ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638
Analisis Energi dan Eksergi pada Siklus Rankine Organik Terintergerasi untuk Pemulihan Panas Limbah dari Sistem AC
PRADIPTA AHLURIZA 1 , BERKAH FAJAR TAMTOMO KIONO 2 ,  MOHAMAD SAID KARTONO TONY SURYO UTOMO 2
1 Magister Energi, Universitas Diponegoro
2 Departemen Teknik Mesin, Universitas Diponegoro Email: pradiptaahluriza@students.undip.ac.id
Received 30 Maret 2023 | Revised  4 Mei 2023 | Accepted 10 Mei 2023

## ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa energi dan eksergi sistem gabungan AC dan  ORC  dengan  parameter  jenis  refrigeran  yang  berbeda.  Penelitian  ini dilatarbelakangi oleh permasalahan dimana limbah panas dari sistem AC menjadi salah  satu  penyebab  rusaknya  lingkungan.  Penelitian  dilakukan  dengan  cara simulasi  menggunakan  software  EES  (Engineering  Equation  Program).  Analisis data  yang  digunakan  adalah  analisis  data  kuantitatif  dengan  perbedaan  nilai performa  subsistem  AC  dan  ORC  terhadap  jenis  refrigeran  yang  berbeda. Berdasarkan analisis termodinamika (energi dan eksergetik), R600a-R227ea dipilih sebagai  pasangan  fluida  untuk  siklus  rankine  organik  dan  AC  terintegerasi. Koefisien  kinerja  kombinasi  (COP  Kombinasi)  sistem  terintegerasi  dapat ditingkatkan  dari  3,65  hingga  5,37.  Sistem  siklus  rankine  organik  dapat menghasilkan 4,14 kW energi listrik bersih dengan efisiensi termal 5,129%. Sistem siklus gabungan AC-ORC terintegerasi beroperasi dengan efisiensi exergi 25,37%.
Kata kunci : EES, Energy, Exergy, AC, ORC

## ABSTRACT
This study aims to analyze the energy and exergy of ac and ORC combined systems with different refrigerant type parameters. This research is motivated by a problem where  waste  heat  from  the  air  conditioning  system  is  one  of  the  causes  of environmental  damage.  The  research  was  conducted  by  simulation  using  EES (Engineering Equation Program) software. The data analysis used is quantitative data  analysis  with  differences  in  the  performance  values  of  the  AC  and  ORC subsystems  against  different  types  of  refrigerants.  Based  on  thermodynamic analysis (energy and exergetic), R600a-R227ea was selected as the fluid pair for the organic rankine cycle and integrated AC. The combined performance coefficient (COP Combination) of integrated systems can be increased from 3.65 to 5.37. The organic rankine cycle system can produce 4.14 kW of clean electrical energy with a thermal efficiency of 5.129%. The integrated AC-ORC combined cycle system operates with an exergical efficiency of 25.37%.
Keywords : EES, Energy, Exergy, AC, ORC

## 1. PENDAHULUAN
Pemanasan  global  yang  terkait  dengan  pembakaran  bahan  bakar  fosil  terus  mendorong pertumbuhan  konsumsi  energi  yang  sangat  besar  yang  dapat  menciptakan  masalah lingkungan  tertentu (Borikar,  dkk,  2021) .  Menurut (Li,  dkk,  2014) ,  penggunaan  AC melonjak sekitar 30-50% dari total konsumsi listrik di daerah perkotaan. Akibatnya, aplikasi AC telah mempercepat kerusakan iklim perkotaan karena limbah panas yang dibuang. Oleh karena itu, sangat penting untuk pemulihan panas limbah ( Waste Heat Recovery/WHR) melalui aplikasi AC untuk meningkatkan perlindungan lingkungan dan penghematan energi.
Wahile (Wahile,  dkk,  2022) mengemukakan  bahwa  masih  banyak  cara  lain  untuk memanfaatkan  limbah  panas  ini  dengan  menggunakan  bahan  pengubah  fasa. Waste  Heat Recovery System (WHRS) merupakan metode penghematan energi yang efektif dan ramah lingkungan,  oleh  karena  itu  penerapan  teknologi  ini,  yang  meliputi  siklus  termodinamika dikaitkan  dengan  produksi  energi  listrik  dan  pengurangan  konsumsi.  Selain  itu,  ada  juga indikasi  peningkatan  efisiensi  sistem.  Studi  banding  telah  membuktikan  penerapan  siklus termodinamika  dengan Organic  Rankine  Cycle  (ORC)  lebih  efisien  dan  ekonomis  dalam pemanfaatan limbah panas pada suhu rendah hingga sedang.
