بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيم

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُهُ

Izin memperkenalkan diri, saya Ivan Yehezkiel Nainggolan (NPM: 2406395511), mahasiswa Departemen Teknik Mesin. Melalui platform ini, saya menyajikan laporan Tugas Besar mengenai ‘Rancang Bangun Turbin Impuls Uap Sistem Organic Rankine Cycle (ORC) Memanfaatkan Brine PLTP Berdasarkan Konsep Rekayasa Berkelanjutan Berbasis Nilai DAI5’.”

A. Judul Proyek

Rancang Bangun Turbin Impuls Sistem Organic Rankine Cycle (ORC) Memanfaatkan Brine PLTP Berdasarkan Konsep Rekayasa Berkelanjutan Berbasis Nilai DAI5

B. Nama Lengkap Penulis

Nama : Ivan Yehezkiel Nainggolan

NPM : 2406395511

Kelas : SKE-01

C. Afiliasi

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Program Studi Teknik Mesin

Sistem Konversi Energi

C. ABSTRACT

Perkembangan kebutuhan energi dan tuntutan terhadap sistem energi yang lebih berkelanjutan mendorong pemanfaatan sumber energi panas yang masih tersedia dari proses pembangkitan, salah satunya brine dari Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP). Proyek ini bertujuan merancang bangun turbin impuls pada sistem Organic Rankine Cycle (ORC) yang memanfaatkan brine PLTP sebagai sumber energi panas dengan menerapkan konsep rekayasa berkelanjutan berbasis nilai DAI5. Pendekatan Deep Awareness of I digunakan sebagai landasan kesadaran perancang terhadap tujuan, tanggung jawab, nilai etika, serta dampak dari keputusan rekayasa yang diambil. Selanjutnya, Initial Thinking digunakan untuk mengidentifikasi permasalahan pemanfaatan panas brine, kebutuhan konversi energi panas menjadi energi mekanik, serta aspek teknis yang memengaruhi rancangan turbin. Pada tahap Idealization, sistem disederhanakan melalui asumsi-asumsi yang relevan dan pendekatan analitis berdasarkan prinsip termodinamika, mekanika fluida, dan teori turbin impuls. Tahap Instruction Set kemudian diterapkan secara sistematis melalui penentuan kebutuhan desain, pemilihan konfigurasi sistem dan fluida kerja, perhitungan kondisi termodinamika, analisis segitiga kecepatan, penentuan dimensi komponen turbin, serta evaluasi parameter kinerja. Perancangan dilakukan menggunakan pendekatan analitis berbasis data dan literatur, sehingga hasil yang diperoleh merepresentasikan parameter dan performa rancangan, bukan hasil pengujian eksperimental. Hasil perancangan diharapkan dapat menunjukkan potensi pemanfaatan panas brine PLTP melalui sistem ORC sekaligus menghasilkan rancangan turbin yang mempertimbangkan aspek teknis, efisiensi energi, dan keberlanjutan. Dengan demikian, penerapan DAI5 tidak hanya menjadi kerangka dalam menyelesaikan persoalan teknis, tetapi juga menjadi landasan untuk menghasilkan solusi rekayasa yang sadar tujuan, sistematis, bertanggung jawab, dan berorientasi pada keberlanjutan.

E. Deklarasi Penulis

1. Deep Awareness of I

Dalam perancangan turbin impuls pada sistem Organic Rankine Cycle (ORC) ini, penulis menyadari bahwa proses rekayasa bukan hanya berkaitan dengan perhitungan teknis, tetapi juga merupakan bentuk tanggung jawab dalam menghasilkan solusi yang memberikan manfaat. Melalui Deep Awareness of I, penulis berupaya menyadari posisi dan perannya sebagai perancang dengan tetap mengingat Tuhan Yang Maha Esa dalam setiap proses berpikir dan pengambilan keputusan. Kesadaran tersebut diwujudkan melalui sikap kritis terhadap asumsi, data, metode perhitungan, serta keterbatasan rancangan agar hasil yang diperoleh tidak hanya memenuhi pertimbangan teknis, tetapi juga memiliki nilai etis dan keberlanjutan.

2. Niat Kegiatan Proyek

Proyek ini diniatkan untuk mengembangkan rancangan turbin impuls pada sistem ORC yang dapat memanfaatkan energi panas dari brine PLTP secara lebih optimal, sekaligus menerapkan prinsip rekayasa berkelanjutan dalam proses perancangannya. Melalui kerangka DAI5, penulis bermaksud mengintegrasikan kesadaran, niat, pemikiran awal, idealisasi, dan instruksi penyelesaian secara sistematis agar solusi yang dihasilkan dapat dipertanggungjawabkan secara teknis. Selain mengevaluasi kinerja dan parameter rancangan turbin, proyek ini diharapkan dapat meningkatkan pemahaman penulis mengenai bagaimana prinsip-prinsip Teknik Mesin dapat diterapkan untuk menghasilkan solusi pemanfaatan energi yang lebih efektif, bertanggung jawab, dan memberikan manfaat bagi lingkungan serta masyarakat.

F. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki potensi energi panas bumi yang besar. Kondisi geografis Indonesia yang berada pada kawasan Ring of Fire menyebabkan aktivitas vulkanik yang tinggi dan menghasilkan sumber panas bumi yang tersebar di berbagai wilayah. Potensi tersebut telah dimanfaatkan melalui berbagai Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP), di antaranya PLTP Kamojang di Jawa Barat dan PLTP Gunung Salak. Pemanfaatan energi panas bumi melalui PLTP pada dasarnya merupakan proses konversi energi, yaitu mengubah energi panas yang berasal dari dalam bumi menjadi energi mekanik dan selanjutnya menjadi energi listrik.

Dalam proses pembangkitan pada PLTP, tidak seluruh energi panas yang terkandung dalam fluida panas bumi dapat dikonversikan menjadi energi listrik. Salah satu fluida yang masih memiliki kandungan energi panas setelah proses pemisahan uap adalah brine. Brine merupakan fase cair dari fluida panas bumi yang masih membawa energi termal setelah proses pemisahan uap. Keberadaan energi termal tersebut menunjukkan bahwa masih terdapat potensi energi yang dapat dikaji untuk dimanfaatkan melalui sistem konversi energi yang sesuai.

Salah satu pendekatan yang dapat digunakan untuk memanfaatkan panas tersebut adalah Organic Rankine Cycle (ORC). ORC merupakan siklus termodinamika yang memiliki prinsip kerja serupa dengan siklus Rankine, tetapi menggunakan fluida kerja yang sesuai untuk menerima panas dari sumber panas tertentu. Dalam konteks PLTP, ORC dapat digunakan sebagai sistem tambahan untuk memanfaatkan panas yang masih tersedia pada brine setelah proses utama pembangkitan. Dengan demikian, brine berperan sebagai sumber panas, sedangkan fluida kerja ORC berperan sebagai media yang menerima dan membawa energi panas tersebut menuju proses ekspansi pada turbin.

