Simulasi Dispersi Gas Polutan So2, H2s, Dan Co Dengan Menggunakan Program Computational Fluid Dynamics (Cfd)

(1)

SIMULASI DISPERSI GAS POLUTAN SO2, H2S, DAN CO DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

(CFD)

Oleh :

AGUS GHAUTSUN NI’AM F 14104013

2009

(2)

SIMULASI DISPERSI GAS POLUTAN SO2, H2S, DAN CO DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

(CFD)

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

AGUS GHAUTSUN NI’AM F 14104013

2009

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(3)

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

SIMULASI DISPERSI GAS POLUTAN SO2, H2S, DAN CO DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

(CFD) SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

AGUS GHAUTSUN NI’AM F14104013

Dilahirkan pada tanggal 11 Juni 1985 di Kuningan Tanggal lulus:………..

Menyetujui, Bogor, Januari 2009

Prof.Dr.Ir. Kudang B Seminar,M.Sc Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, MSc

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Mengetahui,

(4)

Agus Ghautsun Ni’am. F14104013. Simulasi Dispersi Gas Polutan SO2, H2S, dan CO dengan Menggunakan Program Computational Fluid Dynamics (CFD). Di bawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Semina, M.Sc. dan Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc.

RINGKASAN

Studi simulasi dispersi gas polutan dari sebuah cerobong merupakan upaya pengembangan sektor industri yang ramah lingkungan. Prediksi sebaran emisi gas polutan terhadap udara ambien dilakukan untuk mengantisipasi dampak negatif yang ditimbulkan dari suatu kegiatan industri. Studi simulasi dispersi gas polutan dilakukan dengan menggunakan program Computational Fluid Dynamics (CFD).

Studi simulasi ini dilakukan untuk melihat simulasi dispersi dan sebaran konsentrasi gas polutan (SO2, H2S, dan CO) dari cerobong ke lingkungan dengan

menggunakan program CFD yang akan dibandingkan dengan model Gaussian. Model simulasi yang digunakan untuk menentukan nilai konsentrasi gas polutan di suatu titik tertentu adalah model persamaan dispersi Gaussian dengan menggunakan program visual basic dan model Navier-Stokes yang direpresentasikan oleh software Solidworks Office 2007 dengan menggunakan metode finite volume. Parameter input simulasi yaitu laju emisi gas yang diemisikan dari cerobong, kecepatan udara di sekitar sumber emisi atau ambien, faktor stabilitas atmosfer hingga titik acuan, dan sifat karakteristik kimia gas polutan. Sedangkan parameter output yang diharapkan adalah visualisasi sebaran konsentrasi gas polutan berupa bidang 2 dimensi yang dilengkapi dengan nilai persamaan konsentrasinya terhadap jarak dari sumber emisi.

Program CFD digunakan sebagai support simulator atau tools untuk mendapatkan visualisasi sebaran gas terdispersi dari hasil perhitungan. Sotfware yang digunakan adalah sotfware Solidworks Office 2007 yang memiliki kemampuan untuk membuat model geometri, batasan lingkungan simulasi atau domain, meshing model geometri yang akan disimulasikan, solver atau pencarían solusi dengan menyediakan fleksibilitas mesh automatis berbentuk tetahedral yang dapat diatur mudah kerapatan meshnya. Software ini menghitung persamaan fluida dinamik dengan menggunakan metode finite volume, sehingga dapat mempresentasikan data dan memvisualisasikan berbagai kasus aplikasi dinamika fluida secara detail.

Representasi hasil visualisasi simulasi dengan program CFD memberikan gambaran bahwa gas polutan yang paling besar memberikan dampak pencemaran terhadap permukaan tanah di lingkungan sekitar adalah gas SO2, dimana nilai

konsentrasi yang paling tinggi terdapat pada jarak 60 m dari ceobong, yaitu sebesar 10721,6 ppm. Sedangkan gas CO mencemari permukaan tanah pada jarak di atas 300 m dari cerobong dan gas H2S dari hasil simulasi tidak mencemari

permukaan tanah karena bergerak ke atmosfer.

Adapun perbandingan hasil simulasi dispersi gas polutan dengan menggunakan model Gaussian sangat berbeda jauh dengan hasil dari model EFD yang menggunakan basis persamaan Navier-Stokes. Dalam model Gaussian tidak ada parameter sifat kimia atau karakteristik bahan material fluida yang mempengaruhi proses dispersi, bahkan diabaikan. Sedangkan simulasi dispersi dengan model EFD sangat dipengaruhi oleh faktor internal dari material fluida yaitu karakteristik kimiawinya.

(5)

RIWAYAT HIDUP

Penulis merupakan putra Sunda yang dilahirkan di Kuningan Jawa Barat pada tanggal 11 Juni 1985. Anak kedelapan dari Sembilan bersaudara, buah kasih sayang pasangan ibu Juhro dan bapak Hasbullah (alm). Menamatkan pendidikan dasar pada tahun 1998 di Madrasah Ibtidaiyah (MI) Mandirancan, kemudian pada tahun 2001 penulis berhasil menyelesaikan studinya di Madrasah Tsanawiyah (MTs) Mandirancan. Setelah lulus dari MTs Mandirancan, penulis diterima di SMU Plus Yayasan Darmaloka Propinsi Jabar sebagai delegasi dari Kabupaten Kuningan untuk dibina, diasramakan dan dibiaya selama studi di SMU Negeri 1 Cisarua Bandung. Tahun 2004 penulis lulus dari SMU Negeri 1 Cisarua Bandung dan diterima di IPB melalui jalur USMI di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai asisten kuliah Matematika Teknik dan asisten Praktikum Terpadu Mekanika dan Bahan Teknik. Selain itu, selama 3 tahun masa perkuliahan penulis mendapatkan beasiswa dan pembinaan dari Beastudi Etos yayasan Dompet Dhuafa Republika serta aktif di Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) dan Organisasi Mahasiswa Daerah (OMDA) pada Himpunan Mahasiswa Aria Kamuning (HIMARIKA) Kabupaten Kuningan.

Penulis pernah melakukan praktek lapangan di PT. Sido Muncul dengan objek pengamatan pada Pengolahan Air Bersih (Water Traetment) dan Pengolahan Limbah Cair (Wastewater Treatment) selama 2 bulan pada tahun 2007.

(6)

iii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, syukur dan pujian penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Maha Menggenggam segala ke-Agungan. Dengan Rahmat, Hidayah serta Kasih Sayang-Nya skripsi penelitian ini dapat tersusun. Harapan besar penulis semoga skripsi yang berjudul Simulasi Dispersi Gas Polutan SO2, H2S, dan CO

dengan Menggunakan Program Computational Fluid Dynamics (CFD) ini dapat bermanfaat dalam menambah hasanah keilmuan bagi penulis maupun para akademisi lainnya. Dengan segenap kerendahan hati, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Seminar, M.Sc selaku pembimbing tercinta yang tak henti-hentinya membimbing dan mengarahkan penulis.

2. Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc selaku pembimbing skripsi II yang telah memberikan kontribusi, inspirasi serta ilmunya terhadap penulis. 3. Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara, Pak Dodi beserta segenap karyawan

CCIT, yang telah memberikan saran, ilmu dan memfasilitasi penulis dalam melakukan penelitian.

4. Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, MS selaku dosen penguji skripsi.

5. Ummi, Teteh dan segenap keluarga penulis, terima kasih atas doa dan dukungannya yang tiada henti kepada penulis.

6. Ibu Hanni dan bapak Fadhil (LAGG PUSPIPTEK), ibu Dyah, atas ilmu dan kesempatan diskusinya dalam mendukung kegiatan penelitian. 7. Teman-teman seperjuangan : Harritz Rizaldi, Adhi N, Aris Setyawan,

Ferdian, M Ali Maksum, Gunawan, Yudik, Eko, Arip Sonjaya, terima kasih atas bantuannya serta kepada segenap teman-teman TEP 41 sebagai tempat berbagi dan saling mengingatkan.

8. Lembaga CCIT yang telah memberikan kesempatan penulis menggunakan fasilitas software resmi EFD untuk penelitian

Penulis sadar betul kesempurnaan skripsi ini masih jauh. Untuk itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangatlah diperlukan demi menunjang kesempurnaan skripsi ini.

Bogor, Desember 2008

(7)

DAFTAR ISI

Halaman

RINGKASAN ... i

RIWAYAT HIDUP... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR LAMPIRAN ... xii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Tujuan ... 2

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 3

A. Pencemaran Udara ... 3

1. Definisi Pencemaran Udara ... 3

2. Sumber Pencemaran Udara ... 4

B. Jenis Pencemaran Udara ... 5

1. Karbon Monoksida (CO) ... 6

2. Sulfur Dioksida (SO2) ... 6

3. Hidrogen Sulfida (H2S) ... 7

4. Oksida Nitrogen (NOx) ... 8

5. Partikel Tersuspensi (TSP) ... 9

6. Ozon (O3) ... 10

C. Mekanika Fluida ... 11

1. Dasar Mekanika Fluida ... 11

2. Aliran di Sekitar Permukaan Silinder ... 13

3. Ketebalan boundary layer pada permukaan ground dan tegangan geser pada boundary layer ... 17

4. Fenomena Pemisahan Aliran ... 18

D. Dispersi Udara ... 20

1. Model Dispersi ... 21

(8)

b. Model Eulerian ... 24

c. Model Lagrangian ... 25

2. Stabilitas Atmosfer ... 26

3. Kecepatan Angin ... 27

E. Dasar-dasar Simulasi ... 29

F. Pemodelan Matematik ... 30

G. Metode Komputasi Dinamika Fluida ... 30

1. Prapemrosesan (Pre-Processing) ... 31

2. Pencarian Solusi (Solving) ... 32

3. Pasca Pemrosesan (Post-processing) ... 33

H. Penelitian Terdahulu yang Terkait ... 33

BAB III. METODOLOGI ... 34

A. Pendekatan Permasalahan ... 34

1. Kekekalan Massa 3 Dimensi ... 35

2. Persamaan Momentum 3 Dimensi ... 36

3. Persamaan Energi 3 Dimensi ... 36

4. Persamaan Spesies Transport Material Fluida ... 36

B. Bahan dan Alat ... 37

C. Parameter Input ... 38

D. Data Input ... 39

E. Tahapan Kegiatan Penelitian ... 43

F. Asumsi dalam Simulasi CFD ... 45

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46

A. Kecepatan Angin (wind speed) ... 47

B. Model Gaussian ... 48

C. Model EFD ... 53

1. Kondisi Awal Udara Ambien ... 53

2. Pendefinisian Domain ... 54

3. Tahap Penentuan Kondisi Batas ... 55

4. Analisis Aliran ... 56

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 80

(9)

