ROOM FIRES (KEBAKARAN DALAM RUANGAN) HENY TRIASBUDI, IR., MSC. FIRE SAFETY SPECIALIST

(1)

HENY TRIASBUDI, IR., MSC.

FIRE SAFETY SPECIALIST

ROOM FIRES

(

KEBAKARAN DALAM RUANGAN

)

ROOM FIRES

(2)

PENDAHULUAN

 _{Pertumbuhan api secara tipikal berlangsung dalam 4}

tahap :

 _Incipient_{(awal nyala api).}

 _Growth_{(api mulai membesar).}

 _{Fully developed}_{(api terjadi secara penuh).}  _Decay_{(api mulai padam). (Lihat Gambar 1).}

 _{Kebakaran dalam ruangan secara teoritis juga}

mengikuti tahap pertumbuhan api seperti di atas.

 _{Kebakaran dalam ruangan dibedakan menjadi:}  _Kebakaran_{pre flashover}_.

 _Kebakaran_{post flashover}_{. (Lihat Gambar 2).}

 _{Perilaku kebakaran} _{pre flashover} _{penting dalam}

mendesain keselamatan gedung dalam menghadapi kebakaran.

(3)

(4)

(5)

PRE FLASHOVER FIRES

 _{Reaksi kebakaran memerlukan oksigen yang pada}

awalnya didapat dari udara dalam ruangan, tetapi karena kekurangan, oksigen diambil dari luar ruangan melalui bukaan (pintu/ jendela). Energi yang dihasilkan oleh kebakaran akan menarik udara dingin dari luar ke dalam fire plume dan mendorong produk kebakaran ke luar melalui bagian atas pintu

 _{Fire plume}_{membawa produk kebakaran ke}

langit-langit, produk ini yang akhirnya membentuk lapisan atas panas. Ketebalan dan temperatur lapisan atas panas makin bertambah sesuai dengan pertumbuhan api. Lapisan bawah yang dingin sedikit demi sedikit dipanasi oleh percampuran dan radiasi panas dari lapisan atas panas.

(6)

 _{Pada saat}_plume_{mencapai langit-langit terjadi aliran}

gas panas secara radial yang disebut ceiling jet. Arah ceiling jet tergantung dari bentuk permukaan langit-langit.

 _{Volume asap dan gas panas di lapisan atas panas}

makin tebal, sehingga pada suatu saat produk kebakaran mengalir keluar melalui bagian atas pintu.

 _{Tebal lapisan panas atas tergantung dari ukuran,}

durasi kebakaran dan ukuran pintu atau jendela.

 _{Bahan pelapis dinding, lantai dan langit-langit secara}

signifikan mempengaruhi pertumbuhan api.

 _{Perhitungan kebakaran}_{pre flashover}_{pada umumnya}

dilakukan dengan bantuan komputer karena memerlukan perhitungan yang rumit. Program yang sering digunakan: ASET, FIRE SIMULATOR, CFAST, FASTLite.

(7)

(8)

FLASHOVER

 _{Pada saat bertambah tingginya temperatur di lapisan}

atas panas, panas radiasi juga akan semakin tinggi mengenai seluruh benda yang ada dalam ruangan. Pada level kritis panas radiasi, seluruh benda yang dapat terbakar dalam ruangan akan terbakar yang mengakibatkan meningkatkan secara cepat laju pelepasan panas dan temperatur. Kejadian transisi antara pre flashover dan post flashover ini disebut flashover.

 _Flashover_{tidak mungkin terjadi di udara terbuka,}

hanya terjadi dalam ruangan.

 _Flashover_{akan terjadi bila panas dari kebakaran}

mencapai nilai kritis yang terkait dengan ukuran dari bukaan ventilasi (pintu, jendela).

(9)

 _{Untuk ruangan dengan satu jendela, nilai kritis}

pelepasan panas dihitung dengan persamaan Thomas:

Di mana:

Q_fo : panas pelepasan (MW)

A_t : luas permukaan dalam ruangan (m2)

A_v : luas bukaan jendela (m2)

H_v : tinggi jendela (m) v v t fo

A

H

Q



0 .

007 

0 .

378

(10)

POST FLASHOVER FIRES

 _Setelah _flashover_{, perilaku api berubah secara}

drastis. Aliran udara dan gas hasil kebakaran menjadi sangat turbulen.

 _{Temperatur sangat tinggi dan radiasi panas dalam}

ruangan menyebabkan seluruh permukaan benda padat yang dapat terbakar mengeluarkan sejumlah besar gas yang dapat terbakar di mana masih terdapat oksigen yang cukup.

