SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN KARBON MONOKSIDA DI PINTU MASUK TOL (Studi Kasus Line Source Di Ruas Tol Dupak, Surabaya ) TESIS

Transkripsi

1 SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN KARBON MONOKSIDA DI PINTU MASUK TOL (Studi Kasus Line Source Di Ruas Tol Dupak, Surabaya ) TESIS Oleh : Endrayana Putut L.E. NRP Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Basuki Widodo, M.Sc

2 ABSTRAK Polusi udara adalah masalah yang sangat penting karena berkaitan dengan penyakit akibat emisi kendaraan bermotor, yang mengandung SO 2, CO 2, CO, NO x, dan gas gas lainnya. Sementara itu, simulasi model dispersi udara adalah salah satu cara/metode untuk mempelajari kualitas udara yang sangat dibutuhkan dalam hal ini. Pada penelitian ini dibahas tentang model matematika dari dispersi emisi gas CO dari kendaraan bermotor roda empat yang memasuki pintu masuk tol Dupak, Surabaya. Persamaan Gauss untuk line source disusun berdasarkan mekanisme transpor polutan secara dispersi, difusi dan adveksi. Dari persamaan tersebut dapat dihitung nilai konsentrasi gas CO untuk level ground downwind. Validasi model dilakukan dengan membandingkan konsentrasi gas CO hasil perhitungan model dengan hasil pengukuran konsentrasi gas CO di lapangan. Dengan menggunakan uji R 2 diperoleh nilai R 2 yang mendekati satu. Karena itu model Gaussian line source digunakan sebagai model dispersi polutan CO. Model ini selanjutnya diselesaikan dan disimulasikan dengan komputer menggunakan bahasa pemrograman Fortran dan divisualisasikan menggunakan perangkat lunak Surfer. Hasil pemodelan menunjukkan bahwa model Gaussian line source dapat digunakan untuk memodelkan pola dispersi gas CO level ground downwind di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya. Hasil visualisasi bulan Januari sampai dengan Maret 2011 menunjukkan bahwa pola dispersi gas CO dipengaruhi oleh arah dan kecepatan angin. Konsentrasi CO pada malam hari lebih tinggi daripada pada siang hari. Dari pola dispersi CO, diusulkan agar di sekitar pintu masuk tol terdapat ruang udara terbuka yang cukup agar bahaya yang ditimbulkan dari polutan CO yang teremisi dari sumber emisinya dapat diminimalkan. Kata kunci : model dispersi udara, model Gaussian line source, tol Dupak, CO

3 Karbon Monoksida ( CO ) Berasal dari pembakaran bahan bakar fosil dengan udara, berupa gas buangan yang sangat beracun Gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan juga tidak berasa Konsentrasi CO di udara pada tempat tertentu dipengaruhi oleh kecepatan emisi (pelepasan) CO di udara dan kecepatan dispersi dan pembersihan CO dari udara. CO dapat bereaksi dengan hemoglobin darah membentuk karboksi hemoglobin (Hb-CO) yang tidak bisa mengangkut oksigen dalam sirkulasi darah ( Mukono, 1997)

4 Sumber polutan CO Kendaraan bermotor ( Fardiaz, 1992) terutama yang berbahan bakar bensin (Bardeschi dkk, 1991). Pembakaran hutan Pembakaran sampah Metabolisme tubuh manusia

5 Bahaya keracunan gas CO mengalami gejala sakit kepala gangguan mental (mental dullness) Pusing Lemah Mual Muntah kehilangan kontrol otot, diikuti dengan penurunan denyut nadi dan frekuensi pernapasan, pingsan, dan bahkan meninggal

6 Lokasi konsentrasi CO yang tinggi di Surabaya perempatan jalan jalan protokol ( A.Yani, Darmo, Mayjen Sungkono, dll) pintu masuk tol ( Tol Dupak, Tol Waru, Tol Perak ) kawasan industri ( Rungkut Industri, Berbek )

7 Perumusan Masalah a. Bagaimanakah merumuskan Gaussian Model Line Source dari modifikasi persamaan Gaussian Plume Model? b.bagaimana validitas dari hasil perhitungan konsentrasi CO dengan Gaussian Model Line Source terhadap data primer yang diperoleh dari hasil pengamatan langsung di lapangan? c.bagaimana visualisasi pola dispersi CO di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya?

