SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN KARBON MONOKSIDA DI PINTU MASUK TOL

(Studi Kasus Line Source Di Ruas Tol Dupak, Surabaya )

TESIS

Oleh : Endrayana Putut L.E.NRP. 1209201004

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

ABSTRAK

Polusi udara adalah masalah yang sangat penting karena berkaitan dengan penyakit akibatemisi kendaraan bermotor, yang mengandung SO2, CO2, CO, NOx, dan gas – gas lainnya. Sementara itu,simulasi model dispersi udara adalah salah satu cara/metode untuk mempelajari kualitas udara yangsangat dibutuhkan dalam hal ini. Pada penelitian ini dibahas tentang model matematika dari dispersiemisi gas CO dari kendaraan bermotor roda empat yang memasuki pintu masuk tol Dupak, Surabaya.Persamaan Gauss untuk line source disusun berdasarkan mekanisme transpor polutan secara dispersi,difusi dan adveksi. Dari persamaan tersebut dapat dihitung nilai konsentrasi gas CO untuk level grounddownwind. Validasi model dilakukan dengan membandingkan konsentrasi gas CO hasil perhitunganmodel dengan hasil pengukuran konsentrasi gas CO di lapangan. Dengan menggunakan uji R2 diperolehnilai R2 yang mendekati satu. Karena itu model Gaussian line source digunakan sebagai model dispersipolutan CO. Model ini selanjutnya diselesaikan dan disimulasikan dengan komputer menggunakanbahasa pemrograman Fortran dan divisualisasikan menggunakan perangkat lunak Surfer.

Hasil pemodelan menunjukkan bahwa model Gaussian line source dapat digunakan untukmemodelkan pola dispersi gas CO level ground downwind di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya. Hasilvisualisasi bulan Januari sampai dengan Maret 2011 menunjukkan bahwa pola dispersi gas COdipengaruhi oleh arah dan kecepatan angin. Konsentrasi CO pada malam hari lebih tinggi daripada padasiang hari. Dari pola dispersi CO, diusulkan agar di sekitar pintu masuk tol terdapat ruang udara terbukayang cukup agar bahaya yang ditimbulkan dari polutan CO yang teremisi dari sumber emisinya dapatdiminimalkan.

Kata kunci : model dispersi udara, model Gaussian line source, tol Dupak, CO

• Berasal dari pembakaran bahan bakar fosil dengan udara, berupa gas buangan yang sangat beracun

• Gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan juga tidak berasa• Konsentrasi CO di udara pada tempat tertentu dipengaruhi

oleh kecepatan emisi (pelepasan) CO di udara dan kecepatan dispersi dan pembersihan CO dari udara.

• CO dapat bereaksi dengan hemoglobin darah membentukkarboksi hemoglobin (Hb-CO) yang tidak bisa mengangkutoksigen dalam sirkulasi darah ( Mukono, 1997)

Karbon Monoksida ( CO )

• Kendaraan bermotor ( Fardiaz, 1992) terutama yang berbahan bakar bensin (Bardeschi dkk, 1991).

• Pembakaran hutan• Pembakaran sampah• Metabolisme tubuh manusia

Sumber polutan CO

• mengalami gejala sakit kepala• gangguan mental (mental dullness)• Pusing• Lemah• Mual• Muntah• kehilangan kontrol otot, diikuti dengan penurunan denyut nadi dan

frekuensi pernapasan, pingsan, dan bahkan meninggal

Bahaya keracunan gas CO

• perempatan jalan• jalan protokol ( A.Yani, Darmo, Mayjen

Sungkono, dll)• pintu masuk tol ( Tol Dupak, Tol Waru, Tol

Perak )• kawasan industri ( Rungkut Industri, Berbek )

Lokasi konsentrasi CO yang tinggi di Surabaya

a. Bagaimanakah merumuskan Gaussian Model Line Source dari modifikasi persamaan Gaussian Plume Model ?

b.Bagaimana validitas dari hasil perhitungan konsentrasi CO dengan Gaussian Model Line Source terhadap data primer yang diperoleh dari hasil pengamatan langsung di lapangan?

c.Bagaimana visualisasi pola dispersi CO di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya ?

