This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
LABORATORIUM GEOMEKANIKA DAN PERALATAN TAMBANGPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2013
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Ventilasi Tambang
Ventilasi Tambang adalah suatu kegiatan yang memasukan udara bersih dari atas
permukaan secara paksa guna memenuhi kebutuhan udara di bawah tanah untuk menunjang
proses produksi, juga sebagai pengatur sirkulasi udara dibawah tanah.
1.2 Fungsi Ventilasi Tambang
Ventilasi tambang berfungsi untuk:
a. Menyediakan dan mengalirkan udara segar kedalam tambang untuk keperluan
menyediakan udara segar (oksigen) bagi pernapasan para pekerja dalam tambang dan
juga bagi segala proses yang terjadi dalam tambang yang memerlukan oksigen.
b. Melarutkan dan membawa keluar dari tambang segala pengotoran dari gas-gas yang
ada di dalam tambang hingga tercapai keadaan kandungan gas dalam udara tambang
yang memenuhi syarat bagi pernapasan.
c. Menyingkirkan debu yang berada dalam aliran ventilasi tambang bawah tanah hingga
ambang batas yang diperkenankan.
d. Mengatur panas dan kelembaban udara ventilasi tambang bawah tanah sehingga
dapat diperoleh suasana / lingkungan kerja yang nyaman
1.3 Prinsip Ventilasi Tambang
Pada pengaturan aliran udara dalam ventilasi tambang bawah tanah, berlaku hukum alam
bahwa:
a. Udara akan mengalir dari kondisi bertemperatur rendah ke temperatur panas.
b. Udara akan lebih banyak mengalir melalui jalur-jalur ventilasi yang memberikan
tahanan yang lebih kecil dibandingkan dengan jalur bertahanan yang lebih besar.
c. Hukum-hukum mekanika fluida akan selalu diikuti dalam perhitungan dalam ventilasi
tambang.
1.4 Lingkup Bahasan Ventilasi Tambang
Dalam membahas ventilasi tambang akan tercakup tiga hal yang saling berhubungan,
yaitu:
a. Pengaturan/pengendalian kualitas udara tambang.
Dalam hal ini akan dibahas permasalahan persyaratan udara segar yang diperlukan
oleh para pekerja bagi pernafasan yang sehat dilihat dari segi kualitas udara (Quality
control).
b. Pengaturan/pengendalian kuantitas udara tambang segar yang diperlukan oleh
pekerja tambang bawah tanah. Dalam hal ini akan dibahas perhitunganuntuk jumlah
aliran udara yang diperlukan dalam ventilasi dan pengaturan jaringan ventilasi
tambang sampai perhitungan kapasitas dari kipas angin.
c. Pengaturan suhu dan kelembaban udara tambang agar dapat diperoleh lingkungan
kerja yang nyaman.
Dalam hal ini akan dibahas mengenai penggunaan ilmu yang mempelajari sifat-sifat
udara atau psikrometri (psychrometry).
Dalam membahas pengaturan ventilasi tambang yang bersifat mekanis perlu juga
dipahami masalah yang berhubungan dengan kemungkinan adanya aliran udara akibat ventilasi
alami, yaitu antara aliran udara sebagai akibat perbedaan temperatur yang timbul secara alami.
1.5 Tujuan Praktikum
Tujuan dilaksanakannya praktikum ventilasi ini adalah:
1) mengetahui pengaruh pengaturan udara terhadap kelembaban relatif
2) mengetahui pengaruh percabangan terhadap kondisi aliran udara
3) mengetahui pengaruh perubahan penampang terhadap aliran udara
4) mengetahui pengaruh penambahan booster (axiliary fan) pada kondisi udara.
1.6 Peralatan yang Digunakan
Dalam praktikum pengukuran laboratorium ventilasi ini digunakan beberapa jenis
peralatan, yaitu:
1) Saluran ventilasi
2) Fan
a. Centrifugal fan
Mempunyai beberapa bilah kipas yang
mengelilingi pusat kipas. Meningkatkan
tekanan dan aliran udara. Forward blades
cocok digunakan untuk aliran udara
dengan volume dan tekanan yang tinggi.
b. Axial fan
Adalah kipas yang berbentuk sekrup. Prinsip kerjanya adalah dengan memberikan
percepatan tangensial ke udara saat melewati impeller. Energi rotasi harus
tekronversi 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.
3) Anemometer
Anemometer adalah alat pengukur kecepatan angin yang
melalui system ventilasi. Digunakan dua jenis anemometer,
yaitu anemometer digital dan analog.
4) Pitot tube (3 buah)
Pitot tube digunakan untuk mengukur
tekanan udara pada aliran udara
kecepatan tinggi. 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
keluar. Head aliran udara yang melalui tabung pitot diukur dengan manometer yang
dihubungkan dengan selang plastik. Head yang diukur adalah Total Head (Ht), Static Head
(Hs), dan Velocity Head (Hv).
