Abstrak —Geothermal atau  Panas Bumi  merupakan salah  satu sumber energi yang tergolong ke dalam jenis energi baru dan terbarukan.  Dalam  pemanfaatannya,  proses  pembangkitan listrik  panas  bumi  pada  PLTP  dengan  sumber  panas  bumi dengan entalpi tinggi seringkali membuang cairan panas bumi atau brine. Brine ini sendiri memiliki potensi termal dari 148- 173 0 C sehingga masih berpotensi untuk dijadikan energi dalam pembangkitan dengan menggunakan siklus biner. S iklus biner sendiri  merupakan  siklus  pembangkitan  listrik  yang  dalam prosesnya menggunakan  bantuan  fluida sekunder  atau  fluida kerja bertitik didih rendah untuk mengoptimalkan vapor yang dihasilkan  oleh  fluida  sekunder  tersebut  dengan  panas  yang tersedia. Fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ini antara lain R134a, n-pentana, dan isobutana. Dari ketiga jenis  fluida kerja tersebut didapatkan  bahwa n-pentana merupakan  fluida kerja yang paling baik jika ditinjau dari daya yang dihasilkan yaitu sebesar 14980kW dan ditinjau dari efisiensi eksergetiknya yaitu 68,7%.
Kata  kunci —Panas  Bumi,  Brine,  Siklus  Biner,  Efisiensi Eksergetik

## I. PENDAHULUAN
ANAS  bumi  atau geothermal merupakan  salah  satu sumber  energi  baru  terbarukan  yang  terbentuk  di  dalam kerak  bumi.  Di  Indonesia  sendiri,  sumber  energi geothermal tergolong cukup potensial. Kategori geothermal yang terdapat di  Indonesia  sendiri  tergolong  ke  dalam  kategori  entalpi menengah hingga entalpi tinggi. Dengan demikian, geothermal dapat dijadikan salah satu alternatif pembangkitan listrik untuk mendukung peningkatan rasio elektrifikasi  di Indonesia[1].
Dalam  proses  pembangkitan  listrik  PLTP,  panas  bumi langsung  dieksploitasi  dan  dimanfaatkan  tekanannya  untuk memutar turbin setelah melalui separator dan demister . Panas bumi  sendiri  dikatakan  sumber  energi  baru  dan  terbarukan karena fluida sisa dari panas bumi baik itu hasil separasi pada separator  atau  fluida  sisa  hasil  kerja  dalam  siklus pembangkitan  diinjeksikan  kembali  ke  dalam reservoir agar reservoir dapat  kembali  menampung  panas  bumi  untuk kembali  dieksploitasi.
Brin e  sendiri  seperti  yang  telah  dijelaskan  sebelumnya merupakan  produk  hasil  separasi  uap  pada separator .  Pada kategori  panas  bumi  berentalpi  tinggi,  temperatur  dari brin e sendiri  bisa  mencapai  150 0 C.  Dengan  temperatur  tersebut, brin e  masih  berpotensi  untuk  dijadikan  sumber  energi pembangkitan dalam  skala kecil.
Untuk kategori geothermal pada lokasi  Jawa  Barat  sendiri dan yang akan dijadikan objek penelitian, temperatur brine dari sumur  hingga  173 0 C  dengan mass  flow  rate 252kg/s  dan entalpi sekitar 732,4kJ/kg[2].
Pada  beberapa  negara  yang  memanfaatkan  panas  bumi sebagai energi pembangkit, brin e hanyalah dianggap sebagai prodak  buangan  dan  tidak  termasuk  ke  dalam  siklus pembangkitan secara langsung. Bagi industri, menginjeksikan brine langsung  ke  reservoir  tentunya lebih  mudah  dan  tidak beresiko.  Namun,  dengan  begitu  potensi  termal  dari brin e sendiri  menjadi  sia-sia.  Padahal  jika  saja brine dimanfaatkan untuk  pembangkitan  dalam  skala  kecil,  mungkin  saja  dapat digunakan  untuk  masyarakat  sekitar.  Industri  pembangkitan pun  tidak  akan  dirugikan  mengingat  ketika  temperatur  dari brine telah  berhasil  diekstraksi,  fluida  sisanya  akan  tetap diinjeksikan ke reservoir sehingga manajemen  dan treatment dari reservoir akan tetap terjaga[2].
Proses  yang  dapat  dilakukan  untuk  pembangkitan  sendiri adalah  dengan  mengekstraksi  termal  dari brin e  dengan heat exchanger (HE).  Dengan  mengekstraksikan  termal  dari  brine, termal tersebut kemudian akan  memanaskan fluida kerja  yang kemudian  akan  dialirkan  ke  turbin.  Setelah  digunakan  untuk proses  pembangkitan,  fluida  sisa  kemudian  akan  kembali diinjeksikan ke  reservoir  sebagai upaya  manajemen reservoir panas bumi[3].

