BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Teori Dasar

2.1.1 Ventilasi

Ventilasi adalah pengendalian pergerakan udara, ventilasi tambang berarti

mengangkut keluar udara kotor (Injure Air) dan menggantinya dengan udara bersih

(Fresh Air). Ventilasi tambang sangat penting dalam dunia pertambangan,

khususnya dalam penambangan bawah tanah (Underground Mining).

Gambar 2.1Main Fan

Secara umum, sejumlah hembusan udara tertentu yang ada pada aliran

udara bahkan jika tidak ada kipas pada jaringan ventilasi tambang oleh perbedaan

kepekatan udara di dalam jaringan (ventilasi alam). Bagaimanapun, hembusan

udara tersebut tidak cukup untuk mempertahankan kondisi lingkungan yang

dibutuhkan, khususnya pada tambang batubara. Pada kasus seperti ini, satu atau

lebih kipas yang dipasang untuk menyediakan lebih banyak hembusan udara ke

dalam tambang. Juga diperlukan pemasangan pintu – pintu tambang dan regulator

dalam jaringan. Hal ini untuk menghitung rata – rata hembusan udara di semua

aliran udara di dalam tambang di bawah kondisi – kondisi tertentu yang dibuat oleh

ahli ventilasi untuk menyediakan sejumlah udara ketempat – tempat yang

disediakan. Akhirnya, kondisi yang paling cocok akan ditemukan setelah

perbandingan beberapa kondisi.

Analisis jaringan ventilasi diguakan hanya untuk mengetahui peredaran

aliran udara melalui jejaring yang lama. Bagaimanapun, tujuan analisis telah

diperluas tidak hanya untuk peredaran aliran udara tetapi juga Estimasi Panas

Lingkungan dan Simulasi Kebakaran di Tambang, dan lain – lain. Hasil analisis

jaringan ventilasi yang dianggap pengaruh tambang dimanfaatkan untuk

menemukan jalan keluar teraman dari bawah tanah ke permukaan saat kebakaran

tambang terjadi. Sistem analisis jaringan ventilasi saat ini dapat menghitung rata –

rata hembusan udara, temperature dan kelembaban diwaktu yang sama.

Bagaimanapun, analisis peredaran aliran udara adalah dasar dari seluruh analisis –

analisis tersebut.

Gambar 2.2Sistem Aliran Udara Tambang Bawah Tanah

Sistem ventilasi tambang merupakan hal yang wajib dipenuhi untuk

menjamin kondisi keselamatan dan kesehatan kerja. Salah satu tujuan penting dari

sistem ventilasi tersebut adalah menyediakan jumlah udara segar ke dalam tambang

sehingga kebutuhan oksigen untuk para pekerja tambang dan juga untuk keperluan

mesin mesin yang beroperasi di dalam tambang tersebut tercukupi. Untuk

mempermudah analisis kuantitas jaringan ventilasi tambang yang kompleks

diperlukan perhitungan dengan metode komputasi. Salah satu metode yang

digunakan dalam penyelesaian analisis kuantitas jaringan tambang adalah metode

Hardy Cross. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari dan menerapkan metode

Hardy Cross dalam analisis kuantitas jaringan ventilasi tambang

2.1.2 Kelembaban Relatif

Pengukuran kelembaban relatif udara dilakukan dengan menggunakan

hygrometer dan sling psychrometer atau whrilling hygrometer. Dalam percobaan

sebenarnya yang diukur adalah temperatur cembung kering dan temperatur

cembung basah sehingga diperoleh nilai kelembaban relatif udara. Kelembaban

relatif atau kelembaban nisbi merupakan bilangan yang dinyatakan dalam % yang

menunjukkan perbandingan antara jumlah uap yang dikandung udara pada

temperatur tertentu terhadap jumlah uap air maksimum yang dapat dikandung pada

temperatur yang sama.

Dinyatakan dengan :

Pengukuran kelembaban udara dilakukan dengan menggunakan hygrometer

dan sling psychrometer atau whriling hygrometer.

2.1.3 Kondisi Aliran Udara

Pada dasarnya tujuan dari ventilasi adalah menyalurkan udara yang cukup

kedalam tambang. Panjang jalur yang harus dilalui oleh udara yang dikirimkan dari

permukaan kedalam tambang bawah tanah dapat menyebabkan proses ventilasi

menjadi semakin sulit dan akan memerlukan biaya yang sangat mahal, khususnya

dalam penyediaan atau persiapan infrastruktur dari peralatan ventilasi tersebut.

Pada prinsipnya ventilasi tambang merupakan aplikasi prinsip – prinsip dinamika

fluida udara dalam tambang dan pipa. Meskipun pada dasarnya udara berupa gas

dan merupakan material yang dapat ditekan, namun dalam hal ini udara dianggap

sebagai fluida yang tidak dapat ditekan dan hal ini merupakan penyerdehanaan

dalam perhitungan.

Kelembaban Relatif =

Jumlah Uap AirJumlah Uap Air Max

x 100%

Arah aliran udara dalam tambang dipengaruhi oleh beberapa kondisi :

Tempat dengan perbedaan tekanan, yaitu udara akan mengalir dari tempat

bertekanan tinggi ketempat yang bertekanan lebih rendah.

Udara mengalir dari tempat yang temperaturnya rendah ke tempat dengan

temperature lebih tinggi.

Udara mengalir dari tempat yang kerapatannya tinggi ke tempat yang

kerapatannya rendah.

Ventilasi udara dalam tambang merupakan suatu contoh proses aliran udara

“steady”, yaitu suatu aliran yang variabel – variable alirannya tidak berubah dengan

waktu. Energi total suatu aliran terdiri dari energi statis, energi potensial, dan energi

panas. Apabila digambarkan suatu aliran yang melalui dua titik 1 dan 2, maka

persamaan energinya menjadi :

Total energi 1 = Total energi 2 + kehilangan energi 1 + 2

Di dalam mekanika fluida dikenal dua bentuk aliran fluida pada zona transisi

yaitu aliran laminar dan aliran Turbulen. Acuan dari pengklasifikasian jenis aliran

udara tersebut adalah dari bilangan Reynolds. Aliran laminar ini terjadi apabila Nre =

2000, sedangkan aliran turbulen terjadi apabila Nre ≥ 4000. Kecepatan pada bilangan

Reynolds = 4000 disebut kecepatan kritis. Apabila kecepatan udara yang mengalir

melaui saluran lebih besar dari kecepatan kritis maka alirannya adalah Turbulen.

Aliran udara pada suatu bukaan atau pipa ventilasi, kecepatan

maksimumnya akan terjadi pada pusat bukaan atau pipa tersebut, sedangkan pada

bagian tepi kecepatannya lebih rendah.

Kecepatan aliran udara merupakan parameter yang sering diukur. Hal ini

dilakukan karena kecepatan aliran udara adalah parameter penting untuk

menghitung kuantitas aliran udara, kebutuhan daya fan serta effisiensi fan. Peralatan

yang digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara di dalam tambang sangat

beragam tergantung kepada besarnya kecepatan aliran.

Tekanan udara suatu material yang selalu bergerak atau dalam hal ini

memiliki mobilitas yang tinggi, hal ini akan terjadi apabila ada suatu perbedaan

tekanan yang berbeda dari tempat yang satu dengan yang lain. Volume udara yang

akan bergerak persatuan waktu tergantung pada besarnya perbedaan tekanan

tersebut dan pada tekanan yang diberikan oleh lubang atau saluran pipa terhadap

aliran udara tersebut. Bila udara mengalir melalui suatu lubang atau pipa tekanan

yang diperlukan untuk memasukkan (force) atau ditarik (draw) udara melalui duct

tersebut tergantung tidak pada gesekan udara, kekasaran dinding – dinding

samping, sifat udara, rintangan – rintangan yang ada serta berat jenis udara juga

turut mempengaruhi tekanan. Ventilasi udara dalam tambang merupakan suatu

contoh proses aliran udara “steady”, yaitu suatu aliran yang variable – variable

alirannya tidak berubah dengan perubahan waktu.

2.2 Pengenalan Alat

Yang dimaksud dengan peralatan ventilasi (mekanis) dalam tambang dalam

adalah semua jenis mesin penggerak yang digunakan untuk memompa dan

menekan udara segar agar mengalir kedalam lubang bawah tanah. Yang terpenting

dan umum dipakai dalam hal ini adalah Fan, walaupun kompresor dan injektor

masih suka digunakan dalam beberapa tempat.

Dalam praktikum pengukuran di laboratorium ventilasi ini digunakan

beberapa jenis peralatan yaitu meliputi :

2.2.1 DuctDuct merupakan salah satu jaringan yang dibuat sebagai tempat mengalirnya

udara dan alata ini merupakan inti dari suatu kegiatan berlangsungnya suatu teori

atau mekanisme ventilasi udara di suatu tempat yang memang membutuhkan udara

agar kegiatannya berlangsung lancer dan member kenyamanan pada para pekerja

untuk mengefektifkan suatu pekerjaan terutama di dunia pertambangan tambang

bawah tanah.

Foto 2.1Duct

2.2.2 Fan

Fan adalah alat yang berfungsi untuk menciptakan perbedaan tekanan dalam

saluran udara (duct), sehingga menyebabkan terjadinya aliran udara dari permukaan

ke dalam tambang bawah tanah. Fan dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu :

Centrifugal, yang dibagi menjadi 2 yaitu :

Steel Plate

Multiblade, fan jenis ini dibagi menjadi 3 : Backward Curve, Radial Tip,

Forward Curve

.Gambar 2.2

Klasifikasi Centrifugal Fan

Sedangkan kompresor terbagi menjadi 3 jenis, yaitu :

Centrifugal

Axial Flow

Positive displacement

Dan Injector terbagi menjadi 3 jenis, yaitu :

Cylindrical

Conical

Venturi

Centrifugal Fan

Fan jenis ini digerakan secara mekanis dengan tenaga listrik dan dengan fan

ini akan diperoleh tekanan udara yang relatif besar dan volume aliran yang rendah,

bila dibandingkan dengan axial fan.

Axial Fan

Axial fan adalah kipas yang berbentuk sekrup. Prinsip kerja dari alat ini

adalah dengan memberikan percepatan tangensial ke udara saat melewati impeller

fan. Energi rotatif yang terjadi saat udara melewati impeller harus dikonversikan

menjadi energi aliran linear dan static head, hal ini penting untuk memperoleh

effisiensi yang tinggi.

Foto 2.3Axial Fan

Barometer

Barometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan absolut

udara disekitar peralatan. Terdapat 2 jenis barometer, yaitu :

Aneroid Barometer, terdiri dari ruang vakum udara dengan diafragma

elastic.

Mercury Barometer, dimana kolom mercury seimbang dengan tekanan

udara.

2.2.2 Anemometer

Alat ini digunakan untuk mengukur aliran udara yang berkecepatan sedang,

yang sering digunakan adalah jenis Vane Anemometer yang prinsip kerjannya ialah

udara akan menggerakkan rotor dengan kecepatan proporsional dan operasi

rotasinya dengan counting system, yaitu beroperasi pada waktu tertentu dengan

kecepatan ditentukan dari total revolusi dibagi dengan waktu. Cara menggunakan

alat ini pada saat percobaan suatu alat dalam ilmu ventilasi yaitu dengan cara rotor

atau kipas yang tersambung kabel ke counting system yang berguna untuk

menghitung kecepatan rotor yang di ujukan ke dalam Duct dengan demikian kita

dapat menentukan kecepatan aliran udara di dalam Duct.

Foto 2.4Vane Anemometer

2.2.4 Manometer

Bentuk manometer sederhana adalah tabung vertical ‘U’ yang diisi dengan

fluida (air) setengahnya, ke dua kaki dari tabung U dihubungkan dengan titik yang

akan diukur perbedaan tekanannya oleh sebuah tabung plastic yang dihubungkan

dengan pito tube, setelah dihubungkan maka cairan akan mengalir ketempat yang

lebih rendah setelah di hubungakan maka kia dapat mendaptkan atau membaca

selisihketinggian kedua permukaan fluida yang ,erupakan nilai besaran tekanan

yang kita tunjukan. Fungsi dari manometer sendiri adalah untuk mengatur

perbedaan tekanan yang tidak terlalu besar. Prinsip kerjanya yaitu mengisi

manometer dengan fluida yang bobot isinya lebih rendah daripada air.

Foto 2.5Manometer

2.2.5 Pitot Tube

Pitot tube digunakan untuk mengukur tekanan udara pada aliran udara

berkecepatan tinggi, alat ini juga sering dapat dijumpai pada pesawat terbang. Pitot

tube terdiri dari dua pipa kosentris yang berbentuk L. Pipa bagian dalamnya memiliki

ujung muka yang terbuka sebagai tempat aliran masuk udara. Sedangkan pipa

bagian luarnya tertutup ujungnya, yang pada sekeliling ujungnya terdapat lubang –

lubang kecil tempat aliran udara masuk. Head aliran udara yang melalui pitot tube

diukur oleh manometer yang dihubungkan dengan selang – selang plastic.

Sedangkan data pengukuran yang dapat diambil adalah head total, head static,

serta head velocity.

Foto 2.6

Pitot Tube2.2.6 Sling Psychrometer

Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban udara di ruang terbuka. Sling

psychrometer terdiri dari dua buah thermometer air raksa yang tujuannya untuk

mengukur temperature cembung kering dan cembung basah. Tenperatur cembung

kering nerupakan ukuran panan sensible di atmosfer dan temperature basah yaitu

terjadinya penguapan dari permukaan. thermometer tersebut namun dalam kondisi

jenuh kedua thermometer tersebut berfungsi sama.

Foto 2.7

Sling Psychrometer

2.2.7 Portable Ventilasi Booster

Portable Ventilasi Booster yaitu pembantu atau tambahan yang di pasang

dengan Fan sebagai alat tambahan untuk memperbesar tekanan udara di dalam

duck.

2.2.8 Regulator

Regulator digunakan sebagai tahanan buatan untuk mengatur aliran udara

tambang. Regulator mempunyai bentuk empat persegipanjang, dengan

diameter/lebar lubang dalam bervariasi antara 5 x 5 cm sampai dengan 15 x 15 cm

Dalam percobaan kali ini terdapat 4 Regulator dan tiap tiap regulator memiliki

perbedaan tersendiri.

Foto 2.8Regulator