SKRIPSI RANCANG BANGUN DAN UJI KINERJA ALAT PENGUKUR TOTAL SUSPENDED PARTICULATE (TSP) DENGAN METODE HIGH VOLUME AIR SAMPLING
Oleh: ASTITI PURIWIGATI F14052798
2010 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR i
RANCANG BANGUN DAN UJI KINERJA ALAT PENGUKUR TOTAL SUSPENDED PARTICULATE (TSP) DENGAN METODE HIGH VOLUME AIR SAMPLING SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
OLEH : ASTITI PURIWIGATI F14052798
2010 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR ii
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Skripsi : RANCANG BANGUN DAN UJI KINERJA ALAT PENGUKUR TOTAL SUSPENDED PARTICULATE (TSP) DENGAN METODE HIGH VOLUME AIR SAMPLING Nama
: Astiti Puriwigati
NIM
: F14052798
Menyetujui: Dosen Pembimbing
(Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc) NIP: 19660321 199003 1 012
Mengetahui: Ketua Departemen
(Dr. Ir. Desrial, M.Eng) NIP. 19661201 199103 1 004
Tanggal Lulus : 25 Januari 2010
iii
Astiti Puriwigati. F14052798. Design, Development and Performance Test of Total Suspended Particulate Meter using High Volume Air Sampling Method. Advisor: Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc.
ABSTRACT Total Suspended Particulate (TSP) are suspended in air which its dimention is less than 1 micron until 500 micron maximum. The existing of this particulate gives negative impacts to human health especially to their inhalation system. Besides, particulate also decreases eyes visibility and causes chemical reaction in the air. In determining TSP consentration in the ambient air, it is used High Volume Air Sampler (HVAS). Main objective in this reasearch is designing and building portable HVAS which is easy to be operated and made by material that could be found in Indonesia. This research is also expected to determine performance of designed equipment. To make HVAS unit, it requires several design criterias, such as simply design, portable, easy to be operated, but relatively made by cheap cost. The main requirement for HVAS unit is able to produce a flow rate which is typically 1,13 to 1,70 m3/min while the equipment was operating. This research through three steps, which are equipment design consisting of functional and structural design, equipment build, and performance test. In this research, there are 4 HVAS made from different air fans and pumps, such as centrifugal fan, axial fan, 600 Watt vacuum pump and 1000 Watt vacuum pump. Generally, HVAS was designed having 6 main components, such as air fan/pump, electrical motor, filter, casing, filter holder and on/off switch control. Based on determination result of flow rate reduction because of filter application on HVAS, centrifugal and axial fan HVAS had the highest reduction, which is almost 100% of reduction. Whereas, the reduction of air flow rate of vacuum pump HVAS is 89% to 90%. While the equipment was operated, the highest number of air flow rate was produced by HVAS using vacuum pump 1000 Watt, which is 0.518 m3/minute. So, comparison test between America made HVAS only used for 1000 Watt vacuum pump HVAS. Based on that comparison test, it was determined that the designed HVAS had ratio of TSP concentration in ambient air is 60.30% toward to America made HVAS. Refer to produced air flow rate, the designed HVAS did not fulfill the requirement yet of becoming TSP meter using high volume air sampling method.
Keywords: total suspended particulate, particulate, high volume air sampler, air control, air pollution.
Astiti Puriwigati. F14052798. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Alat Pengukur Total Suspended Particulate (TSP) dengan Metode High Volume Air Sampling. Pembimbing: Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc.
RINGKASAN Total Suspended Particulate (TSP) atau disebut juga dengan partikel debu tersuspensi terdapat di udara dengan ukuran berkisar antara kurang dari 1 mikron hingga maksimal 500 mikron. Keberadaan debu ini akan memberi dampak buruk bagi kesehatan manusia terutama untuk saluran pernafasan. Selain dapat berpengaruh negatif terhadap kesehatan, partikel debu juga dapat mengganggu daya tembus pandang mata dan juga mengadakan berbagai reaksi kimia di udara. Pengukuran konsentrasi TSP di udara diukur dengan menggunakan High Volume Air Sampler (HVAS). Tujuan utama dari penelitian ini yaitu dapat merancang dan membuat HVAS yang mudah dioperasikan dan dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain dan terbuat dari bahan-bahan yang mudah diproduksi di Indonesia Penelitian ini juga diharapkan dapat menentukan kinerja dari alat yang telah dirancang. Pembuatan unit (HVAS) harus memenuhi beberapa kriteria desain, antara lain perancangan sederhana, alat mudah untuk dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain, alat dapat dioperasikan dengan mudah serta bahan yang digunakan mudah diperoleh dan berkualitas, namun harganya relatif murah. Persyaratan utama yang harus dimiliki oleh unit HVAS adalah mampu menghasilkan laju alir pompa vakum 1,13 sampai 1,70 m3/menit pada saat pengujian berlangsung. Penelitian ini dilakukan melalui 3 tahapan, yaitu perancangan alat dengan metode fungsional dan struktural, pembuatan alat, serta uji coba alat. Pada penelitian ini, dibuat empat buah HVAS dengan menggunakan jenis kipas dan pompa yang berbeda-beda, yaitu kipas sentrifugal, kipas aksial, pompa vakum 600 Watt dan pompa vakum 1000 Watt. Pada dasarnya, HVAS yang dirancang memiliki 6 komponen utama, yaitu kipas/pompa, motor listrik, filter, casing, pengunci filter dan tombol on/off. Berdasarkan hasil pengukuran penurunan laju alir udara akibat aplikasi filter pada HVAS, HVAS dengan menggunakan kipas sentrifugal dan aksial memiliki penurunan laju alir paling besar, yaitu mendekati 100%. Sedangkan pada pompa vakum, penurunan laju alir yang terjadi sebesar 89% hingga 90%. Pada saat alat beroperasi, laju alir terbesar dihasilkan oleh HVAS dengan pompa vakum 1000 Watt yaitu sebesar 0,518 m3/menit. Oleh karena itu, pengujian banding dengan alat HVAS buatan Amerika hanya berlaku untuk HVAS vakum berdaya 1000 Watt. Dari hasil pengujian banding tersebut, diperoleh HVAS hasil rancangan memiliki rasio hasil konsentrasi TSP dalam udara ambien sebesar 60,30% terhadap HVAS buatan Amerika. Dari segi besarnya laju alir udara yang dihasilkan, HVAS hasil rancangan masih belum memenuhi kriteria sebagai alat pengukur TSP dengan metode high volume air sampling.
iv
RIWAYAT HIDUP
Penulis, Astiti Puriwigati, dilahirkan di Bogor pada tanggal 20 November 1987. Penulis merupakan anak kedua dari lima bersaudara dari pasangan Haryanto dan Ani Sumardini. Penulis menempuh pendidikan di TK Melati Bogor lulus tahun 1993. SD Negeri Polisi 4 Bogor lulus tahun 1999. SMP Negeri 1 Bogor lulus tahun 2002. SMA Negeri 1 Bogor lulus tahun 2005. Pada tahun yang sama, penulis diterima di perguruan tinggi Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Pada tahun kedua di bangku kuliah, penulis diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB dengan dosen pembimbing akademik sementara Dr. Ir. I Wayan Astika M. Si dan dosen pembimbing skripsi Dr. Ir Arief Sabdo Yuwono, M. Sc. Selama masa perkuliahan, penulis aktif mengikuti Unit Kegiatan Mahasiswa “MAX!!” pada tahun 2005-2007. Selain itu, penulis juga pernah menjadi pengurus Himpunan Profesi HIMATETA pada periode tahun 2006-2007 dan menjadi anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian se-Indonesia pada periode tahun yang sama. Prestasi yang pernah diraih penulis yaitu mendapatkan dana usaha dari DIKTI dalam Program Kegiatan Mahasiswa bidang kewirausahaan dengan judul “Green Tea Ice Cream sebagai Alternatif Minuman Kesehatan” pada tahun 2007 dan “Bakso Vegetarian sebagai Alternatif Makanan Sehat” pada tahun 2008. Pada tahun 2009 penulis mendapatkan dana bantuan kewirausahaan dari DIKTI dalam Program Pengembangan Kewirausahaan Mahasiswa dengan membangun usaha “Budidaya Jamur Tiram” serta memperoleh penghargaan sebagai kelompok wirausaha terbaik dalam bidang budidaya tanaman. Penulis melakukan praktek lapangan pada tahun 2007 di PT. Monsanto Indonesia, Klaten, Jawa Tengah dengan judul “Pengelolaan Lapangan, Pengolahan dan Pemanfaatan Limbah pada Produksi Benih Jagung Hibrida di PT. Branita Sandhini, Seed Supply Monsanto Indonesia, Klaten”. Pada tahun 2010 penulis mendapatkan gelar sarjana dengan judul penelitian “Rancang Bangun dan Uji Kinerja Alat Pengukur Total Suspended Particulate (TSP) dengan Metode High Volume Air Sampling”.
v
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya. Shalawat dan salam semoga tetap tercurah pada junjungan kita Nabi Muhammad SAW sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul “Rancang Bangun dan Uji Kinerja Alat Pengukur Total Suspended Particulate (TSP) dengan Metode High Volume Air Sampling” ini dengan baik. Skripsi ini disusun dalam rangka menyelesaikan tugas akhir sebagai prasyarat kelulusan. Dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi ini, banyak pihak yang telah berperan penting hingga terselesaikannya karya tulis ini. Pada kesempatan ini penulis berterima kasih kepada: 1. Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc. selaku pembimbing akademik yang telah memberikan arahan serta bimbingan selama penelitian dan penyusunan skripsi. 2. Dr. Ir. Lilik Pujantoro, M.Agr. dan Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr. atas kesediannya menjadi dosen penguji skripsi penulis. 3. Keluarga tercinta Mama, Papa, Kakak dan Adik-adik untuk doa dan dukungan semangat yang telah diberikan. 4. Pandu Gunawan, STP yang telah memberi warna hidup baru dan inspirasi bagi penulis. 5. Dyah N. Ayuningtyas, STP, rekan seperjuangan penulis. 6. Teman-teman Teknik Pertanian 42 atas segala dukungan dan bantuan yang telah diberikan selama penyelesaian tugas akhir. 7. Pak Deni dan Pak Gamal dari pihak PPLH yang telah banyak membantu penulis selama penelitian berlangsung. 8. Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.
