SIMULASI POLA PENYEBARAN PARTICULATE MATTER 10 (PM10) DI AREA INDUSTRI PT SEMEN GRESIK DI TUBAN Oleh : Mashuda Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Basuki Widodo, M.Sc.
LATAR BELAKANG Udara merupakan faktor yang penting dalam kehidupan, namun dengan meningkatnya pembangunan fisik kota dan pusat – pusat industri, kualitas udara telah mengalami perubahan Perubahan lingkungan pada umumnya disebabkan pencemaran udara Salah satu bahan pencemar udara adalah debu yang mempunyai diameter kurang dari 10 μm biasanya disebut dengan Particulate Matter 10 (PM10) Salah satu sumber PM10 yaitu proses industri semen di area industri PT Semen Gresik di Tuban PM10 berbahaya bagi kesehatan manusia PM10 juga dapat mengakibatkan kematian
LATAR BELAKANG Perlu peneletian untuk mengetahui tingkat pencemaran dan pola sebaran PM10 di area Industri PT semen Gresik di Tuban Dalam penelitian sebelumnya, sutini (2009) menggunakan Gaussian Box models untuk memodelkan pola sebaran SO2 . Dalam penelitian tesis ini digunakan Gaussian Box models untuk memodelkan pola sebaran PM10 di area industri PT Semen Gresik di Tuban.
Rumusan Masalah 1. Bagaimana model Gaussian Box dapat dikontruksikan dalam pemodifikasian model matematika dari pola penyebaran Particulate Matter 10 (PM10) di kawasan industri PT Semen Gresik di Tuban ? 2. Bagaimana pola penyebaran Particulate Matter 10
(PM10) di kawasan industri PT Semen Gresik di Tuban ?
Tujuan Penelitian Mengetahui tingkat pencemaran dan pola penyebaran Particulate Matter 10 (PM10) di kawasan industri PT Semen Gresik di Tuban
Manfaat Penelitian 1. Memberikan informasi mengenai konsentrasi dan pola penyebaran Particulate Matter 10 (PM10) di kawasan industri PT Semen Gresik di kabupaten Tuban. 2. Sebagai referensi untuk peneliti selanjutnya.
KAJIAN PUSTAKA 1. Particulate Matter 10 (PM10) Particulate Matter 10 (PM10) merupakan partikulat yang memiliki diameter kurang dari 10 µm. Particulate Matter 10 (PM10) terdiri dari aluminosilikat dan oksida lain dari unsur kerak dengan sumber utama termasuk debu yang berasal dari jalan, industri, pertanian, konstruksi, pembongkaran gedung, dan debu terbang dari pembakaran bahan bakar fosil. Particulate Matter 10 (PM10) menyebar pada jarak bervariasi mulai kurang dari 1 km sampai 10 km
(
2. Dipersi Partikulat
Pada dasarnya perpindahan massa partikulat merupakan pengendapan secara gravitasi. Kecepatan mengendap partikulat ditentukan oleh karakteristik partikulat dan percepatan grafitasi dengan rumus sebagai berikut (Nurhayati, 2000):
Dengan = kecepatan mengendap partikulat (m/dt), g =percepatan gravitasi (m/dt2) dp= diameter partikel ( ) = densitas partikel (gr/cm) = viskositas dinamis udara (
)
3. Model Gaussian Box Model Gaussian Box merupakan pendekatan model disperse dengan membangun model matematika berdasarkan persamaan konsentrasi polutan. Model Gaussian Box menggunakan persamaan disperse Gauss sebagai dasar algoritma dengan asumsi kondisi tunak. Dalam penerapannya, model Gaussian Box membutuhkan data masukan yaitu data karakterisitik sumber emisi yang meliputi : koordinat sumber emisi, laju dan percepatan emisi pencemar udara, ketinggian fisik cerobong, temperatur gas keluar dan diameter cerobong dan data metereologi meliputi : Eksponen p untuk penentuan profil angin, stabilitas atmosfer, kecepatan dan arah angin dan temperatur udara
Metodologi Penelitian Tahapan Penelitian
Identifikasi Masalah Dalam tahap ini langkah yang dilakukan adalah mencari topik yang akan dikaji, mencari literaturliteratur yang berhubungan dengan penelitian tesis.
Data Dari PT Semen Gresik : Banyaknya cerobong, data fisik cerobong, koordinat emisi, laju emisi pencemar udara dan temperatur partikel yang keluar. Data dari BMKG Tanjung perak Surabaya: Data Metereologi Kabupaten Tuban
MODIFIKASI MODEL
Persamaan Adveksi Persamaan kontinuitas Transportasi Reynold Volume kendali Model Solusi Model
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Model yang digunakan dalam penelitian ini merupakan pengembangan dari persamaan adveksi berikut (Jerald, 1996):
Dengan J menyatakan laju perpindahan massa , U adalah kecepatan aliran rata – rata, A adalah luas penampang melintang , dan C adalah laju alir konsentrasi polutan.
