buku panduan praktikum ventilasi tambangudara pada keadaan tertentu dengan tekanan uap udara pada...
TRANSCRIPT
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM
VENTILASI TAMBANG
Penyusun :
Tim Dosen dan Asisten Ventilasi Tambang 2019/2020
PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK PERTAMBANGAN JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN“ YOGYAKARTA
2020
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadlirat Tuhan Yang Maha Esa atas hidayah
dan rahmat-Nya, sehingga penyusunan Buku Panduan Praktikum Ventilasi Tambang
ini dapat diselesaikan. Buku Panduan Praktikum ini disusun mengacu pada
kompetensi dasar dari mata kuliah Ventilasi Tambang, masukan dari alumni dan
industri pertambangan serta studi literatur.
Praktikum Ventilasi Tambang mencakup 6 acara praktikum, yaitu :
1. Pengukuran Data Kualitatif dan Kuantitatif Udara Tambang.
2. Simulasi Sistem Ventilasi Tambang Bawah Tanah Jaringan Seri dan Paralel
dengan Variasi Kecepatan Axial Fan dan Bukaan Regulator.
3. Pilot Tube dan Manometer U.
4. Pemodelan Jaringan Ventilasi Tambang Bawah Tanah Menggunakan Software
Kazemaru
5. Pemodelan Jaringan Ventilasi Tambang Bawah Tanah Menggunakan Software
Ventzim.
6. Studi Kasus Jaringan Ventilasi Tambang Bawah Tanah.
Perangkat Lunak (software) yang diperkenalkan pada Buku Panduan
Praktikum Ventilasi Tambang adalah Kazemaru. Software ini digunakan untuk
mensimulasikan kebutuhan udara bersih (segar) dan menentukan kuantitas dan
kualitas udara pada tambang bawah tanah.
Dalam kesempatan ini, kami menyampaikan penghargaan dan ucapan terima
kasih kepada :
1. Dr. Ir. Suharsono, MT. Dekan Fakultas Teknologi Mineral, Universitas
Pembangunan Nasional “Veteran“ Yogyakarta.
2. Dr. Edy Nursanto, ST, MT. Ketua Jurusan Teknik Pertambangan - FTM, UPN
“Veteran“ Yogyakarta.
3. Ir. Wawong Dwi Ratminah, MT. Koordinator Program Studi Sarjana Teknik
Pertambangan – FTM, UPN “Veteran” Yogyakarta.
4. Ir. Suyono, MS. Kepala Laboratorium Ventilasi Tambang, Program Studi
Sarjana Teknik Pertambangan – FTM, UPN “Veteran” Yogyakarta.
5. Seluruh Asisten yang telah bekerja keras dengan penuh rasa tanggung jawab
dalam persiapan dan pelaksanaan Praktikum Simulasi dan Komputasi
Pertambangan.
6. Semua pihak yang telah memberikan bantuan baik informasi, data maupun
pemikiran untuk penyusunan Buku Panduan Praktikum ini.
Harapan kami, semoga Buku Panduan Praktikum ini dapat bermanfaat, bagi
mahasiswa peserta praktikum Ventilasi Tambang, maupun pembaca pada umumnya.
Yogyakarta, 29 Desember 2019 Editor,
( Tim Dosen dan Asisten )
iii
DAFTAR ISI Halaman
KATA PENGANTAR ……………………………………………………….. ii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ v
DAFTAR TABEL …………………………………………………………….. vi
DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………. vii
BAB
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang …………………………………………………………. 1 1.2. Tujuan Praktikum ………………………………………………………. 1
II. PERALATAN
2.1. Digital Oxygen Meter …………………………………………………. 2 2.2. Digital Humadity / Anemometer ………………………………………. 3 2.3.Vane Anemometer …………………………………………………........ 5 2.4. Sling Psychrometer ……………………………………………………. 6 2.5. Fan …..………...………………………...………………………......... 7 2.6. Pitot Tube ……………………………...………………………............ 8 2.7. Manometer U ………………………...………………………………….. 9 2.8. Mine Ventilation Survey ……...………………………………………. 10 2.9. Shock Loss ………………...………………………………………….. 11
III. PENGUKURAN DATA DI LABORATORIUM
3.1. Tujuan Pengukuran …………………………………………………… 14 3.2. Pengukuran Yang Dilakukan Di Laboratorium ……………………….. 14 3.3. Cara Pengukuran ………………………………………………………. 15 3.4. Prosedur Percobaan …………………………………………………… 19 3.4.1. Pengukuran Kandungan Oksigen Menggunakan Digital Oxygenmter…………………………………………………………… 19 3.4.2. Pengukuran Kelembaban Udara Menggunakan Digital Humidity / Anemometer ………………………………………………………….. 22 3.4.3. Pengukuran Kelembaban Udara Dalam Ruang…………………. 24 3.4.4. Pengukuran Kecepatan Aliran Udara Pada Saluran Ventilasi…… 24 3.4.5. Pengukuran Tekanan Udara Dengan Pitot Tube dan Manometer U 25 3.4.6. Data Pengukuran………………………………………..…...…… 25
iv
IV. SISTEM ANALISA VENTILASI UDARA KAZEMARU
4.1. Garis Besar Sistem …………………………………………………… 27 4.1.1. Karakteristik Sistem …………………………………………… 27 4.1.2. Susunan Peralatan …………………………………………….. 28 4.2. Dasar-Dasar Pengoperasian Kazemaru ………………………………. 28 4.2.1. Pendahuluan …………………………………………………… 29 4.2.2. Istilah dan Simbol Pada Program Ini ………………………….. 30 4.2.3. Membuat Node Permukaan 1 dan 2 …………………………… 33 4.2.4. Membuat Node Bawah Tanah 3,4,5,6 dan 7 ………………….. 33 4.2.5. Temperatur Permukaan ……………………………………….. 34 4.2.6. Membuat Jalan ………………………………………………… 34 4.2.7. Membuat mesin Angin ………………………………………… 34 4.2.8. Menyimpan Data ………………………………………………. 35 4.3. Analisis …………………………………………………………......... 35 4.3.1. Edit dan Menganalisa ……………………………………......... 35 4.4. Simulation of Mine Fire ……………………………………………... 40 4.4.1. Metode Perhitungan …………………………………………… 41 4.4.2. Tindakan Untuk mengatasi Masalah Dalam Perhitungan Aliran Udara …………………………………………………… 43 4.5. Unit Sistem Data Unit SDT ………………………………………….. 43 V. STUDI KASUS JARINGAN VENTILASI TAMBANG BAWAH TANAH
5.1. Latar Belakang………………………………………………………… 45 5.2. Rumusan Masalah…………………………………………………….. 45 5.3. Tujuan Praktikum……………………………………………………… 45 5.4. Manfaat………………………………………………………………... 45 5.5. Prosedur Praktikum……………………………………………………. 46 DAFTAR PUSTAKA …………………...…………………………………….. 49
LAMPIRAN
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Digital Oxygenmeter ……………………………………………………. 2
2.2. Digital Humadity / Anemometer ………………………………………………. 3
2.3. Vane Anemometer ……………………………………………………….. 5
2.4. Sling Psychrometer ……………………………………………………… 6
2.5. Centrifugal Fan …..………...……….……………..……………….. ….. 7
2.6. Axial Fan ………………………………………..………….…………… 8
2.7. Pitot Tube …… …………………………………...……………………. 9
2.8. Manometer Pipa U …………….………………………………...……… 9
2.9. Peralatan Yang Digunakan Survey ………………………………..…….. 10
2.10. Metode pengukuran Kecepatan Aliran Udara ………………………….. 10
2.11. Shockloss Factor ………………………………………………………... 12
2.12. Shockloss Factor Pada perubahan Penampang Saluran Udara …………. 13
2.13. Shocloss Factor Pada Persimpangan Saluran Udara …………………… 13
3.1. Sketsa Sistem Aliran Udara Dengan Titik-titik Pengukuran Pada
Model Saluran Ventilasi Laboratorium ………………………………….. 15
3.2. Cara-cara Pengukuran Perbedaan Head Dengan Menghubungkan
Pitot Tube dan Manometer U…………………………………………… 16
3.3. Diagam Moody ………………………………………………………….. 18
3.4. Digital Oxygenmeter ……………………………………………………… 19
3.5. Digital Anemometer-Humiditymeter ……………………………….......... 22
5.1. Tampilan dari software Ventsim Visual 3…………………………………. 46
5.2. Input data resistansi……………………………………………………….. 46
5.3. Input data k-factor………………………………………………………………… 47
5.4. Input data dimensi saluran udara………………………………………….. 47
5.5. Layer primer dan secondary…………………………………………………….. 48
5.6. Input data fan……………………………………………………………………… 48
vii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
3.1. Kekasaran Absolute Dari Beberapa Permukaan ……………………………. 25
3.2. Absolute and Kinematic Viscosity of Air at Standard Atmospheric
Pressure – SI Units ………………………………………………………… 26
4.1. Data Jaringan Ventilasi……………………………………………………… 32
viii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN Halaman
A. PSYCHROMETRIC CHARTS
B. FAKTOR GESEK (K) TEROWONGAN BUKAN BATUBARA
C. PANJANG EKUIVALEN UNTUK BERBAGAI SUMBE SHOCKLOSS
D. CONTOH TABEL HASIL PENGAMBILAN DATA
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Ventilasi tambang merupakan salah satu aspek penunjang bagi
peningkatan produktivitas para pekerja tambang bawah tanah. Pada tambang
bawah tanah, sistem ventilasi diperlukan selain untuk menyediakan oksigen guna
memenuhi kebutuhan pernapasan manusia atau pekerja juga dibutuhkan untuk
mendilusi gas-gas beracun, mengurangi konsentrasi debu yang berada di dalam
udara tambang dan untuk menurunkan temperatur udara tambang sehingga
memungkinkan tercipta kondisi kerja yang aman dan nyaman.
