PEMANFAATAN LANGSUNG AIR PANAS BUMI PERMUKAAN UNTUK PENGERINGAN. Didi Sukaryadi

(1)

Topik Utama

PEMANFAATAN LANGSUNG AIR PANAS BUMI PERMUKAAN

UNTUK PENGERINGAN

Didi Sukaryadi

Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan, Energi Baru,

Terbarukan dan Konservasi Energi

dd_p3tek@yahoo.cp.id dan didis@p3tkebt.esdm.go.id

1. PENDAHULUAN

Sumber energi panas bumi banyak dijumpai di wilayah kabupaten Bolaang Mongondow Propinsi Sulawesi Utara dengan potensi energi panas bumi kurang lebih 185 MWe. Namun potensi ini belum dimanfaatkan secara optimal. Padahal, potensi ini dapat digunakan sebagai pengering hasil pertanian mengingat Kabupaten Bolaang Mongondow banyak menghasilkan padi, kopi, kelapa, dan hasil perkebunan lainnya. Secara tradisional pengeringan umumnya dilakukan dengan memanfaatkan sinar matahari yang terkadang terkendala di musim penghujan. Proses penguapan kadar air dari permukaan material basah sangat dipengaruhi oleh beberapa kondisi, yaitu temperatur, tekanan, aliran udara dan kandungan air dalam material yang akan dikeringkan.

S A R I

Energi panas yang terkandung dalam air panas bumi di Desa Bakan, Kecamatan Modayag, Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara dapat dimanfaatkan secara langsung untuk proses pengeringan hasil pertanian/perkebunan atau proses produktif lainnya. Untuk pemanfaatan yang maksimal perlu dibuatkan suatu alat pemindah panas (heat exchanger), sehingga panas yang ada dapat secara optimal dimanfaatkan untuk keperluan-keperluan seperti disebut di atas. Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi (P3TKEBTKE) telah membuat alat pengering hasil pertanian yang memanfaatkan air panas bumi tersebut. Dari hasil pengujian kinerja alat, air panas bertemperatur 72,5o_{C yang masuk ke inlet} heat exchanger dengan debit 2 m3_{/jam dapat menaikkan temperatur ruang pengering dari 32}o_C menjadi 50o_C.

Kata kunci : energi panas bumi, pemanfaatan langsung, pemindah panas, pengeringan .

Menjawab tantangan tersebut, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenaga-listrikan, Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi (P3TKEBTKE) telah menciptakan teknologi terapan, yaitu pengering hasil pertanian dengan memanfaatkan energi panas bumi yang ada. Teknologi ini dapat mempercepat proses pengeringan hasil pertanian yang selama ini menggunakan panas matahari.

2. PROFIL DAERAH

Kabupaten Bolaang Mongondow adalah Kabupaten di Provinsi Sulawesi Utara dengan ibukota Kotamobagu. Wilayah Kabupaten Bolaang Mongondow telah mengalami sejumlah pemekaran. Tahun 2007 dimekarkan menjadi

(2)

Topik Utama

Kota Kotamobagu dan Kabupaten Bolaang

Mongondow Utara. Pada tahun 2008 dimekarkan lagi menjadi Kabupaten Bolaang Mongondow Timur dan Kabupaten Bolaang Mongondow Selatan. Produksi utama Kabupaten Bolaang Mongondow adalah hasil pertanian. Pada 2007, produksi padi mencapai 265 ribu ton, jagung 121 ribu ton, kacang tanah 1.350 ton, kedelai 1.285 ton, singkong 9.503 ton, ubi jalar 2.628 ton, kentang 2.628 ton, kelapa 39 ribu ton dan cengkeh 13 ribu ton.

Selain pertanian, Kabupaten Bolaang Mongondow juga mempunyai potensi panas bumi yang memadai. Banyaknya manifestasi panas bumi di permukaan tersebut disebabkan oleh aktivitas vulkanik dari gunung api Talang di sekitar Kotamubagu sebagaimana terlihat pada Gambar 1.

Dari survei di 2004, setidaknya Kabupaten Bolaang Mongondow mempunyai 13 manifestasi air panas di permukaan. Berdasarkan hasil pemboran 5 sumur dangkal yang ada dan pengukuran gradien temperatur, serta hasil analisis komposisi kimia air permukaan yang diambil dari 10 lokasi, reservoar memiliki temperatur rata-rata 260o_{C dengan} aliran panas rata-rata 33 sampai dengan 87 HFU (heat flow unit) dan rata-rata kedalaman puncak reservoar berada di kedalaman 600 m.

