tep-pertemuan ke 6

Jurusan Teknik Perminyakan 1

Reservoir Panasbumi(6132112)

Pertemuan Ke-6Aliran energi Melalui Media

Pori/Rekah

Eko widi [email protected]


DeskripsiPerpindahan energi di dalam reservoir dilakukan dengan dua cara, yaitu kunduksi dan konveksi, konduksi pada matrik batuan dan konveksi pada media pori/rekah, yang diinginkan adalah batuan yang memiliki tranmisivity yang besar sehingga peran perpindahan energi akan jauh lebih besar.


Tujuan Instruksional Khusus (TIK)Agar Mhs1.Mampu menghitung perpindahan energi

dari media pori/rekah.2.Mampu menggambarkan zone up flow.3.Mampu meletakkan titik bor pada storage

dan transmisivity yang besar.


Perpindahan Energi Aliran EnergiPanas dapat ditransfer dalam padatan dengan konduksi, konveksi dan radiasi. Pada temperatur yang sesuai dengan sistem panasbumi, komponen radiasi dapat diabaikan, dan dengan tidak adanya gerakan massa dalam sistem, maka konduksi dapat dirumuskan dengan persamaan berikut :

TKq


Dimana K adalah konduktivitas panas batuan dan tanda negatif menunjukkan bahwa aliran panas berkurang dari temperatur tinggi ke temperatur rendah dengan gradient temperatur tertentu.

Dalam padatan yang isotropis, konduktivitas panas bersifat skalar. Material geologi yang berukuran besar dianggap isotropis, dengan K adalah fungsi temperatur. Dalam aliran panas transient, terdapat sifat yang disebut diffusivitas. Diberikan dalam persamaan :

dengan c adalah kapasitas panas (panas spesifik batuan).

cK


Dua langkah penting untuk menentukan besarnya konduktivitas panas batuan pada bagian atas kerak bumi adalah :

A.Penentuan gradient temperatur B.Penentuan eksperimen untuk mengetahui konduktivitas panas dengan sample cutting atau core.

Satuan aliran panas ditentukan dengan mengamati banyaknya panas yang dapat dirambatkan permeter kuadrat batuan (mW/m2).

Aliran panas rata-rata pada daerah kontinental normal adalah sekitar 60 mW/m2 (Joseph et. al. 1976). Sedangkan fluks panas dengan nilai 80 –100 mW/m2 menunjukkan adanya anomali gradien geothermal di bawah permukaan.


Gradien Hidrothermal Dalam membahas kondisi geothermal pada kedalaman tertentu, gradien vertikal geothermal dT/dZ sering digunakan untuk tujuan-tujuan praktis dengan mempertimbangkan komponen aliran panas ke permukaan dan dianggap sebagai skalar. Dalam keadaan sederhana seperti urutan sedimentasi dengan lapisan horizontal dan K bervarisai hanya pada kedalaman dan mengabaikan sumber panas, temperatur pada kedalaman d, adalah


d

ZKdZqTdT

00

atau dengan lapisan n, yang menunjukkan ketebalan dan konduktivitas dari lapisan ke-i dengan ketebalan hi dan konduktiivitas panas Ki sebagai berikut :

1

1

1

10

n

i n

n

ii

i

i

K

hd

Kh

qTdT


Gradien geothermal yang tinggi dapat ditemui jika terdapat caprock yang mempunyai konduktivitas panas rendah dan dasar dengan konduktivitas panas tinggi. Gradien geothermal yang tinggi juga dapat ditemui dalam batuan impermeabel di atas zona transfer panas konveksi. Dalam zona konveksi sendiri, gradien geothermal-nya rendah karena terjadi penyesuaian dengan temperatur konveksi. Dengan mempertimbangkan tekanan hidrostatik di bawah permukaan, gradien geothermal konduktif di aatas reservoir dominasi uap tergantung pada kedalaman. Gambar 3.29 memperlihatkan gradien geothermal vs temperatur titik didih air pada reservoir vapour dominated.


Gmb 3-29


Persamaan Keadaan Persamaan keadaan menggambarkan asal dan transport panas. Persamaan differensial menggambarkan transfer panas oleh konduksi dan konveksi yang dapat ditulis sebagai berikut :

mengingat akan ketergantungan kecepatan v gerakan massa pada posisi dan waktu juga ketergantungan temperatur terhadap sifat-sifat panas c dan K. Dalam konveksi v tergantung pada distribusi temperatur terhadap waktu.

01, TTKTcdt

dTTtrv


Mengingat akan ketergantungan kecepatan v gerakan massa pada posisi dan waktu juga ketergantungan temperatur terhadap sifat-sifat panas c dan K. Dalam konveksi v tergantung pada distribusi temperatur terhadap waktu.

