BAB I

PENDAHULUAN

Penggalian didalam tanah biasanya menjumpai banyak permasalahan

lingkungan dan budaya. Dalam tambang bawah tanah, juga pembuatan
terowongan aspek lingkungan yang kritis dan perlu dikendaliakan adalah
mekanika batuan dan ventilasi tambang tempat kerja. Pada kenyataan ini
merupakan sistem penunjang kehidupan penambang yang utama. Dan selanjutnya
disini akan dibahas tentang ventilasi tambang.
Ventilasi merupakan pengendalian jumlah dan arah pergerakan udara.
Sebagai sarana utama dari pengendalian kuantitas, ini merupakan sebagian dari
proses total air conditioning, yaitu pengendalian secara simultan terhadap
kualitas, kuantitas dan temperatur-temperatur udara.
Karena itu, ventilasi merupakan bukan satu-satunya proses dari total air
conditioning, juga tidak cukup untuk mencukupi obyek lingkungan tambang
yang diinginkan. Ventilasi tambang dan air conditioning saling melengkapi
tetapi merupakan proses yang terpisah. Pada perkembangannya tambang bawah
tanah seperti juga industri yang ada dipermukaan obyek lingkungan yang
diperlukan adalah membuat kondisi udara memenuhi kualitas dan temperaturkelembaban sebaik kuantitasnya.
1.1.

FUNGSI VENTILASI TAMBANG

Ventilasi tambang berfungsi untuk :

Menyediakan dan mengalirkan udara segar ke dalam tambang untuk

memenuhi kebutuhan oksigen pernafasan bagi para pekerja dalam
tambang dan juga bagi segala proses yang terjadi dalam tambang yang

memerlukan oksigen.
Melarutkan dan membawa keluar gas-gas pengotor yang ada di dalam
tambang hingga tercapai keadaan kandungan gas dalam udara tambang
yang memenuhi syarat pernafasan.

Menyingkirkan debu yang berada dalam aliran udara tambang bawah

tanah hingga batas yang diinginkan.

Mengatur panas dan kelembaban udara tambang bawah tanah hingga

diperoleh suasana/lingkungan kerja yang nyaman.

1.2.
PRISNSIP VENTILASI TAMBANG
Pada pengaturan aliran udara dalam ventilasi tambang bawah tanah berlaku
hukum alam bahwa :
Udara akan mengalir dari kondisi tekanan yang lebih tinggi ke tekanan

yang lebih rendah.

Udara akan cenderung mengalir melalui jalur-jalur ventilasi yang
memberikan tahanan lebih kecil dibandingkan dengan jalur yang

mempunyai tahanan yang besar.

Hukum-hukum mekanika fluida akan selalu diikuti dalam perhitungan
ventilasi tambang.
LINGKUP BAHASAN VENTILASI TAMBANG
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa dalam membahas ventilasi

1.3.

tambang akan tercakup tiga hal yang saling berhubungan.

Pengendalian kualitas udara tambang.
Dalam hal ini akan dibahas permasalah persyaratan udara segar yang
diperlukan oleh para pekerja bagi pernafasan yang sehat dilihat dari segi

kualitas udara.
a. Pengendalian gas
b. Pengendalian debu
c. Pengendalian material organik
Pengendalian kuantitas udara segar yang diperlukan oleh pekerja tambang
bawah tanah.
Dalam hal ini akan dibahas perhitungan jumlah aliran udara yang diperlukan

dalam ventilasi dan pengaturan jaringan ventilasi tambang sampai perhitungan

kapasitas dari kipas angin.
a. Ventilasi udara
b. Ventilasi bantu
Pengaturan suhu dan kelembaban udara tambang agar dapat diperoleh
linkungan kerja yang nyaman.
Dalam hal ini akan dibahas mengenai penggunaan ilmu yang mempelajari
sifat-sifat udara dan psikrometri.
a. Pendinginan
b. Pemanasan
c. Melembabkan

d. Mengeringkan
Dalam membahas pengaturan ventilasi tambang yang bersifat mekanis perlu
difahami masalah yang berhubungan dengan kemungkinan adanya aliran udara
akibat ventilasi alami, yaitu aliran udara sebagai akibat perbedaan temperatur
yang timbul secara alami.
1.4.
SIFAT DAN PERILAKU UDARA
Salah satu aspek pokok lingkungan tambang yang harus diperhatikan,
khusus dalam tambang bawah tanah adalah udara. Udara adalah campuran gas-gas
dan uap yang menyusun atmosfer alamiah pada permukaan bumi. Ditinjau secara
thermodynamika udara diartikan sebagai campuran udara kering dan uap air.
Secara komposisi udara kering pada permukaan laut ( Bolz and Tuve, 1973 )
adalah sebagai berikut :
Tabel 1.1. komposisi udara kering pada permukaan laut
Gas
Nitrogen ( N2 )
Oksigen ( O2 )
Carbon

Persen volume
78,09
20,95
0,03

Persen berat
75,55
23,13
0,05

dioksida ( CO2 )
Argon ( Ar ), dll
0,93
1,27
Dalam perhitungan ventilasi tambang selalu dianggap bahwa udara segar
normal terdiri dari :
- Oksigen = 21 % volume
- Nitrogen =79 % volume
Bermacam-macam gas yang sedikit jumlahnya dikelompokkan dengan
nitrogen karena secara kimia dan fisika bersifat inert. Untuk masalah yang
menyangkut karbondioksida menggunakan 0,03 %

atau kandungan volume

aktual.
Telah menguat dalam pikiran bagaimanapun juga udara kering tidak ada
diatmosfer normal. Ini hanya merupakan hipotesis yang diasumsikan dalam
pengendalian kualitas atau digunakan untuk mempermudah perhitungan
psikrometri.
Udara yang jenuh adalah udara yang terdiri dari semua uap air yang
mungkin dalam kondisi temperatur dan tekanan yang ada, sering dijumpai, bahwa
udara yang sangat jenuh ( kabut ) merupakan hal yang umum. Situasi yang
berlawanan yang biasa dijumpai dalam air conditioning di pertambangan adalah

udara yang lembab, atau udara yang normal yang merupakan campuran dari udara
kering dan uap air, bervariasi dari 0,1 % sampai 4 % volume ( biasanya dalam
pertambangan lebih dari 1 % ). Ini merupakan atmosfer normal, sebagai dasar
untuk perhitungan ventilasi dan air conditioning.
Jadi bila disebut udara standard merupakan konsep yang salah, biasanya
yang dimaksud adalah udara normal. (Di lain pihak, istilah standard lingkungan
atau kondisi standard dapat digunakan ).
Berdasarkan sifat kimianya, udara tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa
dan mendukung proses pembakaran dan kehidupan. Hal ini penting dalam
pengendalian kualitas.
Sifat-sifat yang lain dapat diklasifikasikan dalam sifat fisika atau
psikrometri. Sifat-sifat fisika yang menyangkut fluida, baik diam maupun
bergerak, dalam pengendalian kuantitas ( ventilasi ) pada dasarnya berkaitan
dengan sifat dinamis. Sedangkan sifat psikrometri berhubungan dengan sifat
thermodinamika udara dan campuran uap air dan merupakan bagian penting
dalam pengendalian temperatur-kelembaban.
1.4.1. Definisi dan simbol yang sering digunakan :
Berat jenis ( S ) : perbandingan antara densitas gas dan udara. Sebagai dasar
untuk udara kering S = 1.
Density ( W ) : Perbandingan antara berat dan volume. Diukur dalam lb/ft 3
( kg/m3 ) .
Derajat kejenuhan ( ) : Perbandingan antara uap air pada suatu kondisi dan
pada keadaan jenuh, dengan suhu tetap Diukur dalam %
Enthalpi ( h ) : Kandungan panas total udara, yaitu jumlah dari enthalpi udara
kering dan uap air per unit berat udara kering. Diukur dalam Btu/lb ( KJ/kg ).
Hukum Termodinamika 1 : Hukum transformasi energi yang berhubungan
dengan kuantitas udara.
Hukum Termodinamika 2 : Hukum transformasi energi yang berhubungan
dengan kualitas udara.
Head atau Pressure Head ( H ) : Tinggi kolom air setara terhadap tekanan
udara. Di ukur dalam inch Water sering disingkat in ( dapat juga mm, tetapi lebih
baik pa atau Kpa )
Head Content, Rate Of Change ( q ) : Kecepatan perubahan kandungan panas
atau enthalpi udara per unit waktu. Mungkin sensible, latent atau total. Diukur
dalam Btu/h ( W ).

Kuantitas ( Q ) : Kecepatan volume aliran per unit waktu. Diukur dalam cfm
( m3/s ).
Kelembaban Relatif ( ) : Perbandingan antara tekanan uap pada kondisi
tertentu dan pada keadaan jenuh dengan temperatur tetap. Diukur dalam %.
Kelembaban Spesifik ( W ) : Berat uap air yang dikandung per unit berat udara
kering. Diukur dalam lb/lb atau grains/lb ( kg/kg ).
Kelembaban Spesifik Sebenarnya ( TSH ) : Massa uap air per satuan massa
udara segar Diukur dalam lb/lb ( kg/kg )
Kecepatan ( V ) : Kecepatan aliran linier udara per unit waktu. Diukur dalam fpm
( m/s ).
Kekentalan Absolut ( ) : Tahanan geser udara untuk bergerak. Diukur dalam lb
mass/ft.s = lb.s/ft2 ( Pa.s ).
Kekentalan Kinematik ( ) : Perbandingan antara kekentalan absolut terhadap
massa density. Diukur dalam ft2/s ( m2/s ).
Massa Density ( ) : Massa udara per unit volume. Hubungannya dengan density
: = w/g. Diukur dalam lb mass/ft3= lb.s2/ft4 ( kg/m3 ).
Power ( Pa ) : Tenaga yang dapat digunakan. Diukur dalam hp ( kW ).
Panas Spesifik ( c ) : Panas yang diperlukan untuk menaikan temperatur unit
berat udara 10 F ( 0C ). Biasanya specifik heat pada tekanan tetap ( C p ) dalam
perhitungan air conditioning. Diukur dalam Btu/lb. 0F ( KJ/kg C).
Panas Sensible : Panas yang mengubah temperatur suatu zat apabila ditambahkan
atau dikurangi. Diukur dalam Btu/lb ( KJ/kg ).
Panas Latent : Panas yang tidak mempengaruhi temperatur, tetapi mengubah fase
suatu zat apabila ditambahkan atau dikurangi. Diukur dalam Btu/lb ( KJ/kg).
Thermodinamika : Ilmu yang memperlajari transformasi energi.
Tekanan atau pressure ( p ) : Gaya oleh udara per unit luas, baik gage maupun
absolut. Tekanan atmosfer ( Pb ) dibaca dengan menggunakan barometer. Diukur
dalam psi atau in Hg ( Pa atau k Pa ).
Tekanan Uap ( Pv ) : Tekanan uap air di udara. Tekanan barometer udara adalah
jumlah tekanan udara kering dan uap air. Diukur dalam in Hg (Pa atau kPa)
Tekanan Uap Jenuh : Adalah tekanan maksimum yang dapat diberikan oleh uap
air di dalam suatu campuran udara dan uap air dan besarnya merupakan fungsi
dari suhu.
Temperatur Titik Embun ( tdp ) : Temperatur pada saat terjadi kondensasi air.
Diukur dalam 0F ( 0C ).

Temperatur Cembung Kering ( td ) : Temperatur yang ditunjukan oleh

termometer kering konvensional. Ukuran kandungan panas sensibel udara. Diukur
dalam 0F ( 0C ).
Temperatur Cembung Basah ( tw ) : Temperatur dimana air menguap ke udara
yang dapat membuat udara menuju jenuh adiabatis pada temperatur tersebut.
Ukuran kapasitas penguapan udara. Ditunjukan oleh termometer dalam selubung
basah, dan berada dalam aliran udara dengan kecepatan paling tidak 10 ft/det
( 3m/det ) diukur dalam 0F ( 0C ).
Temperatur Penjenuhan Adiabatis : Dalam proses penjenuhan adiabatis dimana
penurunan panas sensibel dari udara adalah sama dengan panas latent dari
penguapan air, dan temperatur akhir yang dicapai dalam proses penjenuhan ini
disebut temperatur penjenuhan adiabatis. Air yang diberikan untuk proses
penjenuhan harus pada temperatur jenuh. Temperatur penjenuhan adiabatis lebih
kurang sama dengan temperatur cembung basah.
Temperatur Cembung BasahTermodinamik : Adalah temperatur yang selalu
tetap selama proses adiabatis. Temperatur cembung basah yang diplot pada grafik
psikometer sebenarnya adalah temperatur cembung basah adiabatis.
Udara Standar : Adalah udara yang mempunyai bobot isi sebenarnya 0,075 lb/ft 3
pada temperatur 70 0 F dan tekanan 1 atm atau 14,7 psi ( 1.293 kg/m3 ).
Udara Bebas : Adalah udara yang mempunyai bobot isi sebenarnya 1,0 kg/m3.
Volume Spesifik ( V ) : Volume per unit berat udara kering. Diukur dalam f3/lb
( m3/kg ).
Weight Flow Rate ( G ) : Berat udara kering yang mengalir per unit waktu.
Diukur dalam lb/h ( kg/s ).
Berikut ini konstanta untuk faktor konversi tekanan udara yang digunakan dalam
perhitungan air conditioning.
Berat molekul
: 28,97
Specific Grafity
:1
Konstanta Gas
: 53,35 ft.lb/lbmass.0R ( 287, 045 J/kg.K )
Dendity Pada Kondisi Standard
( pada permukaan laut,
29,92 in Hg dan 70 0F )
: 0,0750 lb/ft3 ( 1,2014 kg/m3 )
Tekanan barometer standard
( pada permukaan laut )
: 14,696 psi atau 29,92 in Hg ( 101,33 kPa )
Specific Heat pada tekanan tetap
: 0,2403 Btu/lb. 0F ( 1.006 KJ/kg.0C )
Specific Heat pada volume tetap
: 0,1714 Btu/lb. 0F ( 0,717 KJ/kg.0C )
Perbandingan antara spesific heat pada
tekanan tetap dan volume ( untuk gas diatomik ) : 1,402

Pressure heads / Tekanan head :

1 in water =5,2 psf ( 248,84 pa atau 25,4 mm air ).
1 psi = 2,036 in Hg = 27,7 in water ( 6,8948 kPa atau 703,6 mm water ).
1 in Hg = 0,491 psi =13,6 in water ( 3, 3768 kPa atau 345,4 mm water ).
Tampa menggunakan referensi faktor konversi, kesetaraan selalu dapat dihitung
oleh hubungan :
P = W1 H1 = W2 H2
Dimana : P = Tekanan
W = Dencity
H = Head
1.4.2. Perilaku Udara
Berikut ini hukum-hukum gas, meskipun tepatnya hanya untuk hypotetik
gas ideal, tetapi cukup teliti untuk udara normal dalam perhitungan air
conditioning.
Hukum Boyle :
Volume atau specific volume gas V berbanding terbalik terhadap tekanan absolut
P pada suhu tetap :
P1 V1 = P2 V2 ... ...................... ( 1-1 )
Dalam hal udara normal, P adalah tekanan absolut baik udara kering maupun uap
air.
Hukum Charles :
Pada tekanan tetap, volume atau specific volume gas berbanding langsung
terhadap suhu absolud T.
V1
V2

T1
T2

....................................................( 1-2 )
Alternatif lain, pada volume tetap, tekanan absolut gas berbanding langsung
terhadap suhu absolut T :
P1
P2

T1
T2

. ...........................................................( 1-3 )
Hukum Gas Umum ( kombinasi )
Volume atau specific volume gas bervariasi langsung terhadap suhu absolut dan
terbalik terhadap tekanan absolut :

P1V 2
T1

P2V 2
T2

......................................( 1-4 )
Hukum ini juga dapat ditulis :
v = RT .............................( 1-5 )
Keterangan :
R = Konstanta gas dalam ft.lb/lb mass.0R ( J/kg.K )
V = Specific volume gas dalam ft3/lb ( m3/kg )
= Tekanan absolut dalam psf ( kPa )
dalam perhitungan yang berkaitan dengan campuran gas, adalah tekanan persial
dan R adalah konstanta untuk suatu bagian gas.
Hukum Dalton :
Tekanan total P yang diberikan oleh campuran gas sama dengan jumlah tekanan
persial dari masing-masing gas. Untuk udara normal tekanan barometer ( total )
adalah :
b = a + v ........................................... ( 1-6 )
Keterangan :
a
= Tekanan persial udara kering
pv
= Tekanan persial uap air.
Hukum Graham dan Layering Number :
Kecepatan difusi gas ke dalam udara adalah berbanding terbalik terhadap
akar perbandingan densitas gas wg dan udara w, atau akar specific gravity Sg.
Kecepatan difusi

W
Wg

I
Sg

...............................