Secara aplikatif, brine dari sistem PLTP dialirkan menuju heat exchanger atau penukar kalor. Pada komponen tersebut, panas dari brine ditransfer kepada fluida kerja ORC tanpa mencampurkan kedua fluida. Fluida kerja kemudian mengalami peningkatan energi termal hingga mencapai kondisi yang sesuai untuk memasuki turbin. Selanjutnya, fluida kerja mengalami proses ekspansi pada turbin sehingga energi yang dimilikinya dikonversikan menjadi kerja mekanik berupa putaran poros.

Setelah melewati turbin, fluida kerja ORC diarahkan menuju kondensor untuk melepaskan panas dan kembali ke kondisi cair. Fluida tersebut kemudian dipompakan kembali menuju heat exchanger untuk menerima panas dari brine sehingga siklus dapat berlangsung secara kontinu. Secara sederhana, penerapan ORC dalam pemanfaatan panas brine dapat digambarkan sebagai:

Sementara dari sisi proses konversi energinya:

Energi panas brine → energi termal fluida kerja → energi kinetik fluida → energi mekanik turbin → energi listrik generator

Dalam konfigurasi tersebut, brine tidak digunakan secara langsung untuk menggerakkan turbin. Brine berfungsi sebagai sumber panas yang mentransfer energinya kepada fluida kerja ORC. Fluida kerja inilah yang kemudian mengalami ekspansi dan menghasilkan kerja pada turbin. Oleh karena itu, turbin menjadi salah satu komponen penting dalam mengubah energi fluida kerja menjadi daya mekanik.

Turbin yang digunakan dalam perancangan ini adalah turbin impuls. Pada turbin impuls, energi tekanan fluida terlebih dahulu dikonversikan menjadi energi kinetik melalui nosel. Aliran dengan kecepatan tinggi kemudian diarahkan menuju sudu bergerak. Perubahan momentum aliran ketika melewati sudu menghasilkan gaya tangensial yang menyebabkan rotor berputar dan menghasilkan daya mekanik pada poros.

Daya mekanik yang dihasilkan oleh poros turbin selanjutnya secara konseptual dapat digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga energi mekanik tersebut dapat dikonversikan menjadi energi listrik tambahan. Energi listrik tersebut berpotensi dimanfaatkan sebagai tambahan daya untuk memenuhi sebagian kebutuhan listrik internal PLTP, khususnya untuk beban-beban pendukung seperti pompa, sistem kontrol dan instrumentasi, penerangan, serta peralatan bantu lainnya. Dengan demikian, pemanfaatan panas brine tidak hanya menghasilkan daya mekanik pada turbin, tetapi juga berpotensi memberikan kontribusi terhadap kebutuhan energi pada sistem pendukung pembangkit.

Dalam konteks tersebut, tujuan akhir dari rangkaian pemanfaatan panas brine pada proyek ini bukan hanya menghasilkan putaran turbin, tetapi membentuk suatu rantai konversi energi yang memungkinkan panas yang masih tersedia dimanfaatkan menjadi potensi daya listrik tambahan bagi kebutuhan internal pembangkit.

Pemanfaatan brine tersebut juga berkaitan dengan konsep rekayasa berkelanjutan. Pemanfaatan kembali energi panas yang masih tersedia dapat menjadi salah satu pendekatan untuk meningkatkan pemanfaatan sumber energi yang telah digunakan dalam proses pembangkitan. Dalam perspektif rekayasa, hal tersebut tidak hanya berkaitan dengan seberapa besar energi yang dapat dihasilkan, tetapi juga bagaimana suatu sumber daya dapat dimanfaatkan secara tepat dan bertanggung jawab.

Konsep tersebut selaras dengan pendekatan Deep Awareness of I (DAI5) yang menempatkan kesadaran dan tanggung jawab sebagai bagian dari proses rekayasa. Perancang tidak hanya dituntut untuk menghasilkan rancangan yang memenuhi aspek teknis, tetapi juga perlu mempertimbangkan tujuan, manfaat, serta dampak dari solusi yang dikembangkan. Oleh karena itu, proyek ini tidak hanya berfokus pada perancangan turbin, tetapi juga pada bagaimana proses perancangan dilakukan secara sistematis dengan mempertimbangkan aspek teknis dan keberlanjutan.

Berdasarkan hal tersebut, proyek ini menggunakan brine PLTP sebagai sumber panas dalam sistem ORC dan menerapkan konsep Sistem Konversi Energi dalam perancangan turbin impuls sebagai salah satu komponen utama dalam proses konversi energi.

---

2. Initial Thinking

Pemikiran awal dalam proyek ini berangkat dari permasalahan mengenai pemanfaatan energi panas yang masih terdapat pada brine PLTP. Permasalahan tersebut dirumuskan melalui pertanyaan:

Bagaimana energi panas yang masih terkandung dalam brine PLTP dapat dimanfaatkan melalui suatu sistem konversi energi hingga menghasilkan daya yang dapat digunakan untuk menunjang kebutuhan listrik internal pembangkit?

Untuk menjawab permasalahan tersebut, proses analisis dilakukan secara bertahap mulai dari sumber energi hingga keluaran sistem. Brine tidak secara langsung digunakan untuk menggerakkan turbin, tetapi terlebih dahulu dimanfaatkan sebagai sumber panas dalam sistem ORC. Energi panas tersebut ditransfer melalui heat exchanger kepada fluida kerja ORC sehingga fluida kerja memperoleh energi yang cukup untuk mengalami proses ekspansi pada turbin.

Selanjutnya, energi yang dihasilkan dari proses ekspansi digunakan untuk menggerakkan turbin. Pada tahap ini, analisis diarahkan pada prinsip kerja turbomachinery, khususnya hubungan antara perubahan momentum sudut fluida dengan kerja yang dihasilkan oleh rotor melalui Persamaan Euler. Hubungan tersebut kemudian dianalisis lebih lanjut menggunakan segitiga kecepatan untuk menentukan karakteristik aliran relatif terhadap sudu turbin.

Berdasarkan pemikiran tersebut, permasalahan dapat diuraikan menjadi beberapa bagian utama:

1. menentukan karakteristik energi panas yang tersedia dari brine;
2. menentukan bagaimana panas brine dapat ditransfer ke fluida kerja melalui ORC;
3. menganalisis proses ekspansi fluida kerja untuk menghasilkan kerja;
4. menerapkan prinsip turbomachinery pada proses konversi energi;
5. menganalisis segitiga kecepatan sebagai dasar perancangan turbin impuls; dan
6. mengevaluasi rancangan berdasarkan aspek kinerja, efisiensi, dan keberlanjutan.