5) Manometer (3 buah)
Manometer yang digunakan dalam praktikum
ini adalah manometer tabung U yang diisi oleh
spiritus. Tabung U ini dihubungkan dengan
selang terhadap tabung pitot. Nantinya,
perbedaaan ketinggian dari spiritus akan
menunjukkan perbedaan tekanan.
6) Sling psychrometer
Alat ini digunakan untuk mengukur
kelembaban udara secara tidak langsung. Alat
ini terdiri dari dua buah termometer raksa
yang mengukur termometer basah (wet bulb)
dan termometer kering (dry bulb). Pada
prinsipnya termometer 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.
7) Stopwatch
Alat untuk menghitung lama waktu aliran udara melewati saluran udara.
8) Waterpass
Waterpass adalah alat untuk
mengukur kerataan dari dudukan
manometer. Ditempatkan diatas
dudukan dari manometer.
BAB II
TEORI DASAR
2.1 Mengetahui korelasi pengaturan udara dengan kelembaban relatif
Pada pengaturan udara yang masuk ke dalam sistem ventilasi bawah tanah, kita akan
mengatur kelembaban relatif udara di dalam sstem ventilasi bawah tanah. Pengaturan
kelembaban udara relatif berhubungan dengan Tbasah dan T kering serta kurva psikrometer. Faktor
kelembaban udara pada tambang bawah tanah berguna untuk mengatur tingkat kenyamanan
kerja pada tambang bawah tanah.
Kelembaban Relatif (Relative Humidity, Ø) merupakan perbandingan antara tekanan uap
udara pada temperatur konstan, umumnya dinyatakan dalam persentase (%).
Kelembapan Relatif =
PvP s
×100%
2.2 Pengaruh percabangan terhadap kondisi aliran udara.
Sifat aliran udara dianalogikan dengan aliran arus listrik maka digunakan dua hukum
dasar Kirchhoff. Sistem ventilasi dapat berbentuk seri maupun paralel. Pada sistem ventilasi
paralel akan didapati percabangan maka kuantitas udara akan terbagi ke masing-masing
percabangan sesuai dengan hokum I Kirchhoff (kuantitas udara yang masuk percabangan sama
dengan jumlah kuantitas udara pada masing-masing cabang).
Adanya percabangan aliran udara pada ventilasi akan menyebabkan distribusi aliran
udara ke setiap cabang. Besarnya debit aliran udara setiap cabang tergantung kepada beberapa
faktor seperti luas penampang dan kekasaran permukaan dinding ventilasi. Namun, pada
prinsipnya besarnya debit aliran udara memasuki atau meninggalkan percabangan adalah
sama.
Bila debit aliran udara yang meninggalkan percabangan didefinisikan positif dan debit
aliran udara yang memasuki percabangan didefinisikan negatif, maka jumlah keempat debit
aliran udara haruslah nol, Q1 + Q2 - Q3 - Q4 = 0
Secara umum Hukum I Kirchoff dapat dinyatakan sebagai berikut :
2.3 Mengetahui korelasi luas penampang dengan kecepatan dan debit udara
Pada penampang kecil akan dihasilkan aliran udara yang mempunyai kecepatan aliran
yang tinggi sedangkan pada luas penampang yang besar akan didapatkan aliran udara dengan
kecepatan aliran yang rendah. Namun pada penampang kecil dan besar mempunyai jumlah
aliran udara pada tiap satuan waktu.
Cara yang paling umum digunakan untuk menentukan Head Loss adalah dengan metode
Equivalent Length Method :
H L=H f+H x=KP(L+Le )Q
2
A3Keterangan :K = Friction FactorP = PerimeterL = PanjangLe = Panjang EkivalenQ = DebitA = Luas
2.4 Pengaruh letak pengukuran tabung pitot dalam saluran ( ¼ L, ½ L, ¾ L)
Karena adanya gesekan antara aliran udara dengan dinding-dinding saluran udara, maka
aliran udara yang paling besar kecepatannya adalah yang berada di posisi ½ L.
∑ Q = 0
Gambar pola aliran udara sebenarnya dalam pipa
2.5 Pengaruh pola aliran udara pada titik pengamatan ( A1, A2, A3)
Akibat dari percabangan adalah akan terjadi friction loss (head yang hilang diakibatkan
oleh gesekan) dan shock loss yang berasal dari kekasaran permukaan dari luas penampang
duct. Percabangan ini tidak akan memperoleh debit aliran udara yang sama, karena diakibatkan
oleh beberapa faktor yakni kecepatan aliran udara dan luas penampang saluran. Bukti dari
percabangan ini dapat dilihat pada saat pembukaan dan penutupan dari sekat. Pada kondisi
yang ideal, semakin jauh titik pengamatan dari sumber fan, maka akan semakin banyak loss
sehingga head yang terbaca akan makin kecil.