( 1-7 )
Dengan kata lain, gas yang lebih ringan dari pada udara lebih cepat terdifusi
di bandingkan dengan gas yang lebih berat dari pada udara dan specific gravity
yang lebih kecil lebih cepat menghambur. Difusi dapat dipengaruh oleh turbulensi
dan temperatur.
Dalam udara tabung, terutama jika berhenti atau tidak bergerak dapat terjadi
susunan berlapis gas-gas pengotor. Gas yang berat ( misalnya karbon dioksida )
akan tersusun di dasar dan yang ringan ( misalnya hidrogen ) mendekati atap.
Pancaran arus dan aliran udara ventilasi bagaimanapun juga cenderung
untuk menyebabkan terjadinya difusi gas asing yang dimasukan ke dalam

atmosfer pertambangan. Sekali gas-gas terdifusi, tidak akan kembali ke susunan

awal.
Apakah gas-gas pengotor didapatkan dalam bentuk perlapisan atau terdifusi
merupakan fungsi dari kecepatan relatif arus dan difusi, pergerakan udara dan
temperatur, dan geometri bukaan tambang.
Efek berbahaya yang disebut layering telah diopservasi di tambang
batubara terhadap methane, yang bersifat ringan, menyusup dan merupakan gas
yang sangat mudah meledak. ( Leach and Thompson, 1968 ).
Jika aliran udara ventilasi tidak cukup turbulen, keberadaan methane dalam
perlapisan, dan membentuk lapisan yang tetap akan bergerak sepanjang atap, yang
lebih buruk jika lubang bukaan tambang dan miring dan aliran udara turun,
lapisan methane dapat naik kembali melawan arus udara. Besarnya kecepatan
udara dan turbulensi adalah perlindungan utama terhadap adanya layering.
Untuk memberitahukan lebih awal kemungkinan adanya layering methane,
Leach dan Thompson menciptakan indikator empiris, yaitu layering number NI,
yang dapat dihitung dari hubungan berikut ini :
=

Vu b
4 I Qg

1,3

........................................( 1-8 )

Vu b
1,8 Qg

1,3

untuk unit SI ............................( 1-8a )

( )
( )

Keterangan :
Vu

= Kecepatan udara pada setengah atas jalan udara, dalam fpm ( m/s )

Qg

= Aliran gas methane, dalam ft ( m )

= Lebar jalan udara, dalam ft ( m )

Test menunjukan bahwa layering dapat dikendalikan jika kecepatan udara cukup
untuk mempertahankan nilai N1 5 dalam jalur udara mendatar, 5 dalam jalur udara
dengan aliran menurun (5 jika kemiringan tajam). Tanpa memperhatikan kemiringan
jalan udara, pendekatan yang aman dipergunakan nilai N1 = 5.
Dalam lubang bukaan tambang batubara dengan aliran gas moderat, kecepatan
udara tinggi ( 200 fpm atau lebih ) (1 m/s atau lebih ) diperlukan untuk mencegah
layering.

BAB II
PENGENDALIAN KUALITAS UDARA TAMBANG

Pengendalian kualitas udara tambang pada dasarnya adalah pengendalian

gas-gas pengotor dan debu.
2.1. KANDUNGAN OKSIGEN DALAM UDARA
Dalam udara normal kandungan oksigen adalah 21 % volume dan dianggap
layak untuk suatu pernafasan apabila kandungan oksigen tidak kurang dari 19,5 %
volume.
Banyak proses dalam alam yang dapat menyebabkan pengurangan
kandungan oksigen dalam udara, terutama udara tambang bawah tanah. Peristiwa
oksidasi, pembakaran pada mesin bakar, dan pernafasan oleh manusia merupakan
contoh dari proses pengurangan kandungan oksigen. Kandungan oksigen dalam
udara juga akan berkurang pada keadaan ketinggian yang makin tinggi.
Kekurangan oksigen dalam udara yang digunakan bagi pernafasan akan
berpengaruh terhadap keadaan fisiologi manusia, seperti tercantum pada Tabel 2.1
berikut ini.
Tabel 2.1. Pengaruh kekurangan oksigen
% Kandungan

Pengaruh

Oksigen di udara
17
15

Laju pernafasan meningkat

Terasa pusing, suara mendesing dalam telinga dan

13
9
7
6

jantung berdetak cepat

Kehilangan kesadaran jika lama terdedah ( exposure )
Pucat dan jatuh pingsan
Sangat membahayakan kehidupan
Kejang-kejang dan kematian

2.2. PERHITUNGAN KEBUTUHAN UDARA SEGAR

Oksigen yang berada dalam udara merupakan unsur yang sangat diperlukan
untuk kehidupan manusia. Pada pernafasannya, manusia akan menghirup oksigen,
yang

kemudian

bereaksi

dengan

butir

darah

(haemoglobin)

menjadi

oksihaemoglobin yang akan mendukung kehidupan, serta mengeluarkan karbon

dioksida.
Jenis kegiatan manusia dapat dibeda-bedakan atas :

Dalam keadaan beristirahat

Melakukan kegiatan kerja yang moderat, misalnya kerja kantor

Melakukan kegiatan kerja keras, misalnya olahraga atau kerja di tambang.

Atas dasar jenis kegiatan kerja yang dilakukan ini akan diperlukan juga

udara segar dan menghembuskan hasil udara pernafasan. Laju pernafasan per
menit didefinisikan sebagai banyaknya udara yang dihirup dan di hembuskan per
satuan waktu per menit. Laju pernafasan ini akan berlainan bagi setiap kegiatan
manusia yang berbeda, makin keras kerja yang dilakukan, makin besar angka laju
pernafasannya.
Perlu juga dalam hal ini didefinisikan arti nisbah pernafasan ( respiratory
quotient ), yaitu nisbah antara jumlah karbondioksida yang dihembuskan terhadap
jumlah oksigen yang di hirup pada suatu proses pernafasan. Pada manusia yang
bekerja keras, nisbah pernafasan ini sama dengan satu, yang berarti bahwa jumlah
CO2 yang dihembuskan sama dengan jumlah O2 yang dihirup pada pernafasannya.
Tabel 2.2 memberikan gambaran mengenai keperluan oksigen untuk pernafasan
pada tiga jenis kegiatan menusia.

Tabel 2.2. Kebutuhan udara pernafasan ( Hartman, 1982 )

Kegiatan Kerja

Laju

Udara terhirup

Udara

Oksigen

Nisbah

pernafasan

tiap

terhirup/min

terkonsumsi

pernafasan

dalam cfm

( Respiratori

per menit

pernafasan
3

In ( 10 m )
Istirahat

12-18

Kerja Moderat

Kerja Keras

dalam in /min
-4

( 10 m /det )

-5

( 10 m /det )

Quotient )
0,75

23-43

300-800

0,01

( 377-705 )

( 0,82-2,18 )

( 0,74 )

30

90-120

2800-3600

0,07

( 1476-1968 )

( 7,64-9,83 )

( 3,3 )

150

6000

0,10

( 2460 )

( 16,4 )

( 4,7 )

40

0,9

1,0

Ada dua cara perhitungan untuk menentukan jumlah udara yang

diperlukan per orang untuk pernafasan, yaitu :
a. Atas dasar kebutuhan O2 minimim, sebesar 19,5 % volume. O2 dalam
udara normal = 21 %. Jika jumlah udara yang dibutuhkan = Q cfm
Pekerja di tambang termasuk kerja keras, pada pernafasan jumlah oksigen
akan berkurang sebanyak 0,1 cfm, sehingga didapatkan persamaan untuk
jumlah oksigen yang dibutuhkan sebagai berikut :
(O2 masuk) (O2terkonsumsi) = (O2 minimum ke aliran udara pernafasan)
0,21 Q
- 0,1
= 0,195 Q
Q

= (

0,1
(0,210,195)

= 6,7 cfm ( 3,2 x 10-3

m3/det )
b. Atas dasar CO2 maksimum, sebesar 0,5 % volume
Perkerja di tambang termasuk kerja keras, sehingga nisbah pernafasan
(RQ) = 1,0, maka jumlah CO2 pada pernafasan akan bertambah sebanyak
1,0 x 0,1 = 0,1cfm. CO2 dalam udara normal = 0,03 %.
Dengan demikian didapatkan persamaan :
(CO2 masuk) + (CO2 dihasilkan) = (CO2 maksimum kealiran udara
pernafasan)
0,0003 Q

( 1,0 x 0,1 )

= 0,005 Q cfm

0,0003 Q

0,1

= 0,005 Q cfm

Q =

0,1
(0,0050,0003)

= 21,3 cfm ( = 0,001

m3/det )
Dari kedua cara perhitungan tadi, yaitu atas dasar kandungan oksigen
minimum 19,5 % volume dan kandungan karbon dioksida maksimum 0,5 %
dalam udara pernafasan diperoleh angka kebutuhan udara segar bagi pernafasan
seseorang sebesar 6,7 cfm dan 21,3 cfm. Dalam hal ini tentunya angka 21,3 cfm
yang digunakan sebagai angka kebutuhan seseorang untuk pernafasan. Dalam
merancang kebutuhan udara bagi ventilasi tambang digunakan angka lebih kurang
sepuluh kali, yaitu 200 cfm per orang ( = 0,1 m3/det per orang )
2.3. GAS-GAS PENCEMAR
Udara pada kenyataannya merupakan kombinasi atau campuran beberapa
gas. Ada beberapa macam gas pengotor dalam tambang bawah tanah. Gas-gas ini
berasal baik dari proses-proses yang terjadi dalam tambang maupun berasal dari
batuan ataupun bahan galiannya.
Peledakan yang diterapkan dalam tambang untuk pemberaian, demikian
juga mesin-mesin yang digunakan dalam tambang merupakan sumber gas
pengotor. Dalam tambang batubara gas methane ( CH4 ) merupakan gas pengotor
yang selalu ada dalam lapisan batubara.
Gas-gas pengotor yang ada dalam tambang bawah tanah tersebut ada yang
bersifat gas beracun atau gas berbahaya. Gas beracun, yaitu gas yang bereaksi
dengan darah dan dapat menyebabkan kematian. Sedangkan gas berbahaya adalah
gas yang dapat menyebabkan bahaya, baik terhadap kehidupan manusia maupun
terhadap hal-hal lain, misalnya menyebabkan peledakan. Tabel 2-3 menunjukan
sifat bermacam gas yang dapat berada dalam tambang bawah tanah.

Tabel 2.3. Sifat bermacam gas.

Nama

Simbol
O2

Specifyc
Grafity
( Udara = 1 )
1,1056

Density
lb/ft3
(kg/m3)
0,083
(1,33)

oksigen
Nitrogen

N2

0,9673

0,073
(1,17)

Karbon
Dioksida

CO2

1,5291

0,115
(1,84)

Methane

CH4

O,5545

0,042
(0,67)

Karbon
Monoksida

CO

0,9672

0,073
(1,17)

Hodrogen
Sulfida

H2S

1,1912

0,89
(1,43)

Sulfur
Dioksida

SO2

2,2636

0,170
(2,72)

Sifat fisik lainnya

Pengaruh

Sumber Utama

Tak berbau,
Tak berwarna,
Tak ada rasa
Tak berbau, tak
berwarna, tak
berasa
Tak berbau, tak
berwarna, rasa
agak asam

Bukan racun
tak berbahaya

Udara normal

Bukan racun
menyesakkan

Udara normal,
lapisan

TLVTWA
(%)
-

TLVSTEL
(%)
-

TLV-C
(%)

Kisar
ledak (%)

1,5

5-15

Sesak nafas
berkeringat

Pernafasan
0,5
lapisan, motor
bakar,
peledakan
Tak berbau, tak
Menyesakkan
Lapisan,
ada warna, tak ada
nafas,
peledakan,
rasa
meledak.
motor bakar
Tak berbau, tak Racun ,dapat Nyala
api 0,005
berwarna, tak ada meledak
peledakan
rasa
motor
bakar
oksidasi
Bau telur busuk, Racun dapat Lapisan,
air 0,001
tak berwarna, rasa meledak
tanah,
asam
peledakan
Iritasi,
tak Racun
Pembakaran
0,0005a
berwarna,
rasa
bujih sulfida,
asam
motor bakar

0,04

12,5-74

0,0015

4-44

Lanjutan Tabel 2.3

Nama

Simbol

Nitrogen
Oksigen
Hidrogen

Radon

NO,
NO2,
N2O
H2

Rn

Specyfic

Debsity lb/ft3 Sifat fisik lainnya

Grafity

(kg/m3)

(Udara = I)
1,5895
0,0695

7,665

Pengaruh

Sumber utama

TLV-

TLV-

TLV-C

Kisar

TWA

STEL

(%)

ledak

(%)
-

(%)
-

0,0005b

(%)
-

4-74

0,119
( 1,91 )

Bau tajam, warna Racun

Peledakan,

coklat, rasa pahit

motor bakar

0,005
( 0,08 )

Tak berwarna , Dapat meladak

Air pada api -

tak berbau, tak

panas, battery

ada rasa
Tak berbau, tak Radio aktif

Lapisan

0,575
( 9,21 )

berwarna, tak ada

rasa

Keterangan :
a. Diusulkan perubahan untuk menjadi TLV-TWA = 0,0002 dan TLV-STEL = 0,0005
b. Diusulkan perubahan untuk menjadi TLV-TWA = 0,0003 dan TLV-STEL = 0,0005