Terdapat tiga sistem pembangkit listrik waste heat recovery, salah satunya adalah Organic Rankine Cycle (ORC) (Yansuri, 2018) . Dalam studi terbaru, sistem siklus rankine organik telah terbukti efektif untuk memanfaatkan dan memulihkan panas limbah untuk pembangkit listrik (Aphornratana & Sriveerakul, 2010) . Namun, pada penggunaan ORC ada beberapa keunggulan  tertentu  dibandingkan  dengan  sistem  pemulihan  panas  limbah  lainnya,  seperti potensi pemanfaatan yang besar, kemudahan dalam pembuatannya, ketersediaan komponen yang mudah, fleksibilitas, serta biaya perawatan yang lebih murah dan aman (Wahile, dkk, 2020) .  Karena  fluida  organik  memiliki  titik  didih  yang  lebih  rendah  daripada  air,  hal  ini memungkinkan  pemulihan  energi  dari  sumber  panas  limbah  bersuhu  rendah.  Teknologi Organic  Rankine  Cycle  (ORC)  merupakan  teknologi  bersih  untuk  sumber  daya  energi  yang berkelanjutan.  ORC  biasanya  menggunakan  fluida  kerja  organik  bermassa  molekul  tinggi seperti butana atau pentana yang memiliki titik didih lebih rendah, tekanan uap lebih tinggi, massa  molekul  lebih  tinggi,  dan  aliran  massa  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  air.  Hal  ini memungkinkan efisiensi turbin yang lebih tinggi daripada sistem uap.
Malwe (Malwe, dkk, 2022) telah melakukan tinjauan komprehensif terhadap penggunaan orc sebagai metode pemulihan limbah panas. Hasil analisis exergetic ekstraksi panas dari vcrs menggunakan  9  cairan  orc  yang  berbeda.  Dalam  penelitian  ini,  sistem  ac  dan  orc diintegerasikan  untuk  memiliki  konservasi  energi  dengan  memanfaatkan  limbah  panas. Dengan  memanfaatkan  limbah  panas  dari  kondensor  sistem  ac  sebagai  sarana  pemulihan limbah panas untuk sistem orc, sehingga menghasilkan output daya dari limbah panas. Selain itu, karakteristik orc seperti pemilihan fluida kerja, termodinamika, dan dampak lingkungan terhadap kinerja fluida kerja.

## 2.  METODE PENELITIAN

## 2.1    Pemodelan Sistem
Sistem AC-ORC terintegerasi dibagi menjadi dua bagian, subsistem AC dan ORC. Bagian ORC juga terdiri dari empat komponen utama, evaporatorm turbin, kondensor dan pompa. Fluida kerja memulihkan panas limbah tingkat rendah dari kondensor AC yang dapat meningkatkan nilai entalpinya. Energi ini dipulihkan dalam turbin dengan membuat fluida kerja bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi menghasilkan daya. Fluida kerja bertekanan rendah ini kemudian
dikondensasikan dalam kondensor dan di pompa kembali ke tekanan tinggi di pompa dalam pompa untuk menyelesaikan siklus ORC.
(a) (b) (c)
Gambar 1. (a) Skematik Sistem AC-ORC Terintegerasi (b) T-s Diagram Sistem AC (c) T-s Diagram Sistem ORC.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1(a), sistem AC-ORC yang terjadi adalah kombinasi dari siklus kompresi uap (VCC) di sisi sebelah kiri dan ORC di sisi sebelah kanan. Dapat terlihat bahwa Internal Heat Exchanger (IHX) antara VCC dan ORC bekerja sebagai kondenser di VCC, serta evaporator di ORC. Melalui penerapan sistem AC-ORC, panas buangan yang dibuang oleh VCC  dapat  diubah  menjadi  listrik  oleh  sistem  ORC.  Model  simulasi  menggunakan  software Engineering Equation Solver (EES). Untuk mengetahui properti fluida kerja dapat dilihat dalam properties table. Model simulasi dibagi menjadi tiga bagian, yaitu model AC, ORC dan analisis energi eksergi.

## 2.2  Asumsi
Persamaan  pemodelan  pada  analisis  energi,  dan  eksergi  diprogram  dalam Software  EES (Engineering Equation Solver). Pemodelan didasarkan pada asumsi umum berikut:
 Sistem dianggap dalam keadaan tunak.
 Gesekan, heat loss, perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan.
 Penurunan tekanan dalam heat exchanger diabaikan.
 Fluida kerja di dalam AC masuk ke kompresor pada keadaan uap jenuh dan keluar dari kondensor pada keadaan cair jenuh.
 Proses ekspansi pada AC adalah proses adiabatik.
 Suhu kondensasi yang dirancang dari subsistem AC tidak terpengaruh oleh subsistem ORC.
Fluida kerja di ORC keluar dari kondensor pada keadaan cair jenuh dan memasuki turbin pada keadaan uap jenuh. Kriteria detail desain terdapat dalam Tabel 1. berikut.

