i
SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN GAS DAN PARTIKULAT MOLEKUL PADA PABRIK SEMEN DENGAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE MATLAB 7.12 Oleh
Febriandi Hasibuan
Telah dilakukan perancangan aplikasi komputer yang bertujuan untuk memvisualkan suatu pola sebaran polutan gas dan partikulat molekul yang berasal dari cerobong asap pabrik semen. Lokasi yang dipilih untuk menerapkan pemodelan dispersi polutan ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap Tarahan (PLTU), Lampung Selatan dengan data lingkungan (suhu lingkungan, arah angin dan kecepatan angin) yang diperoleh dari hasil pengukuran lapangan. Aplikasi ini berbentuk simulasi dengan disediakan berbagai macam parameter data masukan yaitu kecepatan angin, stabilitas atmosfer, kecepatan semburan emisi, suhu cerobong, suhu lingkungan, tinggi cerobong dan diameter cerobong dan hasil simulasi ini ditampilkan dalam bentuk angka-angka, grafik dua dimensi maupun tiga dimensi dan pilihan bentuk grafik. Model matematis yang digunakan untuk memodelkan penyebaran polutan adalah model dispersi Gaussian tipe point source dengan asumsi dispersi polutan berasal dari cerobong asap, dispersi berlangsung dalam kondisi steady-state dan tidak ada reaksi kimia yang terjadi di udara. Dari hasil simulasi menunjukkan bahwa semakin kecil nilai perubahan suhu (T) antara suhu dalam cerobong dengan suhu udara di sekitar cerobong asap, diameter pola sebaran pusat semakin panjang dan plume rise semakin kecil. Kemudian semakin besar kecepatan angin, pola penyebaran polutan semakin menyempit dan nilai konsentrasi polutan pada pusat sebaran semakin bertambah.
ii ABSTRACT
SIMULATION OF GASEOUS POLLUTANTS AND PARTICULATES MOLECULES DISPERSION MODELING IN CEMENT FACTORY
USING SOFTWARE MATLAB 7.12
By
Febriandi Hasibuan
It has been designed the computer application for visualization of the gas pollutants pattern and particulate molecules pattern from fume stacks of cement industry. The location chosen to implement this pollutant dispersion modeling is Steam Power Plant of Tarahan, South of Lampung with environmental data (ambient temperature, wind direction and wind speed) were directly obtained from field measurements. This application is available in the form of simulations with a wide range of input data parameters namely wind speed, atmospheric stability, emission rate-point source, stack exit temperature, ambient temperature, height and diameter of fumes stack and the simulation results are presented in the form of figures, graphs of two-dimensional and three-dimensional and the choice of the form of graphs. The mathematical model is used to model the spread of pollutants is a Gaussian-type dispersion model assuming a point source pollutant dispersion coming from fumes stack, the dispersion takes place in steady-state conditions and no chemical reactions that occur in the air. From the simulation results show that the smaller the value of the temperature change (T) between the temperature in the chimney with air temperature around the chimney, the diameter of the center of the length distribution pattern and plume rise is getting smaller. Then the greater the wind speed, the more narrow dispersion pattern of pollutants and pollutant concentration value at distribution centers is increasing.
MOLEKUL PADA PABRIK SEMEN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE MATLAB 7.12
Oleh
FEBRIANDI HASIBUAN
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas lampung
UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG
Judul Skripsi : SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN GAS DAN PARTIKULAT MOLEKUL
PADA PABRIK SEMEN DENGAN
MENGGUNAKAN SOFTWARE MATLAB 7.12
Nama Mahasiswa : Febriandi Hasibuan Nomor Pokok Mahasiswa : 0817041026
Jurusan : Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
MENYETUJUI, 1. Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Warsito, D.E.A. NIP. 19710212 199512 1 001
Sri Wahyu Suciyati, S.Si., M.Si. NIP. 19710829 199703 2 001
2. Ketua Jurusan Fisika FMIPA
1. Tim Penguji
Ketua : Prof.Dr. Warsito, D.E.A. ...
Sekertaris : Sri Wahyu Suciyati, S.Si., M.Si. ...
Penguji
Bukan Pembimbing : Drs. Amir Supriyanto, M.Si. ...
2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Prof. Suharso, Ph.D.
NIP. 19690530 199512 1 001
vi
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang
pernah dilakukan orang lain, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat
karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang
secara tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana disebutkan dalam daftar
pustaka, selain itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh saya
sendiri.
Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenakan sangsi sesuai
dengan hukum yang berlaku.
Bandar Lampung, 10 September 2014
RIWAYAT HIDUP
v
Penulis yang bernama lengkap Febriandi Hasibuan, di
lahirkan di Bukit Kemuning, 25 Februari 1988, anak
ketiga dari empat bersaudara pasangan Bapak Sikin
Hasibuan dan Ibu Rasmiyati. Penulis menempuh
pendidikan di TK PGRI Bukit Kemuning dan diselesaikan
tahun 1994. Pendidikan dasar di SDN 1 Bukit Kemuning
dan diselesaikan tahun 2000. Pendidikan menengah
pertama diselesaikan di SMPN 1 Bukit Kemuning tahun
2003 dan dilanjutkan pendidikan menengah atas di SMA N 11 Medan yang
diselesaikan tahun 2006. Kemudian penulis menempuh Program Pendidikan
Komputer 1 Tahun (Diploma 1) STMIK Potensi Utama Medan dan diselesaikan
tahun 2007. Pada tahun 2008 penulis terdaftar sebagai mahasiswa di Universitas
Lampung melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri
(SNMPTN). Penulis masuk pada Jurusan Fisika FMIPA dengan konsentrasi KBK
Fisika Instrumentasi.
Selama menempuh pendidikan penulis pernah menjadi asisten praktikum Fisika
Dasar 1 dan praktikum Elektronika Dasar 1 pada tahun 2010. Penulis pernah aktif
kegiatan organisasi HIMAFI periode 2009-2010 sebagai anggota bidang Sains
dan Teknologi serta ROIS periode 2009-2010 sebagai kepala bidang Sosial dan
Budaya Masyarakat. Selain itu penulis juga aktif di Dewan Perwakilan
Mahasiswa Fakultas (DPMF) periode 2011-2012 sebagai ketua bidang Advokasi
dan Perlindungan Mahasiswa. Selain itu pada tahun 2012 juga penulis meraih
vi
Bismillahirrohmanirrohim
Dengan rahmat Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang
Dengan ini saya persembahkan karya ini untuk:
Kedua orang tua tercinta, Bapak Sikin Hasibuan dan Ibu Rasmiyati (Terima kasih atas semua doa dan pengorbanan yang tiada hentinya sehingga menjadi penyemangat untuk menyelesaikan pendidikan di Universitas Lampung)
Mbak Herni Sumita, Abang Ander, Adik Jumaida Gustini serta Keluarga Besar
(Terima kasih atas semua doa dan dukungannya)
Serta Almamater Tercinta
vii
“Belajarlah kalian sebelum kalian memimpin.”
(Umar bin Khattab)
“Ilmu tidak bisa diperoleh dengan cara memanja-manjakan diri (bersantai ria).”
(Yahya bin Katsir)
“Aku akan terus bersahabat dengan pena hingga liang kubur.”
(Imam Ahmad)
“Manusia yang paling cerdik adalah yang belajar hikmah dan mengajarkannya
kepada manusia.”
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan
hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Simulasi Model Dispersi Polutan Gas dan Partikulat Molekul Pada Pabrik
Semen Dengan Menggunakan Software Matlab 7.12” sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di bidang keahlian Instrumentasi Jurusan
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
Semoga shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah SAW,
keluarganya, para sahabatnya dan para pengikutnya yang senantiasa istiqomah
hingga hari kiamat.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh
karena itu, penulis dengan terbuka menerima saran dan kritik yang bersifat
membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi
kita semua. Aamiin.