## II. URAIAN  PENELITIAN

## A. Analisis Ek sergi
Analisis  eksergi  pada  penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui ketersediaan energi dalam siklus biner geothermal brine .  Analisis  sendiri  dilakukan  dengan  memahami  setiap komponen  dan  kemungkinan  terjadinya  pemusnahan  energi pada setiap komponen siklus biner geothermal brine . Fase-fase yang dianalisis pada siklus ini, antara lain:
 Heat Exchanger
o Temperatur brine masuk heat exchanger o Temperatur brine keluar heat exchanger o Laju  aliran brine masuk heat exchanger o Laju  aliran brine keluar heat exchanger o Temperatur  udara masuk heat exchanger o Temperatur  udara keluar heat exchanger o Tekanan udara masuk heat exchanger o Tekanan brine masuk heat exchanger

## Analisis  Pemanfaatan Geothermal Brine untuk Pembangkitan  Listrik dengan Heat Exchanger
Aloysius  Afriandi,  Ridho Hantoro
Jurusan Teknik Fisika,  Fakultas Teknologi  Industri,  Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : aloysius13@mhs.ep.its.ac.id,  ridho_hantoro@yahoo.com
P
o Tekanan brine keluar heat exchanger
 Turbin
o Temperatur  vapor masuk turbin
o Tekanan vapor masuk turbin
o Temperatur  vapor keluar turbin
o Tekanan vapor keluar  turbin
 Kondensor o Temperatur vapor masuk kondensor o Tekanan vapor masuk kondensor o Laju  aliran cooling water o Temperatur cooling water keluar kondensor o Tekanan cooling water keluar kondensor o Laju  aliran cooling water keluar kondensor o Temperatur cooling water inlet o Temperatur cooling water outlet
o Tekanan cooling water inlet
o Tekanan cooling water outlet
Perhitungan  analisis  eksergi  pada  penelitian  ini  sendiri dilakukan  dengan menggunakan persamaan:
x state =  h state − h ling kungan − (T lingkungan × (s state − s lingkungan )
Persamaan  di  atas  digunakan  untuk  memperoleh  eksergi spesifik pada state-state yang telah ditentukan sebelumnya.
Setelah  diperoleh  eksergi  spesifik,  dilakukan  perhitungan terhadap laju eksergi dengan persamaan:
E state =   ṁ state ×   x state
dimana E merupakan laju eksergi dan  ṁ merupakan laju aliran. Analisis  pemanfaatan  sistem  pembangkit  geothermal  sendiri banyak dilakukan dengan menggunakan analisis eksergetik[4]. Sebelum  dapat  dianalisis  efisiensi  eksergetik  p ada  sistem, terlebih dahulu harus diketahui rugi eksergi yang terjadi pada komponen pembangkitan. Rugi eksergi dapat dianalisis dengan menggunakan persamaan:
Rugi  Eksergi   =   E in −  E out − Ẇ
Setelah diketahui rugi eksergi yang terjadi pada komponen, barulah  dapat  dianalisis  efisiensi  eksergetik  pada  sistem dengan menggunakan persamaan:
ƞ = E  −  Rugi  Eksergi ̇

