bab iv hasil dan pembahasan -...

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Proses simulasi dispersi gas polutan memerlukan input data polutan, data

kondisi atmosfer, data domain (geometri daerah yang disimulasikan), serta data

cerobong (stack) yang dimodifikasi sederhana dengan beberapa perlakuan

dimensinya. Simulasi dilakukan pada suatu industri yang telah melakukan

pengukuran atau pengujian parameter sistem pembakarannya dengan cerobong

tunggal sehingga polutan yang dihasilkan dikeluarkan dari sumber tunggal

kontinyu.

Inlet aliran gas polutan dari cerobong ke dalam sistem simulasi diasumsikan

seragam. Besaran inlet aliran massa gas polutan tersebut dapat diprediksi dari

jenis dan jumlah bahan bakar yang dikonsumsi oleh sistem pembakarannya

dengan menggunakan persamaan faktor emisi US-EPA, yaitu :

Qemisi = FC × EF ..................................................................................... (33)

dimana : Qemisi : laju emisi gas polutan, gram/jam

FC : Jumlah konsumsi bahan bakar, ton/jam atau liter/jam

EF : Faktor emisi, gram/ton atau gram/liter

dengan mensubstitusikan data nilai konsumsi bahan bakar dan faktor emisi,

terhadap Persamaan (33), maka laju gas polutan yang diemisikan cerobong dari

hasil pembakaran dapat dihitung. Contoh kasus untuk nilai emisi gas CO yang

terdapat pada Tabel 7, dimana EPA menetapkan bahwa faktor emisi gas CO

sebesar 0,6 lb/ton, maka :

Qkarbon monoksida = 8 ton/jam × 0,6 lb/ton

= 4,8 lb/jam

karena 1 lb = 453,6 gram, maka Qcarbon monoxide dari pembakaran batu bara adalah

sebesar 2,17728 kg/jam atau 0,6048 gram/detik. Hasil dari perhitungan emission

rate gas CO sangat kecil jika dibandingkan dengan gas polutan lainnya. Namun,

disisi lain CO merupakan gas yang memiliki sifat sangat toksik terhadap

kelangsungan hidup organisme di sekelilingnya.

47

A. Kecepatan Angin (wind speed)

Angin merupakan bentuk parsel udara yang bergerak di atmosfer yang

disebabkan oleh perbedaan dan ketidakseimbangan tekanan udara, dimana udara

selalu bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Kecepatan angin yang

terjadi berbanding lurus dengan semakin tingginya gradien tekanan udara, dimana

perbedaan gradien tekanan udara dapat dipengaruhi oleh posisi ketinggian atau

arah vertikal dari permukaan bumi. Selain itu, temperatur, kelembaban dan

momentum udara yang tidak seimbang juga dapat memicu parsel udara di

atmosfer bergerak.

Perbedaan karakteristik tipe aliran udara atau kecepatan angin dapat dilihat

dengan mensubstitusikan aturan nilai kondisi stabilitas atmosfer yang ditetapkan

US-EPA pada Tabel 5, terhadap Persamaan (25). Lembaga US-EPA

mengklasifikasikan kondisi stabilitas atmosfer menjadi kondisi di pedesaan dan

kota. Masing-masing pedesaaan dan kota memiliki jumlah tipe angin yang sama

yaitu dari A sampai F. Dengan mengasumsikan bahwa kecepatan angin pada

ketinggian elevasi 20 meter adalah sebesar 5 m/det, maka grafik sebaran

kecepatan angin di atas permukaan bumi dapat terlihat jelas seperti pada Gambar

12.

Gambar 12. Koreksi kecepatan angin terhadap ketinggian elevasi.

0

20

40

60

80

100

120

140

0.00 5.00 10.00 15.00ketin

ggia

n el

evas

i (m

)

kecepatan angin (m/s)

A/B kota = D desa A/B desaC kota C desaD kota E/F kotaE desa F desa

48

Profil kecepatan angin pada Gambar 12 menunjukan bahwa tipe angin A di

kota sama dengan tipe angin B di kota sama juga dengan karakteristik tipe angin

D di desa. Sedangkan tipe angin A di desa memiliki karakteristik sama dengan

tipe angin B di desa. Kesamaan lain pun terjadi pada profil tipe angin E di kota

dengan profil tipe angin F di kota. Adanya kesamaan profil sebaran kecepatan

angin pada beberapa tipe angin di atas dapat mengindikasikan bahwa yang

mempengaruhi karakteristik sebaran udara di atmosfer atau stabilitas atmosfer

tidak mutlak hanya faktor regional saja, namun keseragaman sebaran gas udara

atau kondisi atmosfer dapat dilihat melalui pendekatan Persamaan Sutton ini. Oleh

karena itu, dari Gambar 8 tampak bahwa karakteristik angin yang paling seragam

dimiliki oleh kecepatan angin pada kelas stabilitas A dan B di pedesaan.

Keseragaman kecepatan angin dan arah angin digunakan untuk melakukan

simulasi transport gas polutan dengan model Gaussian. Karena menurut teori yang

diungkapkan olehnya dimana asumsi udara yang masuk atau inlet kecepatan udara

adalah dianggap seragam, sehingga bentuk sebaran inlet kecepatan angin yang

paling mendekati pola seragam adalah tipe stabilitas kelas A dan B.

B. Model Gaussian

Model Gaussian digunakan untuk menghitung nilai konsentrasi suatu gas

polutan yang tersebar di setiap titik koordinat (x, y, z) yang dipengaruhi oleh

adanya proses transport dan difusi udara yang bergerak berdasarkan pada fungsi

dari jarak. Berbicara tentang dispersi gas yang diungkapkan oleh Gaussian tidak

terlepas dari ilustrasi model Gaussian sebagaimana dijelaskan oleh Gambar 6.

Dalam model tersebut arah angin selalu searah dengan sumbu x (downwind) dan

tegak lurus terhadap sumbu y atau dikenal dengan crosswind, sedangkan

ketinggian atau elevasi ditunjukan oleh sumbu z. Titik pusat atau centerpoint

koordinat selalu terletak pada titik pusat lingkaran silinder cerobong di permukaan

tanah.

Dalam simulasi ini perhitungan dispersi polutan tersebut dilakukan dengan

menggunakan program Visual Basic (VB). Perhitungan ini merupakan pemetaan

titik-titik yang ingin diketahui nilai konsentrasi sebaran gas polutannya. Nilai

jarak yang diinput merupakan nilai maksimal dari variabel jarak yang dihitung.

