Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

58
SISTEM PANAS BUMI Sifat Batuan dan Fluida Panas Bumi Kelompok IV Geotermal B (Semester III) 2013 Alfando Mait Christio Revano Mege Estrela Bellia Muaja Frely Sumarauw Yan Bastian Gazali

description

membahas tentang sifat-sifat fisik dan sifat-sifat kimia fluida reservoir dan batuan reservoir. dijelaskan juga tentang karakteristik permukaan dari suatu lapangan panas bumi

Transcript of Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

Page 1: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

SISTEM PANAS BUMI Sifat Batuan dan Fluida Panas Bumi

Kelompok IV Geotermal B (Semester III)

2013

Alfando Mait

Christio Revano Mege

Estrela Bellia Muaja

Frely Sumarauw

Yan Bastian Gazali

Page 2: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

1

BAB I

PENDAHULUAN

Wilayah Indonesia mempunyai potensi panasbumi yang sangat besar. Hal ini

merupakan dampak positif dari letak Indonesia yang dilalui oleh jalur gunungapi (ring of

fire). Sedangkan keberadaan sistem panas bumi umumnya berkaitan erat dengan kegiatan

vulkanisme dan magmatisme. Dimana sistem panas bumi biasanya berada daerah busur

vulkanik (volcanic arc) dari sistem tektonik lempeng.

Sebagian besar reservoir panasbumi terdapat pada batuan vulkanik dengan aliran

utama melalui rekahan. Seperti halnya di perminyakan, sifat batuan yang penting

menerangkan sifat batuan reservoir panasbumi adalah porositas, permeabilitas dan densitas

batuan. Beberapa parameter lain yang penting untuk menerangkan sifat batuan reservoir

panasbumi adalah panas spesifik dan konduktivitas panas.

Sifat fluida panasbumi (uap dan air) meliputi volume spesifik, enthalpy, energy

dalam, entropi, viskositas dan panas spesifik. Harganya pada berbagai tekanan dan

temperatur saturasi ditentukan dari Tabel Uap (Steam Table) dari Rogers dan Mayhew

(1980) pada gambar di bawah ini :

Tabel Uap

atau menggunakan korelasi dari Tortike dan Ali (1989)

Page 3: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

2

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Sifat Batuan

Porositas ( )

Reservoir panasbumi umumnya ditemukan pada batuan rekah alami, di mana batuannya

terdiri dari rekahan-rekahan dan rongga-rongga atau pori-pori. Fluida panasbumi,

terkandung tidak hanya dalam pori-pori tetapi juga dalam rekahanrekahan. Volume

rongga-rongga atau pori-pori batuan tersebut umumnya dinyatakan sebagai fraksi dari

volume total batuan dan didefinisikan sebagai porositas ( ). Jadi porositas batuan adalah

perbandingan volume pori/rekahan (volume pori-pori/rekahan yang ditempati fluida)

terhadap volume total batuan. Secara matematis porositas dapat dinyatakan sebagai

berikut:

Vp adalah volume pori dan Vb adalah volume total batuan

Porositas dapat diklasifikasikan menjadi :

Porositas Primer, yaitu porositas yang terbentuk selama proses pengendapan

berlangsung. Dimana porosita jenis ini lebih seragam

Porositas Sekunder, yaitu porositas yang terbentuk oleh proses-proses geologi

setelah pengendapan selesai. Porositas jenis ini relative kurang seragam.

Porositas yang biasanya terdapat dalam atuan reservoir panasbumi adalah porositas

sekunder, karena porositas ini berupa rekahan-rekahan (fracture) yang timbul akibat proses

geologi seperti lipatan, sesar ataupun patahan. Porositas reservoir panas bumi dihitung

dengan mempertimbangkan tiga bentuk porositas, yaitu :

Porositas Fracture (Φf) didefinisikan sebagai perbandingan volume fracture yang

kurang teratur dengan volume total batuan yang mengalami rekahan.

Page 4: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

3

Porositas Matriks Batuan (Φm) didefinisikan sebagai perbandingan volume antar

butir dari matriks batuan dengan volume bulk matriks batuan (tidak termasuk

rekahan).

Porositas Bidang Fault (Φfp) didefinisikan sebagai perbandingan volume

bidang fault yang terbuka dengan volume total bidang fault.

Hingga saat ini baru porositas matriks yang dapat diukur di laboratorium. Reservoir

panasbumi umumnya mempunyai porositas matriks 3 sampai 25%, sedangkan rekahannya

sama dengan 100%.

Permeabilitas (k)

Seperti di perminyakan, permeabilitas suatu batuan merupakan ukuran kemampuan

batuan untuk mengalirkan fluida. Permeabilitas merupakan parameter yang penting untuk

menentukan kecepatan alir fluida di dalam batuan berpori dan batuan rekah alami.

Permeabilitas yang biasanya dinyatakan dalam satuan mD (mili Darcy), di bidang

geothermal seringkali dinyatakan dalam m2, dimana 1 Darcy besarnya sama dengan 10

-12

m2. Besarnya permeabilitas batuan tidak sama ke segala arah (anisotropy), umumnya

permeabilitas pada arah horizontal jauh lebih besar dari permeabilitasnya pada arah

vertikal.

Batuan reservoir panasbumi umumnya mempunyai permeabilitas matriks batuan

sangat kecil seperti diperlihatkan pada Tabel 2.1, dimana reservoir mempunyai

permeabilitas antara 1 sampai 100 mD dan transmisivitas (hasil kali permeabilitas dan

ketebalan) antara 1 sampai 100 Dm (Darcy meter).

Page 5: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

4

Tabel 2.1

Sifat Batuan Reservoir Di Beberapa Lapangan Panasbumi

(Sumber: Bjornsson & Bodvarsson, 1988)

Densitas (ρ)

Densitas batuan adalah perbandingan antara berat batuan dengan volume dari

batuan tersebut.

Konduktivitas Panas (K)

Konduktivitas panas suatu batuan merupakan parameter yang menyatakan besarnya

kemampuan batuan tersebut untuk menghantarkan panas dengan cara konduksi apabila

pada batuan tersebut ada perbedaan temperatur (gradien temperatur). Secara matematis

konduktivitas panas dinyatakan sebagai berikut:

dimana Q adalah laju aliran panas per satuan luas dan dT/dz adalah gradient temperatur.

Satuan dari konduktivitas panas batuan adalah W/m.OK, penyederhanaan dari satuan

(Energi/waktu/luas)/(temperatur/jarak).

