PEMODELAN SEBARAN SUHU AIR PANAS DI SEPANJANG PESISIR PELABUHAN BIRINGKASSI DESA BULU CINDEA KEC. BUNGORO KAB. PANGKEP (Study kasus PLTU Semen Tonasa) Irfan 1, Dr. Sri Suryani, DEA 2, Dr. Sakka, M.Si 3 e-mail : nk2uban@gmail.com Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin 2017 ABSTRAK Telah dilakukan simulasi sebaran suhu air panas dan memprediksi pola sebaran suhu air panas yang dibuang ke laut oleh PLTU. Penelitian ini dilakukan di perairan Biringkassi, Kec. Bungoro Kab. Pangkep. Data parameter suhu yang digunakan adalah data hasil laporan pemantuan kualitas air PLTU. Data pasang surut yang diterapkan pada syarat batas terbuka dengan menggunakan program model pasut global TDH 0.25 serta batimetri dari Etopo 15. Simulasi numeris dilakukan selama 31 hari dan hanya menggunakan pasang surut sebagai satu-satunya gaya pembangkit arus laut Predeksi seberan suhu air panas dilakukan dengan menggunakan model hidrodinamik untuk mensimulasikan arus pasang surut dan digabungkan dengan model dispersi untuk penyebaran temperatur. Hasil penelitian menunjukkan bahwa secara spasial, dari ketiga skenario prediksi sebaran suhu pola penyebaran suhu air panas bergerak ke arah barat, selatan dan utara outlet dengan jarak sebaran maksimum 2.5 km. Diprediksikan terjadi peningkatan suhu sebesar C setelah 24 jam, kemudian pada rentang waktu 1-7 hari peningkatan suhu sebesar 1.595 C. Kata kunci : Pltu, Hidrodinamic, Arus pasang surut, Simulasi numeric dan Laut Pangkep. ABSTRACT There has been done simulation of hot water temperature distribution and predict the pattern of hot water temperature distribution discharged into the sea by PLTU. This research was conducted in the waters of Biringkassi, Bungoro district Pangkep regency. Temperature parameter data was taken from data of monitoring result of water quality of steam power plant. Tidal data was applied to open boundary condition by using global tide model and bathymetry of Etopo15. The numerical simulation was conducted for 31 days and tide was used as the only force that generates sea current. Predictions of hot water temperatures were carried out using a hydrodynamic model to simulate tidal currents and combined with the dispersion model for temperature deployment. The results showed that spatially, from the three prediction scenarios, the temperature distribution of the hot water temperature spread pattern moved west, south and north outlets with a maximum spacing of 2.5 km. It is predicted that there will be a temperature increase of C after 24 hours, then in the period of 1-7 days the temperature increase is 1,595 C. Keywords : PLTU, Hydrodynamics model, tide-driven current,numerical simulation, and Pangkep waters.
PENDAHULUAN Pembangkit listrik merupakan salah satu teknologi untuk pemenuhan kebutuhan energi bagi manusia. Energi listrik yang dihasilkan berasal dari bermacam sumber energi salah satunya adalah pembangkit listrik tenaga uap. Salah satu contoh pembangkit listrik tenaga uap di Sulewesiselatan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) PT. Semen Tonasa yang mulai beroperasi pada tahun 1997. Pengoperasian suatu instalasi pembangkit listrik, umumnya menggunakan air laut sebagai pendingin. Air laut yang telah digunakan sebagai pendingin ini dibuang kembali ke laut. Untuk menurunkan temperatur, sebelum dibuang kembali ke laut air pendingin dialirkan melalui suatu kanal pendingin (cooling channel). Namun, air pendingin yang masuk kembali ke laut tetap memiliki temperatur di atas temperatur ambien air laut. Masuknya limbah air panas dari kanal pendingin ke laut (thermal pollution) dalam jumlah besar dapat