I WL

2.3.1. Karbon dioksida ( CO2 )

Gas ini tidak berwarna, tidak bau, tidak mendukung nyala api, bukan
merupakan gas beracun, dan apabila dalam konsentrasi tinggi mempunyai rasa
asam. Gas ini lebih berat dari udara, maka selalu terdapat pada bagian bawah
suatu jalan udara. Dalam udara normal kandungan CO2 adalah 0,03 %.
Dalam tambang bawah tanah sering terkumpul pada bekas penambangan
dan daerah tambang yang tidak terkena aliran ventilasi. Oleh karena itu harus
dibiasakan agar sangat hati-hati bila melakukan kegiatan penambangan pada
daerah tersebut yang tidak memungkinkan inspeksi. Teknik pengambilan contoh
jarak jauh selalau dilakukan untuk menguji lingkungan sebelum penggalian.
Sumber CO2 berasal dari lapisan batuan, pembakaran, peledakan dan hasil
dari pernafasan. Pada kandungan CO2 = 0,5 % laju pernafasan manusia mulai
meningkat, pada kandungan CO2 = 3 % laju pernafasan menjadi dua kali lipat
dari keadaan normal, pada kandungan CO 2 = 5 % laju pernafasan menjadi tiga
kali lipat dan pada kendungan CO2 = 10 % manusia hanya dapat bertahan
beberapa menit. Campuran CO2 dan udara dalam penambangan disebut dengan
blackdamp.
2.3.2. Methane ( CH4 )
Gas methane adalah gas yang selalu dijumpai dalam tambang batubara dan
sering dipikirkan hubungan batubara dan batuan-batuan Carbonaceous yang lain,
karena methane juga di dapatkan dalam tambang non batubara, misalnya di
tambang potash, limestone, dan garam. Sedikit methane juga terdeteksi di
tambang tembaga, tungsten, besi, gypsum, marmer, dan emas & perak. ( Thimons
et al., 1979 ).
Campuran gas methane dengan udara disebut dengan firedamp. Apabila
kandungan methane dalam udara tambang bawah tanah mencapai nilai 1 %, maka
seluruh hubungan mesin listrik harus dimatikan. Gas ini mempunai berat jenis
yang lebih kecil dari pada udara, maka selalu berada pada bagian atas dari jalan
udara.
Methane merupakan gas yang tidak beracun, tidak berwarna, tidak berbau,
dan tidak mempunyai rasa. Pada saat proses pembatubaraan, gas methane
terbentuk bersama-sama dengan gas karbondioksida. Gas methane ini akan tetap

berada dalam lapisan batubara selama tidak ada perubahan tekanan padanya. Pada
konsentrasi 5 15 % dapat meledak.
Terbebasnya gas methane dari suatu lapisan batubara dapat dinyatakan
dalam satuan volume per satuan luas lapisan batubara, tetapi dapat juga
dinyatakan dalam sauan volume per satruan waktu. Terhadap kandungan gas
methane yang masih terperangkap dalam suatu lapisan batubara dapat dilakukan
penyedotan gas methane tersebut dengan pompa untuk dimanfaatkan. Proyek ini
dikenal dengan nama seam methane drainage. Kurva eksplosibility gas methane
dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 kurva eksplosibility methane ( Hartman,1982 ).

2.3.3. Karbon Monoksida ( CO )
Karbon monoksida merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak
ada rasa, dapat terbakar dan sangat beracun. Gas ini banyak dihasilkan pada saat
terjadi kebakaran pada tambang bawah tanah dan menyebabkan tingkat kematian
yang tinggi. Gas ini mempunyai afinitas yang tinggi terhadap haemoglobin,
sehingga sedikit saja kandungan gas CO dalam udara akan segera bersenyawa
dengan butir-butir haemoglobin (COHb) yang akan meracuni tubuh lewat darah.
Afinitas CO terhadap haemoglobin menurut penelitian memiliki 300 kali lebih
besar dari pada oksigen dengan haemoglobin ( Forbes and Grove, 1954 ). Gas CO

dihasilkan dari hasil pembakaran, operasi motor bakar, proses peledakan, dan
oksidasi lepisan batubara.
Karbon monoksida merupakan gas beracun yang mematikan karena sifatnya
yang kumulatif, seperti terlihat pada gambar 2.2. misalnya gas CO pada
kandungan 0,04 % dalam udara apabila terhirup selama 1 jam baru memberikan
perasaan tidak enak, namun dalam waktu 1,5 jam dapat menyebabkan rasa pusing,
dan setelah 2,5 jam akan menyebabkan pingsan/tidak sadarkan diri, dan pada
waktu lewat 4,5 jam dapat menyebabkan kematian. Kandungan CO sering juga
dinyatakan dalam ppm ( part per milion ). Gas CO mempunyai berat jenis 0,9672
sehingga selalu terapung dalam udara.

Gambar 2.2. Pengaruh racun gas CO sebagai fungsi waktu.

2.3.4. Hidrogen Sulfida ( H2S )
Gas hidrogen sulfida tidak berwarna, gas beracun, dan dapat meledak,
merupakan hasil dekomposisi dari senyawa belerang. Gas ini sering disebut
Stinkdump (= gas busuk) karena baunya seperti bau telur busuk. Berat jenisnya
sedikit lebih berat dari pada udara. Merupakan gas yang sangat beracun dengan
ambang batas ( TLV-TWA ) sebesar 10 ppm untuk waktu selama 8 jam terdedah
( = eksposed ) dan untuk waktu singkat ( TLV-STEL ) adalah 15 ppm. Walaupun
gas H2S mempunyai bau yang sangat jelas, namun kepekaan terhadap bau ini akan
rusak akibat reaksi gas H2S terhadap syaraf penciuman. Pada kandungan H2S =

0,01 % untuk selama waktu 15 menit, maka kepekaan manusia akan bau ini sudah
hilang.
Pengaruh fisiologi hidrogen sulfida terhadap manusia dapat dilihat pada
Tabel 2.4.
Tabel 2.4. Pengaruh Fisiologi Hidrogen Sulfida ( Hartman, 1982 ).
Konsentrasi
0,025 ppm
0,005 - 0,010 %

Gejala
Ambang batas berbau
Gejala ringan, misal iritasi terhadap mata dan pernafasan

0,010 %
0,02 - 0,07 %

meluas setelah 1 jam

Kepekaan manusia terhadap bau hilang setelah 15 menit.
Iritasi terhadap mata bertambah, pusing, mual, dan sakit di

0,07 0,10 %
0.10 %

hidung, tenggorokan dan dada

Tidak sadarkan diri, pernafasan berhenti dan mati.
Mati dalam beberapa menit.

2.3.5. Sulfur Dioksida ( SO2 )

Sulfur dioksida merupaka gas yang tidak berwarna, tidak dapat terbakar, gas
beracun terjadi apabila ada senyawa belerang terbakar. Dalam tambang bawah
tanah dapat terbentuk selama peledakan bijih belerang. pembakaran senyawa
belerang, misalnya, pyrite, dan dari dalam motor bakar. Gas SO 2 lebih berat dari
pada udara dan pada konsentrasi yang sangat kecilpun dapat menyebabkan iritasi
terhadap mata, hidung dan tenggorokan. Harga ambang batas 8 jam terdedah
( TLV-TWA ) = 2 ppm atau untuk waktu terdedah yang singkat ( TLV-STEL ) = 5
ppm.

Tabel 2.5. Menunjukan pengaruh fisiologi sulfur dioksida terhadap manusia.

Konsentrasi, ppm
0,3 1
35
20
50

Pengaruh
Dapat diketahui dengan rasa ( asam )
Dapat diketahui dengan bau ( belerang )
Iritasi terhadap mata, hidung, dan tenggorokan
Iritasi yang lebih nyata terhadap mata, tenggorokan,
dan paru-paru, serta dimungkinkan bernafas untuk
beberapa menit

400 500

Segera berbahaya terhadap kehidupan.

2.3.6. Nitrogen Oksida ( NOx)

Gas nitrogen sebenarnya merupakan gas yang inert, tetapi pada keadaan
tertentu dapat teroksidasi dan dapat menghasilkan gas yang sangat beracun.
Terbentuknya dalam tambang bawah tanah sebagai hasil peledakan dan gas buang
dari motor bakar. NO2 merupakan gas yang lebih sering terdapat dalam tambang
bawah tanah dan merupakan gas beracun. Harga ambang batas baik TLV-TWA
untuk waktu terdedah 5 jam maupun waktu terdedah singkat ditetapkan 5 ppm.
Tetapi telah diusulkan untuk menurunkan harga TLV-TWA menjadi 3 ppm dan
TLV-STEL 5 ppm. Oksida nitrogen yang merupakan gas beracun ini akan
bersenyawa dengan kandungan air dalam udara membentuk asam nitrit, yang
dapat merusak paru-paru apabila terhirup oleh manusia. Tabel 2.6. menunjukkan
pengaruh phisiologis pada berbagai macam konsentrasi Nitrogen Oksida.

Tabel 2.6. pengaruh fisiologis dari Nitrogen Oksida ( Hartman, 1982 )

Konsentrasi, ppm
5
60

Pengaruh
Masih dalam batas TLV-TWA
Jumlah terkecil yang segera menyebabkan

iritasi pada tenggorokan

100
Jumlah terkecil yang menyebabkan batuk
100 150
Berbahaya sekalipun untuk terdedah pendek
200 700
Segera fatal
2.3.7. Hidrogen ( H2 )
Hidrogen merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak
mempunyai rasa, tidak beracun, dan paling ringan diantara semua gas yang
ditemukan di bawah tanah. Sumber dari pada hidrogen bawah tanah berasal dari
proses pengisian aki ( battery ), aksi air atau uap pada material panas, dan aksi
asam pada logam. Hidrogen sangat mudah meledak, mempunyai rentang ledak 4
7 % di udara. Methane memerlukan paling tidak 12 % oksigen untuk menyala,
sedangkan hidrogen dapat meledak pada kandungan oksigen rendah, yaitu 5 %.
2.3.8. Radon ( Rn)

Radon adalah gas secara kimia termasuk inert, bersifat radioaktif hasil dari
pada desintegrasi radium. Didapatkan terutama dalam tambang uranium,
walaupun sejumlah jejak ditemukan dalam tambang lain, termasuk tambang
batubara (Rock et al., 1975). Radon difusi dari lapisan batuan kedalam lingkungan
tambang, dimana kerusakan lingkungan berlanjut.
2.4. NILAI AMBANG BATAS UNTUK PERNAFASAN ( THRESHOLD LIMIT
VALUE ) Konsentrasi gas yang tidak boleh dilampaui agar tidak
membahayakan kehidupan manusia.
Istilah threshold limit value ( TLV ) telah digunakan berulang kali dalam
pembahasan sebelumnya, yaitu merupakan petunjuk adanya kandungan racun
yang membahayakan dalam beberapa gas. Seperti diketemukan oleh American
Conference of Govermental Industrial Hygienist (ACGIH) adalah kandungan
dibawah kondisi tertentu tidak akan menimbulkan bahaya kesehatan untuk hampir
semua pekerja yang bekerja dari hari ke hari ( Anon., 1979 ). Ketika
menggunakan TLV, akan mencakup tiga nilai yang akan dibahas dibawah ini dan
telah diringkas dalam Tabel 2.3 bersamaan dengan sifat penting, pengaruh, dan
sumber dari gas-gas tambang.
Threshold Limit Value Time Weight Averange ( TLV-TWA )
Sesuai dengan namanya TLV-TWA adalah konsentrasi rata-rata yang
diperbolehkan dalam waktu terdedah ( exposed ) yang lama, yaitu
normalnya 8 jam kerja per hari atau 40 jam per minggu untuk semua
pekerjaang bekerja dari hari ke hari tanpa menimbulkan pengaruh yang

merugikan.
Thershold Limit Value-Short Term Exposure Limit ( TLV-STEL )
TVL-STEL adalah konsentrasi maksimum untuk diperbolehkan untuk
waktu terdedah singkat, yaitu sampai 15 menit tanpa menderita :
1) Iritasi,
2) Perubahan jaringan yang tidak dapat kembali atau kronis
3) Narkose untuk tingkat yang cenderung menambah kecelakaan,
melemahkan penyelamatan oleh dirinya sendiri, atau mengurangi
efisiensi kerja.
Sebagai tambahan :

- tidak boleh lebih dari empat kali terdedah

(exposures) per hari, dan paling tidak ada

waktu 60 menit antar terdedah.

- TLV-TWA harian tidak dilampaui.
Threshold Limit Value-Ceiling ( TLV-C )
TLV-C adalah konsentrasi yang tidak boleh dilampaui walaupun hanya
sebentar.

2.5. PENGENDALIAN GAS-GAS TAMBANG

Beberapa cara pengendalian ini dapat dilakukan terhadap gas pengotor pada
tambang bawah tanah :
1. Pencegahan ( prevention )
a) Menerapkan prosedur

peladakan

yang

benar

(permissible

explosive) .
b) Perawatan motor bakar.
c) Pencegahan terhadap adanya api, dll.
2. Pemindahan ( Removal )
a) Penyaliran ( drainage ) gas sebelum penambangan.
b) Penyaliran melaui lubang pengeluaran.
c) Penggunaan ventilasi isap lokal.
d) Menambahkan ( Infusion ) air pada waktu penambangan.
3. Absorpsi ( Absorption )
a) Penggunaan reaksi kimia terhadap gas yang keluar dari mesin.
b) Pelarutan dengan percikan air terhadap gas hasil peledakan.
4. Isolasi ( Isolation )
a) Memberi batas sekat terhadap daerah kerja yang terbakar atau
sudah tidak dikerjakan.
b) Penggunaan waktu-waktu peledakan pada saat antar gilir atau
waktu-waktu tertentu.
5. Pelarutan
a) Pelarutan lokal dengan menggunakan ventilasi bantu.
b) Pelarutan dengan menggunakan aliran udara ventilasi utama.
c) Pelarutan lokal dengan menggunakan percikan air.
Biasanya cara pelarutan akan memberikan hasil yang baik, tetapi sering
beberapa cara tersebut dilakukan bersama-sama.
Jumlah udara segar yang diperlukan untuk pengenceran suatu masukan gas
sampai pada nilai MAC adalah :

Q =

Qg
( MAC ) - B

- Qg

Keterangan :
Qg = masukan gas pengotor ( % )
B = konsentrasi gas dalam udara normal ( % )
2.6. PENGAMBILAN CONTO DAN DETEKTOR GAS
Besarnya bahaya gas dalam tambang hanya dapat dinilai dengan alat
pengambil conto yang sesuai/cocok. Alat pengambil conto yang dapat dibawabawa ( portable ), pengerjaan cepat, dilaksanakan ditempat itu juga, dan dapat
digunakan untuk penilaian pendekatan, disebut detector.
2.6.1. Alat pengambil conto gas
Alat yang digunakan untuk pengambilan conto gas, tetapi tidak dapat
dipakai untuk menganalisis gas, antara lain :
Vacuum bottle
Displacing liquids
2.6.2. Alat untuk menganalisis conto gas
Alat yang dapat digunakan untuk menganalisis conto gas, tetapi tidak dapat
digunakan untuk mengambil conto gas, misalnya orsat apparatus.
2.6.3. Alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi gas
Alat yang digunakan untuk mengambil conto gas, sekaligus untuk menilai
kandungan gas di tambang, antara lain :
Open flame
Safety lamps
Methane detectors
Oxygen dan carbondioxida detectors
Carbon monoxida detectors
Haydrogen sulfida, nitrogen oxida, and sulfur dioxida samplers
Radon survey meter.
2.7. KARAKTERISTIK DEBU, SUMBER DAN CARA PENANGANANNYA.
Debu merupakan kelompok kedua yang mencemari udara setelah gas
pengotor yang menjadi perhatian besar insinyur tambang. Mereka akan
menjumpai debu yang terdapat bersamaan dengan gas. Sebaran partikel padatan
maupun cairan dalam ukuran mikroskop dalam media gas disebut aerosol,

misalnya : asap, kabut, dan debu di udara. Walaupun tidak semua debu tersuspensi
yang membahayakan, penghisapan udara untuk pernafasan harus memperhatikan
adanya aerosol.
2.7.1. Perilaku Dinamika Partikel Debu
Debu yang dihasilkan dalam operasi tambang bawah tanah dapat
menimbulkan masalah kesehatan bagi para pekerjanya. Pertikel debu yang sering
dijumpai di alam biasanya terdiri dari pertikel-partikel yang berukuran lebih besar
dari 40 mikron. Sedangkan pertikel yang dapat dilihat dengan mata adalah sekitar
25 mikron, dan ukuran yang dapat dilihat melalui mikroskop sampai 0,25 mikron.
Lebih kurang 80 % debu hasil dari operasi tambang mempunyai ukuran partikel
sekitar dibawah 1 mikrom.
Untuk penyesuaian dalam pengendalian debu, berikut ini sifat-sifat utama
yang harus diketahui :
Partikel debu yang dapat menimbulkan efek patologis maupun terbakar
umumnya berukuran lebih kecil dari pada 10 mikron ( 10 mikron = 0,0004

in ).
Partikel debu yang lebih kecil dari pada 5 mikron diklasifikasikan sebagai

debu yang terhisap ( respirable dust ).