Bandar Lampung, 1 September 2014
Penulis
ix
Alhamdulillah, penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan
baik berkat dorongan, bantuan dan motivasi dari berbagai pihak, oleh karena itu
pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A. atas tema penelitian yang diberikan dan
kesediaannya menjadi pembimbing I.
2. Ibu Sri Wahyu Suciyati, S.Si., M.Si. atas kesediaannya menjadi pembimbing
II.
3. Bapak Drs. Amir Supriyanto, M.Si. atas kesediaannya sebagai penguji.
4. Bapak Akhmad Dzakwan, S.Si. selaku pembimbing akademik.
5. Ibu Dr. Yanti Yulianti, M.Si selaku Ketua jurusan fisika
6. Bapak Prof. Suharso, Ph.D selaku Dekan FMIPA UNILA
7. Semua saudara dan sahabat : Ayuk Herni, Abg Ander, Jumai, Ayuk Meri,
Imam, Andho, Rifqi, Iwan Firda, Ilfa, Nurma, Fitri, Riza, Ningrum, Zaitun,
Dio, Juli, Defi, Kholis, Umi, Sami, Danu, Sami, Suciono dan seluruh
angkatan 2008.
8. Adik - adik tingkat 2009, 2010, 2011, 2012, dan semua pihak yang telah
membantu penulis selama menyelesaikan Tugas Akhir.
Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita
semua. Aamiin.
Bandar Lampung, Agustus 2014
x
B. Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya ... 10
C. Teori Dasar ... 11
BAB III METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 44
B. Alat dan Bahan ... 44
C. Prosedur Penelitian... 45
D. Flow Chart Penelitian ... 47
BAB IV PEMBAHASAN A. Penerapan Program ... 49
xi
A. Kesimpulan ... 63
B. Saran ... 63
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Model Konsentrasi SO2 pada Cerobong Unit II/III ... 7
Gambar 2 Model Sebaran SO2 pada Cerobong Unit IV Arah sumbu Y ... 7
Gambar 3 Tampilan input untuk Fluida Diam dan Grafiknya ... 8
Gambar 4 Tampilan grafik 2-D untuk Difusi Fluida Diam ... 9
Gambar 5 Tampilan grafik 2-D untuk Difusi Anisotrop dan Grafiknya ... 9
Gambar 6 Tampilan Kontur untuk Difusi Anisotrop ... 10
Gambar 7 Efek Rumah Kaca ... 12
Gambar 8 Penyebaran Polutan dalam Bentuk Plume ... 18
Gambar 9 Pandangan atas plume pada waktu sesaat rata-rata satu jam ... 20
Gambar 10 Profil konsentrasi polutan sebagai fungsi jarak arah angin ... 21
Gambar 11 Kurva normal dengan 12 dan 1 2 ... 23
Gambar 12 Kurva normal dengan 12dan 1 2 ... 23
Gambar 13 Estimasi Dispersi di Atmosfer ... 24
Gambar 14 Grafik koefisien dispersi pada sumbu z di daerah rural ... 30
Gambar 15 Grafik koefisien dispersi pada sumbu y di daerah rural ... 30
Gambar 16 Plume rise ... 33
Gambar 17 Tampilan window utama MATLAB 7.12 ... 38
Gambar 18 Tampilan workspace ... 39
xiii
Gambar 21 Tampilan Matlab Editor ... 41
Gambar 22 Tampilan GUI pada Matlab ... 42
Gambar 23 Flow Chart Penelitian... 47
Gambar 24 Foto udara PLTU Tarahan dan kawasan sekitarnya ... 48
Gambar 25 Objek pengamatan yang berjarak 500 m dari cerobong asap .... 49
Gambar 26 Radio button dengan pilihan “x VS H” ... 55
Gambar 27 Grafik yang merepresentasikan nilai x (jarak) terhadap tinggi efektif ... 55
Gambar 28 Perhitungan konsentrasi polutan untuk daerah pengamatan terletak pada posisi (433,250) ... 57
Gambar 29 Perubahan pola sebaran terhadap suhu lingkungan ... 58
Gambar 30 Perubahan tinggi efektif cerobong karena pengaruh perubahan suhu ... 60
Gambar 31 Perubahan konsentrasi terhadap perubahan kecepatan angin .... 61
Gambar 32 Grafik Perubahan konsentrasi terhadap kecepatan angin dalam bentuk tiga dimensi... 62
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Baku Mutu Udara Ambien Nasional ... 14
Tabel 2 Variasi nilai eksponensial kecepatan angin untuk daerah rural dan urban ... 27
Tabel 3 Kestabilan Atmosfer (Pasquil-Gifford) ... 28
Tabel 4 Konstanta I, J dan K pada persamaan McCullen ... 31
Tabel 5 Konstanta I, J dan K pada persamaan McCullen ... 32
Tabel 6 Potential Temperature Gradien ... 35
Tabel 7 Operator-operator Aritmatika Matlab ... 43
Tabel 8 Spesifikasi Teknis ... 44
Tabel 9 Data percobaan yang akan disimulasikan ke dalam aplikasi ... 56
PENDAHULUAN
A. Latar belakang
Perkembangan Industri yang pesat di Indonesia tidak hanya memberikan
dampak positif bagi pendapatan negara dan kesejahteraan rakyat, tetapi juga
memberikan dampak negatif bagi kesehatan. Hal ini disebabkan oleh potensi
pencemaran lingkungan yang ditimbulkan oleh aktivitas industri tersebut,
misalnya pencemaran udara yang berasal dari asap dan debu dari industri
(Suhariyono, 2002). Data World Resource Institute (2006) menyebutkan
bahwa Indonesia berada pada peringkat ke-14 di dunia berdasarkan nilai
absolute emissions yaitu 503 ton untuk CO2. Hal ini menunjukkan emisi
polutan yang terjadi di Indonesia cukup tinggi (Niam, dkk, 2009).
Pencemaran udara diartikan turunnya kualitas udara sehingga udara mengalami
penurunan mutu yang akhirnya yang tidak dapat digunakan lagi sebagaimana
mestinya sesuai dengan fungsinya. Sumber penghasil pencemaran udara dibagi
menjadi dua, yaitu sumber yang bergerak misalnya kendaraan bermotor dan
sumber yang tidak bergerak misalnya kegiatan industri (Anonim A, 2001).
Pabrik semen merupakan industri yang menimbulkan pencemaran udara. Emisi
2
silika yang teremisikan ke udara. Kemudian partikel debu ini akan
mempengaruhi kualitas udara ambien atau lingkungan serta berpotensi
menyebabkan penyakit silikosis (Hekasaki, 2004). Silikosis adalah penyakit
dengan gejala sesak napas disertai batuk-batuk tanpa dahak. Pada stadium
berat, sesak napas akan semakin parah yang kemudian diikuti dengan
hipertropi jantung sebelah kanan yang berpotensi mengakibatkan kegagalan
kerja jantung (Nugroho, 2012).
Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan saat ini, pola penyebaran suatu
polutan sudah mampu untuk disimulasikan oleh beberapa metode. Salah satu
metode yang banyak digunakan untuk menyimulasikan penyebaran polutan
serta menghitung nilai konsentrasinya adalah Model Dispersi Gaussian. Model
Dispersi Gausssian merupakan bentuk persamaan matematika yang dapat
dimasukkan ke dalam perhitungan variabel yang bersifat fisis dan diberikan
informasi yang lebih detail mengenai sumber polutan pada suatu daerah yang
diteliti (Puspitasari, 2011; Bakar, 2006). Menurut Anita (2011), sampai saat
ini, Model Dispersi Gaussian tetap dianggap paling tepat untuk melukiskan
secara matematis pola 3 dimensi dari perjalanan semburan (plume) emisi.