B. Saran ... 81 DAFTAR PUSTAKA ... 82 LAMPIRAN ... 85

(10)

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Standard kualitas udara ambien ... 4

Tabel 2. Baku tingkat kebauan udara ambien ... 4

Tabel 3. Stabilitas atmosfer Turner berdasarkan kecepatan angin, radiasi matahari dan penutupan awan ... 26

Tabel 4. Nilai konstanta a, c, d, dan f untuk menghitung y dan z sebagai fungsi dari jarak ... 27

Tabel 5. Aturan nilai eksponen n untuk pedesaan dan kota ... 28

Tabel 6. Data input fiktif ... 39

Tabel 7. Input aliran gas polutan (mass flow rate) dari cerobong... 40

Tabel 8. Nilai spesifik sifat kimia masing-masing senyawa fluida... 40 Tabel 9. Nilai densitas dan koefisien difusivitas massa masing-masing spesies 41 Tabel 10. Nilai viskositas kinematik dan difusivitas panas udara dan gas polutan63

(11)

SIMULASI DISPERSI GAS POLUTAN SO2, H2S, DAN CO DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

(CFD)

Oleh :

AGUS GHAUTSUN NI’AM F 14104013

2009

(12)

SIMULASI DISPERSI GAS POLUTAN SO2, H2S, DAN CO DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

(CFD)

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

AGUS GHAUTSUN NI’AM F 14104013

2009

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(13)

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

SIMULASI DISPERSI GAS POLUTAN SO2, H2S, DAN CO DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

(CFD) SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

AGUS GHAUTSUN NI’AM F14104013

Dilahirkan pada tanggal 11 Juni 1985 di Kuningan Tanggal lulus:………..

Menyetujui, Bogor, Januari 2009

Prof.Dr.Ir. Kudang B Seminar,M.Sc Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, MSc

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Mengetahui,

(14)

RINGKASAN

Studi simulasi ini dilakukan untuk melihat simulasi dispersi dan sebaran konsentrasi gas polutan (SO2, H2S, dan CO) dari cerobong ke lingkungan dengan

permukaan tanah karena bergerak ke atmosfer.

(15)

RIWAYAT HIDUP

(16)

iii

KATA PENGANTAR

1. Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Seminar, M.Sc selaku pembimbing tercinta yang tak henti-hentinya membimbing dan mengarahkan penulis.

CCIT, yang telah memberikan saran, ilmu dan memfasilitasi penulis dalam melakukan penelitian.

4. Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, MS selaku dosen penguji skripsi.

5. Ummi, Teteh dan segenap keluarga penulis, terima kasih atas doa dan dukungannya yang tiada henti kepada penulis.

Ferdian, M Ali Maksum, Gunawan, Yudik, Eko, Arip Sonjaya, terima kasih atas bantuannya serta kepada segenap teman-teman TEP 41 sebagai tempat berbagi dan saling mengingatkan.

8. Lembaga CCIT yang telah memberikan kesempatan penulis menggunakan fasilitas software resmi EFD untuk penelitian

Penulis sadar betul kesempurnaan skripsi ini masih jauh. Untuk itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangatlah diperlukan demi menunjang kesempurnaan skripsi ini.

Bogor, Desember 2008

(17)

DAFTAR ISI

Halaman

RINGKASAN ... i

RIWAYAT HIDUP... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR LAMPIRAN ... xii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Tujuan ... 2

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 3

A. Pencemaran Udara ... 3

1. Definisi Pencemaran Udara ... 3

2. Sumber Pencemaran Udara ... 4

B. Jenis Pencemaran Udara ... 5

1. Karbon Monoksida (CO) ... 6

2. Sulfur Dioksida (SO2) ... 6

3. Hidrogen Sulfida (H2S) ... 7

4. Oksida Nitrogen (NOx) ... 8

5. Partikel Tersuspensi (TSP) ... 9

6. Ozon (O3) ... 10

C. Mekanika Fluida ... 11

1. Dasar Mekanika Fluida ... 11

2. Aliran di Sekitar Permukaan Silinder ... 13

3. Ketebalan boundary layer pada permukaan ground dan tegangan geser pada boundary layer ... 17

4. Fenomena Pemisahan Aliran ... 18

D. Dispersi Udara ... 20

1. Model Dispersi ... 21

(18)

b. Model Eulerian ... 24

c. Model Lagrangian ... 25

2. Stabilitas Atmosfer ... 26

3. Kecepatan Angin ... 27

E. Dasar-dasar Simulasi ... 29

F. Pemodelan Matematik ... 30

G. Metode Komputasi Dinamika Fluida ... 30

1. Prapemrosesan (Pre-Processing) ... 31

2. Pencarian Solusi (Solving) ... 32

3. Pasca Pemrosesan (Post-processing) ... 33

H. Penelitian Terdahulu yang Terkait ... 33

BAB III. METODOLOGI ... 34

A. Pendekatan Permasalahan ... 34

1. Kekekalan Massa 3 Dimensi ... 35

2. Persamaan Momentum 3 Dimensi ... 36

3. Persamaan Energi 3 Dimensi ... 36

4. Persamaan Spesies Transport Material Fluida ... 36

B. Bahan dan Alat ... 37

C. Parameter Input ... 38

D. Data Input ... 39

E. Tahapan Kegiatan Penelitian ... 43

F. Asumsi dalam Simulasi CFD ... 45

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46

A. Kecepatan Angin (wind speed) ... 47

B. Model Gaussian ... 48

C. Model EFD ... 53

1. Kondisi Awal Udara Ambien ... 53

2. Pendefinisian Domain ... 54

3. Tahap Penentuan Kondisi Batas ... 55

4. Analisis Aliran ... 56

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 80

(19)

B. Saran ... 81 DAFTAR PUSTAKA ... 82 LAMPIRAN ... 85

(20)

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Standard kualitas udara ambien ... 4

Tabel 2. Baku tingkat kebauan udara ambien ... 4

Tabel 3. Stabilitas atmosfer Turner berdasarkan kecepatan angin, radiasi matahari dan penutupan awan ... 26

Tabel 4. Nilai konstanta a, c, d, dan f untuk menghitung y dan z sebagai fungsi dari jarak ... 27

Tabel 5. Aturan nilai eksponen n untuk pedesaan dan kota ... 28

Tabel 6. Data input fiktif ... 39

Tabel 7. Input aliran gas polutan (mass flow rate) dari cerobong... 40

(21)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Ilustrasi aliran di sekitar silinder ... 14

Gambar 2. Ilustrasi faktor tekanan dan tegangan geser pada permukaan silinder tampak atas ... 15

Gambar 3. Aliran pada boundary layer ... 17

Gambar 4. Skema terbentuknya lapisan geser (shear layer) yang selanjutnya akan membentuk vortex ... 19

Gambar 5. Ilustrasi aliran vortex di atas permukaan solid pada silinder bagian bawah ... 19

Gambar 6. Model dispersi Gaussian ... 21

Gambar 7. Ilustrasi pengambilan data temperatur aliran fluida pada lagrangian dan eulerian ... 25

Gambar 8. Bentuk geometri cerobong dan area permukaan tanah ... 41

Gambar 9. Dimensi geometri tampak atas dalam satuan meter ... 42

Gambar 10. Diagram alir pembuatan program ... 43

Gambar 11. Diagram alir prosedur simulasi pada EFD ... 44

Gambar 12. Koreksi kecepatan angin terhadap ketinggian elevasi ... 47

Gambar 13. Form penghitungan sebaran konsentrasi setiap titik (x, y, z) ... 49

Gambar 14. Grafik sebaran konsentrasi gas polutan sepanjang centerline a). SO2, b). H2S, dan c). CO, pada bidang permukaan tanah ... 51

Gambar 15. Profil sebaran gas polutan sepanjang crosswind pada jarak x 10 m, a).SO2, b).H2S, dan c).CO ... 52

Gambar 16. Ilustrasi grid hasil meshing domain dari geometri cerobong ... 54

Gambar 17. Ilustrasi pendefinisian kondisi batas ... 55

Gambar 18. Kontur dan vektor aliran kecepatan udara dengan melewati silinder cerobong tampak atas ... 57

Gambar 19. Sebaran kecepatan udara dan tekanan dinamik aliran udara di sekitar permukaan silinder ... 58

Gambar 20. Sebaran tegangan geser dan koefisien gesek di sepanjang permukaan silinder ... 59

(22)

ix Gambar 22. Grafik tekanan dan kecepatan udara hasil iterasi ... 61 Gambar 23. Kontur kecepatan tampak samping ... 62 Gambar 24. Ilustrasi gerakan partikel terhadap satuan waktu kecepatan ... 64 Gambar 25. Sebaran temperatur berbagai gas polutan ... 66 Gambar 26. Sebaran konsentrasi SO2 pada berbagai bidang tampak samping ... 68

Gambar 27. Sebaran konsentrasi SO2 dipermukaan tanah tampak atas ditunjukan

dengan kurva isoline dan kontur... 69 Gambar 28. Grafik konsentrasi SO2 disepanjang centerline ... 70

Gambar 29. Profil iterasi sebaran konsentrasi gas SO2 ... 71

Gambar 30. Sebaran konsentrasi gas H2S di atmosfer pada berbagai jarak bidang

tampak samping dari centerface ... 72 Gambar 31. Sebaran konsentrasi gas H2S tampak atas pada berbagai jarak bidang

dari permukaan tanah ... 73 Gambar 32. Ilustrasi garis plot data nilai sebaran gas konsentrasi H2S ... 74

Gambar 33. Grafik sebaran gas H2S sepanjang centerline ... 75

Gambar 34. Profil iterasi sebaran konsentrasi gas H2S ... 75

Gambar 35. Sebaran gas polutan CO pada berbagai jarak bidang ... 77 Gambar 36. Ilustrasi sebaran gas CO sepanjang garis centerline ... 78 Gambar 37. Profil iterasi gas CO ... 79

(23)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Gambar struktur cerobong ...85 Lampiran 2. Hubungan antara tekanan gas polutan dan temperatur. ... 86 Lampiran 3. Algoritma program VB untuk penghitungan dispersi gas polutan dengan model Gaussian ... 88 Lampiran 4. Data nilai sebaran konsentrasi gas polutan sepanjang sumbu x.……91 Lampiran 5. Data sebaran tegangan geser dan koefisien gesek pada permukaan

silinder. ………92 Lampiran 6. Hasil iterasi kecepatan rata-rata dan tekanan udara dinamik. ... 94 Lampiran 7. Sebaran konsentrasi gas SO2 sepanjang centerline. ... 97

(24)

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

Industri merupakan salah satu sektor yang dominan mempengaruhi stabilitas perekonomian suatu negara. Perkembangan di sektor industri, telah mengakibatkan regulasi pemerintah dalam hal pemberdayaan sumber daya alam (SDA) dan lingkungan semakin ketat. Hal ini dilakukan untuk mengarahkan para pelaku industri agar berorientasi pada industri yang berteknologi ramah lingkungan dan dapat meningkatkan efisiensi penggunaan SDA yang dikelolanya.