i
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih dan semoga tulisan ini bermanfaat. Bogor, Januari 2010 Penulis
ii
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................ i DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii DAFTAR TABEL...................................................................................................v DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vi DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... vii 1. PENDAHULUAN ..............................................................................................1 1.1. LATAR BELAKANG ......................................................................................1 1.2. TUJUAN ...........................................................................................................2 2. TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................3 2.1. POLUSI UDARA .............................................................................................3 2.2. PARTIKEL DEBU ...........................................................................................4 2.2.1. Sifat Fisika dan Kimia ..................................................................................4 2.2.2. Sumber dan Distribusi ..................................................................................6 2.2.3. Dampak Terhadap Kesehatan.......................................................................6 2.3. HIGH VOLUME AIR SAMPLER ......................................................................7 2.4. KEBISINGAN ..................................................................................................9 3. METODOLOGI ..............................................................................................11 3.1. TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN .......................................................11 3.2. ALAT DAN BAHAN .....................................................................................11 3.3. PROSEDUR ....................................................................................................14 3.3.1. Pendekatan Rancangan ...............................................................................15 3.3.2. Uji Performansi ..........................................................................................18 4. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................22 4.1. PENGUJIAN PENDAHULUAN FILTER .....................................................22 4.2. RANCANG BANGUN HVAS .......................................................................23 4.2.1. HVAS-S1 ...................................................................................................24 4.2.2. HVAS-A1 ...................................................................................................25 4.2.3. HVAS-V1 ...................................................................................................25 4.3.4. HVAS-V2 ...................................................................................................27 4.3. PENURUNAN LAJU ALIR UDARA............................................................29
iii
4.4. UJI PERFORMANSI ......................................................................................31 4.4.1. Uji Banding Pengukuran Konsentrasi TSP ................................................31 4.4.2. Uji Kebisingan ............................................................................................34 5. KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................37 5.1. KESIMPULAN ...............................................................................................37 5.2. SARAN ...........................................................................................................37 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................39 LAMPIRAN ..........................................................................................................41
iv
DAFTAR TABEL Tabel 1. Baku mutu kadar debu dan partikulat ........................................................4 Tabel 2. Macam-macam ukuran beberapa partikel di atmosfir................................5 Tabel 3. Ukuran partikel tersuspensi (TSP) .............................................................5 Tabel 4. Baku tingkat kebisingan ...........................................................................10 Tabel 5. Daftar alat yang digunakan pada penelitian .............................................11 Tabel 6. Bahan pembuatan casing dan komponen lain HVAS ..............................14 Tabel 7. Perancangan fungsional HVAS ...............................................................16 Tabel 8. Spesifikasi kipas dan motor listrik yang digunakan ................................17 Tabel 9. Hasil pengukuran jarak antar lubang kain................................................22 Tabel 10. Hasil pengukuran dimensi lubang pori kain ..........................................23 Tabel 11. Penamaan HVAS berdasarkan jenis kipas dan pompa udara ................24 Tabel 12. Hasil pengukuran penurunan laju alir udara HVAS hasil rancangan ....29 Tabel 13. Hasil uji banding unit HVAS buatan Amerika dan hasil rancangan......33
v
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Ukuran partikel dalam udara ambien .....................................................6 Gambar 2. Bagian-bagian High Volume Air Sampler yang ada di pasaran (Lodge, 1989) ........................................................................................8 Gambar 3. Kipas sentrifugal yang digunakan dalam penelitian ............................12 Gambar 4. Kipas aksial yang digunakan dalam penelitian ....................................12 Gambar 5. Pompa vakum 600 W (kiri) dan 1000 W (kanan) yang digunakan dalam penelitian ..................................................................................13 Gambar 6. Diagram alir penelitian .........................................................................15 Gambar 7. Skema prosedur pengukuran konsentrasi TSP .....................................20 Gambar 8. Casing HVAS-A1 tampak bagian depan (kiri) dan bagian belakang (kanan).................................................................................................25 Gambar 9. Casing HVAS-V1 tampak bagian depan (kiri) dan tampak bagian belakang (kanan) .................................................................................26 Gambar 10. Komponen penyangga dan pengunci filter pada HVAS-V1 ..............26 Gambar 11. Casing HVAS-V2 berbahan stainless steel........................................27 Gambar 12. Komponen penyangga, penjepit dan pengunci filter..........................27 Gambar 13. Bagian belakang HVAS-V2 ...............................................................28 Gambar 14. Modifikasi casing HVAS-V2 .............................................................28 Gambar 15. Uji banding HVAS Amerika (kiri) dengan HVAS-V2 (kanan) .........32 Gambar 16. Banyaknya TSP tersaring pada filter oleh HVAS buatan Amerika (kiri) dan HVAS hasil rancangan (kanan) ...........................................34 Gambar 17. Grafik tingkat kebisingan HVAS-V2 hasil rancangan .......................35
vi
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1.
Data pengukuran laju alir HVAS-S1 ..............................................42
Lampiran 2.
Data Pengukuran laju alir HVAS-A1 .............................................43
Lampiran 3.
Data hasil pengukuran laju alir HVAS-V1 .....................................44
Lampiran 4.
Data hasil pengukuran laju alir HVAS-V2 .....................................45
Lampiran 5.
Alat ukur yang digunakan pada penelitian .....................................46
Lampiran 6.
Pengukuran laju alir udara ..............................................................46
Lampiran 7.
Gambar pictorial casing HVAS-S1 ................................................47
Lampiran 8.
Gambar orthogonal casing HVAS-S1 ............................................48
Lampiran 9.
Gambar piktorial casing HVAS-A1 ...............................................49
Lampiran 10. Gambar orthogonal casing HVAS-A1 ...........................................50 Lampiran 11. Gambar piktorial casing HVAS-V1 ...............................................51 Lampiran 12. Gambar orthogonal casing HVAS-V1 ...........................................52 Lampiran 13. Gambar piktorial casing HVAS-V2 ...............................................53 Lampiran 14. Gambar orthogonal casing HVAS-V2 ...........................................54 Lampiran 15. Gambar komponen HVAS-V2 .......................................................55 Lampiran 16. Hasil pengukuran dimensi pori kain pada pengujian pendahuluan....................................................................................56
vii
1. PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG Udara merupakan media lingkungan yang sangat penting bagi kebutuhan dasar manusia untuk dapat bertahan hidup. Kualitas udara perlu dipelihara serta ditingkatkan agar dapat memberikan dukungan bagi makhluk hidup secara optimal. Dewasa ini, polusi udara baik di negara maju maupun negara berkembang mengalami peningkatan yang signifikan. Seiring dengan semakin banyaknya jumlah penduduk di dunia, maka polusi udara pun semakin meningkat. Hal ini akan mengancam kesehatan manusia serta makhluk hidup lainnya ketika tidak mendapat perhatian yang lebih serius. Beberapa kegiatan yang berkontribusi besar terhadap polusi udara antara lain berupa industri, transportasi, perkantoran, serta perumahan. Polusi udara yang terjadi sangat berpotensi menggangu kesehatan. Menurut perhitungan kasar dari World Bank tahun 1994 dengan mengambil contoh kasus kota Jakarta, jika konsentrasi partikulat (PM) dapat diturunkan sesuai standar WHO, diperkirakan akan terjadi penurunan tiap tahunnya: 1400 kasus kematian bayi prematur; 2000 kasus rawat di RS, 49.000 kunjungan ke gawat darurat; 600.000 serangan asma; 124.000 kasus bronchitis pada anak; 31 juta gejala penyakit saluran pernapasan serta peningkatan efisiensi 7.6 juta hari kerja yang hilang akibat penyakit saluran pernapasan (Koran Tokoh, 2009). Hal tersebut merupakan
suatu jumlah yang sangat signifikan dari sudut pandang
kesehatan masyarakat. Dari sisi ekonomi pembiayaan kesehatan (health cost) akibat polusi udara di Jakarta diperkirakan mencapai hampir 220 juta dolar pada tahun 1999 (Zaini, 2008). Total Suspended Particulate (TSP) atau disebut juga dengan partikel debu tersuspensi terdapat di udara dengan ukuran berkisar antara kurang dari 1 mikron hingga maksimal 500 mikron. Keberadaan debu ini akan memberi dampak buruk bagi kesehatan manusia terutama untuk saluran pernafasan. Partikel debu tersebut melayang-layang di udara dalam waktu yang lama sehingga akan mudah masuk ke dalam tubuh manusia melalui saluran pernafasan. Selain dapat berpengaruh
1
negatif terhadap kesehatan, partikel debu juga dapat mengganggu daya tembus pandang mata dan juga mengadakan berbagai reaksi kimia di udara. Pengukuran kadar TSP di udara ambien saat ini biasanya menggunakan metode high volume air sampling dengan prinsip dasar udara dihisap dengan laju aliran udara berkisar antara 1,13-1,70 m3/menit, lalu partikel yang berukuran kurang dari 100 µm akan teperangkap pada filter kemudian ditimbang secara gravimetrik. Pengukuran dengan menggunakan metode high volume air sampling ini memiliki tingkat akurasi yang cukup tinggi, namun untuk pengambilan sampel dengan metode tersebut diperlukan biaya yang cukup besar karena peralatan yang digunakan masih hanya diproduksi di Amerika sehingga harga jual alat ukur sangat mahal. Oleh karena itu, diperlukan sebuah inovasi baru untuk alat ukur TSP agar tercipta alat ukur yang memiliki harga lebih mudah terjangkau namun dengan kualitas yang diharapkan akan jauh lebih baik daripada alat yang sudah ada sebelumnya. 1.2. TUJUAN Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini antara lain: 1.
Merancang dan membuat alat High Volume Air Sampler (HVAS) yang mudah dioperasikan dan dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain dengan menggunakan bahan-bahan yang mudah diperoleh di Indonesia.
2.
Menentukan besarnya penurunan laju alir udara alat HVAS hasil rancangan akibat aplikasi filter berbahan serat kaca.
3.
Mengukur persentase rasio kinerja antara unit HVAS hasil rancangan dengan HVAS buatan Amerika.
4.
Menentukan kelayakan teknis HVAS hasil rancangan sebagai alat pengambil sampel partikel tersuspensi dalam udara ambien.
2
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. POLUSI UDARA Udara adalah suatu campuran gas yang terdapat pada lapisan yang mengelilingi bumi. Komposisi campuran gas tersebut tidak selalu konstan. Komponen yang konsentrasinya paling bervariasi adalah air dalam bentuk H2O dan karbon dioksida (CO2). Jumlah uap air yang terdapat di udara bervariasi tergantung dari cuaca dan suhu (Fardiaz, 1992). Krupa (1997) mengatakan bahwa polusi udara merupakan unsur-unsur pokok bahan kimia yang ditambahkan pada atmosfir melalui aktivitas manusia sehingga menghasilkan konsentrasi bahan kimia yang tinggi di atas permukaan tanah. Menurut Zaini (2008), polusi udara berasal dari berbagai sumber, dengan hasil pembakaran bahan bakar fosil merupakan sumber utama. Contoh sederhana adalah pembakaran mesin diesel yang dapat menghasilkan partikulat (PM), nitrogen oksida, dan precursor ozon yang semuanya merupakan polutan berbahaya. Polutan yang ada diudara dapat berupa gas (misal SO2, NOx, CO, Volatile Organic Compounds) ataupun partikulat. Polutan berupa partikulat tersuspensi, disebut juga PM (Particulate Matter) merupakan salah satu komponen penting terkait dengan pengaruhnya terhadap kesehatan. PM dapat diklasifikasikan menjadi 3; yaitu coarse PM (PM kasar atau PM2,5-10) berukuran 2,5-10 μm, bersumber dari abrasi tanah, debu jalan (debu dari ban atau kampas rem), ataupun akibat agregasi partikel sisa pembakaran. Partikel seukuran ini dapat masuk dan terdeposit di saluran pernapasan utama pada paru (trakheobronkial); sedangkan fine PM (<2,5 μm) dan ultrafine (<0,1 μm) berasal dari pembakaran bahan bakar fosil dan dapat dengan mudah terdeposit dalam unit terkecil saluran napas (alveoli) bahkan dapat masuk ke sirkulasi darah sistemik. Klasifikasi berdasar ukuran ini juga terkait dengan akibat buruk partikel tersebut terhadap kesehatan. Kadar baku mutu kadar debu dan partikulat menurut Environmental Protection Agency (EPA), Peraturan Pemerintah dan Keputusan Gubernur dapat dilihat pada Tabel 1.