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Persamaan kontinuitas (Munson, 2004): Laju perubahan massa yang ada pada volume kendali
Massa bersih Massa yang fluks yang dihasilkan masuk dan oleh sumber + keluar = dalam volume melalui kendali. permukaan kendali
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Teorema transportasi Reynold (Munson, 2004):
Dengan integral pertama di ruas kiri Persamaan (4.2) menyatakan besarnya laju dari massa yang berada di dalam volume kendali, integral kedua menyatakan laju netto dari massa yang mengalir keluar melalui permukaan kendali
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Penyebaran particulate matter 10 di area industri PT Semen Gresik dapat dipresentasikan dalam bentuk volume kendali dengan menggunakan prinsip kontinum yaitu : Z
• Cu
Laju Massa Masuk
Laju Massa keluar X
Y Gambar 1 . Proses Transportasi Massa
Dengan laju massa adveksi yang masuk searah sumbu X adalah :
Laju massa adveksi yang masuk searah sumbu Y adalah :
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Laju massa adveksi yang masuk searah sumbu Z adalah :
Kemudian diperoleh laju massa adveksi yang keluar searah sumbu X adalah :
Laju massa adveksi yang keluar searah sumbu Y adalah :
Dan laju massa adveksi yang keluar searah sumbu Z adalah :
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Sementara itu , laju perubahan konsentrasi partikel dalam volume kendali adalah : Dari persamaan di atas diperoleh laju netto massa aliran keluar searah sumbu X yaitu :
Dengan cara yang sama, diperoleh laju netto massa aliran keluar searah sumbu Y yaitu :
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Dengan cara yang sama pula didapat laju netto massa aliran keluar searah sumbu Z yaitu :
Dari (4.10), (4.11) dan (4.12) diperoleh laju netto massa aliran keluar :
Dari persamaan (4.9), (4.13) sesuai dengan hukum kekekalan massa dalam volume kendali didapat :
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Kemudian dibagi dengan persamaan sebagai berikut :
sehingga diperoleh
Selanjutnya diasumsikan : 1. Sistem dalam keadaan tunak (steady), karena sistem ( daerah penelitian) yang digunakan dalam modeling adalah tetap ( tidak bergerak), sehingga volume kendali tidak terikat terhadap waktu. Karena itu . 2. Polutan bersifat non reaktif. 3. Kecepatan angin pada arah X adalah konstan.
,
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Persamaan (15) diselesaikan dengan menggunakan syarat batas sebagai berikut : 1. Pada kondisi dimana untuk 2. Pada kondisi dimana untuk , 3. untuk x > 0, Selanjutnya diperoleh solusi dari persamaan (4.15) sebagai berikut:
Pada dasarnya perpindahan massa partikulat merupakan pengendapan secara gravitasi. Kecepatan pengendapan partkulat (Vt) merupakan parameter yang menentukan pergerakan partikulat ke bawah.
MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA Kecepatan mengendap partikulat ini akan mempengaruhi dispersi partikulat di atmosfer karena kecepatan mengendap ini akan memberikan pengaruh pada kemampuan angin untuk mendispersi partikulat sehingga pada Persamaan (4.30), elemen yang mengandung Z mendapat pengaruh dari kecepatan . Dan dapat ditulis dengan :
Persamaan 4.32 adalah persamaan yang digunakan dalam menyusun program komputer untuk penelitian dalam tesis ini.
Hasil Simulasi Komputer
Gb.1 Pola sebaran pada bulan Januari
Berdasarkan hasil running program diketahui bahwa untuk bulan Januari 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,5432 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah barat dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1056467 mg/m3 terletak pada koordinat (-10,0)
Gb.2 Pola sebaran pada bulan Pebruari
Untuk bulan Pebruari 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah utara dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1038346mg/m3 terletak pada koordinat (0,11).
Hasil Simulasi Komputer
Gb.3 Pola sebaran Bulan Maret
Untuk bulan Maret 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah utara dengan kelas stabilitas atmosfer A konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0.1038346 mg/m3 terletak pada koordinat (0,11).
Gb.4 Pola sebaran pada bulan April
Untuk bulan April 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah selatan dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0.1038346 mg/m3 terletak pada koordinat (0,-11).
Hasil Simulasi Komputer
Gb.5 Pola sebaran Bulan Mei
Untuk bulan Mei 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer B , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1319726 mg/m3 terletak ada koordinat (14,0)
Gb.6 Pola sebaran pada bulan Juni
Untuk bulan Juni 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1038346 mg/m3 terletak pada koordinat (11,0).
Hasil Simulasi Komputer
Gb.7 Pola sebaran Bulan Juli
Untuk bulan Juli 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,5432 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1056467 mg/m3 terletak pada koordinat (10,0)
Gb.8 Pola sebaran pada bulan Agustus
Untuk bulan Agustus 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,5432 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1056467 mg/m3 terletak pada koordinat (10,0).