Dengan mengetahui konsentrasi dan pola penyebaran emisi, maka sebaran
polutan dapat diprediksi guna memantau dan mengevaluasi polutan buangan
yang berbahaya.
Pemodelan sebaran polutan dengan model Gaussian ini sudah pernah
dilakukan oleh peneliti-peneliti sebelumnya contohnya pada penelitian Sri
asap PT. Semen Tonasa. Namun setelah diteliti dan dianalisis penelitian model
sebaran polutan SO2 ini tidak menggunakan faktor suhu lingkungan dan grafik
model yang ditampilkan masih berbentuk 2 dimensi. Kekurangan ini membuat
peneliti tertarik untuk membuat pemodelan polutan partikulat yang melibatkan
suhu di dalamnya serta grafik model yang ditampilkan dalam bentuk dua dan
tiga dimensi.
Untuk membantu menyelesaikan persamaan Gaussian dan untuk membuat
model sebaran dalam bentuk grafik, peneliti menggunakan software Matlab
7.12 karena Matlab 7.12 merupakan perangkat lunak dengan kemampuan
numerik yang andal dan menyediakan fasilitas grafik yang memadai. Selain
itu, Matlab 7.12 ini sudah mendukung Graphic Using Interface (GUI) yang
membuat tampilan aplikasi yang akan dibuat kelak lebih menarik.
B.Rumusan Masalah
Dari uraian latar belakang di atas maka dapat dibuat rumusan masalah sebagai
berikut:
1. bagaimana merumuskan Gaussian model point source dari modifikasi
persamaan Gaussian Plume Model;
2. bagaimana validitas dari hasil perhitungan konsentrasi gas dan partikulat
molekul yang berasal dari cerobong asap pada pabrik semen dengan
Gaussian model point source terhadap data primer yang diperoleh dari
4
3. bagaimana visualisasi pola dispersi gas dan partikulat molekul yang berasal
dari cerobong asap pada pabrik semen dalam bentuk grafik 2 dimensi dan 3
dimensi dengan menggunakan softwareMatlab 7.12.
C. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. merumuskan Gaussian Model Point Source dengan memodifikasi
persamaan Gaussian Plume Model untuk mengetahui pola dispersi polutan
gas dan partikulat molekul pada pabrik semen.
2. validasi hasil perhitungan konsentrasi gas dan partikulat molekul pada
cerobong asap di pabrik semen dengan Gaussian Model Point Source
terhadap data primer yang diperoleh dari hasil sampling lapangan.
3. visualisasi pola dispersi gas dan partikulat molekul pada pabrik semen
dalam bentuk grafik dua dimensi dan tiga dimensi dengan menggunakan
softwareMatlab 7.12.
D. Batasan Masalah
Sesuai dengan rumusan masalah, maka batasan masalah untuk penelitian ini
meliputi:
1. penerapan Gaussian Model Point Source hanya pada gas dan partikulat
molekul yang berasal dari cerobong asap pada pabrik semen;
3. dispersi polutan berlangsung dalam kondisi steady-state yaitu jumlah
polutan yang didispersikan tetap serta berlangsung pada kondisi sekitar
yang tetap;
4. tidak ada reaksi kimia yang terjadi antara polutan dan materi lain di udara;
5. polutan yang jatuh di tanah tidak diserap oleh tanah, tetapi dipantulkan
kembali ke udara;
6. lingkungan wilayah yang disimulasikan merupakan wilayah di sekitar
cerobong dengan luasan volume disesuaikan dengan kemampuan kapasitas
memori alat komputer yang digunakan;
7. visualisasi pola dispersi hanya dibuat dalam bentuk grafik 2 dimensi dan 3
dimensi;
8. alat bantu software yang digunakan adalah Matlab 7.12.
E.Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. memberikan informasi yang dapat digunakan sebagai dasar pengambilan
kebijaksanaan berkenaan dengan ambang batas emisi polutan gas dan
partikulat molekul yang dihasilkan oleh pabrik semen;
2. menyimulasikan aliran konsentrasi polutan gas dan partikulat molekul dari
cerobong sebagai aktivitas industri guna memprediksi dampak lingkungan
yang ditimbulkan;
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Penelitian Terdahulu
Penelitian tentang simulasi dispersi polutan ini sudah pernah dilakukan
sebelumnya. Salah satunya dilakukan oleh Sri Suryani, dkk (2010) yaitu membuat
model sebaran polutan SO2 pada cerobong asap PT. Semen Tonasa. Penelitian
tersebut menggunakan metode analisis deskriptif kuantitatif dengan mendesain
suatu bentuk pemodelan sebaran polutan SO2 dengan persamaan kepulan asap
Gauss point source. Hasil penelitian menunjukkan konsentrasi terbesar gas SO2
pada pabrik unit II/III adalah 0,090 ppm, konsentrasi terbesar gas SO2 pada pabrik
unit IV adalah 0,12 ppm pada jarak 350 meter – 500 meter dari sumber. Namun
penelitian memiliki beberapa kekurangan yaitu tidak menggunakan faktor suhu
lingkungan dalam menentukan nilai konsentrasi SO2. Selain itu grafik penyebaran
konsentrasi SO2 ditampilkan hanya dalam 2 dimensi. Beberapa hasil simulasi
Gambar 1. Model Konsentrasi sebaran SO2 pada Cerobong Unit II/III
(Sumber:Suryani, dkk, 2010)
Gambar 2. Model Sebaran SO2 pada Cerobong Unit IV arah sumbu Y
8
Penelitian serupa juga dilakukan oleh Supriyono (2010) yaitu aplikasi komputer
untuk visualisasi pola sebaran konsentrasi gas dari sumber titik instan dalam
fluida diam dan medium anisotrop. Penelitian tersebut menggunakan model difusi
tak tunak dari sumber titik instan dalam fluida diam dan model difusi dari sumber
titik instan di dalam medium anisotrop serta penggambaran konsentrasi gas dalam
kurva distribusi gauss dalam bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi dengan bantuan
software Matlab 6.1. Namun, tidak jauh berbeda pada penelitian Sri Suryani, dkk
(2010) penelitian ini juga tidak menggunakan faktor suhu lingkungan. Hasil
simulasi dari penelitian supriyono dapat dilihat pada gambar 3, 4, 5, dan 6.
Gambar 4. Tampilan grafik 2-Dimensi untuk Difusi Fluida Diam (Sumber:Supriyono, 2010)
10
Gambar 6. Tampilan Kontur untuk Difusi Anisotrop (Sumber:Supriyono, 2010)
B. Perbedaan dengan Penelitian Sebelumnya
Pada penelitian ini penulis mencoba menerapkan model penyebaran polutan
dengan metode dispersi Gaussian point source untuk diuji cobakan pada lokasi
dan objek yang berbeda dengan membandingkan salah satu hasil penelitian
sebelumnya dalam hal tingkat keakurasian antara hasil simulasi dengan data
sampling. Setelah mendapatkan tingkat akurasi yang baik, persebaran polutan gas
C. Teori Dasar
1. Udara
Menurut Wahyu dalam Puspitasari (2011) bahwa udara merupakan suatu
campuran gas yang terdapat pada lapisan yang mengelilingi bumi. Campuran
gas tersebut memiliki komposisi yang bervariasi. Air dalam bentuk uap H2O
dan karbon dioksida merupakan komponen yang konsentrasinya yang paling
bervariasi. Cuaca dan suhu adalah faktor yang mempengaruhi jumlah uap air
yang terdapat di udara.