Karena proses perhitungan ini menggunakan sistem looping dimana nilai sebaran

49

konsentrasi dihitung pada setiap step jarak yang diinput, sehingga didapatkan data

nilai sebaran konsentrasi polutan sejauh jarak x dengan jarak y yang membentuk

sebuah luasan bidang (x, y). Input nilai jarak x akan menentukan nilai konstanta

dispersi axial (σy) terhadap arah crosswind dan konstanta dispersi vertikal (σz)

terhadap elevasi. Hasil akhir dari program VB ini hanya berupa data sebaran nilai

konsentrasi polutan pada sebuah luasan bidang x, y di suatu ketinggian elevasi z.

Untuk mendapatkan data sebaran polutan di permukaan tanah (ground level),

maka input elevasi z = 0. Secara detail bentuk form sederhana dari sistem

penghitung dispersi gas polutan yang dibangun dengan program VB diperlihatkan

oleh Gambar 13.

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

50

Parameter input pada form yang ditunjukan oleh Gambar 13 dituliskan ke

dalam textbox yang terdiri dari :

1. laju emisi gas polutan dengan satuan (gram/detik)

2. kecepatan angin atau windspeed dengan satuan meter per detik (m/s).

3. tipe angin dengan opsi pilihan dari tipe A sampai tipe F

4. ketinggian cerobong dengan satuan meter

5. jarak maksimum x dengan satuan meter

6. jarak maksimum y dengan satuan meter

7. jarak elevasi z atau ketinggian bidang yang ingin diketahui dengan

satuan meter

8. step jarak merupakan interval antar titik-titik yang ingin diketahui nilai

konsentrasinya pada bidang x dan y.

Ketika semua nilai variabel input sudah dimasukkan ke dalam textbox yang

sesuai dengan nama variabel disampingnya, maka jika tombol proses diklik

artinya proses penghitungan dilakukan. Kemudian akan muncul nilai data hasil

penghitungan pada listbox yang terdiri dari : titik (x, y, z), koefisien crosswind

atau horizontal, koefisien vertikal, dan nilai konsentrasi gas polutan disetiap titik

(x, y, z) dengan satuan µg/m3.

Data nilai input variabel yang dimasukkan ke dalam proses penghitungan

berdasarkan pada data nilai yang terdapat pada Tabel 6 dan Tabel 7. Tipe angin

yang dipilih sebaiknya adalah tipe angin yang seragam, sebagaimana dilakukan

dalam pendekatan teori Gaussian. Karena itu, pertimbangan ini sebaiknya

mengacu pada proyeksi tipe sebaran angin yang terdapat pada Gambar 12.

Algoritma program VB yang dibangun terdapat pada Lampiran 3.

Input pada program ini dapat dimodifikasi sesuai dengan perlakuan

perubahan variabel yang diinginkan untuk mengetahui sejauh mana pengaruh dari

perubahan variabel tersebut terhadap pola sebarannya. Dengan input data polutan

yang sama atau kontinyu tunggal tetap, ingin diketahui pengaruh perubahan

kecepatan angin dan ketinggian cerobong terhadap pola sebaran polutan yang

diemisikan oleh suatu cerobong industri. Dari hasil running program VB di atas,

diperoleh nilai sebaran polutan terhadap fungsi jarak sebagaimana terlihat pada

Gambar 14.

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

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

10

kons

entr

asi (

µg/m

³)

0

20

40

60

80

100

120

140

10

kons

entr

asi (

µg/

m³)


(14.a)

(14.b)

(14.c)

Gambar 14. Grafik sebaran konsentrasi gas polutan sepanjang centerline S, dan c). CO, pada bidang permukaan tanah.

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290

jarak x (m)

CO

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290

jarak x (m)

SO2

51


a). SO2,

52

Pada Gambar 14, pola sebaran konsentrasi gas SO2, H2S, dan CO berbentuk

eksponensial yang menunjukan terjadinya penurunan kadar konsentrasi di

permukaan tanah secara signifikan terhadap jarak pada sumbu x. Penurunan

konsentrasi polutan terjadi secara signifikan pada jarak awal dari titik sumber

emisi serta tidak terjadi peningkatan konsentrasi di sepanjang centerline. Hal ini

terjadi karena nilai kecepatan angin dan ketinggian stack yang diinput adalah

sama, yaitu kecepatan angin sebesar 2 m/s sedangkan ketinggian stack sama-sama

sebesar 20 m. Data nilai konsentrasi masing-masing parameter sepanjang

centerline yang sesuai dengan profil grafik di atas terdapat pada Lampiran 4.

Sementara itu, jika profil sebaran konsentrasi gas polutan dilihat dari

sepanjang garis ordinat y atau crosswind, dapat dilihat pada Gambar 15.

(15.a)

(15.b)

115.51

115.53

115.55

115.57

115.59

115.61

115.63

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

kons

entr

asi (

µg/

m³)

jarak y (m)

SO2

10.253

10.255

10.257

10.259

10.261

10.263

10.265

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

kons

entr

asi (

µg/

m³)

jarak y (m)

H2S

53

(15.c)

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

Pada Gambar 15, terlihat bahwa konsentrasi sebaran gas polutan di

sepanjang sumbu y memiliki pola atau bentuk kuadratik, dimana titik puncak nilai

konsentrasi gas polutan terdapat pada titik nol garis sumbu y atau pada centerline

arah sumbu x.

C. Model EFD

1. Kondisi Awal Udara Ambien

Kondisi awal udara ambien dalam siimulasi diasumsikan tidak

terdapat kontaminan. Jadi, jika fluida yang terdapat dalam udara ambien

dianggap udara bersih dan murni, maka menurut NIST (National Institute of

Standards and Technology) United State, memiliki nilai densitas sebesar 3,2

kg/m3 pada tekanan 101,325 kPa titik didih. Oleh karena itu, dalam software

Solidworks Office 2007 konsentrasi udara murni pada kondisi awal dengan

satuan ppm (part per millions) dituliskan 106 ppm dan gas kontaminannya 0

ppm. Kondisi udara tersebut bergerak seragam searah sumbu x dengan

kecepatan tetap 2 m/s, sedangkan kecepatan pada arah sumbu y dan sumbu z

dianggap nol. Udara mengalir dalam keadaan seragam di atas permukaan

tanah dan membentur cerobong yang memiliki diameter 4 m dan tinggi 20

m. Hal ini yang mengakibatkan terjadi perubahan pola aliran di dalam

sistem simulasi yang dibangun, mulai dari parameter kecepatan udara,

tekanan dinamik dan turbulensi.

0.02768

0.027685

0.02769

0.027695

0.0277

0.027705

0.02771

0.027715

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

kons

entr

asi (

µg/

m³)

jarak y (m)

CO

2. Pendefinisian Domain

Domain dapat didefinisikan sebagai batasan ruang gerak fluida dan

dihitung dalam simulasi sehingga dapat dianalisa berbagai sifat fisik dan

material dari fluida yang disimulas

320 m x 100 m x 100 m, dimana titik acuan dari dimensi domain tersebut

adalah titik nol pada koordinat (

simulasi dengan model Gaussian yaitu terdapat pada titik pusat

silinder di permukaan tanah. Bangunan solid geometri juga berada dalam

kolom domain. Hal ini dilakukan agar simulasi pergerakan fluida yang akan

direpresentasikan dapat didefinisikan sebagai fluida yang mengalir di atas

permukaan solid.