3
Tabel 1. Baku mutu kadar debu dan partikulat Baku Mutu Polutan
Satuan
PM10
μg/Nm3
PM2,5
3
μg/Nm
Waktu Pengambilan Sampel
EPA
PP No. 41/1999
Kep.Gub. DKI No. 551/2001
150
150
150
24 jam
65
65
65
24 jam
Dustfall (debu jatuh)
ton/km2/bulan
-
10
-
30 hari
Debu (TSP)
μg/Nm3
260
230
230
24 jam
2.2. PARTIKEL DEBU 2.2.1. Sifat Fisika dan Kimia Partikulat
debu
tersuspensi
(Suspended
Particulate
Matter/SPM)
merupakan campuran yang sangat rumit dari berbagai senyawa organik dan anorganik yang tersebar di udara dengan diameter yang sangat kecil, mulai dari < 1 mikron sampai dengan maksimal 500 mikron. Partikel debu tersebut akan berada di udara dalam waktu yang relatif lama dalam keadaan melayang-layang di udara dan masuk kedalam tubuh manusia melalui saluran pernafasan. Partikel debu SPM pada umumnya mengandung berbagai senyawa kimia yang berbeda, dengan berbagai ukuran dan bentuk yang berbada pula, tergantung dari mana sumber emisinya. Beberapa istilah digunakan dengan mengacu pada metode pengambilan sampel udara seperti: Suspended Particulate Matter (SPM), Total Suspended Particulate (TSP), balack smoke. Istilah lainnya yang juga digunakan adalah PM-10 (partikel debu dengan ukuran diameter aerodinamik <10 mikron), yang mengacu pada unsur fisiologi maupun metode pengambilan sampel (Anonim, 2007). Menurut Krupa (1997), kadar partikel di atmosfir dapat dikelompokkan menjadi partikel primer atau sekunder serta partikel kering atau basah. Partikel sekunder yaitu partikel yang terbentuk dari polusi gas yang terdapat pada atmosfir, sedangkan partikel primer dapat ditemukan pada atmosfir dalam bentuk yang sesungguhnya (de Nevers, 1995). Partikel dapat dihasilkan secara alami (misalnya, serbuk sari/pollen, spora, dan erosi tanah) dan akibat aktivitas manusia
4
(misalnya, jelaga, abu, dan debu semen) dan dapat dikelompokkan sesuai dengan ukurannya (Tabel 2). Tabel 2. Macam-macam ukuran beberapa partikel di atmosfir Ukuran (µm)*
Partikel
*
Uap/asap
0,001-0,1
Kabut
<0,01-10,0
Karbon
0,01-0,3
Asap rokok
0,03-1,0
Amonium sulfat
0,10-2,5
Aerosol asam sulfat
0,10-2,5
Zat pewarna
0,10-5,0
Insektisida
0,50-10,0
Debu
1,0->300
Semprotan/spray
10,0-300
Spora
10,0-15,0
Serbuk sari/pollen
10,0-100
Pasir halus
12,0-200
Debu semen
15,0-100
-6
1 µm = 10 meter
Sumber: Krupa (1997) Peavy et.al.(1985) mengatakan bahwa secara umum, partikel dapat diklasifikasikan sebagai partikel tersuspensi (suspended) dan settleable (seperti debu jatuh). Dengan mengacu ke beberapa sumber pustaka, partikel tersuspensi memiliki ukuran diameter seperti pada Tabel 3. Tabel 3. Ukuran partikel tersuspensi (TSP) No.
Ukuran Partikel Tersuspensi (TSP) (µm)
Sumber
1
0,01-1.000,00
Ashworth, 1991
2
1,00-20,00
Peavy et. al., 1985
3
0,30-100,00
Davis dan Cornwell, 1998* (*Gambar 1)
4
0,10-30,00
Environmental Protection Agency (EPA)
5
Sumber: Davis dan Cornwell (1998)
Gambar 1. Ukuran partikel dalam udara ambien 2.2.2. Sumber dan Distribusi Anonim (2007) mengatakan bahwa secara alamiah partikulat debu dapat dihasilkan dari debu tanah kering yang terbawa oleh angin atau berasal dari letusan gunung berapi. Pembakaran yang tidak sempurna dari bahan bakar yang mengandung senyawa karbon murni atau bercampur dengan gas-gas organik seperti halnya penggunaan mesin diesel yang tidak terpelihara dengan baik. Partikulat debu melayang (SPM) juga dihasilkan dari pembakaran batu bara yang tidak sempurna sehingga terbentuk aerosol kompleks dari butir-butiran tar. Dibandingkan dengan pembakaraan batu bara, pembakaran minyak dan gas pada umunya menghasilkan SPM lebih sedikit. Kepadatan kendaraan bermotor dapat menambah asap hitam pada total emisi partikulat debu. Demikian juga pembakaran sampah domestik dan sampah komersial bisa merupakan sumber SPM yang cukup penting. Berbagai proses industri seperti proses penggilingan dan penyemprotan, dapat menyebabkan abu berterbangan di udara, seperti yang juga dihasilkan oleh emisi kendaraan bermotor. 2.2.3.
Dampak Terhadap Kesehatan Pernafasan merupakan salah satu penyebab yang menjadi perhatian dalam
hubungannya dengan dampak terhadap kesehatan. Walau demikian ada juga beberapa senyawa lain yang melekat bergabung pada partikel debu, seperti timah 6
hitam (Pb) dan senyawa beracun lainnya, yang dapat masuk tubuh melalui rute lain. Pengaruh partikel debu bentuk padat maupun cair yang berada di udara sangat tergantung kepada ukurannya. Ukuran partikel debu bentuk padat maupun cair yang berada diudara sangat tergantung kepada ukurannya. Ukuran partikel debu yang membahayakan kesehatan umumnya berkisar antara 0,1 mikron sampai dengan 10 mikron. Pada umumnya ukuran partikel debu sekitar 5 mikron merupakan partikel udara yang dapat langsung masuk kedalam paru-paru dan mengendap di alveoli. Keadaan ini bukan berarti bahwa ukuran partikel yang lebih besar dari 5 mikron tidak berbahaya, karena partikel yang lebih besar dapat mengganggu saluran pernafasan bagian atas dan menyebabkan iritasi. Keadaan ini akan lebih bertambah parah apabila terjadi reaksi sinergistik dengan gas SO2 yang terdapat di udara juga. Selain itu partikel debu yang melayang dan berterbangan dibawa angin akan menyebabkan iritasi pada mata dan dapat menghalangi daya tembus pandang mata (visibility). Adanya ceceran logam beracun yang terdapat dalam partikel debu di udara merupakan bahaya yang terbesar bagi kesehatan. Pada umumnya udara yang tercemar hanya mengandung logam berbahaya sekitar 0,01% sampai 3% dari seluruh patikel debu di udara. Akan tetapi logam tersebut dapat bersifat akumulatif dan kemungkinan dapat terjadi reaksi sinergistik pada jaringan tubuh. Selain itu diketahui pula bahwa logam yang terkandung di udara yang dihirup mempunyai pengaruh yang lebih besar dibandingkan dengan dosis sama yang besaral dari makanan atau air minum. Oleh karena itu kadar logam di udara yang terikat pada partikel debu patut mendapat perhatian . 2.3. HIGH VOLUME AIR SAMPLER Metode high volume air sampling biasa digunakan untuk mengukur kadar partikel tersuspensi dalam udara ambien. Metode ini juga biasa digunakan sebagai pengukur kadar total partikel tersuspensi (Total Suspended Particulate/TSP) dan partikel dengan ukuran berkisar antara 0 – 10 µm (PM10) untuk menentukan kesesuaian kadarnya dengan standar nasional kualitas udara ambien (Lodge, 1989). Menurut (Lodge, 1989), alat pengambil sampel dengan metode high volume air sampling terdiri dari beberapa komponen, yaitu inlet, penyangga filter,
7
penggerak udara, pengontrol laju alir dan timer. Ilustrasi bagian-bagian alat pengambil sampel tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 2. Bagian-bagian High Volume Air Sampler yang ada di pasaran (Lodge, 1989) Warner (1976) mengatakan bahwa alat pengambil sampel, yang biasanya disebut “Hi-Vol” merupakan motor tipe pembersih vakum (vacuum cleaner) yang digunakan untuk memindahkan udara melewati luasan filter. Filter yang digunakan dapat berupa: 1) Lembaran serat kaca (glass fiber-disk) berdiameter 4 inchi 2) Serat kaca (glass fiber mat) berukuran 4×4 inchi 3) Serat kaca berukuran standar 8×10 inchi. Filter yang biasa digunakan yaitu serat kaca berukuran 8×10 inchi yang dapat digunakan pada laju alir udara sebesar 40 sampai 60 ft3/menit (CFM) selama lebih dari 4 sampai 6 jam waktu pengambilan sampel dengan periode pengambilan sampel selama 24 jam.
