SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN GAS DAN PARTIKULAT MOLEKUL PADA PABRIK SEMEN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE MATLAB 7.12

(1)

SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN GAS DAN PARTIKULAT MOLEKUL PADA PABRIK SEMEN DENGAN MENGGUNAKAN

SOFTWARE MATLAB 7.12 Oleh

Febriandi Hasibuan

Telah dilakukan perancangan aplikasi komputer yang bertujuan untuk memvisualkan suatu pola sebaran polutan gas dan partikulat molekul yang berasal dari cerobong asap pabrik semen. Lokasi yang dipilih untuk menerapkan pemodelan dispersi polutan ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap Tarahan (PLTU), Lampung Selatan dengan data lingkungan (suhu lingkungan, arah angin dan kecepatan angin) yang diperoleh dari hasil pengukuran lapangan. Aplikasi ini berbentuk simulasi dengan disediakan berbagai macam parameter data masukan yaitu kecepatan angin, stabilitas atmosfer, kecepatan semburan emisi, suhu cerobong, suhu lingkungan, tinggi cerobong dan diameter cerobong dan hasil simulasi ini ditampilkan dalam bentuk angka-angka, grafik dua dimensi maupun tiga dimensi dan pilihan bentuk grafik. Model matematis yang digunakan untuk memodelkan penyebaran polutan adalah model dispersi Gaussian tipe point source dengan asumsi dispersi polutan berasal dari cerobong asap, dispersi berlangsung dalam kondisi steady-state dan tidak ada reaksi kimia yang terjadi di udara. Dari hasil simulasi menunjukkan bahwa semakin kecil nilai perubahan suhu (T) antara suhu dalam cerobong dengan suhu udara di sekitar cerobong asap, diameter pola sebaran pusat semakin panjang dan plume rise semakin kecil. Kemudian semakin besar kecepatan angin, pola penyebaran polutan semakin menyempit dan nilai konsentrasi polutan pada pusat sebaran semakin bertambah. Kata Kunci. Simulasi, dispersi polusi udara, Model Dispersi Gaussian, matlab

(2)

ii ABSTRACT

SIMULATION OF GASEOUS POLLUTANTS AND PARTICULATES MOLECULES DISPERSION MODELING IN CEMENT FACTORY

USING SOFTWARE MATLAB 7.12

Febriandi Hasibuan

It has been designed the computer application for visualization of the gas pollutants pattern and particulate molecules pattern from fume stacks of cement industry. The location chosen to implement this pollutant dispersion modeling is Steam Power Plant of Tarahan, South of Lampung with environmental data (ambient temperature, wind direction and wind speed) were directly obtained from field measurements. This application is available in the form of simulations with a wide range of input data parameters namely wind speed, atmospheric stability, emission rate-point source, stack exit temperature, ambient temperature, height and diameter of fumes stack and the simulation results are presented in the form of figures, graphs of two-dimensional and three-dimensional and the choice of the form of graphs. The mathematical model is used to model the spread of pollutants is a Gaussian-type dispersion model assuming a point source pollutant dispersion coming from fumes stack, the dispersion takes place in steady-state conditions and no chemical reactions that occur in the air. From the simulation results show that the smaller the value of the temperature change (T) between the temperature in the chimney with air temperature around the chimney, the diameter of the center of the length distribution pattern and plume rise is getting smaller. Then the greater the wind speed, the more narrow dispersion pattern of pollutants and pollutant concentration value at distribution centers is increasing.

(3)

MOLEKUL PADA PABRIK SEMEN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE MATLAB 7.12

Oleh

FEBRIANDI HASIBUAN

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA SAINS

Pada Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas lampung

UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG

(4)

Judul Skripsi : SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN GAS DAN PARTIKULAT MOLEKUL

PADA PABRIK SEMEN DENGAN

MENGGUNAKAN SOFTWARE MATLAB 7.12

Nama Mahasiswa : Febriandi Hasibuan Nomor Pokok Mahasiswa : 0817041026

Jurusan : Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

MENYETUJUI, 1. Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Warsito, D.E.A. NIP. 19710212 199512 1 001

Sri Wahyu Suciyati, S.Si., M.Si. NIP. 19710829 199703 2 001

2. Ketua Jurusan Fisika FMIPA

Dr. Yanti Yulianti, M.Si. NIP. 19751219 200012 2 003

(5)

1. Tim Penguji

Ketua : Prof.Dr. Warsito, D.E.A. ...

Sekertaris : Sri Wahyu Suciyati, S.Si., M.Si. ...

Penguji

Bukan Pembimbing : Drs. Amir Supriyanto, M.Si. ...

2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Prof. Suharso, Ph.D.

NIP. 19690530 199512 1 001

(6)

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah dilakukan orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar pustaka, selain itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya sendiri.

Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenakan sangsi sesuai dengan hukum yang berlaku.

Bandar Lampung, 10 September 2014

Febriandi Hasibuan NPM. 0817041026

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis yang bernama lengkap Febriandi Hasibuan, di lahirkan di Bukit Kemuning, 25 Februari 1988, anak ketiga dari empat bersaudara pasangan Bapak Sikin Hasibuan dan Ibu Rasmiyati. Penulis menempuh pendidikan di TK PGRI Bukit Kemuning dan diselesaikan tahun 1994. Pendidikan dasar di SDN 1 Bukit Kemuning dan diselesaikan tahun 2000. Pendidikan menengah pertama diselesaikan di SMPN 1 Bukit Kemuning tahun 2003 dan dilanjutkan pendidikan menengah atas di SMA N 11 Medan yang diselesaikan tahun 2006. Kemudian penulis menempuh Program Pendidikan Komputer 1 Tahun (Diploma 1) STMIK Potensi Utama Medan dan diselesaikan tahun 2007. Pada tahun 2008 penulis terdaftar sebagai mahasiswa di Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Penulis masuk pada Jurusan Fisika FMIPA dengan konsentrasi KBK Fisika Instrumentasi.

Selama menempuh pendidikan penulis pernah menjadi asisten praktikum Fisika Dasar 1 dan praktikum Elektronika Dasar 1 pada tahun 2010. Penulis pernah aktif kegiatan organisasi HIMAFI periode 2009-2010 sebagai anggota bidang Sains dan Teknologi serta ROIS periode 2009-2010 sebagai kepala bidang Sosial dan Budaya Masyarakat. Selain itu penulis juga aktif di Dewan Perwakilan Mahasiswa Fakultas (DPMF) periode 2011-2012 sebagai ketua bidang Advokasi dan Perlindungan Mahasiswa. Selain itu pada tahun 2012 juga penulis meraih penghargaan Poster Terbaik Sains Project Pertamina tingkat Provinsi.

(8)

Bismillahirrohmanirrohim

Dengan rahmat Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang Dengan ini saya persembahkan karya ini untuk:

Kedua orang tua tercinta, Bapak Sikin Hasibuan dan Ibu Rasmiyati (Terima kasih atas semua doa dan pengorbanan yang tiada hentinya sehingga menjadi penyemangat untuk menyelesaikan pendidikan di Universitas Lampung)

Mbak Herni Sumita, Abang Ander, Adik Jumaida Gustini serta Keluarga Besar

(Terima kasih atas semua doa dan dukungannya)

Serta Almamater Tercinta

(9)

vii

“Belajarlah kalian sebelum kalian memimpin.”

(Umar bin Khattab)

“Ilmu tidak bisa diperoleh dengan cara memanja-manjakan diri (bersantai ria).” (Yahya bin Katsir)

“Aku akan terus bersahabat dengan pena hingga liang kubur.”

(Imam Ahmad)

“Manusia yang paling cerdik adalah yang belajar hikmah dan mengajarkannya

kepada manusia.”

(10)

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul

“Simulasi Model Dispersi Polutan Gas dan Partikulat Molekul Pada Pabrik Semen Dengan Menggunakan Software Matlab 7.12” sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di bidang keahlian Instrumentasi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Semoga shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah SAW, keluarganya, para sahabatnya dan para pengikutnya yang senantiasa istiqomah hingga hari kiamat.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis dengan terbuka menerima saran dan kritik yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.

Bandar Lampung, 1 September 2014 Penulis

(11)

Alhamdulillah, penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik berkat dorongan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A. atas tema penelitian yang diberikan dan kesediaannya menjadi pembimbing I.

2. Ibu Sri Wahyu Suciyati, S.Si., M.Si. atas kesediaannya menjadi pembimbing II.

3. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. atas kesediaannya sebagai penguji. 4. Bapak Akhmad Dzakwan, S.Si. selaku pembimbing akademik.