8 Batasan masalah Penerapan Gaussian Model Line Source hanya pada polutan CO. Sumber polutan adalah kendaraan bermotor roda empat berbahan bakar bensin. Lingkup kajian adalah pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya. Atmosfer udara yang ditinjau adalah atmosfer udara ambien di atas kota Surabaya. Tinggi penerima (receptor) tertentu, yaitu z bernilai konstan. Data meteorologi ( suhu udara, kelembaban udara, kecepatan angin, arah angin ) yang digunakan di dalam penelitian ini diperoleh dari BMKG Tanjung Perak, Surabaya. Data primer yakni data konsentrasi CO dari pengambilan sampling langsung di lapangan selama 1 (satu) minggu pada bulan Maret 2011 dengan menggunakan peralatan inpanger. Data jumlah kendaraan yang masuk di dalam pintu tol Dupak 3 diperoleh dari pengamatan langsung antara bulan Maret April 2011 dengan menggunakan peralatan manual counter Data kecepatan rata-rata kendaraan saat melintasi pintu masuk tol dihitung dengan menggunakan stopwatch

9 Asumsi Line source untuk sumber polutannya adalah lurus. Data meteorologi adalah valid. Tidak ada kontribusi polutan dari pabrik di sekitar pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya. Diasumsikan bahwa arah angin di sepanjang tol Dupak yang mengarah ke pintu tol adalah crosswind. Elevasi muka tanah dan topografi daerah penyebaran polutan sama dengan elevasi sumber polutan. Polutan CO tidak bersifat reaktif, yaitu tidak mengalami perubahan fisis dan kimia akibat bereaksi dengan partikel lain. Laju perubahan bentuk serta penghilangannya tidak diperhitungkan.

10 Tujuan Penelitian 1. Merumuskan Gaussian Model Line Source dengan memodifikasi persamaan Gaussian Plume Model untuk mengetahui pola dispersi polutan CO di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya 2. Validasi hasil perhitungan konsentrasi CO dengan Gaussian Model Line Source terhadap data primer yang diperoleh dari hasil sampling di lapangan 3. Visualisasi pola dispersi CO di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya

11 Manfaat Penelitian Memberikan informasi kepada pemerintah kota Surabaya yang dapat digunakan sebagai dasar pengambil kebijakan atau peraturan daerah berkenaan dengan ambang batas emisi CO yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor minimal beroda empat. Memberikan hasil penelitian kepada pihak terkait mengenai pola dispersi polutan CO, sehingga dapat diterapkan dalam rangka penyempurnaan upaya pengelolaan kualitas udara di kota Surabaya. Menambah pengetahuan dalam bidang matematika terapan, sehingga dapat dimanfaatkan dalam pengajaran di sekolah. Sebagai referensi bagi penelitian selanjutnya.

12 Sumber Pencemar Udara Menurut Moestikahadi(2001), sumber pencemar udara meliputi : 1. Sumber titik ( point source ),contohnya emisi dari cerobong pabrik 2. Sumber kawasan ( area source ), contohnya pencemaran di kawasan industri 3. Sumber garis ( line source ), contohnya pencemaran udara di jalan raya

13 Penelitian sebelumnya Beberapa penelitian yang telah dilakukan menggunakan model Gaussian line source : 1.Irfan (2006) menggambarkan pola penyebaran pencemar PM Dewi (2005) untuk dalam perumusan strategi pengelolaan pencemar gas CO dari aktifitas transportasi di jalan Akhmad Yani, Surabaya. 3.Sathinukarat dan Satayopas (2003) untuk menggambarkan pola dispersi polutan CO di Chiang Mai, Thailand. 4. Hassan, dkk.(2000) melakukan penelitian tentang pola dispersi CO di kota Bandar Seri Begawan, Brunei Darussalam

14 Gaussian Model Line Source Gaussian model line source ini adalah perkembangan dari Gaussian plume dengan mengasumsikan bahwa sebuah line source adalah deretan point source yang mutually independent, masing masing menghasilkan kepulan polutan. Sehingga konsentrasi pada suatu titik di jalan dihitung sebagai jumlah konsentrasi titik titik sumber pada jalan tersebut ( Hassan, 2000)

