Oleh : Mashuda. Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Basuki Widodo, M.Sc.

SIMULASI POLA PENYEBARAN PARTICULATE MATTER

10 (PM10) DI AREA INDUSTRI PT SEMEN GRESIK DI

TUBAN

Oleh : Mashuda

LATAR BELAKANG

Udara merupakan faktor yang penting dalam kehidupan, namun

dengan meningkatnya pembangunan fisik kota dan pusat – pusat

industri, kualitas udara telah mengalami perubahan

Perubahan lingkungan pada umumnya disebabkan pencemaran

udara

Salah satu bahan pencemar udara adalah debu yang mempunyai

diameter kurang dari 10

μ

m biasanya disebut dengan

Particulate Matter 10 (PM10)

Salah satu sumber PM10 yaitu proses industri semen di area

industri PT Semen Gresik di Tuban

PM10 berbahaya bagi kesehatan manusia

PM10 juga dapat mengakibatkan kematian

LATAR BELAKANG

Perlu peneletian untuk mengetahui tingkat pencemaran dan

pola sebaran PM10 di area Industri PT semen Gresik di

Tuban

Dalam penelitian sebelumnya, sutini (2009) menggunakan

Gaussian Box models untuk memodelkan pola sebaran

SO

₂

.

Dalam penelitian tesis ini digunakan Gaussian Box models

untuk memodelkan pola sebaran PM10 di area industri

PT Semen Gresik di Tuban.

1. Bagaimana

model

Gaussian

Box

dapat

dikontruksikan dalam pemodifikasian

model

matematika dari pola penyebaran Particulate

Matter 10 (PM10) di kawasan industri PT

Semen Gresik di Tuban ?

Rumusan Masalah

2.

Bagaimana pola penyebaran Particulate Matter 10

(PM10) di kawasan industri PT Semen Gresik di

Tuban ?

Tujuan Penelitian

Mengetahui tingkat pencemaran dan pola

penyebaran Particulate Matter 10 (PM10) di

kawasan industri PT Semen Gresik di Tuban

Manfaat Penelitian

1. Memberikan informasi mengenai konsentrasi dan

pola penyebaran Particulate Matter 10 (PM10) di

kawasan industri PT Semen Gresik di kabupaten

Tuban.

KAJIAN PUSTAKA

1. Particulate Matter

10 (PM10

)

Particulate Matter 10 (PM10) merupakan partikulat yang

memiliki diameter kurang dari 10 µm.

Particulate Matter 10 (PM10) terdiri dari aluminosilikat

dan oksida lain dari unsur kerak dengan sumber utama

termasuk debu yang berasal dari jalan, industri,

pertanian, konstruksi, pembongkaran gedung, dan debu

terbang dari pembakaran bahan bakar fosil.

Particulate Matter 10 (PM10) menyebar pada jarak

2. Dipersi Partikulat

Pada dasarnya perpindahan massa partikulat merupakan

pengendapan secara gravitasi.

Kecepatan mengendap partikulat ditentukan oleh

karakteristik partikulat dan percepatan grafitasi dengan

rumus sebagai berikut (Nurhayati, 2000):

(

Dengan

= kecepatan mengendap partikulat (m/dt),

g =percepatan gravitasi (m/dt

2

₎

d

_p

= diameter partikel ( )

= densitas partikel (gr/cm)

3. Model Gaussian Box

Model Gaussian Box merupakan pendekatan model

disperse

dengan

membangun

model

matematika

berdasarkan persamaan konsentrasi polutan.

Model Gaussian Box menggunakan persamaan disperse

Gauss sebagai dasar algoritma dengan asumsi kondisi

tunak.

Dalam penerapannya, model Gaussian Box membutuhkan

data masukan yaitu data karakterisitik sumber emisi

yang

meliputi : koordinat sumber emisi, laju dan

percepatan emisi pencemar udara, ketinggian fisik

cerobong, temperatur gas keluar dan diameter cerobong

dan data metereologi meliputi : Eksponen p untuk

penentuan profil angin, stabilitas atmosfer, kecepatan dan

arah angin dan temperatur udara

Tahapan Penelitian

Identifikasi Masalah

Dalam tahap ini langkah yang dilakukan adalah

mencari topik yang akan dikaji, mencari

literatur-literatur yang berhubungan dengan penelitian

tesis.

Data

Dari PT Semen Gresik :

Banyaknya cerobong, data fisik cerobong, koordinat

emisi, laju emisi pencemar udara dan temperatur

partikel yang keluar.

Data dari BMKG Tanjung perak Surabaya:

MODIFIKASI MODEL

Persamaan Adveksi

Persamaan kontinuitas

Transportasi Reynold

Volume kendali

Model

Solusi Model

MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA

Model

yang

digunakan

dalam penelitian

ini

merupakan pengembangan dari persamaan adveksi

berikut (Jerald, 1996):

Dengan J menyatakan laju perpindahan massa , adalah

kecepatan aliran rata – rata, A adalah luas penampang

melintang , dan C adalah laju alir konsentrasi polutan.