3. ANALISIS KELAYAKAN

Di antara sumur dangkal yang ada dilakukan uji komposisi kimia air panas untuk menentukan kelayakan pemanfaatan air panas bumi permukaan tersebut untuk pengering hasil

(3)

Topik Utama

pertanian. Secara alamiah, komposisi kimia air

yang di ambil dari sumber mata air berbeda-beda. Hal ini mengindikasikan keberagaman lingkungan akibat proses percampuran dan pendidihan (mixing - boiling). Berdasarkan hasil analisis komposisi kimia contoh air, komposisi air dari Bakan (Tabel 1) mempunyai kandungan mineral terlarut yang didominasi oleh konsentrasi sulfate (SO₄2-_{) sehingga fluida} reservoarnya dikelompokkan sebagai air sulfat (Sulphate water). Sedangkan contoh air dari Matoboi mempunyai kandungan bikarbonate (HCO₃) yang dominan sehingga diklasifikasikan sebagai air bikarbonate (bicarbonate water). Berdasarkan analisis kimia air, reaksi kimia yang mungkin terjadi antara air panas Bakan dengan tembaga (Cu) adalah dengan anion Amonia (NH3-_{), Khloride (Cl) dan Sulfat (SO}

4

-2_{). Namun} jumlah kandungan anion yang terlarut dalam 1 liternya relatif kecil dan jika temperatur air tetap terjaga di atas temperatur saturasinya maka endapan tidak akan terjadi.

Perhitungan besarnya energi panas yang terkandung pada air panas di desa Bakan dihitung sebagai berikut:

No Parameter Hasil Per Lokasi, (mg/l)

Bakan Matoboi 1 Amonia (NH3-N) 0,17 1,64 2 Arsen (As) < 0,005 < 0,005 3 Boron (B) < 0,01 < 0,01 4 Khlorida (Cl-₎ _210,2 _235,2 5 Sulfat (SO42-) 281,2 196,6 6 Bikarbonat (HCO3-) 171,3 563,4 7 SiO2terlarut 40,3 40,4 8 Natrium (Na) 220,69 248,76 9 Kalsium (Ca) 85,95 76,03 10 Magnesium (Mg) 0,63 59,77 11 Kalium (K) 19,77 47,36

Tabel 1. Komposisi kimia contoh air hasil uji laboratorium

Data pengukuran: - T air = 90,0 o_C

- pH = 8 (agak bersifat basa) - q = 10 lt/detik

Perhitungan: dari steam table diperoleh - v_f = 0.1036 x 10-2_m3_/kg

- h_fg = 2282,8 kJ/kg - _f = 965,3 kg/m3

- m_f = 0.009653 kg/det

Jadi panas yang dikandung (Q) adalah : Q = m_fx h_fg

= 0.0097 kg/det x 2282,8 kJ/kg = 22,14 kJ/detik = 22,14 kWt t

Nilai panas ini cukup, baik sehingga alat pengering diputuskan untuk dipasang di desa Bakan.

4. TEKNOLOGI ALAT PENGERING

Secara alamiah setiap massa (padat, cair atau gas) yang mempunyai kandungan panas akan memindahkan energi panasnya ke media di sekelilingnya.

(4)

Topik Utama

Besarnya laju perpindahan panas (Q)

tergantung pada laju perambatan panas per unit perbedaan temperatur (conductance) dan perbedaan temperatur ( T) sistem panas. Dan masing-masing benda/media alir mempunyai harga conductance (C) yang berbeda-beda. Besarnya laju perpindahan panas (Q) dinyatakan dengan persamaan 1.

Q =CΔT ………. (1)

Ada tiga (3) jenis perpindahan panas, yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan panas secara konduksi merupakan difusi panas yang terjadi pada skala mikroskopis, tidak ada perpindahan media alir, terjadi dalam benda padat, fluida diam (stagnant fluid) atau lapisan tipis pembatas (boundary layer), dan proses perambatan panasnya lambat.

Sedangkan perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi melalui fluida yang bergerak. Ada dua (2) tipe perambatan panas konveksi, yaitu free (natural) dan forced convection.

Perpindahan panas secara radiasi terjadi melalui media udara, misalnya radiasi sinar matahari, gelombang elektromagnet, dan gelombang yang merambat pada kecepatan cahaya. Perpindahan panas umumnya merupakan kombinasi perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi.

Panas yang diperlukan untuk proses pengeringan dihitung berdasarkan metode perpindahan panas. Perhitungan dilakukan menggunakan 4 (empat) komponen thermal resistance yang menghambat perpindahan panas konvensional secara langsung. Hasil perhitungan digunakan dalam perancangan alat pemindah panas (heat exchanger).

Alat pengering tipe pipa bersirip (fin-tube) didesain dengan menggunakan pipa dan sirip/ lempeng tembaga. Bahan tembaga mempunyai sifat konduktifitas hantar panas yang baik,

dihantarkan sedangkan sifat lenturnya memudahkan dalam pembuatannya.

Di dalam bangunan pelindung terdapat dua (2) unit ruang pengering dengan ukuran masing-masing panjang 6 m, lebar 1 m dan tinggi 1 m, dengan heat exchanger yang terbuat dari 32 buah pipa tembaga dan 580 buah fin yang disamping berfungsi sebagai media perambatan panas juga berfungsi untuk menyangga beban pipa tembaga agar tidak patah (Gambar 2).

