PPB Intakindo Juni 2015 Prakiraan Dampak Kualitas Udara Yeremiah R. Tjamin

Pendekatan Prakiraan Dampak

Dasar Pemodelan Dispersi Sistem koordinat Konsep dasar Distribusi Gauss (dispersi) Persamaan Gauss Asumsi model Keterbatasan model Plume rise

Y (Cross-wind) Z X (Downwind) X 3 X 2 X 1 Stack Emissions Q, g/s Wind Flow Vector u, m/s Plume Centerline Reseptor (x,y,z) x y z Sistem Koordinat

Y Z X X 3 X 2 X 1 Q, g/s Q u, m/s Konsep Dasar: Kekekalan Massa

Y Z X X 3 X 2 X 1 Q, g/s Q u, m/s Konsep Dasar: Konsentrasi, x (ug/m 3 )

Y Z X X 3 X 2 X1X1 Q=100 g/s Q u = 5 m/s 5 m Asumsi semua polutan (100 g) berada dalam kotak 1000 x 1000 x 5 m 3  t = 1 s 1000 m X m Contoh: Selama  t, terjadi emisi 100 g, seiring bidang YZ bergerak 5 m

Y Z X X 3 X 2 X1X1 Q=100 g/s Q u = 5 m/s 5 m X m Rataan Keseluruhan Konsentrasi (X) setelah 1 detik X = 100 g / 5,000,000 m 3 X = g/m 3 or X = 20 ug/m 3 Sebetulnya bagaimana distribusi polutan dalam volume ini? Asumsi semua polutan (100 g) berada dalam kotak 1000 x 1000 x 5 m 3

Distribusi Gauss Atau disebut juga: Distribusi Normal Distribusi Nilai Baku Kurva Lonceng

Distribusi Gauss   1.0  2.15 

Distribusi Gauss H h s h h h s H Y Z X Sumber Titik Virtual ZZ YY Batas Plume pada 0.1 of X CL

H h s h h h s H Y Z X ZZ YY Persamaan Distribusi Normal

H h s h Y Z X ZZ YY Distribusi Cross-wind x y z

H h s h Y Z X ZZ YY x y z Distribusi Vertikal

H h s h Y Z X ZZ YY x y z Apa yang terjadi saat distribusi vertikal mencapai permukaan tanah?

z x Bum!

z x Masuk ke dalam tanah?

z x Dipantulkan

z x Konsentrasi total = sumber + yang dipantulkan

z x z z H Jarak dari garis tengah ke reseptor : H - z H Reflected Source Jarak dari garis tengah ke reseptor: H + z H + z Dari Sumber Dari Yang Dipantulkan Total

Persamaan Gauss Untuk Pemodelan Dispersi

Koef Dispersi Cross-wind  y A B C D E F ,000 10, Distance Downwind, km  y, meters Pasquill-Gifford Sigmas Rural 0.1 A-B McElroy-Pooler Sigmas Urban C D E-F

Koef Dispersi Vertikal  z ,000 10, Distance Downwind, km  z, meters A B C D E F Pasquill-Gifford Sigmas Rural McElroy-Pooler Sigmas Urban A-B C D E-F

Buoyancy Induced Dispersion  e = [   + (  h / 3.5) 2 ] 1/2

Parameter Meterologi Stabilitas Atmosfer Solar Angle Angin: arah dan kecepatan Suhu Mixing Height Tutupan awan

Kategori Stabilitas Untuk deskripsi dispersi yang terjadi Kuantifikasi turbulensi atmosfer

Kategori Stabilitas Atmosfer Kategori stabilitas untuk pemodelan dispersi  A (1) – sangat tidak stabil  B (2) – tidak stabil  C (3) – agak tidak stabil  D (4) - netral  E (5) – agak stabil  F (6) - stabil

Kategori Stabilitas Surface Wind Day Night Speed at 10 m Incoming Solar Radiation (Insolation) Thinly Overcast  3/8 (m/s) or  4/8 Low Cloud Strong Moderate Slight Cloud Cover Cover < 2 A A - B B F F A - B B C E F B B - C C D E C C - D D D D > 6 C D D D D Untuk kondisi berawan baik siang maupun malam diasumsikan kategori netral (D) Malam didefinisikan sebagai periode 1 jam sebelum matahari terbenam sampai 1 jam setelah matahari terbit

Insolation Sky Cover Solar Elev. Angle Solar Elev. Angle Solar Elev. Angle (Opaque or Total) > 60 O  60 O and > 35 O  35 O and > 15 O 4/8 or Less or Any Amount of Strong Moderate Slight High Thin Clouds 5/8 to 7/8 Middle Clouds (7,000 to Moderate Slight Slight 16,000 ft) 5/8 to 7/8 Low Clouds Slight Slight Slight (< 7,000 ft)

Kebutuhan Data Meteorologi Untuk Pemodelan Data hipotetik (screening): SCREEEN3, AERCREEN Data per jam (pemodelan rinci): ISCST3, AERMOD