5. Ibu Dr. Yanti Yulianti, M.Si selaku Ketua jurusan fisika 6. Bapak Prof. Suharso, Ph.D selaku Dekan FMIPA UNILA

7. Semua saudara dan sahabat : Ayuk Herni, Abg Ander, Jumai, Ayuk Meri, Imam, Andho, Rifqi, Iwan Firda, Ilfa, Nurma, Fitri, Riza, Ningrum, Zaitun, Dio, Juli, Defi, Kholis, Umi, Sami, Danu, Sami, Suciono dan seluruh angkatan 2008.

8. Adik - adik tingkat 2009, 2010, 2011, 2012, dan semua pihak yang telah membantu penulis selama menyelesaikan Tugas Akhir.

Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua. Aamiin.

Bandar Lampung, Agustus 2014 Penulis

(12)

x DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1

B. Rumusan Masalah ... 3

C. Tujuan Penelitian ... 4

D. Batasan Masalah... 4

E. Manfaat Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Terdahulu ... 6

B. Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya ... 10

C. Teori Dasar ... 11

BAB III METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 44

B. Alat dan Bahan ... 44

C. Prosedur Penelitian... 45

D. Flow Chart Penelitian ... 47

BAB IV PEMBAHASAN A. Penerapan Program ... 49

B. Pengaruh Perubahan Suhu dan Kecepatan Angin terhadap Konsentrasi Polutan ... 57

(13)

A. Kesimpulan ... 63 B. Saran ... 63 DAFTAR PUSTAKA

(14)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Model Konsentrasi SO2 pada Cerobong Unit II/III ... 7

Gambar 2 Model Sebaran SO2 pada Cerobong Unit IV Arah sumbu Y ... 7

Gambar 3 Tampilan input untuk Fluida Diam dan Grafiknya ... 8

Gambar 4 Tampilan grafik 2-D untuk Difusi Fluida Diam ... 9

Gambar 5 Tampilan grafik 2-D untuk Difusi Anisotrop dan Grafiknya ... 9

Gambar 6 Tampilan Kontur untuk Difusi Anisotrop ... 10

Gambar 7 Efek Rumah Kaca ... 12

Gambar 8 Penyebaran Polutan dalam Bentuk Plume ... 18

Gambar 9 Pandangan atas plume pada waktu sesaat rata-rata satu jam ... 20

Gambar 10 Profil konsentrasi polutan sebagai fungsi jarak arah angin ... 21

Gambar 11 Kurva normal dengan ₁₂ dan  ₁ ₂ ... 23

Gambar 12 Kurva normal dengan ₁₂dan  ₁ ₂ ... 23

Gambar 13 Estimasi Dispersi di Atmosfer ... 24

Gambar 14 Grafik koefisien dispersi pada sumbu z di daerah rural ... 30

Gambar 15 Grafik koefisien dispersi pada sumbu y di daerah rural ... 30

Gambar 16 Plume rise ... 33

Gambar 17 Tampilan window utama MATLAB 7.12 ... 38

Gambar 18 Tampilan workspace ... 39

(15)

xiii

Gambar 21 Tampilan Matlab Editor ... 41

Gambar 22 Tampilan GUI pada Matlab ... 42

Gambar 23 Flow Chart Penelitian... 47

Gambar 24 Foto udara PLTU Tarahan dan kawasan sekitarnya ... 48

Gambar 25 Objek pengamatan yang berjarak 500 m dari cerobong asap .... 49

Gambar 26 Radio button dengan pilihan “x VS H” ... 55

Gambar 27 Grafik yang merepresentasikan nilai x (jarak) terhadap tinggi efektif ... 55

Gambar 28 Perhitungan konsentrasi polutan untuk daerah pengamatan terletak pada posisi (433,250) ... 57

Gambar 29 Perubahan pola sebaran terhadap suhu lingkungan ... 58

Gambar 30 Perubahan tinggi efektif cerobong karena pengaruh perubahan suhu ... 60

Gambar 31 Perubahan konsentrasi terhadap perubahan kecepatan angin .... 61

Gambar 32 Grafik Perubahan konsentrasi terhadap kecepatan angin dalam bentuk tiga dimensi... 62

(16)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Baku Mutu Udara Ambien Nasional ... 14

Tabel 2 Variasi nilai eksponensial kecepatan angin untuk daerah rural dan urban ... 27

Tabel 3 Kestabilan Atmosfer (Pasquil-Gifford) ... 28

Tabel 4 Konstanta I, J dan K pada persamaan McCullen ... 31

Tabel 5 Konstanta I, J dan K pada persamaan McCullen ... 32

Tabel 6 Potential Temperature Gradien ... 35

Tabel 7 Operator-operator Aritmatika Matlab ... 43

Tabel 8 Spesifikasi Teknis ... 44

Tabel 9 Data percobaan yang akan disimulasikan ke dalam aplikasi ... 56

(17)

PENDAHULUAN

A. Latar belakang

Perkembangan Industri yang pesat di Indonesia tidak hanya memberikan dampak positif bagi pendapatan negara dan kesejahteraan rakyat, tetapi juga memberikan dampak negatif bagi kesehatan. Hal ini disebabkan oleh potensi pencemaran lingkungan yang ditimbulkan oleh aktivitas industri tersebut, misalnya pencemaran udara yang berasal dari asap dan debu dari industri (Suhariyono, 2002). Data World Resource Institute (2006) menyebutkan bahwa Indonesia berada pada peringkat ke-14 di dunia berdasarkan nilai absolute emissions yaitu 503 ton untuk CO2. Hal ini menunjukkan emisi

polutan yang terjadi di Indonesia cukup tinggi (Niam, dkk, 2009).

Pencemaran udara diartikan turunnya kualitas udara sehingga udara mengalami penurunan mutu yang akhirnya yang tidak dapat digunakan lagi sebagaimana mestinya sesuai dengan fungsinya. Sumber penghasil pencemaran udara dibagi menjadi dua, yaitu sumber yang bergerak misalnya kendaraan bermotor dan sumber yang tidak bergerak misalnya kegiatan industri (Anonim A, 2001).

Pabrik semen merupakan industri yang menimbulkan pencemaran udara. Emisi yang ditimbulkan oleh industri ini didominasi oleh debu yang mengandung

(18)

silika yang teremisikan ke udara. Kemudian partikel debu ini akan mempengaruhi kualitas udara ambien atau lingkungan serta berpotensi menyebabkan penyakit silikosis (Hekasaki, 2004). Silikosis adalah penyakit dengan gejala sesak napas disertai batuk-batuk tanpa dahak. Pada stadium berat, sesak napas akan semakin parah yang kemudian diikuti dengan hipertropi jantung sebelah kanan yang berpotensi mengakibatkan kegagalan kerja jantung (Nugroho, 2012).

Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan saat ini, pola penyebaran suatu polutan sudah mampu untuk disimulasikan oleh beberapa metode. Salah satu metode yang banyak digunakan untuk menyimulasikan penyebaran polutan serta menghitung nilai konsentrasinya adalah Model Dispersi Gaussian. Model Dispersi Gausssian merupakan bentuk persamaan matematika yang dapat dimasukkan ke dalam perhitungan variabel yang bersifat fisis dan diberikan informasi yang lebih detail mengenai sumber polutan pada suatu daerah yang diteliti (Puspitasari, 2011; Bakar, 2006). Menurut Anita (2011), sampai saat ini, Model Dispersi Gaussian tetap dianggap paling tepat untuk melukiskan secara matematis pola 3 dimensi dari perjalanan semburan (plume) emisi. Dengan mengetahui konsentrasi dan pola penyebaran emisi, maka sebaran polutan dapat diprediksi guna memantau dan mengevaluasi polutan buangan yang berbahaya.

Pemodelan sebaran polutan dengan model Gaussian ini sudah pernah dilakukan oleh peneliti-peneliti sebelumnya contohnya pada penelitian Sri Suryani, dkk (2010) yaitu membuat model sebaran polutan SO2 pada cerobong

(19)

asap PT. Semen Tonasa. Namun setelah diteliti dan dianalisis penelitian model sebaran polutan SO2 ini tidak menggunakan faktor suhu lingkungan dan grafik

model yang ditampilkan masih berbentuk 2 dimensi. Kekurangan ini membuat peneliti tertarik untuk membuat pemodelan polutan partikulat yang melibatkan suhu di dalamnya serta grafik model yang ditampilkan dalam bentuk dua dan tiga dimensi.

Untuk membantu menyelesaikan persamaan Gaussian dan untuk membuat model sebaran dalam bentuk grafik, peneliti menggunakan software Matlab 7.12 karena Matlab 7.12 merupakan perangkat lunak dengan kemampuan numerik yang andal dan menyediakan fasilitas grafik yang memadai. Selain itu, Matlab 7.12 ini sudah mendukung Graphic Using Interface (GUI) yang membuat tampilan aplikasi yang akan dibuat kelak lebih menarik.

