## PEMANFAATAN PANAS BUANG FLUE GAS PLTU DENGAN APLIKASI SIKLUS RANKINE ORGANIK

## Diki Ismail Permana, Mohammad Azis Mahardika
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Nasional, Bandung dicky91permana@itenas.ac.id, m.azis.mahardika@itenas.ac.id
DOI: http://dx.doi.org/10.35261/barometer.v4i2.1851

## I. P ENDAHULUAN
Kebutuhan  energi  dunia  semakin  hari  semakin  meningkat seiring  dengan  pertambhan  penduduk.  Hal  ini  dijelaskan  pada APEC  Energi  Demand  and  Supply  Outlook yang  ditulis  oleh APEC  ( Asia  Pacific  Economic  Cooperation )  dan  disajikan  oleh Gambar 1.
Gambar 1 Kebutuhan energi dunia 1990-2035 [1]
Dapat  dilihat  dari  grafik  kebutuhan  energi  dunia  dimana setiap  tahunnya  kebutuhan  energi  semakin  meningkat  dan  dapat dilihat  pula  bahwa  sektor  di  bidang  industri  merupakan  sektor yang  paling  membutuhkan  energi.  Pertambahan  penduduk  di Indonesia  pada  khususnya  menyebabkan  peningkatan  kebutuhan energi  yang  juga  dijelaskan  pada  buku  [1].  Untuk  memenuhi kebutuhan  energi  dibutuhkan  juga  teknologi    yang  tidak  hanya memiliki efisiensi tinggi,  namun  juga  memiliki  sifat  yang ramah lingkungan,  mengingat  ketersediaan  bahan  bakar  fosil  yang semakin menurun. Menurut BPPT [2] kebutuhan energi dalam hal ini berupa listrik masih didominasi oleh bahan bakar fosil berupa batubara  dan  minyak  dengan  masing-masing  kebutuhan  sebesar 37%  dan  32%.  Sehingga  dibutuhkan  suatu  upaya  untuk mengurangi  jumlah  konsumsi  bahan  bakar  fosil  mengingat ketersediaannya  yang  terbatas  dan  dampak  yang  ditimbulkan berupa emisi gas rumah kaca. Dimana pemerintah Indonesia telah berkomitmen  untuk  menurunkan  emisi  gas  rumah  kaca  sebesar
26%  dengan  usaha  sendiri  dan  mencapai  41%  dengan  bantuan internasional pada tahun 2020 [2].
Gambar  2 Proyeksi bauran energi primer [2]
Dari  Gambar  2  dapat  dilihat  bahwa  penggunaan  batu  bara masih  mendominasi  penggunaan  bahan  bakar  fosil  untuk pembangkitan energi khususnya Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).  Pada  sistem  PLTU, flue  gas merupakan  sumber  panas buang yang terbesar diantara sumber panas buang lainnya. Potensi yang  dimiliki  oleh flue  gas masih  dapat  dimanfaatkan  dengan skema  sistem  regeneratif.  Bahkan,  pembangkitan  listrik  dari flue gas tingkat  rendah  industri  dapat  dilakukan  dengan  penggunaan Siklus  Rankine  Organik  (SRO).  SRO  merupakan  salah  satu teknologi  yang  banyak  dimanfaatkan  untuk  panas  buang  dari industri dan menambah efisiensi energi. SRO sangat efektif dalam pemanfaatan  panas  buang  dan  dapat  diaplikasikan  pada  CHP (Combine  Heat  and  Power) dari  sumber  biomassa  dan  panas bumi.  Dalam  pemanfaatan  panas  buang  industri  lebih  dikenal dengan WHR (Waste Heat Recovery) .