Pada dasarnya ventilasi merupakan upaya pengontrolan terhadap kualitas
dan kuantitas udara tambang. Pengendalian kualitas udara tambang bertujuan
untuk menjaga agar kondisi udara tambang sesuai dengan persyaratan yang
ditentukan antara lain pengendalian terhadap gas-gas yang berbahaya maupun
debu-debu tambang serta pengaturan temperatur dan kelembaban udara tambang.
Sedangkan pengendalian kuantitas udara bertujuan untuk mengatur jumlah udara
bersih yang mengalir ke dalam tambang sehingga udara yang dialirkan tersebut
mencukupi sesuai jumlah yang dibutuhkan.
1.2. TUJUAN PRAKTIKUM
Adapun tujuan praktikum ini adalah agar praktikan dapat melakukan
pengukuran terkait dengan ventilasi tambang dan dapat melakukan simulasi
jaringan ventilasi tambang untuk membantu pemahaman teori-teori yang
diberikan dalam perkuliahan.
2
BAB II
PERALATAN Dalam praktikum pengukuran di laboratorium ventilasi tambang
digunakan beberapa jenis peralatan, yaitu digital oxygen meter, digital
humadity/anemometer, digital anemometer, sling psychrometer, vane
anemometer, Altimeter, barometer, pitot tube dan manometer U.
2.1. DIGITAL OXYGENMETER
Alat ini digunakan untuk mengukur kandungan oksigen dalam udara atau
dalam suatu larutan (lihat Gambar 2.1).
Gambar 2.1. Digital Oxygenmeter
3
Udara normal mengandung oksigen 20,95 % volume atau sering dibulatkan
menjadi 21 % volume. Selengkapnya komposisi udara dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Komposisi Udara Normal
Unsur Persen Volume (%)
Persen Berat (%)
Nitrogen (N2) Oksigen (O2) Karbondioksida (CO2) Argon (Ar), dll
78,09 20,95 0.03 0,93
75,53 23,14 0,046 1,284
2.2. DIGITAL HUMADITY / ANEMOMETER
Digital Humadity / Anemometer adalah alat untuk mengukur kelembaban
udara sekaligus bisa untuk mengukur kecepatan udara secara digital (lihat Gambar
2.2).
Gambar 2.2. Digital Humidity / Anemometer
4
Kelembaban udara tambang merupakan banyaknya kandungan uap air yang
ada di udara tambang yang biasanya dinyatakan dengan ”relatif humidity (RH)”.
Batas kelembaban relatif yang diperkenankan untuk tambang bawah tanah adalah
65% - 95% dan nilai ini dapat ditentukan secara digital.
Kelembaban udara dapat dibagi dua yaitu :
• Kelembaban relatif, adalah perbandingan sejumlah uap air yang ada
diatmosfer dengan sejurnlah udara jenuh pada temperatur yang sama
• Kelembaban udara absolut adalah berat uap air yang ada pada atmosfer,
biasanya dinyatakan dalam persen (%) udara kering. Batas kelembaban relatif
yang diperkenankan untuk tambang bawah tanah adalah tidak lebih dari 85 %
dan nilai ini dapat ditentukan secara grafis dengan menggunakan grafik
psychrometrik.
Kelembaban relatif merupakan perbandingan antara tekanan uap dari
udara pada keadaan tertentu dengan tekanan uap udara pada keadaan jenuh, pada
keadaan temperatur yang sama. Kelembaban relatif dapat dihitung dengan
menggunakan pendekatan rumus :
Pv = Ps’ - 1,3tw- 2.800
tw)-)(tdPs'-(Pb
∅ = 100PsPv
× %
dimana :
∅ = kelembaban relatif, %
∅ = Pb = tekanan barometer, inHg
Ps = tekanan uap jenuh pada td, in Hg
td = temperatur cembung kering, °F Ps’ = tekanan uap jenuh pada tw, in Hg
tw = temperatur cembung basah, °F Pv = tekanan uap air, in Hg
5
Sedangkan untuk perhitungan densitas udara dengan menggunakan
pendekatan rumus :
W = 0,0622 Pv-Pb
Pv lb/lb dry air dimana :
Pa = Pb – Pv in Hg W = specific humadity, lb /lb
dry air
v = specific volume, ft3/lb
Td = (460 + C) °R w = densitas udara, lb/ ft3
v =Pa
(Td) 53,3 ft3/lb
w = 1)W (1+
vlb/ ft3
2.3. VANE ANEMOMETER Vane Anemometer adalah suatu alat untuk mengukur kecepatan angin,
salah satu instrumen yang digunakan pada kantor stasiun cuaca. Istilah ini berasal
dari bahasa Yunani, yaitu dari kata anemos, maksudnya memutar. Anemometer
pertama kali ditemukan oleh Leon Battista Alberti. Anemometer digunakan untuk
mengukur kecepatan angin. Dalam praktikum ini, digunakan vane anemometer
untuk mengukur kecepatan udara yang mengalir dalam jaringan ventilasi.
Gambar 2.3. Vane Anemometer
6
2.4. SLING PSYCHROMETER
Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban udara dalam ruang
terbuka (lihat Gambar 2.4). Sling psychrometer terdiri dari dua buah termometer
air raksa, yaitu termometer untuk mengukur temperatur cembung kering (dry
bulb) dan cembung basah (wet bulb).
Gambar 2.4. Sling Psychrometer
Pada prinsipnya termometer cembung kering mencatat temperatur udara
pada udara bebas atau di atmosfer. Sedangkan termometer cembung basah
mencatat temperatur penguapan, dimana besarnya lebih kecil daripada temperatur
pada udara bebas.
Selisih antara temperatur cembung kering dan temperatur cembung basah
akan menunjukkan kondisi kejenuhan udara. Untuk kondisi jenuh, penguapan
tidak terjadi dan temperatur cembung basah dan kering akan sama. Bila kondisi
tidak jenuh, air akan menguap dari permukaan termometer cembung basah dengan
laju tertentu yang sebenarnya berbanding terbalik dengan tekanan uap dari uap air
yang berada di udara. Penguapan akan mendinginkan ujung termometer dan
temperatur akan turun.
7
2.5. FAN A. Centrifugal fan Centrifugal fan mempunyai roda kipas yang terdiri dari beberapa bilah
kipas yang mengelilingi pusat kipas (lihat Gambar 2.5). Fan jenis ini dapat
meningkatkan tekanan dalam aliran udara. Centrifugal fan, khususnya yang
menggunakan forwarded blades, cocok digunakan untuk keadaan aliran udara
dengan volume dan tekanan tinggi. Prinsip kerja dari fan ini dapat dilihat pada
skema di bawah ini. Udara masuk pada pusat kipas angin melalui roda kipas,
berputar 90˚ dan mengalami percepatan dikarenakan oleh gaya sentrifugal akibat
aliran bilah kipas. Kemudian udara ini keluar melalui housing.
Gambar 2.5. Centrifugal Fan
B. Axial Fan Axial fan adalah kipas yang berbentuk sekrup (lihat Gambar 2.6). Prinsip
kerja dari fan jenis ini adalah dengan memberikan percepatan tangensial ke udara
saat melewati impeller. Gaya sentrifugal yang dihasilkan relatif kecil dan dapat
diabaikan saat fan beroperasi pada kondisi terestimasi. Energi rotasi harus
terkonversi menjadi energi beraliran linier dan head static saat udara
meninggalkan impeller. Hal ini akan menghasilkan efisiensi yang tinggi. Axial fan
akan menghasilkan tekanan yang kecil dan debit yang besar.