Laju

perubahan

massa yang

ada pada

volume

kendali

Massa bersih

fluks yang

masuk dan

keluar

melalui

permukaan

kendali

Massa yang

dihasilkan

oleh sumber

dalam volume

kendali.

+

=

Persamaan kontinuitas (Munson, 2004):

Teorema transportasi Reynold (Munson, 2004):

Dengan integral pertama di ruas kiri Persamaan (4.2)

menyatakan besarnya laju dari massa yang berada di

dalam volume kendali, integral kedua menyatakan laju

netto dari massa yang mengalir keluar melalui

permukaan kendali

MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA

Penyebaran particulate matter 10 di area industri PT Semen

Gresik dapat dipresentasikan dalam bentuk volume kendali

dengan menggunakan prinsip kontinum yaitu :

Dengan laju massa adveksi yang masuk searah sumbu X adalah :

Cu

Laju Massa Masuk Laju Massa keluar X

Y Z

Gambar 1 . Proses Transportasi Massa

•

Laju massa adveksi yang masuk searah sumbu Z adalah :

Kemudian diperoleh laju massa adveksi yang keluar searah

sumbu X adalah :

Laju massa adveksi yang keluar searah sumbu Y adalah :

MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA

Sementara itu , laju perubahan konsentrasi partikel dalam

volume kendali adalah :

Dari persamaan di atas diperoleh laju netto massa aliran

keluar searah sumbu X yaitu :

MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA

Dengan cara yang sama, diperoleh laju netto massa aliran

keluar searah sumbu Y yaitu :

Dengan cara yang sama pula didapat laju netto massa aliran

keluar searah sumbu Z yaitu :

Dari (4.10), (4.11) dan (4.12) diperoleh laju netto massa

aliran keluar :

Dari persamaan (4.9), (4.13) sesuai dengan hukum kekekalan

massa dalam volume kendali didapat :

1. Sistem dalam keadaan tunak (steady), karena sistem ( daerah

penelitian) yang digunakan dalam modeling adalah tetap (

tidak bergerak), sehingga volume kendali tidak terikat

terhadap waktu. Karena itu

.

2. Polutan bersifat non reaktif.

3. Kecepatan angin pada arah X adalah konstan.

Selanjutnya diasumsikan :

Kemudian dibagi dengan

sehingga diperoleh

persamaan sebagai berikut :

Persamaan (15) diselesaikan dengan menggunakan syarat batas

sebagai berikut :

1. Pada kondisi dimana

untuk

2. Pada kondisi dimana

untuk

,

3. untuk x > 0,

Selanjutnya diperoleh solusi dari persamaan (4.15) sebagai

berikut:

Pada dasarnya perpindahan massa partikulat merupakan

pengendapan secara gravitasi. Kecepatan pengendapan

partkulat (V

_t

) merupakan parameter yang menentukan

pergerakan partikulat ke bawah.

,

Kecepatan mengendap partikulat ini akan mempengaruhi

dispersi partikulat di atmosfer karena kecepatan mengendap

ini akan memberikan pengaruh pada kemampuan angin untuk

mendispersi partikulat sehingga pada Persamaan (4.30),

elemen yang mengandung Z mendapat pengaruh dari

kecepatan . Dan dapat ditulis dengan :

MODIFIKASI MODEL MATEMATIKA

Persamaan 4.32 adalah persamaan yang digunakan dalam

menyusun program komputer untuk penelitian dalam tesis ini.

Hasil Simulasi Komputer

Gb.1 Pola sebaran pada bulan Januari Gb.2 Pola sebaran pada bulan Pebruari

Berdasarkan hasil running program diketahui bahwa untuk bulan Januari 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,5432 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah barat dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1056467 mg/m3 _{terletak pada}

koordinat (-10,0)

Untuk bulan Pebruari 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah utara dengan kelas

stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1038346mg/m3 _terletak

Hasil Simulasi Komputer

Gb.3 Pola sebaran Bulan Maret _{Gb.4 Pola sebaran pada bulan April}

Untuk bulan April 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah selatan dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0.1038346 mg/m3 _{terletak pada koordinat (0,-11).}

Untuk bulan Maret 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah utara dengan kelas stabilitas atmosfer A konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0.1038346 mg/m3

Hasil Simulasi Komputer

Untuk bulan Mei 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer B , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1319726 mg/m3 _{terletak ada}

koordinat (14,0)

Gb.5 Pola sebaran Bulan Mei Gb.6 Pola sebaran pada bulan Juni

Untuk bulan Juni 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1038346 mg/m3 _{terletak pada}

Hasil Simulasi Komputer

Untuk bulan Juli 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,5432 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1056467 mg/m3 _{terletak pada koordinat (10,0)}

Untuk bulan Agustus 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,5432 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1056467 mg/m3 _{terletak pada}

koordinat (10,0).

