Perpustakaan Digital ITB

Sistem penyediaan daya listrik on-board pada rangkaian kereta api jarak jauh PT Kereta Api Indonesia (Persero) sangat bergantung pada genset diesel kereta pembangkit, sehingga peningkatan efisiensi pemanfaatan energi menjadi isu penting bagi penghematan bahan bakar dan penurunan emisi. Di sisi lain, kajian integrasi Organic Rankine Cycle (ORC) pada genset kereta pembangkit dengan mempertimbangkan keterbatasan ruang instalasi, konfigurasi penukar kalor, dan tata letak sistem masih relatif terbatas sehingga diperlukan analisis konseptual berbasis pemodelan untuk menilai kelayakan teknisnya. Penelitian ini bertujuan merekayasa dan mengevaluasi kelayakan teknis integrasi sistem ORC pada genset kereta pembangkit. Objek kajian menggunakan genset diesel MTU 10V1600 G20F dengan temperatur gas buang nominal sebesar 519,5 °C dan laju aliran massa 0,940 kg/s. Pemodelan termodinamika sistem dilakukan menggunakan Aspen HYSYS V14 dengan dukungan data properti fluida dari REFPROP, sedangkan perancangan penukar kalor utama dilakukan secara rigorous menggunakan Aspen EDR V14. Evaluasi dilakukan terhadap pemilihan fluida kerja, konfigurasi siklus, desain evaporator, Internal Heat Exchanger (IHX), Air Cooled Condenser (ACC), serta tata letak konseptual sistem. Hasil simulasi menunjukkan bahwa R1336mzz(Z) merupakan fluida kerja yang paling sesuai karena menghasilkan daya ekspander sebesar 70,03 kW, memiliki Ozone Depletion Potential (ODP) nol, Global Warming Potential (GWP) sangat rendah, serta klasifikasi keselamatan A1. Untuk meningkatkan kestabilan termal-hidraulik, fungsi evaporator dipisahkan menjadi vaporizer dan superheater bertipe TEMA AES, sehingga peringatan aliran dua fasa seperti stratified boiling dan critical heat flux dapat dikurangi. Integrasi IHX sebagai recuperator juga meningkatkan pemanfaatan panas internal sebelum fluida kerja masuk ke vaporizer. Pada konfigurasi akhir dengan ACC full-duty thermal benchmark, sistem ORC menghasilkan daya bersih sebesar 55,45 kW, yang setara dengan sekitar 19,89% dari beban listrik baseline rangkaian sebesar 278,72 kW. Evaluasi tata letak menunjukkan bahwa sistem ORC lebih realistis ditempatkan pada kereta tersendiri yang dikopel berdekatan dengan kereta pembangkit agar kebutuhan ruang ACC, akses perawatan, dan jalur ducting gas buang dapat diakomodasi secara teknis.