memberikan dampak negatif bagi kehidupan biota laut di sekitarnya. Hanya ikan, krustasea dan moluska yang dapat bertahan terhadap temperatur yang tinggi dan dapat hidup dalam lingkungan yang panas. Temperatur tertinggi yang dapat ditoleransi oleh ikan adalah 38,1, krustasea 37,9 dan moluska 36,7 (Mihardja dkk.,1999). Pesisir di daerah Pelabuhan Biring Kassi banyak terdapat karang yang umumnya menjadi rumah mahluk hidup di laut, termasuk terumbuh karang, ikan dan udang. Terjaganya kelangsungan kehidupan ekosistem pesisir sangat dibutuhkan Masyarakat Biring Kassi yang sehari-harinya berprofesi sebagai nelayan, yang menggantungkan kehidupan mereka dari hasil tangkapan di laut. Kegiatan operasional Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) PT. Semen Tonasa menghasilkan limbah air panas yang dibuang ke Selat Makassar sehingga diprakirakan berpotensi menimbulkan pencemaran dan/atau kerusakan lingkungan. Hasil buangan limbah air panas ini tentunya perlu didapatkan gambaran tentang pola sebaran suhu air panas yang dilepas ke laut agar dapat digunakan dalam pengkajian dampak lingkungan dari PLTU. Sehubungan dengan hal tersebut, maka penelitian tentang pola sebaran suhu air panas dengan pemodelan numerik ini dilakukan. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini dilaksanakan di pesisir pelabuhan biringkassi dengan buangan air panas yang berasal dari Industri Semen Unit Utilitas Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) 2 x 25 MW dan 2 x 35 MW yang berlokasi di Bulu Cindea Bungoro, Pangkep Sulawesi Selatan Gambar 1. Lokasi Penelitian Data yang digunakan sebagai input simulasi model adalah data batimetri, data citra garis pantai dan data elevasi pasang surut prediksi serta data parameter suhu. Data pasang surut pengukuran akan digunakan untuk validasi dengan data pasang surut model. 1. Model 1.1 Model Hidrodinamika (Pola Arus) Menurut Istiarto (2011) dalam integrase persamaan-persamaan kontinuitas dan momentum untuk mencari persamaan 2DH, dipakai anggapan dan penyederhanaan sebagai berikut ini : Nilai rata-rata kedalaman dianggap cukup representatif untuk mewakili nilai-nilai besaran yang berubah sepanjang kedalaman aliran Kecepatan dan percepatan arah vertikal dianggap sangat kecil, sehingga diabaikan Berlaku distribusi tekanan hidrostatik diseluruh kedalaman Kemiringan dasar ke kedua arah horizontal kecil Dengan penyederhanaan tersebut, persamaan kontinuitas dan momentum untuk model 2DH adalah sebagai berikut ( Mike by DHI, 2012 ) Persamaan Kontinuitas dan Momentum Persamaan kontinuitas u x + v y + w z = 0 Persamaan Momentum
Pada sumbu x : hu + hu2 t x h p a ρ 0 + huv y gh2 ρ + τ sx τ bx x 2ρ 0 x ρ 0 ρ 0 1 [ s xx ρ 0 x η = fvh gh x + s xy y ] + x [ht xx ] + y [ht xy]....(1.1) Pada sumbu y : Dimana : hv + huv + hv2 = fuh t x y gh η h p a gh2 ρ + τ sy τ by y ρ 0 y 2ρ 0 y ρ 0 ρ 0 1 [ s yx + s yy ] + [ht ρ 0 x y x xy] + y [ht yy].....(1.2) h (x,y,t) :kedalaman air bervarisasi terhadap waktu (m) η (x,y,t : elevasi muka air laut (m) U(x,y,t) : kecepatan rata-rata terhadap kedalaman pada sumbu x ( m/s) V(x,y,t): kecepatan rata-rata terhadap kedalaman pada sumbu y ( m/s) F :2Ω sin φ, parameter Coriolis Ω :angular rate of revolution φ :geografis latitude ( ) G :percepatangravitasi (m 2 s) ρ :densitas air laut (kg/m 3 ) ρ 0 :referensidensitas air (kg/m 3 ) p a :tekanan permukaan τ sx :tegangan permukaan arah sumbu x τ sy :tegangan permukaan arah sumbu y τ bx : tegangan dasar arah sumbu x τ by : tegangan dasar arah sumbu y s xx,s xy, s yx, s yy : komponen tensor tegangan radiasi T xx : tegangan geser arah sumbu x T xy :tegangan normal arah y terhadap sumbu x T yy :tegangan geser arah sumbu y 1.2 Model Dispersi Panas Model adveksi-dispersi diselesaikan dengan persamaan adveksi-dispersi dua dimensi Persamaan adveksi difusi dua dimensi untuk model sebaran suhu pada permukaan laut adalah sebagai berikut : h( c c c + u + v D t x y x x σ + kc + R(c) Dimana: h c x y D y c y ) = 0...