SRO  memiliki  proses  yang  sama  dengan  Siklus  Rankine konvensional,  akan  tetapi  menggunakan  fluida  organik  atau refrigerant sebagai  fluida  kerja  karena  memiliki  titik  didih  yang rendah, sehingga dapat bekerja pada temperatur dan tekanan yang lebih  rendah  dari  Siklus  Rankine  sederhana  [3].  Sehingga  fokus dalam studi ini adalah mengkaji parameter yang diperlukan untuk mengaplikasikan SRO dalam pemanfaatan panas buang flue gas di

## I N F O  A R T I K E L
Diterima  : 19 April 2019 Direvisi   : 05 Mei 2019 Disetujui : 07 Agustus 2019
Kata Kunci : Evaporator, Flue gas , Fluida kerja,
Pemanfaatan panas buang, Siklus rankine organik

## A B S T R A K
Dalam  penelitian  ini,  Siklus  Rankine  Organik  (SRO)  digunakan  untuk  mencapai  daya  dari pembangkit listrik tenaga uap dengan menggunakan panas buang dari flue gas sebagai sumber panas. Tujuan  utama  dari  makalah  ini  adalah  untuk  menemukan  daya  yang  dihasilkan  dan  konfigurasi evaporator yang tepat untuk memasang SRO pada sistem gas buang. Dalam hal ini, evaporator SRO dirancang, dan penurunan tekanan gas buang dihitung, dimana didapatkan hasil penurunan tekanan yang  paling  efektif  terjadi  pada  evaporator  yang  jumlah  susunan tube -nya  secara stagger dengan jumlah tube sebanyak 12. Selain itu, tujuan utama kedua adalah untuk merancang sistem SRO, yang menghasilkan daya tertinggi dari pemanfaatan  gas buang flue gas , sehingga pemilihan fluida kerja yang  cocok  sangat  diperlukan.  Isopentena  dipilih  sebagai  fluida  kerja  yang  cocok  baik  itu  secara perpindahan  energi  maupun  dalam  aspek  lingkungan  (ODP  dan  GWP),  dimana  SRO  dapat menghasilkan daya sebesar 747,3 kW di temperatur 130 o C pada susunan evaporator secara stagger.
pembangkit  listrik  tenaga  uap  dengan  data  yang  didapat  dari Indonesia  Power  UJP  JABAR  2  Pelabuhan  Ratu.  Di  Indonesia sendiri pemanfaatan SRO baru ada di tiga lokasi diantaranya lokasi Sarulla,  Sumatra  Utara  (proses  konstruksi)  yang  memanfaatkan panas  bumi  dengan  potensi  daya  SRO  mencapai  330  MWe. Selanjutnya  lokasi  Dompu,  Nusa  Tenggara  Barat  yang memanfaatkan biomassa dengan potensi daya sebesar 1,15 MWe. Lokasi  Lahendong,  Sulawesi  Utara  yang  memanfaatkan  panas bumi dengan daya terpasang 500 kWe [4].
Penelitian  dalam  pemanfaatan  panas  buang flue  gas di industri  dengan  aplikasi  SRO  banyak  dilakukan  dalam  dekade terakhir  ini.  Baik  itu  penelitian  dalam  perbandingan  dalam pemilihan fluida kerja atau komponen yang cocok, ataupun dalam analisis keekonomian dan eksergi. [5] telah meneliti perbandingan sistem dari Steam Rankine Cycle (SRC) , Organic Rankine Cycle , dan Steam-Organic Rankine Cycle (S-ORC) dengan mengembangkan  model  matematik  yang  dapat  mengeksplor kemungkinan  kombinasi  dari  panas  buang  yang  bertemperatur rendah  (150-350 o C),  dimana  didapatkan  hasil  bahwa  dalam kondisi temperatur antara 150-210 o C, ORC menghasilkan efisiensi termal,  eksergi  dan  daya  tertinggi.  Sedangkan  dalam  kondisi temperatur 210-350 o C S-ORC menghasilkan efisiensi dan eksergi yang lebih tinggi dibandingkan pembangkitan dengan sistem SRC dan ORC.
Dengan demikian dari penelitian di atas, bahwa pemanfaatan panas  buang flue  gas dengan  aplikasi  Siklus  Rankine  Organik sangat  cocok  kondisi  temperatur  rendah.  Sehingga  fokus  dalam studi adalah mengkaji parameter seperti properti flue gas , tekanan drop dari flue gas yang terdapat pada evaporator SRO, pemilihan fluida  kerja  dan  pengoptimasian  properti  termodinamika  pada setiap SRO.