Udara sebagai sumber daya alam yang mempengaruhi kehidupan manusia serta
makhluk hidup lainnya harus dijaga dan dipelihara kelestarian fungsinya untuk
pemeliharaan kesehatan dan kesejahteraan manusia serta perlindungan bagi
makhluk hidup lainnya. Supaya udara dapat bermanfaat sebesar-besarnya bagi
pelestarian fungsi lingkungan hidup, maka perlu dipelihara, dijaga dan dijamin
mutunya melalui pengendalian pencemaran udara (PP No. 41 Tahun 1999).
Seyogianya udara yang merupakan sumber daya alam harus dapat
dipertahankan kestabilannya untuk mencegah bencana akibat dari udara yang
sudah tidak seimbang seperti efek rumah kaca. Efek rumah kacaadalah proses
masuknya sinar matahari ke bumi dan dipantulkan kembali oleh permukaan
bumi dimana sinar itu berubah menjadi energi panas yang berupa sinar
inframerah selanjutnya energi panas terperangkap dalam atmosfer bumi akibat
keberadaan gas-gas rumah kaca yang mengakibatkan kenaikan suhu bumi.
12
matahari yang dipantulkan oleh bumi sehingga menyebabkan kenaikan suhu di
permukaan bumi.
Efek rumah kaca ini tidak bisa dicegah dengan mudah. Hal ini dikarenakan
aktivitas manusia yang semakin meningkat yang memproduksi gas-gas
penghasil efek rumah kaca. Di Bumi terdapat sekitar 5,8 Miliar ton udara
dengan berbagai macam jenis gas di dalamnya. Salah satu gas itu adalah CO2.
Gas ini merupakan salah satu tersangka utama efek rumah kaca.
Gambar 7. Efek Rumah Kaca (Sumber:portal.paseban.com)
Dengan semakin memburuknya kualitas udara terutama di kota-kota besar
yang menjadi pusat industry akan semakin menambah buruknya kualitas udara
yang dapat menyebabkan berbagai penyakit akibat udara yang tidak bersih.
Untuk melakukan pencegahan secara konstan dan berkesinambungan maka
perlu adanya pemetaan tentang pencemaran udara. Sehingga dengan pemetaan
ini akan diperoleh sebuah solusi nyata untuk mengatasi dampak pencemaran
2. Baku Mutu Udara
Baku mutu udara adalah ambang batas dari konsentrasi polutan yang dianggap
tidak berbahaya bagi makhluk hidup. Standar kualitas udara ini disajikan
dalam berat persatuan volume persatuan waktu serta telah tertuang pada surat
Keputusan Menteri No. KEP-2/MENKLH/I/1988 Tentang Pedoman Penetapan
Baku Mutu Lingkungan yang dikeluarkan pada tanggal 19 Januari 1988 oleh
Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan hidup.
Baku mutu udara ini dikelompokkan menjadi 2 bagian. yaitu baku mutu udara
ambien dan baku mutu udara emisi. Baku mutu udara ambien adalah batas
konsentrasi yang diperbolehkan bagi zat atau bahan pencemar di udara, namun
tidak menimbulkan gangguan terhadap makhluk hidup. Sedangkan baku mutu
emisi adalah batas kadar yang diperbolehkan bagi zat atau bahan pencemar
untuk dikeluarkan dari sumber pencemaran ke udara ambien.
Berkaitan dengan nilai maksimal dari konsentrasi emisi pada udara ambien
maka hal tersebut telah diatur dalam Peraturan Pemerintah Nomor 41 tahun
14
Tabel 1 Baku Mutu Udara Ambien Nasional
No Parameter Waktu Baku Mutu Pengukuran
1. SO2
Sumber : Lampiran Peraturan Pemerintah Indonesia No. 41, 1999
3. Pencemaran Udara
Pencemaran udara adalah masuknya zat pencemar ke dalam udara atau
atmosfer dalam jumlah yang melebihi ambang batas yang masih
diperkenankan untuk kesehatan makhluk hidup maupun estetika. Zat pencemar
udara adalah partikel-partikel halus yang mengambang dalam udara (aerosol),
partikel debu, asap dan gas-gas beracun (toksik), sebagai aktivitas sampingan
manusia dan alam (Rahmawati, 2003).
4. Pencemar Udara
Pencemar udara adalah substansi di atmosfer yang pada kondisi tertentu akan
membahayakan manusia, hewan, tanaman atau kehidupan mikroba atau bahan
bangunan (Oke, 1978). Menurut Slamet Ryadi (1982) berdasarkan asal mula
dan kelanjutannya perkembangan zat pencemarnya, pencemar udara dapat
a. Pencemar Primer
Pencemar primer adalah semua pencemar yang berbeda di udara dalam
bentuk yang hampir tidak berubah, seperti saat ia dibebaskan dari sumber
sebagai hasil atau proses tertentu. Di dalam udara ambien, sebagian polutan
primer akan mempertahankan bentuk senyawa aslinya (Anonim B, 2007).
Umumnya berasal dari sumber-sumber yang diakibatkan oleh aktivitas
manusia misalnya: kegiatan industri, transportasi, dan lain-lain. Contoh dari
pencemar primer antara lain : SO2, CO, NOx, dan CH4.
b. Pencemar sekunder
Pencemar sekunder adalah merupakan hasil reaksi antara pencemar primer
dengan pencemar lain yang ada di dalam udara. Reaksi yang dimaksud
antara lain adalah reaksi fotokimia dan reaksi oksida katalis, termasuk
dalam kategori ini adalah O3 dan Peroksiasetil Nitrat (PAN).
Kemudian zat-zat yang menyebabkan terjadinya pencemaran udara dalam
bentuk fisiknya dapat berupa gas maupun partikulat molekul (Anomim C,
2009).
Zat Pencemar Gas
Zat pencemar gas dapat berupa polutan organik seperti halnya gas
Sulfur (SO2, SO3 dan H2S), gas Nitrogen (NO2, NO dan NOX),
16
(ozon dan sejenis oksidannya), Sianida (HCN) dan senyawa Amonium
(NH3).
Gas yang terbentuk dari unsur organik, misalnya hidrokarbon (methan,
ethan, oktane, acetylene, butadiene, toulen, benzpyrene), senyawa
oksigen alifatis (formaldehida, aceton, asam organik, alkohol,
cyanogen chloride, bromibenzyl cyanide, peroxyacyl nitrite/nitriat)
(Witono, 2003).
Partikulat Molekul
Partikulat yaitu padatan atau cairan di udara berbentuk asap, debu dan
uap. Komposisi dan ukuran partikulat sangat berperan dalam
menentukan pajanan. Ukuran partikulat debu yang membahayakan
kesehatan umumnya berkisar 0,1 mikron – 10 mikron. Partikulat juga
merupakan sumber utama haz (kabut asap) yang menurunkan
visibilitas. PM10 (Particulate Matter10) berukuran ≤ 10 mikron dapat
mengganggu saluran pernafasan bagian atas dan menyebabkan Iritasi.
PM2,5 (Particulate Matter2,5) berukuran ≤ 2,5 mikron akan langsung
masuk ke dalam paru-paru dan mengendap di alveoli (Anonim B,
2007).
5. Sumber Pencemar Udara
Banyak jenis komponen kegiatan yang dapat menjadi sumber emisi. Baik itu
pasca-operasi (Anonim A, 2007). Menurut PP 41 Tahun 1999 tentang
Pengendalian Pencemaran Udara, sumber penyebab terjadinya pencemaran
udara (oleh kegiatan manusia), dapat dikelompokkan menjadi:
a. Sumber bergerak (mobile source), yaitu yang berasal dari kegiatan
transportasi/kendaraan bermotor;
b. Sumber bergerak spesifik, yaitu yang berasal dari kereta api, pesawat
terbang, kapal laut dan kendaraan berat lainnya;
c. Sumber tidak bergerak (stationary source), yaitu yang berasal dari sumber
emisi yang tetap pada suatu tempat. Kemudian sumber ini dikelompokkan
kembali menjadi beberapa bagian, yaitu sumber titik (point souce), sumber
ruang (volume source), sumber area (area source), dan sumber garis (lines
source).
d. Sumber tidak bergerak spesifik, yaitu yang berasal dari kebakaran
hutan/lahan dan pembakaran sampah.
