Bryan Umbu Papi Hanggamara_2306155432_Metode Numerik Karya Ilmiah
A. Judul Proyek
I”Implementasi Metode Numerik dalam Simulasi
Dispersi Gas Berbahaya Menggunakan Software
ALOHA”.
Studi Kasus: Kebocoran Gas Klorin (Cl2) di
Gedung Laboratorium CCIT FTUI
B. Nama Lengkap Penulis
Bryan Umbu Papi Hanggamara (Npm: 2306155432)
C. Afiliasi
Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia
D. Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis risiko dan pola sebaran dispersi gas beracun Klorin (Cl2) akibat kebocoran tangki silinder di Laboratorium CCIT FTUI menggunakan pendekatan komputasi berbasis software ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres). Metode komputasi numerik digunakan untuk menyelesaikan persamaan diferensial transpor massa gas berat (heavy gas) yang dipengaruhi oleh parameter atmosferik dan geometri tangki. Studi kasus didasarkan pada skenario kegagalan teknis berupa korosi pada safety valve tangki dengan diameter kebocoran 0,5 cm pada Senin, 4 Mei 2026, pukul 13.00 WIB. Hasil simulasi menunjukkan terbentuknya tiga zona ancaman paparan (AEGL) yang memanjang searah mata angin dominan. Analisis sensitivitas arah angin (Confidence Lines) sebesar ±20° menunjukkan potensi paparan sekunder pada area krusial seperti CCIT FTUI, Arsitektur, Ruang seni Fakultas Teknik, hingga hingga kantin FTUI. Berdasarkan visualisasi komputasi tersebut, dirumuskan Standard Operating Procedure (SOP) mitigasi bencana yang mencakup evakuasi horizontal arah Upwind/Crosswind (menuju Utara atau Barat) serta strategi evakuasi vertikal ke lantai 3 ke atas untuk meminimalisir fatalitas korban jiwa. Metode Evakuasi (Upwind & Crosswind): Mengingat arah sebaran gas membentang tegak lurus dari Utara ke Selatan, rute penyelamatan sivitas akademika FTUI tidak boleh mengarah ke Selatan, Evakuasi harus diarahkan menuju Utara (Gedung Dekanat/Office for Dean of Engineering Faculty) atau bergerak menyamping (crosswind) ke arah Barat (Gedung Teknik Industri/i-CELL FTUI) yang berada di luar jangkauan awan gas.
Gambaran Zona ancaman yang terjadi di FTUI
Zona Ancaman
E. Author Declaration
1. Deep Awareness (of) I
Penulis memiliki kesadaran mendalam (Deep Awareness) bahwa pemodelan komputasi dalam teknik mesin bukan sekadar pemenuhan tugas akademis, melainkan sebuah instrumen krusial yang berkaitan langsung dengan keselamatan nyawa manusia (safety-critical engineering) dengan study kasus yang mengarah kepada pemodelan jika terjadi kebocoran gas pada gedung CCIT FTUI dan meberikan pemodelan metode keselamatan yang harus dilakuan jika terjadinya dispresi gas ketika terjadinya kebocoran. Gas Klorin (Cl2) memiliki karakteristik fisik sebagai gas berat (vapor density lebih besar dari udara), sehingga secara alami akan mengendap di permukaan tanah dan memenuhi ruang-ruang bernapas manusia sebelum terdispersi sepenuhnya ke atmosfer atas. Di lingkungan padat civitas akademika seperti Fakultas Teknik Universitas Indonesia, keterlambatan hitungan menit dalam memprediksi arah dan konsentrasi racun dapat berakibat fatal secara massal. Penulis juga menyadari batasan inheren dari idealisasi model matematika numerik yang digunakan oleh software komputasi di mana kondisi atmosfer riil sering kali mengalami fluktuasi mikroklimat yang tidak sepenuhnya terakomodasi oleh model tunak (steady-state). Oleh karena itu, penerapan analisis sensitivitas (Confidence Lines) menjadi bentuk tanggung jawab moral profesional penulis untuk memastikan batas aman evakuasi tidak meremehkan risiko nyata di lapangan.
2. Intention of the Project Activity
Proyek tugas besar ini diniatkan secara tulus untuk mentransformasikan persamaan numerik abstrak pengangkutan fluida menjadi sebuah produk analisis taktis yang aplikatif. Niat utama aktivitas ini adalah menghitung dispresi gas yang tersebar ke lingkungan sehingga dapat menyediakan landasan data kuantitatif yang valid bagi Unit K3L FTUI dalam merancang SOP mitigasi kedaruratan tanggap bencana. Penulis berkomitmen menghasilkan visualisasi peta sebaran yang akurat demi melindungi keselamatan jiwa rekan-rekan mahasiswa, dosen, dan masyarakat sekitar lingkungan kampus dari ancaman kontaminasi zat toksik akut.