## E

## B. Simulasi
Sebelumnya  dilakukan  terlebih  dahulu  simulasi  untuk mengetahui performa heat exchanger sebagai proses ekstraksi panas  dari  geothermal  brine.  Pada  proses  simulasi heat exchanger ,  pertama  kali  yang  harus  dilakukan  adalah menentukan daftar  komponen yang  adalah fluida-fluida  yang ada  di  dalam  HE  tersebut  yang  dalam  penelitian  ini  adalah
geothermal  brine  dan  fluida  kerja  (R-134a,  n-pentana,  dan isobutana).
Setelah menentukan  daftar  komponen  untuk  simulasi heat exchanger ,  kemudian  dipilih property  pack age pada  menu fluid  packages.  Pada property  pack age ,  dipilih  model  Peng- Robinson.
Setelah  menentukan  komponen-komponen  yang  terlibat dalam  proses,  kemudian  simulasi  dijalankan.Komponen- komponen disusun sesuai dengan model pembangkitan  yang diinginkan.  Pada  model  di  atas,  komponen-komponen  yang terlibat,  antara  lain evaporator ,  ekspander  (turbin),  dan kondensor.
Dalam  heat  exchanger  ( evaporator )  kemudian  ditentukan aliran yang  memasuki  dan mengeluari  heat  exchanger.  Aliran yang  memasuki  heat  exchanger  pada  proses  ini  adalah geothermal brine yang berasal dari separator dan fluida kerja sementara aliran yang mengeluari heat exchanger pada proses ini vapor yang  dihasilkan  dari  pemanasan  fluida  kerja  dan geothermal brine yang panasnya sudah terekstraksi.
Gambar 1. Setup Fluida
Gambar 2. Setup Fluid Package
Gambar 3. Setup Model Pembangkitan
Aliran-aliran  fluida  yang  terlibat  dalam  proses  simulasi ditentukan  kondisi-kondisi  termofisikanya.  Pada  aliran  brine, ditentukan temperatur, pressure, fraksi  massa, fraksi mol,  dan mass flow  ratenya.
Setelah  menentukan  kondisi-kondisi  dari  brine,  kemudian ditentukan  kondisi-kondisi  dari  fluida  kerja  yang  diinginkan. Setelah  itu,  barulah  dapat  diketahui  performa  dari heat exchanger berikut  dengan  tabelnya.  Proses  simulasi selanjutnya  adalah  untuk  mengetahui  proses -proses  yang terjadi  pada  proses  pembangkitan  siklus  biner  dengan geothermal brine .  Yang  dilakukan adalah  dengan  menyusun setiap  komponen  pada  siklus  yang  meliputi heat  exchanger yang  sebelumnya  telah  diatur  dan  turbin.  Turbin  kemudian diatur aliran-aliran  yang  berhubungan, setelah  itu  ditentukan parameter-parameter pada turbin tersebut dan yang berhubungan  dengan  alirannya.  Setelah  itu  barulah  dapat dilihat kerja  turbin pada work sheet dalam simulasi ini.
Gambar 4. Setup Evaporator
Gambar 5. Setup Properti Brine
Gambar 6 Setup Properti Fluida Kerja
Gambar 7. Setup T urbin

## III. HASIL  DAN DISKUSI

## A. Analisis Ek sergi
Pada penelitian ini dilakukan analisis eksergi terhadap siklus biner brine dengan variasi 3 fluida sekunder  atau fluida  kerja yang berbeda.
T abel 1.
Laju Eksergi R134a Sta te T P h s ṁ
E 0 C kP a kJ/kg kJ/kgK kg/s kW 0 17 71.42 0.253 1 980 160 675.68 1.942 244.4 140663.271 2 975 138.3 582.33 1.721 244.38 118757.854 3 2977 110 468.15 1.786 100 15153 4 900 33.25 246.44 1.159 100 4977.552 5 100 21 88.19 0.311 98 1021.346 6 90 31 129.99 0.450 98 5096.339 7 2980 20.65 421.8 1.094 100 33272.95
T abel 2. Rugi Eksergi R134a Heat Exchanger 40025.367 T urbin 3932.448 Kondensor 902.559
Dari data eksergi total dari brine dan total rugi eksergi pada proses, diperoleh efisiensi eksergetik sebesar 68%.
T abel 3. Laju Eksergi n-pentana Sta te T P h s ṁ
E 0 C kP a kJ/kg kJ/kgK kg/s kW 0 17 71.42 0.253 1 980 160 675.68 1.841 244.4 141082.491 2 975 137.8 621.32 1.636 244.38 128638.528 3 2977 110 394.78 1.243 100 16496
4 900 30.05 476.4 1.121 100 28531.448 5 100 21 88.19 0.311 98 1021.346 6 90 31 129.99 0.450 98 5158.272 7 2980 10 226.41 1.022 100 13884.1 T abel 4. Rugi Eksergi n-pentana Heat Exchanger 9832.062 T urbin 1007.448 Kondensor 24394.523
Dari data eksergi total dari brine dan total rugi eksergi pada proses, diperoleh efisiensi eksergetik sebesar 68,7%.
T abel 5.
Laju Eksergi isobutana
T abel 6. Rugi Eksergi isobutana Heat Exchanger 42354.567 T urbin 2228.248 Kondensor 350.496
Dari data eksergi total dari brine dan total rugi eksergi pada proses, diperoleh efisiensi eksergetik sebesar 68,1%.

