1. BAB VII
PERALATAN KHUSUS UNTUK PRODUKSI GEOTHERMAL
7.1. Dasar Teori
Geothermal merupakan energi alternative baru sebagai pembangkit tenaga
listrik dengan prinsip mengubah mekanis penggerak turbin menjadi energi listrik
hasil putaran turbin guna menggerakkan generator. Adapun peralatan khusus untuk
produksi geothermal yang digunakan untuk mengubah energi panas bumi menjadi
energi listrik (watt) sebagai berikut:
7.1.1. Orifice Flow Meter
Orifice adalah plat berlubang yang disisipkan pada laluan aliran fluida yang
diukur, juga merupakan alat primer yang berfungsi untuk mendapatkan beda
tekanan antara aliran pada up stream dan down stream dari orifice itu sendiri.
Orifice merupakan salah satu alat ukur yang digunakan di lapangan geothermal dan
umumnya orifice diletakkan sebelum separator. Prinsip kerja dari orifice meter
adalah:
Fluida yang diukur alirannya dialirkan melalui plat orifice.
Perbedaan atau selisih tekanan fluida yang melalui orifice antara up stream dan down
stream dicatat.
Suhu dan tekanan fluida pada up stream dicatat untuk mengetahui densitasnya.
2. Adapun perangkat alat ukur orifice flow meter terdiri dari:
Plat orifice dengan diameter tertentu.
Sepasang lubang / titik, sebuah di up stream dan sebuah lagi di down stream aliran .
Manometer dan thermometer.
7.1.1.1. Plat Orifice
Plat orifice merupakan bagian dari alat orifice meter yang berfungsi
mengalirkan fluida yang aan diukur harga mass flownya. Plat orifice hanya dapat
dipakai untuk menentukan aliran fluida dalam pipa berdiameter tidak kurang dari
satu inchi. Plat orifice ada 3 jenis sesuai dengan fungsinya, yaitu:
1. Square edge: untuk menakar aliran uap atau air.
2. Conical Entrance: untuk mengukur fluida kental (minyak).
3. Quarter Circle: untuk mengukur fluida kental.
7.1.1.2. Lubang Tekanan
Lubang tekanan atau titik tekanan yang sering disebut juga pressure tapping
(PT), letaknya tidak sembarang. Lubang pengambilan beda tekanan biasanya
ditempatkan dalam bidang horizontal dari garis disambung dengan condensing
terjadi pada alat ukur sekunder. Dikenal 3 posisi pressure tapping, yaitu:
1. Corner Tapping, jenis ini akan menghasilkan perbedaan tekanan yang terkecil dari
ketiga jenis ini.
2. Dinamo dan D/2 Tapping, jenis ini menghasilkan perbedaan tekanan yang besar.
3. Flange Tapping, jenis ini menghasilkan perbedaan tekanan diantara kedua jenis
tapping pressure di atas.
3. 7.1.1.3. Manometer dan Thermometer
Manometer diperluan untuk mengetahui tekanan fluida pada up stream dalam
menentukan densitas fluida tersebut. Metode yang diperlukan dalam mengukur dan
menunjukan besaran tekanan adalah tekanan atau gaya per satuan luas bidang,
terlebih dahulu diubah kedalam bentuk gerakan mekanik, kemudian gerak ini
dikalibrasikan kedalam skala angka. Manometer ini diletakkan setelah separator
(pada liquit dominated reservoir), sebelum orifice meter. Disamping itu diperlukan
pula sebuah manometer Hg (air raksa) untuk mengetahui selisih tekanan fluida
diantara dua sisi plat orifice.