Page 6: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

5

Tabel 2.2

Konduktivas Panas Beberapa Jenis Batuan

Konduktivitas panas tidak sama untuk setiap batuan seperti diperlihatkan pada

Tabel 2.2. Konduktivitas panas suatu batuan tidak hanya ditentukan oleh jenis batuan atau

mineral-mineral penyusunnya, tetapi juga ditentukan oleh struktur kristal yang membentuk

batuan tersebut. Mungkin ini pulalah yang menyebabkan harga konduktivitas berlainan ke

semua arah. Hal ini menyebabkan panas merambat dengan laju yang berbeda ke arah yang

berlainan.

Keanekaragaman sifat konduktivitas panas batuan diperkirakan tidak hanya karena

susunan ion dari suatu struktur kristal tetapi juga orientasi dari masing-masing butiran

mineral. Kwarsa, misalnya, adalah konduktor panas yang baik, sehingga konduktivitas

panas batuan yang mengandung kwarsa umumnya sangat ditentukan oleh fraksi dari

kwarsa di dalam batuan tersebut. Sebagai contoh adalah batuan granit; konduktivitasnya

berkisar antara 2.5 sampai 4 W/m.K, bila batuan tersebut mengandung kwarsa sebanyak 20

– 35%. Adanya mineral Plagiocase akan menurunkan konduktivitas batuan karena mineral

tersebut mempunyai konduktivitas panas yang rendah.

Page 7: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

6

Panas Spesifik Batuan (cp)

Panas spesifik batuan adalah suatu parameter yang menyatakan banyaknya panas

yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu satuan masa batuan tersebut sebesar 10C.

Panas spesifik juga dapat didefinisikan sebagai jumlah panas yang dapat disimpan dalam

suatu material dengan satuan

Panas spesifik benda padatan akan konstan terhadap perubahan temperatur;

sedangkan panas spesifik air dan gas bervariasi dengan temperatur. Panas spesifik batuan

umumnya mempunyai harga sebagai berikut:

• Pada temperatur rendah 0.75 - 0.85 kJ/kg 0C

• Pada temperatur sedang 0.85 - 0.95 kJ/kg 0C

• Pada temperatur tinggi 0.95 - 1.10 kJ/kg 0C

Page 8: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

7

2.2 Jenis dan Sifat Fluida

Fluida panasbumi dapat berada dalam keadaan cair atau uap tergantung dari

tekanan dan temperatur yang mempengaruhinya. Fluida berada dalam keadaan cair

hanya apabila pada suatu tekanan tertentu, temperaturnya lebih kecil dari temperatur titik

didih atau temperatur saturasi. Fluida berada dalam keadaan uap apabila pada suatu

tekanan tertentu, temperaturnya lebih besar dari temperatur titik didih air atau

temperatur saturasi.

Pada tekanan 1 atm (1.01325 bar), misalnya, air mendidih pada temperatur 100˚C.

Apabila pada tekanan 1 atm besamya temperatur adalah 5O˚C, yaitu dibawah temperatur

titik didih air, maka fluida ada dalam keadaan cair. Apabila pada tekanan 1 atm besamya

temperatur adalah 100˚C, yaitu diatas temperatur titik didih air, maka fluida ada

dalam keadaan uap.

Pada tekanan yang lebih tinggi dari 1 atm, air akan mendidih pada temperatur yang

lebih tinggi, misalnya pada tekanan 20 bar, air mendidih pada temperatur 212.9˚C Besar

tekanan pada berbagai temperatur saturasi, atau besar temperatur pada berbagai

tekanan saturasi untuk air murni selengkapnya dapat dilihat pada Tabel Uap. Fasa cair

dapat berada bersama-sama dengan fasa uap pada kondisi tekanan dan temperatur

tertentu, yaitu pada tekanan dan temperatur saturasi.

Tekanan (bar) Temperatur Saturasi (˚C)

1.01325 100

10 179.9

20 212.9

30 233.8

Page 9: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

8

Hubungan antara tekanan dan temperatur saturasi diperlihatkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1.

Hubungan Temperatur Saturasi Terhadap Tekanan

Kurva pada Gambar 2.1 diatas disebut Kurva saturasi.Kurva ini diambil dari

diagram Fase atau biasa disebut diagram P-T, seperti pada gambar di bawah ini :

Page 10: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

9

Didaerah diatas kurva saturasi, yaitu daerah dimana temperatur lebih besar dari

temperatur saturasi, hanya fasa uap yang terdapat didalam sistim. Pada keadaan ini uap

disebut superheated steam (uap super panas).

Di daerah dibawah kurva saturasi, yaitu daerah dimana temperatur lebih kecil dari

temperatur saturasi, hanya fasa cair yang terdapat didalam sistim. Pada keadaan ini fasa

cair disebut sebagai compressed liquid.

Pada temperatur dan tekanan saturasi, fasa cair dapat berada bersama sama dengan

fasa uap. Fluida merupakan fluida dua fasa, yaitu berupa campuran uap-air. Fraksi uap

didalam fluida sering disebut kwalitas uap atau dryness (notasi x), yang

didefinisikan sebagai perbandingan antara laju alir masa uap dengan laju alir masa total.

Harga fraksi uap (x) bervariasi dari nol sampai dengan satu.

• Apabila pada kondisi saturasi, hanya terdapat fasa cair saja, maka fasa cair

tersebut disebut cairan jenuh atau saturated liquid (x=0).

• Apabilaila hanya uap saja yang terdapat pada tekanan dan temperatur saturasi,

maka uap tersebut disebut uap jenuh atau saturated vapour (x=l).

Adanya kandungan non-condensible gas didalam air akan menyebabkan

temperatur saturasi atau temperatur titik didih menjadi lebih rendah (Lihat Gambar

2.2), sedangkan adanya kandungan garam akan menaikan temperatur saturasi.

Boiling point

Page 11: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

10

Gambar 2.2.

Pengaruh CO2 dan NaCL Terhadap Temperatur dan Tekana Saturasi

Tidak hanya jenis fluida, tetapi sifat fluida juga sangat ditentukan oleh besarnya

tekanan dan temperatur didalam sistim.

Fluida yang terkandung dibawah permukaan dapat ditentukan dari landaian tekanan

dan temperatur hasil pengukuran di dalam sumur. Dari data tekanan dan dengan

menggunakan Tabel Uap, kita dapat menentukan temperatur saturasi atau temperatur titik

didih. Temperatur saturasi kemudian diplot terhadap kedalaman. Kurva biasa disebut

sebagai “Kurva BPD”, dimana BPD adalah singkatan dari Boiling Point with Depth.

• Apabila landaian temperatur dari pengukuran di sumur terletak di sebelah kiri kurva

BPD, maka fluida hanya terdiri dari satu fasa saja, yaitu air.