Besarnya ukuran domain sangat berpengaruh terhadap besarnya

jumlah grid atau mesh. Sehingga kapasitas memori komputer yang

digunakan juga akan berbanding lurus terhadap jumlah grid pada domain

yang telah dibuat. Grid yang akan dibangun dalam domain berbentuk

tetrahedral dan secara otomatis

masing-masing grid, dimana semakin mendekati dinding solid maka grid

yang terbentuk akan semakin halus seperti tampak pada Gambar 16.

Gambar 16. Ilustrasi grid hasil

Pendefinisian Domain



material dari fluida yang disimulasikan. Ukuran domain yang dibuat sebesar


adalah titik nol pada koordinat (x, y, z). Titik koordinat (0, 0, 0) sama seperti

simulasi dengan model Gaussian yaitu terdapat pada titik pusat lingkaran




ukuran domain sangat berpengaruh terhadap besarnya




edral dan secara otomatis software akan menyesuaikan dimensi

masing grid, dimana semakin mendekati dinding solid maka grid


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

54



ikan. Ukuran domain yang dibuat sebesar


). Titik koordinat (0, 0, 0) sama seperti

lingkaran




ukuran domain sangat berpengaruh terhadap besarnya




akan menyesuaikan dimensi

masing grid, dimana semakin mendekati dinding solid maka grid


i cerobong.

55

Secara prinsip, pada wilayah yang dekat dengan dinding solid fluida

yang mengalir akan membentuk suatu lapisan yang disebut boundary layer

akibat dari adanya tumbukan dan tegangan geser pada dinding. Perubahan

parameter fisik fluida pada wilayah boundary layer terjadi secara fluktuatif.

Oleh karena itu dibutuhkan media untuk menangkap peristiwa perubahan

yang terjadi pada setiap parsel fluida yang bergerak agar dapat dianalisa.

Semakin halus grid yang terbentuk maka kualitasnya akan semakin bagus.

3. Tahap Penentuan Kondisi Batas

Penentuan kondisi batas (boundary condition), dapat diartikan sebagai

tahap input skenario aliran fluida gas polutan ke dalam sistem geometri dan

domain. Arah aliran, kecepatan aliran, jumlah fluida yang diinput, posisi

input, posisi output, temperatur dan tekanan merupakan parameter yang

harus didefinisikan secara detail agar simulator dapat menghitung dengan

baik proses dinamika fluida yang terjadi. Secara detail pendefinisian kondisi

batas atau dikenal dengan initial condition diilustrasikan pada Gambar 17.

Gambar 17. Ilustrasi pendefinisian kondisi batas

Pada Gambar 17, bidang ADEH didefinisikan sebagai input kecepatan

udara yang menerpa cerobong secara seragam atau disebut sebagai velocity

inlet. Arah kecepatan udara secara seragam tersebut searah dengan sumbu x.

Bidang yang didefinisikan sebagai output adalah bidang BCGF, sedangkan

A B

C

F E

D

G H

i

x

z

y

56

bidang ABCD, DCGH, dan EFGH didefinisikan sebagai bidang simetry

yang berarti bahwa kondisi udara di luar bidang domain dengan kondisi

udara di dalam bidang domain dianggap sama. Bidang ABFE sebagai

permukaan tanah dan dinding cerobong didefinisikan sebagai dinding

padatan (wall). Sedangkan permukaan cerobong yang diilustrasikan oleh

poin i merupakan inlet aliran gas polutan ke dalam sistem atau dikenal

dengan mass flow inlet.

Fluida gas polutan yang diinput dari cerobong hanya satu jenis polutan

dengan konsentrasi 100 % atau 106 ppm. Artinya bahwa polutan yang

menjadi bahan kontaminan pada udara ambien hanya satu jenis dan

dilakukan satu per satu dari bahan kontaminan yang akan dianalisa. Hal ini

dilakukan untuk memudahkan proses pendefinisian dan analisa fluida serta

menganggap bahwa gas polutan tidak mengalami reduksi akibat faktor

reaksi kimia dengan senyawa lain selama proses simulasi. Temperatur gas

yang diemisikan dari cerobong sebesar 200 oC sedangkan debit massa aliran

gas polutan dari cerobong besarnya sesuai dengan Tabel 7 dan alirannya

seragam.

4. Analisis Aliran

Pola aliran suatu fluida sangat tergantung pada nilai parameter yang

disebut Angka Reynolds (Reynolds number), dimana besarnya nilai Re

didefinisikan pada Persamaan 1.

berdasarkan input kecepatan udara, nilai viskositas dinamik, dan jarak x

yang didefinisikan pada domain, dimana L = x, dengan nilai standar densitas

udara dari NIST U.S adalah sebesar 3,2 kg/m3, dan aliran udara yang

mengalir ke dalam sistem simulasi tersebut dianggap seragam atau dalam

kondisi steady state, maka nilai angka Reynolds yang terjadi pada aliran

udara dalam domain sistem dapat dihitung yaitu :

= 1,07 x 108

mrUL

L =Re

÷ø

öçè

æ´

´´= - 510789,1

30022,3Re L

57

dengan Re > 5 x 105, maka sudah dapat dipastikan bahwa aliran udara yang

terjadi adalah aliran turbulen eksternal.

Dari hasil simulasi, fenomena turbulensi atau pola aliran pada

permukaan dapat terlihat dari vektor kecepatan fluida di wilayah permukaan

silinder yang divisualisasikan oleh software EFD seperti pada Gambar 18.

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

Gambar 18 menunjukan bahwa terjadi perubahan kecepatan udara

secara fluktuatif ketika aliran udara itu melewati silinder cerobong.

Besarnya nilai kecepatan udara ditunjukan oleh gradasi level warna pada

gambar kontur tersebut. Warna merah menunjukan nilai kecepatan yang

tinggi sedangkan warna biru menunjukan nilai kecepatan yang minimum.

Pada titik tengah atau centerline dari silinder terjadi stagnasi aliran udara,

sehingga nilai kecepatan aliran udara pada titik tersebut rendah. Sedangkan

peningkatan kecepatan udara terjadi pada permukaan silinder sebelah

samping dimana pada wilayah tersebut merupakan tempat fluida

bersinggungan dengan permukaan silinder. Pada titik itu juga terjadi

peristiwa pembentukan lapisan geser yang dipengaruhi oleh faktor tegangan

geser, dan disini pula tumbuhnya potensi terbentuknya vortex dalam aliran

yang disebut dengan vorticity. Kemudian aliran tersebut akan terpisah

sejalan dengan titik tumbuh meningkatnya gaya gesek (friction) pada

permukaan silinder. Grafik nilai sebaran kecepatan udara dan tekanan

dinamik aliran udara di sekitar permukaan silinder ditunjukan oleh Gambar

19, dimana data tersebut diambil dengan garis plot setengah lingkaran tepat

58

pada posisi 1 cm dari permukaan silinder membentuk simetris terhadap arah

aliran udara.