Hasil Simulasi Komputer

Untuk bulan September 2010 dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah timur dengan kelas stabilitas atmosfer A konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1038346 mg/m3

terletak pada koordinat (11,0).

Untuk bulan Oktober dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah tenggara dengan kelas stabilitas atmosfer A , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1021398 mg/m3 _{terletak pada koordinat (7,-8).}

Hasil Simulasi Komputer

Untuk bulan Nopember dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah utara dengan kelas stabilitas atmosfer B , konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1319726mg/m3

terletak pada koordinat (0,14).

Untuk bulan Desember dengan kecepatan angin rata – rata 1,0288 m/s, arah angin rata – rata menuju ke arah Barat dengan kelas stabilitas atmosfer B, konsentrasi tertinggi dari sebaran partikulat adalah 0,1319726 mg/m3

terletak pada koordinat (-14,0).

KESIMPULAN

Dari hasil simulasi komputer dapat disimpulkan bahwa

sebaran Partikulat Matter 10 di area industri PT Semen

Gresik pada bulan Januari sampai Desember 2010

mencapai konsentrasi tertinggi pada bulan Mei,

Nopember dan Desember yaitu sebesar 0,1319726

mg/m

3

_{atau 131,972 µm. Konsentrasi tersebut masih di}

bawah ambang batas baku mutu udara ambien nasional

untuk Particulate Matter 10 (PM10) sesuai Peraturan

Pemerintah No. 41 tahun 1999 yaitu sebesar 150 µm.

SARAN

Bagi peneliti selanjutnya di sarankan melakukan

penghitungan konsentrasi PM10 untuk daerah yang

tidak datar serta menggunakan data primer.

DAFTAR PUSTAKA

Agusgindo, S., Budi, H. H., (2007), Pengukuran Partikel Udara Ambien (TSP, PM-10, PM2,5) Di

Sekitar Calon Lokasi PLTN Semenanjung Lemah abang, Pusat Teknologi Limbah

Radioaktif-Batan

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): 399-411

Baumbach, Gunter, (1996), Air Polution Control, Springer Verlag Berlin Haidelberg, New York. Catalano, (1987), User’s Guide for RAM (Regulatory Air Models), 2nd _edition

Fierro, M., (2000), Particulate Matter, www.airinfonow.org/pdf/Particulate Matter, diakses tanggal 20 Januari 2011.

G Sriram, N Krishna Mohan, V Gopalasamy, “Sensitivity Study Gaussian Dispersion Models”,

Journal of scientific and industrial Research vol. 65 April 2006, pp. 321-324.

Heinson, R., J., Kabel, R., L., (1999), Source and Control Of Air Pollution, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey .

Jerald, L., Achooner, Zehnder, A., (1996), Enviromnetal Modeling, Fate And Transport Of Pollutans

In Water, Air And Soil, Departement of civil and enviromnetal engineering the university of

Munson, B,R., Young, D,F., Okishi, T,H.,(2004), Mekanika Fluida, Edisi keempat jilid1, Penerbit Erlangga, Jakarta.

Nurhayati, U, 2000, Pemrograman Dispersi Pencemaran Partikulat (PM-10) Dari SumberTitik i

Tunggal Kontinu Berdasarkan Persamaan Gauss, Skripsi, JurusanTeknik Lingkungan, ITS,

Surabaya.

Roemer, W., Hoek, G., Brunekreef, B., (1993), “Effect of Ambient Winter Air Pollution on Respiratory Health of Children with Chronic Respiratory Symptoms”, Am Rev Respir Dis; 147: 1187-124.

Schwartz, J., (1996), “Air Pollution and Hospital Admissions for Respiratory Disease”,

Epidemiol, 7(1): 20-27.

Soedomo, M., (2001), Pencemaran Udara (Kumpulan Karya Ilmiah),Penerbit ITB, Bandung. Soenarmo, S, H., (1999), Diktat Kuliah Meteorologi Pencemaran Udara, Penerbit ITB, Bandung Sutini, (2009), Simulasi Model Matematika Dari Dispersi Pencemaran SO₂ Di Kawasan Industri PT. Petrokimia Gresik, Tesis, Jurusan Matematika, ITS, Surabaya.

Tjasyono, B., 2004, Klimatologi,Penerbit ITB, Bandung

Wark, K.,Warner, C., F., 1976, Air Pollution, Harper & Row Publisher, New York

DAFTAR PUSTAKA

Woodruff, T., (1997), ”The Relationship between Select Causes of Postneonatal

infant Mortality and Particulate Air Pollution in the United States”, Environ

Health Perspec, 105(6): 608-612.