• Apabila landaian temperatur dari pengukuran sumur terletak disebelah kanan dari

kurva BPD, maka fluida hanya terdiri satu fasa saja, yaitu uap.

• Apabila landaian temperatur berimpit dengan kurva BPD maka fluida terdiri dari

dua fasa, yaitu uap dan air.

Page 12: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

11

Gambar 2.3

Landaian Temperatur dan BPD Untuk Penentuan Jenis Fluida/Jenis Reservoir

Landaian tekanan dan temperatur di sistim dominasi air umumnya seperti yang

diperlihatkan pada Gambar 2.4 (a), yaitu berubah secara signifikan dengan kedalaman.

Landaian tekanan dan temperatur di reservoir dominasi uap biasanya tidak banyak berubah

dengan kedalaman (densitas gas tidak banyak berubah dengan tekanan dan temperatur).

Contohnya adalah seperti pada Gambar 2.4 (b).

Page 13: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

12

(a)

(b)

Gambar 2.4

Tipe Landaian Tekana dan Temperatur di

(a) Sistim Dominasi Air (b) Sistim Dominasi Uap

Page 14: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

13

2.2.1 Sifat Fluida Satu Fasa

Sifat termodinamika uap dan air murni, yaitu volume spesifik (νf dan νg), densitas (ρf

dan ρg), energi dalam (uf dan ug), enthalpy (hf dan hg), panas laten (hfg), entropi (sf dan sg) dan

viskositas (μf dan μg) pada berbagai tekanan dan temperatur saturasi dapat ditentukan dari Tabel

Uap pada Lampiran A atau dengan menggunakan korelasi-korelasi pada Lampiran B, dan

dijelaskan dibawah ini.

Volume Specifik

Volume spesifik suatu fasa fluida adalah perbandingan antara volume dengan masa dari

fasa fluida tersebut. Satuan dari volume spesifik adalah m3kg. Volume spesifik air (νf) dan uap

(νg) tergantung dari besarnya tekanan dan temperatur dimana harganya dapat dilihat pada Tabel

Uap . Sebagai contoh beberapa harga volume spesifik air dan uap diberikan pada Tabel dibawah

ini.

Tekanan (bar) Temperatur (oC) ⁄ ⁄

1.01325 100 0.1044 1.673

10 179.9 0.11278 0.1944

20 212.9 0.11768 0.09957

30 233.8 0.12163 0.0706

30 250 0.0706 *)

Catatan:

*) superheated steam, temperatur titik didih pada tekanan 30 bar adalah 233.8 OC

Densitas

Densitas suatu fasa fluida adalah perbandingan antara massa dengan volume dari fasa

fluida tersebut. Satuan densitas adalah ⁄ . Densitas air dan uap tergantung dari besarnya

tekanan dan temperature dimana harganya ditentukan dari harga volume spesifik, yaitu sebagai

berikut :

Page 15: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

14

Sebagai contoh pada Tabel dibawah ini diberikan harga densitas air dan uap pada beberapa

tekanan dan temperatur.

Tekanan (bar) Temperatur (oC) ⁄ ⁄

1.01325 100 957.9 0.05977

10 179.9 886.7 5.144

20 212.9 849.8 10.043

30 233.8 822.2 15.004

30 250 - 14.164 *)

Catatan:

*) superheated steam, temperatur titik didih pada tekanan 30 bar adalah 233.8 OC

Pada Gambar 2.5 diperlihatkan hubungan antara tekanan dengan densitas air pada

temperature dan tekanan saturasi

Gambar 2.5

Hubungan Densitas Air dan Uap terhadap Tekanan Saturasi

Page 16: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

15

Energi Dalam (Internal Energi)

Energi dalam (u) merupakan parameter yang menyatakan banyaknya panas yang

terkandung didalam suatu fasa persatuan masa. Satuan dari energi dalam adalah kJ/kg. Besarnya

energi dalam uap (ug) dan energi dalam air (uf) juga tergantung dari tekanan dan temperatur dan

harganva dapat ditentukan dari Tabel Uap pada. Beberapa contoh diberikan pada Tabel dibawah

ini.

Tekanan (bar) Temperatur (oC) ⁄ ⁄

1.01325 100 418.6 2506.5

10 179.9 762 2584

20 212.9 907 2600

30 233.8 1004 2603

30 250 2646 *)

Catatan:

*) superheated steam, temperatur titik didih pada tekanan 30 bar adalah 233.8 0C

Page 17: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

16

Gambar 5.7

Hubungan Energi Dalam terhadap Tekanan Saturasi

Entalpi

Entalpi adalah jumlah dari energi dalam (u) dengan energi yang dihasilkan oleh kerja

tekanan. Perubahan entalpi seringkali sama dengan energi panas yang diserap atau dikeluarkan

oleh sistem selama reaksi. Pada dasarnya entalpi dapat dihitung secara matematis ketika energi

dari sistem telah diketahui. Entalpi positif terjadi pada reaksi yang bersifat endotermik. Reaksi

ini mengambil energi dari lingkungan. Energi yang diserap digunakan untuk membuat ikatan.

Energi yang dibutuhkan untuk membentuk ikatan lebih besar daripada untuk memutus ikatan.

Entalpi yang bernilai negatif mengindikasikan bahwa reaksi berlangsung secara

eksotermik. Energi yang ada berasal dari reaksi yang berlangsung. Reaksi jenis ini membutuhkan

lebih banyak energi untuk memutus ikatan daripada membentuk ikatan. Temperatur akan lebih

tinggi sebagai hasil dari reaksi eksotermik. Data entalpi ini sangat diperlukan untuk melakukan

estimasi sumber daya listrik yang dapat dibangkitkan.

Karena rata-rata entalpi keluaran dari turbin PLTP hampir sama di setiap lapangan panas

bumi yang telah melakukan produksi listrik, maka semakin besar entalpi di kepala sumur, akan

semakin besar pula daya listrik yang dapat dibangkitkan (kerja yang dihasilkan semakin besar).

Hubungan dari energi dalam dengan entalpi adalah:

Page 18: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

17

Satuan dari entalpi adalah kJ/kg. Besarnya entalpi uap (hg) dan entalpi air (hf) juga tergantung

dari tekanan dan temperature. Beberapa contoh diberikan pada table dibawah ini.