( 19.a )

( 19.b )

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

Dari Gambar 19, terlihat jelas bahwa hubungan kecepatan udara

berbanding lurus dengan tekanan dinamik udara di sekitar permukaan

silinder, yaitu sama-sama mengalami peningkatan pada titik dimana

terbentuknya lapisan geser dan meningkatnya gaya gesek fluida terhadap

permukaan solid benda. Sebaran tegangan geser dan koefisien gesek pada

permukaan silinder dipresentasikan oleh grafik yang terdapat pada Gambar

20 dan data Gambar 19 dan 20 disajikan pada Lampiran 5.

-0.5

0.5

1.5

2.5

3.5

0 2 4 6 8

Vel

ocit

y (m

/s)

Length (m)

kece…

-1

1

3

5

0 2 4 6 8Dyn

amic

Pre

ssur

e (P

a)

Length (m)

tekanan …

59

(20.a)

(20.b)

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

Jika dilihat dari parameter kecepatan udara, maka kecepatan

maksimum aliran fluida yang terjadi pada permukaan silinder terdapat pada

titik singgung arah aliran terhadap permukaan silinder. Pada posisi tersebut

terjadi perubahan tekanan secara signifikan karena pada wilayah bagian

belakang permukaan silinder deformasi tekanan udara terhadap dinding

silinder sangat rendah sehingga udara yang terdapat pada wilayah tersebut

juga bertekanan rendah. Karena sifat udara lebih cenderung bergerak dari

-0.002

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0 1 2 3 4 5 6 7

Shea

r St

ress

(P

a)

Length (m)

tegangan geser

-0.005

0.005

0.015

0.025

0.035

0 1 2 3 4 5 6 7

Fri

ctio

n C

oeff

icie

nt (

)

Length (m)

koefisien …

60

tekanan tinggi menuju tekanan rendah, oleh karena itu udara udara yang

berada pada titik singgung permukaan silinder akan cepat bergerak mengisi

ruang parsel udara di belakang cerobong silinder. Namun, pergerakan udara

tersebut akan terhalang sejalan dengan terbentuknya vortex. Sedangkan pada

bagian depan permukaan dinding silinder tepat pada titik simetris, terjadi

stagnasi kecepatan udara dan nilai deformasi tekanan maksimum. Nilai

tekanan pada permukaan silinder dipresentasikan dalam Persamaan 10.

Sebaran densitas ρ dari titik pusat silinder hingga ujung domain pada bidang

pemukaan tanah (centerline) dapat dilihat pada Gambar 21.

Gambar 21. Grafik sebaran densitas disepanjang centerline..

Permukaan luar dinding silinder terletak pada jarak 2 meter dari titik

nol, oleh karena itu nilai densitas fluida yang berada di sekitar permukaan

cerobong dapat dilihat dari grafik yaitu sekitar 1,1758 kg/m3. Sedangkan,

untuk nilai kecepatan udara rata-rata dan tekanan udara lingkungan

ditentukan dari hasil iterasi yang konvergen seperti terlihat pada Gambar 22

dengan keterangan data terdapat pada Lampiran 6.

1.175

1.176

1.177

1.178

1.179

1.18

1.181

1.182

1.183

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Den

sity

(kg/

m^

3)

Length (m)

( )qr 220 sin41

21

-+= Upp s

61

Gambar 22. Grafik tekanan dan kecepatan udara hasil iterasi.

Proses iterasi mencapai nilai yang konvergen pada iterasi ke 119.

Nilai tekanan udara rata-rata po menurut hasil iterasi simulator adalah

sebesar 2,17502263 Pa, sedangkan nilai kecepatan rata-rata udara U adalah

sebesar 1,850696735 m/s. Maka dari itu, tekanan yang terjadi pada

permukaan silinder cerobong selama simulasi dapat dihitung. Tekanan yang

terjadi pada sudut kemiringan θ, dimana jika sudut kemiringan tersebut

adalah sebesar 120o, adalah :

= -1,8521846 Pa.

Iterations

Iterations

( )120sin1850696735,11758,121

17502263,2 22 -´´+=sp

62

Tanda negatif pada nilai tekanan hasil perhitungan di atas menunjukan

bahwa arah tekanan berlawanan arah terhadap arus aliran fluida.

Kontur kecepatan aliran udara dengan tampak samping dapat dilihat

pada Gambar 23.

Gambar 23. Kontur kecepatan tampak samping.

Input kecepatan udara ambien adalah sebesar 2 m/s, namun pada

Gambar 23 terlihat bahwa terjadi peningkatan kecepatan di atas cerobong

tempat keluarnya polutan. Peningkatan kecepatan tersebut disebabkan oleh

perbedaan temperatur, dimana temperatur fluida gas polutan pada saat

keluar dari cerobong dikondisikan sebesar 200 oC. Sementara itu kondisi

temperatur di ambien hanya sebesar 27 oC. Perbedaan inilah yang memicu

pergerakan fluida, karena sifat gas akan sangat reaktif ketika dalam kondisi

temperatur tinggi, sehingga fluida yang bertemperatur rendah akan bergerak

mengisi ruang parsel udara yang reaktif tadi sampai pada kondisi setimbang.

Sumber panas yang masuk ke dalam sistem berasal dari gas polutan

yang diemisikan dari cerobong. Panas yang terbawa oleh material polutan

menyebar di udara sejalan dengan proses dispersinya, dimana penyebaran

material tersebut dipengaruhi oleh faktor eksternal dan faktor internal.

Faktor eksternal adalah kecepatan udara yang menerpa material polutan

yang diemisikan, dimana dengan kecepatan udara tersebut partikel material

polutan akan terbawa oleh hembusan parsel udara yang diketahui

kecepatannya. Di sisi lain faktor internal dalam material juga mempengaruhi

potensi terjadinya dispersi gas polutan, diantaranya adalah nilai viskositas

kinematis dan difusivitas panas. Viskositas kinematik merupakan nilai

satuan viskos dinamika per kerapatan material. Semakin besar nilai

viskositas kinematik suatu material, maka potensi penyebaran material

63

tersebut juga akan semakin besar. Karena ia memiliki kerapatan material

yang kecil sehingga sifat material tersebut akan semakin reaktif.

Sifat beberapa material fluida yang disimulasikan dapat diprediksi

melalui nilai kimiawi material itu sendiri. Jika nilai densitas material

diketahui, maka nilai viskositas kinematik dan difusifitas panas dari

parameter Tabel 8 dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3 dan 4.