## II. METODE PENELITIAN
Gambar 3 merupakan alur penelitian pada studi pemanfaatan panas  buang flue gas PLTU dengan aplikasi  SRO. Dimana data yang didapat merupakan data flue gas dari PLTU Indonesia Power UJP  Pelabuhan  Ratu,  data  yang  diperlukan  di  antaranya  data tekanan,  temperatur  dan  laju  massa  aliran  dari flue  gas .  Setelah didapat  data  yang  dibutuhkan,  kemudian  dihitung  berapa  besar potensi  energi  yang  dimiliki  oleh flue  gas ,  beberapa  persamaan yang digunakan dalam analisis potensi flue gas [6] diantaranya:
𝑄 =   𝑚̇. 𝐶 𝑝 . ∆𝑇 (1)
dimana 𝑚̇ = laju massa aliran (kg/s)
𝐶 𝑝 = panas jenis spesifik (kJ/kg.K) ∆𝑇 = perbedaan temperatur (K)
Sedangkan untuk analisis perhitungan ultimate untuk bahan bakar, kesetimbangan massa atom setiap 100 kg digunakan untuk menghitung fraksi mol (𝑥 𝑖 ) dengan persamaan berikut. 𝐶̅𝑝 𝑅̅ = 𝑎 +  𝛽𝑇 + 𝛾𝑇 2 + 𝛿𝑇 3 + 𝜀𝑇 4 (2)
dimana T = temperatur (K), persamaan valid dari 300K sampai 1000K 𝑎; 𝛽; 𝛾; 𝛿; 𝜀 = konstanta
Gambar 3 Diagram alir analisis pemanfaatan flue gas dengan sro
Sedangkan  data flue  gas yang  dibutuhkan  untuk pemanfaatan panas buang dengan aplikasi SRO dapat dilihat pada Tabel I.
T ABEL I
P ROPERTI FLUE GAS Komponen Tekanan Temperatur  Laju Massa Aliran kPa o C kg/s Outlett IDF A 100,98 154 177,56 Outlet IDF B 100,99 161 180,86
Setelah data perhitungan potensi daya yang dimiliki oleh flue gas dilakukan,  maka dilakukan perhitungan untuk pembangkitan daya SRO dengan skema seperti pada Gambar 4, dan persamaan untuk setiap komponen SRO [7] diantaranya :
Mulai 1. Pengumpulan Data Flue Gas 2. Perhitungan Potensi Panas: - Laju massa aliran (data) - Panas spesifik (Analisis flue gas )
- Perbedaan temperatur (desain) 3. Pemilihan Fluida Kerja - Temperatur dan tekanan kritik - Faktor ODP dan GWP - Faktor Keamanan ( Flamability & toxicity ) 4. Kondisi optimum fluida kerja : - Efisiensi thermal - Daya netto 5. Desain Evaporator Akhir
Evaporator : 𝑄 𝐸𝑣𝑎 𝑚̇ 𝑓 ̇ = (ℎ 1 − ℎ 4 ) (3)
Turbin : 𝑊 𝑡 𝑚̇ 𝑓 ̇ = (ℎ 1 − ℎ 2 ) (4)
Kondenser : 𝑄 𝐶𝑜𝑛 𝑚̇ 𝑓 ̇ = (ℎ 2 − ℎ 3 ) (5)
Pompa : 𝑊 𝑝 𝑚̇ 𝑓 ̇ = (ℎ 4 − ℎ 3 ) (6)
Daya keluaran
: 𝑊̇ 𝑛𝑒𝑡 = 𝑊̇ 𝑡 − 𝑊̇ 𝑝 (7)
Efisiensi thermal  :  η = (𝑊̇ 𝑡 − 𝑊̇ 𝑝 ) / 𝑄̇ 𝐸𝑣𝑎 (8)
Persamaan  di  atas  menggunakan  Excel  dan  program  EES untuk memudahkan mencari efisiensi termal yang optimum pada kandidat setiap fluida kerja. Properti fluida kerja seperti temperatur kritik,  tekanan  kritik  dan  kelompok  kelayakan  fluida  kerja digunakan sebagai pemilihan fluida kerja. Temperatur kritik yang dimiliki  oleh  fluida  kerja  sebaiknya  cocok  dengan  kondisi temperatur dari flue gas . Sedangkan Tabel II merupakan properti dari beberapa fluida kerja [8].
T ABEL II
P ROPERTI BEBERAPA FLUIDA KERJA Fluida
Kerja
T kritik o C P kritik MPa ODP GWP Kelompok ekspansi R123 183,68 3,667 0 726 B1 Kering R134a 101 4,059 0 1300 A1 Basah R11 197,96 4,407 1 4750 A1 Isentropik R12 112 4,14 0,82 10900 A1 Basah R22 96,1 4,99 0,04 1790 A1 Basah Isopentena 187,2 3,378 0 20 A3 Kering Amonia 132,25 11,333 0 1 B2L Basah
Fluida  kerja  yang  dipilih  untuk  analisis  ini  yaitu  yang berdasarkan  temperatur  kritis,  tetapi  faktor  lain  sebagai pertimbangan  adalaha  ODP  ( Ozone  Depleting  Potential )  dan GWP  ( Global  Warming  Potential) dimana  kedua  faktor tersebut menentukan  seberapa  besar  fluida  kerja  dapat  mempengaruhi lingkungan dalam hal ini dari segi ozon dan pemanasan global [9]. Dilihat  dari  Tabel  II  fluida  kerja  R123,  isopentena,  amonia  dan R134a memiliki nilai ODP terendah, akan tetapi amonia memiliki nilai GWP terendah dibanding fluida kerja lainnya namun sangat beracun.  Sehingga  dalam  analisis  ini  dipilih  R11  sebagai  fluida kerja.  Bagian  terpenting  dalam  pemanfaatan flue  gas PLTU dengan  aplikasi  SRO  adalah  bagaimana  merancang  evaporator yang  cocok  dengan  karakteristik  antara flue  gas dengan  fluida kerja. Sehingga persamaan dalam merancang evaporator [10].
𝑞 = 𝑈𝐴∆𝑇 𝑚 (9) dimana U    = koefisien perpindahan panas total (W/m 2 .K)
A    = luas area (m 2 ) T m = temperatur rata-rata (K)
Untuk  menghitung  koefisien  konveksi  pada  fluida  kerja dalam hal ini refrigerant diperlukan bilangan dari Nusselt, Reynold dan Prandalt [10]. Berikut persamaannya berturut-turut.
𝑁𝑢 𝐷 = ℎ𝐷 𝑘 (10)
𝑁𝑢 𝐷 = 0,023 𝑅𝑒 𝐷 4/5 𝑃𝑟 𝑛 (11)
𝑅𝑒 𝐷 = 𝜌𝑢 𝑚 𝐷 𝜇 (12)
𝑃𝑟 = 𝐶𝑝𝜇 𝑘 (13)
Selanjutnya  persamaan  untuk  perhitungan drop tekanan  pada evaporator [10], diantaranya :
∆𝑝 = 𝑁 𝐿 𝑥 ( 𝜌𝑉 𝑚𝑎𝑥 2 2 ) 𝑓 (14)

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Potensi Panas Flue Gas
Data  yang  didapat  merupakan  data  dari  PLTU  yang parameternya  berupa  temperatur,  laju  massa  aliran,  analisis ultimate dari batu bara. Untuk panas jenis, didapatkan dari fraksi mol  dari  analisis  produk  pembakaran.  Sedangkan  untuk penggunaan excess  air di  perhitungan  lapangan  menggunakan 10% excess  air .  Temperatur  keluaran flue  gas ,  ditetapkan temperaturnya di sekitar 130 o C untuk memastikan kondisi flue gas ketika  berada  di  Chimney  tidak  terjadi  kondensasi.  Berikut perhitungan untuk mendapatkan potensi panas dari flue gas .
T ABEL III K OMPOSISI BAHAN BAKAR PLTU ( ANALISIS ULTIMATE ) Komponen % m, (@ 100kg) M, kg/kmol N, kgmol Karbon 55,17 55,17 12 4,5975 Hidrogen 5,7 5,7 1 5,7 Oksigen 11,6 11,6 16 0,725 Nitrogen 0,8 0,8 14 0,05714
Tabel  III  merupakan  komposisi  dari  bahan  bakar  untuk  proses pembakaran di PLTU dimana komposisi tersebut digunakan untuk analisi ultimate bahan  bakar.  Kemudian  dilakukan  perhitungan reaksi  pembakaran  untuk  mendapatkan  kesetimbangan  atom oksigen.
4,5975𝐶 + 5,7𝐻 + 0,725𝑂 + 1,1𝑎(𝑂 2 + 3,76𝑁 2 ) → 4,5975𝐶𝑂 2 + 2,85𝐻 2 𝑂 + 1,1(3,76)𝑎𝑁 2 + 0,1𝑎𝑂 2
Kemudian didapat kesetimbangan atom oksigen
𝑎 = 2(4,5975)+2,85−0,725 2 = 5,66 (15) Kemudian menghitung rasio udara bahan bakar 𝑓 = 100 𝑘𝑔 (5,66(1+3,76)𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙).( 29𝑘𝑔 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙 ) = 0,128
(16)
Dengan menggunakan persamaan campuran berat molekular dan  panas  jenis  untuk flue  gas (basis  mol)  didapat  produk pembakaran setiap komposisi dimana didapatkan panas jenis total sebesar 1,0763 kJ/kg.K pada temperatur 161 o C.
T ABEL IV P RODUK PEMBAKARAN SETIAP KOMPOSISI
Komponen N (kgmol) M (kg/kmol) M (campuran) Cp (161 O c) kJ/kg.K Karbon 4,5975 44 6,437 0,96578 Hidrogen 5,7 18 1,632 1,92031 Oksigen 0,725 32 0,576 0,95178 Nitrogen 0,05714 28 20,859 1,04779 Total 31,4233 122 29,506 1,0763
Setelah  panas  jenis total flue gas didapat, maka parameter lainnya  seperti  laju  massa  aliran,  temperatur  masuk  dan  keluar
turbin  dan  panas  potensi  dari flue  gas dapat  didapatkan  pula, seperti pada Tabel V.
T ABEL V P OTENSIAL PANAS  DARI FLUE GAS
Parameter Besarnya Satuan Cp fg 1,0763 kJ/kg.K ṁ fg 180,86 Kg/s T fg.in 161 o C T fg.out 130 o C
Q fg 6034 kW
Dilihat pada tabel V besar potensi panas buang flue gas dari PLTU UPJ Pelabuhan Ratu mencapai 6034 kW pada temperatur 161 o C,  sehingga  pemanfaatan  panas  buang  flue  gas  dapat dilakukan  dengan  sistem  SRO.  Sedangkan  studi  kasus  yang dilakukan  oleh  [11],  dimana  mereka  menghitung  potensi  panas flue  gas yang  dihasilkan  oleh  panas  buang  pembangkit  listrik thermal  dengan  potensi  panas  dari flue  gas mencapai  600MW pada temperatur 150 o C, laju massa aliran 750 kg/s dan panas jenis sebesar 1,131 kJ/kg.K. Dengan potensi panas flue gas yang sebesar itu, pemanfaatan panas buang SRO dapat dilakukan dan daya yang didapatkan  sebesar  6MWe  pada  temperatur  fluida  kerja  sekitar 40 o C.

## B. Pemilihan Fluida Kerja
Berdasarkan  data  pada  subbab  sebelumnya  bahwa temperatur flue gas dijaga pada temperatur 161 o C. Sehingga dalam pemilihan  fluida  kerja,  temperatur  kritiknya  harus  berada  pada temperatur flue gas . Sedangkan untuk properti setiap fluida kerja dapat dilihat pada Tabel VI. Perhitungan kondisi optimum untuk fluida  kerja  dilakukan  agar  menemukan  fluida  kerja  mana  yang cocok untuk dijadikan sebagai  fluida pembangkit optimum SRO dari kondisi potensial panas flue gas.
T ABEL VI K ONDISI OPTMUM UNTUK BEBERAPA FLUIDA KERJA
Fluida Kerja P (Mpa) Evaporator Tin( o C) Tout ( o C) Wnet (kW) η th (%) ṁ (kg/s) R123 1,6 40,80 140,00 1092,00 14,41 34,09 R134a 4 42,46 140,00 775,40 10,23 32,15 R11 1,5 41,65 140,00 1111,00 14,66 34,58 R12 3,74 44,46 140,00 761,00 10,04 32,15 R22 4,9 43,35 140,00 779,40 10,28 34,53 Isopentena 1,3 40,75 140,00 1045,00 13,16 15,29 Amonia 10,69 43,60 140,00 1037,00 13,68 7,36
Tabel VI merupakan kondisi optimum untuk beberapa fluida kerja  yang  akan  dijadikan  sebagai  fluida  kerja  pada  analisi  SRO dari panas buang SRO dan dipilih  R11 sebagai fluida kerja yang cocok  dalam  analisis  ini  dengan  kondisi  ODP  ( Ozone  Depleting Potential ), GWP ( Global Warming Potential ) dan tingkat toxicity dan flamability seperti  yang  sudah  dijelaskan  pada  subbab sebelumnya.  Kemudian  dilakukan  perhitungan  kondisi  optimum R11  yang  berhubungan dengan potensi panas dari flue gas yang dijaga  temperatur finch  point pada  temperatur  10 o C.  Dengan melakukan  perhitungan  serupa  dengan  menggunakan  prorgam EES  ( Engineering  Equation  Solver )  sehingga  didapat  tekanan maksimum  yang  masuk  ke  turbin  sebesar  1,3  MPa  yang ditunjukan oleh Gambar 5.
Banyaknya penelitian mengenai pemilihan fluida kerja yang cocok  untuk  pembangkit  SRO.  Dimana  [12]  menginvestigasi efisiensi dari pembangit SRo dengan menyeleksi berbagai macam fluida  kerja  di  antaranya  dengan  benzena,  ammonia,  R11,  R12,
R134a dan R113. Mereka  menyimpulkan  fluida kerja refrigerant yang  berkarakter  isentropik  merupakan  fluida  kerja  yang  paling cocok untuk pemanfaatan panas buang pada temperatur rendah.
Gambar 5 W cycle vs tekanan masuk turbin Gambar  6 Efisiensi thermal vs tekanan masuk turbin
Dari Gambar 5 dan Gambar 6 dapat dilihat bahwa tekanan masuk  turbin  maksimum  sebesar  1,3  MPa  dapat  menghasilkan Wcycle  sebesar  760  kW  dan  menghasilkan  efisiensi  thermal sebesar 13,25 %.

## C. Desain Evaporator
Setelah diketahui kondisi optimum pada fluida kerja dan flue gas ,  maka  diperlukan  desain  evaporator  yang  cocok  untuk menghubungkan flue  gas dan  SRO.  Berikut  Tabel  VII  data flue gas sebagai  fluida  panas  dan refrigerant sebagai  fluida  untuk mendesain evaporator.
T ABEL VII
P ARAMETER PERPINDAHAN PANAS EVAPORATOR Parameter Tin ( o C) Tout ( o C) ṁ (kg/s) Cp (kJ/kg.K) hin (kj/kg) hout (kj/kg) Qin (kW) Qout (kW) Flue gas 161 120 180,8  1,0763 - - - 7980,7 Refrigerant 41,65  140 34,6 - 70,15 289,4 7581,7 -
Dari data  Tabel VII di atas,  maka didapat parameter untuk mendesain  parameter  evavotor  dimana  nilai  UA  sebesar  183,23 kW/ o C,  nilai  ∆TLMTD  sebesar  43,6 o C,  dan  nilai  Qout  sebesar 7980,7  kW.  Sehingga  selanjutnya  mengikuti  persmaan  desain evaporator  pada  subbab  sebelumnya,  maka  di  buat  model evaporator  dengan  beberapa  asumsi  dimensi  seperti  pada  Tabel VIII.
T ABEL VIII D IMENSI EVAPORATOR Komponen Nomenklatur Besar Satuan Diameter tube outlet Dr 0,0508 m Diameter fin outlet Df 0,3508 m Panjang antara dua fin S - m Panjang fin dari Dr h 0,15 m Lebar fin w - m
No. tube ( longitudinal ) NL (variasi) - No. tube ( transversal) NT 10 - Panjang tube L 5 m Panjang antara dua tube (transversal) p1 0,4091 m Panjang antara dua tube (longitudinal) P2 0,4091 m Panjang antara dua tube (diagonal) p3 0,4574 m
Beberapa  asumsi  dimensi  di  atas  menggunakan  standar, diantaranya  untuk  diameter tube menggunakan  standar  dari TEMA ( Tubular Exchanger Manufacturer Association ) dan untuk panjang  dari tube mengikuti  ketinggian  dari duct [13].  Panjang diagonal antara tube menggunakan sususan stagger. Dalam kasus ini  percobaan  untuk  mengetahui  hubungan  antara  variasi  nomor dari tube dengan arah longitudinal (NL) dari 4 sampai 14, dimana untuk menyediakan potensi panas sampe temperatur flue gas yang keluar  dari  evaporator  sebesar  130 o C.  Proses  iterasi  diperlukan untuk mengetahui jumlah tube maksimum, dimana didapat jumlah susunannya  adalah  12  dengan  bantuan  program  EES,  apabila jumlah tube lebih  dari  12  maka  temperatur  dari flue  gas akan kurang dari 130 o C. Tabel IX dan Tabel X menunjukkan seberapa besar  daya  yang  tersedia  apabila tube disusun  dengan inline dan stagger.
T ABEL IX T UBE TERSUSUN INLINE
NL ΔP W fan Qeva Wcycle W available Pa kW kW kW kW 4 216,600 51,936 169,451 23,980 -27,956 6 255,100 61,166 874,388 123,800 62,634 8 293,500 70,395 2111,000 298,800 228,405 10 332,000 79,625 3854,000 507,700 428,075 12 369,600 88,630 5047,000 713,700 625,070 14 407,900 97,822 6478,000 916,800 818,978
T ABEL X T UBE TERSUSUN STAGGER NL
ΔP W fan Qeva Wcycle W available Pa kW kW kW kW 4 50,740 12,167 344,072 48,360 36,193 6 59,620 14,297 1339,00 189,60 175,303 8 68,440 16,412 2665,00 377,20 360,788 10 77,250 18,527 4045,00 570,60 552,073 12 86,030 20,631 5421,00 767,90 747,269 14 94,770 22,728 6693,00 948,70 925,972
Jumlah  baris tube (NL)  merupakan  parameter  penurunan tekanan paling efektif, dimana pada Tabel IX dan Tabel X di atas, tube dengan  susunan stagger mempunyai drop tekanan  yang paling efektif dengan besar tekanan 86 Pa dibanding tube dengan susunan inline sebesar  369,6  Pa  dengan  jumlah tube masing- masing susunan sebanyak 12.
Penelitian  lain  yang  dilakukan  oleh  [14]  mengenai  desain konfigurasi  evaporator  untuk  pemanfaatan  panas  buang  dengan SRO,  dimana  margin  eror  pada  perhitungan  evaporator  dengan jumlah  tube  13  dan  susunan stagger lebih  rendah  dengan  eror margin  dibawah  10%  dibandingkan  dengan  susunan inline dengan  eror  margin  mencapai  30%.  Dalam  penelitian  tersebut evaporator dapat menghasilkan temperatur pada 125 o C dan potensi panas  sekitar  4  MW.  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa
evaporator  dengan  susunan  tube  secara inline lebih  cocok  untuk pemanfaatan panas buang dengan sistem SRO.
Selanjutnya, dibutuhkan perbandingan daya yang dihasilkan oleh  SRO  dengan  penambahan  daya  oleh fan karena  turunnya tekanan.

## D. Penurunan Tekanan dan Penambahan Fan
Dampak dari penambahan  jumlah tube penukar kalor pada aliran flue gas adalah adanya penurunan tekanan pada aliran yang ditunjukan pada  Tabel  IX dan  X.  Penukar kalor dengan susunan stagger mempunyai  pemanfaatan  panas  dari  yang  lebih  efektif, tetapi  dengan  jumlah tube yang  sama  terjadi  penurunan  tekanan yang  lebih  tinggi  juga.  sehingga  diperlukan  penambahan  energi berupa penambahan komponen fan . Dari Gambar 7 dan 8, grafik penurunan  tekanan  dan  daya  yang  dibutuhkan fan terhadap susunan  jumlah  tabung  mengalami trend yang  sama,  dimana seiring  penambahan  jumlah  tabung  penurunan  tekanan  pun semakin  tinggi.  Perbedaannya  adalah  jumlah  tabung  dengan susunan stagger mengalami  penurunan  tekanan  paling  tinggi dibanding  susunan inline .  Tetapi  dalam  kebutuhan  daya fan susunan tube dengan stagger memiliki  daya  yang  lebih  besar dibanding inline.
Pengaruh  jumlah  susunan tube pada  evaporator  pun mempengaruhi panas yang dihasilkan oleh evaporator. Gambar 9 dan  10  merupakan  grafik  pengaruh  panas  yang  dihasilkan evaporator  dan  jumlah tube berdasarkan inline dan stagger pada jumlah tube 12.  Dari  grafik  tersebut  dapat  dilihat  bahwa  panas yang  dihasilkan  oleh  evaporator  dengan  jumlah  susunan tube secara stagger lebih  besar  dibandingkan  dengan  jumlah  susunan tube secara inline dengan besar panas berturut 5421 kW dan  5041 kW.
Gambar 7 Penurunan tekanan dan daya yang dibutuhkan fan vs jumlah tube (inline)
Hasil dari desain evaporator dalam analisis ini adalah dapat memanfaatkan panas buang dari flue gas . Panas ini menggunakan daya yang dihasilkan oleh SRO, tetapi daya yang dihasilkan oleh SRO  harus  dibandingkan  dengan  daya  yang  dibutuhkan fan sebagai  dampak  dari  penempatan  evaporator  SRO  dalam  aliran flue gas . Dengan demikian, daya yang tersedia adalah daya siklus dikurangi dengan daya yang dibutuhkan fan .