( 1.3 ) h : kedalamanan air u, v : kecepatan lokal dalam koordinat Caretesian x, y t : waktu c : konsentrasi polutan D x D y : koefisien difusi dalam arah x dan y k : koefisien atenuasi σ : sumber lokal R(c) : presipitasi atau penguapan 1.3 Syarat Batas Model Simulasi model dilakukan untuk kasus arus yang dibangkitkan oleh pasang surut saja (tidal force). Syarat batas untuk model hidrodinamika dapat dikelompokkan dalam dua kategori, yaitu: 1. Syarat batas tertutup Syarat batas tertutup mengikuti persamaan : U,V,η = 0... ( 1.4 ) Domain area model dispersi termal ini hanya memiliki sebuah syarat batas tertutup yaitu batas bagian Timur. Batas Timur tersebut merupakan garis pantai sepanjang Pelabuhan Biringkassi. 2. Syarat batas terbuka Elevasi pasang surut diberikan pada setiap syarat batas terbuka dengan asumsi terdapat perbedaan gaya pembangkit pasang surut pada setiap syarat batas. Nilai elevasi pasang surut sebagai data input model diperoleh dari hasil peramalan pasang surut global oleh MIKE21 pada tanggal 1-31 Desember 2016. Pada titik buangan air panas (Outlet) diberikan sumber air panas secara konstan berdasarkan hasil pengukuran suhu air panas di saluran pembuangan. PEMBAHASAN 1. Simulasi Model Seberan Air Panas Seberan air panas merupakan proses penyebaran air bahang secara horizontal di perairan akibat adanya suatu sumber buangan panas (thermal point) yang masuk ke perairan secara adveksi dan difusi. Difusi disebabkan karena adanya gradien suhu antara yang dibuang dengan suhu ambien air laut. 12/16/2016 14:20:00 Scale 1:51480 Elevasi 2016-12-13 12-14 12-15 12-16 12-17 12-18 12-19 12-20
Gambar 2. Hasil Simulasi Sebaran Panas Skenario pada Kondisi Menuju Pasang Dispersi termal yang keluar dari outlet pembuangan air hasil proses cooling water system disalurkan melalui pipa pembuangan dengan lebar 2.40 m. Kondisi menuju pasang (Gambar.) arah sebaran air panas bergerak menuju utara dan selatan. Arah sebaran suhu dominan bergerak kearah utara pada suhu 32 sejauh 1 km dan 0.85 km ke arah selatan. Sedangkan pada kondisi pasang tertinggi (Gambar IV.11) arah seberan suhu air panas masih didominasi bergerak kearah utara pada suhu 32 sejauh 1.2 km dan 0.7 km ke arah selatan Hasil cuplikan model dispersi pada kondisi menuju surut menunjukan pola seberan buangan air panas dari outlet perlahan mulai bergerak ke arah selatan dan sebagian bergerak ke arah barat. Pada suhu 32 air laut bergerak sejauh 1 km dari outlet sedangkan ke arah barat sejauh 1.1 km. Sedangkan pada kondisi surut terendah pola seberan buangan air panas jarak maksimum pada suhu 32 ini mencapai 1.2 km ke arah selatan dan ke arah barat sejauh 1.3 km. 12/16/2016 17: Scale 1:51480 Elevasi 12/17/2016 10: Scale 1:51480 Elevasi 2016-12-13 12-14 12-15 12-16 12-17 12-18 12-19 12-20 2016-12-13 12-14 12-15 12-16 Gambar 3. Hasil Simulasi Sebaran Panas Skenario pada Kondisi Pasang Tertinggi Pada kedua kondisi saat menuju pasang dan pada saat pasang tertinggi konsentrasi air laut pada suhu 32-39 dominan berada di sekitar pelabuhan 0-700 m dari outlet buangan. Elevasi 2016-12-13 12-14 12-15 12-16 Gambar 4. Hasil Simulasi Sebaran Panas pada Kondisi Menuju Surut 12-17 12-17 12-18 12-18 12/17/2016 06:40:00 Scale 1:51350 12-19 12-19 12-20 12-20 Gambar 5. Simulasi Sebaran Air Panas Pada Kondisi Surut Terendah Pada kedua kondisi saat menuju surut dan saat surut terendah konsentrasi air laut pada suhu 32-39 dominan berada di sekitar pelabuhan 0-700 m dari outlet buangan. 2. Perbandingan Suhu Air Panas hasil model dengan pengukuran 35 34 33 32 31 30 29 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 Titik sampel Model Pengukuran Grafik 1. Perbandingan Suhu Hasil Model dengan Pengukuran pada Tiap Titik Koordinat
