1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Indonesia merupakan negara dengan potensi energi panas bumi terbesar di dunia. Sebagai energi terbarukan dan ramah lingkungan, potensi energi panas bumi yang besar ini perlu ditingkatkan kontribusinya untuk mencukupi kebutuhan energi domestik yang akan dapat mengurangi ketergantungan Indonesia terhadap sumber energi fosil yang semakin menipis. Sebanyak 252 lokasi panas bumi di Indonesia seperti ditunjukkan pada Gambar 1.1 tersebar mengikuti jalur pembentukan gunung api yang membentang dari Sumatra, Jawa, Nusa Tenggara, Sulawesi sampai Maluku (Hadi, 2008). Gambar 1.1 Peta distribusi lokasi dan wilayah kerja pertambangan panas bumi (Sumber: Hadi, 2008)
2 Adapun menurut Suhartono (2012) menyatakan bahwa sistem panas bumi berdasarkan pada jenis fluida produksi dan jenis kandungan fluida utamanya, sistem hidrotermal panas bumi dibedakan menjadi dua, yaitu sistem dominasi uap (vapor-dominated system) dan sistem dominasi air (water-dominated system). Disebutkan pula oleh Utami P (1998) bahwa pada sistem dominasi uap, air yang terpanasi oleh batuan panas menguap, sehingga mencapai permukaan dalam keadaan relatif kering pada suhu sekitar 200⁰C dan tekanan sekitar 8 bar. Uap semacam ini cocok untuk menggerakan turbin pembangkit listrik. Sistem panas bumi dominan uap sangat jarang dijumpai di dunia dan hingga saat ini ada 5 lapangan besar yang telah dikembangkan untuk pembangkit listrik, yaitu lapangan-lapangan Larderello (Italia), The Geyser (Kalifornia), Matsukawa (Jepang), Kamojang dan Darajat (Indonesia). Pada lapangan panas bumi dengan sistem dominasi uap inilah diperlukan adanya kegiatan monitoring atau pengukuran terhadap kualitas uap (steam) seperti yang diungkapkan oleh Mulyana (2014) bahwa kualitas uap pada pembangkit geothermal memegang peranan yang sangat penting karena terkait dengan nilai entalpi yang dikandungnya dan berpengaruh pada kehandalan turbin. Ditambahkan pula oleh Reimann (1993) bahwa uap dari panas bumi mempunyai potensi korosif, erosif dan cenderung menyebabkan penumpukan (deposit) di dalam turbin. Artinya, kualitas uap memiliki pengaruh besar pada umur dari turbin (longevity). Begitu pula dengan pendapat Jung (1995) mengungkapkan bahwa kualitas dan kemurnian uap dari panas bumi mempunyai dampak yang signifikan pada efisiensi operasional dan umur turbin uap serta perlengkapan lainnya. Dengan demikian, diperlukan keakuratan dalam pengukuran pemantauan (surveillance) kualitas uap dari panas bumi. Oleh karena itu, diperlukan alat yang tepat yaitu sampling probe sebagai media penarikan/pengambilan sampel atas representasi dari uap yang mengalir di dalam fasilitas pipa yang dihubungkan dengan nozzle untuk mengirimkan bagian uap yang akan dianalisis ini (ASTM D 1066-97, 2001). Di PLTP Darajat, penulis dan tim lapangan secara periodik melakukan pengambilan sampel kondisi uap yang dialirkan dari fasilitas pemipaan yang menyalurkan fluida uap dari kepala sumur (wellhead) hingga menuju bagian pertemuan/percampuran sumur-sumur tersebut (interface). Pada Gambar 1.2 memperlihatkan sampling probe yang telah dipasang di sampling port/point yang terletak di pipa transmisi uap geothermal.
3 Sampling Probe Sampling Port/Point Gambar 1.2 Sampling probe yang telah diinstal pada sampling port Walaupun banyak literatur ilmiah yang menyampaikan tentang studi reservoir panas bumi, khususnya tentang Geokimia dan kondisi sub-surface. Namun, kajian tentang sampling probe yang dikhususkan untuk pengukuran kualitas uap (steam) yang mengalir dalam pemipaan sistem panas bumi masih sangat terbatas. Pada instalasi pemipaan panas bumi yang menjadi objek penelitian ini, telah ditemui bahwa sering terjadi terdapatnya perbedaan hasil pengukuran temperatur dari diameter lubang (hole) di sisi ujung nozzle saat dilakukan pengukuran di lapangan panas bumi Darajat, Garut. Untuk mempelajari karakteristik pergerakan aliran fluida di dalam saluran pemipaan lapangan panas bumi yang menggunakan sampling probe dengan berbagai bentuk nozzle tip atau bagian ujung nozzle yang kontak langsung dengan aliran uap di dalam pipa, penulis akan melakukan simulasi numerik menggunakan software CFD mempelajari karakteristik aliran fluida uap (vektor kecepatan, vektor tekanan, dan vektor temperatur) yang bersirkulasi pada bagianbagian ujung probe tersebut.