6. Model Perkiraan Dispersi Emisi Gas Buang
a. Pengertian Disperi
Jika aliran polutan yang kontinu terlepas dari sumbernya dan tertiup oleh
angin yang tetap (steady state) di atmosfer terbuka, pertama-tama polutan
tersebut akan naik dari lubang sumber (cerobong). Kemudian aliran polutan
tersebut akan berbelok ke bawah dan terus bergerak sesuai dengan arah
rata-rata angin yang mengencerkan polutan dan membawanya menjauhi
18
menyebar atau dispersi dalam arah vertikal dan horizontal terhadap garis
pusat (centre line) plume. Gambar skematik plume polutan yang keluar dari
cerobong dengan tinggi cerobong h, kenaikan plume ∆ℎ dan tinggi efektif
dari cerobong (� = ℎ + ∆ℎ) dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Penyebaran Polutan dua dimensi dalam bentuk Plume Bentuk dispersi tersebut secara umum berbentuk tiga dimensi mengikuti
hukum difusi, yaitu gerakan fluida dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi
rendah. Akan tetapi, penyebaran polutan dalam bentuk plume ini juga
diakibatkan oleh faktor-faktor lain sebagai difusi molekul tersebut.
Perlu diketahui bahwa setiap fluida yang mengalir turbulen mengandung
pusaran arus (eddy) yang merupakan fluktuasi acak daripada rata-rata
aliran. Pusaran arus mungkin masuk ke bagian sempit plume dan secara
cepat mengubah konsentrasi polutan di bagian dalam akibat udara bersih
Akibatnya, ukuran plume membesar dan konsentrasi polutan dalam plume
semakin menurun. Pusaran arus ini dapat bekerja pada arah mendatar
maupun vertikal.
Pusaran arus dalam atmosfer berasal dari pengaruh termal dan mekanik.
Misalnya energi matahari yang diserap oleh permukaan bumi akan diubah
menjadi panas. Energi panas pada permukaan ini dipindahkan ke dalam
udara lapisan terdekat melalui konduksi dan konveksi, yang selanjutnya
menciptakan pusaran termal. Adapun pusaran arus mekanik terjadi akibat
guntingan permukaan tanah sebagai akibat adanya aliran udara pada
permukaan tanah yang kasar (pohon-pohon atau gedung-gedung).
Permukaan kasar akan menghasilkan pusaran arus yang lebih besar
daripada permukaan yang rata (padang pasir atau permukaan bersalju).
Alasan lain adanya penyebaran plume karena perubahan acak yang terjadi
pada angin. Konsentrasi polutan pada titik tertentu diukur dalam periode
waktu tertentu yang disebut waktu rata-rata sampling. Akan tetapi, selama
pengukuran ini, kondisi angin mungkin berubah arah dan besarnya
sehingga mungkin membawa polutan dalam waktu sesaatnya lebih besar
atau lebih kecil dari pada dalam waktu yang dicatat secara rata-rata oleh
alat pencatat polutan. Lebih lama waktu yang digunakan untuk
mendapatkan nilai rata-ratanya, perubahan angin pada waktu sesaat tersebut
akan terjadi lebih sering. Fluktuasi acak sedemikian menyebabkan
20
Akibat dari pusaran arus dan fluktuasi angin maka perhitungan parameter
plume harus berdasarkan waktu rata-rata bukan waktu sesaat. Konsentrasi
polutan berdasarkan waktu rata-rata pada jarak x, searah angin dari
sumbernya didistribusikan pada arah kurang lebih y. Walaupun demikian
profil konsentrasi polutan pada waktu sesaat pada arah Y0 dan jarak X0,
sangatlah berbeda, seperti terlihat dalam Gambar 9 .
Gambar 9. Pandangan atas plume pada waktu sesaat rata-rata satu jam
Perlu diketahui bahwa pada saat jarak X0 naik, penyebaran polutan melebar
dalam arah y dan konsentrasi maksimum berkurang. Skema dari proses ini
Gambar 10. Profil konsentrasi polutan sebagai fungsi jarak arah angin
Penyebaran yang senada dari plume terjadi juga pada arah vertikal sehingga
menghasilkan distribusi normal lainnya. Dengan demikian, distribusi
polutan dinamakan distribusi normal. Salah satu metode dalam
pengembangan persamaan untuk membuat model distribusi polutan dengan
sifat-sifat ini adalah dengan menganggap kondisi angin steady state dan
memperhitungkan penyebaran plume hanya berdasarkan dasar pusaran arus.
Berdasarkan pendekatan ini, persamaan diferensial tingkat dua dapat
diturunkan dari anggapan keseimbangan materi. Salah satu penyelesaian
persamaan ini dikenal dengan nama persamaan difusi Fickian, yaitu
persamaan yang memprediksi konsentrasi polutan terdistribusi secara
normal. Walaupun demikian, model ini memerlukan penggunaan rata-rata
difusivitas pusaran arus dan angin steadystate yang hanya merupakan salah
satu perkiraan nyata setara eksperimen. Pendekatan lain yang diakui
22
proses perhitungan statistik. Model ini sering disebut dengan persamaan
Dispersi Gaussian (Witono, 2003).
Metode yang akan digunakan pada penelitian ini adalah metode distribusi
gaussian yang berasal dari satu sumber titik. Oleh karena itu, pembahasan
hanya dibatasi pada metode distribusi gaussian yang berasal dari satu
sumber titik saja.
b. Distribusi Gaussian
Sampai saat ini, model Gaussian tetap dianggap paling tepat untuk
melukiskan secara matematis pola 3 dimensi dari perjalanan semburan
(plume) emisi (Anonim A, 2007). Distribusi Gaussian atau normal sering
dihasilkan dari proses acak. Peubah acak x dikatakan terdistribusi Gaussian
atau normal bila memenuhi persamaan
Gaussian bentuk kurva penyebarannya dianggap seperti bel (gambar 11).
Gambar 11. Kurva normal dengan 1 2 dan 1 2
Tampak pada gambar 11, nilai
merepresentasikan posisi nilai maksimumdari persamaan f(x) sedangkan parameter berfungsi untuk mempertajam
bentuk kurva. Apabila nilai 1 2 maka posisi nilai maksimum kurva
tersebut akan berada pada posisi yang sama (gambar 12).
Gambar 12. Kurva normal dengan 1 2 dan 1 2
Kemudian untuk peubah acak x dan y masing-masing berdistribusi normal
dan saling bebas, fungsi kepadatan peluangnya (fkp) merupakan hasil
perkalian dari fkp peubah acak x dan y. Hasil perkalian antara kedua
24
Prosedur dasar yang digunakan dalam perhitungan dispersi (standar
deviasi) mengikuti teori probabilitas normal Gaussian telah diperkenalkan
aplikasinya oleh Pasquill (1961) yang selanjutnya dimodifikasi oleh Gifford
(1961).
c. Estimasi Dispersi di Atmosfer
Dalam sistem koordinasi estimasi dispersi atmosfer untuk koordinat x
dianggap sebagai arah horizontal sepanjang arah angin. Koordinat y
merupakan bidang horizontal dan tegak lurus terhadap koordinat x
sedangkan z sama seperti koordinat y tetapi ke arah vertikal. Plume
bergerak sepanjang atau sejajar dengan koordinat x. Untuk lebih jelasnya
dapat dilihat pada gambar 12.