8
Gambar 2.6. Axial Fan
2.6. PITOT TUBE Pitot tube digunakan untuk mengukur tekanan udara pada aliran udara
berkecepatan tinggi dan sering dijumpai pada pesawat terbang. Pitot tube terdiri
dari dua pipa konsentris yang berbentuk L. Pipa bagian dalam mempunyai ujung
muka yang terbuka tempat aliran udara masuk, Sedangkan pipa bagian luar
tertutup ujungnya yang disekeliling ujungnya terdapat lubang-lubang kecil tempat
aliran udara masuk. Head aliran udara yang melalui pitot tube diukur oleh
manometer yang dihubungkan dengan selang-selang plastik. Head yang diukur
adalah total head, static head, dan velocity head.
Tekanan Total = Tekanan velocity + Tekanan Statis
Pt = Pv + Ps
Maka, Pv = Pt - Ps
9
Gambar 2.7. Pitot Tube
2.7. MANOMETER U Bentuk manometer U sederhana adalah tabung vertikal U yang diisi
dengan air, kedua kaki dari tabung U dihubungkan dengan titik yang akan diukur
perbedaan tekanannya oleh sebuah tabung plastik, setelah dihubungkan maka
cairan akan mengalir ke tempat yang lebih rendah. Fungsi manometer ialah untuk
mengatur tekanan yang tidak terlalu besar. Selain itu manometer juga dapat
mengukur perbedaan tekanan, tergantung pada berat jenis fluida yang digunakan.
Gambar 2.8. Manometer Pipa U
10
Prinsip kerja manometer adalah sebagai berikut: Gambar a. Merupakan gambaran sederhana manometer tabung U yang diisi
cairan setengahnya,dengan kedua ujung tabung terbuka berisi cairan
sama tinggi.
Gambar b Bila tekanan positif diterapkan pada salah satu sisi kaki tabung,
cairan ditekan kebawah pada kaki tabung tersebut dan naik pada sisi
tabung yang lainnya. Perbedaan pada ketinggian, “h”, merupakan
penjumlahan hasil pembacaan diatas dan dibawah angka nol yang
menunjukkan adanya tekanan.
Gambar c Bila keadaan vakum diterapkan pada satu sisi kaki tabung, cairan
akan meningkat pada sisi tersebut dan cairan akan turun pada sisi
lainnya. Perbedaan ketinggian “h” merupakan hasil penjumlahan
pembacaan diatas dan dibawah nol yang menunjukkan jumlah
tekanan vakum.
2.8. MINE VENTILATION SURVEY Mine Ventilation Survey adalah sebuah prosedur yang teratur,
membutuhkan data mengenai kuantitas distribusi aliran udara, tekanan, dan
kualitas udara di sepanjang jalur udara utama. Tujuan dilakukan survey adalah
untuk memastikan semua tempat bekerja di dalam terowongan menerima aliran
udara sesuai yang dibutuhkan secara efisien dan efektif, menyesuaikan terhadap
rencana ventilasi agar selalu up to date, dan melakukan verifikasi terhadap arah,
kuantitas, dan pemisahan daripada aliran udara di sepanjang infrastruktur
ventilasi, termasuk jalur keluar pekerja yang tetap dipelihara. Adapun peralatan
yang digunakan adalah :
11
Gambar 2.9. Peralatan Yang Digunakan Survey
(a) (b) (c)
Gambar 2.10. Metode Pengukuran Kecepatan Aliran Udara
(a) Continuous Traversing (b) Fixed Point Traversing Pada Terowongan Segi Empat (c) Fixed Point Traversing Pada Terowongan Bulat Titik – titik tersebut pada masing – masing bentuk lubang bukaan terowongan
(fixed points traverse) menunjukkan titik – titik yang harus dilakukan pengukuran
agar pengukuran laju udara dapat valid dan data dapat dipercaya, dengan
menggunakan alat tabung pitot statis.
2.9. SHOCK LOSS Ketika jalur udara yang ada, dibutuhkan untuk mengubah arah, tambahan
pusaran udara akan diinisiasikan. Penyebaran dari skala besar Eddy,
12
membutuhkan energi mekanis dan hambatan dari jalur udara akan meningkat
secara signifikan. Ini terjadi pada belokan, simpangan, perubahan terhadap ukuran
jalur udara, halangan, regulator pada beberapa titik. Beberapa efek dari shock
losses tersisa pada faktor-faktor yang paling tidak menentu yang mempengaruhi
hambatan jalur udara. Beberapa kumpulan rumus :
. Q2 …. Pa ,
.…. Ns2/m8
…... Ns2/m8
…… Ns2/m8 Keterangan :
P & R adalah akibat shock losses.
X = shock loss factor ,
ρ = densitas udara
A = luas penampang,
Leq = panjang ekivalen
per = keliling penampang
1. Akibat Bending
Gambar 2.11. Shockloss Factor
13
2. Akibat Perubahan pada Penampang a. Pembesaran b. Pengecilan
Gambar 2.12. Shockloss Pada Perubahan Penampang Saluran Udara
3. Akibat Persimpangan (diverging circular branch)
Gambar 2.13. Shockloss pada persimpangan Saluran Udara
14
BAB III
PENGUKURAN DATA DI LABORATORIUM
3.1 TUJUAN PENGUKURAN
a. Mengetahui kandungan oksigen dalam udara.
b. Mengetahui pengaruh pengaturan udara terhadap kelembaban relatif.
c. Mengetahui pengaruh percabangan terhadap kondisi aliran udara.
d. Mengetahui pengaruh perubahan penampang terhadap aliran udara.
e. Mengetahui pola aliran udara pada titik-titik pengamatan.
f. Mengetahui pengaruh penambahan booster (auxiliary fan) pada kondisi udara.
3.2 PENGUKURAN YANG DILAKUKAN DI LABORATORIUM
Pengukuran yang dilakukan di laboratorium meliputi :
a. Pengukuran kandungan oksigen dalam udara menggunakan digital
oxygenmeter.
b. Pengukuran kelembaban udara menggunakan digital humidity/
anemometer.
c. Pengukuran kecepatan udara mnggunakan digital humidity/ anemometer
atau digital anemometer.
d. Pengukuran kelembaban udara menggunakan sling psychrometer.
e. Pengukuran ketinggian dan tekanan udara menggunakan altimeter dan
barometer.
f. Pengukuran kecepatan udara dalam saluran udara dengan anemometer.
g. Pengukuran dimensi dan penggunaan karakteristik jaringan.
h. Pengukuran tekanan udara (pressure measurement) dengan menggunakan
pitot tube dan manometer U.
15
3.3. CARA PENGUKURAN
Kecepatan aliran udara adalah parameter ventilasi yang paling sering
diukur di dalam udara tambang. Peralatan ukur kecepatan aliran udara bermacam-
macam tergantung pada besar kecilnya kecepatan aliran udaranya.
Pengukuran kecepatan aliran udara secara langsung menggunakan alat
anemometer jenis whirling. Selama pengukuran diperlukan stopwatch agar
kecepatan aliran udara yang melalui anemometer dapat dicatat. Waktu adalah
lamanya pembacaan dari perputaran yang dilakukan dari permukaan sampai akhir
periode yang telah ditentukan, Pembacaan selama satu periode memungkinkan
terjadinya kesalahan.
Pengukuran kecepatan aliran udara dilakukan pada tempat udara masuk
(intake end) yaitu pada bagian saluran udara yang posisinya berada pada ( titik A1
dan A2 pada Gambar 3-1 ), dan dilakukaan pada tempat udara keluar (discharge
end) dengan alat ditempatkan pada pusat saluran udara dan tegak lurus dari sumbu
saluran (titik A3 pada Gambar 3-1).
Gambar 3.1 Sketsa sistem aliran udara dengan titik-titik pengukuran pada model saluran ventilasi laboratorium
Pengukuran tekanan udara pada aliran udara berkecepatan tinggi sering
dilakukan dengan alat pitot tube dan sering dijumpai pada pesawat terbang.
Sebenarnya yang diperoleh dari pengukuran ini adalah total head, static head, dan
velocity head.
16
Gambar 3.2. Cara-cara pengukuran perbedaan head dengan menghubungkan pitot tube dan manometer U
Apabila cairan di dalam manometer U tersebut bukan air tetapi cairan
lainnya, maka pembacaan harus dikoreksi dengan berat jenis cairan tersebut.
Koreksi untuk berat jenis dan kemiringan dari manometer U adalah sebagai
berikut:
H = ( h x SG ) x Sin α
Dimana :
H = Head sebenarnya dalam mm air
h = Pembacaan head karena kemiringan ukuran
SG = Spesific gravity dari cairan yang dipakai
α = Kemiringan manometer U yang dipakai, dinyatakan dengan sudut
kemiringan.
