Kecepatan dan arah angin (aliran) sangat berperan dalam persebaran polutan di udara terutama udara di dalam gardu tol. Besarnya nilai kecepatan angin akan berpengaruh terhadap besarnya turbulensi. Menurut Oke (1987), semakin kuat pergerakan turbulensi yang terjadi di dalam gardu tol maka semakin besar kemungkinan polutan dapat bercampur dengan udara di sekelilingnya sehingga konsentrasi zat pencemar di dalam gardu tersebut akan berkurang. Begitu pula sebaliknya, pengenceran akan lebih sulit terjadi dan membuat konsentrasi zat pencemar tetap tinggi apabila kecepatan angin atau pergerakan turbulensinya sangat kecil.
Pada penelitian ini, parameter input yang disimulasikan pada Fluent hanya parameter input yang terukur pada jam ke-1 dan jam ke-4 (yaitu pada pukul 11.00-12.00 dan 14.50-15.50), seperti parameter angin yang terukur pada jam ke-1 sebesar 0,7 m/s dan 0.5 m/s pada jam ke-4. Selanjutnya, pengaruh angin pada kedua geometri cukup berbeda, hal ini dikarenakan adanya perbedaan letak Outflow dan besarnya volume geometri. Seperti yang telah
dijelaskan sebelumnya pada metodologi bahwa volume Geometri A lebih kecil daripada volume Geometri B. Sementara Velocity Inlet adalah kondisi batas dalam Fluent yang dipilih sebagai daerah input untuk data profil angin, suhu dan konsentrasi polutan. Sedangkan Outflow adalah kondisi batas dalam Fluent yang dipilih sebagai aliran keluar. Pada penelitian ini hanya terdapat satu Outflow yaitu HV-AC.
Pada dasarnya pemilihan HV-AC sebagai Outflow adalah karena prinsip kerja HV-AC yakni menghisap udara yang berada di dalam ruangan melalui kipas sentrifugal yang terdapat pada mesin HV-AC. Sehingga suhu udara dalam ruang menjadi lebih dingin dibandingkan suhu udara di luar ruangan. Hal ini terkait dengan perpindahan panas yang menyebabkan suhu udara dalam ruangan relatif dingin dari daripada di luar ruangan. Selain itu besarnya angin dan masuknya udara kering yang dihasilkan atau dikeluarkan oleh HV-AC melalui kisi-kisi relatif konstan atau seragam sehingga tidak diperhitungkan dalam kasus ini.
Pada penelitian ini akan dibandingkan pengaruh faktor angin terhadap dua geometri yang berbeda dengan masing-masing nilai kecepatan yang berbeda pula. Analisis lebih lanjut mengenai distribusi angin yang terjadi pada kedua Geometri akan diuraikan pada sub bab selanjutnya.
4.3.1 Distribusi Angin pada Geometri A
Pada simulasi Fluent, visualisasi output profil kecepatan angin difokuskan pada satu titik yaitu pada keberadaan reseptor atau petugas tol ketika sedang bekerja. Sehingga, pada penelitian ini dibuat beberapa plane, masing-masing pada bidang x (tampak atas), y (tampak samping) z (tampak depan) dan xyz (tampak isometrik/3D) yang dapat mewakili profil kecepatan angin di sekitar petugas tol serta agar distribusi angin di sekitar area tersebut dapat terlihat jelas.
Masing-masing plane tersebut dapat diinterpretasikan sesuai dengan gradasi warna dan skala kecepatan angin. Selain itu, nilai kecepatan kontur dari hasil simulasi Fluent ditunjukkan pada bagian kontur sebelah kiri yang dapat dibedakan melalui gradasi warna. Pada gambar terlihat bahwa semakin merah warna kontur maka semakin besar nilai kecepatan anginnya dan semakin biru warna kontur maka semakin kecil nilai kecepatan angin.
Distribusi Angin pada Geometri A pada jam ke-1
Hasil simulasi Fluent untuk profil kecepatan angin yang terjadi di dalam gardu tol (Geometri A) pada jam ke-1tersaji pada Gambar 9. Nilai kecepatan angin yang terukur pada jam ke-1 adalah 0,7 m/s. Sementara skala distribusi kecepatan angin dalam geometri ini berkisar antara 0,01 hingga 1 m/s.
Pada Gambar 9 (a), dapat terlihat bahwa pergerakan angin yang masuk melalui Inlet cukup terdistribusi secara merata ke seluruh bagian ruangan. Namun pada Gambar 9 (b); (c); dan (d), dapat terlihat bahwa pada saat angin masuk ke dalam gardu melalui inlet tidak langsung terjadi proses turbulensi, hal ini ditunjukkan oleh gradasi warna hijau dan kuning (disekitar area Inlet). Sementara bagian lain di dalam gardu cukup didominasi oleh gradasi biru, yang berarti bahwa setelah angin terdistribusi ke seluruh ruangan maka terjadi proses turbulensi, yang kemudian akan berpengaruh terhadap proses pendispersian polutan.
Distribusi angin di dalam gardu ini sangat dipengaruhi oleh kecepatan angin dan banyaknya properti di dalam ruangan. Semakin banyak properti yang berada di dalam ruangan maka akan semakin besar gesekan yang terjadi sehingga aliran yang terjadi semakin turbulen atau acak. Besarnya luasan Inlet dan Outflow pada gardu tol juga turut mempengaruhi seberapa besar udara yang masuk dan keluar dari ruangan.
Secara teknis, terjadi beberapa proses ketika angin masuk ke dalam ruangan melalui Inlet, diantaranya distribusi angin akan menyebar mengikuti arah dan kecepatan angin, kemudian akan mengalami gesekan dengan properti (yang telah didefinisikan sebagai Wall) yang berada di dalam ruangan sehingga menyebabkan terjadinya proses turbulensi. Hal inilah yang menyebabkan sebagian angin tidak langsung membawa baik udara maupun polutan untuk segera keluar melalui Outflow. Di sisi lain besarnya volume gardu juga turut mempengaruhi seberapa lama udara kotor berada dalam ruangan.
Gambar 9 Profil kecepatan angin untuk Geometri A pada jam ke-1: (a) tampak isometrik/3D; (b) tampak depan; (c) tampak atas; (d) tampak samping.
Gambar 10 Profil kecepatan angin untuk Geometri A pada jam ke-4: (a) tampak isometrik/3D; (b) tampak depan; (c) tampak atas; (d) tampak samping.
Distribusi Angin pada Geometri A pada jam ke-4
Pada Geometri A, hasil simulasi Fluent untuk profil kecepatan angin pada jam ke-4 tersaji pada Gambar 10. Seperti pada jam ke-1, skala distribusi angin pada jam ke-4 juga berkisar antara 0,01 hingga 1 m/s. Namun, nilai kecepatan angin yang terukur pada jam ke-4 adalah 0,5 m/s, lebih kecil daripada kecepatan angin pada jam ke-1. Besar kecilnya nilai kecepatan angin yang masuk ke dalam gardu akan berpengaruh terhadap seberapa cepat angin akan terdistribusi ke seluruh bagian ruangan.
Pada Gambar 10 dapat terlihat bahwa ketika angin masuk ke dalam ruangan, maka banyak aliran turbulen yang terbentuk. Namun pada beberapa bagian tepi Wall dari hasil simulasi terlihat gradasi warna merah, hal ini menunjukkan adanya residu yang dihasilkan dari proses perhitungan dan tidak terlalu berpengaruh sehingga dapat diabaikan. Bila dibandingkan dengan Gambar 9, aliran turbulen yang terlihat pada Gambar 10 sedikit lebih banyak dan lebih acak, padahal perbedaan nilai kecepatan angin antara jam ke-1 dan ke-4 hanya 0,2 m/s. Penentuan kriteria solusi kontrol yang digunakan dalam simulasi Fluent pada jam jam ke-4 memang jauh lebih kecil dan membutuhkan waktu komputasi yang lebih lama.
4.3.2 Distribusi Angin pada Geometri B
Pada Geometri B visualisasi output profil kecepatan angin juga difokuskan pada satu titik yaitu pada keberadaan reseptor atau petugas tol ketika sedang bekerja. Sehingga, pada simulasi ini juga dibuat beberapa plane, masing-masing pada bidang x, y, z dan xyz (3D). Selanjutnya, nilai kecepatan kontur dari hasil simulasi Fluent ditunjukkan pada bagian kontur sebelah kiri yang dapat dibedakan melalui gradasi warna. Pada gambar terlihat bahwa semakin merah warna kontur maka semakin besar nilai kecepatan anginnya dan semakin biru warna kontur maka semakin kecil nilai kecepatan anginnya.
