Indoor Air Quality

Download Indoor Air Quality

Post on 06-Jun-2015

269 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>INDOOR AIR QUALITY</p> <p>Aris Febriantara (0404020126)</p> <p>Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas IndonesiaABSTRAK Dalam satu ruangan, tak dapat dipungkiri bahwa sistem tata ruang dan udara memiliki peranan yang sangat penting dalam desainnya. Udara yang terkontaminasi dalam satu ruangan dapat menyebabkan kerugian dan berbagai penyakit bagi penggunanya. Polutan bisa berrmacam bentuknya, seperti debu, udara kotor, asap, dan sebagainya. Oleh karena itu, desain ruang yang baik sangat diperlukan untuk mengurangi bahaya polutan dalam ruangan. Hampir sebagian besar orang bekerja dalam ruangan, terutama di perkantoran. Pada tugas ini, dimodelkan suatu ruang kantor yang terdiri dari 2 ruang, 4 meja, dan 1 pintu dan 1 jendela. Udara mengalir melalui pintu dan keluar lewat jendela. Polutan diletakkan baik di meja 1 dan meja 2 pada ruang sekretaris. Suatu model simulasi dari comsol dilakukan untuk melihat fenomena aliran udara melalui ruangan dan arah polutan yang menyebar dalam ruangan. Pemodelan ini dilakukan secara 3D. Sebelumnya pemodelan serupa dilakukan secara 2D oleh Darrel W. Pepper dan Xiulling Wang dari University of Nevada Las Vegas. Tugas ini akan membandingkan hasil dari pemodelan 3D dan 2D dengan beberapa asumsi-asumsi yang diperlukan. Kata kunci : Polutan, ruang kantor, aliran udara</p> <p>ABSTRACT At one room cant be denied that air and room system have an important function at design. Contaminated air in a room can cause some loses and diseases for user. Pollutant has some forms, like ash, dirty air, smoke, and others. Because of that, well design of room is needed for removing the pollutant dangers in a room. Most persons work in a room, especially at office. At this work, the office room model which consisted of 2 rooms, 4 tables, 1 door, and 1 window. Air flows through the door as inlet and window as outlet. The pollutant was put both table 1 and table 2 at secretary room. A model simulation from comsol was done to see the air flow phenomena through room and the direction of pollutant which spreads at room. The modeling was done by 3D. Before this, similar modeling had been done (2D) by Darrel W. Pepper and Xiulling Wang of The University of Nevada Las Vegashe. This work compares the 3D and 2D results with some assumptions. Key words : Pollutant, office room, air flow</p> <p>1. Pendahuluan Kualitas udara dalam satu ruangan menjadi hal yang sangat penting untuk disimulasikan mengingat bahaya yang ditimbulkan. Udara kotor atau polusi dalam ruangan memiliki resiko yang lebih besar dibandingkan dengan di luar ruangan. Hal ini dikarenakan di dalam ruangan udara kotor akan tertangkap dinding. Sedangkan udara di luar ruangan mudah terbawa angin. Hampir 90% orang di Amerika Serikat bekerja dalam ruangan. Hal tidak jauh berbeda juga terjadi di Indonesia. Oleh karena itu, kualitas udara yang baik dalam ruangan akan berdampak pada penghematan biaya. Udara mengalir dalam ruangan karena adanya perbedaan tekanan. Biasanya dalam ruangan dilengkapi dengan alat ventilasi yang berfungsi sebagai sirkulasi udara. Jendela menjadi alat ventilasi yang cukup ampuh untuk menyegarkan ruangan. Selain itu, penempatan alat dan barang dalam ruangan menjadi hal yang sangat berpengaruh dalam sirkulasi udara dan penyebaran polutan. Polutan sangat beragam macam, diantaranya air cleaners, biological contaminants, building material and furnishing, combustion appliances, environmental tobacco smoke, architectural coatings, consumer products, household and office equipment, dan Pesticides product. Beberapa diantara mereka sangat berpengaruh buruk pada kesehatan. Dalam tugas ini, pemodelan akan dilakukan dengan mengambil contoh kasus yang cukup umum, yakni ruang kantor yang terdiri dari ruang sekretaris dan ruang manajer.