## Tabel 1. Parameter Sistem AC-ORC
Item Nilai Temperatur air dingin 12℃ Temperatur air pendingin 30℃ Desain temperatur kondensasi AC 50℃ Temperatur kondensasi ORC 35℃ Perbedaan suhu pinch point di evaporator AC 5℃ Perbedaan suhu pinch point di IHX 1,5℃ Perbedaan suhu pinch point kondensor 2,4℃ Suhu dead state 25℃ Tekanan air dingin 0,101 MPa Tekanan masuk air pendingin 0,101 MPa Efisiensi kompresor 70% Efisiensi pompa 80% Efisiensi turbin 80% Efisiensi Generator 95% Laju aliran massa air dingin 1,7 kg/s Kapasitas pendingin subsistem AC 35 kW

## 2.3  Pemilihan Fluida Kerja
Franchetti (Franchetti,  dkk,  2016) mengemukakan  bahwa  pemilihan  fluida  kerja  yang ditentukan  adalah  dasar  dalam  desain  ORC.  Rajabloo (Rajabloo,  2017) mengungkapkan bahwa peningkatan kinerja dari ORC terjadi dengan baik dan campuran fluida kerja karena peningkatan  laju  aliran massa  fluida  panas.  Tahir  dan  Yamada (Tahir & Yamada, 2009) membuat  ORC  menggunakan  fluida  kerja  R245fa  yang  memiliki  fungsi  objektif  yang menghasilkan daya turbin lebih rendah dari 1 kW. Caceres (Encabo, dkk, 2017) melakukan optimalisasi ORC untuk memilih fluida organik yang paling cocok dari 39 kombinasi fluida kerja yang  berbeda.  Kaushik (Kaushik,  dkk,  2012) memperkenalkan canopus  heat  exchanger yang melewati kompresor dan kondensor dengan refrigerant R134a dan R507a sebagai fluida kerja untuk meningkatkan COP sistem. Sarkar (Sarkar, 2018) telah menunjukkan metode pinch point analisis ORC untuk pemulihan limbah panas maksimum. Bonk (Bonk, dkk, 2017) mempresentasikan penelitian tentang perancangan sistem micro-ORC dengan output daya 1 kW.  Ali (Ali,  2022) melakukan  manajemen  termal  yang  efektif  dari  perangkat  elektronik dengan menggunakan busa nikel dengan lilin parafin dengan meningkatkan luas permukaan aliran panas.
Enam refrigeran yang dipilih sebagai fluida untuk subsistem AC adalah (R22, R134a, R290, R407C, R600a dan R410A ). Dengan meningkatnya proses dalam pemulihan limbah panas, Bao dan Zaho (Bao & Zhao, 2013) mempresentasikan kategori fluida kerja berdasarkan suhu
sumber panas yang berbeda. Oleh karena itu, tiga cairan isentropik dan kering (R600, R123, R141b, R227ea, R245fa dan R1233zd(E)) dipilih untuk subsistem ORC.

## 2.4  Pendekatan Berbasis Energi
Analisis  energi  merupakan  metode  yang  paling  umum  untuk  mengevaluasi  sistem termodinamika. Hal ini didasarkan pada hukum pertama termodinamika, di mana energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi jumlah total energinya tetap sama. Sistem dianggap  dalam  keadaan  tunak.  Gesekan,  kehilangan  panas, perubahan  energi  kinetik  dan energi potensial diabaikan. Penurunan tekanan dalam penukar panas dan tabung diabaikan. Fluida  kerja dalam siklus  kompresi uap  masuk ke  kompresor pada keadaan  uap jenuh dan keluar  dari  kondensor  pada  keadaan  cair  jenuh. Proses  ekspansi  pada  siklus  kompresi  uap adalah proses adiabatik. Suhu kondensasi yang dirancang dari subsistem AC tidak terpengaruh oleh subsistem ORC. Fluida kerja di ORC keluar dari kondensor pada keadaan cair jenuh dan memasuki  turbin  pada  keadaan  uap  jenuh.  Berdasarkan  asumsi  tersebut,  kapasitas pendinginan (Q evap ), Log Mean Temperature Different (LMTD), Kalor yang dilepas Chilled Water (Q Chilled ), kerja kompresor (W comp ), laju panas limbah (Q waste ), COP awal subsistem AC (COP), menggunakan persamaan berikut.
Q evap = m (h 1 – h 4 ) (1)
LMTD  = ( ) ( / ) (2)
Q Chilled = U×A×LMTD (3)
W comp = m (h 2 – h 3 ) (4)
Q waste = m (h 2 – h 3 ) (5)
COP = (6)
Proses pada kompresor, terdapat efisiensi isentropic. Efisiensi isentropic adalah efisiensi yang dicapai pada saat kondisi entropi tidak berubah. Kondisi isentropic sulit dicapai, karena efisiensi isentropic  adalah  efisiensi  maksimum  yang  dapat  dicapai  oleh  kompresor  dalam  kondisi tekanan dan suhu tertentu.