Tekanan

(bar)

Temperatur

(0C)

hf

(kJ/kg.K)

hg

(kJ/kg.K)

hfg

(kJ/kg.K)

1.01325 100 419.1 2675.8 2256.7

10 179.9 763 2778 2015

20 212.9 909 2799 1890

30 233.8 1008 2803 1795

30 250 2858

Hubungan entalpi terhadap tekanan saturasi

Page 19: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

18

Hubungan entalpi terhadap temperature saturasi

Panas laten (hfg)

Panas laten adalah panas yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa air pada kondisi

saturasi (jenuh) menjadi 100% uap.

Page 20: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

19

Pada pembangkit listrik tenaga panas bumi, yang diperlukan untuk menggerakkan turbin

adalah uap yang bertekanan tinggi dan punya densitas yang rendah. Namun fluida dalam

reservoir tidak berwujud uap seluruhnya. Oleh karena itu data panas laten diperlukan untuk

mengestimasi fraksi uap yang dapat dihasilkan oleh suatu sumur panas bumi termasuk cadangan

sumber dayanya. Satuan dari panas laten adalah kJ/kg dimana besarnya juga tergantung dari

tekanan dan temperatur. Beberapa contoh diberikan pada Tabel diatas.

Entropi

Entropi merupakan tingkat ketidakteraturan sistem. Kerja yang diperlukan untuk memutar turbin

berasal dari energi panas yang terkandung dalam fluida panas bumi. Namun tidak semua energy

tersebut dapat diubah menjadi kerja untuk memutar turbin. Entropi menggambarkan banyaknya

energy yang tidak dapat diubah menjadi kerja. Jadi, data entropi ini diperlukan untuk melakukan

estimasi terhadap efisiensi turbin. Seperti sifat termodinamika lainnya, entropi (s) juga

tergantung dari tekanan dan temperature. Beberapa contoh diberikan pada Tabel berikut.

Tekanan

(bar)

Temperatur

(0C)

Sf

(kJ/kg.K)

Sg

(kJ/kg.K)

Sfg

(kJ/kg.K)

1.01325 100 1.307 7.355 6.048

10 179.9 2.138 6.586 4.448

20 212.9 2.477 6.340 3.893

30 233.8 2.645 6.186 3.541

30 250 - 6.289*) -

*) superheated steam, temperature titik didih pada tekanan 30 bar adalah 233.8 0C.

Page 21: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

20

Hubungan entropi terhadap temperatur saturasi

Viskositas

Viskositas adalah ukuran keengganan suatu fluida untuk mengalir. Viskositas merupakan

ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar

viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda

bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi

antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara

molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut

koefisien viskositas. Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s).

Ketika Anda berbicara viskositas Anda berbicara tentang fluida sejati. Fluida ideal tidak

mempunyai koefisien viskositas. Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu

fluida kental yang koefisien viskositasnya, maka benda tersebut akan mengalami

gaya gesekan fluida , dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda.

Berdasarkan perhitungan laboratorium, pada tahun 1845, Sir George Stokes menunjukkan bahwa

untuk benda yang bentuk geometrisnya berupa bola nilai k = 6 π r. Viskositas dibedakan menjadi

Page 22: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

21

dua, yaitu viskositas dinamik (μ) dan viskositas kinematik (ν). Viskositas kinematis adalah

viskositas dinamis dibagi dengan densitasnya, yaitu:

Viskositas juga tergantung dari tekanan dan temperatur. Nilai viskositas akan

menentukan kecepatan produksi uap dari suatu sumur panas bumi. Jadi data viskositas sangat

penting untuk mengestimasi keekonomisan produksi uap di suatu lapangan panas bumi.

Beberapa contoh viskositas dengan hubungannya terhadap tekanan dan temperatur diberikan

pada Tabel dibawah ini. Hubungan antara viskositas dengan temperatur diperlihatkan pada

Gambar dibawah ini.

Tekanan

(bar)

Temperatur

(0C)

(Pa s)

(Pa s)

(m2/s)

(m2/s)

1.01325 100 279 12 0.05977 200.7

10 179.9 149 15 0.168 2.9

20 212.9 127 16 0.149 1.6

30 233.8 116 16.7 0.141 1.1

Hubungan viskositas dinamik terhadap temperature saturasi

Page 23: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

22

2.2.2 Sifat Fluida Dua Fasa

Sifat fluida dua fasa, yaitu campuran uap-air tergantung dari kwalitas uapnya atau

dryness. Secara matematis dryness (x) dinyatakan sebagai berikut :

Atau

dimana :

mv = laju alir masa uap (kg/det atau ton/jam)

mL = laju alir masa air (kg/det atau ton/jam)

mT = laju alir masa total (kg/det atau tonljam)

Apabila hfg adalah panas laten, f, ρf, uf, hf, sf, f adalah sifat-sifat air pada kondisi

saturasi, dan g, ρg, ug, hg, sg, g adalah sifat-sifat uap pada kondisi saturasi, maka sifat fluida dua

fasa (campuran uap-air) yang fraksi uapnya dinyatakan dengan notasi x, dapat ditentukan sebagai

berikut:

Entalpi :

Hf adalah entalpi air dan hfg adalah panas laten. Pada saat air akan berubah jadi uap,

terdapat sebagian uap dan sebagian air atau biasa disebut dengan fraksi uap dan fraksi air.

Perubahan ini terjadi karena adanya panas laten. Rumus entalpi total fluida di atas dapat juga

dirumuskan sebagai berikut :

Dimana hg adalah entalp gas/uap, hl adalah entalpi zat cair/ air, X adalah fraksi uap yang

terbentuk dan Y adalah fraksi air yang terbentuk.

Entropi :

Page 24: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

23

Viskositas Dinamik :

Energi Dalam :

Jenis fluida, apakah satu fasa atau dua fasa, biasanya ditentukan dengan

membandingkan harga entalpinya (h) dengan entalpi air dan entalpi uap (hf dan hg) pada kondisi

saturasi. Kriteria dibawah ini umumnya digunakan untuk menentukan jenis fluida panasbumi.

h < hf Air (compressed liquid)

h = hf Air jenuh (saturated liquid)

h = hg Uap jenuh (saturated steam)

hf < h < hg Dua fasa (campuran uap-air)

h > hg Uap (superheated steam)

Page 25: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

24

2.3 Fluida Dua Fasa di dalam Batuan Reservoir

Di dalam reservoir fluida dua fasa umumnya diasumsikan tidak bercampur, tetapi

terpisah masing-masing fasanya. Rongga-rongga/pori-pori batuan ada yang diisi uap dan ada

pula yang diisi air. Seperti di perminyakan, fraksi volume pori-pori yang terisi uap biasanya

disebut Saturasi air (SL) dan yang terisi air disebut Saturasi uap (SV), dimana:

Bila ρL dan ρv masing-masing adalah densitas air dan densitas uap, hL dan hV adalah

entalpi air dan uap serta uL dan uV adalah energi dalam air dan uap, maka sifat fluida dua fasa

yang terdapat didalam media berpori biasanya dinyatakan oleh persamaan berikut:

Densitas:

Entalpi:

Energi dalam:

Sifat fluida dua fasa dalam keadaan mengalir tergantung dari harga permeabilitas relatif. Kurva

permeabilitas relatif dari Corey (1954) dan kurva permeabilitas relative linier seperti ditunjukkan

pada Gambar di bawah ini sering digunakan dalam perhitungan teknik reservoir.