Distribusi Angin pada Geometri B pada jam ke-1
Profil kecepatan angin yang terjadi di dalam gardu tol (Geometri B) pada jam ke-1 tersaji pada Gambar 11. Nilai kecepatan angin yang terukur pada jam ke-1 untuk Geometri ini adalah 0,7 m/s, seperti yang telah dijelaskan pada asumsi sebelumnya bahwa parameter input yang digunakan untuk kedua Geometri Adalah sama . Sementara skala distribusi angin dalam geometri ini juga sama yaitu skala 0,01 hingga 1 m/s Pada prinsipnya, faktor-faktor yang mempengaruhi distribusi angin pada gardu ini (Geometri B) sama dengan faktor-faktor yang mempengaruhi distribusi angin pada Geometri A. Hanya saja terdapat
Gambar 11 Profil kecepatan angin untuk Geometri B pada jam ke-1: (a) tampak isometrik/3D; (b) tampak depan; (c) tampak atas; (d) tampak samping.
perbedaan pada letak Outflow dan volume geometri. Pada gardu ini, letak Outflow berada agak jauh dengan Inlet dan volume pada Geometri B lebih besar daripada volume Geometri A.
Pada Gambar 11 (a) dapat terlihat bahwa pengaruh jarak antara Outflow dan Inlet serta volume yang lebih besar menunjukkan distribusi angin pada masing-masing plane masih cukup tinggi. Hal ini berarti bahwa semakin kecil dan sedikit proses turbulensi yang terjadi. Selanjutnya pada Gambar 11 (b) (c), (d), juga dapat terlihat bahwa turbulensi di sekitar area reseptor atau petugas di dalam gardu ini (Geometri B) cukup kecil bila dibandingkan turbulensi yang terjadi pada Geometri A untuk jam ke-1. Sehingga dengan proses turbulensi yang kecil akibat letak Outflow yang cukup jauh dari Inlet serta volume gardu yang lebih besar makabaik udara maupun polutan akan cenderung dapat bertahan lebih lama di dalam ruangan.
Distribusi Angin pada Geometri B pada jam ke-4
Profil kecepatan angin yang terjadi di dalam gardu tol (Geometri B) berdasarkan hasil simulasi Fluent pada jam ke-4 tersaji pada Gambar 12. Seperti jam ke-1, skala distribusi angin pada jam ke-4 juga berkisar antara 0,01 hingga 0,5 m/s. Namun, nilai kecepatan angin yang terukur pada jam ke-4 adalah 0,5 m/s, lebih kecil daripada kecepatan angin pada jam ke-1. Besar
kecilnya nilai kecepatan angin yang masuk ke dalam gardu akan berpengaruh terhadap seberapa cepat angin akan terdistribusi ke seluruh bagian ruangan.
Pada Gambar 12 (a), dapat terlihat bahwa pergerakan angin yang masuk melalui Inlet cukup terdistribusi secara merata ke seluruh bagian ruangan, kecuali pada bagian dekat inlet. Di sisi lain pada Gambar 12 (b), (c), dan (d); dapat terlihat bahwa pada saat angin masuk ke dalam gardu melalui inlet tidak langsung terjadi proses turbulensi, hal ini ditunjukkan oleh gradasi warna hijau dan kuning (di sekitar area Inlet). Sementara bagian lain di dalam gardu cukup didominasi oleh gradasi biru, yang berarti bahwa setelah angin terdistribusi ke seluruh ruangan maka terjadi proses turbulensi, yang kemudian akan berpengaruh terhadap proses pendispersian polutan.
Pola aliran turbulen yang terjadi dalam Geometri B pada jam ke-4 ini ternyata tidak jauh berbeda dengan pola aliran yang terjadi dalam Geometri A pada jam ke-1. Padahal kedua geometri memiliki besar volume gardu dan letak Outflow yang berbeda, serta nilai kecepatan angin yang terukur juga bukan pada jam yang sama. Selisih antara nilai kecepatan angin pada jam ke-1 dan jam ke-4 adalah sebesar 0.2 m/s. Hal ini berarti bahwa distribusi angin dengan pola aliran turbulen yang hampir sama dapat terjadi pada geometri yang berbeda.
Gambar 12 Profil kecepatan angin untuk Geometri B pada jam ke-4: (a) tampak isometrik/3D; (b) tampak depan; (c) tampak atas; (d) tampak samping.