Partikel debu dengan ukuran lebih besar dari pada 10 mikron sangat sulit
untuk tersuspensi di udara dalam waktu yang lama, kecuali kecepatan

aliran udara sangat tinggi.

Partikel debu yang sering di jumpai di tambang bawah tanah mempunyai

ukuran rata-rata 0,5 3 mikron.

Aktifitas kimia bertambah karena adanya pengurangan ukuran partikel.
Partikel debu dengan ukuran kecil dari 10 mikron berbahaya bagi kesehatan,
mempunyai berat dan inertia yang tidak berarti, sehingga akan selalu tersuspensi
di aliran udara. Oleh karenanya pengendalian debu selalu berhubungan dengan
debu yang berukuran tersebut.
2.7.2. Klasifikasi Debu
Kasifikasi debu pada dasarnya dapat dibedakan menurut tingkat bahaya
terhadap phisiologis dan kemampuledakannya. Berikut ini klsifikasi debu yang
diurut tingkat bahayanya makin menurun :
a. Debu fibrogenik ( berbahaya terhadap pernafasan )
- Silika ( kuarsa dan chert )
- Silikat ( asbestos, talk, mika, dan silimanit )

- Metal fumes/asap logam

- Bijih timah
- Bijih besi ( beberapa )
- Karborondum
- Batubara (anthracite dan bituminous)
b. Debu karsinogenik
- Kelompok Radon
- Asbestos
- Arsenik
c. Debu Beracun ( racun terhadap organ tubuh dan jaringan tubuh, dll )
- Bijih berilium, arsenik, timah hitam, uranuim, radium, torium,
kromium, vanadium, air raksa, kadmium, antimoni, selenuim, magan,
tungsten, nikel, perak, ( khususnya oksida dan karbonat )
d. Debu Radioaktif ( mambahayakan karena radiasi sinar alpha dan sinar
beta)
- Bijih uranium, radium, dan torium.
e. Debu yang dapat meladak ( terbakar di udara )
- Debu logam ( magnesium, alumunium, seng, timah, dan besi )
- Batubara ( bituminous dan lignit )
- Bijih sulfida
- Debu organik
f. Debu pengganggu ( sedikit mengganggu )
- Gypsum, kaolin, dan gamping
g. Debu inert ( tidak membahayakan )
- Tidak ada.
2.7.3. Pengaruh Fisiologi Dari Debu Fibrogenik.
Pengaruh buruk debu fibrogenik dapat dipahami bila komponen dan fungsi
dari sistem pernafasan diketahui dengan baik.
Jalur dari lubang mulut berhubungan dengan trachea di dalam tenggorokan dan
selanjutnya ke bronchial. Jalur ini mengalirkan udara ke paru-paru bagian kiri dan
kanan. Kemudian masing-masing bercabang lagi ke jalur-jalur kecil, yaitu
bronchioli. Pada ujung bronchioli terdapat kantung-kantung alveoli dimana terjadi
oksiginasi darah.
Sistem pernafasan manusia dilengkapi dengan sistem perlindungan terhadap
debu. Rambut atau bulu hidung akan menyaring partikel debu yang besar (>510
m).Mucous membrane yang melapisi hidung dan tenggorokan juga akan
menangkap debu. Selanjutnya di dalam trachea dan bronchi, sejenis rambut atau
bulu akan menahan partikel debu berukuran sedang (5 10 m). Dapat dikatakan
tidak ada debu berukuran > 1 m yang masuk ke aveoli.

2.7.4. Penyakit pernafasan

Debu dapat mengakibatkan penyakit pernafasan fibrous dan non fibrous
atau disebut juga pnemoconiosis. Nama-nama jenis penyakit sejenis ini dan jenis
debu penyebabnya antara lain sebagai berikut :
Silicosis akibat silika bebas
Silicotuberculosis komplikasi tuberkulosis oleh silika
Asbestosis akibat asbestos
Silicatosis akibat silika lain
Siderosis akibat bijih besi
Pekerja tambang batubara bawah tanah dapat menderita pneumoconiosis
(blacklung) - atau anthracositosis akibat debu batubara baik bituminous
maupun anthracite.
Yang paling serius dari kesemua jenis penyakit itu adalah silicosis. Sedangkan
debu yang diangap sangat berbahaya dan dapat menimbulkan penyakit kanker
adalah :
Crocidolit ( asbestos )
Keluarga radon ( kanker paru-paru )
Chrysotile ( asbestos )
Arsenic
2.7.5. Faktor-Faktor Yang Menentukan Kebahayaan Debu Kepada Manusia
Tingkat bahaya debu pada kesehatan dipengaruhi oleh beberapa faktor
antara lain :
Komposisi debu
Konsentrasi
Ukuran partikel
Lamanya waktu terdedah/berhubungan
Ketahanan individu
2.7.5.1. Komposisi debu
Ditinjau dari tingkat bahaya yang dapat ditimbulkan, komposisi mineralogi
debu lebih penting dibandingkan komposisi kimiawi atau sifat fisiknya. Sebagai
contoh silika bebas memiliki aktifitas kimia yang lebih besar di dalam paru-paru
dibandingkan dengan kombinasi silika.
Namun pada kasus asbestos, efek mekanik lebih penting, sedangkan untuk
debu beracun, kelarutan merupakan faktor penting.
2.7.5.2. Konsentrasi
Konsentrasi debu di udara dapat dinyatakan dengan dua cara, yaitu :
Atas dasar jumlah, dan satuannya = mppcf ( million of particles per cuft )

Atas dasar berat, dan satuannya

= ppcc ( particles per cubic centimeter )

= mg/m3

Faktor konsentrasi merupakan faktor terpenting kedua setelah

komposisi. Secara umum debu dapat membahayakan paru-paru jika
konsentrasi lebih besar dari 0,5 mg/m3. Untuk debu-debu beracun
radioaktif, konsentrasi yang lebih kecil pun dapat membahayakan.
2.7.5.3. Ukuran partikel
Debu brukuran halus ( < 5 m ) merupakan debu yang paling berbahaya,
karena luas permukaannya besar, dengan demikian aktifitas kimianya pun besar.
Selain itu debu halus tergolong debu yang dapat di hirup ( respirable dust ) karena
tersuspensi di udara.
2.7.5.4. Lamanya waktu terdedah ( exposed time )
Penyakit akibat debu umumnya timbul setelah seseorang bekerja di
lingkungan yang berdebu untuk suatu jangka waktu yang cukup lama. Waktu ratarata perkembangan penyakit silicosis berkisar antara 20 30 tahun.
2.7.5.5. Ketahanan individu
Faktor ketahanan individu terhadap bahaya debu sampai saat ini merupakan
faktor yang belum dapat dikuantifikasi. Dapat disimpulkan bahwa penyakit akibat
debu atau pneomoconiosis dipengaruhi oleh kombinasi dari kelima faktor di
atas. Hubungan antara kelima faktor diatas dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Hubungan konsentrasi debu dan lama waktu kontak

2.8. PENGENDALIAN DEBU
Hampir sama dengan pengendalian gas, pengendalian debu dapat dilakukan
berikut ini :
1) Pencegahan ( Prevention )
o Dihilangkan dengan modifikasi pelaksanan kerja atau memperbaiki
prosedur kerja.
o Mengurangi jumlah debu yang terbentuk dengan melakukan
pemeliharaan peralatan.
2) Pemindahan ( Removal )
o Pembersihan tempat kerja untuk menghilangkan pengendalian debu
o Pembersihan udara dengan menggunakan dust collectors
3) Supresi ( Supression )
o Memercikan air atau uap
o Membuat tirai dari air atau busa yang disemprotkan
o Memberikan bahan kimia pada endapan debu
4) Isolasi ( Isolation )
o Penggunaan waktu-waktu peledakan pada saat antar gilir atau
waktu-waktu tertentu.
o Pengurungan daerah kerja.
o Sistem ventilasi isap local
5) Pelarutan ( Dilution )
o Pelarutan lokal dengan menggunakan ventilasi bantu.
o Pelarutan dengan menggunakan aliran udara ventilasi utama
o Rock dusting untuk melarutkan kandungan debu yang mudah
terbakar.
2.9. ALAT PENGAMBIL CONTO DEBU
Alat yang digunakan untuk mengambil contoh debu, antara lain :

o
o
o
o
o
o
o
o

Standard impinger
Midget impinger
Konimeter
Filter paper sampler
Molecular filter sampler
Electrostatic precipitator
Thermal precipitator
Radiation survey meter

Debu : 1. Air born dust (melayang) Explosible Coal dust Rock dusting :
mengganggu visibility
mengganggu pernafasan (respirable dust) 10 .
2. Settled dust (mengendap)
Sumber : - Pemberaian
- Blasting
- Cutting
- Transportation

debu

Diketahui :
CO2 = 3 %
O2 = 15,20 %
CO = 0,05 %
CH4 = 4,65 %
H2 = 2 %
N2 = 75 %
Ditanyakan :
a. % N2 Normal
b. % Excess N2
c. % Volume Effective Inert (EI)
d. % Volume Effective Combustible (EC)
Jawab :
N2 = 79 %
O2 = 21 %
N2

K1 = ---O2
79
= ----21
K1 = 3,8
a. % N2 Normal = K x % O2 Sampel
= 3,8 x 15,20 %
= 57,76 %
b. % Excess N2 = % N2 - % N2 Normal
= 75 57,76
= 17,24
c. % Volume Effective Inert (EI) = 17,24 + 1,5 x 3
= 17,24 + 4,5
= 21,74
d. % Volume Effective Combustible (EC) = 4,65 + 1,25 x 2 + 0,4 x 0,05
= 7,17

BAB III
PSIKROMETRI UDARA TAMBANG
Udara segar yang dialirkan ke dalam tambang bawah tanah akan
mengalami beberapa proses seperti penekanan atau pengembangan,
pemanasan atau pendinginan, pelembaban atau pengawalembaban. Maka
volume, tekanan, kandungan energi panas dan kandungan airnya juga
akan mengalami perubahan. Ilmu yang mempelajari proses perubahan
sifat-sifat udara seperti temperatur dan kelembaban disebut psikrometri.
Untuk mempelajari masalah psikrometri, dan dalam upaya mendapatkan

kesamaan pengertian, beberapa definisi penting telah diberikan pada bab I

( Pendahuluan ).
3.1. DASAR PROSES PSIKROMETRI
Proses psikrometri untuk pengontrolan kelembaban selalu dipengaruhi
oleh besarnya aliran udara. Karena masalah pengontrolan kelembaban
menyangkut perubahan temperatur, maka sudah tentu bobot isi udara juga selalu
berubah. Jadi aliran udara harus dinyatakan dalam bentuk laju aliran berat udara
atau dalam satuan berat /jam (G). Hubungan antara (Q) dengan (G) adalah :
G = 60 Q/v
Keterangan :
Q = volume aliran udara, cfm (m3 /s)
G = berat udar, lb/hr (kg/s)
Panas total yang perlu diambil atau ditambahkan untuk proses pendinginan
atau pemanasan dapat dihitung dengan cara :
q = G (h2 h1)
berat laju aliran uap air (Gw) dapat ditentukan dengan cara :
Gw = G (W2 W1)
Titik-titik keadaan pada kurva psikrometri menunjukkan kondisi
kelembaban-temperatur udara tertentu. Garis yang menghubungkan dua titik
keadaan, menggambarkan suatu proses perubahan kondisi udara.
Proses-proses ini bisa merupakan : lihat Gambar 3.1 dan 3.2)
-

pendinginan
pemanasan
pendinginan dan pengawalembaban

Menurunkan efisiensi
Mampu menimbulkan kecerobohan dan kecelakaan
Menyebabkan sakit dan kematian
Setelah temperatur mencapai tingkat tertentu, seseorang akan
kehilangan efisiensinya, dan bila temperatur menanjak lagi maka akan
terjadi gangguan fisiologi. Tubuh manusia memiliki keterbatasan dalam
menerima panas sebelum sistem metabolismenya berhenti.
Efisiensi kerja seseorang bergantung langsung kepada temperatur
ambient dan akan berkurang/menurun bila temperaturnya berada di luar
rentang 68 72 0F. Hubungan efisiensi kerja dengan temperatur efektif
dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Hubungan Efisiensi Kerja Dengan Temperatur Efektif

Dalam kondisi panas, tujuan ventilasi adalah mengeluarkan hawa
panas dan uap air dengan laju yang sesuai, sehingga temperatur dan
kelembaban udara yang dikondisikan memungkinkan pekerja juga
melepaskan panas tubuhnya saat bekerja. Kedua faktor tersebut, panas dan
kelembaban harus dikondisikan secara bersamaan.
Tubuh manusia selalu bereaksi terhadap panas dan selalu mencoba
untuk mempertahanakan temperatur sekitar 37

C dengan cara

mengeluarkan panas melalui konveksi, radiasi, dan evaporasi. Namun

tubuh manusia akan menerima panas lagi begitu produksi metabolismenya

naik, penyerapan panas dari lingkungan atau kombinasi kedua faktor
tersebut. Sistem saraf sentral akan selalu bereaksi untuk menjalankan
mekanisme pendinginan secara alamiah. Akan tetapi, bila sistem saraf
sentral tidak dapat bekerja kerena satu sebab dan lainnya, dapat
menyebabkan sakit dan kematian.
Bila seseorang istirahat di dalam ruangan dengan kondisi udara
jenuh, maka batas kemampuannya untuk beradaptasi hanya akan mencapai
temperatur 90 0F (32 0C). Namun bila ruangan tersebut dialiri

udara

dengan kecepatan 200 fpm maka batas temperaturnya dapat naik hingga
95 0F ( 35 0C ). Sedangkan temperatur normal untuk seseorang dapat
bekerja dengan nyaman adalah 2627 0C.
Perbedaan antara temperatur cembung kering dan cembung basah
menyatakan faktor kenyamanan di dalam udara lembab. Agar seseorang
dapat bekerja dengan nyaman di lingkungan udara dengan kelembaban
relatif 80 % diperlukan perbedaan td - tw sebesar 5 0F ( 2,8 0C ).
Kecepatan aliran utama merupakan faktor utama dalam mengatur
kenyamanan lingkungan kerja. Kecepatan aliran udara sebesar 150 500
fpm (0,82,5 m/det) dapat menperbaiki tingkat kenyamanan ruang kerja
yang panas dan lembab. Dalam menduga temperatur efektif dari suatu
kondisi td - tw serta kecepatan aliran udara tertentu dapat menggunakan
grafik pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Grafik temperatur efektif