Apabila ternyata tekanan yang diamati berubah-ubah, dalam manometer
tersebut, maka dicatat harga maksimum yang dicapainya. Dalam pengukuran ini
faktor-faktor seperti temperatur, kelembaban, dan tekanan barometer harus
dicatat. Untuk mengukur banyaknya udara lewat (debit udara) pada suatu
pengukur per menit maka dihitung dengan rumus :
Q = V x A
Dimana :
Q = jumlah atau debit udara dalam (m3/menit)
V = Kecepatan aliran udara (m/menit)
A = Luas penampang (m2)
17
Pemilihan titik pengukuran berdasarkan kelainan-kelainan seperti belokan,
penyempitan, perluasan dan sebagainya yang mempengaruhi jalannya udara
tersebut. Pengukuran dari tiap belokan dilakukan pada posisi kurang lebih 3x
diameter sebelum dan sesudah terjadinya kelainan tersebut. Efisiensi
Efisiensi dapat diukur dengan membandingkan antara fan power dan air power.
η =
Persamaan Bernoulli Keterangan : η = Efisiensi ( % ) Pa = air power ( KW ), Q = Debit ( m3/s), H = Head ( Pa ) V = tegangan (Volt), I = Arus (Ampere) Pi = Fan Power (KW) Hambatan Dengan: Rl = Hambatan pada aliran Laminar Rt = Hambatan pada aliran Turbulen
L = Panjang ( m ) R = Jari Jari ( m )
f = Koefisien friksi ( koefisien gesekan ) per= Keliling penampang ( m ) A = Luas Penampang ( m2 ) μ = Viskositas Bilangan Reynold Ketentuan :
μ = konstanta proporsionalitas = viskositas dinamilk μ udara = (17,0 + 0,045 t) x 10-4 (Ns/m2)
Dengan, t = Suhu (0-60°C)
Bila, Re < 2000= aliran laminar,
18
sedangkan Re > 2000= aliran turbulen
Untuk menentukan koefisien kekasaran/Coefficient of friction (f) dapat menggunakan Diagram Moody :
Gambar 3.3 Diagram Moody
19
3.4. PROSEDUR PERCOBAAN 3.4.1. PENGUKURAN KANDUNGAN OKSIGEN MENGGUNAKAN
DIGITAL OXYGENMETER
3.4.1.1. Deskripsi alat
Gambar 3.4 Digital Oxygenmeter
20
3.4.1.2. Prosedur pengukuran
A. Kalibrasi
1. Lepas “Oxygen Probe plug” dari socket masukan instrument utama
2. Hidupkan alat dengan cara menekan tombol “Power Off/On”
3. Geser pilihan “O2/DO” ke posisi “O2”
4. Tekan tombol “Zero” maka tampilan layar akan menunjukkan angka nol
5. Sambungkan “Oxygen Probe plug” pada socket masukan instrument,
tunggu paling lama 5 menit sampai tampil nilai pembacaan menjadi stabil
& tidak berfluktuasi
6. Tekan tombol “O2 CAL” maka tampilan akan menunjukkan nilai 20,9
atau 20,8
Catatan :
Lakukan kalibrasi pada tempat yang luas dan ventilasinya baik
B. Pengukuran oksigen dalam udara
1. Sesudah alat dikalibrasi, maka alat siap untuk mengukur kandungan
oksigen
2. Geser pilihan “O2/DO” ke posisi “O2”
3. Tampilan akan menunjukkan nilai % oksigen di udara
C. Pengukuran suhu
1. Pada waktu pengukuran tampilan LCD bagian bawah akan menunjukkan
nilai suhu
2. Tekan tombol “oC/oF” sekali untuk merubah tampilan unit suhu dari “oC
ke oF” atau “oF ke oC”
D. Data hold
1. Pada waktu pengukuran, tekan tombol “Data Hold”, maka tampilan akan
bertahan pada nilai tersebut dan LCD menunjukkan tanda “D.H”
2. Tekan tombol “Data Hold” sekali lagi maka data hold tidak berfungsi
21
E. Data record (makimum, minimum, rata-rata)
DATA RECORD berfungsi untuk merekam atau menunjukkan mulainya
pengukuran dan menampilkan nilai maksimum, minimum, rata-rata
Untuk memulai fungsi DATA RECORD tekan tombol “Memory Record”
sekali, maka symbol “REC” terlihat pada tampilan LCD.
Ketika symbol “REC” terlihat :
a) Tekan tombol “Memory CALL” sekali, maka symbol “Max” dan nilai
maksimum akan terlihat pada tampilan LCD
b) Tekan lagi tombol “Memory CALL”, maka symbol “Min” dan nilai
minimum akan terlihat pada tampilan LCD
c) Tekan tombol “Memory CALL” sekali lagi, maka symbol “AVG” dan
nilai rata-rata akan terlihat pada tampilan LCD
d) Untuk keluar dari fungsi “Memory record”, tekan tombol “RECORD”
sekali lagi, maka tampilan akan kembali data pembacaan yang sedang
berlangsung.
Setelah fungsi “Record” dihentikan, tanda “REC”, “Max”, “Min”, “AVG”
akan hilang.
22
3.4.2. PENGUKURAN KELEMBABAN UDARA MENGGUNAKAN
DIGITAL HUMIDITY / ANEMOMETER
3.4.2.1 Diskripsi Alat
Gambar 3.5
Digital Humidity / anemometer
3.4.2.2. PROSEDUR PENGUKURAN
A. Digital Anemometer
1. Pasang “Vane Probe Plug” pada “Input Socket”
2. Geser “Function Switch” ke posisi “Fan”
3. Hidupkan dengan menekan tombol “Power OFF/ON
4. Pilih satuan suhu yang diinginkan dengan menggunakan tombol
konversi “oC/oF”
23
5. Pilih satuan pengukuran kecepatan udara (“m/s”, “km/h”, “f/min” atau
“knots”) menggunakan tombol “Anemometer unit”
6. Pegang “Vane Probe Handle” dengan tangan dan tempatkan “Vane
Probe Head” berlawanan terhadap sumber aliran udara, maka tampilan
akan menunjukkan kecepatan dan suhu secara langsung
Catatan :
Tanda titik kuning merupakan muka yang berlawanan dengan arah aliran
udara
B. Digital Humidity meter
1. Pasang “RH Probe Plug” pada “Input Socket”
2. Geser “Function Switch” ke posisi “% RH”
3. Hidupkan dengan menekan tombol “Power OFF/ON”
4. Pilih satuan suhu yang diinginkan dengan menggunakan tombol
konversi “oC/oF”
5. Tampilan akan menunjukkan nilai kelembaban (% RH) dan suhu (oC
atau oF) secara langsung
6. Jika nilai kelembaban lingkungan pengukuran berubah, maka
memerlukan beberapa menit untuk pembacaan “RH” yang stabil
C. Fungsi lain
1. Data Hold
Apabila pada waktu pengukuran tombol “Data Hold” ditekan, maka
nilai pengukuran akan ditahan dan LCD menampilkan symbol “D.H”
2. Data Record (Maks, Min)
Data Record berfungsi untuk merekam atau menunjukkan mulainya
pengukuran dan menampilkan pembacaan maksimum dan minimum.
Untuk memulai fungsi Data Record, tekan sekali tombol “Memory
Record”. Simbol “REC” akan muncul di layar LCD
Pada kondisi symbol “REC” tampil :
a. Tekan sekali tombol “Memory Recall”, symbol “Max” dan nilai
maksimum muncul pada tampilan layar
24
b. Tekan tombol “Memory Recall” sekali lagi, maka symbol “Min” dan
nilai minimum muncul pada tampilan layar
c. Untuk keluar dari fungsi memory record, tekan tombol “Memory
Record” sekali lagi, maka tampilan kembali pada pembacaan saat itu.
3.4.3. PENGUKURAN KELEMBABAN UDARA DALAM RUANG
1. Perhatikan bahwa reservoir dari termometer cembung basah telah
dibasahi air dan reservoir termometer cembung kering tidak basah.
2. Sling psychrometer diputar paling sedikit 200x per menit.
3. Baca secepatnya temperatur pada kedua termometer tersebut.
4. Jaga jangan sampai dry bulb terpanasi oleh tangan, sinar-sinar lainnya,
pernapasan atau pun panas badan.
5. Ulangi percobaan tersebut sampai didapat suatu harga yang konstan.
3.4.4. PENGUKURAN KECEPATAN ALIRAN UDARA PADA SALURAN VENTILASI
1. Pada saluran udara yang akan ditentukan kecepatan udaranya (titik A1,
A2, dan A3) dipasang alat penegak, supaya pemasangan anemometer
tegak lurus.
2. Pasang vane anemometer pada batang yang telah disediakan.
3. Pastikan bahwa jarum vane anemometer menunjuk angka nol sebelum
pengukuran dimulai.
4. Tempatkan vane anemometer pada posisi atas dari saluran udara, tegak
lurus pada sumbu saluran.
5. Biarkan vane anemometer bergerak kurang lebih 15 detik, untuk
mendapatkan kecepatan yang penuh, kemudian vane anemometer
dipastikan bergerak bersamaan dengan stopwatch.