Shu ( C) 50 100 150 200 250 300 350 450 600 800 1000 1500 2000 2500 3000 Suhu ( C) Untuk melihat perbandingan antara hasil model dengan data pengukuran lapangan sampel suhu air panas, maka di beberapa titik dipomedelan dibuatkan titik kontrol untuk membandingkan hasil pengukuran dengan hasil pemodelan pada titik kontrol pemodelan. Perbandingkan data hasil lapangan dan hasil model diperlihatkan pada Grafik 4.6 diatas. Dimana pada titik sampel s1 terjadi perbedaan suhu sebesar 1.09 C. Pada titik s2 perbedan model dengan pengukuran sebesar 0.31 C. untuk titik sampel s3 perbedaan hasil model dengan pengukuran sebesar 4 C. Sedangkan pada titik s4-s7 perbedaannya sebesar 0.32- C. 3. Pola sebaran Suhu Air Panas secara Kuantitatif Selanjutnya untuk menganilisis pola seberan air panas secara secara kuantitatif maka dilakukan analisis sebaran pola seberan arus ke arah barat, selatan dan utara. Besarnya penambahan suhu rata-rata pada titik-titik tinjau ini disajikan dalam bentuk grafik suhu terhadap jarak dengan titik nol diambil pada outlet kanal seperti yang diperlihatkan pada Grafik 2 dibawah ini. akibat adanya faktor perbedaan gradien temperatur, sehingga temperatur bergerak dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. 4. Sebaran Suhu Air Panas Secara Temporal Seberan suhu secara temporal dapat dilihat pada Grafik IV.7, grafik tersebut memperlihatkan bahwa pada titik sampel s3 dengan rentang waktu 0 24 jam, terjadi penambahan suhu sebesar C kemudian pada rentang waktu 1-7 hari peningkatan suhu sebesar 1.595 C. Pada rentang waktu 7 hari sampai 30 hari peningkatan suhu yang terjadi sangat kecil yakni 0.334 C. Pada titil sampel s1 dengan rentang waktu 0 12 jam, terjadi peningkatan suhu sebesar 0.735 C kemudian mengalami penurunan suhu pada 12 24 jam sebesar 89 C. Kemudian setelah rentang waktu 24 jam sampai 30 hari terjadi peningkatan suhu sebesar 1.444 C. Pada titik sampel S2, S4, S5 dan S6 dengan rentang waktu 0 24 jam, terjadi penambahan suhu sebesar 46 77 C. Selanjutnya pada pada rentang waktu 24 jam 30 hari terjadi peningkatan suhu sebesar 0.647 1.588 C. 41 39 37 35 33 31 Sedangkan pada titik sampel S7 dengan rentang waktu 0 24 jam tidak terjadi perubahan suhu (konstan atau bersifat stasioner). Hal ini disebabkan karena terjadi kesetimbangan antara antara seberan suhu oleh proses difusi dan sebaran suhu oleh proses adveksi. Kemudian setelah rentang waktu 24 jam sampai 30 hari terjadi peningkatan suhu sebesar 0.326 C. Jarak (M) Utara Barat Selatan Grafik 2. Seberan Suhu ke arah Utara, Selatan dan Barat Grafik IV.5 menunjukan bahwa arah seberan suhu air panas pada jarak 0-300 m menuju ke barat lebih besar jika dibandingkan dengan penyebaran suhu air panas menuju selatan dan utara. Hal ini depengaruhi oleh adanya badan pelabuhan dari PLTU yang menjulang ke arah barat menghambat pergerakkan arus ke arah selatan. Kemudian pada jarak 800 m 3 km perbedaan suhu di antara arah utara, selatan dan barat mulai tidak begitu besar seiring dengan bertambah jauhnya jarak sumber buangan air panas. Hal ini disebabkan karena persebaran air panas merupakan proses difusi dimana persebaran yang terjadi berlangsung 34 33.5 33 32.5 32 31.5 31 0 6 12 24 7hari 15hari 30hari Waktu s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 Grafik 3. Sebaran suhu secara temporal KESIMPULAN Model simulasi arus yang dihasilkan menunjukkan bahwa dinamika pola arus pasang surut didominasi oleh aliran arus kearah selatan ketika surut dan kearah utara ketika kondisi pasang. Berdasarkan hasil simulasi sebaran panas (dispersi termal) umumnya mengikuti pola arus yang keluar