Page 26: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

25

Kurva Permeabilitas Relative Corey dan Kurva Garis Lurus

Secara matematis persamaan Corey dapat dinyatakan sebagai berikut:

dimana :

SLR dan SVR adalah residual liquid saturation dan residual vapour saturation. Untuk

perhitungan di bidang panasbumi biasanya diasumsikan SLR = 0.3 dan SVR = 0.05

Dengan asumsi bahwa aliran di reservoir mengikuti hukun Darcy, yaitu:

Page 27: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

26

dan aliran panas secara konduksi diabaikan, jadi aliran panas (Qe) yang tejadi secara konveksi

adalah sebagai berikut:

serta asumsi aliran adalah horizontal (pengaruh gravitasi diabaikan), maka entalpi fluida dan

viskositas kinematik dua fasa dalam keadaan mengalir dapat dinyatakan dengan persamaan

berikut:

Flowing enthalpy (hf) :

Viskositas kinematik (νt):

dimana :

= laju alir masa air

= laju alir masa uap

= enthalpy air

= enthalpy uap

= viskositas kinematik air

= viskositas kinematik uap

= densitas air

= densitas uap

P = tekanan

g = gravitasi

dan adalah enthalpy fasa cair dan fasa uap, sedangkan dan adalah viskositas

kinematik fasa cair dan fasa uap.

Page 28: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

27

2.4 Geokimia Fluida Panas Bumi

Geokimia panas bumi/geotermal mempelajari komposisi kimia fluida panas bumi (air dan

uap) untuk mengetahui karakteristik fluida dan proses yang mempengaruhi fluida tersebut, baik

di reservoir maupun saat fluida tersebut naik ke permukaan.

Data kimia fluida panas bumi sangat berguna, antara lain untuk memberikan perkiraan

mengenai sistim panasbumi yang terdapat di bawah permukaan (misalnya: temperatur dan jenis

reservoir, asal muasal air), serta untuk mengetahui sifat fluida khususnya tentang korosifitasnya

dan kecenderungannya untuk membentuk endapan padat (scale) yang diperlukan untuk

perencanaan sistim pemipaan dan sistim pembangkit listrik. Untuk memberikan pemahaman

mengenai hal tersebut maka dalam tulisan ini aspek-aspek dari geokimia yang

meliputi:kandungan kimia fluida, teknik sampling, jenis air, kegunaan data kimia air, jenis sistim

hidrothermal, penentuan temperature reservoir, penentuan jenis reservoir, penentuan asal muasal

air, korosivitas dan kecenderungan scaling.

Panas dalam perjalanannya ke permukaan juga dapat mengalami perubahan fasa sehingga

menjadi fluida dua fasa, yaitu campuran uap air, ini disebabkan adanya boiling di dekat

permukaan. Fluida panas tersebut dapat juga bercampur dengan fluida lainnya, misalnya dengan

fluida magmatik (termasuk gas-gas yang berasal dari magma) dan air dingin dari sumber lain.

Komposisi fluida panas juga akan berubah akibat oksidasi di dekat permukaan. Alterasi termal

batuan juga dapat merubah komposisi fluida, perubahan yang signifikan tergantung dari

kecepatan pergerakkan fluida panas bumi untuk mencapai permukaan. Perubahan komposisi

fluida dapat dilihat pada gambar berikut :

Page 29: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

28

Pada saat terjadi boiling terjadi perubahan fasa, dan unsur yang mudah menguap akan bergabung

dengan fasa uapnya, sedangkan unsur yang tidak mudah menguap akan bergabung dengan fasa

cair.

Page 30: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

29

2.4.1 Kandungan Kimia Fluida Panas Bumi

Kandungan kimia fluida panas bumi terdiri dari :

Non-volatil (unsur terlarut) merupakan unsur yang tidak mudah menguap :

Anion (ion negatif), mis. Cl-, HCO3

-, SO4

-2, NH4

-, F

-, I

-, Br

-

Kation (ion positif), mis. Na+, K

+, Ca

+2, Mg

+2, Mn

+2, Fe

+2, Al

+3, ion-ion As

Spesies netral, mis. SiO2, B, CO2, H2S, NH3

Volatil (gas) merupakan unsur yang mudah menguap :

Non condensible gases (unsur yang mudah terkondensasi), mis. CO2, H2S ,

H2, N2

Gas inert/konservatif adalah gas yang tidak mudah bereaksi/tidak reaktif,

mis. He, Ar

Kandungan kimia fluida panas bumi di suatu tempat berbeda dengan di tempa-ttempat

lainnya, tidak hanya dari lapangan ke lapangan, tetapi juga dengan yang diperoleh dari suatu

tempat dan tempat lainnya meskipun keduanya terdapat di lapangan yang sama. Sebagai ilustrasi

diperlihatkan kandungan kimia dari beberapa mata air panas (spring) di lapangan Orakei Korako,

Cerro Prieto dan Broadlands. Kosentrasi ion yang berbeda-beda dapat disebabkan karena banyak

hal, antara lain adalah karena perbedaan dalam:

1) Temperatur

2) Kandungan gas

3) Sumber air

4) Jenis batuan

5) Kondisi dan lamanya interaksi air dan batuan

6) Adanya pencampuran air dari satu sumber dengan air dari sumber lainnya

Berikut ini adalah data kandungan fluida panas bumi di daerah yang berbeda, maupun di satu

wilayah yang sama namun di titik-titik yang berbeda.