---

3. Dekonstruksi Masalah Berdasarkan Prinsip Dasar

Permasalahan pada proyek ini kemudian diuraikan berdasarkan prinsip dasar yang saling berhubungan. Setiap prinsip menjadi dasar bagi tahap analisis berikutnya sehingga membentuk suatu alur konversi energi yang sistematis.

Lapisan 1 — Hukum I Termodinamika

Tahap pertama didasarkan pada Hukum I Termodinamika sebagai prinsip konservasi energi. Prinsip ini digunakan untuk memahami hubungan antara energi yang masuk, energi yang keluar, dan perubahan energi dalam suatu sistem. Dalam proyek ini, Hukum I Termodinamika menjadi dasar untuk menganalisis bagaimana energi panas dari brine dapat dimanfaatkan dan dikonversikan melalui suatu sistem energi.

Lapisan 2 — Konversi Energi melalui Organic Rankine Cycle

Setelah sumber energi panas ditentukan, diperlukan suatu sistem yang dapat mengonversikan panas tersebut menjadi bentuk energi yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan kerja. Pada tahap ini digunakan Organic Rankine Cycle (ORC).

Secara aplikatif pada pemanfaatan brine PLTP, ORC berperan sebagai sistem konversi tambahan. Panas brine ditransfer melalui heat exchanger kepada fluida kerja ORC. Fluida kerja kemudian mengalami proses pemanasan hingga mencapai kondisi yang sesuai untuk diekspansikan pada turbin. Selama proses ekspansi, energi fluida kerja dikonversikan menjadi kerja mekanik pada poros turbin.

Setelah proses ekspansi, fluida kerja memasuki kondensor untuk melepaskan panas dan kembali menjadi cair. Fluida tersebut kemudian dipompa kembali menuju heat exchanger untuk menerima panas dari brine. Dengan demikian, fluida kerja bersirkulasi dalam sistem tertutup.

Alur sederhana sistem tersebut adalah:

Brine PLTP → Heat Exchanger → Fluida Kerja ORC → Turbin → Kondensor → Pompa → Heat Exchanger

ORC dalam proyek ini berfungsi sebagai penghubung antara sumber panas brine dan turbin, sehingga panas brine tidak langsung digunakan untuk memutar turbin, tetapi terlebih dahulu dikonversikan melalui fluida kerja.

Lapisan 3 — Persamaan Euler Turbomachinery

Setelah fluida kerja mengalami proses ekspansi dan memasuki turbin, analisis dilanjutkan pada prinsip kerja turbomachinery. Pada turbin, perubahan momentum sudut aliran terhadap rotor menghasilkan kerja mekanik.

Hubungan antara perubahan momentum sudut tersebut dengan kerja turbin dijelaskan melalui Persamaan Euler Turbomachinery. Persamaan ini menjadi penghubung antara analisis energi pada sistem termodinamika dengan analisis gerak fluida pada turbin.

Lapisan 4 — Segitiga Kecepatan

Penerapan Persamaan Euler pada turbin selanjutnya membutuhkan analisis hubungan kecepatan aliran dan kecepatan sudu. Hubungan tersebut direpresentasikan melalui segitiga kecepatan.

Segitiga kecepatan menggambarkan hubungan antara kecepatan absolut fluida, kecepatan keliling sudu, dan kecepatan relatif fluida terhadap sudu. Analisis ini digunakan untuk menentukan parameter aliran seperti besar kecepatan, sudut aliran, serta perubahan komponen tangensial kecepatan yang berpengaruh terhadap kerja turbin.

Lapisan 5 — Turbin Impuls

Hasil analisis tersebut kemudian diterapkan pada perancangan turbin impuls. Pada turbin impuls, energi tekanan fluida terlebih dahulu dikonversikan menjadi energi kinetik melalui nosel. Aliran dengan kecepatan tinggi kemudian diarahkan menuju sudu bergerak. Perubahan momentum aliran ketika melewati sudu menghasilkan gaya tangensial yang menyebabkan rotor berputar.

Putaran tersebut menghasilkan daya mekanik pada poros turbin. Daya mekanik tersebut selanjutnya dapat diteruskan untuk menggerakkan generator sehingga menghasilkan energi listrik yang berpotensi digunakan untuk menunjang sebagian kebutuhan listrik internal PLTP.

Dengan demikian, keseluruhan hubungan prinsip dasar dalam proyek ini dapat dirangkum sebagai:

---

4. Hubungan dengan Pembelajaran Sistem Konversi Energi

Perancangan turbin pada proyek ini merupakan penerapan berlapis dari materi Sistem Konversi Energi, sehingga setiap tahap perancangan memiliki keterkaitan dengan konsep yang telah dipelajari.

Urutan konsep yang digunakan adalah:

Hukum I Termodinamika
↓
Neraca dan Perubahan Energi
↓
Organic Rankine Cycle (ORC)
↓
Proses Ekspansi pada Turbin
↓
Persamaan Euler Turbomachinery
↓
Segitiga Kecepatan
↓
Perancangan Turbin Impuls
↓
Daya Mekanik
↓
Generator dan Energi Listrik

Hukum I Termodinamika memberikan dasar dalam memahami konservasi energi, sedangkan konsep ORC digunakan untuk menjelaskan proses pemanfaatan panas brine. Proses ekspansi kemudian menghasilkan kondisi aliran yang digunakan dalam analisis turbin. Selanjutnya, Persamaan Euler dan segitiga kecepatan digunakan sebagai dasar untuk menentukan karakteristik aliran dan parameter perancangan turbin impuls.

Dengan demikian, proyek ini merupakan penerapan langsung konsep Sistem Konversi Energi dari tingkat dasar hingga penerapannya dalam perancangan komponen turbin.

---

5. Integrasi DAI5 dan Rekayasa Berkelanjutan

Pendekatan DAI5 digunakan sebagai kerangka berpikir dalam proses perancangan. Deep Awareness of I menjadi landasan untuk menyadari tujuan dan tanggung jawab perancang dalam menggunakan pengetahuan Teknik Mesin untuk menghasilkan suatu solusi. Kesadaran tersebut kemudian diterapkan dalam proses pengambilan keputusan selama perancangan, termasuk dalam mempertimbangkan asumsi, metode perhitungan, serta keterbatasan rancangan.

Tahap Initial Thinking digunakan untuk mengidentifikasi permasalahan pemanfaatan panas brine dan menguraikannya menjadi rangkaian proses konversi energi. Tahap Idealization digunakan untuk menyederhanakan sistem melalui asumsi dan pendekatan yang sesuai dengan tujuan perancangan. Selanjutnya, Instruction Set digunakan untuk menyusun proses perhitungan secara sistematis, mulai dari kondisi termodinamika, proses ekspansi, analisis segitiga kecepatan, hingga penentuan dimensi dan parameter kinerja turbin.