B.Rumusan Masalah

Dari uraian latar belakang di atas maka dapat dibuat rumusan masalah sebagai berikut:

1. bagaimana merumuskan Gaussian model point source dari modifikasi persamaan Gaussian Plume Model;

2. bagaimana validitas dari hasil perhitungan konsentrasi gas dan partikulat molekul yang berasal dari cerobong asap pada pabrik semen dengan Gaussian model point source terhadap data primer yang diperoleh dari lapangan dari pengamatan langsung di lapangan;

(20)

3. bagaimana visualisasi pola dispersi gas dan partikulat molekul yang berasal dari cerobong asap pada pabrik semen dalam bentuk grafik 2 dimensi dan 3 dimensi dengan menggunakan softwareMatlab 7.12.

C. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. merumuskan Gaussian Model Point Source dengan memodifikasi

persamaan Gaussian Plume Model untuk mengetahui pola dispersi polutan gas dan partikulat molekul pada pabrik semen.

2. validasi hasil perhitungan konsentrasi gas dan partikulat molekul pada cerobong asap di pabrik semen dengan Gaussian Model Point Source terhadap data primer yang diperoleh dari hasil sampling lapangan.

3. visualisasi pola dispersi gas dan partikulat molekul pada pabrik semen dalam bentuk grafik dua dimensi dan tiga dimensi dengan menggunakan softwareMatlab 7.12.

D. Batasan Masalah

Sesuai dengan rumusan masalah, maka batasan masalah untuk penelitian ini meliputi:

1. penerapan Gaussian Model Point Source hanya pada gas dan partikulat molekul yang berasal dari cerobong asap pada pabrik semen;

(21)

3. dispersi polutan berlangsung dalam kondisi steady-state yaitu jumlah polutan yang didispersikan tetap serta berlangsung pada kondisi sekitar yang tetap;

4. tidak ada reaksi kimia yang terjadi antara polutan dan materi lain di udara; 5. polutan yang jatuh di tanah tidak diserap oleh tanah, tetapi dipantulkan

kembali ke udara;

6. lingkungan wilayah yang disimulasikan merupakan wilayah di sekitar cerobong dengan luasan volume disesuaikan dengan kemampuan kapasitas memori alat komputer yang digunakan;

7. visualisasi pola dispersi hanya dibuat dalam bentuk grafik 2 dimensi dan 3 dimensi;

8. alat bantu software yang digunakan adalah Matlab 7.12.

E.Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. memberikan informasi yang dapat digunakan sebagai dasar pengambilan

kebijaksanaan berkenaan dengan ambang batas emisi polutan gas dan partikulat molekul yang dihasilkan oleh pabrik semen;

2. menyimulasikan aliran konsentrasi polutan gas dan partikulat molekul dari cerobong sebagai aktivitas industri guna memprediksi dampak lingkungan yang ditimbulkan;

(22)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Terdahulu

Penelitian tentang simulasi dispersi polutan ini sudah pernah dilakukan sebelumnya. Salah satunya dilakukan oleh Sri Suryani, dkk (2010) yaitu membuat model sebaran polutan SO2 pada cerobong asap PT. Semen Tonasa. Penelitian

tersebut menggunakan metode analisis deskriptif kuantitatif dengan mendesain suatu bentuk pemodelan sebaran polutan SO2 dengan persamaan kepulan asap

Gauss point source. Hasil penelitian menunjukkan konsentrasi terbesar gas SO2

pada pabrik unit II/III adalah 0,090 ppm, konsentrasi terbesar gas SO2 pada pabrik

unit IV adalah 0,12 ppm pada jarak 350 meter – 500 meter dari sumber. Namun penelitian memiliki beberapa kekurangan yaitu tidak menggunakan faktor suhu lingkungan dalam menentukan nilai konsentrasi SO2. Selain itu grafik penyebaran

konsentrasi SO2 ditampilkan hanya dalam 2 dimensi. Beberapa hasil simulasi

(23)

Gambar 1. Model Konsentrasi sebaran SO2 pada Cerobong Unit II/III

(Sumber:Suryani, dkk, 2010)

Gambar 2. Model Sebaran SO2 pada Cerobong Unit IV arah sumbu Y

(24)

Penelitian serupa juga dilakukan oleh Supriyono (2010) yaitu aplikasi komputer untuk visualisasi pola sebaran konsentrasi gas dari sumber titik instan dalam fluida diam dan medium anisotrop. Penelitian tersebut menggunakan model difusi tak tunak dari sumber titik instan dalam fluida diam dan model difusi dari sumber titik instan di dalam medium anisotrop serta penggambaran konsentrasi gas dalam kurva distribusi gauss dalam bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi dengan bantuan software Matlab 6.1. Namun, tidak jauh berbeda pada penelitian Sri Suryani, dkk (2010) penelitian ini juga tidak menggunakan faktor suhu lingkungan. Hasil simulasi dari penelitian supriyono dapat dilihat pada gambar 3, 4, 5, dan 6.

Gambar 3. Tampilan input untuk difusi Fluida Diam dan Grafiknya (Sumber:Supriyono, 2010)

(25)

Gambar 4. Tampilan grafik 2-Dimensi untuk Difusi Fluida Diam (Sumber:Supriyono, 2010)

Gambar 5. Tampilan grafik 2-Dimensi untuk Difusi Anisotrop dan Grafiknya (Sumber:Supriyono, 2010)

(26)

Gambar 6. Tampilan Kontur untuk Difusi Anisotrop (Sumber:Supriyono, 2010)

B. Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya

Pada penelitian ini penulis mencoba menerapkan model penyebaran polutan dengan metode dispersi Gaussian point source untuk diuji cobakan pada lokasi dan objek yang berbeda dengan membandingkan salah satu hasil penelitian sebelumnya dalam hal tingkat keakurasian antara hasil simulasi dengan data sampling. Setelah mendapatkan tingkat akurasi yang baik, persebaran polutan gas dan partikulat molekul disimulasikan dalam grafik 2 dimensi dan 3 dimensi.

(27)

C. Teori Dasar

1. Udara

Menurut Wahyu dalam Puspitasari (2011) bahwa udara merupakan suatu campuran gas yang terdapat pada lapisan yang mengelilingi bumi. Campuran gas tersebut memiliki komposisi yang bervariasi. Air dalam bentuk uap H2O

dan karbon dioksida merupakan komponen yang konsentrasinya yang paling bervariasi. Cuaca dan suhu adalah faktor yang mempengaruhi jumlah uap air yang terdapat di udara.

Udara sebagai sumber daya alam yang mempengaruhi kehidupan manusia serta makhluk hidup lainnya harus dijaga dan dipelihara kelestarian fungsinya untuk pemeliharaan kesehatan dan kesejahteraan manusia serta perlindungan bagi makhluk hidup lainnya. Supaya udara dapat bermanfaat sebesar-besarnya bagi pelestarian fungsi lingkungan hidup, maka perlu dipelihara, dijaga dan dijamin mutunya melalui pengendalian pencemaran udara (PP No. 41 Tahun 1999). Seyogianya udara yang merupakan sumber daya alam harus dapat dipertahankan kestabilannya untuk mencegah bencana akibat dari udara yang sudah tidak seimbang seperti efek rumah kaca. Efek rumah kacaadalah proses masuknya sinar matahari ke bumi dan dipantulkan kembali oleh permukaan bumi dimana sinar itu berubah menjadi energi panas yang berupa sinar inframerah selanjutnya energi panas terperangkap dalam atmosfer bumi akibat keberadaan gas-gas rumah kaca yang mengakibatkan kenaikan suhu bumi. Gas-gas rumah kaca di atmosfer memiliki kemampuan untuk menyerap radiasi

(28)

matahari yang dipantulkan oleh bumi sehingga menyebabkan kenaikan suhu di permukaan bumi.

Efek rumah kaca ini tidak bisa dicegah dengan mudah. Hal ini dikarenakan aktivitas manusia yang semakin meningkat yang memproduksi gas-gas penghasil efek rumah kaca. Di Bumi terdapat sekitar 5,8 Miliar ton udara dengan berbagai macam jenis gas di dalamnya. Salah satu gas itu adalah CO2.

Gas ini merupakan salah satu tersangka utama efek rumah kaca.

Gambar 7. Efek Rumah Kaca (Sumber:portal.paseban.com)

Dengan semakin memburuknya kualitas udara terutama di kota-kota besar yang menjadi pusat industry akan semakin menambah buruknya kualitas udara yang dapat menyebabkan berbagai penyakit akibat udara yang tidak bersih. Untuk melakukan pencegahan secara konstan dan berkesinambungan maka perlu adanya pemetaan tentang pencemaran udara. Sehingga dengan pemetaan ini akan diperoleh sebuah solusi nyata untuk mengatasi dampak pencemaran kualitas udara.