Page 31: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

30

Page 32: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

31

Page 33: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

32

Page 34: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

33

Page 35: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

34

2.4.2 Jenis-jenis Air Panas Bumi

Air Klorida (Cl)

Menunjukkan air reservoir

Mengandung 1.000 hingga 10.000 mg/kg Cl

Perbandingan Cl/SO4 umumnya tinggi

Ca rendah

Mengandung kation utama : Na, K, Ca dan Mg

Berasosiasi dengan gas CO2 dan H2S

pH sekitar netral (pH 6 – 7.5), dapat sedikit asam dan basa tergantung CO2 terlarut

Disebut juga alkaline neutral water, brine water

Sangat jernih, warna biru pada mataair natural

Kaya SiO2 dan sering terdapat HCO3-

Terbentuk endapan permukaan sinter silika (SiO2)

Asal Cl pada Fluida Panas Bumi

Gas magmatik HCl:

HCl mempunyai solubilitas yang tinggi

Pada temperatur rendah HCl bersifat asam kuat, tetapi pada temperatur tinggi HCl

bersifat asam lemah

Air asin (evaporit, air laut, air formasi/connate water)

Cl mencapai 100.000 mg/kg

Kation utama: Na dan Ca

Page 36: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

35

Larutan berkonsentrasi tinggi (TDS sangat tinggi)

Bersifat asam lemah

Densitas tinggi

Air Sulfat (SO4)

Terbentuk di bagian paling dangkal sistem geothermal

Fluida sekunder akibat kondensasi uap air ke dalam air permukaan (steam heated water)

SO4 tinggi (mencapai 1000 ppm)

Mengandung Na, K, Ca, Mg, Fe

Mengandung beberapa ppm (

sangat rendah)

Bersifat asam (pH < 2-3 )

H2SO4 terbentuk dari oksidai H2S di daerah dekat permukaan (< 2 km). Adapun

reaksinya sebagai berikut :

Ditunjukkan dengan kenampakan kolam lumpur dan pelarutan batuan sekitar

Tidak dapat digunakan sebagai geotermometer

Air Bikarbonat (HCO3)

Terbentuk pada daerah pinggir dan dangkal sistem geotermal

Fluida sekunder akibat adsorbsi gas CO2 dan kondensasi uap air ke dalam air tanah

(steam heated water)

pH 5 - 6

Anion utama HCO3 dan kation utama adalah Na

Rendah Cl dan SO4 bervariasi

Page 37: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

36

Di bawah muka air tanah bersifat asam lemah, tetapi dapat bersifat basa oleh hilangnya

CO2 terlarut di permukaan

Di permukaan dapat membentuk endapan sinter travertin (CaCO3) di sekitar mata air

panas. Adapun proses pembentukkan CaCO3 adalah sebagai berikut :

a. Terjadi proses kondensasi pada daerah di atas muka air tanah dan terbentuk senyawah

H2CO3 (Asam Bikarbonat). Pada saat terjadi boiling, unsur yang tidak mudah

menguap yaitu CO2 akan bercampur dengan zat cair (air)

b. H2CO3 kemudian terurai menjadi ion-ion

c.

terurai kembali membentuk senyawah karbonat

d.

kemudian bereaksi dengan Ca2+

. Ini disebabkan karena terjadi

pencampuran dengan air tanah. Ca merupakan salah satu unsur yang tergandung

dalam air tanah

Dalam panas bumi, ada juga yang disebut sebagai air meteorik.

Air Meteorik

Air tanah mengandung Ca, Mg, Na, K, SO4, HCO3 dan Cl, dan dapat mengandung Fe,

SiO2 dan Al

Air tanah dapat mengandung gas terlarut O2 dan N2

Air sungai mempunyai anion utama HCO3 dan kation utama adalah Ca

Air hujan mempunyai anion utama Cl dan kation utama Na

Page 38: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

37

Kandungan kimia air tanah sangat dipengaruhi oleh batuan dasarnya.

Komposisi isotop stabil mengikuti Meteoric Water Line (MWL)

Page 39: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

38

2.4.3 Kegunaan Data Kimia pada Tahap Prospeksi

Data kimia yang di dapatkan untuk tahap prospeksi ini, diambil dari manifestasi

permukaan dan kemudian di indentifikasi dan dilakkukan pengukuran.

Kegiatan pada tahap prospeksi adalah :

1) Jenis Manifestasi

2) Lokasi

3) Karakteristik

Warna Air

Nama

Air Tenang / bergolak

4) Pengukuran

Temperatur

pH

Luas Area

Kecepatan Air

5) Sampling

6) Analisa Kimia

7) Pemetaan

Adapun informasi-informasi yang kita dapatkan adalah :

Jenis Reservoir

Temperatur Reservoir

Jenis Batuan

Besar natural heat flow

Area of high upflow permeability

Likely environmental problems

Scaling potential

Recharge area

Siting exploration wells

Page 40: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

39

Identifikasi Jenis Reservoir

Sistem Dominasi Uap Sistem Dominasi Air Sistem Dominasi

(Uap atau Air)

Mata air panas yang bersifat

asam

Spring dengan kandungan

chlorida tinggiKolam air panas : Air bersifat asam berlumpur & kehijauan

Bila tidak ada spring yang

kandungan chloridanya

“significant”

Mata air panas yang bersifat

netralTelaga air panas (hot cakes)

Mata air panas bersifat netral

di kaki gunung

Mata air panas jenuh dengan

silika

Mud pools

Kolam air panas : Air jernih,

kebiruan netral

Fumarole yang memancarkan

uap dengan kecepatan tinggi

Geyser

Silika sinter

Page 41: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

40

Perkiraan Temperatur Reservoir pada Tahap Prospeksi dari Data Kimia Air Permukaan

Geotermpmeter

Geothermometry adalah suatu metode yang digunakan untuk memperkirakan temperatur

bawah permukaan bumi (reservoir) berdasarkan konsep ketergantungan kesetimbangan kimia

(larutan maupun gas) terhadap temperatur. Metode ini biasa digunakan dalam asesmen potensi

panasbumi suatu daerah maupun dalam penelitian ilmiah lain. Suatu set kesetimbangan kimia

yang telah terdefinisi persamaan kesetimbangannya terhadap temperatur biasa disebut

geotermometer. Contohnya geotermometer Na-K, silika, gas, isotop dan sebagainya.

Sebagai contoh sederhana, kelarutan garam akan semakin besar bila temperatur juga

semakin tinggi. Maka dengan mengetahui komposisi garam tersebut, akan dapat diketahui

temperatur kesetimbangan saat garam tersebut terlarut. Tentu saja, proses yang terjadi di dalam

bumi jauh lebih kompleks ketimbang apa yang terjadi dalam beaker glass di laboratorium,

sehingga nantinya dalam interpretasi data geothermometry perlu adanya asumsi-asumsi dan

sinkronisasi antar berbagai hasil perhitungan geothermometer.