Temperatur pada pressure tapping up stream perlu diketahui dalam kaitannya
untuk mengetahui densitas dan untuk koreksi plat orifice dan diameter pipa karena
adanya ekspansi panas. Prinsip pengukuran dari thermometer ada dua, yaitu
dengan metode pemuaian dan metode elektris. Dalam metode pemuiaian yang
diukur menghasilkan pemuaian. Pemuaian diubah kedalam bentuk bentuk gerak
mekanik, kemudian dikalibrasikan kedalam angka angka skala yang
menunjukkan nilai panas yang diukur. Sedangkan metode elektris, panas yang
diukur menghasilkan gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik kemudian dikalibrasikan
kedalam skala angka angka yang menunjukkan nilai panas yang diukur. Dari
kedua metode tersebut, yang umumnya digunakan di lapangan geothermal adalah
metode pemuaian, tetapi thermometer tidak dipasang tepat pada up stream pressure
tapping, karena dapat mengganggu sifat aliran fluida yang masuk atau melalui
orifice, oleh karena itu thermometer harus ditempatan di up stream pada jarak
minimal 25 kali diameter pipa dari plat orifice.
4. 7.1.2. Cone atau Kerucut.
Cone atau kerucut merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengukur
besar aliran dari uap kering (dry steam) dengan menyemburkan uap tersebut pada
sonic velocity ke atmosfer melalui sebuah cone atau kerucut yang dimensi
sebagian telah ditentukan ukurannya. Metode pengukuran dengan kerucut kurang
akurat, tetapi untuk tekanan minimum 2 atau sudah cukup baik untuk perhitungan
kasar. Cone terletak setelah separator (pada liquit dominated reservoir). Walaupun
diameter pipa up stream dan panjang kerucut sudah ditentukan untuk cone tapper
(P) yang diinginkan.
Cara lain untuk mengukur besar aliran fluida untuk uap kering dapat
dilakukan dengan sharp edge orifice meter,dengan panjang pipa up stream yang
lurus sekurang kurangnya 25 kali diameter pipa dan pipa dari down stream
minimum 10 kali diameter dalam pipa tersebut agar tidak terjadi turbulensi.
7.1.3. Separator
Dalam produksi minyak dan gas, separator juga digunakan, hanya separator
yang digunakan di geothermal berfungsi memisahkan uap dari air panas, fluida
yang telah terpisahkan ini diukur dengan menggunakan orifice. Separator yang
paling efisien untuk produksi geothermal adalah cyclone separator. Cyclone
separator menggunakan gaya sentrifugal untuk memisahkan air dari uapnya. Gaya
sentrifugal menyebabkan air menempel pada dinding dan karena gaya beratnya
akan bergerak ke bawah secara spiral dan keluar dari separator melalui pipa
tangensial. Sedangkan uap secara radial masuk ke dalam pipa yang berad di tengah
5. tengah separator dan mengalir keluar. Pada suatu lapangan geothermal yang
bertekanan cukup tinggi, bias dibuat rangkaian separator bertingkat dua atau
bahkan bertingkat tiga.
7.1.4. Silincer
Sesuai dengan namanya, silencer adalah alat untuk meredam suara disamping
itu juga berfungsi sebagai pemisah antara air dan uap yang akan dibuang. Air perlu
dipisahkan dari uap yang akan mengendap seperti hujan gerimis dan bila air
tersebut mengandung unsure kimia tertentu dapat mematikan tumbuhan yang ada
disekitarnya. Pemisahan air dan uap juga memakai cara pemisahan cyclone.
Silincer terletak setelah orifice flow meter.
7.1.5. Weir Box
Besar volume air yang mengalir pada tekanan atmosfer dapat pula ditentukan
dengan suatu peralatan yang disebut Weir Box, yang biasanya dipakai untuk
menghitung volume air yang keluar dari silencer. Bagian utama dari weir box
tersiri dari plat weir dan saluran air.
7.1.5.1. Plat Weir
Suatu plat weir harus memenuhi syarat syarat sebagai berikut:
Sudut yang terbentuk dari puncak plat ke bawah pada bagian outside harus 45 derajat
dan lebar horizontal pada puncak plat 2 mm.
6. Bidang bagian dalam plat harus benar benar datar dan halus, terutama pada daerah
sampai 100 mm dari puncak atau bibir plat.
Berdiri tegak lurus terhadap arah aliran.