6. Setelah 1 menit, hentikan vane anemometer dan stopwatch bersamaan.
7. Catat pembacaan vane anemometer, kecepatan aliran udara (m/menit)
pada saluran tersebut adalah hasil pembacaan vane anemometer dibagi
waktu pengukuran.
8. Kerjakan seperti butir 4 diatas sebanyak 3x pengukuran.
9. Dicari harga rata-rata pembacaan vane anemometer tiao titik
25
3.4.5. PENGUKURAN TEKANAN UDARA DENGAN PITOT TUBE DAN MANOMETER U 1. Siapkan pitot tube dan manometer U yang akan digunakan untuk
pengukuran tekanan udara pada saluran ventilasi.
2. Mengukur ( Head total, Head static, dan Head velocity) dengan cara
memasukkan pitot tube kedalam lubang saluran ventilasi tambang dan
pasangkan pipa manometer U pada ujung pitot tube dengan posisi ( Lihat
gambar 3.2.)
3. Lakukan pengukuran seperti cara no. 2 dengan variasi kecepatan Fan
yang berbeda-beda.
3.4.6. DATA PENGUKURAN
A. Data Literatur
1. Kekasaran absolut beberapa permukaan pipa ( Tabel 3.1)
2. Viskositas dan rapat massa udara kering pada tekanan atmosfer standar.
3. Bagan Moody untuk menentukan gesekan
4. Sifat sifat zat cair
B. Asumsi Data Laboratorium
1. Kebocoran (leakage) pada jaringan diabaikan
2. Udara bersifat compressible fluid
3. Aliran udara bersifat tunak ( steady state )
4. NVP ( Natural Ventilation Pressure ) diabaikan
5. Head dan Fan konstan
Tabel 3.1 (Kekasaran Absolute dari beberapa permukaan)
Bahan Kekasaran (ε) meter
Baja yang dikelilingi 0.0009-0.009
Beton 0.0003-0.003
Besi tulang 0.00026
Logam lembaran 0.00015
Baja komersial 0.000046
26
Tabel 3.2. Absolute and Kinematic Viscosity of Air at Standard Atmospheric Pressure - SI
Units:
Temperature - t - (K) Dynamic Viscosity - μ - (kg/m s) x 10-5
Kinematic Viscosity - ν - (m2/s) x 10-6
300 1.983 15.68
350 2.075 20.76
• 1 N s/m2 = 1 Pa s = 10 poise = 1,000 mm Pa s
• 1 m2/s = 1 x 104 cm2/s =1 x 104 stokes = 1 x 106 centistokes
• Kinematic viscosity converter
• Absolute or Dynamic Viscosity Conv
27
BAB IV
SISTEM ANALISA VENTILASI UDARA KAZEMARU
Modul ini dibuat untuk memberikan pengetahuan kepada mahasiswa, yang
akan menjadi tenaga keselamatan pada tambang bawah tanah agar lebih
memahami cara pengoperasian sistem analisa jaringan ventilasi (Kazemaru),
sebagai satu instrumen pendukung untuk menganalisa jaringan ventilasi pada
tambang bawah tanah.
4.1. GARIS BESAR SISTEM
4.1.1. Karakteristik Sistem
Pekerjaan Analisa Jaringan Ventilasi Udara pada pertambangan yang
sesungguhnya tidak hanya melakukan penghitungan saja. Pekerjaan tersebut
terdiri dari kombinasi beberapa pekerjaan berikut:
1. Pembuatan Data Jaringan Ventilasi
2. Melaksanakan Analisa Volume Udara
3. Menampilkan Hasil Analisa
Pada saat menampilkannya, sangat penting sekali untuk penampilan yang
mudah dipahami, dan penampilan dengan gambar adalah yang paling efektif.
4. Melaksanakan kajian terhadap hasil analisa, dan apabila diperlukan dapat
melakukan perubahan data Jaringan Ventilasi Udara, memulai kembali dari
prosedur 1.
Sistem Analisa Ventilasi Udara KAZEMARU adalah sistem
komperhensif yang telah dikembangkan agar pekerjaan analisa jaringan ventilasi
udara dapat dikerjakan oleh siapapun dan dilaksanakan dengan mudah. Sistem ini
telah diterapkan di semua tambang batubara utama di Jepang, dan memiliki
karakter sebagai berikut:
a. Sistem yang dikembangkan untuk digunakan pada Komputer / PC,
pengoperasiannya mudah.
28
b. Pembuatan perubahan data dapat dilakukan sembari melihat gambar jaringan
ventilasi udara yang ditampilkan pada monitor. Program secara konstan
melakukan pengecekkan sehingga kesalahan pengisian dapat dicegah.
c. Titik maksimum dari jaringan ventilasi udara yang dapat dilakukan analisa
adalah 1.000 titik, Jumlah lorong maksimum 2.000 buah Lorong.
d. Lama waktu penghitungan untuk jaringan ventilasi udara yang memiliki sekitar
100 titik dan 200 buah lorong, pada umumnya membutuhkan waktu kurang
dari 2 menit.
e. Selain dari tahanan udara, sistem ini dapat mempertimbangkan tekanan
ventilasi udara alami, grafik karakteristik fan, lorong dengan volume udara
tetap, dan seperti halnya pintu angin, dapat juga dipertimbangkan tahanan
udara yang berbeda berdasarkan arah dari ventilasi udara.
f. Dapat melakukan analisa jaringan ventilasi udara pada saat terjadi kebakaran
g. Dapat menampilkan gambar distribusi volume udara, tekanan udara melalui
monitor, ploter atau printer.
h. Pada saat melakukan analisa kebakaran, dapat ditampilkan penyebaran gas
kebakaran, suhu, konsentrasi. Juga dapat ditampilkan pergerakan gas
kebakaran sesuai pergerakan waktu.
i. Memiliki fungsi sebagai Data Base, sehingga memungkinkan untuk melakukan
pengecekkan data, perbandingan hasil, dan pencarian data. Selain itu, dapat
melakukan penghitungan tahanan ventilasi udara dengan berdasarkan jenis
data, panjang lorong, luas lorong, koefisien gesek.
j. Dapat juga digunakan pada Komputer IBM
4.1.2. Susunan Peralatan
a. Komputer (CPU)
b. Monitor
c. Printer
d. Ploter
4.2. DASAR-DASAR PENGOPERASIAN KAZEMARU
Mengedit data jaringan ventilasi dengan cara grafis yang interaktif
29
- Menganalisis jaringan ventilasi (distribusi aliran udara; normal dan kondisi
kebakaran)
4.2.1.Pendahuluan
Menu yang tampak di atas akan timbul pada display ketika program KAZEMARU iAvwin.exe diaktifkan dari menu.
<File> membuka atau menyimpan file-file, print, keluar sistem dan lain-lain
<Edit> membuat, mengubah dan menghapus node-node, jalan tambang dan
kipas angin/mesin angin
<Analysis> menghitung distribusi-distribusi aliran udara
<Display> merubah setting-setting dari ukuran figure (gambar), ukuran tulisan,
warna garis dan data tampilan.
30
Data node-node, jalan-jalan tambang dan kipas-kipas diperlukan untuk analisa
jaringan ventilasi. Datanya disebut sebagai (Data jaringan fundamental/pokok)
4.2.2. Istilah dan simbol pada program ini
Jalan : lorong ventilasi tempat aliran udara
(Cabang, jalan udara) : yang ditentukan oleh nomor-nomor node di kedua
ujungnya yang ditunjukan sebagai garis antara 2
lingkaran
Jalan aliran udara tetap : ditunjukkan sebagai garis putus-putus
Node : persimpangan jalan atau bagian jalan yang
dipermukaan
Titik bawah tanah : ditunjuan dengan lingkaran tunggal
Titik dipermukaan : ditunjukkan dengan lingkaran ganda
Kipas-kipas : ditunjukkan dengan lingkaran ganda dengan
segitiga
Batas sistem (nilai-nilai batas dapat jauh lebih besar jika dibutuhkan)
Node : 800
Nomor node : 1000
Jalan-jalan : 1000
Mesin angin : 50
Node-node/titik-titik dipermukaan : 50
Nomor lokasi-lokasi jalan : 1000
Syarat- syarat yang dibutuhkan
- Banyaknya jalan-jalan yang dihubungkan dengan sebuah node/titik dibawah
tanah harus lebih dari 2
- Banyaknya jalan-jalan yang dihubungkan dengan sebuah node permukaan
atau node mesin angin harus lebih dari 1
31
- Elevasi node dari 2 sisi mesin angin harus sama
- Tidak boleh membuat jalan yang kedua ujungnya pada node yang sama
- Tidak boleh membuat rangkaian jalan yang kedua ujungnya pada titik/node
yang sama dan tidak memiliki jalan ke node yang lain
- Pemasangan dua node harus terhubung dengan hanya satu jalan
(tak ada masalah untuk perhitungan aliran udara akan tetapi akan menjadi
masalah untuk membedakan jalan udara/angin)
Contoh :
Jaringan ventilasi sederhana di atas akan dianalisa sebagai contoh. Di
dunia ada beberapa sistem unit yang berbeda untuk aliran udara, tekanan dan
tahanan. Sebagai contoh sistem jepang (m3/min) untuk kecepatan aliran udara,
(mmAq) untuk tekanan, (kgw s2/m8) untuk tahanan. Sedangkan untuk satuan
internasional SI [m3/s] untuk kecepatan aliran udara, [Pa] untuk tekanan, [Ns2/m8]
untuk tahanan dalam pharensis. Kazemaru dapat memakai semua sistem. Pada
contoh ini data akan ditunjukkan dengan system jepang dahulu kemudian dengan
system SI. Data jaringan ventilasi ditunjukkan dalam Tabel 4.1.