3.2.1. Kompresi Adiabatis
Bila kolom udara turun di dalam suatu vertical shaft, tekanannya
akan naik sesuai dengan beratnya. Hal ini akan menyebabkan temperatur
udara naik dan prosesnya dianggap adiabatis bila kandungan uap air tetap.
Aliran udara tidak mengalami gesekan, dan tidak ada perpindahan panas
antara udara dengan lingkungannya ( batuan ). Sudah barang tentu hal ini
tidak pernah terjadi di alam. Kenaikan panas akibat autocompression
sangat besar, sebagai contoh suatu tambang di Afrika Selatan yang bekerja
pada kedalaman 8.000 ft (2438,8 m) menimbulkan autokompresi sebesar 1

juta Btu/menit (17,550 kw) atau memerlukan refrigerasi sebanyak 5.000

ton/hari.
3.2.2. Peralatan Listrik Mekanik
Jumlah panas total yang dikeluarkan oleh peralatan listrik mekanik
ke udara tambang bawah tanah tergantung dari besarnya daya yang dipakai
dan bentuk kerja yang dilakukan. Peralatan yang banayk dipakai di
tambang bawah tanah adalah listrik, diesel, dan udara tekan. Kesemua
peralatan jenis tersebut banyak menggunakan dayanya untuk mengatasi
masalah beban gesek dan rugi-rugi listrik yang akhirnya dikonversikan
menjadi bentuk panas.
Panas yang dihasilkan oleh peralatan diesel tambang bawah tanah
setara dengan sekitar 90 % dari nilai kalor bahan bakar yang dikonsumsi.
Angka ini relatif sama untuk berbagai kondisi kerja mesin, baik dalam
keadaan tak berbeban maupun berbeban. Nilai kalor bahan bakar solar
adalah 140.200 Btu/gallon (9,334 kcal/liter). Untuk kepentingan praktis
sering dipakai nilai kalor solar sebesar 125.000 Btu/gallon (8.322
kcal/liter).
Peralatan listrik, seperti substation atau trafo merupakan sumber
panas yang cukup berarti. Sekitar 4 % energinya keluar sebagai panas.
Pompa non submersible bisa mengeluarkan panas sebanyak 15 % dari
energi inputnya.
3.2.3. Aliran Panas Dinding Batu
Persamaan umum aliran panas melalui dinding dapat ditulis sebagai berikut

Q = KA

dt
dL

Keterangan :
Q = panas yang dialirkan, Btu/jam
A = luas daerah dinding yang mengeluarkan panas ft2
K = konduktivitas panas, biasanya relatif tetap untuk satu jenis
batuan.
Angkanya berbeda menurut kandungan air dan susunan perlapisan
Btu/ft2 jam 0F
dt = perbedaan temperatur, 0F

dL = ketebalan batuan yang mengeluarkan panas , inchi.

Karena aliran panas dari dinding bukan merupakan satu-satuannya
sumber panas yang masuk ke tambang, maka penentuan laju pengeluaran
panasnya secara vertikal & horizontal tidak dapat ditentukan secara teliti.
Dalam penentuan temperatur batuan, biasanya batas kedalaman minimum
50 ft dianggap sebagai awal perhitungannya.
Tabel 3.1. memberikan gambaran temperatur maksimum batuan
induk pada berbagai tambang bawah tanah.
3.2.4. Panas Dari Peledakan
Panas peledakan merupakan panas singkat yang akibatnya bisa
membuat lingkungan udara di permuka kerja menjadi relatif lebih panas
dari pada tempat sekitarnya. Oleh katena itu aliran udara dapat berbalik
kembali ke permuka kerja tempat dimana peledakan baru saja terjadi.
Akibatnya debu akibat bongkaran batuan tidak terbawa keluar.
Hal lain yang mungkin juga terjadi dari aktivitas peledakan adalah
meningkatnya uap di sekitar permuka kerja tersebut. Tabel 3.2.
menunjukkan nilai-nilai kalor dari berbagai macam bahan peledak.

Tabel 3.1. Temperatur maksimum batuan induk

Nama Tambang
Kolar Gold Field, India
South Africa
Morro Velho, Brazil
North
Broken
Hill,

Kedalaman
( ft )
11000
10000
8000
3530

Temperatur
(m)
3352
3048
2438
1076

F
152
152-130
130
112

C
66.7
51.7-54.4
54.4
44.4

Australia
Geat Britain
Bralorne, B.C. Canada
Kirkland Lake, Ont
Falkerby Mine, Ont
Lockerby Mine, Ont.
Levack Borehold (Inco),
Ont
Garson Mine, Ont.
Lake Shore Mine, Ont.
Hollinger Mine, Ont.
Creighton Mine, Ont.
Superior, Arizona
San Manuel, Arizona
Butte, Montana
Ambrosia Lake, NM
Brunswick No.12, New
Brunswick, CA
Belle Isle Salt Mine, LA

4000
4100
4000-6000
4000-6000
3000-4000
7000-10000

1219
1250
1219-1829
1219-1829
914-1219
2134-3048

114
112.5
66-81
70-84
67-96
99-128

45.6
50.3
18.9-27.2
21.1-28.9
19.4-35.6
37.2-53.3

2000-5000
6000
4000
2000-10000
4000
4500
5200
4000
3700

610-1524
1829
1219
610-3-48
1219
1372
1585
1219
1128

54-87
73
58
60-138
140
118
145-150
140
73

12.1-25.6
22.8
14.4
15.6-58.9
60.0
47.8
60.8-65.6
60.0
22.8

1400

427

88

31.1

Tabel 3.2. Potensi panas dari berbagai jenis bahan peledak

Bahan Peledak
Nitroglycerine
60 % Straight Dynamite
40 % Straight Dynamite
100 % Straight Gelatine
75 % Straight Gelatine
40 % Straight Gelatine
75 % Ammonia Gelatina
40 % Ammonia Gelatina
Semi Gelatina
AN-FO 94.5/5.5
AN-FO 94.3/5.7
AN-Al Water

Btu/lb
2555
1781
1673
2519
2069
1475
1781
1439
1691
1601
1668
1979-2159

Q ( kj/kg )
5943
4143
3891
5859
4812
3431
4142
3347
3933
3724
3880
4603-5022

Q ( kal/gram )
1420
990
930
1400
1150
820
990
800
940
890
927
1100-1200

3.3. TABEL PSIKROMETRI

Penentuan sifat-sifat psikrometri suatu udara pada kondisi tertentu
disebut titik keadaan (State Point) dapat ditentukan dari temperatur
cembung kering dan temperatur cembung basah pada suatu kondisi
tekanan atmosfer tertentu.
Penentuan sifat-sifat psikrometri udara dapat dilakukan dengan
menggunakan Tabel 3.3 Tabel ini yang disebut juga tabel uap,

menyediakan data sifat-sifat udara dalam kondisi kering dan jenuh. Sifatsifat udara pada suatu titik keadaan, biasanya udara basah, tidak kering,
dan tidak jenuh, dapat dihitung dengan menggunakan tabel tersebut atau
persamaan-persamaan berikut ini. Bila diketahui data : td tw dan pb
Dari tabel uap baca :
1. Tekanan uap jenuh pada td, Ps
2. Tekanan uap jenuh pada tw, Ps
3. Kelembaban spesifik penjenuhan pada td, Ws
Bila tabel uap tidak tersedia, hitung tekanan uap jenuh dengan
menggunakan persamaan berikut.
-

Tekanan uap jenuh pada td, Ps

Ps = 0.18079 exp

td552.64
( 17.27td+395.14
)

in Hg......................................

(3-1)

Ps = 0.6105 exp

td
(17.27
td + 237.3 )

kPa ......................................................

(3-1a)
Untuk menghitung

Ps masukkan tw untuk mengganti td.

Selanjutnya gunakan persaman 3-5 untuk menghitung Ws dengan

memasukan Ps mengantikan Pv.
Tentukan semua parameter pada titik keadaan ( State Point ) :
1. Tekanan uap
Pv

Ps`

( pbps ) ( tdtw )
28001.3 tw

in .......................................................... (3-2)
pv = ps - 0.000644 pb ( td - tw ) ........................................................(3-2a)
karena harga 1.3 tw dalam persamaan 1-2 sangant kecil, maka dengan tingkat
ketelitian 2-4 % persamaan tersebut dapat disingkat :

pv = ps` - 0.00036 ( pb ps` ) ( td tw )

..................................... ....(3-3)

2. Kelambaban relatif :
pv
ps

100

...................................................................... (3-4)

3. Kelembaban spesifik
pv
pb pv

W = 0.622 x

lb/lb ( kg/kg ) udara kering .......................

(3-5)
x 7000 = grains/lb udara kering
4. Derajat kejenuhan :
=

w
ws

x 100

.........................................................................

(3-6)
5. Volume spesifikasi :
=

R Td
Pa

ft3/lb ( m3/kg ) udara kering ...................................

(1-5)
6. Bobot isi udara ( udara basah ) :
w=

( W + I ) lb/ft 3 ( kg/m3 ) .........................................

(3-7)
atau kalau tahap 3 sampai 5 tidak dilakukan, maka :

1.325
Td

lb/ft3
w

( Pb-0,378 Pv` )

............................................ (5-7)
1
=
0,287 Td

( Pb-0,378 Pv` )

kg/m3 ..................................... (5-7a)

7. Entalpi :
h = ha + hv = cptd + W ( hfg + hf )
= 0,24 td + W ( 1060 + 0,45 td ) Btu/lb udara kering .......... (3-8)
h = 1,005 td + W ( 2,5016 + 0,001884 td ) kj/k ................... (3-8a)
Tabel 3.3 data psikometrik untuk campuan udara air dan uap
Tempe
ratur
of

t
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

Sifat air dan

uap
Tek. Air &
uap jenuh, in
Hg
Ps
3.966E-2
4.178E-2
4.400E-2
4.633E-2
4.878E-2
5.134E-2
5.402E-2
5.683E-2
5.977E-2
6.286E-2
6.608E-2
6.946E-2
7.300E-2
7.699E-2
8.056E-2
8.461E-2
8.884E-2
9.326E-2
9.789E-2
0.
102
7
0.
107
8
0.
113
0
0.
118
6
0.
124

Sifat udara kering tek. 29.921 in. Hg

abs
Entalpi
Uap jenuh Vol spesifik
Air jenuh
Btu/lb
uap jenuh.
Btu/lb
Ft3/lb
Hf
- 158.5
- 158.0
- 157.6
- 157.1
- 156.6
- 156.1
- 155.7
- 155.2
- 155.7
- 154.2
- 153.7
- 153.3
- 152.8
- 152.3
- 151.8
- 151.3
- 150.8
- 150.3
- 149.8
- 149.4
- 148.9
- 148.4
- 147.9
- 147.4
- 146.9
- 146.4
- 145.9
- 145.4
- 144.9
- 144.4
- 143.9
- 143.40
1.0

hg
1061.5
1062.0
1062.4
1062.8
1063.3
1063.7
1064.2
1064.6
1065.1
1065.5
1065.9
1066.4
1066.8
1067.3
1067.7
1068.1
1068.6
1069.0
1069.5
1069.9
1070.3
1070.8
1071.2
1071.7
1072.1
1072.5
1073.0
1073.4
1073.8
1074.3
1074.7
1075.2
1075.6

Vg
14,080
13,400
12,750
12,140
11,550
11,000
10,480
9979
9507
9060
8636
8234
7851
7489
7144
6817
6505
6210
5929
5662
5408
5166
4936
4717
4509
4311
4122
3943
3771
3608
3453
3305
3180

Sifat campuran udara kering & uap jenuh pada tek. Total 29.
True vol.
Spesifik.
Ft3/lb
Va
11.604
11.630
11.655
11.680
11.706
11.731
11.756
11.782
11.807
11.832
11.857
11.883
11.918
11.933
11.959
11.984
12.009
12.035
12.060
12.085
12.110
12.136
12.161
12.186
12.211
12.237
12.262
12.287
12.313
12.338
12.363
12.389
12.414

Entalpi
Btu/lb
ha
0.24
0.48
0.72
0.06
1.20
1.44
1.68
1.92
2.16
2.40
2.64
2.88
3.12
3.36
3.60
3.84
4.08
4.32
4.56
4.81
5.05
5.29
5.33
5.77
6.01
6.25
6.49
6.73
6.97
7.21
7.45
7.69
7.93

Vol. Uap sir

per lb udara
kering. ft3
vs
11.62
11.62
11.56
11.70
11.72
11.75
11.78
11.80
11.83
11.86
11.88
11.91
11.94
11.96
11.99
12.02
12.05
12.07
12.10
12.13
12.15
12.18
12.21
12.24
12.27
12.29
12.32
12.35
12.38
12.41
12.43
12.46
12.49

Entalpi uap air

per lb udara
kering. ft3
Hs
1.12
1.40
1.68
1.98
2.28
2.58
2.88
3.18
3.49
3.80
4.11
4.43
4.75
5.07
5.40
5.73
6.06
6.40
6.75
7.10
7.45
7.81
8.18
8.55
8.92
9.31
9.70
10.09
10.49
10.90
11.32
11.75
12.16

W
5
6
6
6
7
7
7
8
8
9
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2

34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50

3
0.
130
3
0.
136
6
0.
143
1
0.
150
0
0.
157
1
0.
164
5
0.
172
3
0.
180
3
0.
187
8
0.
195
5
0.
203
4
0.
211
7
0.
220
3
0.
229
0
0.
238
2
0.
247
7
0.
257
5
0.
267
6
0.
278
1
0.
289
0

2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.1
11.1
12.1
13.1
14.1
15.1
16.1
17.1
18.1

1076.0
1076.5
1076.9
1077.4
1077.8
1078.2
1078.7
1079.1
1079.5
1080.0
1080.4
1080.9
1081.3
1081.7
1082.2
1082.6
1083.1

3062
2948
2839
2734
2634
2538
2445
2357
2272
2190
2112
2037
1965
1896
1829
1766
1704

12.439
12.464
12.490
12.515
12.540
12.565
12.591
12.616
12.461
12.667
12.692
12.717
12.742
12.768
12.793
12.818
12.844

8.17
8.41
8.65
8.89
9.13
9.37
9.61
9.85
10.09
10.34
10.58
10.82
11.06
11.30
11.54
11.78
12.02

12.52
12.55
12.58
12.61
12.64
12.67
12.70
1273
12.76
12.79
12.82
12.85
12.88
12.91
12.94
12.97
13.00

12.59
13.00
13.42
13.86
14.30
14.75
15.21
15.68
16.16
16.64
17.13
17.63
18.13
18.66
19.19
19.73
20.28

2
2
3
3
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
4
5
5

0.
300
2
0.
311
9
0.
322
3
0.
336
3
0.
349
1
0.
362
4

Temp
eratur
of

t
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84

Sifat air dan uap

Tek. Air &
uap jenuh,
in Hg

Entalpi

Ps
0
.3
76
1
0
.3
90
3
0
.4
04
9
0
.4
20
0
0
.4
35
6
0
.4
51
8
0
.4
68
4
0
.4
85
6
0
.5

Air jenuh
Btu/lb
Hf
19.1
20.1
21.1
22.1
23.1
24.1
25.1
26.1
27.1
28.1
29.1
30.1
31.1
32.1
33.1
34.1
35.1
36.1
37.1
38.1
39.1
40.1
41.1
42.1
43.1
44.1
45.1
46.1
47.1
48.1
49.1
50.1
51.1
52.1

Uap jenuh
Btu/lb
Hg
1083.5
1083.9
1084.4
1084.8
1085.2
1085.7
1086.1
1086.5
1087.0
1087.4
1087.9
1088.3
1088.7
1089.2
1089.6
1090.0
1090.5
1090.9
1091.3
1091.8
1092.2
1092.6
1093.1
1093.5
1093.5
1094.4
1094.8
1095.2
1095.7
1096.1
1096.6
1097.0
1097.4
1097.8

Vol spesifik
uap jenuh.
Ft3/lb

Sifat udara kering tek.