(29)

2. Baku Mutu Udara

Baku mutu udara adalah ambang batas dari konsentrasi polutan yang dianggap tidak berbahaya bagi makhluk hidup. Standar kualitas udara ini disajikan dalam berat persatuan volume persatuan waktu serta telah tertuang pada surat Keputusan Menteri No. KEP-2/MENKLH/I/1988 Tentang Pedoman Penetapan Baku Mutu Lingkungan yang dikeluarkan pada tanggal 19 Januari 1988 oleh Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan hidup.

Baku mutu udara ini dikelompokkan menjadi 2 bagian. yaitu baku mutu udara ambien dan baku mutu udara emisi. Baku mutu udara ambien adalah batas konsentrasi yang diperbolehkan bagi zat atau bahan pencemar di udara, namun tidak menimbulkan gangguan terhadap makhluk hidup. Sedangkan baku mutu emisi adalah batas kadar yang diperbolehkan bagi zat atau bahan pencemar untuk dikeluarkan dari sumber pencemaran ke udara ambien.

Berkaitan dengan nilai maksimal dari konsentrasi emisi pada udara ambien maka hal tersebut telah diatur dalam Peraturan Pemerintah Nomor 41 tahun 1999 seperti pada tabel 1.

(30)

Tabel 1 Baku Mutu Udara Ambien Nasional

No Parameter Waktu Baku Mutu Pengukuran

1. SO2

1 Jam 24 Jam 1 Tahun

900 µg/Nm3

365 µg/Nm3

60 µg/Nm3

2. CO

1 Jam 24 Jam 1 Tahun

30.000 µg/Nm3

10.000 µg/Nm3

3. NO2

1 Jam 24 Jam 1 Tahun

400 µg/Nm3

150 µg/Nm3

100 µg/Nm3

4. O3

1 Jam 1 Tahun

160 µg/Nm3

5. HC 3 Jam 160 µg/Nm3

Sumber : Lampiran Peraturan Pemerintah Indonesia No. 41, 1999

3. Pencemaran Udara

Pencemaran udara adalah masuknya zat pencemar ke dalam udara atau atmosfer dalam jumlah yang melebihi ambang batas yang masih diperkenankan untuk kesehatan makhluk hidup maupun estetika. Zat pencemar udara adalah partikel-partikel halus yang mengambang dalam udara (aerosol), partikel debu, asap dan gas-gas beracun (toksik), sebagai aktivitas sampingan manusia dan alam (Rahmawati, 2003).

4. Pencemar Udara

Pencemar udara adalah substansi di atmosfer yang pada kondisi tertentu akan membahayakan manusia, hewan, tanaman atau kehidupan mikroba atau bahan bangunan (Oke, 1978). Menurut Slamet Ryadi (1982) berdasarkan asal mula dan kelanjutannya perkembangan zat pencemarnya, pencemar udara dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama, yaitu:

(31)

a. Pencemar Primer

Pencemar primer adalah semua pencemar yang berbeda di udara dalam bentuk yang hampir tidak berubah, seperti saat ia dibebaskan dari sumber sebagai hasil atau proses tertentu. Di dalam udara ambien, sebagian polutan primer akan mempertahankan bentuk senyawa aslinya (Anonim B, 2007). Umumnya berasal dari sumber-sumber yang diakibatkan oleh aktivitas manusia misalnya: kegiatan industri, transportasi, dan lain-lain. Contoh dari pencemar primer antara lain : SO2, CO, NOx, dan CH4.

b. Pencemar sekunder

Pencemar sekunder adalah merupakan hasil reaksi antara pencemar primer dengan pencemar lain yang ada di dalam udara. Reaksi yang dimaksud antara lain adalah reaksi fotokimia dan reaksi oksida katalis, termasuk dalam kategori ini adalah O3 dan Peroksiasetil Nitrat (PAN).

Kemudian zat-zat yang menyebabkan terjadinya pencemaran udara dalam bentuk fisiknya dapat berupa gas maupun partikulat molekul (Anomim C, 2009).

 Zat Pencemar Gas

Zat pencemar gas dapat berupa polutan organik seperti halnya gas Sulfur (SO2, SO3 dan H2S), gas Nitrogen (NO2, NO dan NOX),

(32)

(ozon dan sejenis oksidannya), Sianida (HCN) dan senyawa Amonium (NH3).

Gas yang terbentuk dari unsur organik, misalnya hidrokarbon (methan, ethan, oktane, acetylene, butadiene, toulen, benzpyrene), senyawa oksigen alifatis (formaldehida, aceton, asam organik, alkohol, cyanogen chloride, bromibenzyl cyanide, peroxyacyl nitrite/nitriat) (Witono, 2003).

 Partikulat Molekul

Partikulat yaitu padatan atau cairan di udara berbentuk asap, debu dan uap. Komposisi dan ukuran partikulat sangat berperan dalam menentukan pajanan. Ukuran partikulat debu yang membahayakan kesehatan umumnya berkisar 0,1 mikron – 10 mikron. Partikulat juga merupakan sumber utama haz (kabut asap) yang menurunkan visibilitas. PM10 (Particulate Matter10) berukuran ≤ 10 mikron dapat mengganggu saluran pernafasan bagian atas dan menyebabkan Iritasi. PM2,5 (Particulate Matter2,5) berukuran ≤ 2,5 mikron akan langsung masuk ke dalam paru-paru dan mengendap di alveoli (Anonim B, 2007).

5. Sumber Pencemar Udara

Banyak jenis komponen kegiatan yang dapat menjadi sumber emisi. Baik itu komponen-komponen kegiatan dalam tahap prakonstruksi, konstruksi, maupun

(33)

pasca-operasi (Anonim A, 2007). Menurut PP 41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara, sumber penyebab terjadinya pencemaran udara (oleh kegiatan manusia), dapat dikelompokkan menjadi:

a. Sumber bergerak (mobile source), yaitu yang berasal dari kegiatan transportasi/kendaraan bermotor;

b. Sumber bergerak spesifik, yaitu yang berasal dari kereta api, pesawat terbang, kapal laut dan kendaraan berat lainnya;

c. Sumber tidak bergerak (stationary source), yaitu yang berasal dari sumber emisi yang tetap pada suatu tempat. Kemudian sumber ini dikelompokkan kembali menjadi beberapa bagian, yaitu sumber titik (point souce), sumber ruang (volume source), sumber area (area source), dan sumber garis (lines source).

d. Sumber tidak bergerak spesifik, yaitu yang berasal dari kebakaran hutan/lahan dan pembakaran sampah.

6. Model Perkiraan Dispersi Emisi Gas Buang

a. Pengertian Disperi

Jika aliran polutan yang kontinu terlepas dari sumbernya dan tertiup oleh angin yang tetap (steady state) di atmosfer terbuka, pertama-tama polutan tersebut akan naik dari lubang sumber (cerobong). Kemudian aliran polutan tersebut akan berbelok ke bawah dan terus bergerak sesuai dengan arah rata-rata angin yang mengencerkan polutan dan membawanya menjauhi sumbernya. Bentuk polutan yang seperti bulu-bulu ini (plume) juga

(34)

menyebar atau dispersi dalam arah vertikal dan horizontal terhadap garis pusat (centre line) plume. Gambar skematik plume polutan yang keluar dari cerobong dengan tinggi cerobong h, kenaikan plume ∆ℎ dan tinggi efektif dari cerobong (� = ℎ + ∆ℎ) dapat dilihat pada gambar 8.

Gambar 8. Penyebaran Polutan dua dimensi dalam bentuk Plume Bentuk dispersi tersebut secara umum berbentuk tiga dimensi mengikuti hukum difusi, yaitu gerakan fluida dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Akan tetapi, penyebaran polutan dalam bentuk plume ini juga diakibatkan oleh faktor-faktor lain sebagai difusi molekul tersebut.

Perlu diketahui bahwa setiap fluida yang mengalir turbulen mengandung pusaran arus (eddy) yang merupakan fluktuasi acak daripada rata-rata aliran. Pusaran arus mungkin masuk ke bagian sempit plume dan secara cepat mengubah konsentrasi polutan di bagian dalam akibat udara bersih yang dibawa oleh pusaran arus tersebut dari luar lokasi plume.

(35)

Akibatnya, ukuran plume membesar dan konsentrasi polutan dalam plume semakin menurun. Pusaran arus ini dapat bekerja pada arah mendatar maupun vertikal.

Pusaran arus dalam atmosfer berasal dari pengaruh termal dan mekanik. Misalnya energi matahari yang diserap oleh permukaan bumi akan diubah menjadi panas. Energi panas pada permukaan ini dipindahkan ke dalam udara lapisan terdekat melalui konduksi dan konveksi, yang selanjutnya menciptakan pusaran termal. Adapun pusaran arus mekanik terjadi akibat guntingan permukaan tanah sebagai akibat adanya aliran udara pada permukaan tanah yang kasar (pohon-pohon atau gedung-gedung). Permukaan kasar akan menghasilkan pusaran arus yang lebih besar daripada permukaan yang rata (padang pasir atau permukaan bersalju).

Alasan lain adanya penyebaran plume karena perubahan acak yang terjadi pada angin. Konsentrasi polutan pada titik tertentu diukur dalam periode waktu tertentu yang disebut waktu rata-rata sampling. Akan tetapi, selama pengukuran ini, kondisi angin mungkin berubah arah dan besarnya sehingga mungkin membawa polutan dalam waktu sesaatnya lebih besar atau lebih kecil dari pada dalam waktu yang dicatat secara rata-rata oleh alat pencatat polutan. Lebih lama waktu yang digunakan untuk mendapatkan nilai rata-ratanya, perubahan angin pada waktu sesaat tersebut akan terjadi lebih sering. Fluktuasi acak sedemikian menyebabkan penyebaran plume yang lebih luas ke daerah arah angin.

(36)

Akibat dari pusaran arus dan fluktuasi angin maka perhitungan parameter plume harus berdasarkan waktu rata-rata bukan waktu sesaat. Konsentrasi polutan berdasarkan waktu rata-rata pada jarak x, searah angin dari sumbernya didistribusikan pada arah kurang lebih y. Walaupun demikian profil konsentrasi polutan pada waktu sesaat pada arah Y0 dan jarak X0,

sangatlah berbeda, seperti terlihat dalam Gambar 9 .

Gambar 9. Pandangan atas plume pada waktu sesaat rata-rata satu jam Perlu diketahui bahwa pada saat jarak X0 naik, penyebaran polutan melebar

dalam arah y dan konsentrasi maksimum berkurang. Skema dari proses ini dapat dilihat pada gambar 10.

(37)

Gambar 10. Profil konsentrasi polutan sebagai fungsi jarak arah angin

Penyebaran yang senada dari plume terjadi juga pada arah vertikal sehingga menghasilkan distribusi normal lainnya. Dengan demikian, distribusi polutan dinamakan distribusi normal. Salah satu metode dalam pengembangan persamaan untuk membuat model distribusi polutan dengan sifat-sifat ini adalah dengan menganggap kondisi angin steady state dan memperhitungkan penyebaran plume hanya berdasarkan dasar pusaran arus. Berdasarkan pendekatan ini, persamaan diferensial tingkat dua dapat diturunkan dari anggapan keseimbangan materi. Salah satu penyelesaian persamaan ini dikenal dengan nama persamaan difusi Fickian, yaitu persamaan yang memprediksi konsentrasi polutan terdistribusi secara normal. Walaupun demikian, model ini memerlukan penggunaan rata-rata difusivitas pusaran arus dan angin steadystate yang hanya merupakan salah satu perkiraan nyata setara eksperimen. Pendekatan lain yang diakui keunggulannya dalam aplikasi adalah metode penyebaran normal dengan

(38)

proses perhitungan statistik. Model ini sering disebut dengan persamaan Dispersi Gaussian (Witono, 2003).

Metode yang akan digunakan pada penelitian ini adalah metode distribusi gaussian yang berasal dari satu sumber titik. Oleh karena itu, pembahasan hanya dibatasi pada metode distribusi gaussian yang berasal dari satu sumber titik saja.

b. Distribusi Gaussian

Sampai saat ini, model Gaussian tetap dianggap paling tepat untuk melukiskan secara matematis pola 3 dimensi dari perjalanan semburan (plume) emisi (Anonim A, 2007). Distribusi Gaussian atau normal sering dihasilkan dari proses acak. Peubah acak x dikatakan terdistribusi Gaussian atau normal bila memenuhi persamaan





2 2 1

( ) exp

2 2

f x 

  _{ }         (1)

untuk    x

dengan −∞ < � < ∞ dan � > 0. Parameter � disebut dengan rataan dan � disebut standar deviasi (Walck, 2007). Pada distribusi normal Model Gaussian bentuk kurva penyebarannya dianggap seperti bel (gambar 11).

(39)

Gambar 11. Kurva normal dengan  ₁ ₂ dan  ₁ ₂

Tampak pada gambar 11, nilai



merepresentasikan posisi nilai maksimum dari persamaan f(x) sedangkan parameter  berfungsi untuk mempertajam bentuk kurva. Apabila nilai  ₁  ₂ maka posisi nilai maksimum kurva tersebut akan berada pada posisi yang sama (gambar 12).

Gambar 12. Kurva normal dengan  ₁ ₂ dan  ₁ ₂

Kemudian untuk peubah acak x dan y masing-masing berdistribusi normal dan saling bebas, fungsi kepadatan peluangnya (fkp) merupakan hasil perkalian dari fkp peubah acak x dan y. Hasil perkalian antara kedua persamaan dapat dilihat pada persamaan (2).



 ₂ x



1 2

  x 1

(40)

2 2

( ) (y )

( , ) exp

2 2 2

x x

x y x y

f x y  

   

_{ } _{ } 

 _  _

  (2)

untuk    x dan    y

Prosedur dasar yang digunakan dalam perhitungan dispersi (standar deviasi) mengikuti teori probabilitas normal Gaussian telah diperkenalkan aplikasinya oleh Pasquill (1961) yang selanjutnya dimodifikasi oleh Gifford (1961).

c. Estimasi Dispersi di Atmosfer

Dalam sistem koordinasi estimasi dispersi atmosfer untuk koordinat x dianggap sebagai arah horizontal sepanjang arah angin. Koordinat y merupakan bidang horizontal dan tegak lurus terhadap koordinat x sedangkan z sama seperti koordinat y tetapi ke arah vertikal. Plume bergerak sepanjang atau sejajar dengan koordinat x. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 12.

Gambar 13. Estimasi Dispersi di Atmosfer h

(41)

d. Persamaan Gaussian untuk Sumber Titik

Konsentrasi C dari gas atau aerosol (partikel kurang dari 20 mikron diameternya) pada x, y, z dari sumber kontinyu dengan tinggi emisi efektif H, dirumuskan dalam persamaan 3.

 









2 2

, , , 2 2 2

-exp exp exp

2 2 2 2

x y z H

y z H y z z

z H z H

Q y C U              __ __ __  __  _  _ _ _  _ _      _ __{ } _       (3) Keterangan:

� , , ,� : konsentrasi polutan udara dalam massa per volume ��/�

Q : laju emisi polutan dalam massa per waktu ��/ �� UH : kecepatan angin di tinggi efektif (m/detik)

� : koefisien dispersi secara horizontal terhadap sumbu x (m) � : koefisien dispersi secara vertikal terhadap sumbu x (m) � : konstanta matematika untuk phi (3,14)

H : Tinggi efektif stack (cerobong) dari pusat kepulan (m) (H   h h )

x : Jarak pengamat terhadap cerobong yang searah dengan arah angin (m)

y : jarak pengamat sejajar dengan sumbu-y dari sumber emisi (m)

(42)

7. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Penyebaran Polutan

Kecepatan penyebaran polutan dipengaruhi oleh beberapa faktor meteorologi. Meteorologi merupakan ilmu yang mengkaji kedinamisan atmosfer. Kecepatan angin, temperatur, dan stabilitas atmosfer adalah faktor meteorologi yang sangat berpengaruh dalam penyebaran polutan (Sianturi, 2004).

a. Kecepatan Angin

Ada 3 hal yang penting dari peran angin terhadap proses dispersi di atmosfer, antara lain:

1) emisi disebarkan oleh faktor proporsional terhadap kecepatan angin yang berhembus melewati sumber emisi;

2) angin menyebabkan bertambahnya turbulensi mekanis;

3) semakin besar kecepatan angin maka penyebab buoyancy akan diperkecil efeknya sehingga ketinggian penyebaran zat polutan pada ketinggian sekitar zat terjaga.

Friksi pada permukaan tanah akan berpengaruh terhadap kecepatan angin sehingga kecepatan di atas lebih tinggi daripada kecepatan di bawah. Perubahan kecepatan angin terhadap ketinggian dapat dirumuskan dengan persamaan:

0 0

U U

z  

 _ _

(43)

Keterangan:

U_z : kecepatan angin pada ketinggian z (m/s)

U0 : kecepatan angin yang diukur dengan anemometer (m/s)

z0 : tinggi lokasi pengambilan data kecepatan angin dari

permukaan tanah (m) z : tinggi lokasi z (m)

p : eksponen yang nilainya bervariasi bergantung pada stabilitas atmosfer (Hoesodo, 2004).