Untuk mewujudkan hal tersebut, maka dikenal istilah Produksi Bersih (Cleaner Production) sebagai pola berpikir dan konsep global dalam perancangan proses suatu industri secara keseluruhan. Produksi Bersih merupakan salah satu pendekatan untuk merancang ulang industri yang bertujuan untuk mencari solusi pengurangan produk-produk samping yang berbahaya, mengurangi polusi secara keseluruhan, dan menciptakan produk yang aman terhadap resiko pada manusia dan lingkungan. Strategi ini berfungsi untuk mengarahkan para pelaku industri memiliki orientasi pada pengembangan industri yang berpola ekoefisiensi dengan memanfaatkan SDA secara optimal dan mengurangi dampak resiko terhadap lingkungan.

Salah satu masalah yang terjadi di lingkungan industri adalah penurunan kualitas udara ambien yang diakibatkan oleh emisi gas polutan dari cerobong (stack). Tingginya konsentrasi polutan di udara ambien akan berdampak terhadap penerima khususnya manusia, hewan, tumbuhan dan material atau benda yang ada di lingkungan sumber pencemar.

Udara mempunyai arti yang sangat penting di dalam kehidupan makhluk hidup dan keberadaan benda-benda lainnya. Sehingga udara merupakan sumber daya alam yang harus dijaga untuk kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya. Hal ini berarti bahwa pemanfaatannya harus dilakukan secara bijaksana dengan memperhitungkan kepentingan generasi sekarang dan yang akan datang. Untuk mendapatkan udara sesuai dengan tingkat kualitas yang diinginkan maka pengendalian pencemaran udara menjadi sangat penting untuk dilakukan.

(25)

Salah satu upaya agar pengembangan industri dapat sejalan dengan upaya pengelolaan lingkungan adalah dengan studi simulasi dispersi gas polutan dari sebuah cerobong. Studi simulasi tersebut dapat memprediksi sebaran emisi gas polutan di udara ambien. Prediksi sebaran emisi gas polutan perlu dipelajari dalam upaya pengelolaan lingkungan hidup untuk mengantisipasi dampak negatif yang ditimbulkan dari suatu kegiatan industri. Analisis studi simulasi dispersi gas polutan dapat dilakukan dengan menggunakan program Computational Fluid Dynamics (CFD).

B. Tujuan Penelitian

Beberapa tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Melakukan simulasi dispersi gas polutan (SO2, H2S dan CO) dari

cerobong ke lingkungan dengan menggunakan program CFD.

2. Mempelajari perbedaan model dispersi gas polutan pada udara ambien menggunakan model Gaussian dengan model CFD.

3. Menghitung konsentrasi gas polutan (SO2, H2S dan CO) di

(26)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA A.Pencemaran Udara

1. Definisi Pencemaran Udara

Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara, pencemaran udara adalah masuknya atau dimasukkannya zat, energi, dan atau komponen lain ke dalam udara oleh kegiatan manusia, sehingga mutu udara turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan atau mempengaruhi kesehatan manusia. Sedangkan pencemaran lingkungan hidup memiliki pengertian masuknya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi, dan atau komponen lain ke dalam lingkungan hidup oleh kegiatan manusia sehingga kualitasnya turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan lingkungan hidup tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya.

Menurut Soenarmo (1999), pencemaran merupakan hasil sampingan dari industrialisasi penghasil barang, dapat berupa padat, cair maupun gas, dan pencemaran udara adalah masuknya zat pencemar berupa partikel-partikel halus (debu, partikel-partikel halus, gas beracun atau toksit) ke dalam udara (atmosfer). Sedangkan menurut Supriyono (1999), pencemaran udara diartikan terdapatnya bahan kontaminan dalam udara ambien yang diakibatkan dari aktivitas manusia.

Sementara itu, udara ambien adalah udara bebas dipermukaan bumi pada lapisan troposfer yang berada di dalam wilayah yurisdiksi Republik Indonesia yang dibutuhkan dan mempengaruhi kesehatan manusia, makhluk hidup dan unsur lingkungan hidup lainnya (PP No. 41 Tahun 1999). Kualitas udara ambien dipengaruhi oleh kandungan atau kadar zat, energi dan komponen lain yang terdapat di udara bebas (Syahputra, 2005). Beberapa parameter kualitas udara yang dianalisis meliputi sulfur dioksida, karbon monoksida, dan hidrogen sulfida. Standar kualitas udara ambien menurut EPA (Environmental Protection Agency) milik Amerika Serikat yang disebut sebagai NAAQS (National Ambient Air Quality and Standards) disajikan pada Tabel 1.

(27)

Tabel 1. Standard kualitas udara ambien.

No. Parameter Satuan Nilai Batas Waktu rata-rata

1 Carbon Monoxide (CO)

ppm 9

8 jam mg/m³ 10

ppm 35

1 jam mg/m³ 40

2 Nitrogen Dioxide (NO2) ppm 0,053 per tahun µg/m³ 100

3 Sulfur Dioxide (SO2)

ppm 0,03 per tahun ppm 0,14 24 jam ppm 0,5 3 jam 4 Partikel PM10 µg/m³ 150 24 jam 5 Partikel PM2,5 µg/m³ 15 per tahun

µg/m³ 35 24 jam 6 Ozon (O3) ppm 0,075 8 jam

ppm 0,12 1 jam Sumber : The EPA Office of Air Quality Planning and Standards (OAQPS) 2008

Salah satu akibat dari tercemarnya lingkungan udara adalah timbulnya bau dari sumber bau atau zat odoran yang dapat menimbulkan rangsangan bau pada keadaan tertentu sehingga sangat mengganggu kesehatan manusia. Pemerintah telah menetapkan regulasi mengenai tingkat atau kadar kebauan di udara ambien untuk menciptakan lingkungan yang nyaman dan sehat dengan KEPMEN Negara Lingkungan Hidup No 50 Tahun 1996 tentang Baku Tingkat Kebauan yang terdapat pada Tabel 2.

Tabel 2. Baku tingkat kebauan udara ambien.

No. Parameter Satuan Nilai Batas

1 Amoniak (NH3) ppm 2

2 Metil Merkaptan (CH3SH) ppm 0,002

3 Hidrogen sulfida (H2S) ppm 0,02

4 Metil Sulfida ((CH3)2S) ppm 0,01

5 Stirena (C6H8CHCH2) ppm 0,1

Sumber : KEPMEN Negara LH No. 50 Tahun 1996

2. Sumber Pencemaran Udara

Sumber pencemaran udara dapat berasal dari kegiatan yang bersifat alamiah, yang terjadi di alam seperti polusi akibat letusan gunung berapi, kebakaran hutan dan sebagainya yang secara umum terjadi secara alamiah,

(28)

5 juga yang bersifat antropogenik atau akibat dari kegiatan manusia, seperti aktivitas transportasi, industri dan domestik atau rumah tangga (Soedomo, 2001).

Berdasarkan pola atau model pancaran emisinya sumber pencemar dibagi menjadi (Tjasjono, 1999 dalam Soenarmo, 1999) :

a. Sumber titik (point source), dihasilkan oleh pabrik-pabrik atau industri yang mengeluarkan zat pencemar (polutan) ke udara melalui cerobong-cerobong pembuangan.

b. Sumber garis (line source), sumber pencemar ini mengeluarkan pancaran zat pencemar berupa garis yang memanjang, seperti jalan raya akibat aktivitas transportasi.

c. Sumber area (area source), merupakan sumber pancaran zat pencemar berupa area atau bidang di suatu wilayah, seperti kawasan industri atau areal kebakaran hutan.

Sumber pencemar dapat pula dikelompokan ke dalam sumber tidak bergerak atau diam (stationary source), seperti industri dan sumber bergerak (mobile source), seperti kendaraan bermotor (Septiyanzar, 2008).

B.Jenis Pencemar Udara

Secara umum jenis pencemar dapat dikelompokkan menjadi pencemar primer dan pencemar sekunder. Pencemar primer adalah substansi pencemar yang ditimbulkan langsung dari sumber pencemaran udara. Karbon monoksida (CO) merupakan contoh dari pencemar udara primer karena merupakan hasil langsung dari pembakaran. Pencemar sekunder adalah substansi pencemar yang terbentuk dari reaksi pencemar-pencemar primer di atmosfer (Septiyanzar, 2008).

Berdasarkan ciri fisiknya pencemaran udara dibagi menjadi tiga jenis, yaitu (Geiger, 2000 dalam Septiyanzar, 2008) :

a. Partikulat, yaitu campuran berbagai senyawa organik dan anorganik yang tersebar di udara dengan diameter 1- 500 mikron.

b. Gas, meliputi semua jenis pencemar udara yang berbentuk gas dan berukuran molekular seperti CO, SO2, dan H2S.

(29)

Karakteristik beberapa gas polutan yang tersebar di atmosfer adalah sebagai berikut :

1. Karbon Monoksida (CO)

Menurut Syahputra (2005), karbon monoksida (CO) timbul karena adanya proses pembakaran yang tidak sempurna. Sedangkan menurut Godish (2004), senyawa CO mempunyai potensi bersifat racun yang berbahaya karena mampu membentuk ikatan yang kuat dengan pigmen darah yaitu hemoglobin Senyawa CO memiliki daya distribusi yang luas dan merupakan jenis senyawa polutan yang jumlah emisinya terbesar diantara nilai emisi jenis senyawa polutan lainnya. Karbon dan oksigen dapat bergabung membentuk senyawa CO sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna, seperti tergambar dalam reaksi berikut (Sax, 1974 dalam Septiyanzar, 2008).

2C + O2 2CO

Konsentrasi gas CO sampai dengan 100 ppm masih dianggap aman jika waktu kontak hanya sebentar. Gas CO sebanyak 30 ppm apabila dihisap oleh manusia selama 8 jam akan menimbulkan rasa pusing dan mual. Konsentrasi CO sebanyak 1000 ppm dan waktu paparan (kontak) selama 1 jam menyebabkan pusing dan kulit berubah menjadi kemerahan. Untuk paparan yang sama dengan konsentrasi CO 1300 ppm, kulit akan langsung berubah menjadi merah tua dan disertasi rasa pusing yang hebat. Untuk keadaan yang lebih tinggi, akibatnya akan lebih fatal, yaitu kematian (Syahputra, 2005).