29.921 in. Hg abs
True vol.
Entalpi
Spesifik.
Btu/lb
Ft3/lb

Sifat campuran udara kering &

tek. Total 29.921 in. Hg abs
Vol. Uap sir
Entalpi uap air
per lb udara
per lb udara
kering. ft3
kering. ft3

vg
1645
1589
1534
1482
1431
1383
1336
1292
1249
1207
1167
1129
1092
1022
1056
988.6
956.8
926.1
896.5
868.0
840.5
814.0
788.4
763.8
740.0
717.0
694.9
673.5
652.9
633.0
613.8
595.3
577.4
560.1

Va
12.869.
12.894
12.919
12.945
12.970
12.995
13.020
13.046
13.071
13.096
13.122
13.147
13.172
13.197
13.223
13.248
13.273
13.298
13.324
13.349
13.374
13.399
13.425
13.450
13.475
13.501
13.526
13.551
13.576
13.602
13.627
13.652
13.678
13.703

vs
13.03
13.06
13.10
13.13
13.16
13.19
13.23
13.26
13.29
13.33
13.36
13.40
13.43
13.47
13.50
13.54
13.58
13.61
13.65
13.69
13.72
13.76
13.80
13.84
13.88
13.92
13.96
14.00
14.04
14.09
14.13
14.17
14.22
14.26

ha
12.26
12.50
12.74
12.98
13.22
13.46
13.70
13.94
14.18
14.42
14.66
14.90
15.14
15.38
15.62
15.85
16.10
16.35
16.59
16.83
17.07
17.31
17.55
17.79
18.03
18.27
18.51
18.75
18.99
19.23
19.47
19.71
19.95
20.19

Hs
20.84
21.41
21.99
22.59
23.20
23.82
24.45
25.10
25.76
26.43
27.11
27.82
28.54
29.27
30.03
30.79
31.58
32.38
33.20
34.04
34.09
35..79
36.69
37.61
38.55
39.52
40.51
41.52
42.56
43.63
44.72
45.84
46.98
48.16

85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100

03
3
0
.5
21
6
0
.5
40
5
0
.5
59
9
0
.5
80
0
0
.6
00
7
0
.6
22
1
0
.6
44
1
0
.6
66
8
0
.6
90
2
0
.7
14
3
0
.7
39
2
0
.7
64
8
0
.7
91
1
0
.8
18
3
0
.8
46

53.1
54.0
55.0
56.0
57.0
58.0
59.0
60.0
61.0
62.0
63.0
64.0
65.0
66.0
67.0
68.0

1098.3
1098.7
1099.1
1099.6
1100.0
1100.4
1100.9
1101.3
1101.7
1102.2
1102.6
1103.0
1103.4
1103.9
1104.3
1104.7

543.3
527.2
511.6
496.5
482.0
467.9
454.3
441.1
428.4
416.1
404.2
392.7
381.5
370.7
360.3
350.2

13.738
13.753
13.778
13.804
13.829
13.854
13.880
13.905
13.930
13.955
13.981
14.006
14.031
14.057
14.082
14.107

20.43
20.67
20.91
21.15
21.39
21.64
21.88
22.12
22.36
22.60
22.84
23.08
23.32
23.56
23.80
24.04

14.31
14.35
14.40
14.45
14.50
14.55
14.60
14.65
14.70
14.75
14.80
14.86
14.91
14.97
15.02
15.08

49.36
50.59
51.86
53.14
54.48
55.85
57.25
58.69
60.16
61.67
63.12
64.81
66.20
68.53
70.03
71.62

3
0
.8
75
1
0
.9
04
7
0
.9
35
2
0
.9
66
7
0
.9
99
0
1
.0
32
3
1
.0
66
5
1
.1
01
7
1
.1
38
0
1
.1
75
2
1
.2
13
6
1
.2
53
0
1
.2
93
5
1
.3
35
1
1
.3
77
9

1
.4
21
9
1
.4
67
1
1
.5
13
6
1
.5
61
3
1
.6
10
3
1
.6
60
7
1
.7
12
4
1
.7
65
5
1
.8
20
0
1
.8
75
9
1
.9
33
4

Temper
atur
of

Sifat air dan uap

t
101
102
103
104
105
106
107

Ps

Tek. Air &

uap jenuh,
in Hg

Entalpi
Air jenuh
Btu/lb

Hf
1 69.0
.9
70.0
92 71.0
3
72.0
2 73.0
.0
74.0
52 75.0

Uap
jenuh
Btu/lb

Vol spesifik
uap jenuh.
Ft3/lb

Sifat udara kering tek.

29.921 in. Hg abs
True vol. Entalpi
Spesifik.
Btu/lb
Ft3/lb

hg
1105.2
1105.6
1106.0
1106.4
1106.9
1107.3
1107.7

Vg
340.4
331.0
321.8
313.0
303.4
296.0
288.0

Va
14.132
14.157
14.183
14.208
14.233
14.259
14.284

ha
24.38
24.52
24.76
25.00
25.24
25.48
25.72

Sifat campuran udara kering & uap

pada tek. Total 29.921 in. Hg abs
Vol. Uap sir Entalpi
Kelemba
per lb udara uap air per spes.
kering. ft3
lb udara per lb
kering. ft3
kering
vs
Hs
Ws
15.14
73.44
311.3
15.20
75.31
321.5
15.26
77.22
332.0
15.32
79.19
342.8
15.39.
81.21
353.9
15.45
83.29
365.4
15.52
85.42
377.2

108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150

76.0
2 77.0
.1
78.0
14 79.0
9
80.0
2 81.0
.1
82.0
78 83.0
6
84.0
2 85.0
.2
86.0
44 87.0
0
88.0
2 89.0
.3
90.0
11 91.0
0
92.0
2 93.0
.3
94.0
79 95.0
8
96.0
2 97.0
.4
98.0
50 99.0
3
100.0
2 101.0
.5
102.0
22 103.0
6
104.0
2 105.0
.5
106.0
96 107.0
8\
108.0
2 109.0
.6
110.0
72 111.0
8
112.0
2 113.0
.7
114.0
50 115.0
7
116.0
2 117.0
.3
118.0
80
6
2
.9
12
5
2
.9
96
3
3
.0
82
3
3
.1
70
3

1108.2
1108.6
1109.0
1109.4
1109.9
1110.3
1110.7
1111.1
1111.6
1112.0
1112.4
1112.8
1113.3
1113.7
1114.1
1114.5
1114.9
1115.4
1115.8
1116.2
1116.6
1117.0
1117.5
1117.9
1118.3
1118.7
1119.2
1119.6
1120.0
1120.4
1120.8
1121.2
1121.7
1122.1
1122.5
1122.9
1123.3
1123.7
1124.1
1124.6
1125.0
1125.5
1125.8

280.2
272.6
265.3
258.2
251.3
2 44.6
238.1
231.8
225.8
219.9
214.1
208.6
203.2
197.9
192.9
188.0
183.2
178.5
174.0
169.6
165.4
161.3
157.3
153.4
149.6
145.9
142.4
138.9
135.5
132.2
129.1
126.0
123.0
120.0
117.2
114.4
111.7
109.1
106.6
104.1
101.7
99.32
97.04

14.309
14.334
14.360
14.385
14.410
14.435
14.461
14.486
14.511
14.537
14.562
14.587
14.612
14.637
14.663
14.688
14.713
14.739
14.764
14.789
14.814
14.839
14.865
14.890
14.915
14.941
14.966
14.991
15.016
15.043
15.067
15.092
15.117
15.143
15.168
15.193
15.218
15.244
15.269
15.294
15.319
15.345
15.470

25.96
26.20
26.45
26.69
26.93
27.17
27.41
27.65
27.89
28.13
28.37
28.61
28.85
29.09
29.33
29.57
29.82
30.06
30.30
30.54
30.78
31.02
31.26
31.50
31.74
31.98
32.22
32.46
32.70
32.94
33.18
33.43
33.67
33.91
34.15
34.39
34. 63
34.87
35.11
35.35
35.59
35.83
36.07

15.59
15.65
15.72
15.80
15.87
15.94
16.02
16.10
16.18
16.26
16.34
16.43
16.51
16.60
16.70
16.79
16.89
16.98
17.08
17.19
17.29
17.40
17.52
17.63
17.75
17.87
17.99
18.12
18.25
18.39
18.53
18.67
18.82
18.97
19.13
19.29
19.45
19.62
19.81
19.99
20.18
20.37
20.58

87.62
89.87
92.19
94.58
97.03
99.55
102.16
104.81
107.55
110.38
113.29
116.28
119.36
122.52
125.79
129.15
132.61
136.17
139.88
143.64
147.54
151.57
155.72
160.00
165.43
168.98
173.69
178.54
183.57
188.75
194.04
199.64
205.34
211.27
217.39
223.70
230.28
236.94
244.06
251.34
258.88
266.71
274.34

389.4
402.0
414.9
428.3
442.1
456.3
471.0
486.1
501.6
517.7
543.3
551.4
569.0
587.2
606.0
625.3
645.3
665.9
687.2
709.2
731.9
755.4
779.6
804.6
830.5
857.2
884.8
913.3
942.8
973.4
1000.0
1038
1071
1106
1143
1180
1219
1259
1301
1344
1389
1436
1485

3
.2
60
6
3
.3
53
0
3
.4
47
7
3
.5
44
6
3
.6
43
9
3
.7
45
5
3
.8
49
6
3
.9
56
1
4
.0
65
1
4
.1
76
8
4
.2
91
0
4
.4
07
8
4
.5
27
4
4
.6
49
8
4
.7
75
0
4

.9
03
0
5
.0
34
0
5
.1
67
9
5
.3
04
9
5
.4
45
0
5
.5
88
1
5
.7
34
5
5
.8
84
2
6
.0
37
1
6
.1
93
4
6
.3
53
2
6
.5
16
4
6
.6
33
2
6
.8
53
6
7
.0
77
7
7
.2

05
6
7
.3
87
2
7
.5
72
7

Source : Gof and Gratch, 1945, p. 95. By permission from American Society of heating, Refregera
& Air-Conditioning Engineers, New York.
a
For temperature of 1 to 32oF, the data are for ice instead of water
CONTOH :
Udara mempunyai data : td = 70 oF ( 21.1 0C )
tw = 50 oF ( 101 0C )
pb = 29,921 in Hg ( 101,04 kPa )
tentukan sifat psikrometri udara pada titik keadaan menggunakan Tabel 3.3
1. Pada tw baca ps ` = 0,3624 in Hg, dan
Pada td baca ps = 0,7392 in Hg
2. Tekanan uap :
Dengan menggunkan persamaan 3-2
( 29,921 -0,3624 ) ( 70-50 )
Pv = 0,3624 - 2800 ( 1.3 ) ( 50 )
= 0,1463 in Hg
Atau dengan menggunakan persamaan 3-3
Pv = 0,3624 0,00036 ( 29,921 0,3624 ) ( 70-50 )
= 0,1496 in Hg
Pada pv baca dari tabel tdp = 27,5 oF atau 2,5 oC ( pv = ps pada tdp )
3. Kelembaban relatif
Gunakan persamaan 3-4
=

0,1463
0,7392

x 100 = 19,8 %

4. Kelembaban sepesifik, gunakan persamaan 3-5

( o ,622 ) ( 0,1463)
W = (29,9210,1463) = 0,00306 lb/lb ( kg/kg )
5. Derajat kejenuhan
Pada td = 70 oF ( 21,1 0C ) baca Ws = 0,01582 kg/kg
Dengan menggunakan persamaan 3-6 hitung
0,00306
= 0,01582 x 100 % = 19,3 %
6. Volume spesifik
Pa = pb pv = 29.921 0,1463 = 29,775 in Hg

 =
7. Bobot isi udara

( 53,3 )( 460+70)
( 29, 775 ) ( 0,491 ) (144)

= 13,42 ft3/lb

w=

1
13,42

( 0,00306 + 1 ) = 0,0747 lb/ft3

w=

1,325
td

( pb -0,378 pv` )

atau

1,325
w = 530

( 29,921 0,378 x 0,1463 ) = 0,0747 lb/ft3

8. Entapi
h = 0,24 td + W ( 1,060 + 0,45 td )
h = ( 0,24 )(70) + ( 0,003006 )( 1,060 + 0,45 x 70 ) = 20,14
Btu/lb
3.4. GRAFIK PSIKROMETRI
Penentuan beberapa sifat psikrometri udara yang dilakukan dengan
menggunakan persamaan, walaupun cukup tepat tetapi sangat menyita
waktu. Dalam permasalahan pendinginan udara, toleransi hitungan cukup
besar sehingga perhitungan sifat-sifat udara dengan menggunakan grafik
psikrometri sering dilakukan.
Dalam grafik psikrometri suatu titik keadaan dapat diletakkan pada
tekanan barometer tertentu sepanjang temperatur kering dan basah
diketahui. Pembuatan grafik psikrometri ditunjukan pada Gambar 3.5,
sedangkan contoh grafik psikrometri untuk kondisi temperatur dan tekanan
normal ditunjukan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.5. konstruksi grafik psikrometri dan lokasi state point

Perlu diketahui disini bahwa garis entalpi tidak harus berimpit
dengan garis temperatur cembung basah ( tw). Dan koreksi entalphi perlu
ditambahkan pada hasil pembacaan dari grafik pada Gambar 3.6. pada
kenyataannya kemiringan garis entalpi lebih landai dari pada garis tw.
CONTOH :
Sama dengan contoh sebelumnya tetapi diselesaikan dengan menggunakan grasik
tdp
= 27,7 0F ( -2.3 0C )

= 20.00 %
W
= 0,0031 lb/lb ( kg/kg )
hkor
= -0,08 Btu/lb ( -0,19 kj/kg )
h
= 20,31 0,08 = 20,23 Btu/lb ( 47,05 kj/kg )
v
= 13,42 ft3/lb ( 0,8378 m3/kg )
w
= 0,0748 lb/ft3 ( 1,1918 kg/m3 )
Ws
= 0,0158 lb/lb ( kg/kg )

= ( 0,0031 /0,0158 ) x 100 % = 19,6 %

Gambar 3.6. Grafik psikometri untuk kondisi temperatur dan tekanan normal

Gambar 3.7. Grafik psikometri untuk kondisi temperatur dan tekanan normal
(untuk td lebih besar 850F

Gambar 3.8. Grafik psikometri untuk tekanan 13,4 psia (= 2500

feet)

Gambar 3.9. Grafik psikometri untuk tekanan 12,23 psia ( = 5000 ft)

