Konversi limbah menjadi energi listrik (Waste-to-Energy) melalui pemanfaatan sistem Organic Rankine Cycle (ORC) merupakan salah satu solusi inovatif untuk menghasilkan listrik dari panas sisa pembakaran sampah. Dalam pengoperasian pembangkit listrik bersistem ORC, heat exchanger (penukar panas) menjadi salah satu peralatan paling krusial yang berfungsi untuk memanaskan, menguapkan, dan mendinginkan fluida kerja. Penentuan dimensi fisik dari peralatan ini memainkan peran yang sangat penting, karena ukuran dimensi secara langsung akan menentukan total biaya pengadaan peralatan (equipment cost) dalam proyek pembangkit tersebut.
Menyadari pentingnya perancangan termal yang presisi, mahasiswa Magister Teknik Sistem (MeTSi) Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada, Kornelis Kopong Ola, melakukan riset kolaboratif bersama pakar energi. Bersama Joko Waluyo dari Departemen Teknik Mesin dan Industri FT UGM, serta Cahyadi dan Lina Agustina, tim ini mempublikasikan artikel ilmiah bertajuk “Heat Exchanger Sizing of Organic Rankine Cycle Waste to Energy Power Plants With Various Working Fluid”. Kajian ini diterbitkan pada Journal of Physics: Conference Series (Volume 3034) yang merupakan luaran dari 8th Southeast Asia Conference on Thermoelectric (SACT) 2024.
Penelitian ini secara khusus bertujuan untuk menentukan dimensi optimal dari sistem evaporator dan preheater pada fasilitas listrik tenaga sampah dengan memanfaatkan berbagai jenis fluida kerja, yakni R123, n-butane, n-pentane, dan R245fa. Penentuan dimensi peralatan ini didasarkan pada data operasional dari fasilitas insinerasi limbah yang berlokasi di Soreang, Bandung. Evaluasi dilakukan menggunakan konfigurasi penukar panas tipe shell-and-tube, di mana spesifikasi panjang shell ditetapkan sebesar tiga meter dan diameter tube berukuran 3/4 inci. Model termodinamika ini dirancang dengan asumsi laju aliran uap limbah sebesar 3 kg/s, suhu fluida pemanas yang memasuki evaporator sebesar 165°C pada laju aliran 2,90 kg/s, serta target suhu fluida kerja di saluran masuk turbin sebesar 130°C. Untuk memaksimalkan perpindahan panas, peralatan evaporator dirancang menggunakan konfigurasi 1-pass tube, sedangkan preheater menggunakan desain 2-pass tube.
Hasil perhitungan termodinamika menunjukkan bahwa karakteristik spesifik dari masing-masing fluida kerja memberikan perbedaan dimensi fisik yang signifikan pada hasil rancangan akhir. Pada peralatan evaporator, fluida R123 terbukti membutuhkan dimensi shell paling besar, yakni 500 mm, dengan jumlah tube maksimum sebanyak 300 buah. Sebaliknya, penggunaan fluida n-butane pada evaporator yang sama hanya membutuhkan dimensi terkecil dengan shell 350 mm dan 137 buah tube. Menariknya, kondisi perancangan ini menjadi berbalik saat diterapkan pada peralatan preheater, di mana fluida n-butane justru menuntut dimensi shell maksimum sebesar 650 mm dengan jumlah tube tertinggi mencapai 528 buah. Sementara itu, penggunaan fluida R123 pada preheater memberikan spesifikasi rancangan paling minimum dengan ukuran shell 575 mm dan 406 tube.
Temuan komprehensif dari riset ini menegaskan bahwa pendekatan penentuan dimensi termal yang disesuaikan secara spesifik dengan jenis fluida sangat krusial untuk mengoptimalkan efisiensi desain dan akurasi estimasi biaya perakitan pabrik. Kolaborasi riset lintas institusi ini kembali mengukuhkan komitmen MeTSi FT UGM dalam menghasilkan inovasi rekayasa sistem yang aplikatif untuk mendukung keandalan infrastruktur energi terbarukan di Indonesia.
Penulis: Arham
Sumber terkait : https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/3034/1/012011