Nilai densitas yang diketahui diukur pada kondisi standar yaitu pada

tekanan 1 atm dan pada temperatur titik didih.

Maka viskositas kinematik untuk parameter hydrogen sulfide H2S

dihitung dengan nilai viskositas dinamik dibagi satuan densitas, yaitu :

Sedangkan nilai difusivitas panas hydrogen sulfide H2S adalah :

Sehingga, dengan rumus perhitungan yang sama, nilai viskositas

kinematik dan difusivitas panas untuk masing-masing parameter dapat

disajikan pada Tabel 10.

Tabel 10. Nilai viskositas kinematik dan difusivitas panas udara dan gas polutan.

No Parameter viskositas kinematik

(m2/s) difusivitas panas

(m2/s)

1 Udara 5,59063E-06 0,257974138

2 Sulfur dioxide (SO2) 3,79797E-06 0,072154805

3 Carbon Monoxide (CO) 3,89208E-06 0,182327091

4 Hydrogen Sulfide (H2S) 6,10881E-06 0,197805547

Tabel 10 menunjukan bahwa nilai viskositas kinematik yang dimiliki

oleh gas hydrogen sulfide adalah paling besar diantara parameter fluida

m 2 / s

m 2 / s

rm

=v

93,110179,1 5-´

=

610109,6 -´=

pCk.r

a =

034,093,1

01298,0

´=

1978,0=

lainnya. Hal ini berarti bahwa gas

paling reaktif diantara gas l

gas yang paling kurang reaktif diantara yang lainnya, dengan kata lain gas

ini memiliki ikatan molekul yang lebih kuat.

Nilai difusivitas panas berbanding lurus terhadap nilai konduktivitas

panas material. Semakin besar nilai difusivitas panas suatu material maka

semakin cepat kemampuan material tersebut menyebarkan panas ke

lingkungan sekitarnya sehingga semakin cepat juga material itu melepaskan

panas yang ada dalam partikel material tersebut. Dari Tabel 10,

bahwa nilai difusivitas panas yang dimiliki oleh gas

rendah. Hal ini menunjukan bahwa konduktifitas panasnya sangat kecil atau

nilai panas jenis pada tekanan konstan dari gas

Maka dari itu, dapat dikatakan bahwa gas

simpan panas yang cukup tinggi.

Penjelasan kasus fluida bergerak dapat didekati dengan konsep

Lagrangian, dimana analisis ini melibatkan pergerakan unsur terkecil dari

fluida tersebut. Jika unsur te

sebagai partikel, maka identifikasi sifat fisik fluida dapat ditelusuri dari

perubahan partikel fluida sebagai fungsi dari waktu. Konsep inilah yang

kemudian disebut dengan konsep

partikel fluida dalam suatu aliran bebas dideskripsikan oleh Okishii

(2006) pada Gambar 24.

Gambar 24. Ilustrasi gerakan partikel terhadap satuan waktu kecepatan

lainnya. Hal ini berarti bahwa gas hydrogen sulfide merupakan gas yang

paling reaktif diantara gas lainnya. Sedangkan gas sulfur dioxide merupakan


ini memiliki ikatan molekul yang lebih kuat.


akin besar nilai difusivitas panas suatu material maka



panas yang ada dalam partikel material tersebut. Dari Tabel 10, dapat dilihat

bahwa nilai difusivitas panas yang dimiliki oleh gas sulfur dioxide


nilai panas jenis pada tekanan konstan dari gas sulfur dioxide bernilai tinggi.

, dapat dikatakan bahwa gas sulfur dioxide memiliki daya

simpan panas yang cukup tinggi.



fluida tersebut. Jika unsur terkecil dari fluida yang bergerak didefinisikan



kemudian disebut dengan konsep material derivative. Ilustrasi pergerakan

partikel fluida dalam suatu aliran bebas dideskripsikan oleh Okishii

(2006) pada Gambar 24.

Gambar 24. Ilustrasi gerakan partikel terhadap satuan waktu kecepatan (Okiishi et al., 2006).

64

merupakan gas yang

merupakan



akin besar nilai difusivitas panas suatu material maka



dapat dilihat

sulfur dioxide sangat


bernilai tinggi.

memiliki daya



rkecil dari fluida yang bergerak didefinisikan



i pergerakan

partikel fluida dalam suatu aliran bebas dideskripsikan oleh Okishii et al.

Gambar 24. Ilustrasi gerakan partikel terhadap satuan waktu kecepatan

65

Partikel fluida bergerak sepanjang garis edar sebagaimana ditunjukkan

oleh Gambar 24, dengan jarak r terhadap titik acuan nol. Partikel A yang

bergerak dengan kecepatan VA merupakan fungsi dari jarak posisi dan

waktu. Sehingga hal ini dapat dinotasikan sebagai fungsi Persamaan (34).

………………..………(34)

Dimana xA = xA (t), yA = yA (t), dan zA = zA (t), merupakan lokasi gerak

partikel. Dengan mendefinisikan bahwa percepatan merupakan perubahan

kecepatan pergerakan partikel fluida terhadap waktu maka kecepatan dapat

dikatakan fungsi dari posisi pergerakan fluida terhadap waktu pergerakan

fluida. Maka percepatan pergerakan partikel A dengan aturan rantai

diferensial dapat dinotasikan menjadi Persamaan (35).

…………….(35)

Derivatif material pada setiap variabel dapat berubah sesuai dengan

perubahan waktu. Sebagai contoh untuk menentukan nilai temperatur pada

suatu aliran, perubahan waktu dapat mengubah temperatur partikel fluida

tersebut selama partikel tersebut bergerak melalui bidang temperatur yang

disebut temperatur field dimana T = T (x, y, z, t).. Jika parameter kecepatan

diketahui, maka dengan menerapkan persamaan atur berantai nilai

perubahan temperatur dapat dinotasikan dengan Persamaan (36).

……………….(36)

Jika dalam simulasi ini temperatur dari gas polutan yang diemisikan

didefinisikan sebagai partikel dan membentuk bidang temperatur di

permukaan inlet cerobong, maka perubahan temperatur selama fluida itu

bergerak dapat dikatakan sebagai fungsi waktu. Inlet gas polutan dari

cerobong dianggap seragam dan waktu simulasi pada general setting

didefinisikan oleh default software selama 3600 detik. Oleh karena itu, nilai

temperatur dari pergerakan fluida selama rentang waktu simulasi tersebut

dapat dipresentasikan dalam bentuk kontur warna dengan tampak atas dan

samping seperti pada Gambar 25.