Berdasarkan variasi kandungan beberapa unsur dalam fluida panasbumi yang hadir

sebagai fungsi dari temperatur (solubilitas unsur sebagai fungsi dari temperatur)

Unsur : terlarut, gas, isotope

Geotermometer unsur terlarut:

Geotermometer silika (SiO2)

Geotermometer Na-K

Geotermometer Na-K-Mg

Geotermometer Na-K-Ca

dll

Geotermometer gas:

Geotermometer CO2-H2S-H2-CH4

Geotermometer CO

Geotermometer CO2

dll

Page 42: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

41

Geotermometer isotop

Kesalahan: 5 hingga 10oC

Syarat:

Fluida panas bumi muncul ke permukaan dengan cepat (> 2 kg/sec)

Tidak ada mixing dengan fluida lain

Tidak ada steam atau gas yang hilang

Konduktif:

Tidak ada uap yang hilang

Baik untuk data mataair dengan kondisi sub-boiling

Adiabatik:

Jumlah uap yang hilang adalah maksimum

Baik untuk data sumur dan mataair dengan kondisi boiling dan kecepatan aliran tinggi (> 2

kg/sec), disertai endapan sinter silika

Page 43: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

42

A. Silika Geotermometer

Apabila Permukaan Jenuh Kuarsa :

Proses pendinginan secara adiabatik

Proses pendinginan secara konduktif

Apabila permukaan Jenuh Chalcedony :

Proses pendinginan secara konduktif

B. Sodium, Potasium Geotermometer

Untuk air jenis-jenis alkali-klorida dengan pH netral.

Tidak tepat digunakann bila ada endapan travertine

Persamaan Fournier :

Persamaan Giggenbach :

Page 44: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

43

C. Sodium, Calcium, Potasium Geotermometer

• Untuk air yang mengandung Ca cukup banyak Untuk air yang memberikan endapan

traverline

⁄ [√ ⁄ ]

Hitung :

[√

]

Bila negatif

Bila positif

[

] [

]

Page 45: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

44

Memperkirakan Sumber Air pada Tahap Prospeksi

ADA PENCAMPURAN DENGAN AIR LAUT

• Cl/Mg dan Cl(Mg+Ca) rendah

• Ca/Mg sangat rendah

ADA PENCAMPURAN DENGAN AIR DINGIN

• Na/Mg Rendah

• Cl(HCO3 + CO3) rendah

• Na/Li tinggi

AIR BERASAL DARI SATU SUMBER

• Na/B sama disemua tempat

• Cl/B sama disemua tempat

AIR DARI SUMBERNYA TIDAK LANGSUNG MENGALIR KE PERMUKAAN

• Na/K tinggi (15-25 ppm)

ADA PENCAMPURAN DENGAN AIR BERTEMPERATUR TINGGI

• SiO2/K di perm. > di bawah perm.

AIR BERASAL DARI SUATU SUMBER AIR YANG DIPANASI UAP

• Cl/SO4 rendah

• Cl/B rendah

Page 46: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

45

AIR MENGALIR LANGSUNG DARI SUMBERNYA

• Ca/Mg tinggi

• Cl(HCO3 + CO3) tinggi

• Na/Li tinggi

DALAM PERJALANANNYA KE PERMUKAAN PENGENDAPAN SILIKA SANGAT

KECIL

• SiO2/K di perm = di bawah perm

SUMBER AIR BERTEMPERATUR TINGGI

• Na/Ca tinggi

• Na/Mg tinggi

• Cl/Mg dan Cl(Mg+Ca) tinggi

• Cl/SO4 tinggi

• Ca/HCO3

• Na/K rendah (12-15 ppm)

• Cl/F tinggi

Page 47: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

46

2.4.4 Kegunaan Data Kimia pada Tahap Pemboran

1. Memperkirakan komponen dan sifat kimia fluida reservoir (Untuk modifikasi

“conceptual Model”)

2. Memperkirakan kedalaman pusat - pusat rekahan (feed zones) di sumur

3. Memperkirakan luas reservoir

• Analisa chloride dari berbagai sumur ⇒ Dipetakan ⇒ dapat diperoleh gambaran

mengenai upflow & outfow area

4. Menentukan entalpy fluida

5. Memonitor natural surface features

• Kandungan kimia dalam srpings & fumarcole diukur pada waktu pemboran &

pengujian.

Page 48: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

47

Kegunaan Data Kimia pada Tahap Produksi

1. Memonitor kandungan kimia fluida sumur, untuk mendapatkan informasi mengenai:

Reinjection returns (Diindikasikan oleh adanya peningkatan kandungan Chlorida).

Penurunan enthalphy fluida (Diindikasikan oleh adanya penurunan konsentrasi

Silika).

Masuknya air hasil pemanasan uap kedalam reservoir . Hal ini diindikasikan oleh

adanya peningkatan ratio Sulphate/ Chloride.

Perubahan tingkat pendidihan air . Hal ini dapat diketahui dari perbandingan

CO2/H2S

Perubahan zona produksi di dalam sumur.

Perubahan potensi scaling

Perubahan pH air reservoir .

2. Memonitor kandungan kimia air injeksi

3. Problem solving.

Page 49: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

48

2.4.6 Kegunaan Data Kimia pada Tahap Perencanaan dan Konstruksi

Data yang dibutuhkan :

1. Konsentrasi silica

Silica scaling in separated water pipeline & Reinjection wells

Perlu ditentukan :

♦ Besarnya tubing inlet press

♦ Besarnya temperatur air yang akan diinjeksikan

2. Banyaknya & jenis gas dalam uap

Akan menentukan

• Design condensor

• Sice condensor

• Pompa yang dibutuhkan

• Design turbine

3. Data kimia air & gas

Material selection for :

• Steam & water pipelines

• Condensor

• Turbin blades

• Valves

• Compensatore

• Cooling towers

• Pompa

4. Chemistry of cooling water circuit

Design cooling tower, meterials

5. Environmental Planning

• Likely gas emissions from cooling tower

• Disposal of condensate blow down

• Disposal of gas extraction effluent

• Power station acoupational heath

• effects of spills & breaks in pipe lines

• Water right hearings & envionmental impact reports

Page 50: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

49

6. Chemistry of Production wells

To obtain furaher understanding of the fleld & clarification of conc. model

Page 51: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

50

2.4.7 Ion Balance

Menurut Giggenbach (1983), agar dapat menyediakan dasar umum perbandingan dan

klasifikasi dari fluida geothermal, sebuah kelompok internasional dari para ahli geokimia panas

bumi mencapai persetujuan umum mengenai analisis kimia, yaitu nilai minimum dari parameter

geokimia yang dilaporkan untuk sebuah sampel harus mencakup : pH, Na, K, Mg, Ca, SiO2 , Cl,