## B. Simulasi
T abel 7. Simulasi R134a Daya Turbin 6064kW S tate P T h kPa 0 C kJ/kg Brine 980 150 632.49 R134a 2980 20.65 228.63 HE-Turbin 2977 100 453.59 Turbin-Cond 900 33.25 246.44 Cooling  Water 100 21 88.19 Reservoir 975 129.3 582.29 Cooling  Tower 90 31 129.99
T abel 8. Simulasi n-pentana Daya Turbin 12940kW State P T h kPa 0 C kJ/kg Brine 980 150 632.49 n-pentana 2980 10 226.41 HE-Turbin 2977 100 358.89 Turbin-Cond 900 30.05 232.4 Cooling Water 100 21 88.19 Reservoir 975 130.2 570.35 Cooling Tower 90 31 129.99
T abel 9. Simulasi isobutana Daya Turbin 5986kW State P T h kPa 0 C kJ/kg Brine 980 150 632.49 isobutana 2980 15 238.47 HE-Turbin 2977 100 392.58 Turbin-Cond 900 31.8 241.2 Cooling Water 100 21 88.19 Reservoir 975 131.4 552.83 Cooling Tower 90 31 129.99
Melalui simulasi, dapat disimpulkan bahwa fluida sekunder atau fluida kerja pada siklus biner yang paling baik jika ditinjau dari daya yang dihasilkan  adalah n-pentana. Meski  demikian, dari  data  di  atas  dan  dari  hasil  analisis  eksergi  dapat  dilihat bahwa termal yang terbuang untuk proses reinjeksi ke reservoir masih  cenderung  besar.  Oleh  sebab  itu  diperlukan  rekayasa terhadap  model  pembangkitan  salah  satunya  adalah  dengan penambahan komponen preheater pada siklus.
Pada  gambar  di  atas,  dapat  dilihat  grafik  perbandingan antara ketiga fluida sekunder atau fluida kerja yang digunakan dalam penelitian ditinjau dari daya pada turbin yang dihasilkan pada  proses  pembangkitan.  Dapat  dilihat  bahwa  n -pentane merupakan  fluida  sekunder  atau  fluida  kerja  terbaik  jika ditinjau dari daya turbin yang dihasilkan.
Gambar 8. Grafik Perbandingan Fluida Kerja
Sta te T
P h s ṁ
E 0 C kP a kJ/kg kJ/kgK kg/s kW 0 17 71.42 0.253 1 980 160 675.68 1.942 244.4 140663.27 1 2 975 138.3 582.33 1.721 244.38 118757.85 4 3 2977 110 401.29 1.513 100 12823.800 4 900 31.8 241.2 1.159 100 4453.552 5 100 21 88.19 0.311 98 1021.346 6 90 31 129.99 0.450 98 5124.402 7 2980 20.65 421.8 1.094 100 33272.950
T abel 10.

## Simulasi dengan preheater (R134a)
Dengan  penambahan  komponen preheater pada  siklus, dapat  dilihat  penambahan  dari  daya  yang  dihasilkan  oleh siklus. Dapat  dilihat  juga  termal  yang  akan  direinjeksi  sudah tidak memiliki  potensi untuk pembangkitan lagi.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dari simulasi dan analisis data yang telah dilakukan,  maka  kesimpulan  dari penelitian ini  antara lain:
a. Pemanfaatan  dari  Geothermal  Brine  dapat  dilakukan dengan menggunakan siklus biner  dan akan lebih  optimal dengan siklus menggunakan preheater . Dengan menggunakan  siklus preheater daya  yang  dihasilkan meningkat  menjadi  6862kW  dari  6064kW  pada  siklus tanpa preheater.
b. Fluida  kerja  atau  fluida  sekunder  yang  paling  baik  jika ditinjau dari efisiensi eksergetik dan daya yang dihasilkan
adalah fluida n-pentana dengan mampu menghasilkan daya hingga  17060kW  dengan  efisiensi  eksergetik  hingga 68,7%.
c. Dari  analisis  eksergi  yang  telah  dilakukan,  dapat  dilihat bahwa rugi eksergi yang paling besar terjadi pada reinjeksi ke  reserovoir,  hal  ini  dapat  diminimalisir  dengan menggunakan preheater sehingga  panas  yang  dibuang terlebih dahulu dimanfaatkan  untuk proses preheating .

## V. UCAPAN  TERIMA  KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada civitas academica Departemen  Teknik  Fisika  ITS  yang  telah mendukung  dilakukannya  penelitian  ini.  Khususnya  kepada Laboratorium Rekayasa Energi dan Pengondisian Lingkungan serta  Dr.  Ridho  Hantoro,  ST,  MT.  yang  senantiasa membimbing  sehingga  penelitian  ini  dapat  berjalan  dengan baik dan  lancar.

## DAFTAR  PUSTAKA
[1] N. Saptadji, “Energi Panas Bumi (Geothermal Energy),” 2009.
[2] F. P.  and G.  Abdurrahman, “Geothermal  Brine from  Waste  to Alternative T hermal Energy Source,” 2016.
[3] T .  M.  and  C.  Antal,  “Power  Generation  from  Low-Enthalpy Geothermal Resources,” 2001.
[4] R. DiPippo, “Geothermal Power P lants: Principles, Applications, Case Studies, and Environmental Impact,” 2008.
Daya Turbin 6862kW S tate P T h kPa 0 C kJ/kg Brine 980 150 632.49 R134a 2980 20.65 228.63 HE-Turbin 2977 100 453.59 Turbin-Cond 900 35.4 249.59 Cooling  Water 100 31 130 Reservoir 975 113.4 497.5 Cooling  Tower 90 21 88.18