BAB 2:
API DAN LEDAKAN 2.1 Api
Api dapat terjadi akibat oksidasi yang sangat cepat dari material yang
dapat terbakar serta menghasilkan panas, cahaya, dan senyawa seperti
CO2 dan uap air. Jika temperatur cukup tinggi, gas dapat terionisasi
menjadi plasma. Api dapat menyebabkan conflagration yaitu kebakaran
yang tidak terkendali.
Segitiga api: bahwa api dapat terjadi jika terdapat 3 keadaan
- ada oksigen (udara), - ada zat yang combustible - ada penyala
2.1.1 Jenis-Jenis Api
Jenis-jenis api dibagi berdasarkan berbagai macam klasifikasi sebagai
berikut.
1. Klasifikasi berdasarkan fenomena yang terbentuk:
a. Fire balls
Fire balls merupakan nyala api spontan yang bersumber dari pelepasan
uap atau fluida 2 fase, umumnya terjadi pada cairan yang mudah terbakar,
memiliki titik didih tinggi dan disimpan dalam kondisi ekstrim. Energi yang
dihasilkan masih terlalu kecil untuk menghasilkan ledakan, namun daya
hancur api relatif tinggi. Beban panas yang dihasilkan : 1000 kJ/m2,
pelepasan energi cepat. Durasi nyala api relatif singkat
(beberapa detik-beberapa menit). Dispersi dipengaruhi oleh mekanisme
pelepasan gas/uap.
b. Pool Fire
Sumber nyala api pool fire adalah cairan mudah terbakar yang tumpah ke
suatu permukaan sehingga membentuk suatu kolam, atau cairan mudah
terbakar yang ada pada sebuah tangki atau wadah. Api dapat dipengaruhi
oleh adanya angin. Angin dengan kecepatan sekitar 5 m/s dapat
menyebabkan nyala api mati. Tinggi api umumnya sekitar 2 kali lipat
diameter kolam tumpahan. Nyala api berhenti saat combustible matters
17
penyebab kebakaran sudah habis terbakar, laju pembakaran
berubahubah sampai diameter kolam konstan, konten energi tidak terlalu
besar tapi cakupan kebakaran sangat besar.
c. Jet-Fire
Jet fire merupakan terbakarnya gas yang keluar dari pipa / pada point of
exit dari aliran pipa. Bentuk apinya seperti yang terjadi pada exhaust
roket. Api jenis ini sangat sering terjadi pada industri, baik secara tidak
sengaja maupun disengaja. Jet fire sengaja dimanfaatkan pada burner
dan flare systems. Nyala apinya berhenti saat aliran gas dihentikan.
Besarnya api dan pelepasan energi bisa diatur dengan mengatur laju alir
gas.
2. Klasifikasi api berdasarkan material penyebab api:
a. Kelas A (Ordinary Combustible)
Api pada kelas A merupakan Combustible Matters seperti plastik, karet,
bahan tekstil, kayu, kertas, dan bahan-bahan berbasis karbon.
Pemadaman dilakukan dengan air, foam, powder, dan wet chemicals. Api
kelas A terjadi akibat meningkatnya temperatur sampai melebihi ignition
point dari combustible matters dalam kondisi tersedianya oksigen, dan
berlangsungnya reaksi oksidasi. Manfaat api kelas A banyak digunakan
untuk keperluan sehari-hari seperti pada tungku dan api unggun.
b. Kelas B (Flammable Liquids)
Api kelas B merupakan Combustible Matters seperti cairan yang mudah
terbakar seperti bensin dan minyak tanah. Pemadaman dilakukan dengan
powder dan foam. Cairan-cairan hidrokarbon merupakan bahan bakar
yang sangat mudah tersulut oleh api. Pemadaman dengan air tidak dapat
dilakukan karena lapisan minyak akan menghalangi air berkontak dengan
api. Hal yang dapat dilakukan untuk memadamkan api kelas B adalah
menghambat reaksi oksidasi yang terjadi.
c. Kelas C (Flammable Gases)
Api kelas C merupakan Combustible Matters seperti gas hidrokarbon
seperti metana, LPG, dan gas combustible lain seperti hidrogen dan
sikloheksana. Pemadaman dilakukan dengan powder. Gas adalah bahan
bakar yang sangat reaktif, karena itu seringkali langsung menghasilkan
ledakan. Inhibisi reaksi oksidasi gas hanya bisa dilakukan dengan powder
18
senyawa Halon.
d. Kelas D (Combustible Metals)
Api kelas D merupakan combustible matters seperti logam natrium, titanium, magnesium, kalium, steel, uranium, lithium, plutonium, dan kalsium. Pemadaman api kelas D dilakukan dengan powder (NaCl, grafit, dan tembaga). Beberapa logam mudah terbakar, dan setelah terbakar menyebar dengan sangat cepat, yang paling sering digunakan terjadi adalah lithium pada baterai. Pemadaman api dilakukan dengan menyerap emisi panas, menggunakan powder.
e. Kelas E (Electricity)
Sumber api kelas E adalah energi listrik yang keluar dari sistem aliran
listrik melalui kecelakaan seperti overloaded cable. Pemadaman dilakukan
dengan powder (NaCl, grafit, tembaga), karbondioksida, halon.