2. Sulfur Dioksida (SO2)

Gas sulfur dioksida (SO2) merupakan gas yang berasal dari bahan

bakar fosil, terutama batubara. SO2 merupakan komponen gas yang tidak

berwarna dengan karakteristik bau yang tajam dan tidak terbakar di udara (BAPEDAL, 2005).

Menurut Syahputra (2005), sulfur dioksida merupakan hasil emisi transportasi dan industri pada awalnya akan bertransformasi dengan atom tunggal oksigen akan membentuk formasi sulfur trioksida, dan formasi dari

(30)

7 sulfur trioksida (SO3) ketika bereaksi dengan uap air (H2O) di atmosfer akan

menyebabkan terjadinya hujan asam, seperti tergambar dalam reaksi kimiawi berikut :

SO2 + O SO3

SO3 + H2O H2SO4

Udara yang tercemar SOX menyebabkan manusia akan mengalami

gangguan pada sistem pernapasan. Hal ini karena gas SOX yang mudah

menjadi asam tersebut menyerang selaput lendir pada hidung, tenggorokan dan saluran napas lain sampai ke paru-paru. Serangan tersebut juga dapat menyebabkan iritasi pada bagian tubuh lain.

Gas SO2 merupakan bahan pencemar yang berbahaya bagi anak-anak,

orang tua dan orang penderita penyakit pernapasan kronis dan penyakit kardiovaskuler. Otot saluran pernapasan dapat mengalami kejang (spasme) bila teriritasi oleh SO2 lebih tinggi dari temperatur udara rendah. Apabila

waktu paparan gas dengan gas SO2 cukup lama maka akan terjadi

peradangan yang hebat pada selaput lendir yang diikuti oleh kelumpuhan sistem pernapasan (paralysis cilia), kerusakan lapisan epthilium yang pada akhirnya diikuti oleh kematian (Soeratmo, 1990).

3. Hidrogen Sulfida (H2S)

Hidrogen sulfida merupakan gas yang tidak berwarna dan menimbulkan bau busuk. Dalam KEPMEN LH No. 50 Tahun 1996 gas ini disebut sebagai zat odoran tunggal. Sekalipun gas ini bersifat iritan bagi paru-paru, tetapi ia digalongkan ke dalam asphyxiant karena efek utamanya adalah melumpuhkan pusat pernafasan, sehingga kematian disebabkan oleh terhentinya pernapasan. Hidrogen sulfida juga bersifat sangat korosif terhadap metal, dan dapat menghitamkan berbagai material. Karena H2S

lebih berat daripada udara, maka H2S ini sering didapat disumur-sumur,

saluran air buangan, dan biasanya ditemukan bersama-sama gas beracun lainnya seperti metan, karbon dioxide dan bersifat sangat mudah terbakar. Gas H2S mudah didapat secara alamiah pada gunung-gunung berapi, dan

(31)

kimia, industri minyak bumi, kilamg minyak, dan terutama pada industri yang memproduksi gas sebagai bahan bakar (Soemirat., 1994).

4. Oksida Nitrogen (NOx)

Menurut Supriyono (1999), oksida nitrogen merupakan salah satu komponen kimia pokok dalam reaksi fotokimia yang dapat mengakibatkan pembentukan oksidan fotokimia. Sebagian besar emisi gas oksida nitrogen berasal dari pembakaran bahan bakar pada kendaraan bermotor. Dampak negatif yang ditimbulkan jika seseorang menghisap gas oksida nitrogen di luar standar baku mutu kualitas udara dapat mengakibatkan gangguan kesehatan pada pernapasan dan bronkhitis.

Nitrogen oksida terbentuk dalam reaksi temperatur yang tinggi dari pembakaran bahan bakar kendaraan bermotor, dimana komponen nitrogen yang bereaksi dengan oksigen membentuk senyawa nitrogen oksida (NO) sebagai hasil emisi dari kendaraan bermotor seperti tergambar dalam reaksi kimia berikut (Wellburn, 1990 dalam Septiyanzar, 2008).

N2 + O2 2 NO

NO + O3 NO2 + O2

NO2 + O3 NO3 + O2

NO3 + NO2 N2O5

N2O5 + H2O 2HNO3

Emisi gas buang berupa oksida nitrogen (NO

x) adalah

senyawa-senyawa pemicu pembentukan ozon. Senyawa ozon di lapisan atmosfer bawah (troposfer bawah, pada ketinggian 0 – 2000 meter) terbentuk akibat adanya reaksi fotokimia senyawa NO

x dengan bantuan sinar matahari. Oleh

karena itu potensi produksi ozon troposfer di daerah beriklim tropis seperti Indonesia sangat tinggi. Karena merupakan pencemar sekunder, konsentrasi ozon di luar kota – di mana tingkat emisi senyawa pemicu umumnya lebih rendah dibanding di pusat kota – seringkali ditemukan lebih tinggi daripada di pusat kota (Anonim, 2006).

(32)

5. Partikulat (PM)

Partikulat adalah padatan atau cairan di udara dalam bentuk asap, debu dan uap, yang dapat berada di atmosfer dalam waktu yang lama. Selain mengganggu estetika, partikel berukuran kecil di udara dapat terhisap ke dalam sistem pernapasan dan menyebabkan penyakit gangguan pernapasan serta kerusakan paru-paru. Partikulat juga merupakan sumber utama haze (kabut asap) yang menurunkan jarak pandang. Partikel yang terhisap ke dalam sistem pernapasan akan di sisihkan tergantung dari diameternya. Partikel berukuran besar akan tertahan pada saluran pernapasan atas, sedangkan partikel kecil (inhalable) akan masuk ke paru-paru dan bertahan di dalam tubuh dalam waktu yang lama (Anonim, 2006).

Partikel yang terhirup (inhalable) juga dapat merupakan partikulat sekunder, yaitu partikel yang terbentuk di atmosfer dari gas-gas hasil pembakaran yang mengalami reaksi fisik-kimia di atmosfer, misalnya partikel sulfat dan nitrat yang terbentuk dari gas SO

2 dan NOx. Umumnya

partikel sekunder berukuran 2,5 mikron atau kurang. Partikel PM

2,5 bersifat

respirable karena dapat memasuki saluran pernapasan yang lebih bawah dan menimbulkan risiko yang lebih tinggi. Proporsi cukup besar dari PM

2,5

adalah amonium nitrat, amonium sulfat, natrium nitrat, dan karbon organik sekunder. Partikel-partikel ini terbentuk di atmosfer dengan reaksi yang lambat sehingga sering ditemukan sebagai pencemar udara lintas batas yang ditransportasikan oleh pergerakan angin ke tempat yang jauh dari sumbernya (Harrop, 2002, dalam Anonim, 2006). Partikel sekunder PM

2,5

dapat menyebabkan dampak yang lebih berbahaya terhadap kesehatan bukan saja karena ukurannya yang memungkinkan untuk terhisap dan masuk lebih dalam ke dalam sistem pernapasan tetapi juga karena sifat kimiawinya. Partikel sulfat dan nitrat yang inhalable dan bersifat asam akan bereaksi langsung di dalam sistem pernapasan, menimbulkan dampak yang lebih berbahaya daripada partikel kecil yang tidak bersifat asam. Partikel logam berat dan yang mengandung senyawa karbon dapat mempunyai efek karsinogenik, atau menjadi carrier pencemar toksik lain yang berupa gas atau semi gas karena menempel pada permukaannya. Termasuk ke dalam

(33)

partikel inhalable adalah partikel timbel (Pb) yang diemisikan dari gas buang kendaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar mengandung Pb. Partikel ini berukuran lebih kecil dari 10 dan 2,5 mikrometer (Anonim, 2006).

Partikulat diemisikan dari berbagai sumber, termasuk pembakaran bahan bakar minyak, pencampuran dan penggunaan pupuk dan pestisida, konstruksi, proses-proses industri seperti pembuatan besi dan baja, pertambangan, pembakaran sisa pertanian (jerami), dan kebakaran hutan. Partikel debu yang berasal dari proses peleburan, telah terjadi akumulasi beberapa unsur kimia, sehingga akan sangat berbahaya sekali apabila tidak ditanggulangi. Gangguan partikel ini sangat berbahaya kepada kesehatan terutama dapat menimbulkan sesak napas, dan menimbulkan iritasi pada kulit (Syahputra, 2005).

6. Ozon (O 3)

Ozon termasuk pencemar sekunder yang terbentuk di atmosfer dari reaksi fotokimia NO

x dan HC. Ozon bersifat oksidator kuat, karena itu

pencemaran oleh ozon troposferik dapat menyebabkan dampak yang merugikan bagi kesehatan manusia. Laporan Badan Kesehatan Dunia menyatakan konsentrasi ozon yang tinggi (>120 µg/m3) selama 8 jam atau lebih dapat menyebabkan serangan jantung dan kematian atau kunjungan ke rumah sakit karena gangguan pada sistem pernapasan. Konsumsi pada konsentrasi 160 µg/m3 selama 6,6 jam dapat menyebabkan gangguan fungsi paru-paru akut pada orang dewasa yang sehat dan pada populasi yang sensitive (Anonim, 2006).

Percepatan produksi ozon dibantu dengan kehadiran senyawa lain selain NO

x yaitu hidrokarbon, CO, dan senyawa-senyawa radikal yang juga

diemisikan dari pembakaran bahan bakar fosil. Puncak pola fluktuasi harian ozon umumnya terjadi setelah terjadinya puncak konsentrasi NO

x, dan

(34)

11 kombinasi pencemar NO

x dan ozon yang menyebabkan penurunan fungsi

paru-paru (Hazucha, 1996, dalam Anonim 2006).

Selain menyebabkan dampak yang merugikan pada kesehatan manusia, pencemar ozon dapat menyebabkan kerugian ekonomi akibat ausnya bahan atau material (tekstil, karet, kayu, logam, cat, dan lain-lain), penurunan hasil pertanian, dan kerusakan ekosistem seperti berkurangnya keanekaragaman hayati. (Agrawal et al., 1999, dalam Anonim, 2006).

C.Mekanika Fluida

1. Dasar Mekanika Fluida

Mekanika adalah suatu studi yang mempelajari tentang cairan dan gas baik pada saat diam maupun saat bergerak (Okiishi et al., 2006). Dalam fluida bergerak, kemampuan untuk menyalurkan gaya geser suatu fluida dapat dikenali dengan adanya nilai viskositas dinamik µ, dimana fluida yang berada pada suatu bidang permukaan dianggap bergerak dengan kecepatan U paralel terhadap bidang permukaan yang diam stasioner.