Kesimpulan: Tujuan utama dari analisis ini adalah untuk mengevaluasi dampak fatal, memetakan sebaran paparan toksik, serta merumuskan strategi mitigasi keselamatan darurat bagi civitas akademika di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Indonesia (FTUI) menggunakan pemodelan numerik
F. Introduction
Pemodelan dispersi gas berbahaya merupakan pilar penting dalam rekayasa keselamatan proses (process safety engineering). Ketika terjadi kegagalan pada bejana tekan yang menyimpan zat kimia beracun, proses evakuasi tidak dapat dilakukan secara acak karena arah penyebaran polutan sangat bergantung pada kondisi termofluiditas lingkungan sekitar. Metode analitis konvensional sering kali tidak mampu menyelesaikan persamaan atenuasi konsentrasi pada polutan jenis gas berat yang melibatkan interaksi kompleks antara gaya gravitasi, gesekan permukaan tanah, dan turbulensi atmosferik.
1. nitial Thinking & Kronologi Masalah:
Pemikiran awal pengerjaan proyek ini dipicu oleh skenario kecelakaan teknis yang disimulasikan terjadi pada:
– Waktu & Lokasi: Senin, 4 Mei 2026, Pukul 13.00 WIB, Gedung Laboratorium CCIT FTUI, Depok.
– Penyebab Kegagalan: Terjadinya korosi lokal yang parah pada komponen safety valve tangki silinder horizontal penampung gas.
– Sumber Bahaya fisik: Terbentuknya lubang bocor kontinu berdiameter 0,5 cm pada dinding tangki gas bertekanan.
– Dampak Klinis Awal: Dalam hitungan menit, paparan awal menyebabkan mahasiswa di sekitar laboratorium mengalami iritasi mata hebat, batuk konvulsif, dan kesulitan bernapas (hipoksia ringan).
G. Methods & Procedures
1. Idealization (Idealisasi Model)
Untuk menyelesaikan persamaan diferensial parsial dispersi fluida ke dalam kode komputasi software ALOHA, dilakukan beberapa idealisasi dan penyederhanaan sistem fisis sebagai berikut:
| Komponene Sistem | Kondisi Nyata di Lapangan | Idealisasi Numerik |
| Karakteristik Fluida | Gas Klorin komersial bertekanan | Zat Toksik Akut dengan model Heavy Gas (bukan Gaussian murni) karena kerapatan uap Cl2 > udara. |
| Geometri Sumber | Tangki silinder horizontal riil di lab | Tangki silinder horizontal ideal, diameter bocor konstan 0,5 cm tanpa deformasi plastik lanjutan. |
Profil Angin | Kecepatan dan arah angin fluktuatif | Kecepatan angin dianggap tunak (steady) pada nilai rata-rata rendah, arah dominan searah sumbu koordinat utama. |
Stabilitas Atmosfer | Turbulensi termal lokal dari beton kampus | Kondisi atmosfer stabil standar sesuai klasifikasi Pasquill-Gifford. |
2. Instruksi (Set):
Langkah-langkah sistematis input komputasi pada software ALOHA dijabarkan dalam urutan instruksi berikut:
- Pengaturan Lokasi & Waktu: Inisialisasi koordinat geografis Gedung CCIT FTUI Depok, masukkan konfigurasi waktu eksekusi (Senin, 4 Mei 2026, 13.00 WIB).
2. Pemilihan Zat (Chemical Selection): Pilih Klorin (Cl2) dari database zat murni untuk mengaktifkan parameter konstanta fisik (berat molekul, titik didih, batas toksisitas AEGL).
3. Input Parameter Atmosferik (Atmospheric Options): Masukkan nilai kecepatan angin rendah, arah mata angin asal, temperatur lingkungan, dan tingkat kelembaban udara ruangan/luar ruangan.
4. Konfigurasi Sumber Kebocoran (Source Options): Pilih menu ‘Tank’, atur orientasi horizontal, masukkan dimensi tangki, isi volume fasa cair/gas di dalamnya, lalu tentukan diameter kebocoran sebesar 0,5 cm pada posisi safety valve.
5. Eksekusi Solusi Numerik (Calculation): Jalankan solver ALOHA untuk memproses kalkulasi penyerapan, ekspansi volume gas berat, dan dispersi hilir (downwind dispersion).
6. Visualisasi Output (Threat Zone): Tampilkan grafik plot zona ancaman berdasarkan parameter batas AEGL-1, AEGL-2, dan AEGL-3.
H. Results & Discussion
Visualisasi output dari solver ALOHA menghasilkan pemetaan area persebaran gas beracun yang dibagi menjadi 3 tingkatan Zona Ancaman (Threat Zone) berdasarkan ambang batas paparan akut paparan kimia (AEGL – Acute Exposure Guideline Levels):
- Zona Merah (Ambang AEGL-3): Area paling mematikan yang berada paling dekat dengan titik bocor Laboratorium CCIT. Konsentrasi gas klorin di zona ini berada pada tingkat tinggi yang dapat menyebabkan efek kesehatan fatal atau kematian pada individu jika terpapar dalam durasi singkat tanpa alat pelindung diri (APD).