</p> <p>2. Sampel Ruangan Ruangan yang disimulasikan adalah ruang kantor yang terdiri dari ruang sekertaris dan ruang manajer.</p> <p>Gambar 1.1. Skema ruangan</p> <p>Panjang ruangan keseluruhan adalah 7 m dengan lebar 3 meter. Ruang sekertaris panjangnya 4 m dan ruang manajer 3 m. Tinggi ruangan dibuat sebesar 3 m. Dua pintu dibuat masing-masing pada sisi masuk ruang sekertaris dan sisi masuk ruang manajer. Pada ruang sekertaris terdapat 3 meja dengan dua meja memiliki panjang dan lebar 1m dengan tinggi 1 m, dan 1 meja panjang</p> <p>1,5 m, lebar 1m, dan tinggi 1 m. Pada ruang manajer terdapat 1 meja dengan panjang 1,5 m, lebar 1 m, dan tinggi 1m. Jendela diletakkan pada bagian belakang ruang manajer sebagai ventilasi. Pintu dibuat memiliki lebar 1 m dan tinggi 2 m, sedangkan jendela memiliki lebar dan tinggi 1m.</p> <p>Gambar 2.1: Model dengan comsol</p> <p>Suatu polutan akan diletakkan pada meja 1 dan meja 2. Udara yang mengalir dari pintu sekertaris menuju pintu tengah hingga akhirnya keluar lewat jendela. Kecepatan udara yang mengalir diasumsikan sebesar 1 m/s. Polutan atau konsentrasi akan terbawa oleh udara dan tersebar dengan kadar konsentrasi tertentu.</p> <p>3. Governing Equation Pada tugas ini dilakukan dengan 2 pendekatan persamaan yakni persamaan aliran k-e Turbulen dan persamaan konveksi dan diffusi. Persamaan k-e Turbulen berfungsi untuk menganalisa fenomena aliran yang terjadi dalam ruangan, sedangkan persamaan konveksi-diffusi berfungsi untuk memberikan efek konsentrasi yang akan tersebar akibat adanya aliran udara (angin). 3.1. k-e Turbulen Pendekatan yang bisa digunakan dalam menentukan aliran laminar atau turbulen salah satu yang paling efektif adalah tentang bilangan Reynolds yang terjadi pada alirna tersebut. Bilangan</p> <p>Reynolds adalah ukuran yang dimiliki aliran mengenai gaya inersia yang diberikan (termasuk efek konveksi) dan gaya viskos yang dimiliki fluida. Apabila dalam lapisan batas aliran tidak terjadi perubahan terhadap waktu dan aliran steady, maka dapat dikatakan aliran tersebut laminar, sebaliknya jika alirannya random dan berubah terus terhadap waktu secara radikal, maka aliran tersebut adalah aliran turbulen. Critical Reynolds Number terjadi pada saat transisi antara aliran laminar dan aliran turbulen. Perhatikan beberapa gambar dibawah ini.</p> <p>Gambar 3.1. Grafik flow vs. Pressure dan Aliran laminar dan Turbulen</p> <p>Pada saat gangguan atau gaya luar diperbesar hingga dominan terhadap gaya viskos yang dimiliki fluida maka aliran akan tergantung pada gaya luar tersebut sehingga akan menghasilkan aliran yang turbulen sempurna. Perhatikan Gambar 1.4 di bawah ini, ini adalah ilustrasi aliran yang terjadi pada aliran jet yang memperlihatkan transisi aliran sampai pada turbulen sempurna.</p> <p>Gambar 3.2. Transisi pada alian jet</p> <p>Pada pemodelan tipe ini menitikberatkan pada mekanisme yang terjadi pada aliran turbulen dengan pendekatan energi kinetik. Persamaan-persamaan yang digunakan adalah : Persamaan untuk energi aliran kinetik rata-rata K:</p> <p>Atau dalam bentuk kata-kata adalah: Untuk setiap energi kinetik rata-rata K, mempunyai nilai : laju perubahan K+Transport K dari konveksi= Transport K oleh tekanan+ Transport K oleh tegangan viskos+ Transport K oleh tegangan Reynolds+Harga disipasi K+hasil turbulensi. Persamaan untuk energi kinetik turbulen k:</p> <p>Atau dalam bentuk kata-kata adalah: Untuk setiap energi kinetik turbulen k, mempunyai nilai : laju perubahan k+Transport k dari konveksi= Transport k oleh tekanan+ Transport k oleh tegangan viskos+ Transport k oleh tegangan Reynolds+Harga disipasi k+hasil turbulensi.</p> <p>Persamaan k- Model:</p> <p>Atau dalam bentuk kata-kata adalah: mempunyai nilai : laju perubahan k atau +Transport k atau dari konveksi= Transport k atau oleh difusi +Nilai produksi dari k atau - Nilai dari destruksi k atau . Kondisi Batas :</p> <p>4. Pemodelan Pemodelan dilakukan dengan menggunakan software COMSOL 3.2.