38 teknik struktur dari kasus yang akan disimulasikan, sehingga sotfware ini
mempermudah pengguna user dalam memecahkan masalah yang akan dikaji. Karena dalam sotfware ini sudah terintegrasi menjadi satu paket
antara perangkat untuk membangun penggambaran geometri dan perangkat untuk menganalisa kasus aliran fluida tersebut, sehingga dapat
memvisualisasikan distribusi fluida secara numerik. Geometri yang akan disimulasikan berbentuk outdoor dan sumber
pencemar diasumsikan tunggal yang berupa cerobong stack dari suatu industri. Prinsip kerja perhitungan yang dilakukan oleh sotfware ini
menggunakan metode finite volume dengan mengintegrasikan persamaan model Navier-Stokes sebagai dasar perhitungan kasus mekanika fluida yang
akan dianalisis. Pendekatan numerik dengan model Navier-Stokes merupakan jenis model persamaan mekanika fluida yang dianggap paling
otentik diantara model lainnya. Hasil running dari proses simulasi direpresentasikan secara otomatis dalam bentuk data dan grafik dengan tipe
file Excel Office, .JPEG untuk gambar dan tipe file .avi untuk file jenis animasi video.
C. Parameter Input
Parameter input untuk simulasi ini adalah : 1
Debit emisi gas polutan Debit emisi gas polutan sebagai input diperoleh dari cerobong yang
mengemisikan polutan dengan satuan kilogram per detik kgs. 2
Kecepatan Angin Kecepatan angin yang akan diinput berupa aliran seragam dan
diasumsikan pengambilan data kecepatan angin ini dengan metode wind rose, yaitu berdasarkan arah angin dominan. Besarnya nilai kecepatan angin
ditentukan dengan asumsi dari penulis. 3
Jarak Jarak x, y, z yang dimaksud, merupakan jarak yang diperkirakan dari
sumber emisi source of emission sampai titik dimana kadar gas polutan itu ingin diketahui, dalam aplikasi ini adalah titik posisi receptor dari sumber
emisi. Untuk mendapatkan nilai standar deviasi kepulan emisi terhadap
39 jarak y dan z
y, z
maka jarak pada pada koordinat x ditransformasikan pada Persamaan 24.
4 Sifat-sifat spesifik kimia gas polutan
Gas polutan yang menjadi objek simulasi adalah hydrogen sulfide H
2
S, sulfur dioxide SO
2
, dan carbon monoxide CO. Spesifikasi sifat kimia dari masing-masing fluida yang diinput ke dalam database software
adalah molecular weight, panas jenis, viskositas dinamik dan konduktivitas panas. Parameter ini yang akan mempengaruhi karakteristik aliran dispersi
fluida dalam simulasi.
D. Data Input
Data input dalam simulasi ini menggunakan data fiktif sesuai dengan skenario rancangan penulis, namun untuk data emisi gas polutan yang diinput
diambil dari hasil perhitungan kasus di beberapa industri yang berbeda. Penentuan data fiktif dilakukan dengan perkiraan terhadap keadaan di beberapa industri.
Beberapa data input fiktif yang akan disimulasikan terdapat pada Tabel 6. Tabel 6. Data input fiktif.
No. Parameter
Satuan Kuantitas
1 Kecepatan angin
ms 2
2 Temperatur lingkungan
º C 27
3 Temperatur emisi di cerobong
º C 200
4 Tekanan udara
Pa 101325
5 Jarak-x
m -20 s.d. 300
6 Jarak-y
m 0 s.d. 100
7 Jarak-z
m -50 s.d. 50
8 Dimensi cerobong
tinggi m
20 diameter luar
m 4
diameter dalam m
3,8 kemiringan permukaan dinding
deg 1
Dimensi struktur cerobong secara detail disajikan pada Lampiran 1. Sedangkan untuk mendapatkan data input polutan yang akan menjadi inlet pada
proses simulasi dihitung berdasarkan jumlah bahan bakar yang dikonsumsi dengan menggunakan data faktor emisi dari EPA Environmental Protection
Agency, sehingga jumlah polutan yang diemisikan ke dalam lingkungan dapat
40 diketahui. Nilai input masing-masing gas polutan dari cerobong dianggap seragam
dan disajikan pada Tabel 7. Tabel 7. Input aliran gas polutan mass flow rate dari cerobong.
No Parameter
Satuan Kuantitas
1 Sulfur dioxide SO
2
kg SO
2
s 2,5236
2 Hydrogen Sulfide H
2
S kg H
2
Ss 0,2240
3 Carbon Monoxide CO
g COs 0,6048
Sumber :
1
US-EPA Standard AP-42 Chapter 5, Petroleum Refineries, Emission Faktor for Flaring.
2
Ref. Madura BD Amended Plan Development
3
Data konsumsi bahan bakar PLTU Cilacap 2007. EPA,US.,2006. Source: http:www.epa.govttnchiefap42.htm
Kuantitas emisi gas CO yang terdapat pada Tabel 7, merupakan hasil dari perhitungan konsumsi bahan bakar batu bara data PLTU Cilacap tahun 2007,
dimana sistem pembakaran PLTU Cilacap mampu mengkonsumsi batu bara sebanyak 8 tonjam.
Beberapa sifat kimia dari masing-masing parameter gas polutan mempengaruhi karakteristik penyebaran gas tersebut di udara atau medium fluida
lainnya. Oleh karena itu, harus ada input data nilai karakteristik dari masing- masing gas polutan ke dalam database yang telah disediakan fasilitasnya oleh
software simulator. Nilai beberapa sifat kimia pada kondisi standar berskala laboratorium disajikan pada Tabel 8.