Hasil Simulasi Komputer
Gb.9 Pola sebaran Bulan September
Untuk bulan September 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer A konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1038346 mg/m3 terletak pada koordinat (11,0).
Gb.10 Pola sebaran pada bulan Oktober
Untuk bulan Oktober dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah tenggara dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1021398 mg/m3 terletak pada koordinat (7,-8).
Hasil Simulasi Komputer
Gb.11 Pola sebaran Bulan Nopember
Untuk bulan Nopember dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah utara dengan kelas stabilitas atmosfer B , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1319726mg/m3 terletak pada koordinat (0,14).
Gb.12 Pola sebaran pada bulan Desember
Untuk bulan Desember dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah Barat dengan kelas stabilitas atmosfer B, konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1319726 mg/m3 terletak pada koordinat (-14,0).
KESIMPULAN Dari hasil simulasi komputer dapat disimpulkan bahwa sebaran Partikulat Matter 10 di area industri PT Semen Gresik pada bulan Januari sampai Desember 2010 mencapai konsentrasi tertinggi pada bulan Mei, Nopember dan Desember yaitu sebesar 0,1319726 mg/m3 atau 131,972 µm. Konsentrasi tersebut masih di bawah ambang batas baku mutu udara ambien nasional untuk Particulate Matter 10 (PM10) sesuai Peraturan Pemerintah No. 41 tahun 1999 yaitu sebesar 150 µm.
SARAN Bagi peneliti selanjutnya di sarankan melakukan penghitungan konsentrasi PM10 untuk daerah yang tidak datar serta menggunakan data primer.
DAFTAR PUSTAKA Agusgindo, S., Budi, H. H., (2007), Pengukuran Partikel Udara Ambien (TSP, PM-10, PM2,5) Di Sekitar Calon Lokasi PLTN Semenanjung Lemah abang, Pusat Teknologi Limbah RadioaktifBatan Atkinson, R., Bremner, S., Anderson, H., Strachan, D., Bland, J.M., (1999),“Short- term Association between Emergency Hospital Admissions for Respiratory and Cardiovascular Disease and Outdoor Air Pollution in London”, Arch Environ health 54(6): 399-411 Baumbach, Gunter, (1996), Air Polution Control, Springer Verlag Berlin Haidelberg, New York. Catalano, (1987), User’s Guide for RAM (Regulatory Air Models), 2nd edition Fierro, M., (2000), Particulate Matter, www.airinfonow.org/pdf/Particulate Matter, diakses tanggal 20 Januari 2011. G Sriram, N Krishna Mohan,V Gopalasamy,“Sensitivity Study Gaussian Dispersion Models”, Journal of scientific and industrial Research vol. 65 April 2006, pp. 321-324. Heinson, R., J., Kabel, R., L., (1999), Source and Control Of Air Pollution, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey . Jerald, L., Achooner, Zehnder, A., (1996), Enviromnetal Modeling, Fate And Transport Of Pollutans In Water, Air And Soil, Departement of civil and enviromnetal engineering the university of Lowa, Awiley-interscience publication, John Wiley and sons.INC.
DAFTAR PUSTAKA Munson, B,R.,Young, D,F., Okishi,T,H.,(2004), Mekanika Fluida, Edisi keempat jilid1, Penerbit Erlangga, Jakarta. Nurhayati, U, 2000, Pemrograman Dispersi Pencemaran Partikulat (PM-10) Dari Sumber Titik i Tunggal Kontinu Berdasarkan Persamaan Gauss, Skripsi, JurusanTeknik Lingkungan, ITS, Surabaya. Roemer,W., Hoek, G., Brunekreef, B., (1993),“Effect of Ambient Winter Air Pollution on Respiratory Health of Children with Chronic Respiratory Symptoms”, Am Rev Respir Dis; 147: 1187-124. Schwartz, J., (1996),“Air Pollution and Hospital Admissions for Respiratory Disease”, Epidemiol, 7(1): 20-27. Soedomo, M., (2001), Pencemaran Udara (Kumpulan Karya Ilmiah),Penerbit ITB, Bandung. Soenarmo, S, H., (1999), Diktat Kuliah Meteorologi Pencemaran Udara, Penerbit ITB, Bandung Sutini, (2009), Simulasi Model Matematika Dari Dispersi Pencemaran SO2 Di Kawasan Industri PT. Petrokimia Gresik, Tesis, Jurusan Matematika, ITS, Surabaya. Tjasyono, B., 2004, Klimatologi,Penerbit ITB, Bandung Wark, K.,Warner, C., F., 1976, Air Pollution, Harper & Row Publisher, New York
DAFTAR PUSTAKA Woodruff, T., (1997), ”The Relationship between Select Causes of Postneonatal infant Mortality and Particulate Air Pollution in the United States”, Environ Health Perspec, 105(6): 608-612.
TERIMA KASIH