Perumusan Masalah

• Penerapan Gaussian Model Line Source hanya pada polutan CO.• Sumber polutan adalah kendaraan bermotor roda empat berbahan bakar bensin. • Lingkup kajian adalah pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya. • Atmosfer udara yang ditinjau adalah atmosfer udara ambien di atas kota Surabaya.• Tinggi penerima (receptor) tertentu, yaitu z bernilai konstan.• Data meteorologi ( suhu udara, kelembaban udara, kecepatan angin, arah angin )

yang digunakan di dalam penelitian ini diperoleh dari BMKG Tanjung Perak, Surabaya.

• Data primer yakni data konsentrasi CO dari pengambilan sampling langsung di lapangan selama 1 (satu) minggu pada bulan Maret 2011 dengan menggunakan peralatan inpanger.

• Data jumlah kendaraan yang masuk di dalam pintu tol Dupak 3 diperoleh dari pengamatan langsung antara bulan Maret – April 2011 dengan menggunakan peralatan manual counter

• Data kecepatan rata-rata kendaraan saat melintasi pintu masuk tol dihitung dengan menggunakan stopwatch

Batasan masalah

• Line source untuk sumber polutannya adalah lurus. • Data meteorologi adalah valid. • Tidak ada kontribusi polutan dari pabrik di sekitar pintu

masuk tol Dupak 3, Surabaya. • Diasumsikan bahwa arah angin di sepanjang tol Dupak

yang mengarah ke pintu tol adalah crosswind.• Elevasi muka tanah dan topografi daerah penyebaran

polutan sama dengan elevasi sumber polutan.• Polutan CO tidak bersifat reaktif, yaitu tidak mengalami

perubahan fisis dan kimia akibat bereaksi dengan partikel lain. Laju perubahan bentuk serta penghilangannya tidak diperhitungkan.

Asumsi

Tujuan Penelitian

1. Merumuskan Gaussian Model Line Source dengan memodifikasi persamaan Gaussian Plume Model untuk mengetahui pola dispersi polutan CO di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya

2. Validasi hasil perhitungan konsentrasi CO dengan Gaussian Model Line Source terhadap data primer yang diperoleh dari hasil sampling di lapangan

3. Visualisasi pola dispersi CO di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya

• Memberikan informasi kepada pemerintah kota Surabaya yang dapat digunakan sebagai dasar pengambil kebijakan atau peraturan daerah berkenaan dengan ambang batas emisi CO yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor minimal beroda empat.

• Memberikan hasil penelitian kepada pihak terkait mengenai pola dispersi polutan CO, sehingga dapat diterapkan dalam rangka penyempurnaan upaya pengelolaan kualitas udara di kota Surabaya.

• Menambah pengetahuan dalam bidang matematika terapan, sehingga dapat dimanfaatkan dalam pengajaran di sekolah.

• Sebagai referensi bagi penelitian selanjutnya.

Manfaat Penelitian

Menurut Moestikahadi(2001), sumber pencemar udara meliputi :

1. Sumber titik ( point source ),contohnya emisi dari cerobong pabrik

2. Sumber kawasan ( area source ), contohnya pencemaran di kawasan industri

3. Sumber garis ( line source ), contohnya pencemaran udara di jalan raya

Sumber Pencemar Udara

Beberapa penelitian yang telah dilakukan menggunakanmodel Gaussian line source :

1.Irfan (2006) menggambarkan pola penyebaran pencemar PM10.

2.Dewi (2005) untuk dalam perumusan strategi pengelolaan pencemar gas CO dari aktifitas transportasi di jalan Akhmad Yani, Surabaya.

3.Sathinukarat dan Satayopas (2003) untuk menggambarkan pola dispersi polutan CO di Chiang Mai, Thailand.

