STUDI NUMERIK VARIASI KEDALAMAN INLET/OUTLET TUBING PADA PERPINDAHAN PANAS CLOSED LOOP GEOTHERMAL SYSTEM KOAKSIAL DI SUMUR MT-3 PLTP MATALOKO, FLORES

Almira Shafira Diani, Dr. Ir. Khasani, S.T., M.Eng, IPM., ASEAN Eng.

2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Sistem panas bumi closed-loop koaksial menjadi alternatif yang menjanjikan untuk mengatasi tantangan pada sistem konvensional, dengan menawarkan solusi yang lebih aman dan fleksibel. Kinerja sistem ini sangat bergantung pada parameter desain, terutama kedalaman inlet dan outlet tubing yang memengaruhi efisiensi perpindahan panas dan performa keseluruhan. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk menganalisis secara numerik pengaruh variasi kedalaman terhadap respons termal dan hidrolik sistem, yang mencakup evaluasi perpindahan panas, tenaga termal, dan kebutuhan daya pompa.

Studi ini menggunakan metode simulasi numerik dengan perangkat lunak COMSOL Multiphysics pada model sumur MT-3 di PLTP Mataloko, Flores. Untuk menganalisis pengaruh kedalaman, penelitian ini menerapkan variasi kedalaman tubing mulai dari 200 meter hingga 600 meter. Analisis dilakukan dalam kondisi steady-state untuk mengamati bagaimana perubahan kedalaman memengaruhi suhu keluaran, tenaga termal yang dihasilkan, serta daya pompa yang dibutuhkan untuk sirkulasi fluida kerja.

Hasil simulasi menunjukkan bahwa penambahan kedalaman tubing berhasil meningkatkan suhu outlet fluida kerja dari 137,73°C menjadi 140°C serta menaikkan tenaga termal yang diekstraksi. Namun, peningkatan ini disertai dengan lonjakan kebutuhan daya pompa yang signifikan, yaitu dari 1.110,98 W menjadi 3.387,334 W. Analisis ini mengungkap adanya trade-off krusial antara perolehan energi termal yang menunjukkan hasil menurun (diminishing returns) pada kedalaman yang lebih besar dan konsumsi energi pompa yang terus meningkat tajam. Temuan ini menegaskan pentingnya optimisasi desain untuk menyeimbangkan kedua aspek tersebut demi mencapai efisiensi sistem secara keseluruhan.

Coaxial closed-loop geothermal systems present a promising alternative to overcome the challenges of conventional systems by offering a safer and more flexible solution. The performance of these systems is highly dependent on design parameters, particularly the inlet and outlet tubing depth, which directly impacts heat transfer efficiency and overall performance. This research, therefore, aims to numerically analyze the influence of varying the depth on the system's thermal and hydraulic responses, including an evaluation of heat transfer, thermal power, and pumping power requirements.

This study was conducted using numerical simulations with COMSOL Multiphysics on a model of the MT-3 well at the Mataloko PLTP, Flores. To analyze the effect of depth, this research applied variations in tubing depth ranging from 200 meters to 600 meters. The analysis was performed under steady-state conditions to observe how changes in depth affect the outlet temperature, the thermal power generated, and the pumping power required for the working fluid circulation.

The simulation results show that increasing the tubing depth successfully raised the working fluid's outlet temperature from 137.73°C to 140°C and increased the extracted thermal power. However, this improvement was accompanied by a significant surge in the required pumping power, from 1,110.98 W to 3,387.334 W. This analysis reveals a critical trade-off between thermal energy gain, which exhibits diminishing returns at greater depths, and pumping energy consumption, which continues to rise sharply. This finding highlights the importance of design optimization to balance these two aspects to achieve overall system efficiency.

Kata Kunci : Sistem panas bumi closed-loop, Sumur panas bumi, Perpindahan panas, Daya Pompa, Tenaga Termal, COMSOL Multiphysics.