Selain itu, viskositas dinamik µ juga digunakan dalam menentukan bilangan Reynolds yang dapat dilihat pada Persamaan 1.

... (1)

dimana L adalah jarak sepanjang permukaan x untuk aliran eksternal dan L adalah Dh = (4 x luas penampang) / (keliling terbasahi) untuk aliran pada

saluran bukan silinder, serta L adalah diameter D untuk aliran internal dalam pipa silinder. Nilai bilangan Reynolds digunakan untuk menentukan jenis aliran fluida apakah aliran tersebut termasuk jenis aliran laminar atau aliran turbulen. Untuk aliran eksternal, aliran turbulen memiliki nilai ReL≥ 5 x 105

disepanjang bidang permukaan tempat fluida itu mengalir dan ReL≥ 2 x 104

jika fluida tersebut mengalir diseputar benda. Sedangkan untuk aliran internal aliran turbulen memiliki nilai ReDh≥ 2300 (Tuakia, 2008).

Aliran turbulen dapat dikenali dengan adanya medan kecepatan yang berfluktuasi. Fluktuasi kecepatan tersebut membawa berbagai besaran

m rUL L=

(35)

seperti momentum, energi, konsentrasi partikel, sehingga besaran tersebut juga ikut berfluktuasi (Tuakia, 2008).

Fluida yang bergerak dengan kecepatan U pada suatu bidang permukaan solid dipengaruhi oleh tekanan terhadap permukaan solid tersebut yaitu τ .A, dimana τ adalah tegangan geser dan A adalah luas permukaan solid yang dialiri fluida (Fletcher, 2006). Besarnya nilai tegangan geser τ dapat diketahui secara empirik dengan dipengaruhi oleh gradien kecepatan fluida ∂u/∂y, sebagaimana terlihat pada Persamaan (2)

y u

¶ ¶ = m

t ………. ... ……..(2)

dimana : τ : Tegangan geser ,N/m2 µ : Viskositas dinamik, kg/m.s u : Kecepatan parsial fluida, m/s

y : Jarak terhadap permukaan solid, m

Nilai viskositas dinamik µ dan konduktivitas panas k dapat mempengaruhi besarnya nilai momentum dan energi, maka dari itu nilai viskositas kinematik ν dan difusivitas panas α juga dapat dihitung dengan Persamaan (3) dan (4)

………(3) dan,

……….(4)

dimana, ν : viskositas kinematik, m2/s

ρ : density, kg/m3

k : konduktivitas panas, W/m.K

α : difusivitas panas, m2/s

Cp : panas jenis pada tekanan konstan, J/kg.K

Difusivitas α dan viskositas kinematik ν pada fluida jenis gas seperti udara akan meningkat sejalan dengan meningkatnya temperatur, sedangkan

r m = v

p C k . r a =

(36)

13 untuk fluida jenis cair seperti air, viskositas akan menurun secara signifikan dengan peningkatan temperatur namun difusivitas panas akan meningkat secara perlahan (Fletcher, 2006).

Difusivitas masa didefinisikan oleh hukum Fick’s I yang merupakan rasio fluks terhadap perubahan konsentrasi. Hal ini dapat dianalogikan seperti difusivitas panas dalam hukum Fourier’s dan viskositas kinematik dalam hukum Newton. Hubungan nilai difusivitas masa dengan nilai viskositas kinematik pada kondisi tekanan konstan dipengaruhi oleh nilai angka Schmith (Sc) sebagaimana dirumuskan pada Persamaan (5) (Kreith,

1998).

……….(5)

dimana, Di : koefisien difusivitas masa, m2/s

Sc : angka Schmith

2. Aliran di sekitar permukaan silinder

Fluida yang mengalir dengan kecepatan seragam jika berbenturan dengan suatu bidang permukaan solid akan mengakibatkan terjadinya perubahan pola aliran sehingga beberapa besaran seperti kecepatan, tekanan, momentum dan energi juga akan terbawa berubah atau berfluktuasi. Perubahan pola aliran fluida yang terjadi akan mengikuti karakteristik bentuk bidang permukaan solid tersebut (Okiishi et al., 2006). Untuk bidang permukaan yang berbentuk silinder, pola aliran fluidanya dapat dilihat pada ilustrasi Gambar 1.

Fungsi aliran stream ψ di sekitar permukaan silinder dapat ditentukan dengan Persamaan (6)

………(6)

Dan potensial kecepatan ϕ dirumuskan oleh Persamaan (7)

……….(7)

dimana : ψ : fungsi aliran stream, m2/s q

y 1 ₂ sin

2 ÷÷ ø ö çç è æ -= r a Ur q

f 1 ₂ cos

2 ÷÷ ø ö çç è æ + = r a Ur c c i S v S

D = =

. r

(37)

ϕ_:kec U : kec r : jara a : radi

θ : sudut

Gambar 1. Ilustr

Komponen ke diidentifikasi dari besa terhadap jarak r, seba

Tepat pada perm fluida di titik jarak r komponen kecepatan l

Sebaran tekana persamaan Bernoulli, se

f 1 = ¶ ¶ = r r v_r

q 2U s

v _s =

-0 2 1 + = p p_s q f q 1 = ¶ ¶ = r v

kecepatan potensial, m2/s kecepatan fluida seragam, m/s

rak titik aliran terhadap titik pusat silinder, m adius atau jari-jari silinder, m

sudut kemiringan jarak r terhadap arah aliran fluida

ustrasi aliran di sekitar silinder (Okiishi et al., 2006)

kecepatan aliran fluida di sekitar silinde besarnya perubahan kecepatan potensial dan fung

bagaimana dirumuskan oleh Persamaan (8).

…..………

……..………(

rmukaan silinder dimana (r = a), maka nilai ke r dan fungsi aliran ψ adalah (vr = ψ = 0), se

an lainnya akan menjadi :

………..……… nan yang terjadi di permukaan silinder diturunka noulli, sehingga dapat dirumuskan dengan Persamaa

.……….. q q y cos 1 ₂ 2 ÷÷ ø ö çç è æ -= ¶ ¶ r a U q sin

(

)

r 2 2

sin 4 1 -U q y sin 1 ₂ 2 ÷÷ ø ö çç è æ + -= ¶ ¶ -= r a U r uida 2006).

nder dapat ungsi aliran ………..(8.a) ……(8.b) kecepatan sedangkan ………….(9) unkan dari aan (10)

(38)

15 dimana, ps : tekanan pada permukaan silinder, N/m2

po : tekanan atmosfer, N/m2

Besaran gaya yang terjadi pada permukaan silinder dipengaruhi oleh faktor tekanan dan gaya gesek. Komponen gaya (Fx dan Fy) tersebut dapat

dianalisis dari resultan tegangan geser dan distribusi tekanan yang diintegrasikan terhadap luasan elemen permukaan silinder yang terlintasi aliran fluida (Okiishi et al., 2006), seperti diilustrasikan oleh Gambar 2.

Gambar 2. Ilustrasi faktor tekanan dan tegangan geser pada permukaan silinder tampak atas (Okiishi et al., 2006).

Komponen gaya yang terjadi pada permukaan silinder dituliskan pada Persamaan 11.

……….(11.a)

………(11.b)

Besaran gaya yang berpengaruh terhadap objek secara aksial atau horizontal disebut drag yang dinotasikan D,_{sedangkan besaran gaya yang}

berpengaruh terhadap objek secara vertikal disebut sebagai lift yang dinotasikan L_. _Drag_dan_{lift diperoleh dari integral Persamaan 10, yaitu}

dituliskan pada Persamaan 12.

D _{………..(12.a)}

L _{……….(12.b)}

dimana, Re : Reynolds number ρ : densitas fluida, kg/m3

x y

(

p.dA

)

cos

q

(

t

)

sin

q

dFx = + w

(

p

.

dA

)

sin

q

(

t

dA

)

cos

q

dF

=

-

+

ò

= +

= dF_x pcos qdA t_w sin qdA

ò

= - +

(39)

U : kecepatan aliran fluida, m/s D : diameter silinder, m

µ : viskositas dinamik, kg/m.s

θ : sudut kemiringan dari searah aliran fluida, deg p : tekanan, Pa

w : tegangan geser pada dinding, N/m2

b : panjang permukaan silinder, m

dA : perubahan luasan elemen permukaan silinder, m2

dθ : perubahan sudut kemiringan, deg

dFx , dFy : komponen perubahan gaya yang terjadi sepanjang

permukaan silinder, N

Selain itu, komponen gaya yang timbul pada permukaan silinder adalah gaya tekan dan gaya gesek. Gaya tekan adalah gaya normal yang tegak lurus terhadap bidang permukaan objek dan dipengaruhi oleh gradient kecepatan fluida dan separasi aliran fluida, sedangkan gaya gesek merupakan gaya yang sejajar bidang permukaan atau dinding objek dan dipengaruhi oleh besaran tegangan geser (Okishii et al., 2006). Sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 2, kedua gaya tersebut merupakan besaran gaya yang membentuk resultan gaya pada bidang koordinat x dan y, yaitu dinotasikan dengan Persamaan 13.

Gaya normal :

……….(13.a)

Gaya gesek :

……….(13.b)

Sehingga drag dari gaya normal (drag pressure), D_p_,_dan_{drag dari}

gaya gesek (drag friction), D_f_{, dapat dituliskan :}

D_p _{………..(14.a)}

D_f _{………(14.b)}

dA p

N = cos q

dA F_f = t_w sin q

ò

ø ö ç è æ = = p q q q 0 cos 2 2

cos dA D b p d

ò

ø ö ç è æ = = p q q t q t sin 2 2

sin dA D b _w d

(40)

fungsi drag f tegangan geser, namun objek yang menerima

Nilai koefisien dengan kecepatan rat Persamaan 15.

………

Dimana, N :

Ff : D_p_: D_f_:

CD:

3. Ketebalan boundary pada boundary layer

Menurut Okiishi suatu aliran merupaka Gambar 3.

Gambar 3. Al

Momentum fluks kecepatan fluida ser Persamaan 16 dan Pe

A U

C_D ₂

2 1 r = = Q 2 bU r r

friction tidak hanya besaran yang dipengaruhi mun dalam hal ini juga berorientasi terhadap pe

a aksi dari peristiwa fisika fluida yang mengalir sien drag pada permukaan silinder berbanding

ata-rata dan densitas fluida, sebagaimana ditulisk

………

: gaya normal, N : gaya gesek, N : drag pressure : drag friction : koefisien drag

dary layer pada permukaan ground dan tegangan er

ishi et al. (2006), ketebalan momentum boundary akan pusat momentum fluks. Hal ini diilustrasika

3. Aliran pada boundary layer (Okiishi et al., 2006)

fluks yang terjadi di dalam lapisan layer seragam U dan ketebalan Ө, direpresentasika n Persamaan 17.