Gambar 13. Estimasi Dispersi di Atmosfer h
h
d. Persamaan Gaussian untuk Sumber Titik
Konsentrasi C dari gas atau aerosol (partikel kurang dari 20 mikron
diameternya) pada x, y, z dari sumber kontinyu dengan tinggi emisi efektif
H, dirumuskan dalam persamaan 3.
� , , ,� : konsentrasi polutan udara dalam massa per volume ��/�
Q : laju emisi polutan dalam massa per waktu ��/ ���
UH : kecepatan angin di tinggi efektif (m/detik)
� : koefisien dispersi secara horizontal terhadap sumbu x (m)
� : koefisien dispersi secara vertikal terhadap sumbu x (m)
� : konstanta matematika untuk phi (3,14)
H : Tinggi efektif stack (cerobong) dari pusat kepulan (m)
(H h h )
x : Jarak pengamat terhadap cerobong yang searah dengan arah
angin (m)
y : jarak pengamat sejajar dengan sumbu-y dari sumber emisi
(m)
26
7. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Penyebaran Polutan
Kecepatan penyebaran polutan dipengaruhi oleh beberapa faktor meteorologi.
Meteorologi merupakan ilmu yang mengkaji kedinamisan atmosfer. Kecepatan
angin, temperatur, dan stabilitas atmosfer adalah faktor meteorologi yang
sangat berpengaruh dalam penyebaran polutan (Sianturi, 2004).
a. Kecepatan Angin
Ada 3 hal yang penting dari peran angin terhadap proses dispersi di atmosfer,
antara lain:
1) emisi disebarkan oleh faktor proporsional terhadap kecepatan angin yang
berhembus melewati sumber emisi;
2) angin menyebabkan bertambahnya turbulensi mekanis;
3) semakin besar kecepatan angin maka penyebab buoyancy akan diperkecil
efeknya sehingga ketinggian penyebaran zat polutan pada ketinggian
sekitar zat terjaga.
Friksi pada permukaan tanah akan berpengaruh terhadap kecepatan angin
sehingga kecepatan di atas lebih tinggi daripada kecepatan di bawah.
Perubahan kecepatan angin terhadap ketinggian dapat dirumuskan dengan
Keterangan:
p : eksponen yang nilainya bervariasi bergantung pada
stabilitas atmosfer (Hoesodo, 2004).
Nilai P merupakan fungsi dari kelas stabilitas Pasquil-Gifford dan kondisi
topografis. Nilai P pada kondisi urban dan rural dapa dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Variasi nilai eksponensial kecepatan angin untuk daerah rural dan urban
Kelas Stabilitas Eksponensial Kecepatan Angin (p)
Urban Rural
Pancaran sinar matahari yang menuju bumi merupakan fluks energi. Fluks
energi ini bervariasi harian (saat fajar, siang hari, sore hari dan malam hari),
musiman (musim dingin dan panas), secara geografi (kutub, khatulistiwa),
28
mengakibatkan semakin banyak energi yang mencapai permukaan. Selain
permukaan yang memiliki daya pantul yang lebih besar (seperti salju atau
es), semua energi tersebut akan diserap oleh tanah sehingga memanaskan
permukaan bumi. Kemudian energi panas ini akan ditransfer ke udara di
sekitar tanah dalam jumlah yang banyak sehingga udara panas cenderung
naik dengan cepat. Dalam hal ini, atmosfer dikatakan unstable.
Stabilitas atmosfer adalah metode yang digunakan untuk mengklasifikasi
kemampuan atmosfer untuk mengencerkan dan mencampur udara. Metode
klasifikasi yang digunakan EPA juga melibatkan mekanik angin karena
dapat mendominasi efek pencampuran panas.
Tabel 3. Kestabilan Atmosfer (Pasquil-Gifford) Kecepatan Angin
1) kecepatan angin diukur 10 meter dari tanah;
2) kondisi siang hari cerah pada musim panas dengan matahari >600 di
atas horizon;
3) kondisi siang hari musim panas dengan sedikit awan atau siang hari
4) kondisi sore hari atau siang hari berawan musim panas atau siang hari
cerah musim panas dengan matahari antara 1500– 3500 ;
5) kondisi awan didefinisikan sebagai fraksi langit tertutup awan;
6) untuk kondisi A-B, B-C, atau C-D rata-rata nilai berlaku untuk
masing-masing.
Nilai koefisien dispersi ini didasarkan pada kelas stabilitas atmosfer. Skema
untuk menentukan nilai koefisien dispersi telah banyak dikembangkan oleh
para ilmuwan. Skema yang telah dikembangkan oleh Turner adalah skema
yang paling banyak diterima untuk menentukan koefisien dispersi. Skema ini
menggunakan pendekatan dari hasil penelitian Pascuill dan Giford yang
kemudian metode ini disebut dengan koefisien Pascuil-Giford-Turner (PGT).
30
Gambar 14. Grafik koefisien dispersi pada sumbu-z di daerah rural
Kesulitan untuk menentukan nilai koefisien dispersi
yang akuratmenyebabkan munculnya persamaan-persamaan empiris sebagai solusi dari
penentuan nilai koefisien tersebut. Persamaan McMullen merupakan
persamaan yang paling banyak digunakan untuk menentukan nilai koefisien
Turner pada daerah rural, yaitu:
2 exp(I J(ln )x K(ln ) )x
(5)
: koefisien dispersi (m)
x : jarak searah dengan angin (m)
Kemudian untuk nilai konstanta I, J dan K dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 4. Konstanta I,J dan K pada persamaan McCullen
Kelas Stabilitas
Pasquill
Untuk menentukan nilai
y
Untuk menentukan nilai z
I J K I J K
Untuk asap yang melewati dari perkotaan (urban), posisi konsentrasi maksimal
pada permukaan tanah tidak hanya lebih dekat dengan sumber emisi,
melainkan memiliki nilai konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan
asap yang melewati daerah rural. Hal ini disebabkan oleh pencampuran
turbulensi yang berasal dari bangunan-bangunan tinggi di sekitar cerobong
32
Untuk area perkotaan (urban), nilai koefisien dispersi dapat ditentukan dengan
persamaan:
1
K Ix Jx (6)
Sementara nilai konstanta I, J dan K dapat dilihat pada tabel 5.
Tabel 5. Konstanta I,J dan K pada persamaan McCullen
Kelas Stabilitas
Pasquill
Untuk menentukan nilai
y
Untuk menentukan nilai z
I J K I J K
merupakan jumlah dari tinggi cerobong ditambah dengan plume rise atau
kenaikan kepulan asap atau secara matematis ditulis sebagai:
Bergeraknya polutan secara vertikal disebabkan oleh tingginya kecepatan awal
polutan saat keluar cerobong dan kemampuan bergerak naik (buoyancy) akibat
tingginya suhu polutan. Sketsa dari plume rise dapat dilihat pada gambar 16.
Gambar 16. Plume Rise
Untuk menentukan nilai plume rise berbagai persamaan dan model matematika
telah diajukan. Dua di antara persamaan tersebut diajukan oleh Holland dan
Briggs.
Secara matematis persamaan Holland sebagai:
34
Persamaan Holland ini masih memiliki kelemahan yaitu tidak memperhatikan
sisi kestabilan atmosfer. Oleh karena itu Briggs kemudian mempublikasikan
persamaan untuk menentukan plume rise dengan melibatkan parameter
stabilitas dan parameter buoyancy.