4. Hassan, dkk.(2000) melakukan penelitian tentang pola dispersi CO di kota Bandar Seri Begawan, Brunei Darussalam

Penelitian sebelumnya

• Gaussian model line source ini adalah perkembangan dari Gaussian plume dengan mengasumsikan bahwa sebuah line source adalah deretan point source yang mutually independent, masing – masing menghasilkan kepulan polutan. Sehingga konsentrasi pada suatu titik di jalan dihitung sebagai jumlah konsentrasi titik – titik sumber pada jalan tersebut ( Hassan, 2000)

Gaussian Model Line Source

• Parameter q adalah emisi gas buang kendaraan dalam satu detik pada saat kendaraan berjalan dalam range satu meter ( Dewi,2005 ). Nilai dapat dicari dengan menghitung jumlah kendaraan dalam waktu pengamatan dikalikan dengan kecepatan rata-rata emisi gas buang kendaraan (2 x 10-3g/s), kemudian dibagi dengan kecepatan rata-rata kendaraan dalam m/detik ( Wark dan Warner, 1976).

• Hassan dkk(2000) menyatakan bahwa hasil perhitungan konsentrasi polutan dalam satuan µg/m3 apabila dinyatakan dalam ppm, menggunakan formulasi berikut :

• Noenik (1987) menyatakan bahwa fungsi gamma didefinisikan sebagai berikut:

Fungsi Gamma

Uji R kuadrat

• Pengumpulan data sumber emisi utama dengan menentukan jumlah kendaraan yang melintas di lokasi penelitian berdasarkan jenisnya pada waktu yang ditentukan dan kecepatan rata – rata kendaraan

• Pengumpulan data sekunder ( data meteorologi dari BMKG ) • Penggunaan model matematika yang sudah ditentukan berdasarkan

data – data yang sudah dikumpulkan• Penyelesaian model matematika yang diikuti dengan penggunaan

program komputer untuk penyelesaian model matematika tersebut• Pengambilan data primer berupa konsentrasi CO di udara ambien

dan data meteorologi lapangan• Validasi model dengan data primer yang diperoleh dari lapangan• Simulasi pola dispersi polutan CO• Dokumentasi hasil

Metode Penelitian

• Jumlah kendaraan yang melintas di pintu masuk tol Dupak 3, antara pukul 06.00 – 21.00 pada waktu sampling.

• Penentuan ketinggian sumber emisi ( tinggi knalpot )

• Kecepatan rata – rata kendaraan• Data meteorologi ( kecepatan dan arah angin,

temperatur dan kelembaban udara, kembang angin selama bulan Januari – Maret 2011)

Pengumpulan data sekunder

• Sampling udara menggunakan inpanger. Sampel udara akan masuk, lalu diserap oleh larutan KI 2%, setelah itu larutan KI akan disimpan dan dianalisis di laboratorium

• Data meteorologi lapangan, yaitu : arah dan kecepatan angin saat sampling, temperatur dan kelembaban udara. Juga cuaca untuk memperkirakan tutupan awan.

Pengambilan data primer

Volume kendali

Nilai q = 0,05 g/sbanyak kendaraan rata – rata = 75

faktor emisi CO 0,002 g/skecepatan rata – rata kendaraan saat melintasi pintu masuk tol yaitu 3 m/s.

Data meteorologi : arah dan kecepatan angin, kelembaban udara, temperatur ( sumber BMKG Tanjung Perak ), stabilitas atmosfer

Hasil pengamatan

Validasi Model

Hasil uji R kuadrat = 0,94552

• Pada bab ini, model Gaussian line sourcedigunakan untuk simulasi model dispersi polutan CO level ground downwind pada bulan Januari, Februari dan Maret tahun 2011 pada siang hari dan malam hari. Data meteorologi untuk simulasi model dispersi polutan CO masing – masing terdapat pada Tabel 5.1.1, Tabel 5.2.1 dan Tabel 5.3.1 di bawah ini.

Hasil Simulasi dan Pembahasan

Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan Januari

Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan Februari

Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan Maret

• Konsentrasi CO tertinggi bulan Maret 2011, namun masih < baku mutu

• Konsentrasi CO malam hari > siang hari

Pembahasan

a. Model Gaussian line source dapat dirumuskan dengan memodifikasi model Gaussian plume

b. Validasi model menggunakan uji R2 menunjukkan bahwa model Gaussian line source ini dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi polutan CO di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya.

c. Dari hasil visualisasi, didapat bahwa konsentrasi CO maksimum pada siang hari terbesar pada bulan Maret yakni 2622 µg/m3 dan terkecil pada bulan Januari yaitu 2268 µg/m3. Sedangkan konsentrasi CO maksimum pada malam hari terbesar pada bulan Maret yakni 5167 µg/m3

dan terkecil pada bulan Januari 4846 µg/m3. Arah angin selama bulan Januari sampai dengan Maret 2011 dominan dari Barat ke Timur.