Untuk transfer panas secara konduktif, bagian pertama dari persamaan adalah nol, dan dengan mengabaikan ketergantungan temperatur terhadap c dan K, menghasilkan :

0TKdtdT


Perpindahan Energi Secara Konduksi

Konduksi merupakan proses perpindahan panas dari daerah bertemperatur tinggi ke daerah bertemperatur rendah dengan menggunakan medium untuk merambatkan panas dengan persentuhan secara fisik. Mekanisme perpindahan panas secara konduksi dapat dibedakan atas temperatur akhirnya menjadi dua, yaitu :

1.Konduksi mantap, yaitu konduksi dimana temperatur akhir pada titik manapun dalam suatu material tidak bergantung pada kedudukan serta lamanya pemanasan karena aliran panas yang masuk ke dalam benda dan keluar selalu sama.

2.Konduksi tidak mantap, yaitu konduksi dimana temperatur akhir suatu titik dalam materi akan selalu berubah sesuai dengan kedudukan dan lamanya pemanasan karena aliran panas yang masuk dan keluar besarnya berubah-ubah.


Pada kerak bumi bagian atas, yaitu daerah utama yang merupakan sumber-sumber potensial panasbumi, transfer panas secara konduksi biasanya merupakan proses yang dominan bahkan di daerah yang anomali gradien geothermal-nya kuat. Distribusi fluks panas dipengaruhi oleh kondisi batas di samping pengaruh konveksi dengan variasi konduktivitas panas dan sumber panas dalam dimensi ruang dan waktu (sumber panas transient, intrusi batuan beku, sumber stasioner dan panas hasil radioaktif).


Konsep Perpindahan Energi Secara Konveksi

Semua potensi panasbumi yang dapat diproduksikan secara komersil hingga saat ini semuanya adalah sistem panasbumi model hidrothermal. Dalam system hidrothermal, perembesan air dekat permukaan melalui bagian permeabel sampai kedalaman yang besar hingga bertemu dengan batuan panas. Fluida yang terdapat dalam batuan tersebut akan mengalami pemanasan dan kemudian terdorong ke atas akibat gaya apungan (buoyancy forces) karena densitasnya menjadi lebih kecil dibandingkan densitas air pada suhu yang lebih rendah.

Terdapat dua tipe sistem reservoir hidrothermal, yaitu sistem dominasi uap (Geysers : USA, Lardarello ; Italy dan Kamojang : Indonesia) dan sistem dominasi air (Wairakei dan Broadlends : New Zealand, Dieng : Indonesia).

Dalam system hidrothermal, sebagian besar panas ditransportasikan secara konveksi oleh uap dan air yang terdapat dalam reservoir melalui pori pada batuan. System ini berbeda dengan hot dry rock yang tidak mengandung air dan geopressured dimana konduksi merupakan sistem perpindahan panas yang dominan.


Konveksi PanasbumiKonveksi adalah dasar transport panas dalam sistem hidrothermal dan sebuah tinjauan yang seksama dari kharakteristik konveksi bebas (free convection) fluida satu atau dua fasa dalam media berpori. Sebuah analisa stabilitas linear menunjukkan bahwa konveksi panas dalam lapisan porous yang jenuh dengan liquid dimulai ketika nilai kritis Rayleigh Number, Ra = 42 terlampaui. Dalam suatu lapisan horizontal, ketebalan h dan perbedaan temperatur T dapat diekspresikan dalam Rayleigh Number sebagai :


keterangan : g = percepatan gravitasicw = panas spesifik fluida pada tekanan konstank = permeabilitas batuan T = perbedaan temperatur = koefisien volume ekspansie = konduktivitas panas batuan jenuhw = densitas fluida

heat flux ke atas yang disebabkan oleh proses konveksi diukur denganNusselt number, Nu dan dapat dinyatakan dengan :

Nu = (aliran panas dengan konveksi)/(aliran panas tanpa konveksi)

ew

wwa

TkcgR


Ringkasan MateriPerpindahan energi di matrik batuan adalah secara konduktif, sedangkan di ruang pori/rekahan secara konveksi, suatu reservoir pabum memiliki nilai ekonomis jika memiliki kemampuan untuk menyimpan dan menghantarkan massa besar, massa ini membawa panas, yang dari suatu titik ke titik lainnya, sehingga terjadi perpindahan energi secara konduksi dan konveksi.


Referensi1.Reservoir geothermal”, Mc Kibbin.2.“Geothermal Reservoir Enggineering”

Malcom Grant.3.“Geothermal Energy” Christoper

Armstead.

tep-pertemuan ke 6

Documents