Pemadaman api dilakukan dengan dengan 2 tahap, mematikan aliran
listrik dan pemadaman. Setelah aliran listrik dimatikan maka api yang
terbentuk tergolong pada kelas A.
f. Kelas F (Cooking Oil & Fats)
Sumber api kelas F pada dasarnya sejenis dengan api kelas B.
Pemadaman dilakukan dengan powder, wet chemicals, kain penutup. Api
kelas F dibedakan dari api kelas B karena sifat fisik minyak dan lemak
berbeda dengan flammable liquids. Pemadaman dapat dilakukan dengan
reaksi penyabunan.
2.2 Ledakan
Menurut NFPA (Asosiasi Pencegahan Kebakaran Nasional di AS) ledakan
adalah letupan dari suatu kontainer atau wadah akibat tekanan internal
dari deflagrasi atau detonasi (NFPA,).
2.2.1 Jenis-jenis Ledakan
1. Berdasarkan mekanisme kejadian, terdiri dari:
a. Ledakan kimia, disebabkan karena pemanasan termal dari reaksi
produk dan perubahan dalam jumlah mol reaksi tersebut.
b. Ledakan mekanik, reaksi tidak terjadi, energi berasal dari kandungan
energi dalam bahan itu, contoh ledakan tangki gas bertekanan tinggi.
19
2. Berdasarkan cepat rambat ledakan, diantaranya adalah:
a. Detonasi, efek ledakan terjadi sebelum terdengar bunyi
Gambar 2.1 Detonation gas dynamics
b. Deflagrasi, efek ledakan terjadi setelah terdengar bunyi.
Gambar 2.2 Deflagration gas dynamics
20
3. Berdasarkan letak terjadinya, diantaranya:
a. Confined, yaitu ledakan yang terjadi pada vessel atau gedung.
Contoh : BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion) dan
ledakan dust (akibat pembakaran cepat dari partikel padat).
b. Partially confined, yaitu ledakan yang terjadi di luar vessel tapi di
daerah tertutup. Contoh : VCE. c. Unconfined, yaitu ledakan yang terjadi di udara terbuka.
d. Vapor cloud explosion (VCE), yaitu pelepasan mendadak sejumlah
besar uap dari bahan mudah terbakar. Jenis ledakan ini merupakan
yang paling berbahaya dan merusak dalam industri kimia dan
pemicunya tidak dapat diprediksi. Dispersi uap sepanjang lokasi pabrik
sekaligus berlangsung dengan udara penyulutan menghasilkan vapor
cloud.
Ledakan dapat menimbulkan efek-efek berikut:
1. Overpressure (tekanan yang berlebih).
2. Fragmentation (pecahan).
3. Impact (daya dorong) shockwave.
4. Panas (Heat).
Diagram logika hubungan efek ledakan dengan terlepasnya bahan ditunjukkan pada gambar-gambar berikut:
21
22
23
Tabel 2.1 Damage estimates for common structures based on overpressure (Clancey, 1972). These values should only be used for appropriate estimates.
24
25
Tabel 2.2 Damage estimates based on overpressure for process
equipment
2.2.2 Menghitung Energi Ledakan
Metode Kesetaraan TNT
Metode sederhana untuk menyamakan energi pembakaran bahan bakar
terhadap massa TNT. Persamaan kesetaraan TNT :
mTNT : massa TNT
η : efesiensi ledakan empiris m
∆Hc : energi ledakan dari gas
ETNT : energi ledakan TNT = 1.120 cal/g
: massa hidrokarbon
26
Prosedur untuk memperkirakan kerusakan akibat ledakan dengan metode
ekuivalensi TNT :
1. Tentukan jumlah total material yang mudah terbakar dalam ledakan.
2. Perkirakan efisiensi ledakan dan hitung massa ekuivalen TNT.
3. Gunakan aturan skala yang diberikan pada persamaan ekivalensi TNT
dan Gambar 2.3 untuk memperkirakan letak kebocoran pada saat
overpressure.
4. Gunakan Tabel 2.1 untuk memperkirakan kerusakan pada peralatan
proses dan struktur.
Gambar 2.3 Correlation between scaled distance and explosion peak side
on overpressure for a TNT explosion occuring on a flat
surface. Source: G. F. Kenney and K. j Graham, Explosive
Shocks in Air (Berlin: Springer-Verta, 1985).
Terdapat 4 metode untuk mengestimasi ledakan:
1. Persamaan Brode’s (pendekatan sederhana),
27
2. Persamaan Isentropik,
3. Persamaan Isotermal,
P 2
4. Ketersediaan termodinamis.
Nilai parameter ditentukan dengan menggunakan persamaan
Gambar 2.4. Energy of explosion for a compressed inert gas, computed
using four different methods. Source: D.A Crowf and C.V. Mashuga,
Understanding Explosions in the process Industries (New York:
American Institute of Chemical Engineers, in press): used permission
29