</p> <p>4.1 Model Navigator</p> <p>4.2 Konstanta</p> <p>4.3 Geometri</p> <p>4.4 Subdomain Setting k-e Turbulen</p> <p>Convection and diffusion</p> <p>4.5 Boudary Setting k-e Turbulen</p> <p>Convection and diffusion</p> <p>5. Hasil dan Analisa 5.1 Analisa Aliran Udara</p> <p>Gambar 5.1 : Perbandingan velocity field antara 3 D dan 2 D Pada hasil diatas dapat dilihat bahwa baik dengan simulasi 2D maupun 3D, kecepatan udara paling tinggi terletak pada bagian masuk pintu dan jendela. Kecepatan udara maksimal pada simulasi 2D adalah 1,512 m/s sedangkan 3D adalah 1,245 m/s. Dalam kasus ini memang simulasi aliran udara pada 2D dan 3D agak berbeda walaupun secara kontur sangat mirip. Hal ini dikarenakan pada simulasi 2D meja, pintu, dan jendela dianggap memiliki tinggi seragam dengan bangunan sehingga pemodelannya mengabaikan aliran pada bagian atas benda. Sebenarnya hal ini tidaklah terlalu menjadi sesuatu yang perlu diperhitungkan mengingat aliran udara tidak terlalu besar. Akan tetapi simulasi dengan 3D akan member hasil yang lebih akurat.</p> <p>Gambar 5.2 : Streamline velocity Gambar di atas menunjukkan aliran streamline kecepatan. Kita dapat melihat udara menyebar ke hampir seluruh ruangan kantor. Namun, persebaran utama tetap jelas terlihat di daerah sekitar pintu dan ruang keluar jendela. 5.2 Analisa Persebaran Polutan</p> <p>Gambar 5.3 : Perbandingan persebaran polutan 2D dan 3D pada meja atas</p> <p>Gambar 5.4 : Perbandingan persebaran polutan 2D dan 3D pada meja bawah</p> <p>Hasil diatas menunjukkan bahwa polutan dalam ruangan akan menyebabkan polutan tesebut menyebar ke hampir seluruh ruangan karena terbawa aliran udara. Polutan yang berasal dari meja 1 akan menyebar hingga ke ruang manajer. Akan tetapi tetap konsentrasi terbesar akan berada pada sekitar meja 1 dan meja 2 yang merupakan sumber polusi. Walaupun persebaran polutan di ruang manajer tidak terlampau besar hal ini tetap akan merugikan karena bias menimbulkan penyakit dan gangguan. Pada kasus dimana polutan berasal dari meja 1, maka daerah meja 2 dan sekitar pintu relatif bersih dari polusi. Demikian juga sebaliknya, jika polutan berasal dari meja 2, maka meja 1 dan daerah pintu masuk relatif besih dari polusi. Hal ini masuk akal mengingat polutan akan terbawa angin yang masuk melalui pintu sehingga persebaran polutan di daerah tersebut tidak terjadi.</p> <p>6. Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan, aliran udara dalam ruangan akan tergantung pada kontur bangunan dan barang-barang yang terletak didalamnya. Persebaran polutan juga sangat bergantung pada profil aliran udara tang terjadi. Selain itu, persebaran polusi akan sangat tergantung pada letak polutan tersebut. Aliran udara akan membawa polutan menyebar ke hampir seluruh ruangan. Pada tugas ini juga membandingkan antara simulasi 2D yang telah dilakukan dengan simulasi 3D. Baik fenomena aliran maupun persebaran polutan yang terjadi secara kontur sangat mirip namun tidak persis sama karena adanya beberapa perbedaan antara simulasi 2D dan 3D. Hasil yang telah diperoleh menunjukkan persebaran polutan yang terjadi baik pada meja 1 dan meja 2 akan menyebar ke ruang manajer. Perlu dilakukan upaya untuk mengurangi persebaran ini demi meminimalisasi kerugian dan dampak yang akan ditimbulkan. Penulis memberi saran agar letak barang seperti meja, lemari, pintu, dan jendela dapat di atur sedemikian sehingga paling baik untuk profil aliran dan persebaran polutan. Selain itu, mungkin diperlukan penambahan fan atau semacamya pada beberapa titik agar persebaran polutan dapat diatur. Karena pada faktanya, polutan tidak hanya dapat terjadi di meja 1 dan meja 2 ruang sekertaris akan tetapi dapat juga terjadi di meja manajer dan aliran udara pun tidak hanya terjadi lewat pintu dan keluar jendela namun bisa sebaliknya.</p> <p>7. Referensi [1] Darrel, W.P., Wang, Xiulling, 2006. Modelling Indoor Air Pollution, COMSOL conference 2006, Las Vegas. [2] Buku Introduction of Computational Fluid Dynamic [3] COMSOL Multyyphisics Software, User Guide.</p>