 _Kebakaran_{post flashover}_{dikendalikan oleh adanya}

ventilasi, sehingga laju pembakaran tergantung pada ukuran dan bentuk bukaan ventilasi.

 _{Pada kebakaran yang dikendalikan oleh ventilasi, laju}

kebakaran dibatasi oleh udara dingin yang masuk dan udara panas yang keluar dari ruangan.

(11)

 _{Dalam ruangan dengan satu bukaan, Kawagoe}

membuat persamaan sebagai berikut:

Di mana:

: laju kebakaran (kg/s)

ṁ

A_v : luas bukaan jendela (m2)

H_v : tinggi jendela (m)

 _{Laju kebakaran yang dikendalikan ventilasi:}

Di mana:

Q_vent : laju pelepasan panas (MW) : laju kebakaran (kg/s) ṁ ΔH : panas pembakaran (MJ/kg) v v

H

A

m





0 .

092

c vent

m

H

Q







(12)

 _{Durasi kebakaran:}

Di mana:

t_b : durasi (s)

E_f: energi bahan bakar (MJ)

Q_vent: laju pelepasan panas (MW)

 _{Persamaan Law:} Di mana: W : panjang ruangan (m) D : lebar ruangan (m) e : eksponen (2.71828) Ω : faktor bukaan Di mana:

A_t : Luas bukaan total (m2)

vent f b

E

Q

t



/



_

 







₀

_.

₁₈

_A

_H

_W

_/

_D

₁

_e

0.036

m



_v _v



A

t



A

v



/

A

v

H

v





(13)

 _{Faktor ventilasi:}

Di mana:

F_v : faktor ventilasi (m1/2)

 _{Bukaan ganda}_{(multiple openings):}

Di mana:

l₁ : panjang ruangan (m), B_i : lebar jendela ke i (m) l₂: lebar ruangan (m), H_i: tinggi jendela ke i (m) H : tinggi ruangan (m), (Lihat Gambar 4).

t v v v

A

H

A

F



/



r r



t

l

H

l

H

A



2

₁ ₂



₁



₂





v v

A

H

A

H

A

H



₁ ₁



₂ ₂





/









A

₁

A

₂

B

₁

H

₁

B

₂

H

₂

A

_v

(14)

(15)

MENGHITUNG TEMPERATUR DAN DURASI KEBAKARAN

 _{Ada beberapa cara untuk menghitung temperatur dan}

durasi (waktu) kebakaran: secara manual

menggunakan persamaan, rumus, menggunakan gambar grafik dan menggunakan komputer.

 _{Salah satu cara manual disampaikan oleh The}

Eurocode (EC1, 1994), yang menghasilkan perkiraan yang relatif lebih akurat.

 _{Untuk menghitung} _{decay rate} _{(laju pelapukan),}

rumus yang dibuat oleh Eurocode dianggap kurang akurat, rumus ini diperbaiki oleh Feasey dan Buchanan (2000).

(16)

(17)

 _{Menurut Eurocode, persamaan untuk waktu kebakaran:}

Di mana:

T : temperatur kebakaran (°C) t* : durasi fiksius (jam)

Disebut fiksius karena waktu (durasi) dalam rumus ini berlaku untuk semua bahan bakar, bukaan dan material pelapis dinding ruangan.

e : eksponen (2.71828)

 _{Durasi fiktif (Eurocode):}

Di mana:

t_d : durasi kebakaran (jam), berlaku untuk kondisi khusus. sehingga lebih akurat.



₁

₀

_.

₃₂₄

0.2 *

₀

_.

₂₀₄

1.7 *

₀

_.

₄₇₂

19 *



1325

e

t

e

t

e

t

T













2 2 *

1900

/

04 .

0 /

b

F

t

v d



(18)

 _{Durasi kebakaran (Eurocode):}

Di mana:

t_d : durasi kebakaran (jam)

E : energi total bahan bakar (MJ)

 _{Laju pelapukan menurut Feasey dan Buchanan:}

Di mana:

dT/dt : laju pelapukan (decay rate) (°C/jam)

(dT/dt)_ref : laju pelapukan referensi (Lihat Gambar 6) t_d : durasi kebakaran (jam)

b : inersia termal (Ws0.5/m2 K)



v v



d

E

A

H

t



0 .

00013

/

1900

/

04 .