……..………

ò

¥ -0 )

(U u dy

u b r

17 garuhi oleh permukaan

lir.

ng terbalik iskan pada

………..(15)

gan geser

boundary layer sikan pada

., 2006).

er dengan sikan pada

(41)

atau

……….(17)

Besarnya nilai tegangan geser pada permukaan ground, secara empirik dapat diturunkan dari persamaan integral momentum untuk aliran boundary layer pada permukaan ground tersebut.

………(18)

dimana τw adalah tegangan geser pada permukaan tanah (N/m2), dan dӨ/dx

adalah perubahan ketebalan lapisan layer terhadap perubahan jarak yang searah dengan kecepatan udara. Sehingga tegangan geser pada permukaan tanah sangat dipengaruhi oleh besarnya perubahan ketebalan lapisan layer terhadap arah sumbu x. Tegangan geser pada permukaan tanah akan berbanding lurus terhadap peningkatan boundary layer (Okiishi et al., 2006)

4. Fenomena Pemisahan Aliran

Perubahan pola aliran terjadi jika medan aliran fluida terhalang oleh suatu benda, sehingga merubah kondisi stasioner fluida tersebut. Hal ini timbul akibat sifat fluida yang selalu mencari kondisi kesetimbangan baru ketika kondisi stasioner fluida tersebut tergangggu (Anonimous, 2003). Dalam kondisi aliran udara steady yang terhalang oleh sebuah silinder cerobong, akan terbentuk suatu pola aliran baru akibat adanya integral momentum volume udara yang melewati permukaan silinder cerobong. Kecepatan udara seragam yang dihembuskan searah dengan sumbu x pola alirannya akan terpecah atau terpisah pada saat melewati silinder cerobong dikenal dengan istilah creeping flow. Besarnya jarak pemisahan aliran fluida sangat dipengaruhi oleh nilai angka Reynold yang dimiliki aliran tersebut. Ketika terjadi pemisahan aliran, maka terjadi pula pusaran-pusaran lokal fluida yang disebut vortex. Vortex akan terbentuk pada rentang nilai Re tertentu, dimana semakin bertambah nilai Re yang dimiliki aliran fluida maka semakin banyak vortex yang terbentuk. Namun pada nilai Re tertentu juga pasangan vortices yang terbentuk akan tidak stabil sejalan dengan

ò

Q 0

) 1

( dy

U u U

dx d U

Q = _r 2 t

(42)

bertambahnya nilai R dari pada yang lainny pada suatu titik akan kemudian akan terbent Potensi pembent sebagaimana diilustra

Gambar 4. Skema ter akan m

Fenomena terle istilah vortex shedding kemudian terhalang ol Gambar 5.

Gambar 5. Ilustrasi ba

Re, sehingga salah satu vortex akan tumbuh lebi nnya dan memiliki kekuatan yang semakin besar se

kan terlepas bebas tanpa terikat terhadap silinde bentuk lagi vortex baru (Okishii et al., 2006). bentukan vortex dalam aliran dinamakan sebagai ustrasikan pada Gambar 4.

(a).

(b).

terbentuknya lapisan geser (shear layer) yang sela n membentuk vortex (Okiishi et al., 2006).

rlepasnya vortex dari permukaan silinder dikena dding. Bagi fluida yang mengalir di atas permuka

g oleh sebuah silinder secara ilustrasi dapat dili

rasi aliran vortex di atas permukaan solid pada sil bagian bawah (Okiishi et al., 2006).

19 lebih besar r sehingga inder yang

vorticity,

selanjutnya

nal dengan ukaan solid dilihat pada

(43)

D. Dispersi Udara

Secara umum tingkat kadar pencemaran udara dominan dipengaruhi oleh faktor kondisi yang terjadi di atmosfer. Parameter meteorologi akan mempengaruhi penyebaran (dispersi), pengenceran (dilusi), perubahan (transformasi) fisik dan kimia dari zat-zat pencemar udara yang diemisikan, serta proses transportasi atau perpindahan dan deposisi basah dan kering yang terjadi. Dalam Soedomo (2001), dijelaskan bahwa kondisi atmosfer sangat dinamik yang secara alami mampu melakukan dispersi, dilusi dan transformasi baik melalui proses fisika maupun kimia serta mekanismekinetik atmosfer terhadap zat-zat pencemar.

Menurut Davis et al. (2004), faktor pengaruh transportasi, dilusi dan dispersi gas polutan umumnya ditentukan oleh karakteristik titik emisi, bahan (material) polutan alam, kondisi meteorologi, dan struktur antropogenik wilayah tercemar. Dispersi pencemar terjadi karena ada tenaga yang membawa pencemar tersebut dari sumbernya ke udara ambien, sedangkan difusi terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah.

Menurut Vesilind et al. (1994), dispersi udara merupakan suatu proses pergerakan udara yang terkontaminasi dari sumber emisi (source of emission) menyebar melalui suatu luas area wilayah tertentu untuk mereduksi konsentrasi gas polutan yang terkandung dalam udara terkontaminasi tersebut. Pergerakan atau penyebaran udara terkontaminasi terjadi secara vertikal maupun horizontal.

Proses dispersi dan difusi akan menghasilkan dilusi (pengenceran) zat pencemar dari suatu sumber yang konsentrasinya sangat kental di udara ambien dengan hasil konsentrasi yang lebih rendah. Transformasi zat pencemar di atmosfer merubah zat tersebut menjadi zat lain yang berbeda sifatnya baik secara fisika maupun kimia dan juga kadar toksisitasnya. Proses transformasi yang dimaksudkan disini adalah proses transformasi zat-zat pencemar selama berada di udara yang mengalami perubahan fisik dan kimia yang dipengaruhi oleh difusi molekuler dan turbulen, terdapatnya uap air dan adanya radiasi matahari (Soedomo, 2001).

Pergerakan udara disebabkan oleh adanya radiasi surya dan bentuk permukaan bumi yang tidak rata, dimana daya serap panas permukaan bumi

(44)

terhadap radiasi surya terse ini menimbulkan adanya si dinamika panas atmosfer barometrik (Vesilind et al., 1994

1. Model Dispersi

Pemodelan dispe yang berdasarkan dikembangkan diveri konsentrasi pencemar

a. Model Gaussian

Model dispersi Gaussian yang terliha untuk point sourc konsentrasi polutan ke normal (Sugiyono, 1995) mengikuti asumsi :

- sumber emisi me - medan angin homo - perubahan bentuk tidak diperhitung - semua variabel di

Penyebaran be penyebaran dengan norGambar 6. Mode

rsebut berbeda dengan daya serap panas di atmos sistem pergerakan (dynamic sistem). Kemudian, er bumi juga menghasilkan perbedaan dalam

., 1994).

dispersi udara berasal dari model analitik semi n pada persamaan difusi. Persamaan difusi

rifikasi dengan data koefisien difusi di atmosfer aran udara yang diambil langsung lokasi penguku

rsi yang popular digunakan adalah model ihat pada Gambar 6. Model Extended Gaussian source, dibuat berdasarkan kenyataan bahwa di

n ke arah vertikal dan horisontal sesuai dengan di ono, 1995). Dalam model ini penyebaran polutan di

engeluarkan material secara kontinu.

n homogen baik ke arah vertikal maupun horisontal ntuk polutan secara fisik dan kimiawi selama ungkan.

l dianggap stasioner.

berdasarkan metoda difusi Gauss ganda, n normal (distribusi Gauss) arah-y dan arah-z, se

Ket :

Δh : tinggi kepulan (plume) h : tinggi stack actual H : tinggi stack effectiv ū : arah sebaran angin

6. Model dispersi Gaussian (Vesilind et al.,1994)

21 osfer. Hal udian, sistem m tekanan

mi empiris fusi yang er dan data ukuran.

l dispersi ian Plume distribusi n distribusi n dianggap

sontal.

a di udara

nda, adalah sedangkan

Δh : tinggi kepulan (plume) al

tive in

(45)

arah-x didominasi oleh kecepatan angin. Beberapa model Gauss dibangun sesuai dengan macam sumber emisinya, salah satunya adalah persamaan difusi Gauss ganda untuk sumber tunggal kontinyu. Persamaan dasar untuk sumber tunggal kontinyu dalam keadaan steady (Soenarmo, 1999).

ò ò

¥ ¥

-= Cudydz

Q ... (19)

kemudian dikembangkan menjadi persamaan Gauss untuk sumber tunggal kontinyu ( Soenarmo, 1999), sebagai :

(

)

(

)

ïþ ï ý ü ïî ï í ì ú ú û ù ê ê ë é ÷÷ ø ö çç è æ + + ÷÷ ø ö çç è æ -ïþ ï ý ü ïî ï í ì ú ú û ù ê ê ë é -= 2 2 2 2 1 . exp 2 1 . exp 2 ) , , ( z z y z y H z H z y u Q z y x C s s s s s

p ……..(20)

dimana, C : Konsentrasi Pencemaran udara pada titik (x,y,z), µg/m

Q : Laju emisi / laju pancaran, g/det

u : Kecepatan angin rata-rata (wind speed), m/det x : Jarak ke arah-x (downwind), m

y : Jarak ke arah-y (crosswind), m z : Jarak ke arah-z (vertikal), m H : Tinggi emisi efektif (h + ∆h), m h : Tinggi cerobong fisik, m

∆h : Penambahan tinggi kepulan (plume rise) oleh pengaruh angin dan kecepatan keluaran / emisi, m

σy : Koefisien dispersi arah sumbu-y

σz : Koefisien dispersi arah sumbu-z

Notasi C menyatakan konsentrasi parameter kualitas udara di ambien dengan satuan masa per meter kubik (µg/m

). Notasi

y dalam literatur

adalah konstanta deviasi standar dispersi horizontal dan

z untuk konstanta

deviasi standar dispersi vertikal yang keduanya dinyatakan dalam satuan meter (m). Notasi u adalah kecepatan angin rata-rata dalam meter per detik (m/det), sedangkan notasi Q menyatakan kecepatan alir gas pada saat keluar dari cerobong yang dinyatakan dalam satuan gram per detik (g/det). Ketika

(46)

23 pengukuran konsentrasi polutan dilakukan pada ground level yang berarti bahwa z = 0, maka persamaannya menjadi :

ïþ ï ý ü ïî ï í ì ú û ù ê ë é -ïþ ï ý ü ïî ï í ì ú ú û ù ê ê ë é -= 2 2 2 1 . exp 2 1 . exp ) 0 , , ( z y z y H y u Q y x C s s s s

p ... (21)

Untuk mengetahui konsentrasi gas polutan di sepanjang garis pusat kepulan (plume centerline), yang berarti bahwa nilai y = 0, maka Persamaan (21) berubah menjadi :

ïþ ï ý ü ïî ï í ì ú û ù ê ë é -= 2 2 1 . exp ) 0 , , ( z z y H u Q y x C s s s

p ... (22)

Terakhir, untuk sumber emisi pada ground level dimana H = 0 ,maka Persamaan (22) menjadi :

z y u Q x C s s p = ) 0 , 0 ,

( ... (23)

Persamaan ini digunakan untuk tingkat dasar (ground level), yang mana konsentrasi garis pusat (center line concentration) dari sumber titik berada pada tingkat dasar.