4 Ada beberapa contoh perangkat lunak Computational Fluid Dynamic (CFD) yang cukup popular, antara lain: Fluent ANSYS, CFDSOF, Solidworks Flow Simulation, Star-CCM+, dan Autodesk Simulation CFD. Penulis memilih Solidworks Flow Simulation sebagai alat bantu dalam menganalisis profil dari fluida uap panas bumi karena berdasarkan Mackay (2015) yang menyebutkan beberapa alasan bahwa setiap perancang (engineer) membutuhkan software ini, yaitu: pengguna dapat menganalisis menggunakan geometri yang telah dibuat di dalam program Solidworks Premium tanpa melakukan proses ekspor/impor atau transfer data model CAD (Computer Aided Design) ke program lainnya, keunggulannya dalam membuat skenario what if sehingga ketika pengguna melakukan modifikasi atas model yang dibuatkan, maka pengguna dapat dengan segera menganalisis kembali, lalu keuntungan menggunakan Solidworks Flow Simulation juga komunitas pengguna yang luas dan tentunya paket/modul dari perangkat lunak ini telah disesuaikan dengan kebutuhan industri pemakainya. Oleh sebab itu, penulis mengangkat judul Analisis Aliran Uap pada Nozzle Tip Sampling Probe di PLTP Darajat (Geothermal) menggunakan Simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD) untuk diajukan pada Tugas Akhir. 1.2 RUMUSAN MASALAH Masalah yang akan dibahas pada tulisan ini meliputi: 1. Bagaimana cara melakukan simulasi aliran uap (steam) berdasarkan parameterparameter fluida pada Nozzle Tip Sampling Probe menggunakan perangkat lunak CFD? 2. Faktor apa saja yang mempengaruhi terjadinya perbedaan hasil pengukuran temperatur yang dilakukan di lapangan? 1.3 TUJUAN PENELITIAN Beberapa tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Mendeskripsikan aliran uap yang digunakan sebagai media fluida pada Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi. 2. Melakukan simulasi aliran fluida pada Nozzle Tip Sampling Probe dengan menggunakan program Computational Fluid Dynamics perangkat lunak Solidworks Flow Simulation 2013.
5 3. Memaparkan faktor-faktor yang mempengaruhi hasil pengukuran temperatur untuk mendapatkan nilai superheat di setiap sumur produksi geothermal. 1.4 BATASAN DAN RUANG LINGKUP PENELITIAN Pembahasan Tugas Akhir ini dilakukan dengan batasan-batasan masalah sebagai berikut: 1. Properti fluida yaitu uap air panas bumi (geothermal steam) yang dihasilkan oleh sumur produksi. 2. Jenis Nozzle Tip Sampling Probe yang dianalisis adalah multi-port/multi-holes nozzle. 3. Variabel yang dianalisis berupa tekanan, temperatur dan kecepatan aliran fluida. 1.5 SISTEMATIKA PENULISAN Untuk memudahkan pembahasan dalam penulisan Tugas Akhir ini, maka rencana laporan yang akan disusun terdiri dari 5 (lima) bab dengan sistematika seperti berikut: Bab I Pendahuluan berisi penjelasan tentang latar belakang masalah dan permasalahan yang diteliti, pertanyaan penelitian, tujuan penelitian, urgensi (keutamaan) penelitian dan sistematika penelitian. Bab II Tinjauan Pustaka dikemukakan teori yang melandasi kegiatan berdasarkan acuan primer (seperti dokumen standar dan jurnal ilmiah) yang masih relevan. Bab ini juga menguraikan kajian pustaka yang menimbulkan gagasan dan mendasari kegiatan penelitian yang akan dilakukan. Bab III Metode Penelitian berisi metode penelitian yang menjelaskan secara utuh tahapan penelitian yang akan dilaksanakan, luaran, indikator capaian yang terukur di setiap tahapan, teknik pengumpulan data dan analisis data. Bab IV Hasil yang Dicapai dan Potensi Khusus berisi uraian apa saja hasil Tugas Akhir yang mencakup semua aspek yang terkait dengan penelitian. Hasil simulasi dan analisis serta pembahasannya yang disajikan berupa gambar visual dari data yang sudah terolah. Bab V Kesimpulan dan Saran berisi kesimpulan penelitian yang berarti pernyataan singkat tentang hasil analisis deskripsi dan pembahasan tentang hasil pengujiannya. Kesimpulan ini berisi jawaban atas pertanyaan yang diajukan pada bagian rumusan masalah. Bab ini juga memuat saran yang berisi rekomendasi yang dirumuskan penulis.