( ) ( ) ( ) ( )[ ]ttztytxVtrVV AAAAAAA ,,,, ==

dtdz

zV

dtdy

yV

dtdx

xV

tV

dtdV

ta AAAAAAAAA ¶

¶+

¶¶

+¶¶

+¶¶

==)(

dtdz

zT

dtdy

yT

dtdx

xT

tT

dtdT AAAAAAAA

¶¶

+¶¶

+¶¶

+¶¶

=

(25.a). Sebaran temperatur SO

(25.b). Sebaran temperatur SO

(25.c). Sebaran temperatur H

(25.d). Sebaran temperatur

Gambar 25. Sebaran temperatur berbagai gas polutan.

cerobong

cerobong

cerobong

cerobong

.a). Sebaran temperatur SO2 tampak samping pada centerface.

.b). Sebaran temperatur SO2 tampak atas pada ground level.

(25.c). Sebaran temperatur H2S tampak samping pada bidang centerface

(25.d). Sebaran temperatur CO tampak samping pada bidang centerface

Gambar 25. Sebaran temperatur berbagai gas polutan.

cerobong

cerobong

cerobong

cerobong

66

.

centerface .

centerface.

Pola penyebaran yang terbentuk dari masing

terlihat pada Gambar 25.a, 25.c, dan 25.d berbeda satu sama lainnya.

Perbedaan pola penyebaran

khusus adalah berasal dari faktor internal sifat kimiawi gas polutan itu

sendiri, seperti berat molekul, nilai viskositas kinematik, nilai difusivitas

panas dan densitasnya.

Sebaran konsentrasi gas polutan ya

masing-masing memiliki pola sebaran berbeda sesuai dengan karakteristik

sifat material fluida gas polutan itu sendiri. Karena faktor kecepatan udara,

nilai temperatur fluida dan gravitasi bumi yaitu sebesar 9,81 m/s

didefinisikan dalam simulasi satu dengan lainnya adalah sama. Bentuk

sebaran konsentrasi gas polutan secara rinci dapat dilihat pada Gambar 2

(26.a). Tampak samping sepanjang bidang

(26.b). Tampak samping sepanjang jarak 10 meter dari

Pola penyebaran yang terbentuk dari masing-masing gas polutan yang


Perbedaan pola penyebaran ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, secara



panas dan densitasnya.

Sebaran konsentrasi gas polutan yang diemisikan dari cerobong

masing memiliki pola sebaran berbeda sesuai dengan karakteristik


nilai temperatur fluida dan gravitasi bumi yaitu sebesar 9,81 m/s

inisikan dalam simulasi satu dengan lainnya adalah sama. Bentuk

sebaran konsentrasi gas polutan secara rinci dapat dilihat pada Gambar 2

.a). Tampak samping sepanjang bidang centerface.

.b). Tampak samping sepanjang jarak 10 meter dari centerface

cerobong

67

masing gas polutan yang


ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, secara



ng diemisikan dari cerobong

masing memiliki pola sebaran berbeda sesuai dengan karakteristik


nilai temperatur fluida dan gravitasi bumi yaitu sebesar 9,81 m/s2, yang

inisikan dalam simulasi satu dengan lainnya adalah sama. Bentuk

sebaran konsentrasi gas polutan secara rinci dapat dilihat pada Gambar 26.

erface.

(26.c). Tampak samping sepanjang jarak 20 meter dari

(26.d). Tampak samping sepanjang jarak 30 meter dari

(26.e). Tampak samping sepanjang jarak 40 meter dari

Gambar 26. Sebaran konsentrasi SO

Sedangkan untuk sebaran konsentrasi SO

ditunjukan dengan kurva isoline

cerobong

.c). Tampak samping sepanjang jarak 20 meter dari centerface

.d). Tampak samping sepanjang jarak 30 meter dari centerface

.e). Tampak samping sepanjang jarak 40 meter dari centerface

. Sebaran konsentrasi SO2 pada berbagai bidang tampak samping.

Sedangkan untuk sebaran konsentrasi SO2 dipermukaan tanah tampak atas

isoline dan kontur pada Gambar 27.

cerobong

68

centerface.

centerface.

centerface.

berbagai bidang tampak samping.

dipermukaan tanah tampak atas

Gambar 27. Sebaran konsentrasi SOdenga

Pola sebaran gas polutan SO

tanah disamping terbawa oleh kecepatan aliran udara. Kecenderungan gas

ini jatuh ke permukaan tanah dipengaruhi oleh berat molekul yang

dimilikinya yaitu sebesar 6

oleh gaya gravitasi bumi. Gaya gravitasi bumi hanya mempengaruhi gaya

pada arah berlawanan dengan koordinat sumbu y. Sehingga pada

pendefinisian kondisi general gaya gravitasi dituliskan negatif (

pada arah koordinat sumbu y. Jika ditinjau dari persamaan kontinyuitas

Navier-Stokes, maka pergerakan fluida yang searah x dan z tidak

terpengaruh sama sekali dengan gaya gravitasi bumi. Namun pada arah x

terdapat faktor kecepatan angin yang diasumsikan s

m/s. Dengan massa yang dimiliki oleh molekul fluida, perubahan gaya yang

terjadi pada aliran fluida merupakan resultan gaya yang dipengaruhi oleh

gravitasi bumi, kecepatan udara dan tegangan geser terhadap dimensi jarak

partikel fluida. Hal inilah yang akan menentukan arah pergerakan gerakan

fluida tersebut.

Gas SO2 memiliki berat molekul 121,125 % lebih besar dibandingkan

dengan berat molekul udara yaitu sekitar 28,97 gram/mol. Jika ini

diintegrasikan terhadap gaya gravitasi bumi se

gaya berat yang dimiliki oleh gas SO

dimiliki udara. Selain itu, viskositas dinamik SO

nilai viskositas dinamik udara yaitu berturut

1,789 x 10-5 kg/m.s. Artinya kemampuan gerak massa partikel persatuan

cerobong

. Sebaran konsentrasi SO2 dipermukaan tanah tampak atas ditunjukan

dengan kurva isoline dan kontur.