3.5. CONTOH SOAL

1. Udara sejumlah 50.000 cfm pada kondisi tekanan udara 1 atm akan dipanaskan
dari temperatur cembung kering (td) 35 0F ( 1,7 0C ) dan cembung basah ( tw )
30 0F ( -1,1 0C ) ke temperatur cembung kering 60 0F ( 15,6 0C ).
Tentukan panas yang dibutuhkan.
Jawab :
Gunakan grafik pada gambar 3.6, dan tentukan titik keadaan ( 1 ) t d =

35 0F dan tw = 30 oF.
Tarik garis mendatar dari titik keadaan ( 1 ) ke kanan dan berpotongan

dengan garis
td = 60 oF menjadi titik keadaan ( 2 ).
Tarik garis dari titik keadaan ( 2 ) ke arah garis t w dan didapat tw = 44
o

F.
Pada ( 1 ) didapat volume spesifik = 12,51 ft3/lb
Gunakan :
Q
G = 60
G = 60 x

50.000
12.51

ft / menit
3
ft / lb

G = 239.800 ft3/lb
h1 = ( 10,91 + 0,15 ) Btu/lb = 11,06 Btu/lb
h2 = ( 17,16 0,04 ) Btu/lb = 17,12 Btu/lb
penambahan panas = q
q = G ( h2 h1 ) = 239,800 ( 17,12 11,06 )
q = 1.453.000 Btu/jam
2. Tentukan perubahan panas bila udara di atas muka air laut didinginkan dari t d =
980F dan tw = 630F ke td = 500F.
Jawab :
Gunakan Gambar 3.6.
Tentukan titik keadaan 1.
Tentukan titik keadaan dengan cara menarik garis mendatar ke arah kiri
berpotongan dengan garis vertikal td = 500F dan diperoleh tw = 430F.
h2 = ( 28,59 0,25 ) Btu/lb = 28,34 Btu/lb
h1 = ( 16,65 0,02 ) Btu/lb = 16,63 Btu/lb
tentukan panas yang dibuang untuk G = 1 lb/jam
q = G ( h2 h1 ) = 1 ( 28,34 16,63 ) = 11,71 Btu/jam

BAB IV
PENGENDALIAN KUANTITAS UDARA TAMBANG
Pada dasarnya tujuan ventilasi adalah menyalurkan udara yang
cukup ke dalam tambang melalui lubang bukaan tambang atau melalui
pipa. Panjang jalur yang harus dilalui oleh udara yang dikirimkan dari
permukaan ke tambang bawah tanah dapat menyebabkan proses ventilasi

menjadi sangat sulit dan mahal. Pemahanan terhadap teori aliran udara
memerlukan pengetahuan tentang mekanika fluida, kerena pada prinsipnya
ventilasi tambang merupakan aplikasi prinsip-prinsip dinamika fluida
udara dalam tambang dan pipa. Meskipun udara adalah gas dan merupakan
meterial yang dapat ditekan ( compressibele fluid ), namun dalam ventilasi
tambang udara dianggap sebagai fluida yang tak dapat ditekan
( imcompressible fluid ) dan hal ini merupakan penyederhanaan dalam
perhitungan.
Arah aliran udara dalam tambang dipengaruhi oleh berbagai
kondisi :
Tempat dengan perbedaan tekanan, yaitu udara akan megalir dari

tempat bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan lebih rendah.

Udara mengalir dari tempat yang temperaturnya rendah ke tempat

yang temperaturnya tinggi.

Udara mengalir dari tempat yang kerapatannya tinggi ke tempat

yang kerapatannya rendah.

Udara akan mengalir dari resistensi rendah ke tinggi.
Ventilasi udara dalam tamabang merupakan suatu contoh proses

aliran udara steady, yaitu suatu aliran yang variabel-variabel 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 ke
2 ...................( 4-1 )
Atau
Energi masuk sistem = energi keluar sistem
Apabila persamaan di atas dijabarkan dalam bentuk energi kecepatan, energi statis
dan energi potensil adalah :
P1
w

V1 2
2g

+ Z1 =

H1.............................. ( 4-2 )
Dengan : P/w

= energi statis

P2
w

V 22
2g

+ Z2 +

V2/2g = energi kecepatan

Z
= energi potensial
H1
= kehilangan energi aliran.
Untuk mengalirkan udara maka harus ada perbedaan tekanan.

Gambar 4.1 Sistem aliran fluida yang menunjukkan hubungan energi

Persamaan 4.2 di atas lebih dikenal sebagai persamaan Bernoulli,
yang dapat diterapkan untuk semua proses aliran fluida. Setiap komponen
dalam persamaan diatas sebenarnya merupakan suatu specific energy
dengan satuan ft.lb/lb atau ft, karena ft merupakan ukuran head ( julang
fluida ), satuan ini dapat diacu sebagai julang tekanan ( pressure head )
yang disederhanakan head. Untuk udara biasanya digunakan satuan air ( In
Water Gage disingkat in WG ) atau Pa dalam sistem SI.
Dengan menyamakan specific energi dengan head, persamaan umum
energi dapat ditulis :
Ht1 = Ht2 + H1.................................................................

(4-3 )

Dimana Ht adalah julang ( head ) total dan persamaan Bernoulli dapat ditulis :
Hs1 + Hv1 + Hz1 = Hs2 + Hv2 + Hz2 + H1 ......................... (4-4 )
Dimana Hs = julang statik, Hv = julang kecepatan Hz = elevasi atau julang
potensial dan semua satuannya adalah in water atau dalam Pa.
4.1 BENTUK ALIRAN UDARA TAMBANG

Didalam mekanika fluida dikenal dua bentuk aliran fluida pada zona
transisi yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Kriteria yang digunakan
untuk

membedakan kedua macam aliran tersebut adalah bilangan

Reynolds ( Nre ). Aliran laminar terjadi apabila Nre = 2000, sedangkan

aliran turbulen terjadi apabila Nre

4000. Bilangan reynolds

merupakan fungsi dari unsur-unsur dalam aliran fluida, yaitu :

N Re =

DV

DV

Keterangan :
= kerapatan fluida ( lb/cuft )
D = diameter saluran, ft
V = kecepatan aliran, fps ft/detik.
= viskositas absolut, lb.s/ft2 atau pa detik
v = viskositas kinematis, ft2/s
untuk udara pada kondisi normal, besarnya viskositas kinematis v = 1,60 x 10-4
ft2/dt, sehingga persamaannya menjadi :
Nre = 6250 DV .....................................................

( 4-6 )

Kecepatan pada bilangan Reynold = 4000 disebut kecepatan kritis dan besarnya
kecepatan kritis adalah :
Vc =

60 N Re
6250 D

( 60 ) ( 4000 )
6250 D

38,4
D

....................... ( 4-7 )
Apabila kecepatan udara yang mengalir melalui saluran lebih besar
kecepatan keritis maka alirannya adalah turbulen, dalam tambang aliran
udara yang diperlukan adalah aliran turbulen karena diperlukan dalam
proses dispersi dan pemindahan pengotor yang dihasilkan dari proses
penambangan.
4.2. PENGARUH BENTUK ALIRAN PADA DISTRIBUSI KECEPATAN
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. Dalam

perhitungan kecepatan yang dipakai adalah kecepatan rata-rata, bukan
kecepatan maksimum sehingga pengukuran kecepatan udara pada suatu
bukaan biasanya dilakukan lebih dari sekali kemudian dirata-ratakan dan
apabila dilakukan hanya pada satu tempat maka hasilnya harus dikoreksi
untuk mendapatkan nilai rata-ratanya, besarnya faktor koreksi yang
biasanya dipakai adalah 0,8.
4.3. HEAD LOSS DAN MINE HEAD
Head ( julang ) merupakan energi yang harus disuplai untuk
menciptakan perbedaan tekanan antara dua titik dalam suatu sistem.
Dengan adanya perbedaan tekanan antara dua titik, maka akan
menimbulkan aliran udara.
Kehilangan julang ( head loss ) adalah energi yang harus disuplai
untuk mengatasi adanya kehilangan (losses) dalam aliran, yaitu selain
untuk menciptakan perbedaan tekanan juga untuk menciptakan aliran
steady.
Head loss terdiri dari dua komponen, yaitu head ( julang ) friksi
( Hf ) dan julang kontraksi ( Hx )
H1 = Hf + Hx

...........................................................

( 4-8 )
Kehilangan karena gesekan terjadi apabila suatu aliran melewati pipa atau bukaan
dengan luas konstan, sedangkan kehilangan karena kontraksi adalah kehilangan
yang disebabkan oleh adanya perubahan arah aliran atau perubahan luas
penampang saluran.
Dalam suatu sistem ventilasi perlu untuk menjumlahkan semua
kehilangan energi aliran dalam menentukan jumlah julang yang harus
diberikan untuk mengatasi kehilangan dan menghasilkan aliran yang
diperlukan. Dalam sistem ventilasi tambang dengan kipas tunggal atau
sumber tekanan lainnya dan keluaran tunggal konsumsi energi
kumulatifnya disebut julang tambang ( mine head ). Julang tambang

merupakan perbedaan tekanan yang harus diberikan untuk menggerakan

sejumlah udara yang diinginkan.
Julang tambang terdiri dari julang statik dan julang kecepatan.
Julang tambang statik merupakan energi yang diperlukan dalam sistem
ventilasi untuk mengatasi semua kehilangan julang aliran termasuk
didalamnya adalah penurunan julang total yang terjadi antara bukaan
masuk dan keluar sistem dan dapat dinyatakan dengan :
Mine Hs = H1 = ( Hf + Hx )

..............................

( 4-9 )
Julang kecepatan ( Hv ) diambil sebagai julang kecepatan pada
keluaran sistem. Dalam suatu sistem julang kecepatan berubah dengan
berubahnya luas penampang dan merupakan fungsi dari kerapatan udara
dan kecepatan aliran Julang kecepatan merupakan kehilangan dalam suatu
sistem karena adanya energi kinetik udara yang terbuang ke atmosfer
sehingga harus dianggap sebagai kehilangan terhadap sistem dalam
menentukan kehilangan energi total.
Julang tambang total ( mine total head ) merupakan jumlah semua
kehilangan energi dalam sistem ventilasi yang secara numerik merupakan
jumlah dari julang tambang statik dan kecepatan.
Mine Ht = mine Hs + mine Hv

.................................

( 4-10 )
4.4. PERHITUNGAN KEHILANGAN JULANG
4.4.1. Julang kecepatan
Julang kecepatan menyatakan energi kinetik yang harus diberikan
untuk mempertahankan aliran dan merupakan kehilangan pada keluaran
system, persamaan dasar untuk menghitung julang kecepatan adalah :
2

Hv =

V
2g

Keterangan : V = kecepatan, fps ( m/s )

g = percepatan gravitasi, ft/dt2 ( m/dt2 )

Jika persamaan tersebut dinyatakan dalam bentuk persamaan umum mengenai

tekanan dan densitas, maka menjadi :

HV = w

[ ]
V
1098

...........................

( 4-11 )

Keterangan : V = kecepatan, fpm

w = kerapatan udara, lb/cuft
Hv = julang kecepatan, In water.
Julang kecepatan juga dapat ditentukan secara grafis, lihat Gambar 4.2

Gambar 4.2 Nomograf untuk menentukan julang kecepatan

4.4.2. Julang Gesekan ( head friction )
Julang gesekan merupakan fungsi dari kecepatan aliran udara,
karakteristik permukaan dalam pipa atau lubang bukaan dan ukuran pipa

atau lubang bukaan. Dalam mekanika fluida persamaan untuk menghitung

julang gesekan diberikan oleh Darcy-Weisbach dalam bentuk
2

LV
D2g

Hf = f

................................................................

( 4-12 )
Keterangan : Hf = julang gesekan, ft(m)
L = panjang, ft(m)
D = diameter, ft(m)
V = kecepatan, fps(m/s)
f = koefisien gesek.
Untuk memudahkan dalam perhitungan agar dapat digunakan untuk
berbagai bentuk saluran, persamaan julang gesekan dinyatakan dengan
hydraulic radius ( Rh ), yaitu perbandingan luas A dengan keliling P pipa.
Rh =

A
P

( /4) D
D

D
4

atau

D = 4.

Rh ............... ( 4-13 )
Dimana : A = luas saluran/pipa (ft2)
P = keliling saluran/pipa (ft)
D = diameter saluran/pipa (ft)
Substitusi Rh ke dalam persamaan Darcy-Weisbach menjadi :
L V2
4 Rh 2g

Hf = f

.............................................................

( 4-14 )
Berdasarkan persamaan tersebut, maka Atkinson menurunkan persamaan
kehilangan julang gesekan untuk ventilasi tambang menjadi :

Hf

f
5,2

................................................

L
4 Rh
( 4-15 )

0,075V 2
2g (60)2

L
2
Rh V

K
5,2

KPLV 2
=
5,2. A

KPLQ 2
5,2. A3

...............................
( 4-16 )
2
4
Dengan K = faktor gesekan, lb.min /ft
Faktor gesekan untuk saluran berupa pipa dapat dilihat pada Tabel
4.1. di bawah, sedangkan untuk lubang bukaan dapat dilihat di lampiran.
Kehilangan julang gesekan dapat juga dihitung dengan menggunakan
grafik ( lihat Gambar 4.3 ).
TABEL 4.1 FAKTOR GESEKAN PIPA LAMA DAN BARU
Pipa

Faktor gesekan
( K)1010 lb.min2/ft4
Baru
lama
15
20
20
25
22,5
27,5

Baja,kayu,fiberglass
Jute,kanvas,plastik
Kanvas jenis spiral

4.4.3 Kehilangan Julang Karena Kontraksi ( shock loss )

Kehilangan julang kontraksi terjadi karena adanya perubahan arah
aliran dan perubahan ukuran pipa atau jalur udara.
Hx = X . Hv..............................................................

( 4-17 )

Dimana :
Hx = shock loss
X = faktor shock loss
Hv = julang kecepatan
Untuk menhitung julang kontraksi ( Hx ), harus diperhitungkan
kesetaraan panjang dari belokan suatu jalur udara.
Hx = Hf
KLV 2
XHv = 5,2 Rh
X

wV2
(1098)2

KLV 2
5,2 Rh

Gambar 4.3. Nomografi untuk menentukan friction loss

Dalam perhitungan kehilangan julang untuk sistem ventilasi
berdasarkan panjang kesetaraan
4.19.

( lihat Tabel 4.2. ), dipakai persamaan

Tabel 4.2. Panjang kesetaraan untuk berbagai Sumber shock loss

H1 = Hf + Hx =

KP ( L+ ) Q
5,2. A 3

.................................

( 4-

19 )
4.5. AIR HORSEPOWER
Daya yang diperlukan untuk mengatasi kehilangan energi dalam
aliran udara disebut air horsepower ( Pa ), dengan persamaan :
Pa = pQ = 5,2 HQ lbf/menit
Pa =

5,2 HQ
33.000

HQ
6.346

HP

........................................

( 4-20 )
4.6 TEORI PERHITUNGAN JARINGAN VENTILASI
Dari persamaan Atkinson untuk perhitungan julang ( head )
sebelumnya dapat diketahui bahwa K,P,L,Le dan A adalah konstan untuk
suatu jalur udara atau pipa, sehingga diperoleh hubungan :
H1
~
Q2
Hs
~
Q2
Hv
~
Q2

Ht
~
Q2
Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa head loss untuk ventilasi
tambang dapat ditulis sebagai :
H

Q2

Sebagai alat bantu sebagai graphis untuk menanggulangi masalah ventilasi

tambang head statik dari sistem dapat diplotkan terhadap kuantitas. Istilah sistem
di sini dapat diintepretasikan sebagai bagian atau seluruh tambang jika hanya
terdapat fan tunggal yang digunakan. Untuk seluruh tambang grafik ini disebut
kurva karakteristik tambang atau disederhanakan kurva karakteristik dan kurva ini
sangat membantu dalam memplotkan head total sebagai fungsi kuantitas udara
tambang.
Jika satu titik dalam kurva ditentukan dengan mengukur atau
menghitung maka titik tambahan berikutnya ditentukan dari hubungan
dasar head-kuantitas yang dapat dinyatakan sebagai berikut :
H1
H2

Q1
Q2

( )

...........................................................