Setelah  menerapkan  metode  kondensasi  penuh,  seluruh  panas  buangan  di internal  heat exchanger (IHX) dapat dipulihkan oleh subsistem ORC. Oleh karena itu, pada subsistem ORC laju  panas  limbah  yang  dipulihkan  (Q reco )  berada  dalam  kesetimbangan  dengan  laju  panas limbah  (Q waste ).  Sedangkan  keluaran  daya  turbin  (W turb ),  kerja  pompa  (W pump )  dinyatakan menggunakan persamaan berikut.
Q reco = m ORC (h 7 – h 6 ) (7)
W turb = m ORC (h 7 – h 8 ) (8)
W pump = m ORC (h 6 – h 5 ) (9)
Oleh karena itu, keluaran listrik (E net ) dan efisiensi termal (η thermal ) dari subsistem ORC dapat ditulis sebagai berikut.
E net (kW) = W turb η g – W pump (10) η thermal = × 100% (11)
Listrik netto adalah hasil dari daya turbin setelah dikurangi dengan daya pompa.
Dengan  pemanfaatan  kembali  limbah panas,  COP  gabungan  dari  sistem  AC-ORC  (COP comb ) dapat menggunakan persamaan berikut.
COP comb = (12)

## 2.5  Pendekatan Berbasis Exergi
Metode eksergi digunakan untuk mengevaluasi sistem energi yang mengintegerasikan hukum termodinamika pertama dan kedua pada keadaan kondisi lingkungan tertentu. Analisis eksergi dengan menggunakan metode evaluasi, prosesnya telah terbukti menjadi metode yang efisien untuk merumuskan efisiensi hukum kedua termodinamika. Pada hakekatnya, analisis eksergi menggabungkan prinsip-prinsip kekekalan energi dan konversi energi.
Hukum pertama termodinamika hanya berkaitan dengan kekekalan energi, dan akibatnya tidak dapat  menunjukan  dimana  atau  bagaimana  reversibilitas  terjadi  dalam  komponen  sistem. Analisis eksergi bergantung pada prinsip kekekalan energi  dan massa yang  dikombinasikan dengan  hukum  kedua  termodinamika.  Keseimbangan  eksergi  pada  kondisi  terbuka  dalam keadaan steady  state  didefinisikan  sebagai  keseimbangan  antara  eksergi  yang  rusak  dan transfer eksergi netto oleh kerja, panas, atau aliran massa yang melintasi batas volume atur. Keseimbangan eksergi ditujukan oleh persamaan berikut.
Persamaan kesetimbangan eksergetik untuk volume atur ditunjukan pada Persamaan (13).
= ∑ 1 − 𝑄 . − 𝑊 . − 𝑃 + ∑ 𝑚 . 𝜓 − ∑ 𝑚 . 𝜓 − 𝐸 . . (13)
Untuk keadan steady state, Persamaan (14) menjadi Persamaan (15)
𝐸 .
= ∑ 1 − 𝑄 . − 𝑊 . + ∑ 𝑚 . 𝜓 − ∑ 𝑚 . 𝜓 (14)
Untuk  menerapkan  persamaan  keseimbangan  eksergetik  untuk  masing-masing  komponen sistem refrigerasi kompresi uap, maka dapat digunakan Persamaan (15)-(18).
𝐸𝑑 . = 1 − 𝑄
. + 𝑚(ℎ − 𝑇 𝑠 ) . − 𝑚 . (ℎ − 𝑇 𝑠 ) (15)
𝐸𝑑 . = −𝑊 . + 𝑚 .
(ℎ − 𝑇 𝑠 ) − 𝑚 . (ℎ − 𝑇 𝑠 ) (16) 𝐸𝑑 = 𝑚(ℎ − 𝑇 𝑠 ) − 𝑚(ℎ − 𝑇 𝑠 ) (17) 𝐸𝑑 . = 𝑚 . (ℎ − 𝑇 𝑠 ) − 𝑚 . (ℎ − 𝑇 𝑠 ) (18)
Maka, nilai kehancuran eksergi total adalah sebagai berikut.
𝐸 . 𝑥 = 𝐸 . 𝑥 + 𝐸 . 𝑥 + 𝐸 . 𝑥 + 𝑋 . (19)
Efisiensi  eksergetic  sistem  keseluruhan (𝜂 ) adalah  rasio  dari  keluaran  exergi  yang keluar 𝐸 . 𝑥 terhadap exergi yang masuk 𝐸𝑥 . dan dapat dinyatakan dengan Persamaan (20).
% 100 . . x x E x E in out Ex           (20)
Dimana:
tot in out x E x E Ex . . .   (21)
Satu-satunya  sumber  input  exergi  ke  sistem  adalah  melalui  daya  listrik  yang  disuplai  ke kompresor       cpr W . , yang mana cpr in W x E . .  .