Nilai P merupakan fungsi dari kelas stabilitas Pasquil-Gifford dan kondisi topografis. Nilai P pada kondisi urban dan rural dapa dilihat pada tabel 2.

Tabel 2. Variasi nilai eksponensial kecepatan angin untuk daerah rural dan urban

Kelas Stabilitas Eksponensial Kecepatan Angin (p)

Urban Rural

A 0,15 0,07

B 0,15 0,07

C 0,20 0,10

D 0,25 0,15

E 0,40 0,35

F 0,60 0,55

(Reible,1999)

b. Stabilitas Atmosfer

Pancaran sinar matahari yang menuju bumi merupakan fluks energi. Fluks energi ini bervariasi harian (saat fajar, siang hari, sore hari dan malam hari), musiman (musim dingin dan panas), secara geografi (kutub, khatulistiwa), dan pengaruh daerah setempat (berawan, cerah). Semakin tinggi pancaran

(44)

mengakibatkan semakin banyak energi yang mencapai permukaan. Selain permukaan yang memiliki daya pantul yang lebih besar (seperti salju atau es), semua energi tersebut akan diserap oleh tanah sehingga memanaskan permukaan bumi. Kemudian energi panas ini akan ditransfer ke udara di sekitar tanah dalam jumlah yang banyak sehingga udara panas cenderung naik dengan cepat. Dalam hal ini, atmosfer dikatakan unstable.

Stabilitas atmosfer adalah metode yang digunakan untuk mengklasifikasi kemampuan atmosfer untuk mengencerkan dan mencampur udara. Metode klasifikasi yang digunakan EPA juga melibatkan mekanik angin karena dapat mendominasi efek pencampuran panas.

Tabel 3. Kestabilan Atmosfer (Pasquil-Gifford) Kecepatan Angin

Permukaana

Pancaran Sinar Matahari Siang Hari

Kondisi Awan Malam Hari Kuatb Sedangc Lemahd Banyak



4 / 8



Bersih



3 / 8



<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

Catatan:

1) kecepatan angin diukur 10 meter dari tanah;

2) kondisi siang hari cerah pada musim panas dengan matahari >600 di

atas horizon;

3) kondisi siang hari musim panas dengan sedikit awan atau siang hari cerah dengan matahari 350– 360 di atas horizon;

(45)

4) kondisi sore hari atau siang hari berawan musim panas atau siang hari cerah musim panas dengan matahari antara 1500– 3500 ;

5) kondisi awan didefinisikan sebagai fraksi langit tertutup awan;

6) untuk kondisi A-B, B-C, atau C-D rata-rata nilai berlaku untuk masing-masing.

A B C

= sangat tidak stabil = sedang tidak stabil = lemah tidak stabil

D E F

= netral = lemah stabil = stabil (Faizal, 2004)

c. Koefisien Dispersi

Nilai koefisien dispersi ini didasarkan pada kelas stabilitas atmosfer. Skema untuk menentukan nilai koefisien dispersi telah banyak dikembangkan oleh para ilmuwan. Skema yang telah dikembangkan oleh Turner adalah skema yang paling banyak diterima untuk menentukan koefisien dispersi. Skema ini menggunakan pendekatan dari hasil penelitian Pascuill dan Giford yang kemudian metode ini disebut dengan koefisien Pascuil-Giford-Turner (PGT). Grafik dari koefisien dispersi ini dapat dilihat pada gambar 13 dan 14.

(46)

Gambar 14. Grafik koefisien dispersi pada sumbu-z di daerah rural

(47)

Kesulitan untuk menentukan nilai koefisien dispersi

 

 yang akurat menyebabkan munculnya persamaan-persamaan empiris sebagai solusi dari penentuan nilai koefisien tersebut. Persamaan McMullen merupakan persamaan yang paling banyak digunakan untuk menentukan nilai koefisien Turner pada daerah rural, yaitu:

2 exp(I J(ln )x K(ln ) )x

    (5)

 : koefisien dispersi (m) x : jarak searah dengan angin (m)

Kemudian untuk nilai konstanta I, J dan K dapat dilihat pada tabel 4.

Tabel 4. Konstanta I,J dan K pada persamaan McCullen Kelas

Stabilitas Pasquill

Untuk menentukan nilai y

 Untuk menentukan nilai _z

I J K I J K

A 5,357 0,8828 -0,0076 6,035 2,1097 0,2770 B 5,058 0,9024 -0,0096 4,694 1,0629 0,0136 C 4,651 0,9181 -0,0076 4,110 0,9201 -0,0020 D 4,230 0,9222 -0,0087 3,414 0,7371 -0,0316 E 3.922 0,9222 -0,0064 3,057 0,6794 -0,0450 F 3,533 0,9191 -0,0070 2,621 0,6564 -0,0540

Untuk asap yang melewati dari perkotaan (urban), posisi konsentrasi maksimal pada permukaan tanah tidak hanya lebih dekat dengan sumber emisi, melainkan memiliki nilai konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan asap yang melewati daerah rural. Hal ini disebabkan oleh pencampuran turbulensi yang berasal dari bangunan-bangunan tinggi di sekitar cerobong asap.

(48)

Untuk area perkotaan (urban), nilai koefisien dispersi dapat ditentukan dengan persamaan:





K Ix Jx

   (6)

Sementara nilai konstanta I, J dan K dapat dilihat pada tabel 5.

Tabel 5. Konstanta I,J dan K pada persamaan McCullen Kelas

Stabilitas Pasquill

Untuk menentukan nilai y

 Untuk menentukan nilai _z

I J K I J K

A-B 320 0,40 -0,50 240 1,00 0,5

C 220 0,40 -0,50 200 0,00 0,00

D 160 0,40 -0,50 140 0,30 -0,50

E-F 110 0,40 -0,50 80 1,50 -0,50

(Laskarzewska & Mehrvar, 2009)

d. Plume Rise

Plume rise berkaitan dengan tinggi efektif (H) suatu cerobong. Tinggi efektif merupakan jumlah dari tinggi cerobong ditambah dengan plume rise atau kenaikan kepulan asap atau secara matematis ditulis sebagai:

H  h h (7)

dengan

H : tinggi efektif (m)

h : tinggi fisik cerobong (m) h

(49)

Bergeraknya polutan secara vertikal disebabkan oleh tingginya kecepatan awal polutan saat keluar cerobong dan kemampuan bergerak naik (buoyancy) akibat tingginya suhu polutan. Sketsa dari plume rise dapat dilihat pada gambar 16.

Gambar 16. Plume Rise

Untuk menentukan nilai plume rise berbagai persamaan dan model matematika telah diajukan. Dua di antara persamaan tersebut diajukan oleh Holland dan Briggs.

Secara matematis persamaan Holland sebagai:

3 1,5 2, 68 10

pc pc u

v d T T

h P d

u T

 

 

  _   _

  (8)

dengan h

 : plume rise (m)

v : kecepatan polutan keluar dari cerobong (m/s)

h

(50)

d _{: diameter cerobong asap} _(m)

pc T

: suhu polutan (K)

T _{: suhu lingkungan} _(K)

P _{: tekanan atmosfer} _{(milibar atau mbar)}

u _{: kecepatan angin} _(m/s)

2, 68 10  : konstanta (m-1

.mbar-1)

(Cota, 1984).

Persamaan Holland ini masih memiliki kelemahan yaitu tidak memperhatikan sisi kestabilan atmosfer. Oleh karena itu Briggs kemudian mempublikasikan persamaan untuk menentukan plume rise dengan melibatkan parameter stabilitas dan parameter buoyancy.

1) Parameter Stabilitas

Parameter stabilitas dilambangkan dengan s

 

1 2

sec yang berfungsi

mengklasifikasikan pengaruh pergolakan udara di atmosfer pada plume rise. Parameter stabilitas dirumuskan dengan:

g d s

Tu dz



 

  _ _ (9)

dengan

g : percepatan gravitasi (m/s2₎

Tu : suhu lingkungan (K) d



(51)

Gradien kekuatan suhu merupakan selisih antara suhu udara sekitar (ambient temperature gradient) dengan laju perubahan adiabatik (adiabatic lapse rate) yang ideal. Nilai dari gradien kekuatan suhu dapat dilihat pada tabel 6.