Pola sebaran gas polutan SO2 lebih cenderung jatuh ke permukaan



dimilikinya yaitu sebesar 64,06 gram/mol, yang kemudian dipengaruhi juga



pendefinisian kondisi general gaya gravitasi dituliskan negatif (-9,81) m/s


Stokes, maka pergerakan fluida yang searah x dan z tidak


terdapat faktor kecepatan angin yang diasumsikan seragam yaitu sebesar 2




da. Hal inilah yang akan menentukan arah pergerakan gerakan

memiliki berat molekul 121,125 % lebih besar dibandingkan


diintegrasikan terhadap gaya gravitasi bumi seperti pada Persamaan 38, maka

gaya berat yang dimiliki oleh gas SO2 dua kali lebih dari gaya berat yang

dimiliki udara. Selain itu, viskositas dinamik SO2 jauh lebih rendah dibanding

nilai viskositas dinamik udara yaitu berturut-turut sebesar 1,158 x 10

kg/m.s. Artinya kemampuan gerak massa partikel persatuan

cerobong

69

dipermukaan tanah tampak atas ditunjukan

lebih cenderung jatuh ke permukaan



4,06 gram/mol, yang kemudian dipengaruhi juga



9,81) m/s2


Stokes, maka pergerakan fluida yang searah x dan z tidak


eragam yaitu sebesar 2




da. Hal inilah yang akan menentukan arah pergerakan gerakan

memiliki berat molekul 121,125 % lebih besar dibandingkan


perti pada Persamaan 38, maka

dua kali lebih dari gaya berat yang

jauh lebih rendah dibanding

turut sebesar 1,158 x 10-5 dan

kg/m.s. Artinya kemampuan gerak massa partikel persatuan

70

jarak dan waktu dari gas SO2 sangat rendah dibandingkan dengan

kemampuan udara. Nilai viskositas dinamik akan bepengaruh sama terhadap

arah gerak fluida dari sistem momentum Navier-Stokes.

Adanya jumlah mass flow inlet yang besar dan terjadi fenomena

vortex serta turbulensi fluida pada daerah di belakang cerobong,

mengakibatkan terjadinya akumulasi gas SO2 di daerah tersebut. Hal ini

dapat dilihat pada (Gambar 27), dimana terdapat konsentrasi gas polutan

yang terbesar dalam wilayah vortex, yaitu wilayah sepanjang centerline di

belakang cerobong yang merupakan sumbu simetris dari searah sumbu x

pada bidang permukaan tanah. Nilai konsentrasi terbesar di sepanjang

centerline ditunjukkan pada Gambar 28.

Gambar 28. Grafik konsentrasi SO2 disepanjang centerline

Titik puncak maksimum nilai konsentrasi gas polutan SO2 terdapat

pada jarak 60 m dari titik pusat silinder cerobong yaitu sebesar 10721,64

ppm. Besarnya nilai ini merupakan akibat dari akumulasi yang terjadi

selama 3600 detik dihitung dari awal inlet gas polutan dari cerobong.

Pengakumulasian terjadi karena disamping berada di permukaan tanah,

hembusan kecepatan udara yang menerjang wilayah tersebut pun sangat

rendah dibandingkan dengan wilayah permukaan tanah lainnya di luar

batasan lapisan vortex. Selain itu nilai viskositas dinamik material SO2 juga

sangat rendah, sehingga tidak ada parsel udara yang membawa gas polutan

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320

SO2

Mas

s F

ract

ion

(ppm

)

Length (m)

71

bergerak lebih jauh ke atmosfer. Profil iterasi dari sebaran konsentrasi gas

SO2 disajikan pada Gambar 29.

Gambar 29. Profil iterasi sebaran konsentrasi gas SO2

Iterasi untuk gas SO2 terjadi sebanyak 117 kali hingga didapatkan

nilai rata-rata konsentrasi gas SO2 sebesar 617,97 ppm. Data sebaran gas

SO2 sepanjang centerline secara rinci terdapat pada Lampiran 7. Bentuk

sebaran konsentrasi gas H2S dapat dilihat pada Gambar 30.

(30.a). Tampak samping sepanjang centerface.

(30.b). Tampak samping pada jarak 10 meter dari bidang centerface.

Iterations

72

(30.c). Tampak samping pada jarak 12,5 meter dari bidang centerface.

Gambar 30. Sebaran konsentrasi gas H2S di atmosfer pada berbagai jarak bidang tampak samping dari centerface.

Pada Gambar 30 terlihat bahwa tidak ada aliran gas polutan yang

menuju permukaan tanah. Semua gas polutan yang diemisikan dari

cerobong bergerak ke atas dan mengikuti kecepatan angin. Gas H2S

memiliki kerapatan material atau massa jenis sebesar 1,93 kg/m3, sedangkan

udara memiliki nilai kerapatan material sebesar 3,2 kg/m3. Jika ditinjau dari

persamaan Navier-Stokes, ini menunjukan bahwa potensi pergerakan gas

H2S menuju arah koordinat y (ke atas) positif lebih besar dibandingkan

dengan udara.

Disamping itu nilai viskositas kinematik gas H2S lebih besar

dibandingkan dengan udara yang berturut-turut adalah sebesar 6,1088 x 10-6

dan 5,5906 x 10-6 m2/s. Hal ini menunjukan bahwa potensi luas penyebaran

material gas H2S per satuan waktu lebih besar dibanding dengan udara.

Dengan kata lain reaktivitas gas H2S lebih tinggi dari pada udara. Gambar

penampakan bidang sebaran konsentrasi gas H2S tampak dari atas

ditunjukkan oleh Gambar 31.

(31.a). Tampak atas pada ketinggian 13,5 m dari permukaan tanah.

73

(31.b). Tampak atas pada ketinggian 20 m dari permukaan tanah.

(31.c). Tampak atas pada ketinggian 30 m dari permukaan tanah.

(31.d). Tampak atas pada ketinggian 40 m dari permukaan tanah.

(31.e). Tampak atas pada ketinggian 50 m dari permukaan tanah.

Gambar 31. Sebaran konsentrasi gas H2S tampak atas pada berbagai jarak bidang dari permukaan tanah.

74

Pada Gambar 31 terlihat fenomena sebaran fluida pada ujung jarak

bidang yang terindikasi oleh polutan H2S yang seakan-akan memisah atau

membelah. Hal ini terjadi karena adanya gradien kecepatan fluida pada saat

fluida polutan berada di dalam cerobong silinder. Perbedaan kecepatan

aliran tersebut dipengaruhi oleh tegangan geser dan gaya gesek antara fluida

dengan dinding dalam cerobong, sehingga pada bagian titik tengah

cerobong merupakan kecepatan yang paling tinggi dari gas emisi.

Kecepatan aliran gas emisi dari cerobong searah dengan sumbu y dan

tegak lurus terhadap kecepatan udara ambient yang seragam dan searah

sumbu x. Jika kedua kecepatan tersebut merupakan vektor, maka pola aliran

sebaran gas H2S yang dipresentasikan dalam Gambar 30.a, terjadi karena

faktor resultan kecepatan udara yang searah dengan sumbu x.

Plot nilai sebaran konsentrasi gas H2S dilakukan di sepanjang

centerline pada ketinggian 20 m. Hal ini dilakukan karena pada permukaan

tanah tidak terkena dampak dari sebaran gas polutan H2S. Garis plot nilai

sebaran gas H2S diilustrasikan oleh Gambar 32.

Gambar 32. Ilustrasi garis plot data nilai sebaran gas konsentrasi H2S

Sedangkan sebaran nilai konsentrasi gas polutan H2S dipresentasikan

dengan grafik pada Gambar 33.