Pada  umumnya,  efisiensi  eksergi  didefinisikan  sebagai  rasio  output  eksergi  terhadap  input eksergi. Dapat juga ditulis dalam fungsi eksergi yang dapat dihancurkan dalam sistem dengan Persamaan (22) berikut.
𝜂 , = . . . 𝑥100% (22)
Atau dapat ditulis seperti Persamaan (23).
𝜂 , = 1 − . . 𝑥100% (23)
Efisiensi  eksergi  dapat  ditentukan  untuk  sistem  yang  berubah-ubah.  Hal  ini  adalah  fungsi utama dari eksergi.
Efisiensi  eksergetik  dapat  diambil  dalam  beberapa  bentuk.  Pendekatan  yang  digunakan berfungsi sebgaia model untuk pengembangan ekspresi efisiensi eksergetik untuk komponen lain. Setiap komponen dipertimbangkan melibatkan volume atur pada keadaan steady state dan diasumsikan tidak ada perpindahan panas antara volume dan sekelilingnya.
𝐸𝑑 = 𝑊 + 𝑚 . 𝑒 − 𝑒 (24)
𝐸𝑑 = −𝑊 + 𝑚 . 𝑒 − 𝑒 (25)
𝐸𝑑 = 𝑚 . 𝑒 − 𝑒 + 𝑚 . 𝑒 − 𝑒 (26)
𝐸𝑑 , = 𝑚 . 𝑒 − 𝑒 + 1 − 𝑄 . , (27)
Maka, nilai kehancuran eksergi total adalah sebagai berikut.
𝐸 . 𝑥 , = 𝐸 . 𝑑 + 𝐸 . 𝑑 + 𝐸 . 𝑑 + 𝐸𝑑 . , (28)
Efisiensi eksergi (η ex,ORC ) dari sistem ORC secara keseluruhan menggunakan Persamaan ( 30) berikut.
η ex,ORC = [ ( ) × 100%                                           (30) Ex Total = Ex AC + Ex ORC (31) η ex,net = ( ) × 100% (32)
Efisiensi eksergetik digunakan untuk mengevaluasi efektivitas langkah-langkah rekayasa yang diambil  untuk  meningkatkan  kinerja  sistem.  Hal  ini  dilakukan  dengan  membandingkan  nilai efisiensi  yang  ditentukan  sebelum  dan  sesudah  dilakkan  modifikasi  untuk  menunjukkan seberapa  besar  peningkatan  yang  telah  tercapai.  Selain  itu,  efisiensi  eksergetik  dapat digunakan  untuk  mengukur  potensi  peningkatan  kinerja  sistem  tertentu  dengan membandingkan  efisiensi sistem dengan  efisiensi sistem serupa. Perbedaan yang  signifikan antara nilai-nilai ini menandakan bahwa adanya kemungkinan peningkatan kerja.
Dalam penelitian ini, peneliti menggunakan hasil perancangan simulasi yang digunakan untuk mengukur sejauh mana performa sistem AC-ORC setelah mendapatkan perlakuan perbedaan jenis refrigeran. Selain itu, penelitian ini juga dimaksudkan untuk mengevaluasi besaran nilai efisiensi  eksergi  pada  kondisi  simulasi  sistem,  sehingga  mendapatkan  gambaran  mengenai parameter-parameter yang mempengaruh nilai eksergi pada sistem AC-ORC. Pada penelitian ini,  data  simulasi  yang  digunakan  untuk  evaluasi  dan  analisis  sistem  dilakukan  dengan menggunakan Software EES.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam  Penelitian  ini,  kinerja  sistem  AC-ORC  yang  menggunakan  sumber  energi  baru  dan terbarukan  bersuhu  rendah  dengan  menggunakan  fluida  kerja  yang  berbeda  dihitung  dan dianalisis. Fluida yang digunakan untuk subsistem AC adalah R22, R134a, R290, R407C, R600a dan  R410,  serta  untuk  subsistem  ORC  menggunakan  fluida  R600,  R123,  R141b,  R227ea, R245fa, dan R1233zd(E). Critical Temperature fluida ini berada diantara 72,8℃ untuk R404A dan  204,35  untuk  R141b.  Kisaran  ini  dipilih  dengan  harapan  dapat  menemukan  pasangan fluida dengan performa terbaik untuk sistem AC-ORC untuk pemulihan energi baru terbarukan bersuhu rendah.