Ukuran filter tersebut didesain utuk
8
mengumpulkan sebanyak 1 hingga 1,5 gram partikel. Pengoperasian alat melebihi waktu standar pengambilan sampel, 24 jam, dapat mengakibatkan pengumpulan sampel yang berlebihan sehingga dapat menutupi keseluruhan filter dan menyebabkan kerusakan pada motor. 2.4. KEBISINGAN Pengukuran kebisingan biasanya dinyatakan dengan satuan decibel (dB). Decibel
(dB)
adalah
suatu
unit
pengukuran
kuantitas
resultan
yang
mereprentasikan sejumlah bunyi dan dinyatakan secara logaritmik. Sederhananya, skala decibel (dB) diperoleh dari 10 kali logaritma (dasar 10) perbandingan tenaga (Wilson, 1989). Terdapat 3 skala pangukuran untuk sound level meter: 1) Skala pengukuran A: untuk memperlihatkan perbedaan kepekaan yang besar pada frekuensi rendah dan tinggi menyerupai reaksi telinga untuk intensitas rendah (35-135 dB). 2) Skala pengukuran B: digunakan suara dengan kekerasan yang moderat (>40 dB) tapi sangat jarang digunakan dan mungkin tidak digunakan lagi 3) Skala pengukuran C: digunakan untuk suara yang sangat keras (45 dB) yang menghasilkan gambaran respon terhadap bising antara 20 sampai dengan 20000 Hz. Intensitas bising akan semakin berkurang jika jarak dengan subler bising semakin bertambah. Perambatan atau pengurangan tingkat bising dari sumbernya dinyatakan dengan persamaan: 1) Untuk sumber diam: SL1 – SL2 = 20 log (r2/r1).................................... (1) 2) Untuk sumber bergerak: SL1 – SL2 = 10 log (r2/r1).................................... (2) dimana: SL1 = intensitas suara sumbu 1 pada jarak r1 SL2 = intensitas suara sumbu 2 pada jark r2 r1
= jarak ke sumber bising yang pertama
r2
= jarak ke sumber bising yang kedua
Menurut Moriber (1974), kebisingan pada berbagai level intensitas dapat menghasilkan kerusakan yang bertingkat-tingkat. Kerusakan ini antara lain: 9
a. Jika peningkatan ambang dengar >80 dB(A), menyebabkan kerusakan pendengaran sebagian. b. Jika peningkatan ambang dengar antara 120 – 125 db(A), menyebabkan gangguan pendengaran sementara. c. Jika peningkatan ambang dengar antara 125 – 140 dB(A), bisa menyebabkan telinga sakit. Berdasarkan pada Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No 48/1996, baku tingkat kebisingan yang diijinkan sesuai dengan peruntukan kawasannya yaitu sebagai berikut (Tabel 4): Tabel 4. Baku tingkat kebisingan Peruntukan Kawasan/Lingkungan Tingkat Kebisingan Kesehatan dB (A) a. Peruntukan Kawasan 1. Perumahan dan pemukiman 55 2. Perdagangan dan jasa 70 3. Perkantoran dan perdagangan 65 4. Ruang terbuka hijau 50 5. Industri 70 6. Pemerintahan dan fasilitas umum 60 7. Rekreasi 70 8. Khusus: - Bandar udara 60 - Stasiun kereta api 70 - Pelabuhan laut - Cagar budaya b. Lingkungan kegiatan 1. Rumah sakit atau sejenisnya 55 2. Sekolah atau sejenisnya 55 3. Tempat ibadah atau sejenisnya 55 Sumber: Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No 48 Tahun 1996 tentang Baku Tingkat Kebisingan
10
3. METODOLOGI
3.1. TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN Penelitian ini berlangsung mulai bulan Juni sampai Desember 2009. Kegiatan penelitian terdiri dari perancangan, pembuatan serta pengujian alat HVAS. Pembuatan alat penelitian dilaksanakan di tiga tempat, yaitu Bengkel Teknik Mesin dan Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB; Bengkel PD Priangan Jaya, LTC Glodok, Jakarta; dan Bengkel Fajar Teknik, Pagelaran, Bogor. Sedangkan pengujian alat hasil perancangan dilaksanakan di Laboratorium Lingkungan dan Bangunan Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fateta, IPB; Laboratorium Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fateta, IPB; dan Laboratorium Terapan, Akademi Kimia Analisis Bogor. 3.2. ALAT DAN BAHAN Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: Tabel 5. Daftar alat yang digunakan pada penelitian
3 4
Peralatan Piranti lunak AutoCAD 2007 Piranti lunak Microsoft Office Excel 2007 Anemometer Extech 451104 Las listrik
5 6 7 8 9 10 11
Gerinda potong Gerinda halus Penggaris Jangka sorong Oven Fisher Model 225 G Timbangan analitik Pinset
12
Sound level meter Krisbow tipe KW06-291 Mikroskop elektron
No 1 2
13
Fungsi Menggambar rancangan alat Mengolah data primer Mengukur kecepatan aliran udara Mengelas besi atau stainless steel pada saat pembuatan casing alat Memotong besi atau stainless steel Menghaluskan permukaan casing alat Sebagai alat ukur besaran panjang Sebagai alat ukur besar diameter Menguapkan air yang terkandung pada filter Menimbang bobot TSP yang terjerap pada filter Memindahkan filter dari satu tempat ke tempat lain agar tidak terkontaminasi Mengukur tingkat kebisingan yang dihasilkan oleh alat yang telah dirancang Mengukur dimensi pori kain pada pengujian pendahuluan filter
11
Penelitian ini merancang dan membuat 4 buah unit High Volume Air Sampler (HVAS) dengan menggunakan kipas/pompa yang berbeda-beda. Bahanbahan utama yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1) Kipas Sentrifugal Kipas sentrifugal yang digunakan merupakan sebuah blower dengan Merk Windy Model DB-85. Kecepatan putar kipas yaitu sebesar 2650 rpm dengan spesifikasi motor: daya 28 Watt, frekuensi 50 Hz, dan kuat arus 0,13 Ampere.
Gambar 3. Kipas sentrifugal yang digunakan dalam penelitian 2) Kipas Aksial Kipas aksial dengan merk dan tipe Jason Fan FJ22082MAB digunakan sebagai penggerak udara pada pembuatan unit HVAS. Dengan spesifikasi motor 50/60 Hz, 65/75 W, 0,29/0,33 A dan 230 V, kipas ini mampu menghasilkan putaran dengan kecepatan 2500/2700 rpm.
Gambar 4. Kipas aksial yang digunakan dalam penelitian
12
3) Pompa Vakum Pompa vakum yang digunakan pada penelitian ini ada dua macam dan keduanya merupakan pompa vacuum cleaner. Pertama, pompa vakum tipe HX-60 berkapasitas kecil dengan motor listrik arus AC berspesifikasi 240 V, 50 Hz, dan daya 600 Watt (Gambar 5). Kedua, pompa vakum dengan merk dan tipe Lux Flexio Z833 berkapasitas besar dengan motor listrik berdaya 1000 Watt, 50 Hz dan voltase 230 V.
Gambar 5. Pompa vakum 600 W (kiri) dan 1000 W (kanan) yang digunakan dalam penelitian Selain kipas dan pompa, terdapat bahan-bahan lain yang digunakan untuk pembuatan casing dari kipas dan pompa tersebut serta komponen lainnya (Tabel 6).
13
Tabel 6. Bahan pembuatan casing dan komponen lain HVAS No Bahan 1 Plat stainless steel 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Pipa stainless steel Ring plat Kawat nyamuk Pengunci filter Steker Acrilic Mur dan baud Kabel serabut Sambungan reducer pipa PVC Karet penyangga Kayu Filter penyaring TSP
Merk/Tipe/Spesifikasi Ketebalan 1 mm
Jumlah -
Diameter 3,5 inchi, tebal 5 mm
-
Diameter 2 inchi Bahan aluminium Ketebalan 5 mm Ukuran 12 mm Diameter 0.75 mm • Ukuran 4×2 inchi • Ukuran 2,5 x 2 inchi Diameter 2 cm, tinggi 1,2 cm Ukuran 10,5cm×29 cm×1,5 cm Diameter lubang 0,3~0,45 µm, ukuran: • diameter 5 cm • 8×10 inchi
1 buah 1m 3 buah 4 buah 1 m2 20 buah 15 meter 1 buah 1 buah 8 buah 1 buah 4 lembar 6 lembar
3.3. PROSEDUR Tahapan pembuatan unit High Volume Air Sampler dibagi menjadi 3 bagian, yaitu: 1. Perancangan unit HVAS 2. Pembuatan unit HVAS 3. Uji performansi Secara garis besar prosedur pelaksanaan penelitian ini diilustrasikan dalam diagram alir berikut (Gambar 6).
14
Gambar 6. Diagram alir penelitian 3.3.1. Pendekatan Rancangan Pendekatan rancangan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu terdiri dari perancangan fungsional dan struktural. Rancangan fungsional mengacu pada kegunaan dari setiap komponen penyusun alat tersebut, sedangkan rancangan struktural menyangkut bentuk serta bahan komponen yang akan dipilih dengan memperhitungkan besaran-besaran yang berlaku seperti faktor gaya, suhu lingkungan dan sebagainya. 3.3.1.1. Perancangan fungsional Penentuan kriteria perancangan didasarkan atas prinsip kerja alat yaitu menghisap udara dengan kecepatan volumetrik sangat tinggi atau sebesar 1,131,70 m3/menit dan menyaring partikel berukuran lebih dari 0,3 - 0,45 µm dari
15
udara ambien. Secara umum, high volume air sampler (HVAS) memiliki beberapa komponen utama, yaitu kipas, motor listrik, casing, pengunci filter, filter dan tombol pengatur on/off. Masing-masing komponen tersebut memiliki fungsi sebagai berikut: Tabel 7. Perancangan fungsional HVAS No 1 2 3 4
Komponen Utama Kipas/pompa udara Motor listrik Casing Pengunci filter
5
Filter
6
Tombol on/off
Fungsi Menghisap udara dari lingkungan. Memutar kipas. Melindungi kipas dan komponen di dalamnya. Mengunci filter atau mempertahankan posisi filter. Menyaring partikel berukuran lebih besar dari 0,45 µm. Menyalakan dan mematikan motor listrik.
3.3.1.2. Perancangan struktural HVAS memiliki enam komponen utama yang kemudian dirancang dengan mempertimbangkan bahan dan ukuran untuk mencapai fungsi yang diharapkan. Berdasarkan tujuan dari penelitian ini, maka dirancang empat buah HVAS dengan rancangan yang berbeda-beda untuk kemudian dibandingkan satu sama lain. 1) Kipas/pompa Pada penelitian ini dibuat empat buah rancangan HVAS dengan jenis kipas/pompa yang berbeda-beda, antara lain sentrifugal, aksial, vakum kapasitas sedang dan vakum kapasitas besar. Kipas/pompa yang digunakan sudah memiliki motor listrik yang terangkai langsung sebagai tenaga penggeraknya. Adapun spesifikasi dari masing-masing kipas beserta motor listriknya dapat dilihat pada Tabel 8.
16
Tabel 8. Spesifikasi kipas dan motor listrik yang digunakan
1
Sentrifugal
3 inchi
Jumlah bilah (buah) 25
2
Aksial
8 inchi
9
3 4
Vakum 1 Vakum 2
4 inchi 5 inchi
7 6
No.
Jenis kipas
Diameter
Spesifikasi motor listrik 50 Hz, 28 W, 0,13 A 2680 rpm 2500/2700 rpm 50/60 Hz, 65/75 W, 0,29/0,33 A 230 V 240 V, 50 Hz, 600 Watt 1000 Watt, 50 Hz dan 230 V
2) Casing Casing atau pelindung alat dirancang sesuai dengan bentuk dan dimensi kipas yang digunakan. Bahan yang digunakan pun disesuaikan dengan kebutuhan yang ada (Lampiran 7 s.d. Lampiran 14). 3) Pengunci filter Pengunci filter yang digunakan pada setiap jenis HVAS yang dirancang berbeda-beda. Untuk HVAS yang menggunakan kipas sentrifugal dan vakum 600 W, pengunci filter yang digunakan berupa pengkait dinamis berukuran kecil yang terdapat di pasaran. Sedangkan untuk HVAS dengan menggunakan kipas aksial dan vakum 1000 W, pengunci filter dibuat khusus dengan mesin bubut dan dibuat sepasang ulir agar mudah untuk dibuka-tutup. 4) Filter Filter yang digunakan merupakan filter standar berbahan fiber glass yang biasa digunakan untuk pengambilan sampel debu/partikel. Ukuran pori pada filter yaitu berkisar antara 0,3-0,45 µm. Ukuran filter disesuaikan dengan ukuran inlet pada rancangan. 5) Tombol on/off Dari segi keamanan penggunaan alat, setiap alat diberi pemutus arus listrik berupa steker yang sudah memiliki pemutus arus on/off.