Integrasi DAI5 dalam proyek ini diharapkan dapat menjaga agar proses perancangan tidak hanya berorientasi pada hasil perhitungan teknis, tetapi juga mempertimbangkan tujuan, manfaat, tanggung jawab, dan aspek keberlanjutan. Dengan demikian, pemanfaatan brine melalui ORC dan turbin impuls dipandang sebagai suatu proses rekayasa yang menghubungkan potensi sumber energi, prinsip konversi energi, perancangan turbomachinery, dan tanggung jawab terhadap pemanfaatan sumber daya.

G. METODE & LANGKAH-LANGKAH SOLUSI

1. Idealisasi

Tahap idealisasi dilakukan untuk menyederhanakan sistem pemanfaatan panas brine melalui Organic Rankine Cycle (ORC) sehingga proses perancangan turbin impuls dapat dianalisis menggunakan model dan prinsip dasar yang sesuai. Idealisasi dilakukan dengan tetap mempertahankan karakteristik utama sistem, yaitu perpindahan energi panas dari brine menuju fluida kerja ORC, proses ekspansi fluida kerja, serta konversi energi fluida menjadi daya mekanik melalui turbin.

Dalam perancangan ini, sistem dianalisis menggunakan pendekatan satu dimensi (one-dimensional flow) dengan kondisi operasi yang dianggap berada pada keadaan tunak (steady-state). Perubahan energi kinetik dan potensial pada komponen yang tidak dominan dapat diabaikan apabila pengaruhnya relatif kecil terhadap neraca energi. Aliran fluida juga diasumsikan berlangsung sesuai dengan kondisi desain yang telah ditentukan sehingga parameter termodinamika dan parameter aliran dapat digunakan sebagai dasar perhitungan.

Pada sisi turbin, proses ekspansi fluida kerja dianalisis berdasarkan perubahan kondisi tekanan dan entalpi. Energi yang tersedia dari proses ekspansi kemudian digunakan untuk menentukan kecepatan keluar nosel dan karakteristik aliran yang memasuki sudu turbin. Analisis selanjutnya menggunakan Persamaan Euler Turbomachinery dan segitiga kecepatan untuk menentukan hubungan antara kecepatan absolut fluida, kecepatan relatif, dan kecepatan keliling sudu.

Turbin yang digunakan diidealisasikan sebagai turbin impuls, sehingga penurunan tekanan utama dianggap terjadi pada nosel sebelum aliran memasuki sudu bergerak. Energi kinetik aliran kemudian dikonversikan menjadi kerja mekanik melalui perubahan momentum fluida pada sudu turbin.

Untuk mendukung proses perancangan, beberapa parameter seperti tekanan, temperatur, laju aliran massa, kecepatan putar, serta karakteristik geometris turbin ditetapkan sebagai parameter desain. Nilai-nilai tersebut digunakan sebagai dasar perhitungan analitis dan bukan sebagai hasil pengujian eksperimental. Dengan demikian, hasil yang diperoleh merepresentasikan performa dan parameter rancangan secara analitis, dengan keterbatasan yang mengikuti asumsi dan data yang digunakan.

Idealisasi tersebut dibuat agar hubungan antara sumber panas, siklus ORC, proses ekspansi, dan turbin dapat dianalisis secara berurutan. Pendekatan ini juga menjaga agar model tetap sesuai dengan tujuan proyek, yaitu menghasilkan rancangan turbin impuls yang dapat memanfaatkan energi dari sistem ORC dan berpotensi menghasilkan daya mekanik untuk selanjutnya dikonversikan menjadi energi listrik.

---

2. Instruction Set

Proses penyelesaian dilakukan secara bertahap dengan menghubungkan analisis termodinamika, mekanika fluida, dan turbomachinery. Tahapan perancangan disusun sebagai berikut.

1. Menentukan Sistem dan Tujuan Perancangan

Tahap awal dilakukan dengan menentukan batas sistem yang dianalisis, yaitu pemanfaatan panas brine PLTP sebagai sumber panas ORC hingga menghasilkan daya mekanik pada turbin impuls.

Tujuan perancangan ditetapkan untuk memperoleh parameter utama turbin, meliputi kondisi operasi, daya turbin, kecepatan aliran, kecepatan sudu, karakteristik segitiga kecepatan, serta dimensi utama komponen turbin.

---

2. Menentukan Kondisi Operasi dan Parameter Awal

Parameter awal sistem ditentukan berdasarkan kondisi desain yang digunakan dalam perhitungan. Parameter tersebut meliputi:

• temperatur masuk turbin;
• temperatur keluar turbin;
• tekanan masuk turbin;
• tekanan keluar turbin;
• laju aliran massa;
• kecepatan putar turbin; dan
• parameter termodinamika fluida kerja.

Data tersebut kemudian digunakan untuk menentukan perubahan energi yang tersedia selama proses ekspansi.

---

3. Menentukan Perubahan Energi pada Proses Ekspansi

Perubahan energi fluida kerja ditentukan berdasarkan perbedaan kondisi termodinamika antara sisi masuk dan sisi keluar turbin. Besarnya perubahan entalpi digunakan sebagai dasar untuk menentukan energi spesifik yang tersedia untuk proses ekspansi.

Secara umum:$$\Delta h=h_{in}-h_{out}$$

Besarnya $\Delta h$ kemudian digunakan dalam menentukan kecepatan aliran keluar nosel dan parameter kerja turbin.

---

4. Menentukan Kecepatan Keluar Nosel

Pada turbin impuls, energi tekanan fluida dikonversikan menjadi energi kinetik melalui nosel. Oleh karena itu, kecepatan keluar nosel menjadi salah satu parameter utama dalam perancangan.

Kecepatan keluar nosel ditentukan berdasarkan perubahan entalpi dan koefisien kecepatan nosel:$$c_1=91.5\phi\sqrt{\Delta h}$$

dengan $c_1$ sebagai kecepatan absolut fluida keluar nosel dan $\phi$ sebagai koefisien kecepatan nosel.

Nilai tersebut kemudian digunakan sebagai dasar dalam analisis segitiga kecepatan.

---

5. Menentukan Kecepatan Keliling Sudu

Kecepatan keliling sudu ditentukan berdasarkan rasio antara kecepatan keliling dengan kecepatan absolut fluida:$$u=\left(\frac{u}{c_1}\right)c_1$$

Parameter ini digunakan untuk menentukan hubungan kinematik antara fluida dan rotor serta menjadi salah satu parameter utama dalam analisis turbomachinery.

---

6. Melakukan Analisis Segitiga Kecepatan

Setelah kecepatan absolut dan kecepatan keliling diperoleh, dilakukan analisis segitiga kecepatan pada setiap baris sudu.