1) Parameter Stabilitas
Parameter stabilitas dilambangkan dengan s
1 2sec yang berfungsi
mengklasifikasikan pengaruh pergolakan udara di atmosfer pada plume
rise. Parameter stabilitas dirumuskan dengan:
g d
Gradien kekuatan suhu merupakan selisih antara suhu udara sekitar
(ambient temperature gradient) dengan laju perubahan adiabatik
(adiabatic lapse rate) yang ideal. Nilai dari gradien kekuatan suhu dapat
adiabatik Gradien Kekuatan Suhu
dT
Parameter fluks buoyancy digunakan untuk mengklasifikasikan laju aliran
buoyancy pada polutan yang keluar dari cerobong asap. Secara matematis
persamaan fluks buoyancy ditulis dengan:
2 pc u
v : kecepatan polutan keluar dari cerobong asap (m/s)
36
MATLAB merupakan software yang andal untuk menyelesaikan berbagai
permasalahan komputasi numerik yang diproduksi oleh The Mathwork, Inc.
Solusi dari permasalahan yang berhubungan dengan vektor dan matriks dapat
diselesaikan dengan mudah dan sederhana menggunakan software ini. Bahkan,
software ini dapat memecahkan inversi matriks dan persamaan linear dengan
cepat dan mudah sekali.
Ada beberapa toolbox yang disediakan MATLAB untuk menyelesaikan kasus
yang lebih khusus, antara lain:
Imageprocessing menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan
pengolahan citra;
Signal Processing menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan
dengan pengolahan sinyal;
Neural Network menyediakan berbagai fungsi yang berhubungan dengan
jaringan saraf tiruan (Irawan, 2012).
Agar Matlab 7.12 dapat berjalan dengan baik, kriteria minimal hardware yang
Processor minimal Intel Pentium IV (mendukung SSE2) atau AMD yang
sudah mendukung SSE2;
RAM minimal 1024 MB (1 GB);
Ruang kosong pada hardisk minimal 1 GB;
Sistem operasi dimulai Windows XP Service Pack 3 hingga versi terbaru
yaitu windows 8 (The MathWorks, 2011).
a. Memulai MATLAB
Menjalankan Matlab dapat dilakukan dengan prosedur sebagai berikut.
1) Start, program, MATLAB, R2011a
2) Menggunakan icon MATLAB 7.12.
b. Lingkungan Kerja MATLAB
Matlab menyediakan lingkungan kerja terpadu layaknya bahasa pemrograman
lainnya. Lingkungan terpadu ini senantiasa dilengkapi seiring dengan
pembaruan versinya. Lingkungan terpadu ini terdiri beberapa form/window
yang memiliki fungsi masing-masing. Gambar 17 adalah tampilan form utama
38
Gambar 17. Tampilan window utama MATLAB 7.12
Window Utama MATLAB
Window ini merupakan window induk yang melingkupi seluruh
lingkungan kerja MATLAB. Pada versi-versi sebelumnya, window ini
secara khusus belum ada namun terintegrasi dengan command window.
Tidak ada fungsi utama yang ditawarkan oleh window ini selain sebagai
tempat dock-ing bagi form yang lain.
Workspace window
Workspace adalah suatu lingkungan abstrak yang menyimpan seluruh
variabel dan perintah yang pernah digunakan selama penggunaan
MATLAB berlangsung. Window ini juga baru diperkenalkan pada versi 6,
berfungsi sebagai navigator bagi pemakai dalam penyediaan informasi
mengenai variabel yang sedang aktif dalam workspace pada saat
pemakaian. Tampilan worskpace dapat dilihat pada gambar 18.
Workspace
Commad Histrory Curret Folder
Gambar 18. Tampilan Workspace
Current Folder Window
Window ini juga fasilitas yang diperkenalkan pada versi 6. Window ini
berfungsi sebagai browser direktori aktif yang hampir sama dengan
window explorer. Tampilan Current Folder Window dapat dilihat pada
gambar 19.
40
Command History
Window ini berfungsi sebagai penyimpan perintah-perintah yang pernah
dikerjakan pada suatu workspace. Window ini mulai diperkenalkan pada
MATLAB 6. Untuk tampilan Command History dapat dilihat pada gambar
20.
Gambar 20. Tampilan Command Window
MATLAB Editor
Window ini berfungsi untuk membuat skrip program MATLAB. Walaupun
skrip program dapat dibuat dengan menggunakan berbagai program editor
seperti notepad, wordpad, word dan lain-lain. Namun sangat dianjurkan
untuk menggunakan MATLAB editor ini karena kemampuannya dalam
mendeteksi kesalahan pengetikan sintak oleh programmer.
Saat window utama MATLAB muncul, window MATLAB editor tidak
akan muncul dengan sendirinya. Untuk menampilkan MATLAB editor
prompt MATLAB atau dengan cara mengklik pada icon Creat New.
Tampilan MATLAB editor dapat dilihat pada gambar 21.
Gambar 21. Tampilan MATLAB editor
Graphical User Interface (GUI)
Interaksi antara user dengan perintah teks semakin dipermudah dengan
adanya GUI. GUI merupakan tampilan grafis yang membuat program
menjadi lebih user friendly (Paulus & Nataliani, 2007).
Untuk membuka lembar kerja GUI dalam MATLAB dapat digunakan cara
mengklik File, New, GUI atau mengetikkan guide pada commandwindow.
42
Gambar 22. Tampilan GUI pada MATLAB
c. Bekerja dengan MATLAB
Membuat sebuah program pada MATLAB dapat dilakukan dengan 2 cara,
yaitu langsung mengetikkan di command window atau menggunakan File M.
1) Langsung di Command Window
Cara ini yang sering digunakan oleh pemula, namun akan sulit bagi
seorang user untuk mengevaluasi perintah secara keseluruhan karena
biasanya perintah hanya dilakukan baris per baris.
2) Menggunakan File M
Cara ini biasanya digunakan oleh programmer yang lebih mahir.
Kelebihan cara ini terletak pada kemudahan untuk mengevaluasi
membutuhkan waktu pengerjaan yang cukup lama serta skrip yang
cukup panjang.
d. Operator Aritmatika MATLAB
Operasi matematika dalam MATLAB sangat sederhana, sama halnya dengan
menggunakan kalkulator biasa. Operator-operator aritmatika yang digunakan
dalam MATLAB dapat dilihat pada tabel 7.
Tabel 7 Operator-Operator Aritmatika dalam MATLAB
Operasi Format
Aljabar
MATLAB Contoh
Penjumlahan + a+b 5+7
Pengurangan − a-b 8-4
Perkalian × a*b 8.12*6.15
Permbagian kanan ÷ a/b 3.14/4.6
Pembagian Kiri ÷ a\b 3\6
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian ini dilaksanakan Juli sampai dengan Oktober 2013 di Laboratorium
Pemodelan Fisika Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Lampung.
B. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:
1. Laptop
Adapun spesifikasi laptop yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat
pada tabel 8.
Tabel 8. Spesifikasi Teknis
Deskripsi Spesifikasi
Processor Intel Core to 2 (2,2 GHz)
Video Mobile Intel GMA 4500MHD
RAM 3 GB
Hard disk 320 GB
Operating System Microsoft Windows 7
2. Software
3. Data Primer
Data ini diperoleh langsung dari penelitian yang dilakukan di lokasi
pabrik semen.
4. Data sekunder
Data ini merupakan data keadaan geografi yang menginformasikan
kecepatan angin dan stabilitas atmosfir rencana lokasi pabrik semen. Data
ini diperoleh dari Badan Meteorolgi Klimatologi dan Geofisika (BMKG).