Penentuan laju emisi Q untuk sumber tunggal kontinyu diperoleh dari data langsung yang diperoleh dari pengukuran emisi di lubang keluaran (stack) atau dihitung dari kapasitas produksi berdasarkan prosesnya. Sedangkan penentuan kecepatan udara rata-rata (wind speed) adalah dengan analisis mawar angin (wind rose), yaitu didasarkan pada perhitungan arah angin dominan dan kecepatan angin rata-rata pada arah dominan. Perhitungan koefisien dispersi diperoleh dari suatu formula yang menunjukkan hubungan antara koefisien dispersi dengan koefisien stabilitas atmosfer sebagai fungsi jarak x, y, dan z. Koefisien stabilitas atmosfer diperoleh dari pengukuran stabilitas atmosfer (empiris). Faktor yang menjadi indikasi stabilitas atmosfer antara lain lapse rate (penurunan temperatur udara terhadap ketinggian atmosfer) atau profil temperatur udara, profil arah dan kecepatan angin (Soenarmo,1999).

Albert H. Holland mengembangkan perhitungan tinggi kepulan (plume), yaitu bahwa tinggi kepulan akan menurun dengan bertambahnya

(47)

kecepatan angin, atau dengan kata lain tinggi kepulan ( Δh ) berbanding terbalik dengan ke

memperhitungkan mom

perhitungan tinggi kepulan (Δh) mengikuti Persamaan (24 ê ê ë é ç ç è æ + = D u d v h s 68 . 2 5 . 1

dimana : _v_s : kecep d : diam u : kecepa

: Teka Ts : tempe

Ta: tempe

Persamaan (24) stabilitas netral (kela stabil (kelas A atau B 1,15 dan apabila tidak dikalikan 0,85.

b. Model Eulerian

Konsep ini m dengan sifat-sifat fisi dan kecepatan. Kemudi ruang dan waktu sehi dalam ruang (Okiishi dalam Septiyanzar (200 diperhitungkan pada Dalam grid ini terjadi oleh faktor meteorol sebagai fungsi terhada

c. Model Lagrangian

kecepatan angin, atau dengan kata lain tinggi kepulan ( Δh ) berbanding kecepatan angin (Davis et al., 2004).

momentum dan panas yang keluar dari cerobon perhitungan tinggi kepulan (Δh) mengikuti Persamaan (24):

ú ú û ù ÷ ÷ ø ö ÷÷ ø ö çç è æ -´ -d T T T P s a s ) ( 10

68 2 ...

epatan gas keluar stack, m/det meter atas stack, m

epatan angin rata-rata, m/det kanan atmosfer, kPa

peratur gas keluar stack,

K peratur udara atmosfer (ambien),

24) adalah untuk kondisi atmosfer dengan kelas C atau D), sedangkan untuk kondisi atmosf

u B) maka hasil tersebut di atas (Persamaan 24) di dak stabil (kelas E atau F) maka hasil pada Persa

menerangkan bahwa pergerakan fluida diga isik fluida tersebut seperti temperatur, tekanan, mudian sifat fisik tersebut di deskripsikan sebaga sehingga diperoleh informasi aliran fluida pada sua

ishi et al., 2006). Menurut Finlayson dan Pitts (2008), pada model Eulerian konsentrasi gas pe da lokasi tertentu yang disebut grid dalam setiap jadi proses transport dan reaksi kimia yang dipe orologi, sehingga menyebabkan konsentrasi adap waktu.

gian

kecepatan angin, atau dengan kata lain tinggi kepulan ( Δh ) berbanding . Dengan obong, maka

... (24)

an tingkat osfer yang 24) dikalikan samaan 24

gambarkan n, densitas bagai fungsi suatu titik s (1986), s pencemar iap waktu. dipengaruhi si berubah

(48)

Dasar dari konse fluida bergerak dan m fluida sebagai fungsi fluida dapat diidentif (Okiishi et al., 2006) lagrangian direfleksika pada lintasan tertentu konsentrasi pada par saat dalam model lagr Perbedaan ana lagrangian dapat dili seperti pada Gambar 7.

Gambar 7. Ilustrasi lagrangi Pada metode eul bagian atas cerobong berbeda terdapat part diukur pada satu titik temperatur didefinisi temperatur dapat ditul alat ukur temperatur p temperatur temperatu sebuah partikel sebag dari partikel diketahui

konsep model ini yaitu dengan melibatkan partikel n menjelaskan sifat-sifat fluida dengan perubahan ungsi dari waktu. Karena itu dengan metode ini

ntifikasi dan dapat menjelaskan sifat-sifat fluida 2006). Dalam kasus percemar udara atmosfer ksikan dengan meninjau suatu parsel udara yang m

ntu yang dipengaruhi oleh faktor meteorologi. Pe parsel yang mengalir inilah yang diperhitungka

agrangian (Septiyanzar, 2008).

nalisa aliran fluida antara model eulerian dan dilihat dalam kasus kepulan gas polutan dari c bar 7.

asi pengambilan data temperatur aliran fluida gian dan eulerian (Okiishi et al., 2006)

eulerian, titik partikel fluida diukur temperaturn obong dan dicatat sebagai fungsi waktu. Pada wakt

partikel benda melintasi alat pengukur. Karena tem tik (x = xo, y = yo, dan z = zo) dan pada satu wakt

nisikan sebagai fungsi waktu dan tempat, se dituliskan sebagai T = T (xo, yo, zo, t). Penggunaan

ur pada berbagai titik dapat memberikan informasi ratur field, dimana T = T (x, y, z, t). Tempera bagai fungsi waktu tidak dapat diketahui sampa tahui sebagai fungsi waktu. Sedangkan pada

25 kel-partikel han partikel ni partikel da tersebut osfer, model g mengalir Perubahan kan setiap

dan model i cerobong

uida pada

urnya pada aktu yang temperatur aktu, maka , sehingga an banyak asi bidang peratur dari pai lokasi da metode

(49)

lagrangian temperatur diukur dari sebuah partikel hanya sebagai fungsi waktu, dimana TA = TA (t). Penggunaan banyak alat ukur temperatur saat

partikel bergerak memberikan informasi bahwa temperatur dari partikel fluida merupakan fungsi dari waktu, sehingga temperatur tidak dapat diketahui sebagai fungsi dari posisi (lokasi partikel) sampai lokasi tiap partikel diketahui sebagai fungsi waktu (Okiishi et al., 2006).

2. Stabilitas Atmosfer

Standar deviasi

y dan z menentukan penyebaran kepulan gas polutan

pada arah angin lateral dan arah vertikal. Hal ini tergantung pada kondisi stabilitas atmosfer dan jarak dari sumber emisi. Tingkat stabilitas atmosfer yang digunakan ditentukan berdasarkan data meteorologi : penutupan awan, tinggi dasar awan, nomor kelas insolasi yang diperoleh dari data “solar altitude” dan tabel kategori stabilitas yang dikembangkan oleh Turner yang diklasifikasikan ke dalam kategori A hingga F yang disebut dengan kelas stabilitas (stability class), dimana hubungan antara stability class, kecepatan angin, dan kondisi sinar matahari dijelaskan pada Tabel 3.

Tabel 3. Stabilitas atmosfer Turner berdasarkan kecepatan angin, radiasi matahari dan penutupan awan (Soenarmo, 1999)

Kecep. Angin perm pada 10 m (m/det)

Siang hari Malam hari

Radiasi matahari datang Penutupan awan Kuat Moderat Ringan Overcast Clear

kelas 1 2 3 4 5

< 2 A A-B B E F

2 - 3 A-B B C E F

3 - 5 B B-C C D E

5 - 6 C C-D D D D

> 6 C D D D D

Nilai konstanta dispersi horizontal dan vertikal,

y dan z dapat

ditentukan dengan persamaan yang telah dikembangkan oleh D.O. Martin (1976) dalam Davis et al. (2004), yaitu :

894 . 0

y =

s ... (25.a)

f cxd

z = +

s ... (25.b) dimana konstanta a, c, d, dan f didefinisikan pada Tabel 4.

(1)

Lampiran 5. Data sebaran tegangan geser dan koefisien gesek pada permukaan

silinder.

No. jarak sepanjang garis plot (m)

tegangan geser (Pa)

39 2,835 2,132E-03

40 2,914 1,421E-03

41 3,029 3,796E-04

42 3,129 2,911E-03

43 3,224 5,301E-03

44 3,364 6,602E-03

45 3,420 7,120E-03

46 3,533 4,938E-03

47 3,577 4,115E-03

48 3,621 3,293E-03

49 3,759 2,896E-03

50 3,798 2,767E-03

51 3,829 2,663E-03

52 4,016 1,752E-03

53 4,047 1,597E-03

54 4,214 9,902E-04

55 4,282 7,833E-04

56 4,435 5,657E-04

57 4,478 5,207E-04

58 4,581 4,486E-04

59 4,702 4,129E-04

60 4,931 3,610E-04

61 5,142 3,126E-04

62 5,355 2,461E-04

63 5,562 1,785E-04

64 5,703 1,405E-04

65 5,842 1,077E-04

66 5,972 9,340E-05

67 5,996 9,081E-05

68 6,014 8,892E-05

No. jarak sepanjang garis plot (m)

tegangan geser (Pa)

1 0,000 1,027E-05

2 0,023 4,352E-05

3 0,047 1,231E-04

4 0,070 2,425E-04

5 0,093 3,694E-04

6 0,140 6,258E-04

7 0,217 1,043E-03

8 0,410 4,606E-03

9 0,512 6,917E-03

10 0,610 9,222E-03

11 0,784 1,091E-02

12 0,817 1,120E-02

13 0,988 1,299E-02

14 1,037 1,350E-02

15 1,178 1,439E-02

16 1,225 1,467E-02

17 1,273 1,489E-02

18 1,315 1,496E-02

19 1,360 1,499E-02

20 1,406 1,498E-02

21 1,451 1,494E-02

22 1,538 1,478E-02

23 1,633 1,460E-02

24 1,764 1,447E-02

25 1,806 1,434E-02

26 1,954 1,371E-02

27 2,003 1,347E-02

28 2,047 1,297E-02

29 2,092 1,240E-02

30 2,136 1,176E-02

31 2,180 1,107E-02

32 2,226 1,029E-02

33 2,263 9,639E-03

34 2,311 8,869E-03

35 2,358 8,179E-03

36 2,406 7,569E-03

(2)

Lampiran 5. Data sebaran tegangan geser dan koefisien gesek pada permukaan

silinder (lanjutan).