Model mengasumsikan: Kekekalan massa Kondisi tetap (Steady-State) untuk: Laju emisi emission Wind Suhu Stabilitas Homogeneous Surface True Point-Source Asumsi Kondisi Tetap (Steady State) U S = 1.0 m/s, Lokasi Receptor 5 km downwind Waktu tempuh adalah 5,000 detik atau 1,39 jam Apakah arah angin akan tetap selama 1,39 jam? Angin Riil Arah saat ini 5 km Arah angin Asumsi Model Model

usus plume centerline Kenaikan Perlahan Ketinggian Akhir x x f – Jarak ke Ketinggian Akhir  h H hshs momentum buoyancy Plume Rise (Δh)

Volumetric Flow Rate (V f, m 3 / sec) V f = V s  d 2 /4 V s : Kecepatan emisi d : diameter (dalam) cerobong Buoyancy Flux (F, m 4 / sec 3 ) g : konstanta gravitasi T s : suhu emisi T a : suhu udara ambien F = (g/  V f (T s -T a ) / T s Brigg’s Buoyant Plume Rise

Jarak saat turbulensi > Entrainment (x*, m) If F 55: x* = 34 F 2/5 Jarak ke ketinggian akhir (x f, m) x f = 3.5 x* Plume Rise (  h, m) u s : kecepatan angin rataan di ujung cerobong x : jarak dari cerobong searah sumbu x If x > x f, x = x f "Final Rise" P  h = (1.6 F 1/3 x 2/3 ) / (u s ) Brigg’s Buoyant Plume Rise: Untuk Kondisi Tidak Stabil atau Netral (Kelas Stabilitas A-D)

s = g (d  / dz ) / (T a ) d  / dz = untuk E d  / dz = untuk F Stability parameter ( s, 1 / s 2 ) g : konstanta gravitasi (9.8 ms -2 ) d  : perubahan suhu dz : perubahan ketinggian T a : suhu ambien Distance to Final Rise (  h, m) x f = (  u s ) / (s 1/2 ) Plume Rise (  h, m) If x > x f,  h = 2.6 F 1/3 / (u s s) "Final Rise"  h = (1.6 F 1/3 x 2/3 ) / (u s ) Brigg’s Buoyant Plume Rise: Untuk Kondisi Stabil (Kelas Stabilitas E & F)

Tidak Stabil/Netral ( A - D ) u s : kecepatan angin rataan d : diameter cerobong v : kecepatan emisi  h m = 1.5 [(v 2 d 2 T a ) / (4 T s u s )] 1/3 s -1/6 Stabil ( E - F )  h m = 3 d v / u s Yang lebih kecil dari: Brigg’s Momentum Plume Rise:

Karakteristik Sumber: Q = 100 g/s V s = 11.7 m/s T s = 432 O K d s = 2.4 m h s = 35 m  = ?  g/m x = 1300 m, y = 0 m 1300 m Data Meteorologi: u = 5.0 m/s T a = 30 O C Stabilitas = "3" ("C") L = 5000m z o = 10m (Pengukuran kecepatan angin) Konsentrasi? Contoh

Kecepatan Angin di Ketinggian Cerobong: u s = u m ( h / z o ) p [p = 0,10 untuk "C"] u s = 5,0 ( 35/10 ) 0.10 u s = 5,67 m/s Penyesuaian Kecepatan Angin Di Ketinggian Cerobong

Volumetric Flow Rate Perhitungan Plume Rise V f = V s  d 2 /4 V f = 11.7  (2.4) 2 / 4 V f = 52.9 m 3 /s Perhitungan Buoyancy Flux F = (g/  V f (T s -T a ) / T s F = (9.8/  52.9 ( ) / 432 F = 49,28 m 4 /s 3

Jarak Ke Ketinggian Akhir x* = 14 F 5/8 (F < 55) x* = 14 (49,28) 5/8 x* = 159,97 m x f = 3,5 x* x f = 3,5 (159,97) x f = 559,91 m Perhitungan Plume Rise (2)

 h = (1,6 F 1/3 x 2/3 ) / (u s )  h = [(1,6)(49,28) 1/3 (559,91) 2/3 ] / (5,67)  h = 70,3 m Perhitungan Plume Rise (3)  h m = 3 d V s / u s  h m = 3 (2,4) (11,7) / 5,67  h m = 14,9 m Hitung Buoyant Plume Rise Hitung Momentum Plume Rise

H = h s +  h H = ,3 H = 105,3 m Tinggi Akhir Plume

Untuk stabilitas "C": Koef Dispersi Horizontal:  ey = [  y 2 + (  h / 3,5) 2 ] 1/2  ey = [ (130.9) 2 + (70,3/ 3,5) 2 ] 1/2  ey = 132,4 m Koef Dispersi Vertical:  ez = [  z 2 + (  h / 3,5) 2 ] 1/2  ez = [ (77,7) 2 + (70,3 / 3,5) 2 ] 1/2  ez = 80,3 m Perhitungan  y &  z

y = 0 z = 0 u s = 5,67 m/s  y = 132,4 m  z = 80,6 m H = 105,3 m Q = 100 g/s Data Input Perhitungan Dispersi Berdasarkan Persamaan Gauss

e 0 = 1 0,85160,  = 0, x 1 x 0,8516  = 0, g/m 3 or  = 224,0  g/m 3

Penerapan Dengan MS Excel: Model Sumber Garis (Line Source)

Penerapan Dengan ScreenView

ScreenView (2)

ScreenView (3)

Grafik Hasil

Tabel Hasil

Terima Kasih