Transcript ATMOSPHERIC DISPERSION Dispersi/Persebaran Atmosfir

ATMOSPHERIC DISPERSION
Dispersi/Persebaran Atmosfir
Suara Merdeka, 16 April 2009
Keharusan untuk mengurangi emisi atmosfir
menjadi minimum atau paling tidak di bawah
Nilai ambang batas yang ditentukan.
 Bagaimanapun juga, terdapat beberapa residu
emisi yang tidak dapat dihilangkan dan ini harus
secara aman didispersikan ke lingkungan.
 Faktor-faktor yang mempengaruhi dispersi gasgas ke atmosfir adalah :




Suhu
Kecepatan angin
Turbulensi
SUHU

Suhu merupakan faktor kritis.

Pada umumnya suhu atmosfir berkurang terhadap
ketinggian dan perubahan nyata suhu terhadap ketinggian
dikenal sebagai environmental lapse rate (ELR).

Udara yang berasal dari permukaan bumi, jika naik, akan
dingin karena ekspansi perubahan tekanan.

Laju pendinginan dikenal sebagai dry adiabatic lapse
rate (DALR) dan kira-kira 9,80C per kilometer, sampai
terjadinya pengembunan.

The environmental lapse rate (ELR) akan menentukan
apa yang terjadi dengan kantung udara jika dilakukan
pemaksaan untuk naik
Gambar 1. Stabilitas Temperatur dan Atmosfir
 Gambar
1.a. menunjukkan situasi di mana
ELR mempunyai perubahan temperatur
yang besar terhadap ketinggian dari pada
DALR.
 Hal ini berarti sejumlah kecil volume udara
dipindahkan ke atas dan menjadi kurang
berat daripada sekelilingnya dan akan
berlanjut dengan gerakannya ke atas.
 Hal ini merupakan kondisi yang
dikehendaki untuk dispersi atmosfir dan
dikenal dengan Unstable Conditions





Gambar 1.b. menunjukkan situasi di mana ELR
dan DALR secara kasar sama, dikenal dengan
Neutral Conditions.
Dalam hal ini, tidak ada kecenderungan untuk
perpindahan volume untuk memperoleh atau
kehilangan gaya ke atas.
Situasi ketiga ditunjukkan Gambar 1.c. di mana
ELR pada kondisi suhu meningkat terhadap
ketinggian, dikenal sebagai Inversion.
Hal ini dikenal dengan Stable Conditions dan
memberikan tahan yang kuat terhadap gerakan
ke atas dari suatu perpindahan volume udara.
Stable Conditions merupakan problem utama
dalam titik pandang dispersi gas.
Gambar 2. Tipikal Variasi Stabilitas Atmosfir Harian

Pada lapisan lebih bawah atmosfir. ELR berubah terhadap
waktu tiap hari. Gambar 2. menunjukkan jenis variasi
harian stabilitas atmosfir.

Dimulai sebelum terbit matahari, suhu minimum adalah
pada permukaan bumi. Hal ini disebabkan oleh hilangnya
panas radiasi gelombang panjang. Ini akan menyebabkan
suatu inversi (meningkatnya suhu terhadap ketinggian)
sampai mungkin 100 meter. Segera setelah matahari
terbit, pemanasan pada lapisan atas terjadi, tetapi inversi
masih tersisa pada lapisan yang lebih tinggi.

Sekitar tengah hari, pemanasan telah meluas dari
permukaan bumi, sehingga sekarang dalam kondisi tidak
stabil (unstable conditions) yaitu berkurangnya suhu
terhadap ketinggian melalui lapisan atmosfir lebih rendah.

Mendekati matahari terbenam, terdapat radiasi dari
permukaan bumi, dan inversi mulai meluas ke permukaan
Gambar Sebaran polutan udara pada berbagai stabilitas atmosfir.
KECEPATAN ANGIN
 Tidak hanya perubahan arah angin akan tetapi
juga kecepatan angin meningkat terhadap
ketinggian di atas permukaan bumi ketinggian
maksimum di mana kecepatannya sama dengan
udara bebas (free air) atau kecepatan angin
geostrophik.
 Laju perubahan kecepatan angin terhadap
ketinggian disebabkan oleh topografi.
 Bangunan-bangunan di area pedesaan, misalnya
memperlambat udara sampai ke tanah, hal ini
berarti bahwa kecepatan maksimum terjadi pada
ketinggian yang lebih tinggi dari pada ketinggian
permukaan daerah kita.
TURBULENSI
 Turbulansi
mekanik
permukaan bumi.
disebabkan
oleh
kekasaran
dari

Jauh dari permukaan, turbulensi konvektif (pemanasan udara
yang naik dan pendinginan udara yang turun) menjadi sangat
penting.

