Model Dispersi

Model Dispersi

A.      Pengertian Model Dispersi

Model Dispersi merupakan digunakan untuk mengkaji konsentrasi pencemar di udara ambien. Tujuan dari model ini adalah memformulasikan secara matematis hubungan antara sumber emisi terhadap konsentrasi pencemar di udara ambien, sehingga hasil model tersebut dapat menjadi acuan apakah suatu daerah tergolong pada daerah yang tercemar atau tidak.

Model dapat dibangun dari persamaan yang sederhana hingga yang rumit, tergantung pada sifat dari pencemar yang akan dikaji. Pencemar seperti CO dan SO₂ tidak membutuhkan model yang rumit untuk mengkajinya, karena pencemar tersebut memiliki sifat yang sederhana, sehingga konsentrasinya di ambien cukup hanya mempertimbangkan penyebaran fisis yang sederhana. Sedangkan untuk pencemar yang reaktif, seperti NO_X dan O₃, dibutuhkan model yang mampu mempertimbangkan reaksi-reaksi yang dapat terjadi di udara. Meskipun kerumitan setiap model berbeda-beda, namun tetap saja melibatkan persamaan dispersi pencemar yang sederhana.

B.      Macam-macam Model Dispersi

Model dispersi kualitas udara dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis sumber, ground level, jenis polutan, waktu rata-rata dan reaksi tmosferik. Beberapa contoh persamaan matematik yang digunakan dalam menghitung konsentrasi dispersi polutan, antara lain:

• Model Pasquill, digunakan untuk analisis dampak terhadap kualitas udara untuk sumber titik

• Model untuk sumber titik pada griund level

• Model untuk sumber area pada ground level atau sumber garis

Selain perhitungan metematis, sekarang juga telah dikembangkan perhitungan dengan basis komputerisasi. Beberapa model dispersi yang dikembangkan dalam bentuk software adalah SCREEN, FDM (Fugitive Dust Model), EDMS (Emission and Dispersion Modeling System), SLAB dan lain sebagainya. Model dispersi atmosferik dapat diskenariokan dengan jenis dan kuantitas polutan udara yang berbeda.

Berikut adalah model disperse yang banyak digunakan dalam permodelan kualitas udara:

1.       Model Gaussian

Model kualitas udara digunakan untuk mengkaji konsentrasi pencemar di udara ambien. Tujuan dari model ini adalah memformulasikan secara matematis hubungan antara sumber emisi terhadap konsentrasi pencemar di udara ambien, sehingga hasil model tersebut dapat menjadi acuan apakah suatu daerah tergolong pada daerah yang tercemar atau tidak.

Model dapat dibangun dari persamaan yang sederhana hingga yang rumit, tergantung pada sifat dari pencemar yang akan dikaji. Pencemar seperti CO dan SO2 tidak membutuhkan model yang rumit untuk mengkajinya, karena pencemar tersebut memiliki sifat yang sederhana, sehingga konsentrasinya di ambien cukup hanya mempertimbangkan penyebaran fisis yang sederhana. Sedangkan untuk pencemar yang reaktif, seperti NOX dan O3, dibutuhkan model yang mampu mempertimbangkan reaksi-reaksi yang dapat terjadi di udara.

Meskipun kerumitan setiap model berbeda-beda, namun tetap saja melibatkan persamaan dispersi pencemar yang sederhana. Persamaan dispersi yang umumnya digunakan untuk mengkaji penyebaran pencemar secara sederhana adalah persamaan Gauss. Pada persamaan Gauss, penyebaran pencemar pada arah vertikal dan horizontal diasumsikan terjadi secara difusi yang sederhana di sepanjang arah angin berhembus. Berikut adalah bentuk persamaannya :

dimana χ : Konsentrasi pencemar (g/m3)

Q : Laju emisi pencemar (g/s)

u : Kecepatan angin pada ketinggian cerobong (m/s)

σy : Standar deviasi konsentrasi pencemar dalam arah-y (m)

σz : Standar deviasi konsentrasi pencemar dalam arah-z (m)

y : Jarak horizontal reseptor dari sumber dalam arah-y

z : Jarak vertikal reseptor dari sumber dalam arah-y

H : Tinggi efektif pencemar (hs + dH)

dH : Plume rise

Persamaan tersebut memiliki beberapa asumsi, yaitu:

– Penyebaran kepulan memiliki distribusi normal/Gauss

– Laju emisi (Q) konstan dan berkesinambungan

– Kecepatan dan arah angin uniform

– Kondisi pencemar steady state, atau tidak akan berubah terhadap waktu

– Reaksi yang melibatkan senyawa pencemar di udara diabaikan

Persamaan ini umumnya digunakan untuk memprediksi konsentrasi pencemar yang diemisikan oleh suatu cerobong asap. Ilustrasi dibawah ini dapat menggambarkan secara jelas pencemar yang diemisikan dari sebuah cerobong dan penyebarannya yang mengikuti pola distribusi Gauss

Pada gambar, terlihat bahwa pencemar hanya terdispersi ke arah dimana angin (u) berhembus, maka dari itu persamaan Gauss memiliki asumsi bahwa angin berhembus ke arah yang sama dengan magnitudo yang konstan sepanjang waktu.

Terlihat pula bahwa ketinggian efektif pencemar (H) lebih tinggi dibandingkan dengan ketinggian cerobongnya (hs), sehingga parameter H harus dihitung terlebih dahulu, yaitu dengan cara menambahkan hs dengan plume rise-nya. Nilai plume rise ini bergantung pada banyak parameter.

Ukuran kepulan pencemar sangat bergantung pada stabilitas atmosfer dan dispersi pencemar dalam arah horizontal dan vertikal. Koefisien horizontal dan vertikal (σy and σz ) ini merupakan standar deviasi dari distribusi Gauss dalam arah y dan z. Koefisien ini merupakan fungsi dari angin, tutupan awan dan pemanasan oleh sinar matahari.

2.       Model Box (model Eddy)

Model Box dapat digunakan untuk jenis sumber polutan satu titik, lebih dari satu titik, area, garis, dan hybrid type. Model ini menggunakan konsep tinggi percampuran yang cocok untuk prediksi dari sumber area. Model Box menggunakan persamaan matematik dasar:

C= (Q t )/ (x y z)

Dimana :

C             =             Konsentrasi rata-rata gas atau partikel <20 mikron yang terdapat dalam box termasuk backgroun level, µg/m3

Q             =             Debit rata-rata gas atau partikel < 20 mikron yang dikeluarkan dari sumber, µg/sec

t              =             Periode waktu menggunakan asumsi bahwa terjadi pencampuran sempurna dalam box, sec

x              =             Downwind dimension of box, m

y              =             Crosswind dimension of box, m

z              =             Vertical dimension of box, m

Model Box menggunakan asumsi bahwa :

1.            polutan yang diemisikan ke atmosfer adalah tercampur sempurna dalam volume atau Box udara (Canter, 1985).

2.            dimensi waktu dan fisik dalam kondisi steady state.

3.            polutan trcampur sempurna dan proses dilusi terjadi secara instan

4.            material yang diemisikan memiliki kestabilan kimia dan tetap tinggal dalam udara