15 Parameter q adalah emisi gas buang kendaraan dalam satu detik pada saat kendaraan berjalan dalam range satu meter ( Dewi,2005 ). Nilai dapat dicari dengan menghitung jumlah kendaraan dalam waktu pengamatan dikalikan dengan kecepatan rata-rata emisi gas buang kendaraan (2 x 10-3 g/s), kemudian dibagi dengan kecepatan rata-rata kendaraan dalam m/detik ( Wark dan Warner, 1976). Hassan dkk(2000) menyatakan bahwa hasil perhitungan konsentrasi polutan dalam satuan µg/m 3 apabila dinyatakan dalam ppm, menggunakan formulasi berikut :

16 Fungsi Gamma Noenik (1987) menyatakan bahwa fungsi gamma didefinisikan sebagai berikut:

17 Uji R kuadrat

18 Metode Penelitian Pengumpulan data sumber emisi utama dengan menentukan jumlah kendaraan yang melintas di lokasi penelitian berdasarkan jenisnya pada waktu yang ditentukan dan kecepatan rata rata kendaraan Pengumpulan data sekunder ( data meteorologi dari BMKG ) Penggunaan model matematika yang sudah ditentukan berdasarkan data data yang sudah dikumpulkan Penyelesaian model matematika yang diikuti dengan penggunaan program komputer untuk penyelesaian model matematika tersebut Pengambilan data primer berupa konsentrasi CO di udara ambien dan data meteorologi lapangan Validasi model dengan data primer yang diperoleh dari lapangan Simulasi pola dispersi polutan CO Dokumentasi hasil

19 Pengumpulan data sekunder Jumlah kendaraan yang melintas di pintu masuk tol Dupak 3, antara pukul pada waktu sampling. Penentuan ketinggian sumber emisi ( tinggi knalpot ) Kecepatan rata rata kendaraan Data meteorologi ( kecepatan dan arah angin, temperatur dan kelembaban udara, kembang angin selama bulan Januari Maret 2011)

20 Pengambilan data primer Sampling udara menggunakan inpanger. Sampel udara akan masuk, lalu diserap oleh larutan KI 2%, setelah itu larutan KI akan disimpan dan dianalisis di laboratorium Data meteorologi lapangan, yaitu : arah dan kecepatan angin saat sampling, temperatur dan kelembaban udara. Juga cuaca untuk memperkirakan tutupan awan.

21 Volume kendali

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31 Nilai q = 0,05 g/s banyak kendaraan rata rata = 75 faktor emisi CO 0,002 g/s kecepatan rata rata kendaraan saat melintasi pintu masuk tol yaitu 3 m/s. Data meteorologi : arah dan kecepatan angin, kelembaban udara, temperatur ( sumber BMKG Tanjung Perak ), stabilitas atmosfer

32 Hasil pengamatan

33

34 Validasi Model Hasil uji R kuadrat = 0,94552

35 Hasil Simulasi dan Pembahasan Pada bab ini, model Gaussian line source digunakan untuk simulasi model dispersi polutan CO level ground downwind pada bulan Januari, Februari dan Maret tahun 2011 pada siang hari dan malam hari. Data meteorologi untuk simulasi model dispersi polutan CO masing masing terdapat pada Tabel 5.1.1, Tabel dan Tabel di bawah ini.

36 Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan Januari

37 Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan Februari

38 Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan Maret

39 Pembahasan Konsentrasi CO tertinggi bulan Maret 2011, namun masih < baku mutu Konsentrasi CO malam hari > siang hari

40 Kesimpulan a. Model Gaussian line source dapat dirumuskan dengan memodifikasi model Gaussian plume b. Validasi model menggunakan uji R 2 menunjukkan bahwa model Gaussian line source ini dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi polutan CO di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya. c. Dari hasil visualisasi, didapat bahwa konsentrasi CO maksimum pada siang hari terbesar pada bulan Maret yakni 2622 µg/m 3 dan terkecil pada bulan Januari yaitu 2268 µg/m 3. Sedangkan konsentrasi CO maksimum pada malam hari terbesar pada bulan Maret yakni 5167 µg/m 3 dan terkecil pada bulan Januari 4846 µg/m 3. Arah angin selama bulan Januari sampai dengan Maret 2011 dominan dari Barat ke Timur.