Kesimpulan

1. Penelitian lebih lanjut di pintu masuk tol yang lain, selain Dupak 3, dan juga tidak hanya untuk dispersi polutan CO pada level ground downwind.

2. Selain itu, agar dilakukan simulasi untuk bulan –bulan selain Januari, Februari dan Maret, juga untuk arah angin yang tidak tegak lurus dengan jalan raya.

3. Rekomendasi kepada PT. Jasa Marga (Persero), Tbk. Cabang Surabaya Gempol diharapkan menyediakan ruang udara terbuka yang cukup di sekitar pintu masuk tol agar bahaya yang ditimbulkan dari polutan CO yang teremisi dari sumber emisinya dapat diminimalkan.

Saran

• Alina (2010), Statistical Models for Test Equating, Scaling and Linking, Springer• 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

• Atmakusumah, Maskun, I., Djajanto, W.(1996), Mengangkat Masalah Lingkungan• Ke Media Massa, Yayasan Obor Indonesia• Bardeschi, A., Colluci A., Gianelle, V., Gnagnetti, M., Tamponi, M., Tebaldi, G. (1991) Analysis of the impact on air quality of

motor vehicle traffic in the Milan urban area. Atmospheric Environment, Vol. 25B No. 3, hal. 415 – 428.• Chamida. (2004), Strategi Pengendalian Pencemaran Udara Berupa Kebijakan Berdasarkan Pemanfaatan Model Matematika

Dispersi Pencemar Udara (PM10) di Kota Surabaya, Tesis Magister, Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya.

• Costabile, F., Allegrini, I. (2008) A new approach to link transport emission and air quality: An intelligent transport system based on the control of traffic air pollution. Environmental Modelling and Software, Vol.23, hal. 258 – 267.

• Dewi, R. (2005), Penerapan Gaussian Line Source Model Dalam Perumusan Strategi Pengelolaan Pencemar Gas CO Dari Aktifitas Transportasi Di Sepanjang Jalan Akhmad Yani Kota Surabaya, Tesis Magister, Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya.

• Fardiaz, Srikandi (1992), Polusi Air dan Udara. Kanisius, Yogyakarta• Hassan Hasnah, Singh,M.P., Gribben, R.J., Srivastava, L.M., Radojevic, M., Latif Azahar (2000),”Application of a line source air

quality model to the study of traffic carbon monoxide in Brunei Darussalam”. ASEAN Journal on Science and Technology for Development, Vol. 17 No 1.

• Hewitt, C.N. dan Jackson, A.V., (2003), Handbook of atmospheric science: principles and applications, Wiley - Blackwell, Inc., New York.

Daftar pustaka

• Sathitkunarat, S., Satayopas, B. (2003). “Effect of Traffic on Carbon Monoxide Concentration in Chiang Mai Urban Area”. Proceedings of the 2nd Regional Conference on Energy Technology Towards a Clean Environment, Phuket, Thailand

• Setyorini, Titin (2003), Faktor Penentu Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) Area Transportasi Dengan Indikator CO, Tesis, Jurusan Teknik Lingkungan, ITS, Surabaya.

• Singh, M.P.(1997). Lecture notes delivered in the Workshop on Air Pollution Modelling conducted at the University of Brunei Darussalam, Brunei Darussalam.

• Soedomo, Moestikahadi, (2001), Pencemaran Udara. 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. Semen Gresik, Tesis,

Jurusan Matematika, ITS, Surabaya.• Wark, K., Warner, C.,(1976), Air Pollution. Harper & Row. Publishers, New York.• Widodo, Basuki (2010). MSc in Computational Fluid Dynamics Atmospheric Dispersion. Lecture handouts, Jurusan

Matematika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya.

Daftar pustaka