17
3.3.2. Uji Performansi 3.3.2.1. Pengukuran laju alir udara Kecepatan volumetrik atau laju alir adalah banyaknya volume udara yang dapat dipindahkan per satuan waktu. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan anemometer dengan merk dan tipe Extech 451104. Dari pengukuran tersebut hasil yang diperoleh yaitu berupa kecepatan aliran dengan satuan m/s. Oleh karena itu, digunakan persamaan (1) atau (2) untuk memperoleh laju alir yang dihasilkan. 𝑄𝑄 = 𝐴𝐴 × 𝑣𝑣 × 60………………………………………………………… (1)
dimana:
Q = Laju alir udara (m3/menit) A = luas penampang inlet (m2) v = kecepatan aliran udara (m/s) Karena inlet yang digunakan berbentuk lingkaran, maka persamaan (1) tersebut menjadi: 1
𝑄𝑄 = 𝜋𝜋 × 𝐷𝐷 2 × 𝑣𝑣 × 60……………………………………………….. (2) 4
dimana: Q = Laju alir udara (m3/menit) D = diameter inlet (m) v = kecepatan aliran udara (m/s) Pengukuran laju alir udara dilakukan sebanyak 5 kali bacaan pada anemometer dan 3 kali ulangan untuk setiap unit HVAS hasil rancangan. Perlakuan yang digunakan yaitu pengukuran tanpa filter dan pengukuran dengan pemasangan filter. Khusus untuk kipas vakum, pengukuran dilakukan pada tingkat kecepatan yang bebeda-beda dengan mengatur putaran motor menggunakan potensiometer.
18
3.3.2.2. Perhitungan penurunan laju alir akibat aplikasi filter Setelah diperoleh hasil pengukuran laju alir unit tanpa filter dan dengan pemasangan filter, maka dilakukan perhitungan besarnya drop atau penurunan laju alir udara setelah pemasangan filter pada alat. Persamaan yang digunakan untuk perhitungan penurunan aliran adalah sebagai berikut. 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 (%) =
𝑄𝑄1 −𝑄𝑄𝑜𝑜 𝑄𝑄𝑜𝑜
× 100% ……………………………………….(3)
dimana: Q1 = Laju alir udara setelah pemasangan filter (m3/menit) Q0 = Laju alir udara sebelum pemasangan filter (m3/menit) 3.3.2.3. Perhitungan rasio hasil pengukuran konsentrasi TSP Penentuan rasio hasil pengukuran konsentrasi TSP dilakukan dengan membandingan hasil performansi antara unit yang dirancang dengan alat High Volume Air Sampler buatan Amerika yang telah ada di pasaran. Besaran yang akan dibandingan yaitu berupa banyaknya partikel yang dapat disaring oleh filter. Untuk homogenisasi variabel, pengujian dilakukan di area lokasi titik sampel yang sama dengan waktu yang sama sebanyak 3 kali ulangan. Pertamatama dilakukan pengambilan sampel selama 45 menit dengan menggunakan unit hasil rancangan dengan hasil terbaik serta 1 buah HVAS buatan Amerika. Selama pengujian berlangsung, dilakukan pengukuran debit udara ketika memulai pengujian serta saat akhir pengujian. Selanjutnya, sampel dibawa ke laboratorium untuk dianalisis lebih lanjut. Prosedur pengukuran konsentrasi TSP digambarkan pada Gambar 7.
19
Udara Ambien
Udara Bebas
Massa awal filter;mi (g) Massa filter+TSP; mf (g)
Laju alir; Q (m3/menit)
Durasi sampling; t (menit)
Volume udara;V (m3)
Mf – Mi
Konsentrasi TSP; C (µg/Nm3)
Gambar 7. Skema prosedur pengukuran konsentrasi TSP Perhitungan-perhitungan yang digunakan pada pengujian unit HVAS antara lain: 1) Koreksi laju alir pada kondisi standar (SNI 19-7119.3-2005) 𝑄𝑄𝑠𝑠 = 𝑄𝑄𝑜𝑜 × dimana:
1
𝑇𝑇 ×𝑃𝑃 2 � 𝑠𝑠 𝑜𝑜 � ……………………………………………..(4) 𝑇𝑇𝑜𝑜 ×𝑃𝑃𝑠𝑠
Qs = laju alir volume dikoreksi pada kondisi standar (m3/menit) Qo = laju alir volume uji (m3/menit) Ts = temperatur standar (298 K) To = temperatur absolut (273 + t ukur) dimana QooC ditentukan Ps = tekanan baromatik standar, 101,3 kPa (760 mmHg) Po = tekanan baromatik dimana Qo ditentukan
20
2) Volume udara yang diambil (SNI 19-7119.3-2005) 𝑉𝑉 = �
𝑄𝑄𝑖𝑖 +𝑄𝑄𝑓𝑓 2
dimana:
� × 𝑡𝑡…………………………………………………(5)
V = volume udara yang diambil (m3) Qi = laju alir awal terkoreksi pada pengukuran pertama (m3/min) Qf = laju alir akhir terkoreksi pada pengukuran kedua (m3/min) t
= durasi pengambilan contoh uji (menit)
3) Konsentrasi partikel dalam udara ambien 𝐶𝐶 = �
𝑀𝑀 𝑓𝑓 −𝑀𝑀𝑖𝑖
dimana:
𝑉𝑉
� × 106 …………………………………………….(6)
C = konsentrasi partikel tersuspensi (TSP) dalam udara ambien (µg/m3) Mf = massa filter setelah pengambilan sampel (g) Mi = massa filter sebelum pengambilan sampel (g) V = volume udara yang diambil 3.3.2.4. Pengukuran intensitas bunyi HVAS hasil rancangan Dalam mengukur intensitas bunyi yang dihasilkan oleh HVAS hasil rancangan, digunakan sound level meter sebagai alat pengukurnya. Pengukuran dilakukan di ruangan terbuka. Jarak antara alat ukur intensitas bunyi dengan sumber suara yaitu 5 meter dan dianggap sebagai (r1). Pembacaan angka dilakukan setiap 10 detik selama 5 menit. Setelah itu, keseluruhan nilai yang telah terbaca dirata-ratakan kemudian ditentukan intensitas bunyi pada jarak 10 meter, 15 meter, 20 meter, dan seterusnya hingga 100 meter dengan menggunakan persamaan (7). 𝑟𝑟
𝑆𝑆𝑆𝑆2 = 𝑆𝑆𝑆𝑆1 − 20 log 𝑟𝑟2 ……………………………………….. (7) dimana:
1
SL1 = intensitas bunyi sumbu 1 pada jarak r1 SL2 = intensitas suara sumbu 2 pada jarak r2 r1 = jarak ke sumber bising yang pertama r2 = jarak ke sumber bising yang kedua
21
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. PENGUJIAN PENDAHULUAN FILTER Dalam pengambilan sampel partikel tersuspensi (TSP) dengan metode high volume air sampling, salah satu komponen utama yang harus tersedia adalah filter. Filter berfungsi untuk menyaring partikel atau debu yang ikut bersama udara yang dihisap oleh alat HVAS. Beberapa persyaratan yang harus dimiliki oleh filter tersebut antara lain harus memiliki lubang pori berukuran sangat kecil atau sebesar 0,3-0,45 µm agar dapat menyaring partikel tersuspensi dari udara serta tahan terhadap perubahan suhu lingkungan. Jenis filter yang biasa digunakan untuk pengambilan sampel dengan metode HVAS yaitu berbahan dasar fiber glass dan selulose. Kekurangan dari fiber jenis tersebut adalah harganya yang sangat mahal. Padahal, untuk pengambilan sampel, diperlukan minimal tiga buah filter sebagai ulangan. Oleh karena itu, dicari alternatif bahan filter untuk mensubsitusi filter yang telah ada sehingga harganya lebih terjangkau. Bahan yang diuji untuk dijadikan sebagai alternatif filter yaitu berupa kain yang mudah ditemukan di pasaran dengan jenis dan kerapatan yang berbeda-beda. Terdapat tiga jenis kain yang diuji, yaitu high twist (JG9), snogen (JG10) dan drill (JG11). Masing-masing kain diukur besar diameter lubang pori dan jarak antar lubang dengan menggunakan mikroskop elektron. Tabel 9. Hasil pengukuran jarak antar lubang kain Kode kain
Perbesaran mikroskop
JG9 JG10 JG11
50× 100× 50×
1 588,6 450,6 547,0
Jarak antar lubang (µm) Pengulangan Rata-rata 2 3 760,0 1065,1 804,5 478,7 511,3 480,2 439,3 480,4 488,9
22
Tabel 10. Hasil pengukuran dimensi lubang pori kain Kode kain
Perbesaran mikroskop
JG9 50× JG10 100× JG11 50× Keterangan: d1 = diameter 1 d2 = diameter 2
1 d1 181,5 297,8 240,5
d2 121,7 122
Ukuran lubang (µm) Pengulangan 2 3 d1 d2 d1 d2 229,1 147,2 189,2 130,4 315,8 165 237,4 161,2 -
Rata-rata 166,5 259,5 190,3
Berdasarkan hasil pengujian tiga bahan kain pada tabel di atas, besarnya lubang serat kain masih sangat jauh dari yang diharapkan. Ukuran lubang paling kecil yaitu terdapat pada kain jenis high twist (JG9) yaitu 166,52 µm. Dengan besar ukuran lubang tersebut, kain tidak akan mampu untuk menjerap partikel tersuspensi (TSP), sehingga bahan kain biasa tidak dapat digunakan sebagai filter pada pengambilan sample dengan metode high volume air sampling. Oleh karena itu, untuk pengujian unit HVAS pada penelitian ini tetap menggunakan filter standar yang berbahan dasar fiber glass. Keunggulan dari filter dengan bahan fiber glass yaitu tahan terhadap perubahan suhu sehingga pada saat pengujian berlangsung, bobot filter relatif tidak mudah berubah. 4.2. RANCANG BANGUN HVAS Pembuatan unit High Volume Air Sampler (HVAS) harus memenuhi beberapa kriteria desain, antara lain perancangan sederhana, alat mudah untuk dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain, alat dapat dioperasikan dengan mudah serta bahan yang digunakan mudah diperoleh dan berkualitas, namun harganya relatif murah. Persyaratan utama yang harus dimiliki oleh unit HVAS adalah mampu menghasilkan laju alir pompa vakum 1,13 sampai 1,70 m3/min pada saat pengujian berlangsung (SNI 19-7119.3-2005). Pada penelitian ini, dibuat empat buah unit HVAS dengan menggunakan jenis kipas yang berbeda-beda dengan tujuan untuk mengetahui besarnya penurunan laju alir udara untuk setiap jenis kipas. Untuk memudahkan penjelasan selanjutnya, maka masing-masing unit diberi nama sebagai berikut:
23
Tabel 11. Penamaan HVAS berdasarkan jenis kipas dan pompa udara
1
HVAS-S1
Sentrifugal
Daya Motor (Watt) 28
2
HVAS-A1
Aksial
65/75
3
HVAS-V1
Vakum
600
4
HVAS-V2
Vakum
1000
No
Nama Unit
Jenis Pompa/Kipas
4.2.1. HVAS-S1 Unit HVAS-S1 menggunakan kipas sentrifugal yang berfungsi untuk menghisap udara dari lingkungan. Kipas sentrifugal meningkatkan kecepatan aliran udara dengan impeler berputar. Kecepatan meningkat sampai mencapai ujung bilah dan kemudian diubah ke tekanan. Kipas ini ini mampu menghasilkan tekanan tinggi yang cocok untuk kondisi operasi yang kasar, seperti sistim dengan suhu tinggi, aliran udara kotor atau lembab, dan handling bahan (UNEP, 2006). Pada penelitian ini, jenis kipas sentrifugal yang digunakan yaitu jenis backward inclined dengan Merk Windy Model DB-85. Kipas setrifugal yang digunakan mampu menghasilkan putaran sebesar 2650 rpm dengan daya 28 Watt. Karena penggunaan kipas sentrifugal hanya untuk mengetahui besarnya kemampuan aktual kipas dan penurunan laju alir udara ketika diaplikasikan filter, maka perancangan HVAS-S1 menggunakan bahan-bahan yang sesederhana mungkin. Bahan-bahan tersebut antara lain sebuah sambungan reducer pipa PVC ukuran 2,5 ke 2 inchi (2,5×2 inchi), filter serat kaca, ring plat, kawat nyamuk, 3 buah pengunci filter dan steker. Pada prinsip kerja kipas setrifugal, udara dihisap melalui inlet yang berukuran 2,5 inchi kemudian keluar melalui saluran outlet berukuran 25 cm2. Karena
filter
yang
akan
digunakan
berukuran
5
cm,
maka
untuk
menyesuaikannya, inlet pada HVAS-S1 dirancang berukuran 2 inchi. Untuk itu, digunakan sambungan reducer pipa PVC dari 2,5 inchi ke 2 inchi dan dipasang pada inlet kipas sentrifugal. Untuk menyangga filter, digunakan kawat nyamuk berbahan aluminium yang dibentuk lingkaran dengan diameter 5 cm. Penyangga filter dan filter tersebut dijepit oleh pelat ring berbahan besi berdiameter luar 6,8 cm dan diameter dalam 4,7 cm serta dikencangkan oleh tiga buah pengunci di sisisisinya. Untuk gambaran detail dapat dilihat pada Lampiran 8. 24
4.2.2. HVAS-A1 Rancangan kedua yaitu HVAS dengan menggunakan kipas aksial sebagai pemompa udara. Kipas jenis ini menggerakkan aliran udara sepanjang sumbu kipas. Kipas aksial yang digunakan memiliki 9 buah bilah dan motor listrik berdaya 65/75 Watt sebagai penggeraknya. Ukuran diameter kipas yaitu 8 inchi. Casing kipas HVAS-A1 menggunakan bahan stainless steel dengan ketebalan 1 mm agar tidak berkarat, awet dan memiliki bobot yang ringan. Ukuran inlet pada HVAS-A1 sedikit dibuat lebih besar daripada rancangan sebelumnya, yaitu berdiameter 6 cm. Pengunci filter dibuat seperti tutup toples dengan membuat ulir agar mudah untuk dibuka-tutup. Penutup belakang casing HVAS-A1 menggunakan plat stainless steel berlubang 8 mm di seluruh permukaannya sehingga sirkulasi udara dapat berjalan dengan baik. Dimensi keseluruhan dari casing yang dirancang dapat dilihat pada Lampiran 10.
Gambar 8. Casing HVAS-A1 tampak bagian depan (kiri) dan bagian belakang (kanan) 4.2.3. HVAS-V1 Motor vacuum cleaner berukuran 4,5 inchi dengan daya listrik 600 Watt digunakan untuk perancangan HVAS-V1. Casing yang digunakan untuk HVASV1 yaitu berupa pipa dengan bahan PVC kualitas 1. Karena ukuran motor yang relatif kecil, maka digunakan sambungan reducer pipa PVC untuk pipa ukuran 4 inchi ke 2 inchi (4×2). Panjang sambungan pipa tersebut yaitu 18 cm dan sangat sesuai untuk motor vakum yang akan digunakan. Untuk menahan kestabilan posisi motor, bagian belakang pipa diberi penahan motor. Pada awalnya, penahan terbuat dari bahan acrylic yang dibentuk sesuai dengan ukuran diameter pipa, namun 25
ternyata banyak udara yang tertahan, sehingga menimbulkan suara yang sangat bising. Oleh karena itu, penahan diganti dengan kawat berbahan besi lunak yang menekan motor. Dengan begitu, udara dapat mengalir keluar dengan bebas karena bagian belakang casing terbuka. Motor vakum yang digunakan sudah memiliki potensiometer sehingga kecepatan putar motor dapat diatur. Untuk keamanan, pengatur kecepatan putar motor dan tombol on/off motor diberi kotak pelindung (Gambar 9).
Gambar 9. Casing HVAS-V1 tampak bagian depan (kiri) dan tampak bagian belakang (kanan) Penyangga filter terbuat dari kawat nyamuk berbahan aluminium dan acrilic. Sama halnya dengan HVAS-S1, penyangga filter dan filter tersebut dijepit oleh pelat ring berbahan besi berdiameter luar 6,8 cm dan diameter dalam 4,7 cm serta dikencangkan oleh tiga buah pengunci di sisi-sisinya (Gambar 10).
Penyangga filter (kawat aluminium) Penjepit filter
Penyangga filter (acrylic)
Gambar 10. Komponen penyangga dan pengunci filter pada HVAS-V1
26
4.3.4. HVAS-V2 HVAS-V2 menggunakan motor wet and dry vacuum cleaner berdaya 1000 Watt. Rumah/casing motor terbuat dari bahan stainless steel dan dirancang memiliki panjang 16 cm, lebar 19 cm dan tinggi 20 cm (Gambar 11). Penyangga dan pengunci filter memiliki bentuk dan ukuran yang sama dengan HVAS-V1, yaitu berdiameter 8 cm (Gambar 12).
Gambar 11. Casing HVAS-V2 berbahan stainless steel
Tutup pengunci berulir
Penyangga filter
Penjepit filter (bahan silikon)
Gambar 12. Komponen penyangga, penjepit dan pengunci filter Saluran inlet udara berdiameter 6 cm atau luas inlet udara sebesar 2,83×10-3 m2, sedangkan jarak antara inlet dengan kipas penggerak yaitu sebesar 5 cm. Agar udara yang telah melewati filter dapat keluar dengan bebas, maka penutup sisi belakang rumah motor tidak ditutup, namun diberi saringan kawat stainless steel dengan ukuran celah 5 mm.
27
Gambar 13. Bagian belakang HVAS-V2 Modifikasi pada HVAS-V2 dilakukan sebanyak 1 kali, yaitu dengan menambah lubang pengeluaran udara pada sisi kiri dan kanan rumah motor dengan ukuran lubang 12 cm×5,5 cm. Modifikasi ini dilakukan karena pada awalnya, motor terlalu panas akibat sirkulasi udara kurang baik sehingga udara panas terperangkap dalam rumah motor dan mengakibatkan over-heated sehingga motor tidak dapat berfungsi dalam waktu yang lama. Padahal, untuk pengujian performansi alat, motor diharapkan dapat berfungsi selama kurang lebih 3 jam. Dengan adanya lubang pengeluaran tambahan, over-heated dapat dikurangi sehingga alat dapat berfungsi lebih lama daripada sebelumnya.
Gambar 14. Modifikasi casing HVAS-V2
28
4.3. PENURUNAN LAJU ALIR UDARA Pada pengambilan sampel partikel tersuspensi di udara ambien dengan menggunakan metode high volume air sampling, laju alir udara merupakan hal yang penting untuk diperhitungkan. Berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI 19-7119.3-2005), nilai laju alir rata-rata pompa vakum untuk alat HVAS berkisar antara 1,13 sampai 1,70 m3/menit ketika beroperasi. Dengan laju alir ini, maka diperoleh partikel tersuspensi kurang dari 100 µm (diameter ekivalen) yang dapat dikumpulkan. Ketika filter standar berbahan serat kaca (glass fiber) diaplikasikan pada alat HVAS, maka akan terjadi penurunan laju alir udara karena aliran udara terhambat oleh filter tersebut. Dari besarnya penurunan laju alir tersebut, maka dapat diketahui besarnya kapasitas motor yang seharusnya digunakan untuk perancangan HVAS. Untuk mengetahui besarnya penurunan laju alir udara tersebut, dilakukan pengukuran besarnya laju alir sebelum diaplikasikan filter pada setiap jenis HVAS yang telah dibuat serta pengukuran ketika filter diaplikasikan pada alat tersebut. Setiap pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali ulangan dengan menggunakan anemometer. Hasil dari bacaan anemometer kemudian dikonversi menjadi laju alir (m3/menit) dengan menggunakan Persamaan (2). Hasil pengukuran penurunan laju alir udara HVAS hasil rancangan dapat dilihat pada Tabel 12 berikut. Tabel 12. Hasil pengukuran penurunan laju alir udara HVAS hasil rancangan
*
No.
Jenis Kipas/Pompa
1 2 3 4
Kipas sentrifugal Kipas aksial Pompa vakum 600 Watt* Pompa vakum 1000 Watt
Laju alir udara tanpa filter (m3/menit) 2,049 1,786 3,115 5,124
Laju alir udara dengan filter (m3/menit) 0,000 0,000 0,345 0,518
Penurunan laju alir (%) 100 100 89 90
pengukuran pada RPM maksimal
Berdasarkan hasil yang diperoleh, pada HVAS hasil rancangan dengan menggunakan kipas sentrifugal (HVAS-S1) dan aksial (HVAS-A1) laju alir udara ketika filter diaplikasikan pada alat tersebut tidak dapat terdeteksi oleh anemometer. Untuk HVAS-S1, kemungkinan besar dikarenakan kapasitas aliran 29
udara pada kipas masih terlalu kecil. Penggunaan jenis kipas sentrifugal berukuran kecil dilakukan agar tercapai tujuan pembuatan alat yang mudah untuk dibawa. Apabila menggunakan kipas atau pompa udara sentrifugal yang berkapasitas besar, disamping harganya yang mahal, ukuran dari kipas atau pompa pun terlalu besar dan berat, sehingga sulit untuk dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain. Selain itu, hal ini dapat terjadi karena salah satu karakteristik kipas sentrifugal dimana aliran udara cenderung turun secara drastis begitu tekanan sistim meningkat, yang dapat merupakan kerugian pada sistem pengangkutan bahan yang tergantung pada volum udara yang mantap (Munson et al., 2006). Oleh karena itu, kipas jenis ini dapat dikatakan kurang sesuai untuk penerapan sistem yang cenderung terjadi penyumbatan seperti HVAS. Sama halnya dengan HVAS-S1, laju alir udara pada HVAS-A1 tidak dapat terukur oleh anemometer ketika diaplikasikan filter, sehingga penurunan laju alir hampir mencapai 100%. Pada dasarnya, kipas aksial yang digunakan memiliki diameter 8 inchi dengan kecepatan angin normal (tanpa casing) rata-rata 9,03 m/detik. Dengan kata lain, laju alir kipas aksial normal tanpa casing yaitu sebesar 18,11 m3/menit. Namun, ketika kipas ditutup oleh casing yang memiliki bentuk kerucut di bagian depannya, laju alir menurun drastis hingga hanya 1,786 m3/menit. Terlebih ketika diaplikasikan filter, laju alir udara tidak dapat terukur oleh anemometer sehingga tidak memungkinkan HVAS-A1 untuk menghisap debu tersuspensi dalam udara ambien. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan kipas aksial untuk HVAS tidak sesuai, karena jenis kipas ini tidak dapat digunakan untuk sistem yang memiliki penyumbatan terlalu besar. HVAS ketiga (HVAS-V1) yang dibangun menggunakan pompa vakum yang diambil dari motor vacuum cleaner kapasitas kecil dengan daya 600 Watt. Sebelum diaplikasikan filter, pompa ini menghasilkan laju alir udara sebesar 3,115 m3/menit. Namun, ketika diaplikasikan filter pada inlet, terjadi penurunan laju alir sebesar rata-rata 89% sehingga laju alir udara menjadi 0,345 m3/menit. Sedangkan untuk HVAS-V2, jenis pompa yang digunakan sama dengan HVASV1 yaitu pompa vakum yang merupakan motor vacuum cleaner, namun memiliki kapasitas pompa yang lebih besar yaitu dengan daya hingga 1000 Watt. Laju alir rata-rata yang dihasilkan oleh HVAS-V2 sebelum pemasangan filter yaitu 5,124
30
m3/menit. Ketika filter diaplikasikan pada inlet HVAS-V2, rata-rata laju alir yang terukur mengalami penurunan 90% sehingga laju alirnya menjadi 0,518 m3/menit. Berdasarkan nilai penurunan laju alir yang terjadi pada HVAS-V1 dan HVAS-V2 tersebut, misalkan penurunan laju alir dibulatkan menjadi 90%, maka untuk mencapai nilai standar nasional laju alir pada pengambilan sampel TSP dengan metode HVAS, atau sebesar 1,13-1,70 m3/menit ketika beroperasi, diperlukan pompa yang memiliki kapasitas laju alir hingga 11,3-17,0 m3/menit dengan desain casing yang sama. 4.4. UJI PERFORMANSI 4.4.1. Uji Banding Pengukuran Konsentrasi TSP High Volume Air Sampler (HVAS) yaitu alat yang digunakan untuk mengukur partikel tersuspensi total (Total Suspended Particulate/TSP) dengan laju alir udara yang sangat besar. Menurut SNI 19-7119.3-2005, nilai rata-rata laju alir pompa vakum untuk HVAS yaitu sebesar 1,13-1,70 m3/menit. Berdasarkan hasil pengukuran besar laju alir pada masing-masing unit HVAS dengan jenis kipas yang berbeda-beda, HVAS rancangan dengan menggunakan kipas vakum berdaya 1000 Watt memiliki laju alir rata-rata paling besar ketika beroperasi, yaitu 0,5182 m3/menit, sedangkan untuk jenis kipas yang lain memiliki laju alir yang masih sangat jauh dari target yang diharapkan. Oleh karena itu, pengujian banding dengan alat HVAS buatan Amerika hanya berlaku untuk HVAS vakum berdaya 1000 Watt (HVAS-V2). Alat HVAS yang digunakan sebagai pembanding dalam pengujian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut: Produsen/Firma
: General Metal Works Inc.