Untuk mensimulasikan pemodelan sistem, parameter input bervariasi secara linear pada suatu rentang. Dalam penelitian ini, suhu evaporator, suhu kondensor AC dan suhu kondensor ORC yang bervariasi masing-masing pada kisaran 0℃-10℃, 45℃-60℃, dan 30℃-40℃. Gambar 1 menunjukkan proses secara umum dari pemodelan EES. Parameter input digambarkan dalam blok berwarna orange. Model AC menggunakan T 1 , T 3 , Q evap , dan ɳ is sebagai parameter input untuk menghitung point 1 hingga point 4. Model AC menghasilkan m AC sebagai outputnya, dan digunakan bersama dengan PPTD, T 3 , T amb , dan ɳ is . Keluaran dari pemodelan AC dan ORC digunakan dalam model analisis energi dan eksergi untuk menghitung COP AC , E Net , ɳ th , COP Comb , ɳ ex,Net , dan Ex Net .
Gambar 2. Flowchart Simulasi EES Sistem Terintegerasi AC-ORC
Tabel 2. Kinerja Sistem AC-ORC Terintegerasi Refrigeran VCRS Refrigeran ORC COP AC COP Kombinasi W Turbin (kW) E net (kW) Efisiensi Termal (%) Kerusakan Exergy Total (kW) Efisiensi Eksergi Total (%) R600a R600 3,097 3,807 2,252  2,107 4,55 8,119 16,73 R123 3,097 3,766 2,126  2,006 4,333 8,083 16,54 R141b 3,097 3,677 1,887  1,782 3,849 8,254 16,16 R227ea 3,097 3,922 2,586  2,375 5,129 8,049 17,23 R245fa 3,097 3,792 2,2 2,069 4,468 8,103 16,66 R1233zd(E)  3,097 3,771 2,143  2,017 4,357 8,111 16,56
Hasil  pada  Tabel  2  diatas  menggambarkan  bahwa  diantara  semua  jenis  fluida  yang dipasangkan, R600a-R227ea memiliki nilai COP Kombinasi, W Turbin , E Net , Kerusakan Exergy dan ɳ Exergy Sistem  maksimum.  Nilai-nilai  ini  masing-masing  adalah  3,922,  2,586  kW,  2,375  kW, 8,049 kW dan 17,23%. Di sisi lain R407C-R123 memiliki nilai COP Kombinasi terendah yaitu 3,023. Jadi, dari sudut pandang analisis energi dan eksergi, R600a-R227ea dianggap sebagai pasangan fluida kerja dengan kinerja terbaik untuk sistem AC-ORC.
Efek  dari  parameter  operasi  yang  berbeda  seperti  suhu  kondensor,  evaporator  dan heat exchanger, selain efisiensi isentropik turbin dan kompresor pada kinerja sistem, dibahas dalam subbab  berikut.  Dalam  setiap  penelitian,  parameter  yang  berpengaruh  diubah  yang diasumsikan pada Tabel 1. Sedangkan parameter lainnya adalah tetap dan sama dengan nilai yang tercantum pada Tabel 1.
(a) (b) (c)
Gambar 3. (a) Variasi COP Kombinasi, Kerja Turbin, Energi Listrik yang Dihasilkan dan Efisiensi Termal Terhadap Suhu Evaporator; (b) Variasi COP VCRS, COP Kombinasi, Kerja Turbin, Energi Listrik yang Dihasilkan dan Efisiensi Termal Terhadap Suhu Kondensor VCRS; (c) Variasi COP VCRS, COP Kombinasi, Kerja Turbin, Energi Listrik yang Dihasilkan dan Efisiensi Termal Terhadap Suhu Kondensor ORC
Kinerja sistem AC-ORC terintegerasi untuk pasangan refrigeran R600a-R227ea menggunakan berbagai kurva kinerja diantara parameter yang dihitung. Gambar 3 (a). menunjukkan variasi nilai COP Kombinasi, kerja turbin dan energi listrik yang dihasilkan terhadap suhu evaporator sistem AC. Dihasilkan bahwa dengan peningkatan suhu evaporator AC yang bervariasi dari 0℃ hingga 10℃, COP Kombinasi meningkat dari 3,65 menjadi 5,37, output kerja turbin di sistem ORC menurun dari 2,63 kW menjadi 2,45 kW, serta berbanding lurus dengan output kerja turbin maka energi listrik yang dihasilkan pun menurun dari 2,41 kW menjadi 2,25 kW. Hal ini dikarenakan nilai COP Kombinasi berbanding lurus dengan suhu evaporator, sehingga nilainya meningkat. Dengan asumsi pompa bekerja secara konstan, hal ini menyebabkan penurunan keluaran daya turbin dan listrik yang dihasilkan. Variasi suhu evaporator tidak berpengaruh pada ORC. Akibatnya, efisiensi termal ORC tetap konstan untuk semua variasi suhu evaporator. Tekanan evaporator meningkat saat suhunya meningkat. Hal ini menyebabkan pengurangan kerja kompresor yang diperlukan pada suhu kondensor konstan.