SO4 , HCO3 . Analisis sampel fluida geothermal hanya bagian dari program yang lebih luas yang

berisikan:

a. Definisi dari sebuah permasalahan

b. Keputusan dalam strategi

c. Pengumpulan sampel

d. Analisis sampel

e. Interpretasi hasil

f. Komunikasi dan kesimpulan

Pada saat pengambilan sampel, temperatur dan pH harus diukur, dan jumlah alkalinitas

dari air ditentukan dengan titrasi 0.05N asam sulfur ke titik infleksi dari kurva titrasi (Bames,

1964). Sampel air harus disiapkan untuk analisa laboratorium sebagai berikut:

a. Analisis anion

b. Analsisis kation

Banyak unsur kimia yang harus diawetkan selama pengumpulan sampel untuk menstabilisasikan

konsentrasi dan analisis selanjutnya di laboratorium. Sampel air harus disiapkan untuk analisis

laboratorium sebagaimana berikut:

a. Untuk analisis anion, porsi air harus disaring melalui pori membran penyaringan

berukuran 0.45μm sehingga menghilangkan partikel-partikel dan material biologi.

b. Porsi air diasamkan dengan konsentrasi pH 2, asam hidroklorit dengan tingkat kemurnian

yang tinggi untuk menstabilkan kation, terutama Mg, Ca, dan Fe.

Page 52: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

51

Ion balance merupakan salah satu cara untuk mengecheck baik tidaknya hasil analisa

kimia yang dilakukan.Caranya adalah dengan membandingkan jumlah konsentrasi molal ion

positive dikalikan dengan masing-masing valensinya dengan jumlah konsentrasi molal ion

positive dikalikan dengan masing-masing valensinya. Ion balance 5% atau kurang menunjukkan

analisa yang baik. Adapun langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut :

1. Langkah pertama yang kita lakukan adalah menghitung masing-masing konsentrasi

konsentrasi setiap ion (konsentrasi molal atau molar). Data awal komposisi kimia yang

kita dapatkan masih dalam konsentrasi ppm (part per million), maka dari itu kita harus

Konversi konsentrasi Ci (ppm) dalam mg/kg atau mg/L ke konsentrasi molal (mi )dalam

mol/kg atau molar (M) mol/L. Rumusnya sebagai berikut :

dimana m adalah konsentrasi dalam molalitas, M adalah konsentrasi molar, Mr adalah

massa molekul relative unsur, dan Ci adalah konsentrasi dalam ppm

2. Setelah kita dapatkan konsentrasi setiap unsur, kita kalikan dengan masing-masing

valensinya

n adalah valensi unsur tersebut, misalnya Ca2+

merupakan kation bervalensi 2 dan SO42-

merupakan anion bervalensi 2.

3. Setelah kita dapatkan konsentrasi anion dan kation, maka langkah selanjutnya ialah

menghitung ion balance dengan rumus :

∑ ∑

|∑ | |∑ |

Page 53: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

52

Contoh :

Dari table di atas ditunjukkan konsentrasi dalam ppm yaitu : Na+ = 1070 mg/kg , K

+ = 102

mg/kg , Mg2+

= 0.4 mg/kg , Ca2+

= 26 mg/kg , Cl- = 1770 mg/kg , SO4

2- = 26 mg/kg , HCO3

- =

76 mg/kg.

Kation

dan seterusnya

Anion

[ ]

Page 54: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

53

∑ ∑

|∑ | |∑ |

| | | |

Hasil di atas menunjukkan hasil analisa yang baik karena ion balance < 5%, yaitu 1.13%. Tanda

negatif pada hasil di atas menunjukkan kelebihan konsentrasi anion. Berikut ini adalah hasil ion

balance di tiga daerah

Maka dapat disimpulkan bahwa Wairakei dan Waitangi memiliki analisa kimia yang baik,

sedangkan White Island sebaliknya.

Page 55: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

54

2.4.8 Pengaruh Boiling terhadap Komposisi Fluida

Dalam perjalanannya ke permukaan, fluida panasbumi dapat berubah fasa. Boiling ini

terjadi pada kedalaman <2km. Pada proses boiling terjadi pemisahan 2 fasa fluida, yaitu air dan

uap. Pemisahan 2 fasa fluida mengakibatkan terbentuknya:

Entalpi liquid (Hliq)

Entalpi uap (Hvap)

Grafik Hubungan Entalpi dan Tekanan

No volatile components (komponen-komponen yang tidak mudah menguap) seperti silika

akan tetap dalam cairan.Sedangkan komponen-komponen yang mudah menguap akan masuk ke

fasa uap. Setelah mendidih, liquid sisa akan mempunyai kandungan unsur terlarut non volatile

yang relatif lebih tinggi dan kandungan gas yang relatif lebih rendah dibanding komposisi fluida

asal. Asumsi proses adiabatik, artinya fluida diasumsikan mengalir dengan cepat sehingga tidak

ada panas yang hilang. Proses isenthalpic h res = h diperm.

Page 56: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

55

Contoh Soal

Fluida panas bumi bertemperatur 265oC dan muncul di permukaan dan mendidih. Berapa uap

yang terbentuk oleh proses mendidih ini?

Jawaban

Asumsi : Isentalpi/Adiabatik

Hres265 = 1159 J/gm Hl,100 = 419 J/gm Hv,100 = 2676 J/gm

X = 0.327, jadi uap yang terbentuk 33%

Y = 1-X = 0.72, jadi fluida sisa atau residual adalah 0.72%

Page 57: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

56

BAB III

KESIMPULAN

Melihat pembahasan yang dijelaskan di atas, dapat disimpulkan bahwa sangat penting

untuk mengetahui berbagai sifat batuan dan fluida panas bumi. Banyak parameter-parameter

yang menerangkan sifat batuan yang harus diidentifikasi, untuk mengetahui karakteristik yang

lebih tepat dari system reservoir panas bumi di bawah permukaan. Selain itu, komposisi fluida

juga dapat menjelaskan potensi sumber daya maupun perkiraan system panas bumi yang ada

pada suatu lapangan. Mengingat bahwa system panas bumi merupakan system hidrotermal

terbuka yakni yang kenampakkan di bawah permukaan dapat dilihat di permukaan dengan

adanya keberadaan manifestasi, maka dalam perjalannannya ke permukaan fluida panas bumi

pasti akan mengalami berbagai perubahan, seperti yang telah dijelaskan di atas. Maka dari itu,

kita perlu mengidentifikasi proses-proses yang mempengaruhi fluida tersebut.

Page 58: Makalah Sifat Batuan Dan Fluida Panas Bumi

57