BAB III
PROSEDUR PERCOBAAN DAN HASIL PENGUKURAN
3.1 Prosedur Percobaan
a. Persiapaan percobaan
Memastikan peralatan keamanan sudah digunakan dan dipersiapkan (safety shoes)
Menurunkan peralatan praktikum yaitu ventduck
Memastikan bahwa dudukan lat sudah benar
Mempersiapkan dudukan manometer di samping tabung pitot dan memastikan kedatarannya dengan waterpass
Mengambil kompresor dan dipasangkan dengan fan axial. Memastikan juga fan sentrifugal sudah terpasang pada instalasi listrik
b. Pengukuran kelembaban udara dalam ruang
c. Pengukuran kecepatan aliran udara pada saluran udara
d. Pengukuran dimensi dan penggunaan karakteristik jaringan
Mengukur dimensi saluran ventilasi (diameter, panjang, dan lebar) serta menentukan
karakteristik jaringan.
e. Pengukuran tekanan udara dengan pitot tube
f. Pengukuran kuantitas udara yang mengalir per menit pada kondisi intake
Diperoleh melalui perhitungan (pengolahan data).
Membasahi reservoir termometer cembung basah dengan air
Memutar Sling psychrometer sekitar 2 menit
Membaca bacaan pada termometer basah dan kering dengan cepat
Memastikan tidak ada pengaruh dari temperatur tubuh, pernapasan,maupun sinar yang kuat agar dihasilkan pembacaan yang presisi
Memastikan bahwa anemometer sudah dikalibrasi dan jarum sudah menunjukkan pada nilai 0
Memutar posisi anemometer sebesar 900 agar menghilangkan pengaruh resistensi
Membaca bacaan pada anemometer setelah percobaan selama 2 menit
Membaca bacaan setiap jarum pada anemometer menyesuaikan satuan kemudian mencatatnya.
Setelah pembacaan selesai , mengkalibrasi anemometer kembali. Memindahkan anemometer pada setiap posisi yang telah ditentukan yaitu (1/4L, 1/2L, 3/4L). Dan mengulangi langkah awal
Mengatur posisi pitot pada posisi yang telah ditentukan (1/4L, 1/2L, 3/4L)
Memasang selang pada tabung pitot dengan manometer U
Memastikan dudukan manometer sudah seimbang denga menempelkan waterpass dimana gelembungnya berada ditengah.
Setelah aliran dimulai, melihat beda ketinggian yang ada pada manometer.
Mengulangi untukl mengukur Hv, Ht, Hs
3.2 Pengukuran
a. Kondisi A
1) Axial fan menyala, centrifugal fan tidak menyala
2) Pasang fan axial exhaust
3) Tutup katup penyekat (tanpa cabang)
4) Pangamatan yang dilakukan :
- Temperature kering dalam saluran (tk)
- Temperatur basah dalam saluran (tb)
- Temperatur kering dalam ruangan (TK)
- Temperature basah dalam ruangan (TB)
5) Ukur kecepatan aliran udara pada titik A1, A2, dan A3 (dalam 2 menit)
6) Ukur beda kenaikan fluida dalam manometer pada titik A1, A2, dan A3, baik untuk
beda tekanan total, static, maupun velocity. Pengukuran ini dilakukan dalam tiga
posisi pitot tube yang berbeda, dengan acuan kepala pitot tube berada di tiga
posisi yaitu : tepi saluran ujung kanan, tepi saluran ujung kiri, dan ditengah
saluran.
7) Lakukan juga untuk kondisi katup penyekat dalam keadaan terbuka (dengan
cabang)
b. Kondisi B
1) Axial dan centrifugal fan menyala
2) Pasang fan axial intake
3) Tutup katup penyekat (tanpa cabang)
4) Pangamatan yang dilakukan :
- Temperature kering dalam saluran (tk)
- Temperatur basah dalam saluran (tb)
- Temperatur kering dalam ruangan (TK)
- Temperature basah dalam ruangan (TB)
5) Ukur kecepatan aliran udara pada titik A1, A2, dan A3 (dalam 2 menit)
6) Ukur beda kenaikan fluida dalam manometer pada titik A1, A2, dan A3, baik untuk
beda tekanan total, static, maupun velocity. Pengukuran ini dilakukan dalam tiga
posisi pitot tube yang berbeda, dengan acuan kepala pitot tube berada di tiga
posisi yaitu : tepi saluran ujung kanan, tepi saluran ujung kiri, dan ditengah
saluran.
7) Lakukan juga untuk kondisi katup penyekat dalam keadaan terbuka (dengan
cabang)
3.3 Hasil Pengukuran
a. Kondisi A
Temperatur kering : Awal 81 ⁰F 27.22 ⁰CAkhir 81 ⁰F 27.22 ⁰C
Temperatur basah : Awal 71 ⁰F 21.67 ⁰CAkhir 72 ⁰F 22.22 ⁰C
Kelembaban relatif : Awal 61.68 %Akhir 65.16 %
Jenis Fan : Axial Fan (intake)
Pengukuran Tekanan dan Kecepatan Udara di Titik A1, A2, A3
Posisi Anemometer (L)Saluran Tanpa Cabang Saluran Dengan Cabang