C. Prosedur Penelitian
1. Pengumpulan Data Primer dan Sekunder
Data primer dan sekunder berfungsi sebagai referensi yang akan
digunakan pada persamaan gaussianplume model. Data ini bisa diperoleh
data pengamatan langsung di lapangan (data primer) dan Badan
Meteorolgi Klimatologi dan Geofisika untuk data sekunder
2. Penyelesaian Numerik Persamaan Gaussian pada Gas dan Partikulat Molekul
Langkah selanjutnya yaitu mendefinisikan kedua bentuk persamaan
Gaussian yaitu persamaaan untuk gas dan partikulat molekul. Persamaan
yang digunakan adalah persamaan (1):
46
Kemudian persamaan tersebut diubah ke dalam bentuk numerik. Setelah
didapat bentuk numeriknya, persamaan numerik tersebut diselesaikan
dengan menggunakan bahasa pemrograman matlab.
3. Aplikasi dari penyelesaian Persamaan Gaussian
Setelah mendapat penyelesaian akhir dari persamaan Gaussian untuk gas
dan partikulat molekul dalam bentuk numerik, langkah selanjutnya adalah
mengaplikasikan penyelesaian persamaan Gaussian tersebut. Adapun
aplikasi dalam penelitian ini adalah membuat simulasi penyebaran polutan
yang berasal dari cerobong asap berupa grafik dua dimensi, contour dan
tiga dimensi dengan variasi nilai suhu cerobong, kecepatan angin dan
tinggi efektif cerobong guna mengetahui pengaruh ketiga parameter
tersebut terhadap penyebaran konsentrasi polutan.
Pada grafik dua dimensi aplikasi ditampilkan dalam bentuk kurva
konsentrasi polutan pada sumbu x yang searah dengan arah angin dan
sumbu y yang melintang horizontal terhadap arah angin. Selain itu,
simulasi juga akan ditampilkan dalam bentuk contour dengan komponen
sumbu x, sumbu y dan konsentrasi polutan (C). Selanjutnya untuk grafik
tiga dimensi, aplikasi ditampilkan dalam bentuk kurva tiga dimensi yang
terdiri dari komponen sumbu x, sumbu y dan sumbu z yang dalam hal ini
mewakili nilai konsentasi polutan. Sebagai tambahan, simulasi ini juga
akan ditampilkan dalam bentuk peta penyebaran asap. Peta tersebut
diperoleh dari software Google Earth lalu di-mapping dengan contour
D. Flowchart Penelitian
Penelitian merupakan pendekatan pemodelan dengan analasis terhadap
kegiatan lokasi rencana pabrik semen. Langkah-langkah penelitian seperti
pada gambar 23.
Gambar 23. Flowchart Langkah-langkah penelitian MULAI
Pengumpulan data primer dan sekunder
Penyusunan Model (Gaussian Plum Model)
Running Model
Verifikasi Pengolahan data Primer
dan sekunder
Matlab 7.12
Visualisasi Model
Selesai Ya
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut.
1. Konsentrasi polutan pada daerah yang berjarak 500 meter dari cerobong asap
dengan sudut 30º terhadap sumbu x (searah arah angin) sebesar 2,1 x 10-13
gr/m3
2. Semakin kecil nilai perubahan suhu
T antara suhu dalam cerobongdengan suhu udara di sekitar cerobong asap, semakin bertambah panjang
diameter pola sebaran pusat .
3. Semakin besar nilai
T maka nilai plume rise semakin kecil.4. Semakin besar kecepatan angin pola penyebaran polutan semakin menyempit
B. Saran
Saran yang dapat diberikan pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Menambah jumlah data primer atau sekunder dengan berbagai kondisi
lingkungan sehingga diperoleh pola penyebaran polutan yang lebih bervariasi.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim (2001). Peraturan Pemerintahan Republik Indonesia No.41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara. Jakarta: Badan Pengendalian Dampak Lingkungan.
Anonim. (1997). Memprakirakan Dampak Lingkungan Kualitas Udara. Jakarta: Kementrian Lingkungan Hidup.
Anonim. (2001). Peraturan Pemerintahan Republik Indonesia No.41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara. Jakarta: Badan Pengendalian Dampak Lingkungan.
Anonim. (2008). Status Lingkungan Hidup Indonesia. Jakarta: Kementrian Lingkungan Hidup.
Anonim. (2009). Modul Diklat Pengendalian Pencemaran Udara Evaluasi Data Hasil Pemantauan Kualitas Udara. Jakarta: Penerbit Pusat Pendidikan dan Pelatihan.
Away, G. A. (2006). The Shortcut of Matlab. Bandung: Informatika.
Cota, H. M. (1984). A Basic Computer Program for the Gaussian Equation for a Point Source. Journal of the Air Polution Control, vol 34(3), Page 253.
Faizal. (2004). Evaluasi Penggunaan Model Gaussian pada Ruas Jalan Prof. Dr. Soepomo Jakarta Terkait dengan Keberadaan Pohon di Pinggir Jalan. Thesis. Semarang: Universitas Diponegoro.
Hoesodo, D. (2004). Permodelan Pencemaran Udara Akibat Lalu Lintas di Jalan Arteri. Thesis. Semarang: Universitas Diponegoro.
Irawan, F. A. (2012). Buku Pintar Pemrograman Matlab. Yogyakarta: Mediakom.
Laskarzewska, B., & Mehrab Mehvar. (2009). Atmospheric Chemistry In Existing Air Atmospheric Dispersion Models and Their Aplications: Trend,
Urban Area. International Journal of Advanced Research, Vol 1(7), Page 697-707.
Niam, A. G., Kudang B. Seminar, & Arief S. Yuwono. (2009). Simulasi Dispersi Gas Polutan dari Cerobong ke Lingkungan Computational Fluid Dynamics (CFD). Prosiding Seminar Nasional Himpunan Informatika Pertanian Indonesia (pp. 1-10). Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Nugroho, A. S. (2012). Hubungan Konsentrasi Debu Total dengan Gangguan Fungsi Paru pada Pekerja di PT. KS Tahun 2012. Thesis. Jakarta: Universitas Indonesia.
Oke, T. (1978). Boundary Layer Climate. London: Methuen & CO Ltd.
Puspitasari, A. D. (2011). Pola Spasial Pencemaran Udara dari Sumber Pencemar PLTU dan PLTGU Muara Karang. Skripsi. Depok: Universitas Indonesia.
Rahmawati, F. (2003). Aplikasi Model Dispersi Gauss untuk Menduga
Pencemaran Udara di Kawasan Industri. Thesis. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Reible, D. D. (1999). Fundamentals Of Environmental Engineering. United State of America: Lewis Publishers.
Ryadi, S. (1982). Pencemaran Udara. Surabaya: Usaha Nasional.
Sianipar, R. (2013). Pemrograman Matlab dalam Contoh dan Penerapan. Bandung: Informatika.
Suhariyono, G. (2002). Korelasi Karakterisasi Partikel Debu PM10/PM2,5 dan Resiko Kesehatan Masyarakat di Rumah-Rumah Sekitar Industri Semen. Thesis. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Supriyono. (2010). Aplikasi Komputer Untuk Visualisasi Pola Sebaran
Konsentrasi Gas dari Sumber Titik Instan dalam Fluida Diam dan Medium Anisotrop. Jurnal Forum Nuklir, 55-66.
Suryani, S., Gunawan, & Ambo Upe. (2010). Model Sebaran Polutan SO2 pada Cerobong Asap PT. Semen Tonasa. Konggres dan Seminar Nasional Badan Koordinasi Pusat Studi Lingkungan Hidup se-Indonesia. Pekan Baru: Universitas Hasanuddin.
The MathWorks, I. (2011). System Requirements-Releas 2011a. Retrieved September 27, 2013, from MathWorks:
Walck, C. (2007). Statistical Distributions For Experimentalists. Stockholm: University Of Stockholm.