No. jarak sepanjang garis plot (m)

koefisien gesek

39 4,047 1,511E-02

40 4,101 1,610E-02

41 4,156 1,701E-02

42 4,214 1,791E-02

43 4,248 1,835E-02

44 4,282 1,863E-02

45 4,333 1,812E-02

46 4,384 1,751E-02

47 4,478 1,616E-02

48 4,520 1,546E-02

49 4,541 1,523E-02

50 4,621 1,556E-02

51 4,661 1,580E-02

52 4,702 1,613E-02

53 4,785 1,694E-02

54 4,841 1,730E-02

55 4,931 1,809E-02

56 5,059 1,925E-02

57 5,142 2,022E-02

58 5,188 2,088E-02

59 5,307 2,279E-02

60 5,355 2,344E-02

61 5,402 2,402E-02

62 5,449 2,454E-02

63 5,562 2,647E-02

64 5,649 2,798E-02

65 5,703 2,854E-02

66 5,842 2,995E-02

67 5,972 2,909E-02

68 5,996 2,893E-02

69 6,014 2,876E-02

No. jarak sepanjang garis plot (m)

koefisien gesek

1 0,000 4,048E-05

2 0,023 1,715E-04

3 0,047 4,852E-04

4 0,070 9,560E-04

5 0,093 1,456E-03

6 0,140 2,467E-03

7 0,217 4,110E-03

8 0,410 9,383E-03

9 0,461 9,385E-03

10 0,610 9,252E-03

11 0,704 8,393E-03

12 0,784 7,591E-03

13 0,939 5,996E-03

14 0,988 5,545E-03

15 1,037 5,126E-03

16 1,178 4,695E-03

17 1,360 4,018E-03

18 1,538 3,461E-03

19 1,764 3,041E-03

20 2,003 2,520E-03

21 2,226 1,860E-03

22 2,437 1,383E-03

23 2,639 1,003E-03

24 2,857 4,408E-04

25 2,914 3,271E-04

26 3,029 9,977E-05

27 3,129 1,214E-03

28 3,224 2,266E-03

29 3,364 3,127E-03

30 3,420 3,469E-03

31 3,577 3,057E-03

32 3,621 2,944E-03

33 3,667 3,649E-03

34 3,713 4,463E-03

35 3,759 5,386E-03

36 3,798 6,299E-03

37 3,829 7,070E-03

(3)

Lampiran 6. Hasil iterasi kecepatan rata-rata dan tekanan udara dinamik.

Iterations Av Dynamic Pressure (Pa) Av Velocity (m/s)

1 2,18023 1,85419

2 2,18015 1,85415

3 2,18009 1,85412

4 2,17999 1,85408

5 2,17993 1,85405

6 2,17983 1,85400

7 2,17971 1,85395

8 2,17958 1,85389

9 2,17946 1,85383

10 2,17933 1,85377

11 2,17915 1,85368

12 2,17896 1,85359

13 2,17879 1,85350

14 2,17862 1,85342

15 2,17846 1,85333

16 2,17823 1,85321

17 2,17800 1,85310

18 2,17778 1,85299

19 2,17757 1,85288

20 2,17737 1,85277

21 2,17707 1,85262

22 2,17680 1,85247

23 2,17653 1,85233

24 2,17629 1,85220

25 2,17605 1,85207

26 2,17573 1,85189

27 2,17544 1,85173

28 2,17517 1,85158

29 2,17493 1,85144

30 2,17472 1,85131

31 2,17444 1,85114

32 2,17421 1,85101

33 2,17402 1,85089

34 2,17388 1,85079

35 2,17379 1,85071

36 2,17375 1,85065

37 2,17375 1,85062

38 2,17383 1,85062

(4)

Lampiran 6. Hasil iterasi kecepatan rata-rata dan tekanan dinamik (lanjutan).

Iterations Av Dynamic Pressure (Pa) Av Velocity (m/s)

41 2,17424 1,85072

42 2,17436 1,85075

43 2,17445 1,85077

44 2,17451 1,85077

45 2,17455 1,85077

46 2,17460 1,85077

47 2,17464 1,85077

48 2,17467 1,85077

49 2,17470 1,85077

50 2,17473 1,85077

51 2,17475 1,85077

52 2,17479 1,85078

53 2,17483 1,85078

54 2,17486 1,85079

55 2,17488 1,85079

56 2,17490 1,85079

57 2,17492 1,85079

58 2,17494 1,85079

59 2,17495 1,85079

60 2,17494 1,85077

61 2,17496 1,85077

62 2,17498 1,85077

63 2,17501 1,85077

64 2,17506 1,85078

65 2,17511 1,85081

66 2,17518 1,85082

67 2,17521 1,85084

68 2,17526 1,85086

69 2,17530 1,85087

70 2,17536 1,85089

71 2,17542 1,85091

72 2,17546 1,85093

73 2,17548 1,85094

74 2,17548 1,85094

75 2,17549 1,85093

76 2,17548 1,85092

77 2,17547 1,85092

78 2,17542 1,85090

79 2,17537 1,85088

(5)

Lampiran 6. Hasil iterasi kecepatan rata-rata dan tekanan dinamik (lanjutan).

Iterations Av Dynamic Pressure (Pa) Av Velocity (m/s)

81 2,17525 1,85080

82 2,17518 1,85076

83 2,17514 1,85074

84 2,17510 1,85071

85 2,17505 1,85069

86 2,17503 1,85067

87 2,17504 1,85067

88 2,17506 1,85067

89 2,17510 1,85068

90 2,17513 1,85070

91 2,17517 1,85072

92 2,17518 1,85073

93 2,17515 1,85071

94 2,17518 1,85072

95 2,17522 1,85074

96 2,17523 1,85076

97 2,17519 1,85075

98 2,17517 1,85075

99 2,17516 1,85074

100 2,17514 1,85075

101 2,17509 1,85074

102 2,17507 1,85073

103 2,17505 1,85072

104 2,17503 1,85072

105 2,17498 1,85071

106 2,17494 1,85068

107 2,17493 1,85068

108 2,17492 1,85068

109 2,17492 1,85068

110 2,17492 1,85068

111 2,17494 1,85069

112 2,17495 1,85069

113 2,17496 1,85069

114 2,17496 1,85069

115 2,17497 1,85069

116 2,17499 1,85069

117 2,17501 1,85070

118 2,17501 1,85070

(6)

Lampiran 7. Sebaran konsentrasi gas SO

sepanjang

centerline.

No. jarak (m) konsentrasi (ppm)

1 0 0

2 1,967008847 0

3 1,967664473 -0,072578423

4 2,001256242 -0,080463355

5 8,001256242 -0,046281261

6 20,00125624 -1,988748553

7 24,00125624 10,45271961

8 28,00125624 78,28918309

9 32,00125624 499,0306873

10 36,00125624 1811,742645

11 40,00125624 4218,237549

12 44,00125624 6962,2904

13 48,00125624 9017,366777

14 52,00125624 10170,99841

15 56,00125624 10690,99908

16 60,00125624 10721,64404

17 64,00125624 10327,93914

18 68,00125624 9623,736218

19 72,00125624 8739,263268

20 76,00125624 7718,554041

21 80,00125624 6788,766956

22 88,00125624 5278,931261

23 92,00125624 4606,94016

24 96,00125624 4025,644814

25 100,0012562 3527,375472

26 104,0012562 3100,376138

27 109,0012562 2656,313427

28 113,0012562 2353,068151

29 117,0012562 2091,255549

30 122,0012562 1815,509427

31 128,0012562 1542,262019

32 136,0012562 1262,081132

33 145,0012562 1024,966028

34 151,0006281 902,9889646

35 164,0012562 700,317099

36 182,0012562 522,7727875

37 202,0012562 406,4166275

38 237,0012562 287,0509381

Simulasi Dispersi Gas Polutan So2, H2s, Dan Co Dengan Menggunakan Program Computational Fluid Dynamics (Cfd)

(

)

(

)

q

(

t

)

q

(

p

.

dA

)

sin

q

(

t

dA

)

cos

q

dF

=

-

+

ò

ò

ò

ò

ò

ò

ò

ò

ò

ò

ò

ò

ò ò

(

)

(

)

Lampiran 5. Data sebaran tegangan geser dan koefisien gesek pada permukaan

silinder.

Lampiran 5. Data sebaran tegangan geser dan koefisien gesek pada permukaan

silinder (lanjutan).

Lampiran 6. Hasil iterasi kecepatan rata-rata dan tekanan udara dinamik.

Lampiran 6. Hasil iterasi kecepatan rata-rata dan tekanan dinamik (lanjutan).

Lampiran 6. Hasil iterasi kecepatan rata-rata dan tekanan dinamik (lanjutan).

Lampiran 7. Sebaran konsentrasi gas SO

sepanjang

centerline.

Parts

Dokumen yang terkait

SIMULASI EMISI GAS BUANG PADA CATALYTIC CONVERTER MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD)

SIMULASI EMISI GAS BUANG PADA CATALYTIC CONVERTER MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD)

Analisis dan simulasi distribusi suhu udara pada kandang sapi perah menggunakan computational fluid dynamics (CFD)

Simulasi penyebaran gas SO2 dari emisi cerobong menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD)

Simulasi Dispersi Gas Polutan SO2, H2S, dan CO dengan Menggunakan Program Computational Fluid Dynamics (CFD)

Simulasi Dispersi Gas Polutan dari Cerobong ke Lingkungan dengan Pendekatan Computational Fluid Dynamics ( CFD )

Simulasi Dispersi Gas Karbon Monoksida (CO) dalam Gardu Tol menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) Studi Kasus: Gerbang Tol Bogor

Simulasi Sebaran Suhu pada Chamber Aeroponik dengan Menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD)

Simulasi Sebaran Suhu Udara dan Permukaan Lantai Rumah Tanaman dengan Menggunakan Computational Fluid Dynamics (Cfd)

Dasar-dasar Computational Fluid Dynamics dengan FLUENT CFD

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan