PENDAHULUAN
PURWANTO
NIRMANA FIQRA QAIDAHIYANI
VENTILASI TAMBANG - 21D11131802
KONTRAK KULIAH
16x Pertemuan
– 14x Perkuliahan/tugas 50%
– 2x Ujian 50%
Referensi:
1. H. L. Hartman, et al, “Mine Ventilation and Air Conditioning,” John Wiley & Sons, Inc., Canada, 1997.
2. M. J. McPherson, “SubsurfaceVentilation and Environmental Engineering,” Springer, New Delhi, 1993
A. PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
■ Sistem ventilasi merupakan metode aplikasi dari prinsip fluida dinamik (dalam hal ini udara) terhadap laju udara pada bukaan tambang bawah tanah.
■ Ventilasi merupakan pengendalian pergerakan udara, arah dan jumlahnya yang digunakan untuk memenuhi keselamatan pekerja.
■ Meskipun tidak memberikan konstribusi langsung pada produksi.
Namun, ventilasi yang kurang tepat pada penambangan bawah tanah menyebabkan tingkat kecelakaan kerja tinggi sehingga produktivitas pekerja menurun
■ Ventilasi kadang-kadang digambarkan sebagai urat nadi sumber kehidupan tambang bawah tanah, saluran udara masuk melalui arteri yang membawa oksigen ke area kerja dan vena balik yang membawa polutan untuk dibuang ke atmosfer luar.
PENDAHULUAN
Abad 18 dan 19 banyak meninggal pria, wanita dan anak-anak di tambang batubara Inggris dan menghasilkan teori tentang ventilasi menjadi ilmu yang penting pada pertambangan.
Sistem ventilasi pada tambang bawah tanah Cibaliung
FUNGSI VENTILASI TAMBANG
■ Menyediakan dan mengalirkan udara segar ke tambang bagi keperluan penyediaan udara segar (oksigen) bagi pernapasan pekerja dan juga bagi segala proses yang membutuhkan oksigen di dalam tambang bawah tanah
■ Melarutkan dan mengeluarkan gas-gas kotor dari dalam tambang sehingga udara di daam tambang menjadi segar dan memenuhi syarat untuk
pernapasan
■ Menyingkirkan debu yang berada dalam aliran ventilasi tambang bawah tanah sehingga memenuhi ambang batas yang diperkenankan
■ Mengatur panas dan kelembaban udara tambang bawah tanah sehingga lingkungan kerja menjadi nyaman
PRINSIP VENTILASI TAMBANG
1. Udara akan mengalir dari kondisi temperatur rendah ke temperatur tinggi (panas)
2. Aliran udara bergerak dari tekanan yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih rendah
3. Udara akan lebih banyak mengalir melalui jalur ventilasi yang memberikan tahanan yang lebih kecil dibandingan jalur bertahanan yang lebih besar 4. Tekanan ventilasi tetap memperhatikan tekanan atmosfir, bisa positif
(blowing) atau negatif (exhausting).
5. Hukum-hukum mekanika fluida akan banyak digunakan dalam perhitungan ventilasi tambang
6. Aliran udara mengikuti hukum kuadrat yaitu hubungan antara quantitas dan tekanan, bila quantitas diperbesar dua kali lipat maka dibutuhkan tekanan empat kali lipat.
JENIS –JENIS VENTILASI TAMBANG
■ 1. Ventilasi Alami (natural ventilation)
■ 2. Ventilasi Mekanis (artificial / mechanical ventilation)
Ventilasi Alami (natural ventilation)
■ Jika suatu tambang memiliki dua shaft yang saling berhubungan pada kedalaman tertentu, sejumlah udara akan mengalir masuk ke dalam tambang meskipun tanpa alat mekanis.
■ Ventilasi alam disebabkan udara pada downcast shaft lebih dingin dari udara pada upcast shaft, dan juga dipengaruhi oleh perbedaan tekanan dan densitas udara antara dua shaft yang saling
berhubungan tersebut.
■ Ventilasi alami terjadi karena perbedaan temperatur di dalam dan luar stope.
■ Temperatur di dalam stope akan mempengaruhi terjadinya ventilasi alami. Apabila terdapat perbedaan temperatur intake airway dan
return airway yang ketinggian mulut pit intakedan Outakenya berbeda, akan timbul perbedaan kerapatan udara di dalam dan di luar stope atau udara di intake airway dan return airway yang berbeda
temperaturnya, yang akan membangkitkan aliran udara.
Ventilasi Mekanis (artificial / mechanical ventilation)
■ Ventilasi mekanis adalah jenis ventilasi dimana aliran udara masuk ke dalam tambang disebabkan oleh perbedaan tekanan yang
ditimbulkan oleh alat mekanis.
■ Yang dimaksud peralatan ventilasi mekanis adalah semua jenis mesin penggerak yang digunakan untuk memompa dan menekan udara
segar agar mengalir ke dalam lubang bawah tanah.
■ Ventilasi mekanis ada 3 metode
– Metode hisap (exhaust system) – Metode hembus (forcing system)
– Metode hisap hembus (overlap system)
LINGKUP BAHASAN VENTILASI TAMBANG
Dalam membahas ventilasi tambang akan tercakup tiga hal yang saling berhubungan, yaitu;
1. Pengaturan/Pengendalian kualitas udara tambang
2. Pengaturan/pengendalian kuantitas udara tambang segar yang diperlukan oleh pekerja tambang bawah tanah
3. Pengaturan suhu dan kelembaban udara tambang agar dapat diperoleh lingkungan kerja yang nyaman
UDARA TAMBANG
■ Udara segar normal yang dialirkan pada ventilasi tambang terdiri dari ; Nitrogen, Oksigen, Karbondioksida, Argon dan Gas-gas lain
Dalam perhitungan ventilasi tambang selalu dianggap bahwa udara segar normal terdiri dari :
• Nitrogen = 79% dan
• Oksigen = 21%
• Disamping itu selalu dianggap bahwa udara segar akan selalu mengandung karbondioksida (CO2) sebesar 0,03%.
B. KONSEP FLUIDA
■ Fluida adalah zat yang molekul-molekul penyusunnya bebas bergerak relatif terhadap satu sama lain.
■ Zat padat (solid) molekulnya relatif tetap dalam kondisi suhu dan tekanan yang tidak merusak.
■ Terdapat definisi yang mengklasifikasikan materi menjadi fluida dan padatan, fluida dibagi lagi menjadi cairan dan gas.
ALIRAN VOLUME
■ Pengukuran aliran udara dalam sistem ventilasi didasarkan pada
volume udara yang melewati penampang saluran atau saluran udara dalam satuan waktu (1 detik).
■ Mengukur aliran volume adalah dengan menentukan kecepatan rata- rata udara, u, di atas penampang tertentu, dan kemudian
mengalikannya dengan luas dari penampang itu, A
■ Satuan aliran volume, Q, adalah m3/s.
Tekanan Fluida
■ Tekanan fluida disebabkan oleh tumbukan molekul fluida dengan dinding wadah atau dengan benda yang terbenam di dalam fluida.
■ Ketika fluida dalam keadaan diam, tekanannya seragam ke segala arah dan disebut tekanan hidrostatik.
■ Tekanan hidrostatik bergantung pada massa jenis fluida, percepatan akibat gravitasi, dan ketinggian atau kedalaman kolom fluida.
■ Hukum Pascal berbunyi “Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup, diteruskan ke segala arah dengan sama besar”.
Head Pressure
■ Head Pressure adalah istilah yang digunakan dalam mekanika fluida untuk menggambarkan tekanan yang diberikan oleh fluida karena ketinggian atau kedalamannya.
■ Semakin tinggi kolom fluida, semakin besar head pressure.
■ Pressure head berbanding lurus dengan ketinggian kolom fluida dan densitas fluida. Ini berarti bahwa fluida dengan densitas yang lebih tinggi akan memberikan pressure head yang lebih besar untuk
ketinggian yang sama.
Tekanan Atmosfer
■ Di permukaan bumi, tekanan atmosfer berkisar 100.000 Pa (100 kPa)
■ Satuan yang digunakan dalam meteorologi untuk tekanan atmosfer adalah bar (105 Pa).
■ Pengukuran variasi tekanan atmosfer penting selama survei ventilasi, untuk memprediksi emisi gas yang terdapat pada sistem ventilasi
bawah permukaan
Pengukuran Tekanan Udara
■ Perbedaan tekanan udara yang sering diukur dalam rekayasa ventilasi bawah permukaan jarang melebihi 7 atau 8 kPa.
■ Instrumen tradisional untuk mengukur perbedaan tekanan tersebut adalah manometer.
■ Manometer yang paling dasar adalah tabung kaca U sederhana yang berisi air, merkuri atau cairan lainnya.
■ Perbedaan tekanan diterapkan di ujung tabung menyebabkan tingkat cairan di kedua ujung manometer menjadi tergeser ke arah yang berlawanan.
■ Namun, dalam survei tekanan modern, manometer telah diganti dengan pengukur diafragma. Instrumen ini terdiri dasarnya dari diafragma fleksibel, di mana diterapkan tekanan diferensial.
C. PENGENDALIAN KUALITAS UDARA TAMBANG
PERHITUNGAN KEPERLUAN UDARA SEGAR
Jenis kegiatan manusia dapat dibeda-bedakan atas :
■ Dalam keadaan istirahat
■ Dalam melakukan kegiatan kerja yang moderat, misalnya kerja kantor
■ Dalam melakukan kegiatan kerja keras, misalnya olah raga atau kerja di tambang
o Laju pernafasan per menit didefinisikan sebagai banyaknya udara dihirup dan dihembuskan per satuan waktu satu menit.
o Laju pernafasan ini akan berlainan bagi setiap kegiatan manusia yang berbeda, makin keras kerja yang dilakukan makin besar angka laju pernafasannya.
PERHITUNGAN KEPERLUAN UDARA SEGAR
■ Nisbah pernafasan (respiratori quotient) ; didefiniskan sebagai nisbah antara jumlah karbondioksida yang dihembuskan terhadap jumlah oksigen yang dihirup pada suatu proses pernafasan.
■ Pada manusia yang bekerja keras, angka bagi pernafasan ini
(respiratori quotient) sama dengan satu, yang berarti bahwa jumlah CO2 yang dihembuskan sama dengan jumlah O2 yang dihirup pada pernafasannya.
PERHITUNGAN UNTUK MENENTUKAN JUMLAH UDARA YANG DIPERLUKAN PERORANG UNTUK PERNAFASAN
1. Atas dasar kebutuhan O2 minimum, yaitu 19,5 %.
2. Atas dasar kandungan CO2 maksimum, yaitu 0,5 %.
Atas dasar kebutuhan O
2minimum, yaitu 19,5 %
■ Pada pernafasan, jumlah oksigen akan berkurang sebanyak 0,1 cfm ; sehingga akan dihasilkan persamaan untuk jumlah oksigen sebagai berikut;
0,21 Q - 0,1 = 0,195 Q
(Kandungan Oksigen) – (Jumlah Oksigen pada pernafasan) = ( Kandungan Oksigen minimum untuk udara pernapasan )
Q = (0,1/ (0,21 – 0,195)) = 6,7 cfm (=3,2 x 10-3 m3/detik)
Atas dasar kandungan CO2 maksimum, yaitu 0,5 %
■ Dengan harga angka bagi pernafasan = 1,0 ;
■ maka jumlah CO2 pada pernafasan akan bertambah sebanyak 1,0 x 0,1 = 0,1 cfm.
■ Dengan demikian akan didapat persamaan : 0,0003 Q + 0,1 = 0,005 Q
Q = (0,1/(0,005 – 0,0003)) = 21,3 cfm (= 0,01 m3/detik)
■ Dari kedua cara perhitungan tadi, yaitu atas kandungan oksigen minimum 19,5 % dalam udara pernafasan dan kandungan maksimum karbon dioksida sebesar 0,5 % dalam udara untuk pernafasan, diperoleh angka kebutuhan udara segar bagi pernafasan seseorang sebesar 6,7 Cubic Feet per Minute (cfm) dan 21,3 cfm.
■ Dalam merancang kebutuhan udara untuk ventilasi tambang digunakan
angka kurang lebih sepuluh kali lebih besar, yaitu 200 cfm per orang ( = 0,1 m3/detik per orang)
UDARA TAMBANG BAWAH TANAH
■ Banyak proses-proses dalam alam yang dapat menyebabkan
pengurangan kandungan oksigen dalam udara; terutama untuk udara tambang bawah tanah.
– Peristiwa oksidasi, pembakaran pada mesin bakar dan pernafasan oleh manusia merupakan contoh dari proses kandungan pengurangan oksigen .
■ Kandungan oksigen dalam udara juga akan berkurang pada keadaan ketinggian (altitude) yang makin tinggi.
■ Kekurangnan oksigen dalam udara yang digunakan bagi pernafasan akan berpengaruh terhadap keadaan fisiologi manusia
1. Kandungan Oksigen Dalam Udara
■ Ada beberapa macam gas pengotor dalam udara tambang bawah tanah.
■ Gas-gas ini berasal baik dari proses-proses yang terjadi dalam tambang maupun berasal dari batuan ataupun bahan galiannya.
– Mesin-mesin yang digunakan dalam tambang merupakan salah satu sumber dari gas pengotor.
– proses peledakan yang diterapkan dalam tambang untuk pemberaian dapat merupakan sumber gas pengotor.
– Dalam tambang batubara, gas methan (CH4) merupakan gas yang selalu ada dalam lapisan batubara.
UDARA TAMBANG BAWAH TANAH
2. Gas-Gas Pengotor
Sifat Bermacam Gas
TUGAS:
1. Jelaskan sifat-sifat, pembentukan dan cara pengendalian dari gas pengotor yang terdapat pada tambang bawah tanah di bawah ini:
a) Karbondioksida (CO2) b) Methan (CH4)
c) Karbon Monoksida (CO) d) Hidrogen Sulfida (H2S) e) Sulfur Dioksida (SO2) f) Nitrogen Oksida NOX)
2. Hukum dasar mekanika fluida dan termodinamika fisika yang berkaitan dengan sistem ventilasi bawah tanah
