Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi,...
Transcript of Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi,...
![Page 1: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/1.jpg)
Aliran gas dan partikel
(konveksi, dispersi,
settling)
Abdu Fadli AssomadiLaboratorium Pengelolaan Pencemaran Udara dan
Perubahan Iklim
![Page 2: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/2.jpg)
Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan mengikuti
aliran) dan difusi (perpindahan kontamian karena
perbedaan konsentrasi) adalah proses yang sangat
berpengaruh pada fate dan transport kontaminan.
Kedua proses ini, adveksi/konveksi dan difusi,
menyebabkan senyawa-senyawa terlarut (densitas
disekitar densitas pelarut) akan mengalami dispersi
(penyebaran), dengan arah plume mengikuti aliran fluida
Senyawa-senyawa yang tidak terlarut (densitas >
densitas pelarut) akan mengalami settling atau (densitas
< densitas pelarut) akan mengalami penguapan,
mengapung, sehingga terpisah dari aliran
![Page 3: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/3.jpg)
Fenomena Aliran, Adveksi,
difusi
![Page 4: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/4.jpg)
Difusi Transfer Massa Pencemar transfer massa melalui difusi dapat dianalogkan dengan
fenomena transfer panas melalui proses konduksi dan
aliran fluida laminar (transfer momentum).
persamaan laju yaitu:
Jika diasumsikan luasan sebagai satu unit luas (A),
maka resistensi akan sebanding dengan luas yang
dilalui zat ketika berdispersi, sehingga
persamaan difusi Fick
![Page 5: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/5.jpg)
Gradien konsentrasi dalam perubahan
posisi x
Transfer massa Jumlah molar yang
dipindahkan setiap
unit waktu (J) = fluks
molar
Perbedaan konsentrasi
molar zat dua posisi
(dC)
Jarak/koefisien
difusi.luasan
(dx)/(D.A)
![Page 6: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/6.jpg)
Koefisien Difusi
Perkirakan koefisien difusi uap air pada 2 atm dan 75 0C,
jika koefisien difusi uap air 0,219 x 10-4 m2s-1 pada 1 atm
dan 0 0C (gunakan n=1,75)!
Konversi satuan temperatur ke K, sehingga T0 = 273,15
K dan P0 = 1 atm; T = 348,15 K dan P = 2 atm; n = 1,75;
dan D0 = 0,219 x 10-4 m2s-1. Menggunakan persamaan di
atas maka nilai koefisien difusi pada 2 atm dan 75 0C,
adalah:
![Page 7: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/8.jpg)
L: panjang Monin-Obukhov Merupakan ketinggian dari permukaan dimana
turbulensi karena gaya mekanikal dan gaya
bouyancy adalah sama (equal)
Nilai L juga merupakan ukuran stabilitas
lapisan permukaan
Stable: L>0 (q<0)
Unstable: L<0 (q>0)
Netral: L=~ (q=0)
![Page 9: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/9.jpg)
Persamaan Difusi Atmosfer
Dimana, u,v,w adalah vektor angin pada
arah sumbu x,y,z; dan Kxx, Kyy, Kzz
merupakan koefisien difusivitas Eddy
Nilai-nilai difusivitas eddy akan sangat
diengaruhi oleh kondisi stabilitas atmosfer
![Page 10: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/10.jpg)
Koefisien Difusifitas Eddy – Vertikal Kzz
Didasarkan pada kesamaan L Monin-Obukhov dengan
data observasi atau data generated.
Kzz untuk lapisan permukaan:
![Page 11: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/11.jpg)
Kondisi stabil
Persamaan kedua adalah modifikasi
Businger dan Arya (1974); dan diusulkan
nilai Kzz antara 0,5 – 5 m2/detik
![Page 12: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/12.jpg)
Kondisi Netral
Modifikasi Myrup and Ranzieri (1976)
Modifikasi Shir (1973)
![Page 13: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/13.jpg)
Kondisi Unstable
Biasanya ada inversi pada z=zi
![Page 14: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/14.jpg)
Koefisien Difusifitas Eddy –
horisontal Kxx-Kyy
Nilai koefisien difusi horisontal pada
keadaan statis, akan sama ke semua
arah, sehingga Kxx = Kyy
Pada fluida yang bergerak ke arah x;
maka biasanya nilai vx jauh lebih besar
dibanding dengan Kxx, dengan demikian
nila Kxx bisa diabaikan (Kxx~ 0)
![Page 15: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/15.jpg)
Hubungan Kyy dengan σ2
Pada range kondisi meteorologikal
typical, nilai difusivitas kondisi unstabil
biasanya 50 – 100 m2 /s
![Page 16: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/16.jpg)
Penyelesaian Persamaan Difusi
Atmosfer (Steady-state)
Dengan asumsi pergerakan ke arah x
dominan, sehingga Kxx=0; v,w = 0 maka
persamaan difusi atmosfer (slide 9)
menjadi:
![Page 17: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/17.jpg)
1) Untuk point source
Huang (1979)
![Page 18: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/18.jpg)
I-v: dimodifikasi dari fungsi Bessel
order pertama –v
Jika diasumsikan p=n=0 maka
persamaan ini dapat disederhanakan
menjadi
![Page 19: Aliran gas dan partikel (konveksi, dispersi, settling)personal.its.ac.id/files/material/4103-assomadi-M-6_Aliran gas dan... · Konveksi dan Difusi Fenomena konveksi (perpindahan kontaminan](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022012307/5a77f9f47f8b9a1b688e6042/html5/thumbnails/19.jpg)
Diffusion from a Line Source
Konsentrasi downwind rata-rata terus menerus dari
sumber dengan ketinggian h, dan laju emisi q1 (gm-
2s-1)