BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang dan rumusan masalah Bumi kita tersusun oleh beberapa lapisan yang mempunyai sifat yang berbeda-beda, diantaranya mantel bumi dimana terdapat magma yang terbentuk akibat panas bumi yang melelehkan mineral dan batuan bumi. Geothermal merupakan energi panas yang keluar dari dalam bumi yang dapat digunakan sebagai energi alternatif karena potensinya yang sangat besar terutama untuk energi listrik. Namun energi panas tersebut juga dapat dimanfaatkan secara langsung untuk berbagai keperluan, diantaranya untuk pemanas air, pengeringan bahan dan lain-lain. Di Indonesia, sumber geothermal tersebar hampir di seluruh pulau, terutama di daerah yang merupakan jalur pegunungan sirkum pasifik atau jalur vulkanisme. Jumlah daya yang dapat dihasilkan selama tahun 2003 di Indonesia sebesar 807 MW (Hutter,2001) dan menurut penyelidikan diperkirakan mencapai 10.000 MW. Di dalam bumi juga terdapat sekumpulan air yang berasal dari air hujan. Air hujan yang turun ke bumi. Ketika tiba di permukaan bumi air hujan akan merembes ke dalam tanah melalui saluran pori-pori atau rongga-rongga diantara butir-butir batuan. Bila jumlah air hujan yang turun cukup deras, maka air tersebut akan mengisi rongga-rongga antar butiran sampai penuh atau jenuh. Air hujan yang sudah masuk ke tanah disebut air tanah. Kalau sudah tidak tertampung lagi, 1
2 maka air hujan yang masih dipermukaan akan mengalir ke tempat yang lebih rendah. Ini disebut air permukaan. Daya serap (permeabilitas) masing-masing batuan atau lapisan batuan bervariasi tergantung jenis batuannya. Di daerah gunung api, dimana terdapat potensi panas bumi, seringkali ditemukan struktur sesar (fault) dan kaldera (caldera) sebagai akibat dari letusan gunung maupun aktifitas tektonik lainnya. Keberadaan struktur tersebut tidak sekedar membuka pori-pori atau rongga-rongga antar butiran menjadi lebih terbuka, bahkan lebih dari itu mereka menciptakan zona rekahan (fracture zone) yang cukup lebar dan memanjang secara vertikal atau hampir vertikal dimana air tanah dengan leluasa menerobos turun ke tempat yang lebih dalam lagi sampai akhirnya bertemu dengan batuan panas (hot rock). Air tersebut tidak lagi turun ke bawah, tetapi mencari jalan dalam arah horizontal ke lapisan batuan yang masih bisa diisi oleh air. Seiring dengan berjalannya waktu, air tersebut terus terakumulasi dan terpanaskan oleh batuan panas (hot rock). Akibatnya temperatur air meningkat, volume bertambah dan tekanan menjadi naik. Sebagiannya masih tetap berwujud air panas, namun sebagian lainnya telah berubah menjadi uap panas. Tekanan yang terus meningkat, membuat fluida panas tersebut menekan batuan panas yang melingkupinya seraya mencari jalan terobosan untuk melepaskan tekanan tinggi. Kalau fluida tersebut menemukan celah yang bisa mengantarnya menuju permukaan bumi, maka akan dijumpai sejumlah manifestasi seperti uap panas (fumarole), atau bisa juga keluar dalam wujud cairan membentuk telaga air panas (hot spring), atau bisa juga berupa lumpur panas (mud pots). Namun bila celah itu tidak tersedia, maka fluida panas itu akan tetap terperangkap disana selamanya.
3 Lokasi tempat fluida panas tersebut dinamakan reservoir panas bumi (geothermal reservoir). Sementara lapisan batuan dibagian atasnya dinamakan cap rock yang bersifat impermeabel. Aliran fluida panas yang terperangkap di dalam bumi tersebut dapat dimodelkan sehingga kita mendapatkan model aliran fluida yang memberikan informasi tentang kemungkinan arah aliran fluida yang terdapat di bawah permukaan bumi tersebut. 1.2 Ruang lingkup kajian Ruang lingkup kajian pada Tugas Akhir ini meliputi sifat dan karakteristik fluida dalam berbagai fasa, juga karakteristik aliran fluida pada keadaan ideal dan juga pada keadaan tidak ideal. Pada Tugas Akhir ini juga dibahas tentang aliran turbulent dan streamline yang masing-masing dipengaruhi oleh besaran-besaran yang berbeda-beda, seperti viskositas dan densitas fluida, dengan batasan-batasan pada sifat-sifat fluida yang dibahas. 1.3 Tujuan penulisan Tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk memodelkan aliran fluida pada geothermal reservoir sehingga didapatkan model aliran berdasarkan probabilitas yang dipengaruhi oleh nilai viskositas, dan batasan bahwa aliran bersifat ideal dan streamline.
4 1.4 Anggapan dasar Suatu fluida yang bergerak di bawah permukaan bumi, dipengaruhi oleh viskositas dan densitas yang dimiliki oleh fluida tersebut. Adanya suatu celah di bawah permukaan bumi mengakibatkan fluida tersebut bergerak mengikuti arah celah tersebut. Pada pemodelan numerik ini digunakan sistem geothermal yang didominasi air dan menggunakan beberapa asumsi sebagai berikut: - Viskositas pada suatu fluida mempengaruhi alirannya. - Aliran fluida bersifat ideal. - Aliran fluida bersifat streamlines. - Aliran tak termampatkan (incompressible). - Aliran tetap (Steady flow) 1.5 Hipotesis Aliran fluida dipengaruhi oleh viskositas dan densitas yang dimiliki oleh fluida tersebut sehingga aliran fluida dapat dimodelkan berdasarkan viskositas yang dimiliki fluida tersebut sehingga didapatkan model aliran fluidanya. Lebar celah yang dimasuki oleh fluida tersebut juga mempengaruhi gerakan, tekanan pada fluida tersebut yang berpengaruh pada kecepatan dan debit fluida di bawah permukaan bumi.
5 1.6 Metode dan Teknik Pengumpulan Data 1.6.1 Metode Dalam pemodelan fluida ini digunakan matrik untuk menggambarkan model aliran fluida di bawah permukaan bumi dengan menggunakan data-data yang diproses dengan suatu program. Viskositas dan besaran-besaran lain mempengaruhi kecepatan fluida dan arah gerak fluida di bawah permukaan bumi. 1.6.2 Teknik Pengumpulan Data Data-data yang diperoleh pada pemodelan ini berasal dari buku, jurnal, makalah, serta kepustakaan lainnya. 1.7 Sistematika Penulisan Pembahasan dalam tugas akhir ini akan disusun dalam lima bab sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang dan rumusan masalah, ruang lingkup kajian, tujuan penulisan, anggapan dasar, hipotesis dan sistematika pembahasan. BAB II TEORI DASAR Bagian ini memaparkan teori dasar, terutama mengenai sifat fluida, sifat ideal fluida, sifat fluida tidak ideal, aliran steamline dan turbulen serta persamaan navier stokes. BAB III PEMODELAN ALIRAN FLUIDA STREAMLINE DI BAWAH PERMUKAAN BUMI
6 Pada bab ini akan dipaparkan tentang pemodelan matematis terhadap aliran fluida di bawah permukaan bumi yang dibatasi oleh aliran yang bersifat streamline. BAB IV HASIL PEMODELAN DAN PEMBAHASAN Hasil simulasi yang telah dilakukan akan dibahas pada bab ini, mencakup pola aliran fluida pada celah-celah di bawah permukaan bumi. BAB V SIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dari penulis atas pemodelan yang dilakukan dan saran yang mungkin dapat bermanfaat bagi pengembangan pemodelan yang dilakukan.