masuk di wilayah domain pemodelan yaitu dominan mengarah ke utara dan selatan. Secara spasial, dari skenario pemodelan sebaran suhu air panas bergerak ke arah barat outlet hingga ke selatan dan utara dengan jarak sebaran maksimum 2.5 km. Secara temporal sebaran suhu air panas akan mencapai kondisi tunak setelah tercapai kesetimbangan antara pengaruh adveksi dan difusi. DAFTAR PUSTAKA A.Yuningsih, Masduki dan Rahmat. (2010). Penelitian Potensi Energi Arus Laut sebagai Sumber Energi Laut terbarukan Di Perairan Toyapakeh Nusa Penida Bali. Defrimilsa. (2003). Studi Perbandingan Profil Batimetri Perairan Utara Belitung Hasil Deteksi Sistem Akustik Bim Terbagi SIMRAD EY- 500 Dengan Profil Batimetri Peta Dishidros TNI-AL. Skripsi. Djunarsjah, E. (2005). Survey Hidrografi. Bandung: PT Refika Aditama. Hutabarat, S. dan S. H Evans. (1985). Pengantar Oseanografi. Jakarta: UI press. Hutabarat, S. dan S. H Evans. (2008). pengantar oseanografi. jakarta: Universitas indonesia pres. Hutagalung, Horas P. (1988). Pengaruh suhu air terhadap Kehidupan organisme laut. Jurnal oseana volume XIII, No, 4 : 153-164. Istiarto. (2011). CFD di Bidang Hidraulika Saluran Terbuka, JTSL FTUGM. Yogyakarta. Kahar, Joenil. (2008). Geodesi. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Kennish, M. (2001). Practical Handbook of Marine Science. Third Edition. New Jersey: Institute of Marine and Coastal Sciences, Rutgers University. Majewski, W., Miller, D. C. (1979). Predicting Effect of Power Plant Once-Through Cooling on Aquatic System. Paris: United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization. Muara Karang Coastal Waters. Jakarta : Proceeding ITB, Vol. 31, No. 1. MIKE by DHI. (2012). Mike 21 & Mike 3 Flow Model Fm, hydrodynamic and transport modul, scientific documentation,. DHI Software. Muhammad, hamid. (2005). Ilmu Pengetahuan Sosial-Geografi. Direktorat Pendidikan Lanjutan Pertama, Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah. Departemen Pendidikan Nasional. Mukhtasor. (2007). Pencemaran Pesisir dan Laut. Jakarta: PT. Pradnya Paramita:. Nurjaya, I.W dan H. Surbakti. (2010). Model Dispersi Bahang Hasil Buangan Air Proses Pendinginan PLTGU Cilegon CCPP ke Perairan Pantai Margasari di Sisi Barat Teluk Banten. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kelautan Tropis Vol.2, No. 1, Hal. 31-49, Juni 2010. Pickard. (2004). Descriptive Physical Oceanography. Pergamon Press. Oxford. Pipkin, W. dan Bernard. (1999). Laboratory Exercises in Oceanography Fourth Ed. Macmillan Publishing Company. New York. Pokale. (2012). Pengaruh pembangkit listrik pada lingkungan ulasan ilmiah dan komunikasi kimia. Shri Saraswati Collage of Social Work, WASHM (M.S). India. 212 215 p. Pond, S. dan Pickard, G.L. (1983). intruductory dnynmical oceanography. canada: Departement of Oceanography. University of Columbia. Roth, E. (2002). Why Thermal Power Plants Have a Relatively Low Efficiency. www.sealnet.org. Triadmodjo, Bambang. (1999). Teknik Pantai. Yogyakarta: Beta Offset. Wyrtki, K. (1961). Physical Oceanography of the Southeast Asian Water. California.: Naga Report Vol.2 University of California, Scripps Institution of Oceanography,La Jalla. Mihardja, D. K., et al. (1999). Modelling of the Heated Water Spreading in