Model no.
: 2000 HX
Voltase
: 220 V
Kuat arus
: 4 Ampere
Cycles
: 50
Lokasi titik sampel yaitu di Bengkel Akademi Kimia Analisis (AKA) Bogor. Sedangkan untuk persiapan pengujian dan analisis hasil pengambilan sampel dilakukan di Laboratorium Terapan AKA Bogor. Lokasi persiapan
31
pengujian, pengambilan sampel serta analisis hasil pengujian tersebut saling berdekatan, sehingga dapat mengurangi eror hasil pengujian.
Gambar 15. Uji banding HVAS Amerika (kiri) dengan HVAS-V2 (kanan) Pengukuran konsentrasi Total Suspended Particulate (TSP) dalam udara dilakukan dengan metode gravimetri. Pada prinsipnya, filter berbahan serat kaca (fiber glass) akan menyaring TSP dari udara bebas yang terhisap oleh alat HVAS. Dengan menggunakan metode gravimetri, sebelum dilakukan pengambilan sampel, filter ditimbang terlebih dahulu untuk diketahui bobot awal filter kosong sebelum menyaring TSP. Untuk keakuratan hasil yang akan diperoleh, filter dipanaskan di dalam oven pada suhu berkisar antara 100-105oC selama 30 menit agar kandungan air yang terdapat pada filter menguap. Ukuran filter yang digunakan pada masing-masing HVAS berbeda. Untuk HVAS buatan Amerika, filter berbentuk persegi panjang dengan ukuran 8×10 inchi dan inlet udara sebesar 7×9 inchi. Sedangkan untuk HVAS hasil rancangan, filter berbentuk lingkaran dengan ukuran diameter 8 cm dengan inlet udara sebesar 6 cm. Setelah filter ditimbang, filter kemudian diaplikasikan pada alat yang telah disiapkan sebelumnya. Pengambilan sampel TSP dilakukan selama 45 menit dan sebanyak tiga kali ulangan untuk masing-masing HVAS dalam waktu yang bersamaan. Pengambilan sampel tersebut dilakukan di dalam ruangan tepatnya di bengkel Akademi Kimia Analisis. Pemilihan tempat pengukuran di dalam ruangan bertujuan untuk menghindari perubahan cuaca mendadak seperti pada pengukuran yang dilakukan di luar ruangan dimana dapat mengakibatkan
32
gangguan ketika pengukuran berlangsung. Hasil yang diperoleh dari uji banding alat HVAS rancangan dengan HVAS buatan Amerika dapat dilihat pada Tabel 13. Tabel 13. Hasil uji banding unit HVAS buatan Amerika dan hasil rancangan Jenis HVAS
Amerika
Ulangan Besaran
Satuan
Simbol
Tekanan udara
mmHg
P
Kelembaban udara
%
Suhu lingkungan
K
Durasi pengujian
menit
Laju alir terukur
m3/min
Laju alir terkoreksi Volume udara Bobot filter kosong Bobot filter setelah pengujian Bobot TSP Konsentrasi TSP
1
Rancangan 2
1
2
3
741
741
741
741
741
RH
71,40
70,6
73,75
71,40
70,60
T1
302,1
302,6
301,0
302,1
302,6
T2
302,6
302,9
301,6
302,6
302,9
45
45
45
45
45
Q1
1,176
1,120
0,497
0,541
0,500
t Q2
1,176
1,120
0,536
0,491
0,486
Qs1
1,153
1,097
0,488
0,530
0,490
Qs2
1,152
1,097
0,526
0,482
0,476
m3
V
51,877
49,374
22,815
22,763
21,750
gram
M1
4,9415
4,9881
0,5252
0,4994
0,5072
gram
M2
4,9561
4,9972
0,5287
0,5033
0,5093
gram
M2-M1
0,0146
0,0091
0,0035
0,0039
0,0021
µg/Nm3
C
281,435
184,307
153,409
171,332
96,551
m3/min
Rata-rata C µg/Nm3 Crata-rata Rasio konsentrasi TSP hasil HVAS rancangan dengan HVAS buatan Amerika (%)
232,871
140,431 60,30
Berdasarkan Tabel 12, perbedaan laju alir antara HVAS buatan Amerika dengan HVAS hasil rancangan masih tinggi. Untuk HVAS buatan Amerika, laju alir udara ketika beroperasi yaitu berkisar antara 1,120-1,176 m3/menit, sedangkan untuk HVAS hasil rancangan, laju alir udara ketika beroperasi yaitu berkisar antara 0,476-0,541 m3/menit. Jika dibandingkan, konsentrasi TSP yang terukur oleh HVAS hasil rancangan sudah cukup baik. Hal ini dapat dilihat dari rasio konsentrasi TSP HVAS rancangan terhadap HVAS buatan Amerika yaitu sebesar 60,30%. Namun, laju alir yang dihasilkan oleh HVAS hasil rancangan masih belum memenuhi kriteria sebagai HVAS. Semakin besar laju alir yang dihasilkan oleh pompa vakum, maka semakin besar ukuran partikel yang dapat terbawa oleh
33
udara yang terhisap. Dengan laju alir berkisar antara 1,13-1,70 m3/menit, partikel yang dapat terbawa yaitu berukuran hingga 100 µm. Karena laju alir pada HVAS hasil rancangan masih setengah dari laju alir standar, maka ukuran partikel yang terhisap pun hanya berupa partikel ringan sehingga bobot partikel yang terjerap pun lebih ringan daripada HVAS buatan Amerika. Gambar 16 menunjukkan banyaknya TSP yang tersaring pada filter setelah 45 menit pengoperasian alat HVAS buatan Amerika dan hasil rancangan.
Gambar 16. Banyaknya TSP tersaring pada filter oleh HVAS buatan Amerika (kiri) dan HVAS hasil rancangan (kanan) Adapun satuan untuk konsentrasi TSP di udara yaitu µg/Nm3 atau dibaca sebagai mikrogram per normal meter kubik. Notasi N menunjukkan satuan volume hisap udara kering dikoreksi pada kondisi normal yaitu pada suhu 25oC dan tekanan sebesar 760 mmHg (SNI 19-7119.3-2005). Secara
keseluruhan,
HVAS
hasil
rancangan
memiliki
beberapa
keunggulan, yaitu mudah dibawa dan dipindahkan karena ukurannya yang tidak terlalu besar. Namun, HVAS hasil rancangan masih belum dapat dikatakan sebagai HVAS karena laju alir udara pada saat alat beroperasi belum sesuai dengan standar SNI untuk pengujian partikel tersuspensi total. 4.4.2. Uji Kebisingan Menurut Wilson (1989), kebisingan adalah terjadinya bunyi yang tidak dikehendaki termasuk bunyi yang tidak beraturan dan bunyi yang dikeluarkan oleh transportasi dan industri sehingga mengganggu dan membahayakan kesehatan. Salah satu pokok permasalahan pada pengoperasian alat HVAS adalah
34
kebisingan yang diakibatkan oleh alat tersebut. Kebisingan dapat mengakibatkan ketidaknyamanan operator pada saat pengambilan sampel berlangsung dan dapat juga mengganggu kegiatan di sekitar titik pengambilan sampel. Oleh karena itu, tingkat kebisingan alat yang dirancang perlu dijadikan bahan pertimbangan dalam menentukan seberapa layak alat tersebut untuk digunakan. Pengujian tingkat kebisingan alat hasil rancangan dengan vakum berdaya 1000 Watt dilakukan di ruangan terbuka dengan jarak 5 meter dari sumber suara. Gambar 17 menunjukkan besarnya tingkat kebisingan yang diakibatkan oleh alat tersebut ketika beroperasi terhadap jarak sumber dengan pendengar.
Tingkat Kebisingan Unit HVAS Rancangan 80 Tingkat kebisingan (dB)
75 70 65 60 55 50 45 40 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Jarak dari sumber (meter)
Gambar 17. Grafik tingkat kebisingan HVAS-V2 hasil rancangan
Berdasarkan grafik di atas, HVAS-V2 menghasilkan bunyi yang sangat bising terutama pada jarak yang sangat dekat dengan sumber. Pada jarak terdekat dengan sumber (5 meter), intensitas bunyi yang terukur yaitu sebesar 75,54 dB. Mengacu pada KepmenLH No. 48 tahun 1996 tentang baku tingkat kebisingan, setiap kawasan memiliki baku tingkat kebisingan seperti tertera pada Tabel 4. Tingkat kebisingan yang dihasilkan oleh HVAS hasil rancangan tidak memungkinkan alat tersebut digunakan di dalam ruangan ataupun di kawasan padat penduduk karena selain tidak memenuhi baku mutu, kebisingan yang 35
dihasilkan pun dapat mengganggu aktivitas serta kesehatan objek bunyi. Namun, apabila objek pendengar berada pada jarak aman dengan lokasi titik pengambilan sampel, seperti pada jarak 50 m dimana bunyi yang didengar sebesar 55,54 dB, maka alat tersebut masih dapat untuk digunakan di beberapa kawasan terbuka.
36
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah diperoleh, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1.