32
Tabel 4.1.
Data Jaringan Ventilasi
Elevasi untuk node 1,2,3 0 (m)
Elevasi untuk node 4,5 -100 (m)
Elevasi untuk node 6,7 -200 (m)
Temperatur udara untuk semua jalan 20 (C deg)
Tahanan untuk semua jalan 100(murgue)
Jepang Unit
0,98(Ns2/m8)
SI unit
Karakteristik mesin angin
Unit satuan Jepang SI unit
Tekanan (mmAq) Aliran udara
(m3/min) Tekanan (Pa)
Aliran udara
(m3/s)
100 0 980 0,0
90 1000 882 1,67
70 2000 686 33,3
40 3000 392 50,0
0 4000 0 66,7
Jumlah data = 5 Aliran udara =
1000 Jumlah data = 5
Aliran udara =
16,7
33
Pertama-tama satuan atau unit kazemaru harus diperiksa. Dialog yang
menunjukkan sistem unit yang sedang dipakai akan timbul pada saat menu help
(about) pada kazemaru dipilih. Jika sistem unit satuan berbeda dengan yang ingin
anda pakai, ubah file <unit sdt> dalam sebuah folder <sdt> tepat dibawah folder
yang termasuk program kazemaru. Di dalamnya berdasar pada perintah dalam
manual berikut (tentang sistem unit/system satuan)
4.2.3.Membuat node permukaan 1 dan 2
Pertama masukkan node 1 dan 2 dengan mengklik
<New Node>.
Gerakkan kursor untuk menentukan node yang
kita inginkan untuk node 1 dan klik kiri, kemudian
lingkaran dan dialog box akan timbul di layar. Klik
tombol surface dan masukkan angka 1 untuk node number dan 0 untuk
elevation node. Lingkaran ganda untuk nomor 1 akan timbul ketika mengklik
tombol <ok> pada dialog box tersebut.
Jangan lupa untuk mengklik tombol surface jika tidak anda tidak akan mendapat
jawaban/hasil yang benar. Kemudian input data untuk node 2 dengan cara yang
sama.
4.2.4. Membuat node bawah tanah 3,4,5,6 dan 7
Selanjutnya masukkan data node/titik 3,4,5,6 dan 7
(underground). Masukkan posisi node/titik dan data-
datanya dengan cara yang sama seperti node-node
34
dipermukaan. Jangan lupa pilih dengan cara mengklik tombol underground dan
masukkan data elevasi pada dialog/jendela <Make new node>.
4.2.5.Temperatur permukaan
Selanjutnya masukkan data temperatur permukaan.Pilih
<Analysis><Parameter>. Menu parameter akan tampil. Masukkan 20 pada kotak
untuk temperatur surface.
4.2.6.Membuat jalan
Sebuah jalan ditentukan dengan jalan
menempatkan dua nomor node pada masing-masing
ujungnya. Pertama akan dimasukkan jalan (1-4).
Klik <new road>, kemudian dialog box akan
muncul pada layar. Masukkan 100 murgue 100 (murgue)
(atau 0,98 [Ns2/m8] dan 20 [C] untuk tahanan dan
temperatur berturut-turut. Gambar jalan dan nilai
resistance akan muncul pada layar pada saat mengklik
tombol <Ok>. Bagian wilayah, panjang dan daya hantar
panas tidak diperlukan untuk analisis biasa dan
kosongkan saja jangan diisi. Data-data tersebut diperlukan untuk simulasi
kebakaran tambang batubara dan panas lingkungan.
4.2.7. Membuat mesin angin
Sebuah mesin angin ditentukan dengan
membagi dua node pada kedua ujung mesin
angin seperti halnya jalan. Arah aliran ventilasi
yang melewati mesin angin ditetapkan dari node
yang ditentukan pertama ke node yang
ditentukan berikutnya.
Klik <New fan>
Klik node 3 kemudian klik node 2
35
setelah itu akan timbul di layar dialog box untuk mesin angin <New fan>. 1000
[m3/min] atau 16,7 [m3/s] untuk satuan aliran udara, 5 untuk data kurva
karakteristik, dan 100 [mmAq] atau 980 [Pa]) untuk data tekanan pertama.
Masukkan semua data tekanan <pressure> 90,70,40 dan 0 (882,686,392 dan 0) ke
dalam tabel dengan mengklik tombol <next>. Kipas akan timbul setelah mengklik
tombol <OK>.
Sekarang semua data yang diperlukan untuk analisa jaringan ventilasi sudah
disiapkan, inii berarti <data jaringan utama> sudah terpenuhi.
4.2.8. Menyimpan data
Dianjurkan menyimpan (save) data sebelum meneruskan ke analisis. Klik
<File>, kemudian simpan / save data seperti cara pada aplikasi-aplikasi lain.
4.3. ANALISIS
Pilih <Analysis><airflow><standar analisis>
dialog box untuk <Analysis> muncul klik <start>
Perhitungan mulai dan selesai dalam beberapa saat jika datanya benar.
Klik <Close>
Pilih <Disp><Update>
Sebuah gambar yang terlihat seperti di bawah akan muncul di layar. Yang
kanan untuk sistem jepang dan yang kiri untuk sistem internasional.
4.3.1. Edit dan menganalisa
Berikut ini adalah menu untuk mengedit data yang sudah dibuat pada program kazemaru ini. <File>
Membuat data jaringan baru
Membuka data jaringan
36
Menyimpan data jaringan
Mencetak / print
<Edit>
Node baru
1. Membuat node baru. 2. Masukkan node baru pada roadway (jalan).
Gerakkan mouse untuk menentukan posisi yang tepat untuk node dan klik,
kemudian lingkaran dan dialog box muncul. Pilih tombol “surface node” atau
“underground node” dan masukkan nomor node, elevasi dari node tersebut.
Lingkaran dobel untuk “surface node” node dipermukaan atau satu lingkaran
untuk node di bawah tanah “underground node” dengan nomor akan timbul ketika
mengklik <OK> pada dialog.
“Chn Node”
1. Ganti elevasi node 2. Ganti lokasi node yang salah. Dialog box akan timbul
ketika mengklik dua kali node tersebut. Elevasi node bisa diubah oleh dialog
tersebut. Posisi node tersebut dapat diganti dengan memindahkan / mendrag
lingkaran node tersebut.
Del nod
Menghapus sebuah node
Klik dobel pada node, kemudian box dialog akan muncul. Pilih <yes>
Beberapa kondisi yang tidak memungkinkan menghapus node . oleh sebab itu
pertama-tama hilangkan kondisi yang tidak memungkinkan, kemudian hapus
nodenya lagi.
1. Sebuah node yang terhubung dengan jalur aliran udara yang tetap (fixed) atau
kipas (fan)
2. Bagian atau daya hantar panas jalan yang terhubung dengan node yang akan
dihapus berbeda.
3. Jalan di kedua ujungnya yang ada node akan sama dengan jalankeluar yang
akan terjadi jika nodenya dihapus.
4. Jumlah jalan-jalan yang terhubung bukan nol atau dua
37
New road
1. Membuat sebuah jalan baru,
2. Membuat jalan aliran udara tetap dengan cara keluar dari pilihan (quit). Pilih
kedua node dari jalan dengan mengklik kiri dahulu. Menekan tombol <ESC>
atau klik kanan dan pilih tomboll <STOP>. Setelah proses pemilihan dari
kedua node, dialog box akan terbuka. Tentukan jalan menjadi jalan biasa
(normal roadway) atau jalan aliran udara tetap dengan memilih tombol.
Chn road 1. Mengubah tahanan (resistance), kecepatan aliran udara dan
sebagainya.
2. Mengubah lokasi jalan
Pilih kedua node dari jalan dengan mengklik kiri kemudian
dialog box akan terbuka. Pilihan “change a location’ (merubah
lokasi) memungkinkan mengubah garis jalan dengan
menggunakan mouse. Klik kiri membuat garis nyata dan klik kanan membuat
garis tersembunyi. Klik pada node lain berarti proses pengubahan berakhir.
