Studi Numerik Sistem Ventilasi Udara Dalam Mengontrol Penyebaran dan Penularan Droplet Aerosol Pada Ruang Kelas

Hakim, Luthfi (2025) Studi Numerik Sistem Ventilasi Udara Dalam Mengontrol Penyebaran dan Penularan Droplet Aerosol Pada Ruang Kelas. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7007211012-Doctoral.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (9MB) | Request a copy

Abstract

Penyebaran penyakit menular melalui udara, terutama yang disebabkan oleh virus seperti SARS-CoV-2, telah menjadi perhatian global dalam beberapa tahun terakhir. Droplet Aerosol yang dihasilkan dari aktivitas pernapasan seperti batuk, bersin, atau berbicara dapat membawa penyakit menular dan melayang di udara dalam waktu yang cukup lama sehingga dapat meningkatkan risiko penularan. Ventilasi yang baik dan aliran udara yang terkontrol dalam ruang kelas adalah faktor kunci dalam mengurangi konsentrasi droplet aerosol pembawa penyakit menular. Desain ruang kelas yang ada saat ini belum mempertimbangkan keamanan dari penyebaran Droplet Aerosol pembawa virus. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain ruang kelas yang aman dari penyebaran Droplet Aerosol pembawa virus melalui pendekatan Computational fluid Dynamics (CFD). Penelitian ini dilakukan menggunakan pendekatan Multicomponet Eulerian-Lagrangian untuk mengidentifikasi pergerakan partikel Droplet Aerosol pembawa virus dan persamaan RANS untuk mensimulasikan aliran udara di dalam ruang kelas. Droplet Aerosol pembawa virus terdiri dari 98.2% komponen volatile dan 0.18% komponen non-volatile. Kriteria ruang kelas yang aman didasarkan pada jumlah partikel yang menempel pada tubuh siswa (trapped), melayang (suspended) di udara dan keluar ruang kelas (escape) melalui jendela/pintu. Parameter simulasi mencakup temperatur, relative humidity, ukuran droplet dan pola pengaturan operasi AC (3 m/s dan 5m/s). Hasil penelitian menunjukkan bahwa skema terbaik dalam mengurangi penyebaran dan penularan Droplet Aerosol pembawa virus adalah skema 1, yaitu semua jendela tertutup dan pintu terbuka (OAR 1.61%) dengan ACU yang dipasang pada dinding samping kelas. Pada kecepatan aliran udara 3 m/s, jumlah partikel yang menempel, melayang, dan keluar secara berurutan 101, 106, dan 4394 partikel dari 4600 partikel. Sedangkan pada kecepatan aliran udara 5 m/s, jumlah partikel yang menempel, melayang, dan keluar secara berurutan 70, 1, dan 4529 dari 4600 partikel. Ditinjau dari data sebaran droplet aerosol, ventilasi udara yang efektif dalam mengendalikan penyebaran partikel di dalam ruang kelas ditandai oleh minimnya partikel yang melayang di udara (suspended), rendahnya jumlah partikel yang menempel (trapped), dan tingginya fraksi partikel yang keluar dari ruangan (escaped).
=======================================================================================================================================
The spread of airborne infectious diseases, especially those caused by viruses such as SARS-CoV-2, has become a global concern in recent years. Aerosol droplets generated from respiratory activities, such as coughing, sneezing, or talking, can carry infectious diseases and remain airborne for an extended period, thereby increasing the risk of transmission. Good ventilation and controlled airflow in classrooms are key factors in reducing the concentration of infectious disease-carrying aerosol droplets. The current classroom design has not considered safety from the spread of virus-carrying Aerosol Droplets. Therefore, the objective of this study is to obtain a classroom design that is safe from the spread of virus-carrying Aerosol Droplets through a Computational fluid Dynamics (CFD) approach. This study employed the Multicomponent Eulerian-Lagrangian approach to investigate the movement of virus-carrying Aerosol Droplet particles and utilized the RANS equation to simulate airflow in the classroom. Virus-carrying Aerosol Droplets consist of 98.2% volatile components and 0.18% non-volatile components. The criteria for a safe classroom are based on the number of particles that stick to the student's body (trapped), float (suspended) in the air, and exit the classroom (escape) through the window/door. The simulation parameters include temperature, relative humidity, droplet size, and AC operation patterns (3 m/s and 5 m/s). The results showed that the best scheme in reducing the spread and transmission of virus-carrying Aerosol Droplets was scheme 1, i.e., all windows closed and doors open (OAR 1.61%), with ACUs installed on the side walls of the classroom. At an airflow velocity of 3 m/s, the number of particles attached, drifted, and exited were 101, 106, and 4394 particles out of 4600 particles, respectively. Whereas at an airflow velocity of 5 m/s, the number of particles that stick, float, and exit are 70, 1, and 4529 out of 4600 particles, respectively. Judging from the aerosol droplet distribution data, air ventilation that is effective in controlling the spread of particles in the classroom is characterized by the minimum number of particles floating in the air (suspended), the low number of particles attached (trapped), and the high fraction of particles that leave the room (escaped).

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Droplet Aerosol, Evaporasi, Multikomponen Eulerian-Lagrangian. Droplet Aerosol, Evaporation, Eulerian-Lagrangian Multicomponent.
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA357 Computational fluid dynamics. Fluid Mechanics T Technology > TD Environmental technology. Sanitary engineering > TD887.B58 Air pollutants. Bituminous materials
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Luthfi Hakim
Date Deposited:	05 Aug 2025 08:49
Last Modified:	05 Aug 2025 08:49
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/127124

Actions (login required)

View Item