Nilai berbeda ditunjukkan pada Gambar 3(a) dengan variasi suhu kondensor yang dimulai dari 45℃  menjadi  60℃.  Dengan  peningkatan  suhu  kondensor  AC,  COP  Kombinasi  nilainya menurun dari 4,24 menjadi 3,26, namun kerja turbin dan listrik yang dihasilkan meningkat dengan nilai masing-masing adalah 1,63 kW menjadi 4,53 kW dan 1,50 kW menjadi 4,14 kW. Suhu  kondensor  memiliki  efek  yang  besar  pada  COP  Kombinasi  seperti  yang  terlihat  pada Gambar  3(b). suhu  dan tekanan  masuk pada kompresor adalah  konstan,  dengan kenaikan suhu  kondensor,  tekanan  dan  entalpi  keluar  kompresor  meningkat.  Hal  ini  menyebabkan
peningkatan  W Comp yang  mengakibatkan  penurunan  COP  AC.  Selain  itu,  peningkatan  suhu kondensor menyebabkan peningkatan W Turbin , karena diasumsikan W Turbin = W Comp .
Gambar 3(c) menunjukkan bahwa ketika suhu dari kondensor ORC berubah dari 30℃ sampai 40℃,  performa  sistem  melalui  pendekatan  energi  mengalami  penurunan.  Suhu  kondensor ORC  memiliki  pengaruh  yang  besar  terhadap  performa  sistem.  Perubahan  suhu  pada kondensor ORC tidak berpengaruh terhadap nilai COP pada sistem AC, tetapi COP Kombinasi mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan suhu kondensor ORC berbanding terbalik dengan COP Kombinasi.
(a) (b) (c)
Gambar 4. (a) Variasi Efisiensi Exergy dan Kerusakan Exergy Sistem Terhadap Suhu Evaporator; (b) Variasi Efisiensi Exergy dan Kerusakan Exergy Sistem Terhadap Suhu Kondensor AC; (c) Variasi Efisiensi Exergy dan Kerusakan Exergy Sistem Terhadap Suhu Kondensor ORC
Gambar 4(a), 4(b) dan 4(c) menunjukkan variasi efisiensi exergy dari sistem gabungan, serta penghancuran eksergi sistem terhadap suhu evaporator, kondensor AC, dan kondensor ORC. Pada  siklus  termodinamika  dalam  sistem  refrigerasi  maupun  siklus  rankine  organik,  seperti perubahan  fase  pada  evaporator  dan  kondensor  serta  turbin  dan  pompa,  meningkatnya tekanan  dan temperatur  setelah proses kompresi  dan ekspansi,  ini  semua merupakan  alah satu  penyebab  terjadinya  perubahan  nilai  entropi,  sehingga  mengakibatkan  terjadinya ireversibilitas. Ireversibilitas menyebabkan terjadinya kehancuran exergi ( exergy destruction) pada sistem. Sistem refrigerasi dan siklus rankine organik akan selalu mengalami pertukaran panas,  sehingga  akan  selalu  ada  kerugian  yang  terjadi,  dalam  artian  sistem  tidak  dapat mengalami kondisi setimbang dengan lingkungannya.
Karena kondisi ruangan yang berfluktuasi, maka suhu cooling water bervariasi. Oleh karena itu, analisis energi dan eksergetik dilakukan untuk mengevaluasi kinerja sistem AC-ORC R600a- R227ea.  Secara  umum,  perubahan  kondisi  operasi  subsistem  ORC  dapat  mempengerauhi kinerja subsitem AC. Namun demikian, suhu kondensasi sistem AC dirancang konstan pada suhu 50℃. Oleh karena itu, kinerja sistem AC dan suhu penguapan subsistem ORC dianggap tidak berubah dengan suhu cooling water yang bervariasi. Berdasarkan persamaan yang telah ditentukan sebelumnya, penurunan dan penaikan efisiensi termal, serta nilai COP Kombinasi dari sistem AC-ORC.

## 4. KESIMPULAN
Dalam penelitian ini, sistem AC-ORC terintegerasi dianalisis untuk pemanfaatan kembali limbah panas. Secara total, 36 kombinasi fluida kerja terbentuk dan kinerja sistem dengan kombinasi ini  dianalisis  dan  dibandingkan.  Berdasarkan  abalisis  termodinamika  (analisis  energi  dan eksergetik), dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.
1. Untuk pemulihan panas limbah, dari segi performansi sistem, fluida kerja yang optimal untuk sistem ORC adalah R227ea.
2. Performa sistem AC_ORC terintegerasi sangat bergantung pada performa awal sistem AC. Sistem AC dengan kinerja yang lebih baik menghasilkan performa keseluruhan yang lebih baik  bila  dikombinasikan  dengan  sistem  ORC.  R600a  dipilih  sebagai  fluida  kerja  untuk sistem AC.