Analisis mencakup:

• kecepatan absolut $c$;
• kecepatan relatif $w$;
• kecepatan keliling $u$;
• sudut absolut $\alpha$; dan
• sudut relatif $\beta$.

Hubungan vektor dasarnya adalah:$$\vec{C}=\vec{U}+\vec{W}$$

Analisis tersebut digunakan untuk mengetahui perubahan arah dan besar kecepatan fluida ketika melewati sudu turbin.

---

7. Menentukan Kerja Turbin Berdasarkan Persamaan Euler

Perubahan komponen tangensial kecepatan fluida digunakan untuk menentukan kerja spesifik turbin berdasarkan Persamaan Euler Turbomachinery. Secara umum, kerja spesifik dapat dinyatakan sebagai:$$w_t=U(C_{w1}-C_{w2})$$

Persamaan tersebut menunjukkan bahwa kerja turbin berkaitan dengan kecepatan keliling sudu dan perubahan komponen tangensial kecepatan absolut fluida.

Hasil perhitungan kemudian digunakan untuk menentukan daya yang dapat dihasilkan oleh turbin berdasarkan laju aliran massa.

---

8. Menentukan Geometri Nosel dan Sudu

Setelah kondisi aliran diperoleh, dilakukan penentuan dimensi utama komponen turbin, meliputi:

• tinggi nosel;
• lebar nosel;
• panjang nosel;
• tinggi sudu;
• panjang atau lebar sudu;
• jari-jari sudu;
• pitch; dan
• jumlah sudu.

Dimensi tersebut ditentukan berdasarkan kondisi aliran, laju aliran massa, kecepatan fluida, serta parameter geometris hasil analisis sebelumnya.

---

9. Menghitung Kerugian Energi dan Efisiensi

Dalam kondisi nyata, tidak seluruh energi yang tersedia dapat dikonversikan menjadi daya poros. Oleh karena itu, perancangan mempertimbangkan beberapa bentuk kehilangan energi, seperti:

• kehilangan pada nosel;
• kehilangan pada sudu bergerak;
• kehilangan pada sudu pengarah;
• kehilangan pada sudu baris berikutnya;
• leaving loss; dan
• kehilangan lainnya.

Kerugian tersebut digunakan untuk menentukan efisiensi dan daya efektif turbin sehingga hasil perancangan tidak hanya didasarkan pada kondisi ideal.

---

10. Menentukan Daya Efektif Turbin

Setelah seluruh kehilangan diperhitungkan, dilakukan penentuan daya efektif yang tersedia pada poros turbin. Daya tersebut menjadi parameter utama untuk menilai kemampuan rancangan dalam menghasilkan kerja mekanik.

Daya mekanik poros selanjutnya secara konseptual dapat diteruskan ke generator untuk menghasilkan energi listrik yang berpotensi digunakan sebagai tambahan daya bagi sebagian kebutuhan internal PLTP.

---

11. Menentukan Komponen Pendukung

Selain komponen utama turbin, dilakukan penentuan parameter pendukung seperti:

• diameter cakram;
• dimensi poros;
• panjang poros;
• diameter poros; dan
• kebutuhan bantalan.

Komponen tersebut ditentukan berdasarkan kondisi pembebanan dan parameter operasi turbin sehingga rancangan tidak hanya mempertimbangkan proses konversi energi, tetapi juga aspek mekanis.

---

12. Melakukan Verifikasi Perhitungan

Setiap hasil perhitungan diperiksa kembali melalui hubungan antarparameter dan neraca energi. Verifikasi dilakukan dengan membandingkan hasil perhitungan antarbagian, memastikan konsistensi satuan, serta memeriksa apakah hasil geometris dan parameter operasi masih berada dalam batas yang sesuai dengan asumsi rancangan.

Tahap ini penting untuk mengurangi kesalahan perhitungan dan memastikan bahwa parameter yang diperoleh dapat digunakan pada tahap perancangan berikutnya.

---

13. Evaluasi dan Penyempurnaan Rancangan

Apabila ditemukan ketidaksesuaian antara parameter termodinamika, parameter aliran, geometri, dan performa turbin, dilakukan peninjauan kembali terhadap parameter yang digunakan. Proses tersebut dilakukan secara iteratif hingga diperoleh rancangan yang lebih konsisten dengan tujuan awal.

Dengan demikian, Instruction Set tidak hanya menghasilkan nilai numerik, tetapi juga menjelaskan makna fisik dari setiap parameter dan keterkaitannya dengan tujuan perancangan.

H. DATA DAN PERHITUNGAN PERANCANGAN

1. Data Awal Perancangan

Perancangan turbin impuls dilakukan berdasarkan kondisi sumber panas PLTP dan parameter rancangan turbin. Data yang digunakan merupakan parameter pendekatan yang diperoleh dari data teknis, literatur akademik/industri, serta pendekatan perancangan yang relevan. Data tersebut digunakan sebagai dasar untuk melakukan perhitungan analitis.

Tabel 1. Parameter Awal Perancangan

Parameter	Simbol	Nilai	Satuan
Temperatur brine	$T_b$	176	°C
Tekanan brine	$P_b$	9,65	bar
Laju aliran brine	$\dot m_b$	44,23	kg/s
Kapasitas rancangan	$P$	517	kW
Putaran turbin	$n$	3000	rpm
Rasio kecepatan sudu	$u/c_1$	0,38	–
Koefisien kecepatan nosel	$\phi$	0,95	–
Sudut keluar nosel	$\alpha_1$	20	°
Penurunan entalpi/kalor	$\Delta h$	7,16	kcal/kg
Diameter awal rotor	$d$	0,567	m

Catatan: kapasitas 517 kW digunakan sebagai target/orde daya rancangan. Nilai hasil perhitungan berikut merupakan pendekatan analitis, sehingga tidak dianggap sebagai hasil simulasi numerik atau pengujian aktual.

---

2. Penentuan Penurunan Kalor pada Turbin

Energi spesifik yang tersedia untuk proses ekspansi turbin ditentukan dari selisih entalpi antara kondisi masuk dan keluar.$$\Delta h=h_1-h_2$$

Berdasarkan parameter termodinamika yang digunakan dalam pendekatan perancangan:$$\boxed{\Delta h=7,16\ \text{kcal/kg}}$$

Nilai tersebut menjadi dasar untuk menentukan kecepatan teoritis fluida yang keluar dari nosel.

Dalam satuan SI:$$1\text{ kcal/kg}=4,1868\text{ kJ/kg}$$

sehingga:$$\Delta h=7,16(4,1868)$$$$\boxed{\Delta h\approx29,98\text{ kJ/kg}}$$

Jadi, energi spesifik yang tersedia dari proses ekspansi yang digunakan dalam pendekatan rancangan adalah sekitar:$$\boxed{\Delta h\approx30,0\text{ kJ/kg}}$$

---

3. Perhitungan Kecepatan Keluar Nosel

Pada turbin impuls, penurunan energi pada fluida dikonversikan menjadi energi kinetik melalui nosel. Kecepatan keluar nosel ditentukan menggunakan koefisien kecepatan nosel.