(Data lokasi jalan)
Sebuah jalan biasanya ditunjukkan dengan garis lurus antara dua node
pada layar. Bagaimanapun kadang-kadang lebih disukai digambarkan dengan
garis lengkung atau disembunyikan / tidak ditampakkan pada tempat dimana ia
melewati di bawah jalan lain. Perintah-perintah ini kebutuhan tersebut
memungkinkan. Juga beberapa symbol yang ditunjukkan berikut dapat
ditempatkan / ditunjukkan pada jalan sesuai pilihan pengguna.
Del road (menghapus jalan) 1. Menghapus sebuah jalan
Pilih kedua node dari jalan tersebut kemudian klik <OK>. Jalan akan terhapus.
<New fan> membuat mesin angin baru
38
Pilih kedua node mesin angin lalu sebuah dialog box akan muncul sebagai
catatan, mesin angin dapat dibuat jika elevasi kedua nodenya sama. Arah aliran
udara ventilasi yang melewatinya dari node yang pertama ditentukan ke node
yang ditentukan berikutnya. Masukkan data tekanan berdasarkan pada kecepatan
aliran udara, 2 kali unit aliran udara dan sebagainya.
Chn fan : mengganti data kipas yang sudah ada Del fan : menghapus mesin angin (fan) yang sudah ada Pilih kedua node dari mesin angin (fan) mesin angin yang dilepaskan <Analysis>
Flow standar : analisa distribusi aliran udara dalam jaringan kondisi mesin angin akan nampak ketika tombol <display data> ditandai
Parameter : merubah parameter-parameter yang dibutuhkan untuk proses analisa
Error : mengubah batasan (kesalahan rata-rata node yang diijinkan)
Acc : mengubah koefisien aksekrasi (1,6 : 1,5-1,8)
Front display step : tahapan-tahapan tampilan muka (min)
Fire node number : nomor node kebakaran
Fire temperatur : temperatur kebakaran
Fire time step : tahapan analisa waktu kebakaran (Min)
Finish time : waktu selesai analisa kebakaran
Gas concentration : perbedaan konsentrasi gas yang tercatat pada front
Maximum iteration : jumlah maksimum pengulangan
<Acc; acceleration coefficient> koefisien percepatan
Secara umum proses perhitungan terkumpul lebih cepat karena dipakai
nilai koefisien percepatan, bagaimanapun perhitungan menunjukkan
ketidakstabilan untuk nilai yang terlalu besar dan kedua-duanya malah berbeda.
Nilai akselerasi yang ideal adalah antara 1,6-1,8. Akibat dari koefisien akselerasi
dapat diketahui dan ini mengurangi jumlah pengulangan penting untuk
pemecahannya.
39
<Tool> <Fan Character display> tampilan karakter mesin angin menampilkan
kurva karakteristik mesin angin.
<Disp>
Update : menggambar kembali figure jaringan. Perintah ini
digunakan untuk menampilkan hasil perhitungan baru.
Display setting : perintah ini mengubah ukuran gambar, ukuran
huruf, sudut tampilan, nilai-nilai
dasar atas dan di bawah jalan. Nilai
yang ditampilkan di atas/di bawah
garis diplih dari list pada dialog.
Data penyertanya dapat ditampilkan
dengan programnya.
No
Flow_Std
Flow _IS
Direct
Press_loss
Resis
Res B
Temp_norm
Area
Leng
Conduct
Gas_conc
Road_name
Gas_temp
DBT
WBT
RH
Ent
Nomor tampilan
Kecepatan aliran udara pada kondisi standar
Kecepatan aliran udara pada kondisi insitu
Arah aliran udara
Kehilangan (loss) tekanan
Tahanan pada arah aliran normal
Tahanan pada arah aliran tidak normal
Temperatur pada kondisi normal
Bagian / wilayah
Panjang
Daya hantar panas dari bahan sekitar jalan
Konsentrasi gas berbahaya
Nama jalan
Temperatur kebakaran gas
Temperatur kering
Temperatur basah
Kelembaban relatif
Enthalpy
40
Nilai pada posisi node juga dipilih pada dialog box
Number
Elev
Pres_total
Pres_fan
Fire-temp
Hazard
Nomor
Elevation
Tekanan total
Penurunan tekanan oleh mesin angin
Temperatur kebakaran gas
Derajat node kebakaran
Fit to window : memilih ukuran gambar (figure) secara otomatis
untuk window yang sedang aktif
Zoom in and out : mengubah ukuran gambar (figure) menjadi
200%-50%
Zoom in with mouse : menampilkan ukuran gambar dengan tekanan
(dray) mouse
Left or right turn : mengatur gambar searah/berlawanan jarum jam
sebesar 450 setiap penekanan tombol
Print mode : dialog box “start printing” mulai mencetak atau “printer setup”
pengaturan pencetakan/print pada print mode dipilih. Print image ditampilkan segi
empat pada tampilan berarti kertas yang akan diprint. Hanya tombol ini
yang aktif pada posisi pencetakan dapat digeser dengan menggerakkan mouse,
kembali ke mode normal ketika tombol ditekan kembali.
Copy : untuk mengkopi layar dilakukan dengan perintah <Print screen> atau
<Alt+Print screen>
4.4. SIMULATION OF MINE FIRE (Simulasi kebakaran tambang)
Data-data berikut dibutuhkan untuk simulasi kebakaran tambang di bawah
tanah sebagai tambahan dari data normal analisa jaringan.
41
1. Panjang, wilayah, daya hantar panas sekitar jalan.
2. Informasi kebakaran tambang (nomor node dan temperatur kebakaran)
3. Jika “fire analysis finish time” (waktu berhenti analisis kebakaran) ditentukan
lebih dari nol, program akan mengkalkulasikan distribusi aliran udara pada
kondisi kebakaran. Jangan memakai elemen aliran udara pada jaringan untuk
simulasi kebakaran tambang.
4.4.1. Metode perhitungan
<Air flow calculation>
Cara menjalankan program ini akan dijelaskan sebagai berikut.
Program ini menggunakan “Node Potential Mode” untuk menghitung
tegangan node-nodenya.
Pertama-tama nilai perkiraan diberikan pada semua node. Kemudian
tekanannya akan diperiksa untuk mencocokan persamaan mengenai tekanan
secara berturut-turut. Proses ini akan diulang-ulang sampai keakuratan yang
diinginkan tercapai, untuk mengecek keakuratan perhitungan ;
“node flow error” = jumlah aliran udara ke/ dari node dihitung kemudian
“average node flow error” = rata-rata dari nilai absolut “node flow error” dihitung
“average node flow error” menjadi kecil sewaktu perhitungan aliran udara
diulang. Nilai ini idealnya harus nol tapi pada prakteknya 0,5-1,0 m3/min sudah
cukup. Jika nilai ini menjadi lebih kecil dari batasnya, hal ini disebut bahwa
perhitungan berhasil (converges). Perhitungan diatas disebut “Pressure
Calculation Procces” kemudian aliran-aliran udara dihitung menggunakan nilai
tekanan. Analisa dalam kondisi normal pada tahap ini dianggap selesai.
<Koefisien akselerasi>
Perhitungan aliran udara dilakukan secara berulang-ulang. Pertama-tama
nilai-nilai tekanan awal yang cocok diberikan kesamaan node bawah dalam
jaringan. Kemudian tekanan yang diberikan diperbaiki satu demi satu untuk
mendekati nilai akhir yang benar. Jika tekanan node ditentukan dengan P(,Z) for n
42
= pengulangan, peningkatan tekanan berikutnya P (n + 1) dihitung dengan
persamaan sebagai berikut secara umum.
P (n + 1) = P (n) + dP (n)
Dimana, dP (n) adalah koreksi untuk (Pn). Sudah diketahui bahwa peningkatan
akan bertambah jika digunakan modifikasi rumus berikut pengganti rumus
diatas.
P (n + 1)b = P (n) + Acc dP (n) @ @(Acc>1)
Acc = koefisien percepatan
<Fire condition> Kondisi kebakaran
Analisis kondisi kebakaran antara lain sebagai berikut :
Pertama-tama proses penghitungan tekanan dilakukan dan didapat
distribusi aliran udara, tahap ini dikenal sebagai “fire time 0”. Kebakaran
diasumsikan terjadi pada saat ini (api mulai berkobar). Api depan seperti kepala
gas dan asap berada pada node yang mulai terbakar. Kemudian penyebaran dari 0
muka api (s) dan temperatur udara akan dihitung setelah beberapa saat berlalu.
(fire time steep/tahap ke saat kebakaran) dari waktu kebakaran (fire time) 0
menggunakan distribusi aliran udara ini disebut proses penghitungan temperatur
(Temperatur Calculation Procces). Temperatur udara dihitung dengan rumus
sederhana yang menggunakan koefisien yang disebut dengan K-val. Ini
menentukan derajat penurunan temperatur sepanjang jalan. Ventilasi alam
berubah sesuai dengan berubahnya temperatur udara. Akibatnya akan
diperhitungkan, kemudian Proses Perhitungan Tekanan (Pressure Calculation
Procces) dilakukan lagi. Pada saat setelah api terbakar satu tahap kecepatan
kebakaran dan aliran udara yang baru dihitung.