Menurut bentuknya, plat weir dibedakan menjadi 3 jenis yaitu:
1. Right angle triangular weir (V notch).
2. Rectangular weir
3. Full width weir
7.1.5.2. Saluran Air
Saluran air terdiri dari tiga bagian, yaitu:
1. Driving section (pengarah aliran).
2. Flow straightening section (pelurus aliran).
3. Staightened flow section (aliran yang lurus).
Panjang setiap bagian saluran telah ditentukan. Bila saluran tidak memiliki
flow straightening section, maka panjang straightened flow section minimal harus
10 kali lebar saluran. Tinggi permukaan air yang meluap pada plat weir diukur
dengan tabung ukur yang saling berhubungan dengan weir box pada bagian
straigtened flow section pada jarak minimum 3 h (h = tinggi luapan maksimal) dan
maksimal b (b = lebar weir box) dari plat weir minimal 50 mm di bawah titik
terendah pelimpah dan minimal 50 mm di atas dasar saluran (dasar weir box) dan
diameter dalam lubang penghubung antara weir box dan tabung ukur antara 10
30 mm.
7. 7.1.6. Peralatan lainnya.
Peralatan ini merupakan peralatan penunjang dalam produksi geothermal dan
peralatan yang berfungsi untuk memanfaatkan uap, yaitu:
1. Menara pendingin (water cooler).
2. Turbin dan generator.
3. Kondensor
Peralatan peralatan tersebut merupakan bagian dari power plant.
8. 7.2. Deskripsi Alat
A. Nama Alat : Separator.
Fungsi : Alat ini digunakan untuk memisahkan uap dan air panas.
Mekanisme Kerja :Alat ini bekerja dengan sistem sentrifugal akan
memindahkan uap dari air panas. Alat ini terletak di
permukaan (surface). Mekanismenya yaitu air dan uap
air dari sumur akan masuk ke x mastree yang akan
diarahkan alirannya oleh valve-valve yang ada di x
mastree. Setelah uap dan air panas masuk x mastree,
uap dan air panas tersebut masuk ke separator untuk
dipisahkan.
Letak : Separator diletakkan dipermukaan sebelum uap masuk turbin.
Spesifikasi :
Tabel VII.1. Spesifikasi Geothermal Steam Separator
Specification Design Max. Pressure : 1000 psi.
11. Gambar 7.1. Separator 86)
B. Nama Alat :Steam Turbine.
Fungsi : Alat ini digunakan pada produksi geothermal untuk menghasilkan
listrik yang dapat menggerakkan generator.
Mekanisme Kerja :Prinsip kerjanya yaitu uap panas dari sumur akan
menggerakkan sudu-sudu turbin. Kemudian jika sudu-
sudu ini bergerak akan menghasilkan listrik yang
nantinya akan menggerakkan generator. Jika dari
sumur yang mengalir bukan uap namun air panas maka
air panas tersebut akan dipisahkan oleh flash tank. Alat
ini digunakan pada power plant.
Letak : Turbin diletakkan di power plant unit.
12. Spesifikasi :
Tabel VII.2. Spesifikasi Steam Turbine
Frame Type-TPO Type-TPB Type-TPC
Turbine Back pressure/ Back pressure Condensing
type condensing
Type Single stage Multistage Multistage
curtis with rateau with rateau with
reduction gear reduction gear reduction gear
Power range 500-2000kW 2000-9000kW 2000-9000kW
Steam 3-10 kg/cm2 g 3-10 kg/cm2 g 3-10 kg/cm2 g
condition
throttle
press
Speed 50Hz 50Hz 60Hz
6200/1500RPM 6000/1500RPM 5000/1800RPM
60Hz 60Hz 50Hz
7400/1800RPM 6000/1800RPM 5000/1500RPM
No of stage 1 stage Max. 6 stages Max. 6 stages
13. Oil cooler Water or air Water or air Water or air
Application Power source for Power Power
construction and generation and generation and
start for blackout power for power for
auxiliaries auxiliaries
15. Gambar 7.2. Turbin 87)
C. Nama Alat : Silincer
Fungsi : Alat ini digunakan pada produksi geothermal untuk meredam suara
dan untuk memisah air dan uap yang akan dibuang.
Mekanisme Kerja : Alat ini terletak setelah orifice flow meter. Air perlu
dipisahkan dari uap akan mengendap seperti hujan
gerimis dan bila air tersebut mengandung air kimia
16. tertentu dapat mematikan tumbuhan disekitarnya.
Pemisahan air dan uap juga dipakai cara pemisahan
cyclone. Mekanismenya yaitu uap dan air panas dari
sumur akan diarahkan oleh service valve masuk ke
orifice flow meter dan kemudian masuk ke silencer.
Uap dan air panas memiliki laju aliran yang dapat
menimbulkan suara yang sangat keras. Oleh karena itu
silencer meredam suara aliran uap dan air panas
tersebut sekaligus memisahkan keduanya.
Letak : Alat ini terletak setelah orifice flowmeter.
Spesifikasi
Tabel VII.3. Spesifikasi Silincer
Overall 9 9 7/8
height
Diameters 14 9
Seaters 29 With 28 electric winch
19. Gambar 7.3. Silincer 88)
D. Nama Alat : Christmas Tree.
Fungsi : Silang sembur berfungsi sebagai pengaman dan pengatur aliran
produksi di permukaan.
Mekanisme Kerja :Silang sembur adalah merupakan susunan kerangan
(valve) yang dicirikan oleh jumlah sayap/lengan (wing
) dimana choke atau bean atau jepitan berada. Peralatan
pada X-mastree terdiri dari :
1. 1. Manometer tekanan dan temperatur.
2. 2. Master valve/gate.
3. 3. Wing valve/gate.
4. 4. Choke/bean/jepitan.
5. 5. Check valve
Letak : Christmas tree diletakkan di kepala sumur.
Spesifikasi
Tabel VII.4. Spesifikasi Standard Christmas Trees
2,000 PSI 140 bar W.P.
On 2 1/16 2 9/16 3 1/8 4 1/16 6
23. E. Nama Alat : Level Control Valve.
Fungsi : Menjaga agar fluida yang terdapat dalam separator tetap terjaga
(tidak kurang maupun tidak lebih).
Mekanisme Kerja :Apabila fluida di separator mulai berkurang maka valve
akan menutup,hingga separator terisi kembali.demikian
juga bila separator terlalu banyak terisi fluida maka
valve akan membuka hingga jumlah fluida normal
kembali.
Letak : LCV terletak didekat separator.
Spesifikasi LCV :
Tabel VII.5. Spesifikasi LCV
25. Gambar 7.5. LCV 90)
F. Nama Alat : Booster
Fungsi :Meningkatkan laju alir kecepatan uap.
Mekanisme Kerja : Fluida hidrothermal dilewatkan ke booster agar laju
alirnya semakin cepat.
Letak :Ditempatkan sebelum uap masuk ke turbin.
Spesifikasi : Not Available
30. Gambar 7.6. Booster 91)
G. Nama Alat : Flash Steam Power Plant.
Fungsi : Alat ini digunakan sebagai alat pembangkit listrik dengan tenaga
uap.
Mekanisme Kerja : Hot water dari sumur akan masuk ke flash tank dan
akan dipisah menjadi air dan uap panas. Air akan
keluar dari flash tank dan akan diinjeksikan bersama-
sama dengan condensate water, sedangkan uap panas
hasil pemisahan akan digunakan untuk menggerakkan
turbin.
Letak :Terletak di permukaan pada power plant unit.
Spesifikasi
Tabel VII.7. Spesifikasi Flash SteamPower Plant.
Location: Noshiro City, Akita Japan
Owner: Tohoku Electric Power.,Inc.
33. Gambar 7.7. Flash Steam Power Plant 92)
G. Nama Alat : Binary Cycle Power Plant.
Fungsi : Alat ini digunakan sebagai alat pembangkit listrik dengan tenaga
uap.
34. Mekanisme : Binary power plant hampir sama seperti flash steam power
plant. Fluida dari sumur yang masih berupa air panas
akan diubah menjadi uap lebih dulu dengan alat
vaporaizer sebelum masuk turbin.