Persamaan yang digunakan:$$c_1=91,5\phi\sqrt{\Delta h}$$

dengan:

• $c_1$ = kecepatan absolut keluar nosel (m/s)
• $\phi$ = koefisien kecepatan nosel
• $\Delta h$ = penurunan kalor (kcal/kg)

Dengan:$$\phi=0,95$$

dan:$$\Delta h=7,16\text{ kcal/kg}$$

maka:$$c_1=91,5(0,95)\sqrt{7,16}$$$$c_1=232,67\text{ m/s}$$

Sehingga:$$\boxed{c_1=232,67\text{ m/s}}$$

Nilai ini menunjukkan bahwa energi termal spesifik yang tersedia dikonversikan menjadi aliran berkecepatan tinggi sebelum memasuki sudu rotor.

---

4. Penentuan Kecepatan Keliling Sudu

Kecepatan keliling sudu ditentukan berdasarkan rasio kecepatan:$$\frac{u}{c_1}=0,38$$

Sehingga:$$u=0,38c_1$$$$u=0,38(232,67)$$$$\boxed{u=88,41\text{ m/s}}$$

Catatan: pada perhitungan awal lu sebelumnya didapat $89,11$ m/s. Kalau $c_1=232,67$ m/s dan rasio tepat $0,38$, hasil aritmetikanya adalah 88,41 m/s. Jadi untuk laporan final sebaiknya kita pakai 88,41 m/s agar konsisten.

---

5. Perhitungan Segitiga Kecepatan

Analisis segitiga kecepatan dilakukan untuk mengetahui hubungan antara kecepatan absolut fluida, kecepatan relatif terhadap sudu, dan kecepatan keliling sudu.

Hubungan dasar:$$\vec C=\vec U+\vec W$$

atau secara komponen:$$C_w=C\cos\alpha$$$$C_f=C\sin\alpha$$

dengan:

• $C$ = kecepatan absolut;
• $W$ = kecepatan relatif;
• $U$ = kecepatan keliling sudu;
• $\alpha$ = sudut absolut;
• $\beta$ = sudut relatif.

5.1 Kecepatan Relatif Masuk Sudu

Dengan:$$c_1=232,67\text{ m/s}$$$$u=88,41\text{ m/s}$$

dan:$$\alpha_1=20^\circ$$

komponen kecepatan absolut:$$c_{w1}=c_1\cos\alpha_1$$$$c_{w1}=232,67\cos20^\circ$$$$\boxed{c_{w1}\approx218,68\text{ m/s}}$$

Komponen aliran:$$c_{f1}=c_1\sin\alpha_1$$$$c_{f1}=232,67\sin20^\circ$$$$\boxed{c_{f1}\approx79,57\text{ m/s}}$$

Kecepatan relatif:$$w_1=\sqrt{(c_{w1}-u)^2+c_{f1}^2}$$$$w_1=\sqrt{(218,68-88,41)^2+(79,57)^2}$$$$\boxed{w_1\approx152,65\text{ m/s}}$$

Sehingga nilai pendekatan kecepatan relatif masuk berada pada orde:$$\boxed{w_1\approx153\text{ m/s}}$$

---

5.2 Sudut Sudu Masuk

Sudut relatif masuk sudu ditentukan dari:$$\tan\beta_1= \frac{c_{f1}}{c_{w1}-u}$$$$\tan\beta_1= \frac{79,57}{218,68-88,41}$$$$\tan\beta_1=0,6107$$$$\boxed{\beta_1\approx31,43^\circ}$$

Nilai ini sangat dekat dengan pendekatan awal lu:$$\beta_1\approx31,56^\circ$$

---

6. Sudut Keluar Sudu

Dengan asumsi perubahan sudut sudu sebesar $3^\circ$, maka:$$\beta_2=\beta_1-3^\circ$$$$\beta_2=31,43^\circ-3^\circ$$$$\boxed{\beta_2=28,43^\circ}$$

Untuk pendekatan rancangan:$$\boxed{\beta_2\approx28,4^\circ}$$

---

7. Kecepatan Keluar Rotor

Kecepatan relatif keluar sudu digunakan berdasarkan pendekatan kehilangan pada sudu. Dari data awal yang digunakan:$$w_2=132,27\text{ m/s}$$

Selanjutnya kecepatan absolut keluar rotor ditentukan dari hubungan vektor segitiga kecepatan.

Persamaan yang benar untuk konfigurasi vektor yang digunakan adalah:$$c_2= \sqrt{w_2^2+u^2-2w_2u\cos\beta_2}$$

Perlu diperhatikan: pada perhitungan awal lu tertulis tanda $+$ sebelum suku kosinus. Untuk mendapatkan konfigurasi segitiga kecepatan yang sesuai dengan hasil $c_2$, bentuk yang digunakan adalah tanda minus.

Dengan:$$w_2=132,27\text{ m/s}$$$$u=88,41\text{ m/s}$$$$\beta_2=28,43^\circ$$

maka:$$c_2= \sqrt{132,27^2+88,41^2- 2(132,27)(88,41)\cos28,43^\circ}$$$$\boxed{c_2\approx68,7\text{ m/s}}$$

Sehingga digunakan:$$\boxed{c_2\approx68,78\text{ m/s}}$$

sebagai nilai pendekatan rancangan.

---

8. Perhitungan Kerugian Energi Keluar

Kerugian energi akibat kecepatan keluar rotor atau leaving loss dihitung dari energi kinetik aliran yang masih tersisa setelah meninggalkan sudu.$$h_e=\frac{c_2^2}{2g}$$

Untuk formulasi dalam satuan energi kalor yang digunakan pada pendekatan awal:$$h_e=\frac{c_2^2}{8378}$$

Dengan:$$c_2=68,78\text{ m/s}$$

maka:$$h_e= \frac{68,78^2}{8378}$$$$\boxed{h_e\approx0,56\text{ kcal/kg}}$$

Catatan penting: angka awal lu $0,42$ kcal/kg tidak konsisten dengan $c_2=68,78$ jika penyebutnya 8378. Hasil aritmetikanya sekitar 0,56 kcal/kg. Ini sebaiknya kita pakai di laporan final, kecuali tabel sumber lu punya definisi khusus untuk $h_e$.

---

9. Efisiensi Turbin

Efisiensi diagram/kecepatan turbin ditentukan berdasarkan hubungan kerja aktual terhadap energi kinetik yang tersedia.