41 Saran 1. Penelitian lebih lanjut di pintu masuk tol yang lain, selain Dupak 3, dan juga tidak hanya untuk dispersi polutan CO pada level ground downwind. 2. Selain itu, agar dilakukan simulasi untuk bulan bulan selain Januari, Februari dan Maret, juga untuk arah angin yang tidak tegak lurus dengan jalan raya. 3. Rekomendasi kepada PT. Jasa Marga (Persero), Tbk. Cabang Surabaya Gempol diharapkan menyediakan ruang udara terbuka yang cukup di sekitar pintu masuk tol agar bahaya yang ditimbulkan dari polutan CO yang teremisi dari sumber emisinya dapat diminimalkan.

42 Daftar pustaka Alina (2010), Statistical Models for Test Equating, Scaling and Linking, Springer 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): Atmakusumah, Maskun, I., Djajanto, W.(1996), Mengangkat Masalah Lingkungan Ke Media Massa, Yayasan Obor Indonesia Bardeschi, A., Colluci A., Gianelle, V., Gnagnetti, M., Tamponi, M., Tebaldi, G. (1991) Analysis of the impact on air quality of motor vehicle traffic in the Milan urban area. Atmospheric Environment, Vol. 25B No. 3, hal Chamida. (2004), Strategi Pengendalian Pencemaran Udara Berupa Kebijakan Berdasarkan Pemanfaatan Model Matematika Dispersi Pencemar Udara (PM 10 ) di Kota Surabaya, Tesis Magister, Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya. Costabile, F., Allegrini, I. (2008) A new approach to link transport emission and air quality: An intelligent transport system based on the control of traffic air pollution. Environmental Modelling and Software, Vol.23, hal Dewi, R. (2005), Penerapan Gaussian Line Source Model Dalam Perumusan Strategi Pengelolaan Pencemar Gas CO Dari Aktifitas Transportasi Di Sepanjang Jalan Akhmad Yani Kota Surabaya, Tesis Magister, Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya. Fardiaz, Srikandi (1992), Polusi Air dan Udara. Kanisius, Yogyakarta Hassan Hasnah, Singh,M.P., Gribben, R.J., Srivastava, L.M., Radojevic, M., Latif Azahar (2000), Application of a line source air quality model to the study of traffic carbon monoxide in Brunei Darussalam. ASEAN Journal on Science and Technology for Development, Vol. 17 No 1. Hewitt, C.N. dan Jackson, A.V., (2003), Handbook of atmospheric science: principles and applications, Wiley - Blackwell, Inc., New York.

43 Daftar pustaka Sathitkunarat, S., Satayopas, B. (2003). Effect of Traffic on Carbon Monoxide Concentration in Chiang Mai Urban Area. Proceedings of the 2nd Regional Conference on Energy Technology Towards a Clean Environment, Phuket, Thailand Setyorini, Titin (2003), Faktor Penentu Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) Area Transportasi Dengan Indikator CO, Tesis, Jurusan Teknik Lingkungan, ITS, Surabaya. Singh, M.P.(1997). Lecture notes delivered in the Workshop on Air Pollution Modelling conducted at the University of Brunei Darussalam, Brunei Darussalam. Soedomo, Moestikahadi, (2001), Pencemaran Udara. ITB, Bandung Soenarmo, S, H., (1999), Diktat Kuliah Meteorologi Pencemaran Udara, Penerbit ITB, Bandung Sutini, (2009), Simulasi Model Matematika Dari Dispersi Pencemaran SO 2 Di Kawasan Industri PT. Semen Gresik, Tesis, Jurusan Matematika, ITS, Surabaya. Wark, K., Warner, C.,(1976), Air Pollution. Harper & Row. Publishers, New York. Widodo, Basuki (2010). MSc in Computational Fluid Dynamics Atmospheric Dispersion. Lecture handouts, Jurusan Matematika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya.