BAB II TEORI DASAR. Bumi kita tersusun oleh beberapa lapisan yang mempunyai sifat yang

Transkripsi

1 BAB II TEORI DASAR. Strktr Dalam Bmi Bmi kita terssn oleh beberapa lapisan ang mempnai sifat ang berbeda-beda. Lapisan bmi ang paling lar adalah kerak bmi, ang memiliki kedalaman sekitar Kerak bmi (crst) dengan komposisi pensnna Si (silikon) dan Oksigen, kemdia lebih ke baah lagi terdapat Mantel bmi ang terdiri dari mantel atas, ona transisi mantel, mantel baah. Mantel atas (pper mantle) dengan ketebalan 40 km dan komposisi pembentk paling banak mengandng oliin, proene, dan garnet, kemdian di baahna terdapat ona transisi (trans one) ang mempnai ketebalan 50 km dengan spinel dan garnet sebagai mineral pensnna, di baah ona transisi terdapat mantel baah (loer mantle) dengan ketebalan 40 km dengan komposisi pensnna peroskite(post-spinel). Di baah mantel terdapat Inti bmi ang terdiri atas inti lar dan inti dalam, inti lar (oter core) ang mempnai mineral paling banak Fe(cair) dan oksigen, dan ang terakhir adalah inti dalam (inner core) ang mempnai mineral paling banak ait Fe(padat). Dengan komposisi bmi ang seperti di atas, ditambah pla dengan adana ars koneksi pada salah sat lapisan bmi, maka terjadilah pemanasan mineral dan batan bmi ang menebabkan batan tersebt menjadi panas, bahkan sebagian meleleh menjadi magma ang kadang-kadang kelar ke permkaan bmi menjadi lahar. Batan panas ata magma ang terperangkap di 7

2 8 baah permkaan tersebt kemdian memanaskan air ang terdapat di baah permkaan bmi. Ketika tiba di permkaan bmi air hjan akan merembes ke dalam tanah melali salran pori-pori ata rongga-rongga diantara btir-btir batan. Bila jmlah air hjan ang trn ckp deras, maka air tersebt akan mengisi ronggarongga antar btiran sampai penh ata jenh. Air hjan ang sdah mask ke tanah disebt air tanah. Kala sdah tidak tertampng lagi, maka air hjan ang masih dipermkaan akan mengalir ke tempat ang lebih rendah. Ini disebt air permkaan. Daa serap (permeabilitas) masing-masing batan ata lapisan batan berariasi tergantng jenis batanna. Di daerah gnng api, dimana terdapat potensi panas bmi, seringkali ditemkan strktr sesar (falt) dan kaldera (caldera) sebagai akibat dari letsan gnng mapn aktifitas tektonik lainna. Keberadaan strktr tersebt tidak sekedar membka pori-pori ata ronggarongga antar btiran menjadi lebih terbka, bahkan lebih dari it mereka menciptakan ona rekahan (fractre one) ang ckp lebar dan memanjang secara ertikal ata hampir ertikal dimana air tanah dengan lelasa menerobos trn ke tempat ang lebih dalam lagi sampai akhirna bertem dengan batan panas (hot rock). Air tersebt tidak lagi trn ke baah, tetapi mencari jalan dalam arah horiontal ke lapisan batan ang masih bisa diisi oleh air. Seiring dengan berjalanna akt, air tersebt ters terakmlasi dan terpanaskan oleh batan panas (hot rock). Akibatna temperatr air meningkat, olme bertambah dan tekanan menjadi naik. Sebagianna masih tetap berjd air panas, namn sebagian lainna telah berbah menjadi ap panas. Tekanan ang ters

3 9 meningkat, membat flida panas tersebt menekan batan panas ang melingkpina seraa mencari jalan terobosan ntk melepaskan tekanan tinggi. Kala flida tersebt menemkan celah ang bisa mengantarna menj permkaan bmi, maka akan dijmpai sejmlah manifestasi seperti ap panas (fmarole), ata bisa jga kelar dalam jd cairan membentk telaga air panas (hot spring), ata bisa jga berpa lmpr panas (md pots). Namn bila celah it tidak tersedia, maka flida panas it akan tetap terperangkap disana selamana. Lokasi tempat flida panas tersebt dinamakan reseroir panas bmi (geothermal reseroir). Sementara lapisan batan dibagian atasna dinamakan cap rock ang bersifat impermeabel. Aliran flida panas ang terperangkap di dalam bmi tersebt dapat dimodelkan sehingga kita mendapatkan model aliran flida ang memberikan informasi tentang kemngkinan arah aliran flida ang terdapat di baah permkaan bmi.. Aliran dalam at cair ideal (persamaan bernolli) Sama seperti pada gas kita dapat mengasmsikan adana at cair ideal dimana gaa internal mempengarhi bagian triial dari kra perbahan fasa at, maka tegangan permkaan dan iskositas dapat diabaikan. Aliran sat at cair hana dipengrhi oleh densitas dari at cair tersebt. Tent saja, tidak ada at cair ang memiliki gaa internal sebesar nol, tidak akan ada at cair bila hal tersebt terjadi, tetapi at cair kadang berkelakan seperti aliran at cair ideal apabila terdapat dominasi gaa internal.