Gambar 33. Grafik sebaran gas H

Sebaran konsentrasi gas H

ketinggian 13,5 m sebagaimana ditunjukan dalam Gambar (31.a).

Sedangkan pada ketinggian 20 meter, grafik sebaran gas H

dalam Gambar (33). Pada Gambar 33 terlihat bahwa konsentrasi gas H

semakin menurun terhadap jarak sumbu x. Penurunan secara signifikan

terjadi pada jarak di bawah 3 meter. Sedangkan profil itera

H2S dapat dilihat pada Gambar 3

Gambar 34. Profil iterasi sebaran konsentrasi gas H

-1E-11

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

0 20

Hyd

roge

n su

lfid

e M

ass

Frac

tion

(ppm

)

. Grafik sebaran gas H2S sepanjang centerline.

Sebaran konsentrasi gas H2S di sepanjang centerline mulai terlihat pada


ada ketinggian 20 meter, grafik sebaran gas H2S ditunjukan

dalam Gambar (33). Pada Gambar 33 terlihat bahwa konsentrasi gas H


terjadi pada jarak di bawah 3 meter. Sedangkan profil iterasi sebaran gas

S dapat dilihat pada Gambar 34.

Gambar 34. Profil iterasi sebaran konsentrasi gas H2S.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Length (m)

75

mulai terlihat pada


S ditunjukan

dalam Gambar (33). Pada Gambar 33 terlihat bahwa konsentrasi gas H2S


si sebaran gas

300

76

Nilai konsentrasi maksimum di sepanjang garis plot terdapat pada

jarak 1,2 meter dari titik pusat silinder cerobong yaitu sebesar 703178,6

ppm. Pada jarak selanjutnya di tingkat elevasi 20 m sebaran konsentrasinya

berubah sangat signifikan, karena gas H2S terus bergerak ke atas sejalan

dengan berubahnya jarak dan terbawa oleh parsel udara yang menghembus

seragam sebesar 2 m/s searah sumbu x. Oleh karena itu, dampak yang

ditimbulkan gas H2S terhadap kehidupan makhluk hidup di permukaan bumi

secara langsung tidak bermasalah. Bentuk sebaran gas polutan CO terlihat

pada Gambar 35.

(35.a). Tampak samping pada centerface.

(35.b). Tampak samping pada jarak 2 meter dari centerface.

(35.c). Tampak samping pada jarak 4 meter dari centerface.

77

(35.d). Tampak atas pada jarak 10 meter dari permukaan tanah.

(35.e). Tampak atas pada jarak 15 meter dari permukaan tanah.

(35.f). Tampak atas pada jarak 19 meter dari permukaan tanah.

(35.g). Tampak atas pada jarak 23 meter dari permukaan tanah.

Gambar 35. Sebaran gas polutan CO pada berbagai jarak bidang.

Pola dispersi gas CO tampak samping terlihat

bergerak menuju permukaan tanah. Disamping debit inputnya yang sangat

kecil dibanding gas polutan lainnya, gas CO memiliki kerapatan material

yang terbesar diantara gas lainnya yaitu sebesar 4,355 kg/m

udara hanya memiliki

gas CO akan dominan cenderung bergerak menuju arah gravitasi bumi.

Dengan nilai inlet polutan yang kecil, kecenderungan gerakan gas CO

menuju permukaan tanah akan terhambat oleh hembusan angin searah x

karena terjadi resultansi gaya pada elemen fluida. Pergerakan dispersi gas

CO akan terbawa oleh parsel udara yang bergerak searah sumbu x. Oleh

karena itu, pada Gambar 35 tampak samping tidak terlihat bahwa gas CO

menyentuh permukaan tanah. Hal ini karena

digunakan dalam simulasi.

Jangkauan dispersi gas CO dalam ruang domain simulasi pada jarak

300 meter mencapai 10 meter lebih menuju permukaan tanah dari sumber

emisi dan 6 meter melebar ke samping pada arah sumbu y

sebaran konsentrasi gas CO sepanjang garis ordinat sumbu x ditunjukkan

oleh Gambar 36.

Gambar 36. Ilustrasi sebaran gas CO sepanjang garis

Pola dispersi gas CO tampak samping terlihat sedikit demi sedikit



yang terbesar diantara gas lainnya yaitu sebesar 4,355 kg/m3. Sedangkan

udara hanya memiliki kerapatan material sebesar 3,2 kg/m3. Oleh karena itu,







menyentuh permukaan tanah. Hal ini karena keterbatasan domain yang

digunakan dalam simulasi.



emisi dan 6 meter melebar ke samping pada arah sumbu y. Besarnya nil


Gambar 36. Ilustrasi sebaran gas CO sepanjang garis centerline

78

sedikit demi sedikit



. Sedangkan

. Oleh karena itu,







keterbatasan domain yang



Besarnya nilai


centerline

Nilai puncak maksimum konsentrasi gas CO terjadi pada jarak 1,2 m

yaitu sebesar 701695,6

ketinggian 20 m sama seperti ilustrasi pada Gambar 3

mengetahui profil iterasi konsentrasi gas CO dapat dilihat pada Gambar 37.

Penghitungan nilai sebaran konsentrasi gas CO dilakukan sebanyak 80

kali iterasi dengan nilai rata

Perubahan volume fluida terbatas yang diakibatkan oleh adanya perbedaan

temperatur, tekanan dan sifat fisik fluida lainnya s

timbulnya pergerakan fluida di atmosfer. Maka dengan prinsip dasar hukum

kekekalan massa dan energi, kadar suatu zat atau massa di suatu posisi titik

(x, y, z) dalam suatu volume terbatas dapat dihitung. Perubahan integral

volume terbatas terhadap fungsi waktu sebanding dengan integral fluks

massa pada bidang volume tersebut.


yaitu sebesar 701695,6 ppm. Plot garis centerline ini dilakukan pada

ketinggian 20 m sama seperti ilustrasi pada Gambar 32. Sedangkan untuk


Gambar 37. Profil iterasi gas CO

nilai sebaran konsentrasi gas CO dilakukan sebanyak 80

kali iterasi dengan nilai rata-rata dari sebaran gas CO sebesar 395,023 ppm.


temperatur, tekanan dan sifat fisik fluida lainnya secara alami memicu



) dalam suatu volume terbatas dapat dihitung. Perubahan integral

s terhadap fungsi waktu sebanding dengan integral fluks

massa pada bidang volume tersebut.

Iterations

79


ini dilakukan pada

. Sedangkan untuk


nilai sebaran konsentrasi gas CO dilakukan sebanyak 80

rata dari sebaran gas CO sebesar 395,023 ppm.


ecara alami memicu



) dalam suatu volume terbatas dapat dihitung. Perubahan integral

s terhadap fungsi waktu sebanding dengan integral fluks

bab iv hasil dan pembahasan -...

Documents