243

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.

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

244

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.
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

245

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.
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 tengah separator dan

246

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.
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).

247

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.
7.1.6. 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.

7.2. Deskripsi Alat

248

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.

Max. Temperature : 500oF

249

B.

Nama Alat

Gambar 7.1. Separator 86)

:Steam Turbine.

250

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 sudusudu 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.

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 rateau
curtis with
rateau with
with reduction
reduction gear
reduction gear
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
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

251

Gambar 7.2. Turbin 87)

C.

Nama Alat

: Silincer

252

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
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 height 9 9 7/8
Diameters
14 9
Seaters
29 With 28 electric winch

253

Gambar 7.3. Silincer 88)

D.

Nama Alat

: Christmas Tree.

254

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 :

Letak

1. Manometer tekanan dan temperatur.

2. Master valve/gate.

3. Wing valve/gate.

4. Choke/bean/jepitan.

5. Check valve

: Christmas tree diletakkan di kepala sumur.

Spesifikasi
Tabel VII.4. Spesifikasi Standard Christmas Trees
2,000 PSI 140 bar W.P.
On
Vertical
Column
On
Wings

2 1/16

2
1/16

2
1/16

2 9/16

2
9/16

2
1/16

3 1/8

2
9/16

3
1/8

4 1/16

2
1/16

2
9/16

3
1/8

4
1/16

4
1/16

3,000 PSI 210 bar W.P.

On
Vertical
Column
On
Wings

2 1/16

2
1/16

2
1/16

2 9/16

2
9/16

2
1/16

3 1/8

2
9/16

3
1/8

4 1/16

2
1/16

2
9/16

3
1/8

4
1/16

4
1/16

5,000 PSI 350 bar W.P.

On
Vertical
Column
On
Wings

2 1/16

2
1/16

2
1/16

2 9/16

2
9/16

2
1/16

3 1/8

2
9/16

3
1/8

4 1/16

2
1/16

2
9/16

3
1/8

4
1/16

4
1/16

255

E.

Nama Alat

Gambar 7.4. X-Mas Tree 89)

: Level Control Valve.

256

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

257

Gambar 7.5. LCV 90)

258

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

259

260

G.

Nama Alat

Gambar 7.6. Booster 91)

: 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 bersamasama 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.

Output:

600MW

Steam condition: 24.5Mpa 538/566 C

Type:

Tandem compound 4 cylinders

4 exhaust flows reheat condensing

Speed:

3000r.p.m

Commissioned:

1993

261

Gambar 7.7. Flash Steam Power Plant 92)

262

G.

Nama Alat

: Binary Cycle Power Plant.

Fungsi

: Alat ini digunakan sebagai alat pembangkit listrik

dengan tenaga uap.

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

263

Gambar 7.8. Binary Cycle 93)

264

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

265

Gambar 7.9. Dry Steam Power Plant. 94)

266

I.

Nama Alat
Fungsi

: Pressure Control Valve

: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)
1" (25mm);
1.1/4" (32mm);
1.1/2" (40mm)
End Connection:

2" (50mm)
2"-Flanged; 3/8"-2" male & female

max cont. Working Temperature:

Control Range:

BSP connection
170deg.C(388F)
3/8"-3/4" 4psi (0.3 bar) to 80psi (5.5
bar)
1"-2" 4psi(0.3 bar) to 60psi (4 bar)

267

Gambar 7.10. Zwicky Controlled Pressure Regulating Valve 95)

7.3. Pembahasan
Fasilitas produksi permukaan panas bumi secara umum terdiri dari :

268

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 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.

269

7.4. Kesimpulan
1.

Fasilitas produksi panas bumi secara umum terdiri dari :

Well-head dan X-mas Tree

Separator

Silencer

Weir Box

Pipeline

Cooling Tower

Condenser

2.

Sistem power plant yang digunakan dalam industri panas bumi saat ini, antara
lain :

Dry Steam Power Plant

Flash Steam Power Plant

Binary Cycle Power Plant