalor pada evaporator dan kondensor mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya derajat superheating. Efisiensi termal memiliki nilai maksimum sebesar 0.652%, efisiensi termal mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya derajat superheating.
===================================================================================================================================
Global energy needs is expected to rise in the years to come, so sustainable energy source is important to fulfill those needs. Thermal energy is one of the source that could be utilize. Thermal energy can be further categorized based on its temperature. Low grade thermal energy which usually has a temperature below 232⁰C is an untapped resource because of the limitations with extracting those energy. The main source of low grade thermal energy usually comes from waste heat, geothermal and solar energy. One of the technology that can be used to utilize this potential is Organic Rankine Cycle (ORC). ORC is a further development of rankine cycle which uses organic fluid as the working fluid. As for a conventional rankine cycle, ORC consists of 4 main components : evaporator, turbine, pump and condenser.
In this study, the simulation of ORC will be carried out with ASPEN Plus. There are four refrigerants that will be used : R11, R123, R141b, and R245fa. There are two steps for the simulation, the first one is the selection of working fluid. With the turbine inlet temperature set constant at 100⁰C and pressure at condenser at 2 bar, the pressure of the evaporator will be varied. The second step is simulating the effect of degree superheating from 0°C until 10°C. Both will be analysed based on their system performance, such as net power and thermal efficiency. Experiment will be done using the selected working fluid, with varying degree of superheat from 1.589°C, 3.545°C, 5.719°C and 7.343°C. Then the system performance will be analysed. The simulation results shows that R141b has the highest net power of 1.249 kW at evaporator pressure of 5 bar. Meanwhile, the highest thermal efficiency is obtained when using R11, followed by R141b. Based on the system performance and the availability in the market R141b was selected as the working fluid. The simulation results also show that the increasing degree of superheating will result in an increase of net power, but a small decrease in thermal efficiency. Based on Experimental results, turbin power will increase as the degree of superheating increases. The maximum turbine output power, isentropic efficiency, generated power and turbine mechanical and electrical efficiency are 183.08 Watt, 18.54%, 28.405 Watt dan 15.96%. Meanwhile the performance of the pump is not affected by the degree of superheating. The heat duty in the evaporator and condenser also increase as the degree of superheating increases. The maximum thermal efficiency of the system is 0.652%.

Item Type:	Thesis (Other)
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ164 Power plants--Design and construction
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Chris Satria Pramana
Date Deposited:	21 Jul 2026 03:39
Last Modified:	21 Jul 2026 03:39
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/67087

Actions (login required)

View Item