Secara umum:$$\eta_u= \frac{\text{kerja pada sudu}} {\text{energi kinetik masuk}}$$

atau dalam bentuk analisis segitiga kecepatan:$$\eta_u= \frac{2u(C_{w1}-C_{w2})}{c_1^2}$$

dengan:

• $u$ = kecepatan keliling sudu;
• $C_{w1}$ = komponen tangensial kecepatan masuk;
• $C_{w2}$ = komponen tangensial kecepatan keluar;
• $c_1$ = kecepatan absolut masuk.

Berdasarkan parameter rancangan dan pendekatan kehilangan yang digunakan, efisiensi turbin berada pada orde:$$\boxed{\eta_u\approx82,5\%}$$

Nilai ini digunakan sebagai nilai pendekatan desain, bukan hasil pengujian eksperimental.

---

10. Penentuan Daya Efektif Turbin

Target kapasitas rancangan ditetapkan sekitar:$$P_{target}=517\text{ kW}$$

Setelah mempertimbangkan rugi-rugi mekanis dan rugi-rugi aliran, daya efektif yang digunakan dalam rancangan adalah:$$\boxed{P_{ef}\approx515,18\text{ kW}}$$

Sehingga secara pendekatan:$$\frac{P_{ef}}{P_{target}}\times100\% = \frac{515,18}{517}\times100\%$$$$\boxed{\approx99,65\%}$$

Nilai tersebut menunjukkan bahwa angka 515,18 kW harus diposisikan sebagai hasil pendekatan daya efektif rancangan, bukan sebagai daya listrik aktual generator. Jika nantinya dihubungkan dengan generator, masih terdapat efisiensi generator dan rugi-rugi sistem kelistrikan.

---

11. Dimensi Nosel

Luas penampang efektif nosel ditentukan berdasarkan laju aliran massa, volume spesifik fluida, diameter rata-rata, koefisien aliran, kecepatan keluar, dan sudut nosel.

Persamaan yang digunakan:$$l= \frac{\dot m_o v_1} {\pi d\varepsilon c_1\sin\alpha_1}$$

Dengan pendekatan data awal:$$\dot m_o=17,25\text{ kg/s}$$$$v_1=0,0598\text{ m}^3/\text{kg}$$$$d=0,57\text{ m}$$$$\varepsilon=0,31$$$$c_1=232,67\text{ m/s}$$$$\alpha_1=20^\circ$$

maka:$$l= \frac{17,25(0,0598)} {\pi(0,57)(0,31)(232,67)\sin20^\circ}$$$$\boxed{l\approx23,72\text{ mm}}$$

---

12. Dimensi Sudu Turbin

Lebar dasar sudu ditentukan:$$b=25\text{ mm}$$

Nilai ini digunakan sebagai pendekatan geometris untuk turbin dengan kapasitas rancangan pada orde ratusan kilowatt.

12.1 Tinggi Sudu

Panjang sudu hasil perhitungan nosel:$$l=23,72\text{ mm}$$

Dengan tambahan konstruktif:$$l’_1=l+2$$$$l’_1=23,72+2$$$$\boxed{l’_1=25,72\text{ mm}}$$

---

12.2 Jari-Jari Geometri Sudu

Hubungan geometri yang digunakan:$$R_1= \frac{b} {\cos\beta_1+\cos\beta_2}$$

Dengan:$$b=25\text{ mm}$$$$\beta_1=31,43^\circ$$$$\beta_2=28,43^\circ$$

maka:$$R_1= \frac{25} {\cos31,43^\circ+\cos28,43^\circ}$$$$\boxed{R_1\approx14,45\text{ mm}}$$

---

12.3 Pitch Sudu

Pitch sudu dihitung menggunakan:$$t_1=R_1(\sin\beta_1+\sin\beta_2)$$$$t_1= 14,45(\sin31,43^\circ+\sin28,43^\circ)$$$$\boxed{t_1\approx14,43\text{ mm}}$$

Catatan: pada hitungan awal lu tertulis 14,43 cm. Yang benar untuk konsistensi dimensi adalah 14,43 mm, bukan cm.

---

12.4 Jumlah Sudu

Jumlah sudu ditentukan dengan:$$z_1=\frac{\pi d}{t_1}$$

Dengan:$$d=567,3\text{ mm}$$

dan:$$t_1=14,43\text{ mm}$$

maka:$$z_1= \frac{\pi(567,3)}{14,43}$$$$z_1=123,54$$

Karena jumlah sudu harus berupa bilangan bulat:$$\boxed{z_1\approx124\text{ buah}}$$

---

13. Dimensi Cakram

Diameter cakram ditentukan berdasarkan hubungan antara kecepatan keliling, putaran, dan diameter:$$u=\frac{\pi dn}{60}$$

sehingga:$$d=\frac{60u}{\pi n}$$

Dengan pendekatan awal:$$u\approx89,11\text{ m/s}$$$$n=3000\text{ rpm}$$

maka:$$d= \frac{60(89,11)} {\pi(3000)}$$$$\boxed{d\approx0,567\text{ m}}$$

atau:$$\boxed{d\approx56,7\text{ cm}}$$

Untuk konsistensi dengan nilai diameter yang digunakan pada perhitungan sudu:$$\boxed{d\approx567\text{ mm}}$$

---

13.1 Tebal Cakram

Tebal cakram ditetapkan berdasarkan pendekatan konstruktif:$$t_c=77\text{ mm}$$

atau:$$\boxed{t_c=7,7\text{ cm}}$$

Cakram dalam rancangan diidealisasikan sebagai cakram silinder pejal.

---

14. Dimensi Poros

Poros turbin diidealisasikan sebagai silinder pejal. Berdasarkan rancangan awal:$$L=600\text{ mm}$$

dan:$$D_s=110\text{ mm}$$

sehingga:$$\boxed{L=600\text{ mm}}$$$$\boxed{D_s=110\text{ mm}}$$

Parameter tersebut selanjutnya dapat digunakan untuk evaluasi mekanis terhadap beban puntir, lentur, serta kebutuhan bantalan.

---

15. Parameter Kinerja Turbin

Berdasarkan rangkaian perhitungan analitis, diperoleh parameter kinerja utama sebagai berikut.

Parameter	Hasil pendekatan
Kapasitas target	517 kW
Daya efektif turbin	≈515,18 kW
Penurunan kalor	7,16 kcal/kg
Penurunan kalor	≈29,98 kJ/kg
Kecepatan keluar nosel $c_1$	232,67 m/s
Kecepatan keliling $u$	≈88–89 m/s
Sudut masuk relatif $\beta_1$	≈31,4°
Sudut keluar relatif $\beta_2$	≈28,4°
Kecepatan keluar rotor $c_2$	≈68,78 m/s
Efisiensi pendekatan	≈82,5%
Diameter rotor/cakram	≈0,567 m
Tebal cakram	77 mm
Lebar sudu	25 mm
Pitch sudu	≈14,43 mm
Jumlah sudu	≈124 buah
Panjang poros	600 mm
Diameter poros	110 mm

---

16. Interpretasi Hasil

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa berdasarkan parameter pendekatan yang digunakan, turbin impuls yang dirancang memiliki kapasitas pada orde 517 kW, dengan daya efektif sekitar 515,18 kW. Energi spesifik yang tersedia dari proses ekspansi direpresentasikan melalui penurunan kalor sebesar 7,16 kcal/kg atau sekitar 29,98 kJ/kg.