Banyaknya turbulensi dan ketinggian yang beroperasi
tergantung pada kekasaran permukaan, kecepatan angin dan
stabilitas atmosfir.

Masalah utama bagi perancang adalah untuk menentukan
tinggi cerobong yang cocok.

Pada Gambar 3 menunjukkan ketinggian cerobong efektif
merupakan kombinasi dari tinggi cerobong nyata dan tinggi
kepulan (plume rise).

Tinggi kepulan merupakan fungsi kecepatan pembuangan,
suhu emisi, dan stabilitas atmosfir.
Gambar 3. Ketinggian Cerobong
Emisi dari cerobong harus mematuhi peraturan
lingkungan : konsentrasi dan laju alir polutan.
 Bagaimanapun juga, cerobong harus cukup tinggi
sehingga polutan yang mencapai tanah harus
lebih rendah dibandingkan dengan tingkat
konsentrasi permukaan tanah yang tertentu
dengan otoritas peraturan.
 Tingkat konsentrasi polutan di permukaan tanah
tergantung pada banyak faktor, yang paling
penting adalah :





Tinggi cerobong emisi
Kecepatan dan suhu emisi cerobong
Stabilitas atmosfir
Keadaan alam topografi sekitarnya
Iklim :
 biasanya minimal 10 tahun (idealnya berjangka
waktu 30 tahun),
 Harian : diukur 3 kali (06.00, 12.00, dan 18.00)
 Parameter-parameter yang ada (Data BMG) :
kelembaban,
 tekanan udara,
 suhu udara (tertinggi dan terendah),
 jumlah hari hujan,
 curah hujan,
 evaporasi,
 radiasi surya,
 arah angin,
 kecepatan angin

Tabel Kriteria Iklim
No
Klasifikasi
Iklim
Kriteria
1
Thornthwaite Evapotranspirasi potensial dan
moisture budget
2
Koppen
Suhu dan curah hujan rerata
bulanan atau tahunan dikaitkan
dengan pertumbuhan vegetasi.
3
SchmidtFerguson
Curah hujan bulanan.
4
Oldeman
Curah hujan dan kebutuhan air
tanaman.
Gambar Penentuan Arah Mata
Angin
Untuk
Dari
Data
Mateorologi
00
U
BL
TL
B
T
BD
TG
S
Tabel Frekuensi sebaran angin suatu daerah pada waktu tertentu.
No
Arah angin
Kecepatan (m/detik)
0
0-5
5 - 10
10 - 15
> 15
1
Utara
.... (...%) .... (...%) .... (...%)
.... (...%)
2
Timur Laut
.... (...%) .... (...%) .... (...%)
.... (...%)
3
Timur
.... (...%) .... (...%) .... (...%)
.... (...%)
4
Tenggara
.... (...%) .... (...%) .... (...%)
.... (...%)
5
Selatan
.... (...%) .... (...%) .... (...%)
.... (...%)
6
Barat Daya
.... (...%) .... (...%) .... (...%)
.... (...%)
7
Barat
.... (...%) .... (...%) .... (...%)
.... (...%)
8
Barat Laut
.... (...%) .... (...%) .... (...%)
.... (...%)
....
(...%)
5-10 m/det
0-5 m/det
 10 m/dett
30%
20%
30%
10%
10%
20%
Malam, Oktober 2003
Siang, Oktober 2003
Gambar Pola angin di daerah studi.
Model Pendugaan Emisi Dan
Penyebaran Polutan Di Atmosfir



Box Model
Rollback Model
Gaussian Model
Box Model
Static layer of air
Height, h
Emission rate
Length of box, w
Wind speed, U
Gambar Udara yang Terencerkan dari Box Model yang Sederhana
Asumsi :
 Model paling sederhana, keadaan selalu tetap : emisi,
kecepatan angin dan karakteristik udara
 Pelepasan polutan tercampur sempurna
 Polutan udara secara kimia stabil
 Laju emisi polutannya konstan, P (massa/waktu)
 Memasuki suatu volume udara ambien yang bergerak
pada satu arah yang tetap, U
 Udara yang bergerak dibatasi dari atas oleh lapisan udara
yang stabil pada ketinggian, h
 Udara yang bergerak juga dibatasi oleh arah tegak lurus
terhadap kecepatan angin
 Model ini menggambarkan suatu lembah di manan udara
melewati suatu daerah (zona) dengan lebar, w, yang
terbentuk dari dua baris bukit.

Konsentrasi Polutan yang dilepaskan ke udara ambien :
C = P/(U h w)






C = konsentrasi polutan j, ppm
U = kecepatan angin, dianggap konstan, m/jam
P = laju emisi polutan j, µg/jam
h = tinggi kolom udara, m
w = lebar kolom udara, m
Jika kecepatan angin sangat rendah (mendekati nol)
C= [P . t / (x w h)]


x = panjang kolom udara, m
t = waktu emisi, detik
Rollback Model
kP + b
b : background level
Mass of emissions per unit time, P
Hubungan Linier Antara Emisi dan Konsentrasi pada Rollback Model

Pendekatan sederhana untuk menduga emisi yang
mempengaruhi kualitas udara ambien

Asumsi :



Jumlah total polutan yang dilepas di suatu daerah pada
suatu waktu tertentu (p) mempunyai hubungan linier
dengan konsentrasi pada titik tertentu
c = kp + b

c : konsentrasi polutan, µg/m3

b : background concentration (emisi = 0), µg/m3

k = konstanta empirik
Nilai k :

k = (c – b)/p

C : konsentrasi partikulat dekat stasiun pengukuran, µg/m3
Gaussian Model
Model penyebaran yang paling banyak digunakan
Dapat menentukan konsentrasi di beberapa titik
ruang
 Asumsi :






Laju emisi polutan konstant
Kecepatan dan arah angin rerata konstant
Sifat kimia senyawa stabil dan tidak berubah di udara
Daerah sekitar sumber pencemar adalah datar dan
terbuka
Diturunkan dari Hukum Kekekalan Massa dalam
bentuk persamaan differensial + adveksi dan
difusi
 Konsentrasi polutan searah angin (downwind)
 Sistem koordinat 3 dimensi

Gaussian Model
 Rumus umum untuk 3 dimensi
Q
C(x, y,z) 
e
π U τ y τz

  (  y)2 

2 
 2 τ z 
e
 -(z-h) 2  (z  h) 2 


2
2 
2 τ z 
 2 τ z
Konsentrasi di permukaan tanah (z=0)
C(x, y)
Q

e
π U τ y τz
 y2
h2 


2
2
 2 τ z 2 τ z 

Keterangan :





Q = Laju emisi konstant (μgr/detik)
U = Kecepatan angin konstant (m/detik)
h = Ketinggian emisi efektif dari cerobong (m)
ty = koeffisien dispersi horizontal (m)
tz = koeffisien dispersi vertikal (m)
Koeffisien Dispersi Horizontal
Koeffisien Dispersi Vertikal
Tabel Stabilitas atmosferik, Turner
Siang
Malam
Kec. angin pada
ketinggian 10 m,
m/det
Strong
Moderate
Slight
> 1/2
cloud
clear to
1/2 cloud
<2
A
A-B
B
-
-
2-3
A-B
B
C
E
F
3-5
B
B-C
C
D
E
5-6
C
C-D
D
D
D
>6
C
D
D
D
D
Sumber : Perkins, 1974
Tabel Penggolongan Stabilitas atmosferik (Forsdyke, 1970)
Intensitas Radiasi Sinar Surya
Siang Hari
Penutupan Awan
Rendah Malam Hari
Kec. angin pada
ketinggian 10 m,
m/det
Strong
Moderate
Slight
> 4/8
< 3/8
<2
A
A-B
B
-
-
2-3
A-B
B
C
E
F
3-5
B
B-C
C
D
E
5-6
C
C-D
D
D
D
>6
C
D
D
D
D
A = sangat tidak stabil
B = tidak stabil
C = agak tidak stabil
D = netral
E = agak stabil
F = stabil