Penelitian ini menghasilkan 4 buah rancangan dan unit contoh high volume air sampler dengan menggunakan jenis kipas dan pompa yang berbeda-beda, yaitu kipas sentrifugal, kipas aksial dan dua macam pompa vakum. Keempat unit tersebut dibuat dalam ukuran yang memungkinkan untuk dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain serta mudah untuk dioperasikan.
2.
Penurunan laju alir udara akibat aplikasi filter pada saluran inlet udara paling tinggi tejadi pada HVAS dengan menggunakan kipas sentrifugal dan aksial yaitu sebesar 100%. Sedangkan untuk HVAS dengan menggunakan pompa vakum, penurunan laju alir sebesar 89% untuk HVAS-V1 dan 90% untuk HVAS-V2.
3.
Rasio hasil konsentrasi TSP dengan menggunakan HVAS rancangan terhadap HVAS buatan Amerika yaitu sebesar 60,30%.
4.
Dari aspek kelayakan teknis, HVAS hasil rancangan masih belum memenuhi kriteria untuk digunakan sebagai pengambil sampel TSP dengan metode high volume air sampling karena laju alir udara yang dihasilkan masih terlalu kecil.
5.2. SARAN Beberapa perbaikan yang perlu dilakukan dalam perancangan dan pembuatan alat High Volume Air Sampler agar menjadi sebuah produk yang layak untuk digunakan adalah sebagai berikut: 1.
Sebaiknya HVAS pada rancangan berikutnya menggunakan pompa vakum dengan kapasitas laju alir yang lebih besar sehingga dapat memenuhi persyaratan laju alir untuk sebuah HVAS (1,13 – 1,70 m3/menit).
2.
Untuk memperbaiki kinerja hisapan dalam bentuk penurunan laju alir, maka perlu diperhatikan berbagai ukuran dan bentuk inlet sehingga ditemukan ukuran yang sesuai dengan kapasitas hisap pompa yang digunakan.
37
3.
Guna melengkapi komponen HVAS, sebaiknya ditambahkan beberapa komponen pendukung seperti rotameter atau flowmeter dan timer.
4.
Untuk mengurangi tingkat kebisingan, perlu dilakukan modifikasi desain casing yang mampu meredam suara.
38
DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2007. Parameter Pencemaran Udara dan Dampaknya terhadap Kesehatan. www.depkes.go.id/downloads/Udara.PDF [Diakses:20 Juli 2009]. Anonim. 1 Maret 2009. Polusi Udara Akibatkan ISPA. Artikel. Koran Tokoh edisi 529. Ashworth, William. 1991. The Encyclopedia of Environmental Studies. Fact On File, Inc. New York. Davis, Mackenzie L. dan David A. Cornwell. 1998. Environmental Engineering Third ed. McGraw-Hill. Singapore. de Nevers, Noel. 1995. Air Pollution Control Engineering. McGraw-Hill, Inc. Singapore. Environmental Protection Agency (EPA). National Ambient Air Quality Standards. http://www.epa.gov/air/criteria.html. [Diakses: 11 Januari 2010]. Environmental Protection Agency (EPA). Modul 3: Characteristics of ParticlesParticle Size Distribution. http://www.epa.gov. [Diakses: 25 Januari 2010]. Fardiaz, S., 1992. Polusi Air dan Polusi Udara. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi. Institut Pertanian Bogor. Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup. No 48 Tahun 1996. Tentang Baku Tingkat Kebisingan. Krupa, Sagar V. 1997. Air Pollution, People, and Plants: An Introduction. APS Press. St. Paul, Minnesota, USA. Lodge, James P, editor. 1989. Methods of Air Sampling and Analysis 3rd ed. Halaman 427-437. Lewis Publisher. Chelsea.
39
Manahan, Stanley E. 2000. Environmental Chemistry 7th ed. Lewis Publisher. Boca Raton, USA. Moriber, G. 1974. Environmental Science. Allyn and Bacon, Inc., Boston. Munson, Bruce, R., Young, Donald, F., Okiishi, Theodore, H. 2006. Fundamental of Fluid Mechanics 5th ed. John Wiley & Sons, Inc. USA. Peavy, Howard S., Donald R. Rowe, George Tchobanoglous. 1985. McGraw-Hill, Inc. Singapore. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia. Nomor
41 Tahun 1999. Tentang
Pengendalian Pencemaran Udara. SNI Udara Ambien. 2005. Nomor 19-7119.3-2005. Bagian 3: Cara Uji Partikel Tersuspensi Total Menggunakan Peralatan High Volume Air Sampler (HVAS) dengan Metoda Gravimetri. Badan Standarisasi Nasional. United Nations Environment Programme (UNEP). 2006. Electrical Energy Equipment: Fans and Blowers. www.energyefficiencyasia.org. [Diakses: 10 Agustus 2009]. Warner, Peter O. 1976. Analysis of Air Pollutants. John Wiley and Sons. USA. Wilson, C. 1989. Noise Control: Measurement, Analysis, and Control of Sound and Vibration. Harper & Row Publishers, Inc. New York, USA. Zaini, J. 2008. Dampak Polusi Udara Terhadap Kesehatan. http://io.ppijepang.org/article.php?id=244. [Diakses: 20 Juli 2009]. Zhang, Yuanhui. 2005. Indoor Air Quality Engineering. CRC Press. Boca Raton, Florida.
40
LAMPIRAN
41
Lampiran 1. Data pengukuran laju alir HVAS-S1 Waktu pengukuran
: 26 Agustus 2009
Alat ukur
: Anemometer Extech 451104
Luas penampang inlet: 0,00396 m2 •
Perlakuan 1
: Tanpa aplikasi filter
Hasil
:
ulangan 1 2 3 4 5 Rata-rata •
Perlakuan 2 Hasil
v (m/s) 8,79 8,79 8,53 8,53 8,49
Q (m3/min) 2,089 2,089 2,027 2,027 2,017 2,050
: Dengan aplikasi filter : laju alir tidak terdeteksi
42
Lampiran 2. Data Pengukuran laju alir HVAS-A1 Waktu pengukuran
: 2 September 2009
Alat ukur
: Anemometer Extech 451104
Laju alir normal kipas (tanpa casing)*: Titik pengukuran
v (m/s)
Q (m3/min)
1 2 3 4
8,96 9,26 9,39 9,61
17,434 18,018 18,271 18,699 18,106
rata-rata *luas penampang kipas: 0,03243 m2 Setelah pemasangan casing Luas penampang inlet: 0,00396 m2 •
Perlakuan 1 : Tanpa aplikasi filter Hasil
:
Ulangan v (m/s) 1 7,55 2 7,38 3 7,60 4 7,55 5 7,51 rata-rata •
Q (m3/min) 1,794 1,753 1,806 1,794 1,784 1,786
Perlakuan 2 : Dengan aplikasi filter Hasil : Laju alir tidak terdeteksi
43
Lampiran 3. Data hasil pengukuran laju alir HVAS-V1 Waktu pengukuran
: 21 Agustus 2009
Alat ukur
: Anemometer Extech 451104
Luas penampang inlet: 0,00396 m2 •
Perlakuan 1 : Tanpa aplikasi filter Hasil : Tingkat kecepatan 1 2 3 4 5
•
v2
v3
7,42 10,3 11,81 12,67 13,27
7,64 10,25 11,85 12,93 13,31
7,55 10,38 11,85 13,79 13,36
vrata-rata (m/s)
Q (m3/min)
7,537 10,310 11,837 13,130 13,313
1,764 2,413 2,770 3,072 3,115
Perlakuan 2 : Dengan aplikasi filter Hasil : Tingkat kecepatan 1 2 3 4 5
•
v1
v1 0,77 1,07 1,37 1,42 1,42
v2
v3
0,81 1,16 1,42 1,46 1,5
0,86 1,16 1,33 1,37 1,5
vrata-rata (m/s) 0,813 1,130 1,373 1,417 1,473
Q (m3/min) 0,190 0,264 0,321 0,332 0,345
Perhitungan persentase penurunan laju alir:
Tingkat kecepatan 1 2 3 4 5
TANPA FILTER vrata-rata Q (m3/min) (m/s) 7,537 1,764 10,310 2,413 11,837 2,770 13,130 3,072 13,313 3,115 RATA-RATA
DENGAN FILTER vrata-rata Q (m3/min) (m/s) 0,813 0,190 1,130 0,264 1,373 0,321 1,417 0,332 1,473 0,345
DROP (%) 89,21 89,04 88,40 89,21 88,93 88,96
44
Lampiran 4. Data hasil pengukuran laju alir HVAS-V2 Waktu pengukuran
: 4 Desember 2009
Alat ukur
: Anemometer Extech 451104
•
•
•
Perlakuan 1 Luas penampang inlet Hasil Ulangan
v1
1 2 3
21,68 21,59 21,33
: Tanpa aplikasi filter : 0,00396 m2 : v2
1 2 3
3,21 2,82 2,95
Q (m3/min)
21,68 21,59 21,43
5,1504 5,1298 5,0926 5,1242
: Dengan aplikasi filter : 0,00283 m2 : v2
v1
vrata-rata (m/s)
21,63 21,72 21,55 21,63 21,42 21,55 Rata-rata
Perlakuan 2 Luas penampang inlet Hasil Ulangan
v3
v3
vrata-rata (m/s)
Q (m3/min)
3,20 2,98 2,98
0,5431 0,5057 0,5057 0,5182
3,26 3,13 2,91 3,21 2,91 3,08 Rata-rata
Perhitungan persentase penurunan laju alir: Tanpa filter
Ulangan 1 2 3
Dengan filter
vrata-rata (m/s)
A (m2)
Q 3 (m /min)
21,68 21,59 21,43
0,00396 0,00396 0,00396
5,1504 5,1298 5,0926
RATA-RATA
vratarata
A (m2)
Q 3 (m /min)
3,20 2,98 2,98
0,00283 0,00283 0,00283
0,5431 0,5057 0,5057
(m/s)
Drop (%) 89,46 90,14 90,07 89,89
45
Lampiran 5. Alat ukur yang digunakan pada penelitian
(a)
(b)
(c)
Keterangan: (a) Anemometer Extech 451104 (b) Sound level meter Krisbow tipe KW06-291 (c) Timbangan analitik
Lampiran 6. Pengukuran laju alir udara
46
Lampiran 7. Gambar pictorial casing HVAS-S1
47
Lampiran 8.
Gambar orthogonal casing HVAS-S1
48
Lampiran 9. Gambar piktorial casing HVAS-A1
49
Lampiran 10. Gambar orthogonal casing HVAS-A1
50
Lampiran 11.
Gambar piktorial casing HVAS-V1
51
Lampiran 12. Gambar orthogonal casing HVAS-V1
52
Lampiran 13.
Gambar piktorial casing HVAS-V2
53
Lampiran 14.
Gambar orthogonal casing HVAS-V2
54
Lampiran 15.
Gambar komponen HVAS-V2
55
Lampiran 16. Hasil pengukuran dimensi pori kain pada pengujian pendahuluan Alat: Mikroskop Elektron Keterangan 1) Kode
Gambar hasil analisis
: JG9
Jenis kain : high twist Warna kain : putih Perbesaran mikroskop : 50×
2) Kode
: JG10
Jenis kain : snogen Warna kain : putih Perbesaran mikroskop: 100×
3) Kode Jenis kain
: JG11 : drill
Warna kain : putih Perbesaran mikroskop: 50×
56