Tabel 6.Potential Temperature Gradient

Kelas Stabilitas

Pasquill

Gradien suhu udara sekitar

(rata-rata)

Laju Perubahan

adiabatik Gradien Kekuatan Suhu

dz 

d dT dz dz

 _ _{ }



F/1000 kaki





F/1000 kaki





F/1000 kaki



(K/m)

A <-10,4 -5,5 <-4,9 <-0,009

B -9,9 -5,5 -4,4 -0,008

C -8,8 -5,5 -3.3 -0,006

D -5,5 -5,5 0 0

E 2,8 -5,5 8,3 0,015

F >8,2 -5,5 >13,7 >0,025

2) Parameter Fluks Buoyancy

Parameter fluks buoyancy digunakan untuk mengklasifikasikan laju aliran buoyancy pada polutan yang keluar dari cerobong asap. Secara matematis persamaan fluks buoyancy ditulis dengan:

2 pc u pc

pc T T F gv r

  

 _ _

  (10)

dengan

F : Fluks buoyancy (m4/s3)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

v : kecepatan polutan keluar dari cerobong asap (m/s) r : diameter cerobong asap (m)

(52)

T : suhu polutan (K)

T : suhu udara sekitar cerobong (K)

8. MATLAB

MATLAB merupakan software yang andal untuk menyelesaikan berbagai permasalahan komputasi numerik yang diproduksi oleh The Mathwork, Inc. Solusi dari permasalahan yang berhubungan dengan vektor dan matriks dapat diselesaikan dengan mudah dan sederhana menggunakan software ini. Bahkan, software ini dapat memecahkan inversi matriks dan persamaan linear dengan cepat dan mudah sekali.

Ada beberapa toolbox yang disediakan MATLAB untuk menyelesaikan kasus yang lebih khusus, antara lain:

 Imageprocessing menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan pengolahan citra;

 Signal Processing menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan dengan pengolahan sinyal;

 Neural Network menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan dengan jaringan saraf tiruan (Irawan, 2012).

Agar Matlab 7.12 dapat berjalan dengan baik, kriteria minimal hardware yang harus dimiliki oleh komputer, antara lain:

(53)

 Processor minimal Intel Pentium IV (mendukung SSE2) atau AMD yang sudah mendukung SSE2;

 RAM minimal 1024 MB (1 GB);

 Ruang kosong pada hardisk minimal 1 GB;

 Sistem operasi dimulai Windows XP Service Pack 3 hingga versi terbaru yaitu windows 8 (The MathWorks, 2011).

a. Memulai MATLAB

Menjalankan Matlab dapat dilakukan dengan prosedur sebagai berikut. 1) Start, program, MATLAB, R2011a

2) Menggunakan icon MATLAB 7.12.

b. Lingkungan Kerja MATLAB

Matlab menyediakan lingkungan kerja terpadu layaknya bahasa pemrograman lainnya. Lingkungan terpadu ini senantiasa dilengkapi seiring dengan pembaruan versinya. Lingkungan terpadu ini terdiri beberapa form/window yang memiliki fungsi masing-masing. Gambar 17 adalah tampilan form utama dari Matlab 7.12.

(54)

Gambar 17. Tampilan window utama MATLAB 7.12

Window Utama MATLAB

Window ini merupakan window induk yang melingkupi seluruh lingkungan kerja MATLAB. Pada versi-versi sebelumnya, window ini secara khusus belum ada namun terintegrasi dengan command window. Tidak ada fungsi utama yang ditawarkan oleh window ini selain sebagai tempat dock-ing bagi form yang lain.

Workspace window

Workspace adalah suatu lingkungan abstrak yang menyimpan seluruh variabel dan perintah yang pernah digunakan selama penggunaan MATLAB berlangsung. Window ini juga baru diperkenalkan pada versi 6, berfungsi sebagai navigator bagi pemakai dalam penyediaan informasi mengenai variabel yang sedang aktif dalam workspace pada saat pemakaian. Tampilan worskpace dapat dilihat pada gambar 18.

Workspace

Commad Histrory Curret Folder

(55)

Gambar 18. Tampilan Workspace

Current Folder Window

Window ini juga fasilitas yang diperkenalkan pada versi 6. Window ini berfungsi sebagai browser direktori aktif yang hampir sama dengan window explorer. Tampilan Current Folder Window dapat dilihat pada gambar 19.

(56)

Command History

Window ini berfungsi sebagai penyimpan perintah-perintah yang pernah dikerjakan pada suatu workspace. Window ini mulai diperkenalkan pada MATLAB 6. Untuk tampilan Command History dapat dilihat pada gambar 20.

Gambar 20. Tampilan Command Window

MATLAB Editor

Window ini berfungsi untuk membuat skrip program MATLAB. Walaupun skrip program dapat dibuat dengan menggunakan berbagai program editor seperti notepad, wordpad, word dan lain-lain. Namun sangat dianjurkan untuk menggunakan MATLAB editor ini karena kemampuannya dalam mendeteksi kesalahan pengetikan sintak oleh programmer.

Saat window utama MATLAB muncul, window MATLAB editor tidak akan muncul dengan sendirinya. Untuk menampilkan MATLAB editor

(57)

prompt MATLAB atau dengan cara mengklik pada icon Creat New. Tampilan MATLAB editor dapat dilihat pada gambar 21.

Gambar 21. Tampilan MATLAB editor

Graphical User Interface (GUI)

Interaksi antara user dengan perintah teks semakin dipermudah dengan adanya GUI. GUI merupakan tampilan grafis yang membuat program menjadi lebih user friendly (Paulus & Nataliani, 2007).

Untuk membuka lembar kerja GUI dalam MATLAB dapat digunakan cara mengklik File, New, GUI atau mengetikkan guide pada commandwindow. Tampilan GUI dapat dilihat pada gambar 22.

(58)

Gambar 22. Tampilan GUI pada MATLAB

c. Bekerja dengan MATLAB

Membuat sebuah program pada MATLAB dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu langsung mengetikkan di command window atau menggunakan File M.

1) Langsung di Command Window

Cara ini yang sering digunakan oleh pemula, namun akan sulit bagi seorang user untuk mengevaluasi perintah secara keseluruhan karena biasanya perintah hanya dilakukan baris per baris.

2) Menggunakan File M

Cara ini biasanya digunakan oleh programmer yang lebih mahir. Kelebihan cara ini terletak pada kemudahan untuk mengevaluasi perintah secara keseluruhan. Terutama untuk program yang

(59)

membutuhkan waktu pengerjaan yang cukup lama serta skrip yang cukup panjang.

d. Operator Aritmatika MATLAB

Operasi matematika dalam MATLAB sangat sederhana, sama halnya dengan menggunakan kalkulator biasa. Operator-operator aritmatika yang digunakan dalam MATLAB dapat dilihat pada tabel 7.

Tabel 7 Operator-Operator Aritmatika dalam MATLAB

Operasi Format

Aljabar

MATLAB Contoh

Penjumlahan + a+b 5+7

Pengurangan − a-b 8-4

Perkalian × a*b 8.12*6.15

Permbagian kanan ÷ a/b 3.14/4.6

Pembagian Kiri ÷ a\b 3\6

(60)

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Penelitian ini dilaksanakan Juli sampai dengan Oktober 2013 di Laboratorium Pemodelan Fisika Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.

B. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:

1. Laptop

Adapun spesifikasi laptop yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada tabel 8.

Tabel 8. Spesifikasi Teknis

Deskripsi Spesifikasi

Processor Intel Core to 2 (2,2 GHz)

Video Mobile Intel GMA 4500MHD

RAM 3 GB

Hard disk 320 GB

Operating System Microsoft Windows 7

2. Software

(61)

3. Data Primer

Data ini diperoleh langsung dari penelitian yang dilakukan di lokasi pabrik semen.

4. Data sekunder

Data ini merupakan data keadaan geografi yang menginformasikan kecepatan angin dan stabilitas atmosfir rencana lokasi pabrik semen. Data ini diperoleh dari Badan Meteorolgi Klimatologi dan Geofisika (BMKG).

C. Prosedur Penelitian

1. Pengumpulan Data Primer dan Sekunder

Data primer dan sekunder berfungsi sebagai referensi yang akan digunakan pada persamaan gaussianplume model. Data ini bisa diperoleh data pengamatan langsung di lapangan (data primer) dan Badan Meteorolgi Klimatologi dan Geofisika untuk data sekunder

2. Penyelesaian Numerik Persamaan Gaussian pada Gas dan Partikulat Molekul

Langkah selanjutnya yaitu mendefinisikan kedua bentuk persamaan Gaussian yaitu persamaaan untuk gas dan partikulat molekul. Persamaan yang digunakan adalah persamaan (1):

 









2 2

, , , 2 2 2

-exp exp exp

2 2 2 2

x y z H

y z z y z z

z H z H

Q y C U              __ __ __  __  _  _ _ _  _ _               

(62)

Kemudian persamaan tersebut diubah ke dalam bentuk numerik. Setelah didapat bentuk numeriknya, persamaan numerik tersebut diselesaikan dengan menggunakan bahasa pemrograman matlab.