3. Ketika dioperasikan dengan suhu chilled water yang berubah-ubah, maka suhu evaporator pun ikut berubah dan nilai COP dan output listrik bersih naik dengan meningkatnya suhu chilled water. Sedangkan efisiensi termal tidak terpengaruh oleh perubahan suhu chilled water.
4. Berdasarkan asumsi yang dibuat pada sistem ac-orc terintegerasi, cop kombinasi, efisiensi termal, output listrik bersih, dan efisiensi exergi keseluruhan menurun dengan semakin tingginya suhu cooling water.

## DAFTAR RUJUKAN
Ali,  H.  M.  (2022).  Heat  transfer  augmentation  of  porous  media  (metallic  foam)  and  phase change  material  based  heat  sink  with  variable  heat  generations:  An  experimental evaluation. Sustainable  Energy  Technologies  and  Assessments,  52(PC),  102218.
https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102218
Aphornratana,  S.,  &  Sriveerakul,  T.  (2010).  Analysis  of  a  combined  Rankine-vapour- compression refrigeration cycle. Energy Conversion and Management, 51(12), 2557–
2564. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.04.016
Bao,  J.,  &  Zhao,  L.  (2013).  A  review  of  working  fluid  and  expander  selections  for  organic
Rankine  cycle. Renewable  and  Sustainable  Energy  Reviews,  24,  325–342. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.03.040
Bonk, C. D., Laux, C., Rödder, M., & Neef, M. (2017). Design of a 1 KW Organic Rankine Cycle
for  Teaching  and  Research  Issues. Energy  Procedia,  129,  931–938. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.09.117
Borikar, S. A., Gupta, M. M., Alazawi, M. A., Malwe, P. D., Moustafa, E. B., Panchal, H., &
Elsheikh,  A.  (2021). A  case  study on  experimental  and statistical  analysis of energy consumption  of  domestic  refrigerator. Case  Studies  in  Thermal  Engineering,
28(November), 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636
Encabo,  C.  I.,  Agromayor,  R.,  &  Nord,  L.  O.  (2017).  Thermodynamic  Optimization  Of  An
Organic  Rankine  Cycle  For  Power Generation From A  Low  Temperature  Geothermal Heat Source. Proceedings of the 58th Conference on Simulation and Modelling (SIMS
58)  Reykjavik,  Iceland,  September  25th  –  27th,  2017,  138,  251–262. https://doi.org/10.3384/ecp17138251
Franchetti, B., Pesiridis, A., Pesmazoglou, I., Sciubba, E., & Tocci, L. (2016). Thermodynamic and technical criteria for the optimal selection of the working fluid in a miniORC. ECOS 2016  -  Proceedings  of  the  29th  International  Conference  on  Efficiency,  Cost, Optimisation, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, 1–15.
Kaushik,  S.  C.,  Panwar,  N.  L.,  &  Reddy,  V.  S.  (2012).  Thermodynamic  evaluation  of  heat recovery through a Canopus heat exchanger for vapor compression refrigeration (VCR) system. Journal  of  Thermal  Analysis  and  Calorimetry,  110(3),  1493–1499.
https://doi.org/10.1007/s10973-011-2111-7
Li, C., Zhou, J., Cao, Y., Zhong, J., Liu, Y., Kang, C., & Tan, Y. (2014). Interaction between urban  microclimate  and  electric  air-conditioning  energy  consumption  during  high
temperature season. Applied Energy, 117, 149–156.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.11.057
Malwe, P. D., Shaikh, J., & Gawali, B. S. (2022). Exergy assessment of a multistage multi- evaporator vapor compression refrigeration system using eighteen refrigerants. Energy Reports, 8, 153–162. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.11.072
Rajabloo,  T.  (2017).  Thermodynamic  study  of  ORC  at  different  working  and  peripheral
conditions. Energy Procedia, 129, 90–96. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.09.165
Sarkar, J. (2018). Generalized pinch point design method of subcritical-supercritical organic
Rankine  cycle  for  maximum  heat  recovery. Energy,  143,  141–150. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.10.057
Tahir,  M.  B.  M.,  &  Yamada,  N.  (2009).  Characteristics  of  Small  ORC  System  for  Low Temperature  Waste  Heat  Recovery. Journal  of  Environment  and  Engineering,  4(2),
375–385. https://doi.org/10.1299/jee.4.375
Wahile, G. S.,  Malwe, P. D., &  Aswalekar, U.  (2022). Latent  heat  storage system by  using phase change materials and their application. Materials Today: Proceedings, 52, 513–
517. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.09.268
Wahile, G. S., Malwe, P. D., & Kolhe, A. V. (2020). Waste heat recovery from exhaust gas of an engine by using a phase change material. Materials Today: Proceedings, 28, 2101– 2107. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.247
Yansuri, D. S. (2018). Perencanaan Sistem Waste Heat Recovery Power Generation (WHRPG)
Pabrik Semen. Jurnal Teknik Elektro, 8(2), 1–8.