Energi tersebut kemudian dikonversikan menjadi energi kinetik melalui nosel dengan kecepatan keluar sekitar 232,67 m/s. Kecepatan tersebut menjadi dasar pembentukan segitiga kecepatan dan penentuan parameter sudu. Hasil analisis menunjukkan kecepatan keliling sudu berada pada kisaran 88–89 m/s, dengan sudut relatif masuk dan keluar masing-masing sekitar 31,4° dan 28,4°.

Dari sisi geometris, diameter rotor diperoleh sekitar 0,567 m, dengan lebar sudu sekitar 25 mm dan jumlah sudu sekitar 124 buah. Parameter tersebut merupakan hasil pendekatan analitis berdasarkan hubungan termodinamika dan turbomachinery yang digunakan dalam perancangan.

Seluruh hasil pada bagian ini merupakan hasil perhitungan analitis berdasarkan parameter pendekatan dari literatur/data teknis dan bukan hasil simulasi CFD, simulasi siklus, maupun pengujian eksperimental. Oleh karena itu, nilai yang diperoleh digunakan untuk menunjukkan kelayakan konseptual dan hubungan antarparameter dalam rancangan, sedangkan validasi performa aktual masih memerlukan simulasi dan/atau pengujian lebih lanjut.

I. Kesimpulan, Penutup, dan Rekomendasi

1. Kesimpulan

Perancangan turbin impuls pada sistem Organic Rankine Cycle (ORC) dengan memanfaatkan brine PLTP dilakukan sebagai bentuk penerapan prinsip konversi energi dalam Sistem Konversi Energi. Brine yang masih memiliki energi termal dimanfaatkan sebagai sumber panas untuk memanaskan fluida kerja ORC, kemudian energi tersebut dikonversikan menjadi energi mekanik melalui turbin impuls dan selanjutnya berpotensi dikonversikan menjadi energi listrik melalui generator.

Berdasarkan hasil perhitungan analitis, diperoleh beberapa parameter utama desain, yaitu penurunan entalpi sebesar 7,16 kcal/kg, kecepatan keluar nozzle sebesar 232,67 m/s, kecepatan keliling sudu sekitar 88–89 m/s, serta efisiensi turbin sekitar 82,5%. Hasil tersebut menunjukkan bahwa konsep turbin impuls dapat digunakan sebagai pendekatan dalam pemanfaatan energi termal brine pada sistem ORC.

Penerapan kerangka DAI5 membantu proses perancangan dilakukan secara lebih sistematis, mulai dari kesadaran terhadap tujuan dan nilai yang ingin dicapai, pemahaman masalah, idealisasi sistem, hingga penyusunan langkah penyelesaian. Dengan demikian, perancangan tidak hanya mempertimbangkan aspek teknis, tetapi juga memperhatikan aspek keberlanjutan, ketelitian, tanggung jawab, dan pemanfaatan energi secara lebih bijaksana.

2. Penutup

Secara keseluruhan, perancangan ini menunjukkan bagaimana konsep-konsep dasar termodinamika, ORC, turbin impuls, segitiga kecepatan, dan persamaan Euler dapat dihubungkan menjadi suatu proses perancangan sistem konversi energi. Pendekatan tersebut memberikan gambaran awal mengenai kemungkinan pemanfaatan panas brine yang sebelumnya belum dimanfaatkan secara optimal dalam bentuk tambahan proses konversi energi.

3. Rekomendasi

Untuk pengembangan selanjutnya, diperlukan analisis yang lebih mendalam terhadap material turbin, karakteristik fluida kerja ORC, perpindahan panas pada heat exchanger, serta strategi kontrol sistem. Selain itu, validasi melalui simulasi numerik dan pengujian eksperimental dapat dilakukan untuk mengetahui kesesuaian antara hasil perhitungan analitis dengan kondisi aktual.

Pengembangan berikutnya juga dapat diarahkan pada strategi kontrol yang lebih adaptif agar turbin dapat bekerja secara optimal ketika kondisi brine, seperti temperatur dan laju aliran, mengalami perubahan. Dengan demikian, kinerja dan keandalan sistem dapat ditingkatkan sekaligus tetap mempertahankan prinsip rekayasa berkelanjutan.

J. Ucapan Terima Kasih

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan dalam penyusunan dan perancangan sistem ini, baik dalam bentuk arahan, diskusi, referensi, maupun dukungan selama proses pembelajaran. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada dosen dan mentor yang telah memberikan bimbingan dalam memahami konsep Sistem Konversi Energi, termodinamika, ORC, serta perancangan turbin.

K. Referensi yang Dikutip

Amalianty. (2013). Perancangan turbin uap pada siklus Rankine organik untuk pembangkit listrik kapasitas 100 kWe. Bandung: POLBAN.

Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2002). Thermodynamics: An engineering approach. New York: McGraw-Hill.

Church, E. F. (1935). Steam turbines. New York: McGraw-Hill.

DiPippo, R. (2008). Geothermal power plants (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.

IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. (2019). 240(3), 032024.

Lee, J. F. (1954). Theory and design of steam & gas turbine. New York: McGraw-Hill.

Mitsubishi Hitachi Power Systems. (2019). Mitsubishi Hitachi Power Systems. Diakses Desember 2019.

Mubarok, Z. (2014). Perancangan turbin uap pada pembangkit listrik tenaga panas bumi siklus biner untuk pembangkitan listrik kapasitas 1,3 MWe. Bandung: POLBAN.

Universitas Indonesia, Department of Mechanical Engineering, Fluid Mechanics Laboratory. (n.d.). Module 7: Impulse turbine. Prof. Dr. Ir. Harinaldi, M.Eng., & Dr.-Ing. Ridho Irwansyah.

L. Lampiran

Lampiran 1. Data Awal Perancangan

Berisi data kondisi sumber panas dan parameter awal yang digunakan dalam analisis, antara lain:

• Temperatur brine: 176 °C
• Tekanan brine: 9,65 bar
• Laju aliran brine: 44,23 kg/s
• Kapasitas rancangan: 517 kW
• Putaran turbin: 3000 rpm
• Koefisien kecepatan nozzle: 0,95
• Rasio kecepatan $u/c_1$: 0,38
• Sudut keluar nozzle: 20°

Lampiran 2. Siklus ORC

Lampiran 3. Alur Kerja PLTP