Letak : Terletak di permukaan pada power plant unit.
Spesifikasi :
37. Gambar 7.8. Binary Cycle 93)
H. Nama Alat : Dry Steam Power Plant.
Fungsi : Alat ini digunakan sebagai alat pembangkit listrik dengan tenaga
uap.
Mekanisme : Dibanding dengan power plant yang lain Dry Steam Power
Plant tidak perlu mengubah air panas menjadi uap.
Karen fluida dari sumur sudah berupa uap.
Letak : Terletak di permukaan pada power plant unit.
Spesifikasi :
41. Gambar 7.9. Dry Steam Power Plant. 94)
I. Nama Alat : Pressure Control Valve
Fungsi :Sebagai pengontrol tekanan produksi uap panas selama produksi
berlangsung.
Mekanisme :Pada saat tekanan uap panas melebihi batas maka secara otmatis valve
tersebut akan tertutup.
- Letak : Di dekat separator
- Spesifikasi :
Tabel VII.8. Spesifikasi Zwicky Controlled Pressure Regulating Valve
Material: Cast Iron, Cast Steel
Pressure Class: 150psi (10 bar)
Size: 3/8" (10mm);
1/2" (15mm);
3 /4" (20mm)
42. 1" (25mm);
1.1/4" (32mm);
1.1/2" (40mm)
2" (50mm)
End Connection: 2"-Flanged; 3/8"-2" male & female
BSP connection
max cont. Working Temperature: 170deg.C(388F)
Control Range: 3/8"-3/4" 4psi (0.3 bar) to 80psi (5.5
bar)
1"-2" 4psi(0.3 bar) to 60psi (4 bar)
43. Ga
mb
ar
7.1
0.
Zw
ick
y
Co
ntr
olle
d
Pre
ssu
re
Re
gul
ati
ng
Val
ve95
)
46. Fasilitas produksi permukaan panas bumi secara umum terdiri dari :
Well-head dan X-mas Tree
Separator
Silencer
Weir Box
Pipeline
Cooling Tower
Condenser
Power plant merupakan proses penggunaan energi uap untuk menggerakkan
turbin dan menghasilkan energi putar yang akan menggerakkan generator sehingga
menghasilkan listrik dengan daya yang besar. Sistem power plant yang digunakan
dalam industri panas bumi saat ini, terdiri dari :
Dry Steam Power Plant
Flash Steam Power Plant
Binary Cycle Power Plant
Pada dry steam power plant, energi yang digunakan untuk menggerakkan
turbin adalah steam (uap panas) dimana pada tipe ini steam akan menggerakkan
sudu-sudu gerak turbin dan akan menghasilkan energi putar yang akan
menggerakkan generator.
Pada flash steam power plant, energi yang digunakan juga steam, namun
perbedaannya dengan dry steam adalah terdapat flash tank yang terletak sebelum
turbin. Flash tank ini digunakan untuk memisahkan air panas dengan uap panas
yang akan digunakan untuk menggerakkan turbin. Pada tipe ini fluida yang
47. mengalir keturbin adalah hot water sehingga harus dipisahkan dahulu didalam
flash tank. Air panas hasil pemisahan akan diinjeksikan kembali bersama dengan
air kondensasi. Sedangkan uap panas (steam) akan digunakan untuk menggerakkan
turbin.
Pada binary cycle power plant, prinsip kerjanya hampir sama dengan dry
steam namun perbedaannya, power plant ini menggunakan heat exchanger dan
energi yang digunakan untuk menggerakkan turbin adalah binary vapor. Hot water
dari sumur digunakan dalam heat exchanger untuk pertukaran panas sehingga
binary water dari turbin akan menguap menjadi binary vapor.
7.4. Kesimpulan
1. Fasilitas produksi panas bumi secara umum terdiri dari :
o Well-head dan X-mas Tree
o Separator
o Silencer
o Weir Box
o Pipeline
o Cooling Tower
o Condenser
2. Sistem power plant yang digunakan dalam industri panas bumi saat ini,
antara lain :
Dry Steam Power Plant
Flash Steam Power Plant