0 /

b

Fv

dt

dT

dt

dT

ref















(19)

(20)

 _{Contoh Soal 1:}

Dengan menggunakan rumus Flashover Thomas, hitung laju pelepasan panas (heat release rate) yang dibutuhkan untuk menimbulkan flashover dalam ruangan ukuran 6 m x 4 m tinggi 3 m dengan 1 jendela ukuran tinggi 2m, lebar 3 m.

Penyelesaian:

Luas permukaan dalam ruangan =

Luas jendela =

Laju pelepasan panas =



r r



t

l

H

l

H

A



2

₁ ₂



₁



₂



₆

₄

₆

₃

₄

₃



₁₀₈

2

2 m

A

_t















2 2

₆

2

3 m

m

BH

A

_v



_v







v v t fo

A

H

Q



0 .

007 

0 .

378 MW

Q

_fo



0 .

007 

108 

0 .

378 

6 

2 

3 .

96

(21)

Hitung laju pelepasan panas (heat release rate) yang dikendalikan oleh ventilasi untuk menimbulkan kebakaran post flashover dalam ruangan ukuran 6 m x 4 m tinggi 3 m dengan 1 jendela ukuran tinggi 2 m, lebar 3 m, bila kayu yang terbakar dalam ruangan panas pembakarannya 16 MJ/kg dan densitas energi beban kebakaran 800 MJ/m2 .

Penyelesaian:

Laju kebakaran =

Laju pelepasan panas =

s

kg

H

A

m





0 .

092

_v _v



0 .

092 

6 

2 

0 .

781 /

MW

H

m

Q

_vent







_c



0 ,

78 

16 

12 .

5

(22)

Energi total = Durasi kebakaran =

MJ

A

e

E

_f



_f _f



800 

6 

4 

19200

menit

s

Q

E

t

_b



_f

/

_vent



19200

/

12 .

5 

1536



25 .

6

(23)

Dengan menggunakan persamaan Law, hitung laju pelepasan panas (heat release rate) yang dikendalikan oleh ventilasi dan durasi kebakaran dalam ruangan ukuran 6 m x 4 m tinggi 3 m dengan 1 jendela ukuran tinggi 2 m, lebar 3 m yang terletak pada bagian panjang ruangan. Penyelesaian: Faktor bukaan = Laju kebakaran =



A

t



A

v



/

A

v

H

v







₁₀₈

_

₆



_/

₆

₂

_

₁₂

1/2





m



_

 







₀

_.

₁₈

_A

_H

_W

_/

_D

₁

_e

0.036

m



_v _v



e



kg

s

m





0 .

18 

6

2 

6 /

4

1 

0.03612



0 .

657 /

(24)

Laju pelepasan panas = Durasi kebakaran =

MW

H

m

Q

_vent







_c



0 ,

657 

16 

10 .

5 menit

s

Q

E

t

_b



_f

/

_vent



19200

/

10 .

5 

1829



30 .

5

(25)

Dengan menggunakan data dan hasil perhitungan pada contoh soal 1,2 dan 3, hitung durasi dan maksimum

temperatur kebakaran dalam ruangan dengan

menggunakan persamaan parametrik. Ruangan dibangun dengan bahan beton. Karakteristik beton:

 _{Konduktifitas termal, k = 1.6 W/m K}  _{Densitas, ρ = 2300 kg/m}3

 Panas spesifik, c_p = 980 J/kg K

Penyelesaian:

Inersia termal beton =

Faktor ventilasi =

K

m

Ws

c

k

b





_p



1 .

6 

2300



980 

1900

0.5

/

2 2 / 1

079 .

0

108 /

2

6 /











A

H

A

m

F

_v _v _v _t

(26)

Beban bahan bakar total =

Durasi kebakaran parametrik =

Durasi fiksius =





0 .

00013

19200

/



6 /

2 

/

00013

.

0 





_v _v d

E

A

H

t

MJ

A

e

E



_f _f



800 

24 

19200

menit

jam

t

_d



0 .

294 

17 .

6 





b







jam

F

t

v d

1 .

15 1900

/

1900

04 .

0 /

079 .

0

294 .

0 1900

/

04 .

0 /

2 2 2 2 *

_

(27)

Temperatur maksimum =

Durasi kebakaran t_d = 17.6 menit, kurang dari 30 menit, maka laju pelapukan referensi, (dT/df)_ref = 625 °C/jam. (Lihat Gambar 6).

Laju pelapukan =

Waktu penurunan temperatur = 946/878 = 1.08 jam.

Durasi total dari flashover sampai api padam = 0.29 + 1.08 = 1.37 jam (1 jam 20 menit).