3. Aplikasi dari penyelesaian Persamaan Gaussian

Setelah mendapat penyelesaian akhir dari persamaan Gaussian untuk gas dan partikulat molekul dalam bentuk numerik, langkah selanjutnya adalah mengaplikasikan penyelesaian persamaan Gaussian tersebut. Adapun aplikasi dalam penelitian ini adalah membuat simulasi penyebaran polutan yang berasal dari cerobong asap berupa grafik dua dimensi, contour dan tiga dimensi dengan variasi nilai suhu cerobong, kecepatan angin dan tinggi efektif cerobong guna mengetahui pengaruh ketiga parameter tersebut terhadap penyebaran konsentrasi polutan.

Pada grafik dua dimensi aplikasi ditampilkan dalam bentuk kurva konsentrasi polutan pada sumbu x yang searah dengan arah angin dan sumbu y yang melintang horizontal terhadap arah angin. Selain itu, simulasi juga akan ditampilkan dalam bentuk contour dengan komponen sumbu x, sumbu y dan konsentrasi polutan (C). Selanjutnya untuk grafik tiga dimensi, aplikasi ditampilkan dalam bentuk kurva tiga dimensi yang terdiri dari komponen sumbu x, sumbu y dan sumbu z yang dalam hal ini mewakili nilai konsentasi polutan. Sebagai tambahan, simulasi ini juga akan ditampilkan dalam bentuk peta penyebaran asap. Peta tersebut diperoleh dari software Google Earth lalu di-mapping dengan contour penyebaran asap pabrik.

(63)

D. Flowchart Penelitian

Penelitian merupakan pendekatan pemodelan dengan analasis terhadap kegiatan lokasi rencana pabrik semen. Langkah-langkah penelitian seperti pada gambar 23.

Gambar 23. Flowchart Langkah-langkah penelitian MULAI

Pengumpulan data primer dan sekunder

Penyusunan Model (Gaussian Plum Model)

Running Model

Verifikasi Pengolahan data Primer

dan sekunder

Matlab 7.12

Visualisasi Model

Selesai Ya

(64)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut.

1. Konsentrasi polutan pada daerah yang berjarak 500 meter dari cerobong asap dengan sudut 30º terhadap sumbu x (searah arah angin) sebesar 2,1 x 10-13

gr/m3

2. Semakin kecil nilai perubahan suhu

 

T antara suhu dalam cerobong dengan suhu udara di sekitar cerobong asap, semakin bertambah panjang diameter pola sebaran pusat .

3. Semakin besar nilai

 

T maka nilai plume rise semakin kecil.

4. Semakin besar kecepatan angin pola penyebaran polutan semakin menyempit dan nilai konsentrasi polutan pada pusat sebaran semakin bertambah.

(65)

B. Saran

Saran yang dapat diberikan pada penelitian ini adalah sebagai berikut.

1. Menambah jumlah data primer atau sekunder dengan berbagai kondisi lingkungan sehingga diperoleh pola penyebaran polutan yang lebih bervariasi. 2. Menambah fitur database pada aplikasi untuk menyimpan data hasil simulasi.

(66)

DAFTAR PUSTAKA

Anonim (2001). Peraturan Pemerintahan Republik Indonesia No.41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara. Jakarta: Badan Pengendalian Dampak Lingkungan.

Anonim. (1997). Memprakirakan Dampak Lingkungan Kualitas Udara. Jakarta: Kementrian Lingkungan Hidup.

Anonim. (2001). Peraturan Pemerintahan Republik Indonesia No.41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara. Jakarta: Badan Pengendalian Dampak Lingkungan.

Anonim. (2008). Status Lingkungan Hidup Indonesia. Jakarta: Kementrian Lingkungan Hidup.

Anonim. (2009). Modul Diklat Pengendalian Pencemaran Udara Evaluasi Data Hasil Pemantauan Kualitas Udara. Jakarta: Penerbit Pusat Pendidikan dan Pelatihan.

Away, G. A. (2006). The Shortcut of Matlab. Bandung: Informatika.

Cota, H. M. (1984). A Basic Computer Program for the Gaussian Equation for a Point Source. Journal of the Air Polution Control, vol 34(3), Page 253. Faizal. (2004). Evaluasi Penggunaan Model Gaussian pada Ruas Jalan Prof. Dr.

Soepomo Jakarta Terkait dengan Keberadaan Pohon di Pinggir Jalan. Thesis. Semarang: Universitas Diponegoro.

Hoesodo, D. (2004). Permodelan Pencemaran Udara Akibat Lalu Lintas di Jalan Arteri. Thesis. Semarang: Universitas Diponegoro.

Irawan, F. A. (2012). Buku Pintar Pemrograman Matlab. Yogyakarta: Mediakom. Laskarzewska, B., & Mehrab Mehvar. (2009). Atmospheric Chemistry In Existing

Air Atmospheric Dispersion Models and Their Aplications: Trend, Advances, and Future in Urban Area in Ontario, Canada and in Other Areas of The World. International Journal Of Engineering (IJE), Vol 3(1), Page 21-57.

(67)

Urban Area. International Journal of Advanced Research, Vol 1(7), Page 697-707.

Niam, A. G., Kudang B. Seminar, & Arief S. Yuwono. (2009). Simulasi Dispersi Gas Polutan dari Cerobong ke Lingkungan Computational Fluid Dynamics (CFD). Prosiding Seminar Nasional Himpunan Informatika Pertanian Indonesia (pp. 1-10). Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Nugroho, A. S. (2012). Hubungan Konsentrasi Debu Total dengan Gangguan Fungsi Paru pada Pekerja di PT. KS Tahun 2012. Thesis. Jakarta: Universitas Indonesia.

Oke, T. (1978). Boundary Layer Climate. London: Methuen & CO Ltd.

Puspitasari, A. D. (2011). Pola Spasial Pencemaran Udara dari Sumber Pencemar PLTU dan PLTGU Muara Karang. Skripsi. Depok: Universitas Indonesia. Rahmawati, F. (2003). Aplikasi Model Dispersi Gauss untuk Menduga

Pencemaran Udara di Kawasan Industri. Thesis. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Reible, D. D. (1999). Fundamentals Of Environmental Engineering. United State of America: Lewis Publishers.

Ryadi, S. (1982). Pencemaran Udara. Surabaya: Usaha Nasional.

Sianipar, R. (2013). Pemrograman Matlab dalam Contoh dan Penerapan. Bandung: Informatika.

Suhariyono, G. (2002). Korelasi Karakterisasi Partikel Debu PM10/PM2,5 dan Resiko Kesehatan Masyarakat di Rumah-Rumah Sekitar Industri Semen. Thesis. Bogor: Institut Pertanian Bogor.

Supriyono. (2010). Aplikasi Komputer Untuk Visualisasi Pola Sebaran

Konsentrasi Gas dari Sumber Titik Instan dalam Fluida Diam dan Medium Anisotrop. Jurnal Forum Nuklir, 55-66.

Suryani, S., Gunawan, & Ambo Upe. (2010). Model Sebaran Polutan SO2 pada Cerobong Asap PT. Semen Tonasa. Konggres dan Seminar Nasional Badan Koordinasi Pusat Studi Lingkungan Hidup se-Indonesia. Pekan Baru: Universitas Hasanuddin.

The MathWorks, I. (2011). System Requirements-Releas 2011a. Retrieved September 27, 2013, from MathWorks:

(68)

Walck, C. (2007). Statistical Distributions For Experimentalists. Stockholm: University Of Stockholm.

Witono, D. (2003). Karakteristik Pencemaran Udara Di PLTGU UJB-I Tambak Lorok Semarang. Thesis. Semarang: Universitas Diponegoro.

(1)

D. Flowchart Penelitian

Penelitian merupakan pendekatan pemodelan dengan analasis terhadap kegiatan lokasi rencana pabrik semen. Langkah-langkah penelitian seperti pada gambar 23.

Gambar 23. Flowchart Langkah-langkah penelitian MULAI

Pengumpulan data primer dan sekunder

Penyusunan Model (Gaussian Plum Model)

Running Model

Verifikasi Pengolahan data Primer

dan sekunder

Matlab 7.12

Visualisasi Model

Selesai Ya

(2)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut.

1. Konsentrasi polutan pada daerah yang berjarak 500 meter dari cerobong asap dengan sudut 30º terhadap sumbu x (searah arah angin) sebesar 2,1 x 10-13 gr/m3