43
4.4.2. Tindakan untuk mengatasi masalah dalam perhitungan aliran udara
1. Perbedaan dalam penghitungan tekanan
“Average node flow error” (kesalahan aliran udara node rata-rata) adalah
indicator perbedaan di perhitungan. Jika perhitungannya normal pada beberapa
kasus nilai-nilai ini bertambah besar dan perhitungan berhenti secara tidak normal.
Masalah inimengenai terlalu besarnya nilai koefisien percepatan. Pada kasus
nilainya dikurangi (dengan 0,1 s/d 0,2) oleh sebab itu perhitungan kasus dimulai
lagi.
Mungkin ada alasan lain untuk membedakan cara pengkalkulasiannya. Periksa
parameter-parameter untuk proses perhitungan
2. Waktu perhitungan yang terlalu lama
Lama atau sebentarnya waktu perhitungan ditentukan oleh jumlah
pengulangan untuk mendapatkan hasil. Jumlahnya ditampilkan selama dan
sesudah perhitungan. Standar pengulangan untuk mendapatkan hasil antara kira-
kira 3 kali jumlah total node, jika pengulangan untuk mendapatkan solusi lebih
dari 6 kali node dalam jaringan sepertinya ada beberapa alas an berikut untuk
membuat perhitungan lebih lambat dari seharusnya;
a. Terlalu banyak mesin angin atau perubahan yang tiba-tiba dari karakteristik
mesin angin, dalam kasus ini tidak ada metode yang cocok untuk
meningkatkan perumusan nilai-nilai tekanan tidak memusatkan dengan cepat
dan berkisar pada variasi jarak. Hal ini sifat nyata analisis jaringan,
bagaimanapun jika jarak kisarannya cukup kecil, perhitungannya dapat
dihentikan sebelum mencapai kondisi pengumpan yang sangat cepat. Pada
prakteknya aliran udara yang didapat cukup akurat.
b. Data tekanan yang salah , gunakan data yang benar
4.5. UNIT SYSTEM DATA UNIT .SDT
Sistem ini dapat menggunakan semua satuan untuk kecepatan aliran udara,
tekanan dan tahanan. Informasi ini diberikan pada file <UNIT.SDT>. Satuan-
satuan berikut digunakan dalam sistem :
Aliran udara :[m3/s], tekanan : [mmAq]=[Kgw/m2],tahanan:[weisbach]
44
Contoh konversi satuan <example of conversion coefficient (coeff)
Satuan aliran udara : [m3/min]dikonversi ke [m3/s] : coeff. = 0.01666667
Satuan tekanan : [mmAq] dikonversi ke [kgw/m2]: coeff. = 1.0
Satuan tahanan : [murgue] dikonversi ke Weisbach : coeff. = 0.001
Konversi-konversi ini ditulis pada kisaran <--coeff.-->
Karakter unitnya juga ditulis dalam kisaran <--unit-->, lalu karakter-karakter
tersebut akan ditampilkan jika diperlukan.
Parameter-parameter lain :
qel_f ; kesalahan aliran akhir
hbl_f : tekanan terakhir untuk ditambahkan untuk stabilitas
qel_i : kesalahan aliran awal
hbl_i : tekanan awal untuk menambah stabilitas
acc : kofisien akselerasi
avpc : koefisien perubahan tekanan rata-rata
Nfast : jumlah pengulangan internal
Moe_sw : display flag (1 : display/0:no display)
Ncalmax : jumlah pengulangan maksimal
45
BAB V
STUDI KASUS JARINGAN VENTILASI
TAMBANG BAWAH TANAH
5.1. Latar Belakang Ventilasi tambang merupakan kebutuhan yang sangat vital pada tambang
bawah tanah, ventilasi tambang berperan dalam menyuplai udara untuk aktifitas
didalamnya. Saat ini PT. Ale Indonesia telah mengembangkan salah satu tambang
bawah tanah yaitu Ale Block Cave, tambang ini masih dalam tahap development.
Aktifitas development dilakukan dalam rangka mempersiapkan fasilitas tambang
untuk aktifitas produksi. Permasalahan yang ditemukan didaerah ini adalah
aktifitas development yang terus berlanjut membutuhkan system ventilasi untuk
mendukung aktifitas tersebut. Upaya teknis yang dapat dimulai adalah membuat
perencanaan system ventilasi.
5.2. Rumusan Masalah
1. Sistem ventilasi tambang bawah tanah mana yang sesuai yang dapat
diterapkan dalam tambang.
2. Berapakah jumlah kebutuhan udara bersih pada tahun 2020.
5.3. Tujuan Praktikum
1. Mengetahui jumlah kebutuhan udara untuk mendukung development pada
tahun 2020.
2. Mengidentifikasi kebutuhan infrastruktur kontrol ventilasi dan auxiliary fan
yang dibutuhkan untuk mendukung sistem ventilasi.
5.4. Manfaat
Sebagai pembelajaran dan gambaran umum mengenai bagaimana cara
merancang system ventilasi tambang bawah tanah.
46
5.5. Prosedur Praktikum
Dalam pembuatan simulasi jaringan ventilasi menggunakan software Ventsim
Visual 3 ini diperlukan beberapa input data berupa resistansi udara, panjang jalur
udara, luas jalur udara dan data dari fan.
Gambar 5.1. Tampilan dari software Ventsim Visual 3
Untuk memulai suatu permodelan perlu dilakukan langkah-langkah sebagai
berikut :
1. Masukan data resistansi pada saluran udara dan resistansi pada sistem control
ventilasi ( Door ,bulkhead dan regulator).
Gambar 5.2. Input data resistansi
47
2. Masukan data Friction Factor yang ada pada saluran udara.
Gambar 5.3. Input data k-factor
3. Masukan data dimensi drift dan raise kemudian pilih k-factor sesuai saluran udara.
Gambar 5.4. Input data dimensi saluran udara
48
4. Buat layer primer sebagai layer yang mengakomodir sebuah tambang (mis: GBC,
DMLZ dan sebagainya) dan layer secondary untuk membedakan level per
level (mis: Undercut , Extraction dan sebagainya).
Gambar 5.5. Layer primer dan secondary
5. Masukan data fan utama, data fanyaitu flow, pressure, power danefficienc ,data
tersebut bisa di peroleh dari fan curve.
Gambar 5.6. Input data fan
49
DAFTAR PUSTAKA
1. Barenburg, A.W.T. , 1974, Psychrometry and Psychrometric Charts:Third Edition, Chamber of Mines of South Africa.
2. Hartman. H.L., (1982), “Mine Ventilation and Air Conditioning”, The Roland
Press Company, new York, Second Edition. 3. Hartman. H.L, (1987), “Introductory Mining Engineering”, A Wiley-
Interscience Publication, Jhon Wiley & son.Inc, Canada. 4. Hartman, Mutmansky, Romani, Wang., 1997, Mine Ventilation and Air
Conditioning, Third Edition., John Wiley & Sons.Inc: Canada. 5. Sweet. K., (1984), “Mining I”, Technical Publications Trust Prospect Place, Perth. 6. Japan Technical Cooperation Centre, (1995). “Basic Knowledge of
Underground Coal Mine Ventilation”, The Association for Overseas Technical Scholarship (AOTS). Japan.
7. New Energy Development Organizatin (NEDO), 2001 “Mine Ventilation”.
LAMPIRAN
LAMPIRAN A
PSYCHROMETRIC CHARTS
LAMPIRAN B
FAKTOR GESEK (K) TEROWONGAN BUKAN BATUBARA
LAMPIRAN C
PANJANG EKUIVALEN UNTUK BERBAGAI SUMBER SHOCKLOSS
LAMPIRAN D
CONTOH TABEL HASIL PENGAMBILAN DATA
No
W
(ft)
H Ф L
(ft)
SHOCKLOSS V
(ft/min)
Hs
(in)
Hv
(in)
Ht
(in) CATATAN
SUMBER Le
(ft)
1 AB 1.32 3.28 - -
SATU JALUR
BC 1.32 3.28 - -
CD 1.32 4.92 Contraction, abrupt 10
DE 0.49 0.49 4.1 Contraction, gradual 1
EF 0.49 0.49 4.1 - - 1633.86 0.27 0.08 0.35
FG 0.49 0.49 4.1 Bend, right, round 1
GH 0.49 0.49 4.1 Bend, obtuse, sharp 15
HI 0.66 0.66
3.61
Bend, obtuse, sharp 15
Discharge 65
Expansion, abrupt 20
2 AB
BC
CD
DE
EF
FG
GH
HI