Gambar  9 Panas evaporator dan daya tersedia fan vs jumlah tube (inline)
Gambar 10 Panas evaporator dan daya tersedia vs jumlah tube (stagger)

## IV. KESIMPULAN
Dari  hasil  analisis  di  atas  dapat  disimpulkan  bahwa pemanfaatan panas buang dari flue gas PLTU dengan SRO dapat dilakukan, dimana potensi panas  yang dapat dihasilkan oleh flue gas dengan  temperatur  130 o C  adalah  sebesar  6034  kW  sebagai catatan  potensi  panas  tidak  dapat  dimanfaatkan  sepenuhnya  oleh evaporator. Sehingga desain evaporator yang dapat memanfaatkan panas  buang dari flue gas secara optimal adalah dengan susunan tube secara stagger dengan  jumlah  baris tube sebanyak 12 baris. Dalam  analisis  ini  pun  dilakukan  perbandingan  daya  yang dihasilkan oleh SRO dan penambahan daya fan akibat penurunan tekanan  dan  hasilnya  susunan  baris tube secara stagger pun merupakan  yang  paling  efektif  dalam  penurunan  tekanan dibanding dengan susunan baris tube secara inline. Dimana daya yang  dihasilkan  SRO  berturut-turut    adalah  sebesar  747,3  kW ( stagger )  dan  sebesar  625  kW  ( inline ).  Sedangkan  panas  yang dihasilkan  oleh  evaporator  dengan  jumlah  susunan tube secara stagger menghasilkan potensi panas sebesar 5421 kW lebih tinggi dibanding  jumlah  susunan tube secara inline sebesar  5041  kW. Fluida kerja yang dipilih untuk aplikasi SRO adalah menggunakan R11 dimana parameter temperatur kritik R11 dan temperatur flue gas mendekati  satu  sama  lain,  dimana  isopentena  mempunyai faktor ODP dan GWP yang rendah.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] APEC, APEC Energi  Supply  and  Demand  Outlook-6th Ed, Tokyo: Asia Pacific Energi Research Center, 2016.
[2] BPPT, Indonesia Energi Outlook 2016 . Indonesia, 2016.
[3] Macchi,  E., Organic  Rankine  Cycle  (ORC)  Power  Systems Technologies and Applications , London: Elsevier Inc, 2016.
[4] https://orc-world-map.org/biomass-geothermal/,  diakses Februari 2019
[5] Zhang,  Xiaojun  et  al., Comparative  Study  Of  Waste  Heat Steam SRC ORC  and S-ORC Power Generation Systems in Medium-Low Temperatur , London : Elsevier Inc, 2016.
[6] Black  and  Veatch, Power  Plant  Engineering ,  USA  : Springer, 1996, pp. 412-640
[7] Moran,  Michael  J  &  Shapiro,  Howard., Fundamental  of Engineering  Thermodynamics  6th  Edition ,  USA:  John  & Wiley, 2008, pp. 978
[8] ASHRAE, Designayion  and  Safety  Classification  of Refrigerants , Atlanta : ANSI, 2015, pp. 41
[9] Qodri, F., Determination  of  Optimum Temperature  and Pressure  at  Turbine  Inlet  for  Organic  Rankine  Cycle Based  on  Brine  Temperature  and  Critical  State  Of Working  Fluid . Tesis, Program Magister Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung, 2013.
[10] Incoperra,  DeWitt  et  al., Fundamentals  of  Heat  and  Mass Transfer , USA : Wiley, 2007, pp. 978.
[11] Safeer, Syed et al., Waste Heat and Water Recovery System Optimization  for  Flue  Gas  in  Thermal  Power  Plant , Switzerland : MDPI, 2019.
[12] Hung,  T.C  et  all.,  A  Review  of  Organic  Rankine  Cycles (ORCs)  For  The  Recovery  Of  Low-Grade  Waste  Heat, London: Elsevier, 1997.
[13] Kern, Donald Q. Process Heat Transfer , USA : Echo Point, 2017, pp. 978
[14] Kaya, Alihan et al. Design and Rating of an Evaporator for Waste Heat Recovery Organic Rankine Cycle Using SES36 , Belgium : Researchgate, 2015.