- Zona Oranye (Ambang AEGL-2): Area sekunder di mana konsentrasi gas dapat memicu disabilitas ireversibel, cedera serius, atau penurunan kemampuan meloloskan diri bagi civitas akademika yang terjebak. Area ini melingkupi koridor penghubung antar gedung laboratorium di FTUI.
- Zona Kuning (Ambang AEGL-1): Area terluar yang mengalami dampak minimal berupa iritasi ringan, bau menyengat, atau ketidaknyamanan sementara yang dapat pulih kembali secara cepat.
Analisis Sensitivitas Arah Angin (Confidence Lines):
Berdasarkan visualisasi garis batas kepercayaan (Confidence Lines) berbentuk radius lingkaran kuning putus-putus pada output simulasi, terkonfirmasi adanya pengaruh ketidakpastian arah sebaran akibat kondisi kecepatan angin yang rendah dan atmosfer yang stabil. Jika terjadi fluktuasi arah angin sekecil ±20°, sumbu utama sebaran polutan akan bergeser secara signifikan. Analisis overlay geografis menunjukkan bahwa area krusial kampus seperti Gedung Teknik Kimia, kantin Teknik UI, gedung kesenian FTUI, area wisata Danau Puspa, hingga kompleks pemukiman warga di Kukusan Barat turut masuk ke dalam potensi perluasan radius paparan toksik.
Karakteristik fisik klorin sebagai gas berat menyebabkan akumulasi massa polutan menumpuk dekat dengan elevasi tanah, memperpanjang durasi tinggal zat beracun di area koridor terbuka kampus, terutama pada area yang tertutup oleh vegetasi lebat atau penghalang bangunan struktural.
I. Kesimpulan, Penutup, Rekomendasi
Guna menindaklanjuti hasil simulasi dan analisis risiko yang telah diperoleh,ini merupakan saran yang direkomendasikan adalah
sebagai berikut: Zona Kepercayaan Angin (Confidence Lines):
1.Penyusunan Standard Operating Procedure (SOP) Evakuasi Kampus: Unit K3L FTUI disarankan menyusun jalur evakuasi yang bersifat Upwind (melawan arah datangnya angin) atau Crosswind (menyamping tegak lurus). Sivitas akademika di area terdampak (Gedung Teknik Kimia, Arsitektur, dan Teknika) harus diarahkan melakukan evakuasi horizontal menuju arah Utara (Gedung Dekanat/Kantin) atau ke arah Barat (Gedung Teknik Industri/i-CELL), bukan ke arah Selatan.
2.Strategi Evakuasi Vertikal: Mengingat karakteristik klorin sebagai gas berat yang mengendap di permukaan tanah, bangunan di dalam zona bahaya harus menyiapkan protokol evakuasi vertikal (shelter-in-place) ke lantai 3 atau lantai yang lebih tinggi dengankondisi ruangan yang terisolasi rapat jika evakuasi keluar gedung tidak memungkinkan.
3.Penyediaan Fasilitas Tanggap Darurat: Menyediakan alat pelindung diri khusus gas beracun seperti Self-Contained Breathing Apparatus (SCBA) dan masker respirator dengan filter gas asam/klorin di titik-titik laboratorium kritis, khususnya di sekitar Gedung CCIT dan Departemen Teknik Kimia.
4.Pengembangan Penelitian Lanjutan: penelitian selanjutnya dapat melakukan simulasi dengan variasi parameter meteorologi yang
lebih dinamis, seperti perbedaan kondisi stabilitas atmosfer pada malam hari atau variasi laju kebocoran tangki (leak rate) yang berbeda, guna memperkaya basis data kesiapsiagaan bencana kimia di area kampus Universitas Indonesia
j. Acknowledgments
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara selaku dosen pengampu mata kuliah Metode Numerik Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia. Bimbingan, wawasan filosofis mengenai metode kesadaran komputasi, serta tuntunan beliau dalam memahami fenomena fisis fluida telah membekali penulis dengan kemampuan berpikir kritis dalam menyelesaikan proyek tugas besar berbasis Deep Awareness 15 (DA15) ini secara komprehensif.
J. Literature Cited
Center for Chemical Process Safety (CCPS). (2010). Guidelines for Consequence Analysis of Chemical Releases. New York: John Wiley & Sons.
Environmental Protection Agency (EPA) & National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). (2016). ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres) User’s Manual. Washington, D.C.: Office of Emergency Management, EPA.
Siswantara, A. I. (2024). Metode Numerik dan Kesadaran Komputasi dalam Implementasi Rekayasa Teknik Mesin. Depok: UI Press.