5. UJI KINERJA

Air panas bertemperatur 84 - 90 o_{C dialirkan ke} alat pengering melalui pipa berdiameter 2 inci dan terisolasi sepanjang kurang lebih 100 m. Dengan temperatur ruang berkisar 32o_{C s.d} 35o_{C, hasil pengukuran alat ditunjukkan pada} Tabel 2. No Waktu Mnt T air o_C T inlet HE, o_C T Dryer o_C T Oulet o_C 1 0 85 50 32 75 2 10 85 65 45 73 3 20 85 70 49 72 4 30 85 72,5 50 71

Tabel 2. Hasil pengujian

Dari perhitungan perpindahan panas, jumlah panas yang dilepaskan untuk menaikkan temperatur 32o_{C menjadi 50}o_{C dengan variasi} perubahan kecepatan udara ada pada Tabel 3 dan Gambar 3. Semakin besar kecepatan udara yang dihembuskan semakin besar jumlah panas yang terlepas ke udara. Maksimum panas yang dapat dilepas ke udara adalah sebesar 176,94 kJ/detik.

Tabel 3. Hasil perhitungan hilang panas

T inlet, o_C T Dryer, o_C V udara (m3_/s) Hilang Panas (kJ/s) Awal Akhir 50 27 50 13 87.27 14 91.84 18 109.22

(5)

Topik Utama

Gambar 2. Prototipe unit alat pengering kopra

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 5 10 15 20 25 30 35

Kecpatan Udara, m3/detik

Hi la n g p a n as, kJo u le /d e ti k

Gambar 3. Hubungan kecepatan udara dan hilang panas

Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur per 10 menit pengukuran ada pada Tabel 4. Saat temperatur di ruang pengering mendekati temperatur inlet heat exchanger maka semakin kecil jumlah panas yang di lepas sehingga semakin lama waktu yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 o_{C. Hal ini} dikarenakan telah tercapai kondisi keseimbangannya.

Tabel 4. Hasil perhitungan hilang panas per waktu ukur

Waktu (Mnt) T inlet o_C T Dryer, o_C _V udara (m3_/s) Hilang Panas (kJ/s) Awal Akhir 0 50 27 32 13 27.61 14 29.08 18 34.59 38 56.01 10 65 32 45 13 23.00 14 24.23 18 28.81 38 46.65 20 45 49 13 18.90 14 19.91 18 23.68 38 38.43 30 49 50 13 17.67 14 18.62 18 22.14 38 35.85

Berdasarkan hasil pengamatan diketahui bahwa proses pengeringan yang optimal dilakukan pada kondisi udara panas yang mengalir.

(6)

Topik Utama

DAFTAR PUSTAKA

Apandi & Bachri, Peta Geologi Lembar

Kotamubagu - Sulawesi , Pusat Penelitian

dan Pengembangan Geologi, Bandung, 1997.

Amdebrhan, Y.1987: Non electric use of geothermal energy, Soda ash project, Ethiopia. Geothermal Institute, Auckland University. Project for Diploma in Energy

Technology, 1987.

Anderson, D.N. and Lund, J.W., 1979: Direct Utilization of Geothermal Energy: A Technical Handbook, Geothermal Resources Council

Special Report No.7.

ASHRAE 1987 Handbook of Fundamentals S I Edition. Chapter 10. Physiological Factors

in Drying and Storing Farm Crops. American

Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning engineering Inc, USA.

Birol Kilkis, 1087: Solar Energy and

Fluidized-bed: A New Concept in Agricultural Drying.

Drying 87, Hemisphere Publising Corporation, USA.

Cain, D., Robert, A., Barrow, H. 1972: A Theoretical Study of Fully Developed Flow and Heat Transfer in Elliptical Ducts. Compact Heat Exchangers, Institute of

Mechanical Engineers Symposium, paper

C120/72.

6. PENUTUP

Kabupaten Bolaang Mongondow, Propinsi Sulawesi Utara mempunyai potensi hipotetik energi panas bumi sebesar 22.04 kWt yang terbuang melalui hot spring. Berdasarkan hasil analisis komposisi kimia contoh air, contoh air dari di desa Bakan fluida reservoarnya dikelompokkan sebagai air sulfat (Sulphate Water).

Potensi air panas bumi tersebut dapat dimanfaatkan untuk mengeringkan hasil pertanian dan perkebunan rakyat di daerah Kabupaten Bolaang Mongondow, seperti padi, jagung, kedelai, kelapa, cengkeh, kopi, pala, kakao, dan panili.

Uji kinerja alat pengering menunjukkan bahwa panas yang di lepas melalui heat exchanger adalah sebesar 176,94 kJ/s pada kecepatan udara sebesar 38 m3_{/detik dalam waktu 30} menit. Dengan karakteristik ini, air panas bertemperatur 72,5o_{C yang masuk ke inlet heat} exchanger dengan debit 2 m3_{/jam dapat} menaikkan temperatur ruang pengering dari 32o_{C menjadi 50}o_C.

Agar alat yang telah dibangun dapat terpelihara dengan baik, disarankan pihak pemerintah kabupaten Bolaang Mongondow memfasilitasi lembaga pengelola.