Tabel 8. Nilai spesifik sifat kimia masing-masing senyawa fluida.
No Parameter
MW gmol
Cp kJmol.K
Cv kJmol.K
Dynamic viscosity
µ kgm.s
Thermal Conductivity
k Wm.K
1 Udara 28,97
0,029 0,02
0,00001789 0,02394
2 Sulfur dioxide SO2 64,06
0,039 0,031
0,00001158 0,00858
3 Carbon Monoxide CO 28,01
0,029 0,02
0,00001695 0,023027
4 Hydrogen Sulfide H2S 34,08 0,034
0,012 0,00001179
0,01298 Sumber : The National Institute of Standards and Technology NIST USA. 2008
http:encyclopedia.airliquide.com
Nilai densitas dan nilai angka Schmidt dari masing-masing parameter pada kondisi standar yaitu pada tekanan 1 atm dan pada temperatur normal terdapat
pada Tabel 9. Nilai angka Schmidt diperlukan untuk menghitung nilai koefisien difusivitas massa dari masing-masing material fluida yang akan disimulasikan.
Koefisien difusivitas massa dari masing-masing material sangat dipengaruhi oleh nilai viskositas dinamik yang berbanding terbalik dengan kerapatan massa dan
41 angka Schmidt atau nilai viskositas kinematik yang berbanding terbalik dengan
nilai angka Schmidt. Koefisien difusivitas material D
i
atau koefisien difusivitas massa dari masing-masing gas polutan dapat ditentukan dari nilai viskositas
kinematik yang berbanding terbalik dengan nilai angka Schmidt S
c
sebagaimana dipresentasikan pada Persamaan 5. Sedangkan karakteristik tekanan gas polutan
dipengaruhi oleh perubahan temperatur terlihat pada grafik yang disajikan pada Lampiran 2.
Tabel 9. Nilai densitas dan koefisien difusivitas massa masing-masing spesies.
No Parameter
Angka Schmidt
S
c
Koefisien difusivitas massa
D
i
m
2
s Density pada titik
didih kgm³
1 Udara air
0,7 7,98661E-06
3.2 2
Sulfur dioxide SO2 1,24
3,06288E-06 3.049
3 Carbon Monoxide CO
0,77 5,05465E-06
4.355 4
Hydrogen Sulfide H2S 0,94
6,49873E-06 1.93
Sumber : The CRC Handbook of Mechanical Engineering by Frank Kreith, 1998.
The National Institute of Standards and Technology NIST USA., 2008.
Nilai koefisien difusivitas massa gas hydrogen sulfide pada Tabel 9 paling tinggi diantara gas polutan lainnya. Hal tersebut menunjukan bahwa material gas
hydrogen sulfide bersifat sangat reaktif dan mudah menyebar atau dengan kata lain potensi laju penyebaran material gas hydrogen sulfide terhadap perubahan
konsentrasinya di udara sangat cepat. Sedangkan gas sulfur dioxide potensi laju penyebaran materialnya paling rendah diantara gas lainnya, oleh karena itu dapat
dikatakan bahwa gas sulfur dioxide kurang reaktif. Pembuatan geometri dilakukan pada tahap awal dengan pola 3 dimensi 3D
yaitu dalam bentuk sebuah cerobong yang memiliki dimensi diameter luar cerobong di titik permukaan tanah sebesar 4 m, sedangkan ketebalan dinding
cerobong sebesar 10 cm. Sudut kemiringan dinding cerobong terhadap titik pusat silinder mengerucut sebesar 1 derajat dan tinggi cerobong adalah 20 m.
Cerobong tersebut dibuat tertancap pada suatu area permukaan tanah dengan ukuran luas area sebesar 100 x 320 m. Luas area tersebut ditentukan berdasarkan
pertimbangan kapasitas memori dan efisiensi kinerja software yang digunakan, dimana luasan area yang dibentuk mempengaruhi luasan domain yang akan
dianalisis aliran fluidanya serta kondisi kandungan fluida di dalam domain
tersebut sehingga kecepata domain dan proses itera
kerumitan dari geometri y kinerja sotfware.
Geometri untuk perm agar batas permukaan ta
material padat, sehingga fl dikatakan bahwa fluida ter
lantai yang padat. Mater didefinisikan secara spesifi
pengaruh dari perbedaan j aliran fluida disekitarnya
geometri secara jelas dapat di
Gambar 8. Bentuk
Gambar 9. Dimensi
x y
z
ce
atan kerja sotfware dalam melakukan proses rasi penghitungan akan semakin berat. Se
i yang dibangun juga dapat mempengaruhi ke
rmukaan tanah dibuat setebal 10 cm. Hal ini di tanah terhadap atmosfer dapat didefinisikan
fluida yang dialirkan di atas permukaan tersebu ersebut mengalir di atas permukaan surface ta
terial padatan yang digambar dalam geomet ifik mengenai jenis bahan struktur benda tersebut
jenis bahan serta karakteristik bahan tersebut a dianggap tidak begitu nyata atau diabaikan.
at dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9.
uk geometri cerobong dan area permukaan tanah.
ensi geometri tampak atas dalam satuan meter.
x
cerobong
42 s meshing
Selain itu, kecepatan
diperlukan n sebagai
sebut dapat tanah atau
etri tidak but, karena
but terhadap n. Bentuk
h.
43
E. Tahapan Kegiatan Penelitian