4 0 Anggap aliran ang terjadi seperti aliran ang terjadi pada at cair ideal dan kita perhatikan gerakan pada partikel-partikel ang terdapat di dalamna. Jika bergerak pada keadaan aliran ang tetap kita dapat membat garis ang menggambarkan baha tangen dari setiap titik memberikan arah aliran dari setiap partikel. Garis seperti ini dinamakan stereamlines. Garis ini kontin di sema at cair dan tidak akan pernah memotong sat sama lain, tidak ada partikel dari sat flida dapat mengalir bersilangan dari sat garis ke garis ang lain. Gambar di atas menjelaskan gambaran at cair ang dibatasi oleh streamlines. Pada A at cair berada pada ketinggian h dengan tekanan p, dan diameter α dan kecepatan aliran ; Pada B besaran-besaranna adalah h, p, α,. Dengan menganggap energi seimbang selama interal akt dt. Tekanan p pada A menggerakkan at cair α dt sepanjang tbe. Kerja ang terjadi α dt Masa dari at cair adalah α dt maka energi kinetikna

5 α ( dt) Dan energi potensialna: ( ) 3 α dt gh Jika gerak diasmsikan tetap dan at cair dianggap ideal, energi ang kelar jga sama pada B. Karena: ( 3 ) A ( 3 ) B Karena massa ang kelar dari B sama dengan massa at cair ang mask dari A, α dt α dt Persamaan menjadi p h g p h g Ini adalah persamaan aliran Bernolli ntk at cair ideal : tiga bagian pada setiap sisi dari persamaan di atas mennjkkan energi tekanan ntk menggerakkan at cair, energi kinetik dan energi potensial. Contoh ang sederhana ditnjkkan pada gambar dibaah ini, kontainer A diisi dengan at cair mencapai h. di dasar kontainer terdapat lbang kecil. Jika kita gambar tbe aliran seperti pada gambar, kondisi pada pncak tbe p atmosfer A, tinggi h, kecepatan 0. Pada dasar tbe p A, tinggi 0, kecepatan. maka

6 p A A 0 h g gh h g p 0 h g Aliran dari at cair ideal tidak membthkan model dari molekl at cair tersebt. Secara mm, pertambahan kecepatan aliran disertai dengan penrnan tekanan..3 Aliran pada keadaan at cair ang sebenarna (bergantng pada iskositas),aliran tetap dan tidak tetap (trblensi) Zat cair pada keadaan ang sebenarna mengalami resistansi iskositas ntk mengalir. Jika perbahan kecepatan antara da bidang adalah d/dt, maka gaa per m dengan resistansi iskositas adalah f d η d [] η ML T Dimana η adalah iskositas. Viskositas adalah kran kelembaman sat flida ntk mengalir. Aliran iscos berarti memperhitngkan gesekan antara lapisan pada flida ang bergerak, gesekan tersebt mengrangi kecepatan relatif gerak flida. Zat cair ang mengikti persamaan ini dikenal dengan Netonian Flids. Jika aliranna tetap dan stabil kerja ang terjadi dipengarhi oleh iskositas, dan kerja ang mncl sebagai panas. Jika kecepatan dari aliran terlal

7 3 tinggi ata terdapat besaran-besaran ang tidak mengntngkan, kelainan terjadi pada at cair tersebt. Kelainan ini sering terjadi pada batas at padat ang dikenal sebagai lapisan pembatas. Jika terdapat sat cairan dengan densitas, iskositas η mengalir sepanjang salran dengan jari-jari a, terdapat kecepatan kritis dimana aliran streamlines berbah menjadi gerakan trblen. Dengan analisis dimensional, dengan mdah mennjkkan gerakan trblen terjadi ketika c kη a K adalah besaran Renold. Besaran ini tidak mempnai dimensi dan hampir konstan ntk sema kondisi. Untk a η < k aliranna berpa streamlines Untk a η > k aliranna adalah trblen. Trblen adalah keadaan tidak stabil dimana gaa ang terjadi pada aliran tersebt tidak memerlkan sat indikasi apakah trblen it terjadi ata tidak. Gaa dipengarhi oleh iskositas dan faktor inersia. Contoh sederhana dari da keadaan tersebt ditandai oleh tidak adana perbahan pada lapisan at padat sepanjang at cair. Salah sat solsi ntk gaa resistiitas adalah F Aaη Ini adalah hkm Stokes; dari analisis didapatkan baha A bernilai 6π. Solsi ang lain adalah F Baη

8 4 Persamaan di atas tidak memerlkan iskositas tetapi energi kinetik, gaa ang terjadi ditandai oleh momentm dari flida..4 Naier Stokes g p t g p t g p t μ μ μ Dengan g,g, dan g adalah gaa graitasi ang berpengarh pada aliran flida pada ektor tersebt. Dengan,, dan adalah komponen kecepatan ntk setiap ektor. Dimana 0 Untk aliran flida tak termampatkan (incompressible), densitas pada flida tersebt konstan dan mengikti persamaan 0. Jika dimisalkan flida bergerak pada sat arah, maka didapatkan persamaan sebagai berikt 3aη dp h q a dp dp dp; h 3 η Dengan Kecepatan flida di ektor tersebt.

9 5 h η dp a q Lebar Salran ang dilali oleh flida tersebt. Viskositas flida. Perbahan tekanan pada flida. Panjang aliran flida. Debit flida. Dari persamaan di atas dapat dikatakan baha kecepatan sat flida pada sat arah ektor bergantng pada lebar salran, panjang aliran ang dilali oleh flida tersebt dan iskositas ang dimiliki oleh flida tersebt, begit pla dengan debit flida tersebt.