JURNAL TEKNIK ITS Vol. 7, No. 2, (2018) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) B185 Abstrak—Pemusnahan eksergi pada turbin gas terjadi karena adanya gesekan antara fluida kerja dengan sudu – sudu turbin yang menyebabkan terjadinya pembangkitan entropi pada fluida kerja. Untuk sistem turbin gas dengan fluida kerja yang bertekanan dan temperature rendah, jenis radial turbin tepat diaplikasikan karena mampu beroperasi pada kecepatan tinggi. Dalam penelitian ini dilakukan studi desain geometri rotor turbin tipe radial dengan menggunakan fluida kerja bantu R- 134a untuk meningkatkan daya keluaran turbin. Perancangan geometri blade rotor turbin radial menggunakan dua cara yaitu dengan pendekatan numerik dan simulasi CFD. Perancangan dengan pendekatan numerik dan simulasi 3D menggunakan metode yang disarankan oleh Aungier dan Baines. Dari hasil perhitungan Baines, diperoleh daya output rotor turbin hasil perancangan sebesar 10,497 kW. Selain prediksi performansi daya output, dalam perancangan diperoleh penampang meridional dan segitiga kecepatan rotor yang digunakan sebagai input perancangan 3D blade rotor radial. Dengan variasi sudut inlet rotor 0 o dan 70 o diperoleh perbedaan profil aliran. Pada sudut inlet 70 o menghasilkan performa yang lebih baik berdasarkan profil aliran kecepatan dan distribusi tekanan. Karakteristik aliran yang terjadi pada area blade dan sekitarnya yang dibatasi oleh penampang hub dan shroud menyebabkan terjadi aliran turbulen karena nilai densitas dan viskositas fluida kerja yang rendah. Kata Kunci—Airfoil, Blade, Radial, Refrigerant, Twist, Vortex. I. PENDAHULUAN IKLUS Rankine Organik (ORC) merupakan salah satu siklus yang sering digunakan dalam suatu pembangkitan dengan memanfaatkan waste energy dimana fluida yang digunakan berbahan organik [1]. Di Indonesia, penggunaan teknologi ORC masih sangat sedikit karena industri nasional belum ada yang dapat memproduksi komponen sistem ORC, sehingga teknologi ORC dinilai membutuhkan investasi yang tinggi. Untuk saat ini, pemanfaatan siklus rankine dengan fluida kerja organik hanya sebatas untuk alternatif penambahan daya output pembangkitan listrik, dimana uap sebagai sumber utama pembangkit digunakan untuk memanaskan fluida kerja bantu atau yang sering dikenal dengan teknologi siklus biner. Teknologi siklus biner adalah sistem pembangkit listrik dimana fluida bertekanan rendah seperti misal panas bumi, baik berupa uap maupun air panas dimanfaatkan sebagai sumber panas utama untuk memanaskan fluida kedua (fluida kerja) dengan menggunakan alat penukar panas dari fase cair menjadi fase gas. Fase gas dari fluida kerja ini kemudian dialirkan ke dalam turbin yang dikopel dengan generator untuk membangkitkan listrik. Berdasarkan pada penelitian sebelumnya terkait efisiensi suatu pembangkit listrik bahwa komponen yang berpengaruh besar dalam pemusnahan eksergi terjadi pada turbin [2]. Pemusnahan eksergi pada turbin gas terjadi karena adanya gesekan antara fluida kerja dengan sudu – sudu turbin yang menyebabkan terjadinya pembangkitan entropi pada fluida kerja [3]. Pada tingkatan pertama, entropi pada sistem sangat menguntungkan untuk tingkat selanjutnya, akan tetapi sangat merugikan pada tingkat terakhir karena sudah tidak dimanfaatkan lagi seperti pada proses sebelumnya namun langsung dialirkan ke tingkat selanjutnya pada siklus. Berdasarkan permasalahan tersebut, maka dibutuhkan beberapa penelitian terkait peningkatan performa turbin agar seluruh energi dapat dikonversi menjadi listrik. Selain peningkatan performa, pengurangan kerugian akibat beberapa faktor unjuk kerja turbin juga perlu dikaji dalam proses ekspansi. Terdapat beberapa jenis turbin gas yang digunakan berdasarkan kebutuhan kondisi operasi. Untuk sistem turbin gas dengan fluida kerja yang bertekanan dan temperature rendah untuk aplikasi siklus rankine organik, jenis radial turbin tepat diaplikasikan karena mampu beroperasi pada kecepatan tinggi. Perancangan turbin gas yang umum dan banyak dilakukan pada penelitian yang sudah ada berfokus pada perancangan komponen yang berpengaruh besar terhadap performa turbin yaitu pada komponen rotor. Rotor adalah komponen yang berputar pada turbin terdiri dari poros dan sudu – sudu turbin (blade) yang mengubah energi panas fluida menjadi energi kinetik untuk memutar generator. Selain itu telah dilakukan optimisasi pemilihan desain turbin menggunakan fluida kerja R-134a yang dapat menghasilkan peningkatan daya turbin sekitar 3,6% bila kecepatan dan bentuk blade tertentu dioptimalkan pada rentang yang diuji [4]. Banyak penelitian yang dilakukan pada studi termodinamik dari sistem ORC dan pemilihan fluida kerja dengan fokus utama pada peningkatan efisiensi pembangkit daya. Oleh karena itu, turbin harus didesain agar memenuhi kondisi operasi fluida kerja untuk sistem ORC pada temperatur dan tekanan yang sesuai dengan properti termodinamik fluida kerja. Semakin tinggi nilai efisiensi atau daya yang dapat dibangkitkan oleh turbin, maka semakin baik pula unjuk kerja komponen lainnya dalam satu siklus tersebut. Berdasarkan permasalahan tersebut maka dalam penelitian ini akan dilakukan studi desain geometri rotor turbin tipe radial dengan menggunakan fluida kerja bantu R-134a untuk meningkatkan daya keluaran turbin. Turbin radial dipilih karena memungkinkan kinerja yang lebih baik untuk skala yang lebih rendah [5]. Tantangan dalam pemodelan numerik turbin radial yang menggunakan fluida kerja bantu masih perlu ditangani untuk memperbaiki desain turbin dan mengoptimalkan ORC dengan lebih baik. Eksperimen terkait Analisis Aliran Fluida Refrigeran 134a pada Rotor Radial Berbasis Computational Fluid Dynamics Ni Putu Rika Puspita Dewi dan Gunawan Nugroho Departemen Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail: gunawan@ep.its.ac.id S