4-21 )
Atau
H2 = H1

Q2
Q1

( )

Contoh : Suatu tambang dengan fan tunggal yang memiliki head statik 2 in dan
head total 3 in dengan kuantitas 400.000 cfm, tentukan dan plotkan kurva
karakteristik.
Penyelesaian :

Dengan menggunakan persamaan 4-21 dan kuantitasnya

ditentukan terlebih dahulu maka head untuk masing-masing kuantitas dapat

dihitung.

Mine Q,
cfm( m3/s)

Mine Hs,
in ( Pa )

0
0
0
200000
94,4
0,5
400000
188,8
2,0
600000
238,2
4,5
800000
377,6
8,0
Dan kurva karakteristiknya, lihat Gambar 4.4

0
125
497
1120
1990

Mine Ht,
in ( Pa )
0
0,8
3,0
6,8
12,0

0
200
745
1690
2990

4.6.1. Resistensi ( Tahanan jalur udara tambang )

Head loss secara langsung sebanding dengan kuadrat kuantitas udara
yang mengalir melalui jalur udara tersebut, sehingga hubungan headkuantitas dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan dengan memasukkan
konstanta proporsionalitas. Persamaan Atkinson dapat dinyatakan sebagai
berikut :
HL = RQ2

................................................................

( 4-22 )

Dengan R konstanta proporsionalitas dan diangap sebagai tahanan dari jalur udara
besarnya harga R adalah :

R =
23 )

KP( L+)
5,2 A3

........................................................

( 4-

R =

KP(L+)
A3

......................................................

( 4-

23a )
Dengan satuannya in.min2/ft6 ( Ns2/m8 ).
Persamaan 4-22 ( persamaan Atkinson ) dapat dianalogkan hukum
Ohm yang merupakan persamaan dasar yang digunakan dalam analisis
jaringan listrik. Persamaan Atkinson menyatakan bahwa headloss untuk
suatu jalur udara setara dengan tahanan jalur udara dikalikan kuadrat
kuantitas udara yang melaluinya, sedangkan hukum Ohm menyatakan
bahwa perbedaan potensial atau voltase sebanding dengan tahanan media
dikalikan dengan arus listrik yang melalui media tersebut.
Oleh karena itu head loss analog dengan perbedaan potensial,
kuantitas dengan arus listrik dan tahanan jalur udara dengan tahanan
listrik, konsekuensinya teknik-teknik yang digunakan dalam sitkuit
jaringan listrik secara lansung dapat diterapkan pada analisis jaringan
ventilasi.
4.6.2. Hukum Kirchhoff
Dua hukum yang mengatur perilaku jaringan listrik dikembangkan
oleh ahli fisika Jerman yaitu Gustav Robert Kirchhoff ( 1824 1887 ).
Meskipun hukum ini dikembangkan terutama untuk jaringan listrik,
hukum tersebut dapat juga diterapkan untuk analisis jaringan ventilasi.
4.6.2.1. Hukum Kirchhoff I
Gambar 4.5 merupakan segmen dari suatu jaringan ventilasi dimana
empat jalur udara bertemu pada suatu titik atau junction. Menurut Hukum
Kirchhoff, kuantitas udara yang meninggalkan
dengan kuantitas udara yang masuk ke junction.
Q1 + Q2 = Q3 + Q4

junction harus setara

Gambar 4.5 Aplikasi hukum Kirchhoff I

Bila kuantitas udara yang meninggalkan junction dianggap positif

dan kuantitas udara yang masuk dianggap negatif, maka jumlah
seluruhnya menjadi nol.
Q1 + Q2 - Q3 - Q4 = 0
Oleh karena itu persaman umum yang menyatakan hukum kirchhoff
I dapat dinyatakan sebagai berikut :
Q = 0

...................................................................

( 4-24 )

4.6.2.2. Hukum Kirchhoff II

Hukum Kirchhoff II menyatakan bahwa jumlah pressure drop di
sekitar jalur tertutup harus sama dengan nol yang dapat dinyatakan dalam
bentuk yang paling sederhana sebagai :
HI = 0
Gambar 4.6 menunjukan suatu jalur tertutup yang diberi tanda
dengan garis terputus-putus dan tertutup yang terdiri dari jalur udara
a,b,c,d. Jika head loss searah jarum jam mengelilingi jalur tertutup ini,
maka persamaannya adalah :
HI = Hla + Hlb + Hlc Hld = 0

Hla, Hlb dan Hlc adalah positif karena kuantita Q1 yang mengalir melalui jalur a,b
dan c searah dengan penjumlahan, akan tetapi Hld adalah negatif karena Q2
mengalir berlawanan dengan arah penjumlahan.

Gambar 4.6 Aplikasi hukum Kirchhoff II

Persamaan tersebut diatas dapat dinyatakan dalam bentuk resistensi
dan kuantitas untuk setiap jalur udara, akan tetapi untuk menjaga validitas
simbol

konversi untuk semua kasus maka persamaan Atkinson harus

dinyatakan sebagai Hl = R [ Q ][ Q ] dimana

[ Q ] nilai absolut Q.

Persamaannya menjadi :
Hl = Ra [Q1][Q1] + Rb [Q1][Q1] + Rc [Q1][Q1] Rd [Q2][Q2] =
0
Hukum Kirchhoff II juga harus dapat memasukkan sumber tekanan (
fan atau ventialsi alam ) yang ada dalam suatu jalur, karena suatu sumber
tekanan membangkitkan suatu kenaikan tekanan maka harus dianggap
sebagai suatu negative-pressure drop. Sehingga sumber tekanan dianggap
bernilai negatif bila aliran udaranya searah dengan penjumlahan dan
bernilai positif bila tekanan tersebut menimbulkan aliran udara berlawanan
arah penjumlahan.
5.6.3. Jaringan Seri
Jaringan seri di definisikan sebagai suatu jaringan yang mempunyai
jalur saling berkait ujung satu dengan ujung lainnya sehingga kuantitas

udara yang mengalir melalui setiap jalur adalah sama.

( lihat Gambar

4.7 ).

Gambar 4.7 Jaringan dengan susunan seri

Gambar 4.7. menunjukan suatu jaringan seri, kuantitas udara yang
mengalir melalui setiap jalur udara adalah sama, sehingga dalam bentuk
umum dapat dinyatakana dengan :
Q = Q1 = Q2 = Q3 ........................................................ ( 4-25 )
Dengan menerapkan hukum Kirchhoff II terhadap jaringan ini dalam arah
berlawanan jarum jam akan memberikan hasil :
Hl = Hl1 + Hl2 + Hl3 Hm = 0 .................................... ( 4-26 )
Tekanan fan Hm adalah setara dengan head loss total dari titik A B. Apbila tidak
terdapat fan maka persamaannya dapat disederhanakan menjadi :
Hl = H11 + Hl2 + Hl3 .................................................... ( 4-27 )
Dapat disimpulkan bahwa head loss total dari rangkaian seri adalah
sama dengan penjumlahan head loss dari masing-masing jalur udara.
Persamaan 4-27 dapat dinyatakan dengan kualitas dan tahanan setiap jalur
dengan :
Hl = R1[Q][Q] + R2[Q][Q] + R3[Q][Q] + ..................
Karena dalam rangkaian seri kuantitas udara yang mengalir sama pada setiap jalur
maka persamaan diatas dapat ditulis :
Hl = R1 Q12 + R2 Q22 + R3 Q32 + ............................
Atau
Hl = ( R1 + R2 + R3 + ........... ) Q2 = Req Q2
Req adalah tahanan ekuivalen dari jaringan seri, yang merupakan penjumlahan
dari seluruh tahanan dari masing-masing jalur udara ( lihat Gambar 4.8 ). Oleh
karena itu dalam jaringan seri berlaku persamaan umum :
H1
Req = Q2 = R1 + R2 + R3........................................
28 )

( 4-

Gambar 4.8. jalur udara dalam jaringan seri dan jalur ekuivalennya.
4.6.3. Jaringan Paralel
Jaringan dianggap paralel apabila total udara yang mengalir terbagi
dalam masing-masing jalur udara ( lihat Gambar 4.9 ). Dalam ventilasi
tambang pencabangan ini disebut splitting dan cabang-cabangnya disebut
sebagai split. Terdapat dua macam splitting yaitu natural splitting dan
controlled splitting.
Natural splitting terjadi bilamana pencabangan terjadi secara alami
tanpa adanya pengaturan, sedangkan controlled splitting terjadi apabila
kuantitas udara dengan jumlah tertentu harus mengalir pada suatu jalur
udara dengan menggunakan alat pengatur.

Gambar 4.9. Jaringan pararel dan jalur ekuivalennya

Dari hukum Kirchhoff I dalam jaringan paralel dapat ditulis
persamaan umum sebagai berikut :
Q = Q1 + Q2 + Q3 + .................................................. ( 4-29 )
Sehingga dalam jaringan paralel kuantitas total merupakan penjumlahan kuantitas
yang mengalir melalui jalur udara tunggal. Dari hukum Kirchhoff II dapat
ditunjukan hahwa :
Hl = Hl1 = Hl2 = Hl3 = .................................................. ( 4-30 )
Yang berarti bahwa head loss untuk paralel adalah sama.
Tahanan ekuivalen untuk jaringan paralel dapat ditentukan dari
persamaan berikut :

H1
H1
H1
+
+
R1
R2
R3

Q=

Dengan Q adalah total kuantitas dan H1 adalah head loss dari jaringan paralel dari
A ke B. Persamaan di atas dapat dinyatakan dalam bentuk tahanan ekuivalen
sebagai berikut :

H 1

Q=

1
1
1
+
+
R 1 R2 R3

H 1

1
R eq

( )

....

( 4-31 )
Contoh : Empat jalur udara disusun secara paralel dengan kuantitas total 100000
cfm. Tahanan dari masing-masing jalur tertera di bawah ini. Carilah head loss
untuk jaringan paralel dan kuantitas udara yang mengalir ke masing-masing jalur.
In.min2/ft6 x 10-10
23,50
1,35
3,12
3,55

Airway
1
2
3
4
Penyelesaian :

Req =

Kuantitas ( Q ), cfm x 103

9,54
39,81
26,19
24,55

1
1
1
1
1
+
+
+
23,5 1,35 3,12 3,55

10-10

= 0,214 x 10-10 in.min2/ft6

H1 = Req Q2 = ( 0,214 x10-10 ) (100.000)2 = 0,214 in
H1
0,214
Q1 =
=
R1
23,5 x 1010 = 9540 cfm

Q2, Q3, dan Q4 lihat Tabel dan untuk checking maka total semuanya
100000 cfm.
Jaringan paralel banyak digunakan dalam ventilasi tambang karena :
a. Udara yang masuk ke masing-masing jalur masih fresh
b. Power cost lebih rendah.
Kuantitas udara yang mengalir melalui setiap jalur udara paralel
dapat ditentukan dengan mengetahui kuantitas total dan tahanan untuk
setiap jalur tanpa harus menghitung head loss masing-masing jalur udara,
karena head loss untuk jaringan paralel adalah sama, sehingga dapat ditulis
:

Req Q2 = R1Q12 =R2Q22 = .......................................

( 4-32 )
Dari persamaan 4.32 dapat diperoleh nilai masing-masing Q, dengan rumus :
Req
Req
Q1 = Q
,
Q
=
Q
2
R1
R 2 , dst ...........................

( 4-33 )
Persamaan 4-33 disebut juga Quantity divider rule.
4.7. ANALISIS JARINGAN SEDERHANA DENGAN NATURAL SPLITTING.
Jaringan dianggap sebagai jaringan sederhana apabila jalur-jalur
yang ada dapat disederhanakan menjadi jalur ekuivalen. Jaringan
sederhana dapat terdiri dari kombinasi jaringan paralel dan seri. Sebagai
contoh jaringan sederhana dapat dilihat Gambar 4.10.
Nilai dari masing-masing jalur udara adalah sebagai berikur :
R1 = 0,50

R6 = 1,30

R2 = 1,20

R7 = 0,95

R3 = 1,0

R8 = 1,50

R4 = 0,75

R9 = 1,35

R5 = 1,25

R10 = 0,40

Gambar 4.10. Reduksi jaringan sederhana menjadi jalur ekivalen.

Tentukan tahanan ekuivalen dari selutuh sistem dan head statik
tambang bila fan mampu mengeluarkan 100000 cfm.
Penyelesaian : jalur udara dalam gambar 4.10 dinyatakan dengan angka
sedangkan jalur ekuivalen dinyatakan dengan huruf. Dengan melihat pada gambar
nampak bahwa jalur 4,5,6 adalah seri dan dapat digabung menjadi satu tahanan
ekuivalen ( lihat Gambar 4.7b dan disimbolkan RA.
RA = R4 + R5 + R6 = ( 0,75 + 1,25 + 1,30 ). 10-10
= 3,30 x 10-10 in.min2/ft6
Dengan cara yang sama 7,8 dan 9 dikombinasikan menjadi tahanan ekuivalen R B
dimana
RB = R7 + R8 + R9 = ( 0,95 + 1,50 + 1,35 ). 10-10
= 3,80 x 10-10 in.min2/ft6.
Dari Gambar 4.10 b nampak bahwa tahanan A paralel dengan jalur 3 dan jalur
ekuivalennya menjadi C, sehingga Rc menjadi :
1
1
Rc = 1/ R1 +1/ R3
= 1/ 3,30+1 / 1.00

10-10

= 0,42 x 10-10 in.min2/ft6.

Jalur 2 sekarang dihubungkan secara seri dengan C dan menjadi jalur D ( lihar
Gambar

4.10d ), sehingga RD menjadi :

RD = R2 + Rc = ( 1,20 + 0,42 ) 10-10

= 1,62 x 10-10 in.min2/ft6.

Jalur B dan D digabung menjadi jalur E ( lihat Gambar 4.10e ) dan nilai Re adalah
2
2
1
1
RE = 1/ R D +1/ RB
= 1/ 1,62+1/ 3,8 10-10

= 0,59 x 10-10 in.min2/ft6

Jalur 1,E dan 10 sekarang tersusun seri, dengan menggabungkan jalur-jalur ini
menjadi satu tahanan ekuivalen RF ( lihat gambar 4.10f ) dapat ditentukan tahanan
ekuivalen total untuk seluruh jeringan.
RF = R1 + RE + R10 = ( 0,50 + 0,59 + 0,40 ) 10-10
= 1,49 x 10-10 in.min2/ft6
Besarnya head statik tambang adalah :
Hs = HI = Q2RF = ( 100000 )2 ( 1,49 x 10-10 ) = 1,49 in

4.8. ANALISIS JARINGAN KOMPLEKS

Jaringan dianggap kompleks apabila jaringan paralel yang ada di
dalamnya saling berkait dan tumpang tindih sehingga tidak dapat
dilakukan pemisahan atau direduksi menjadi jaringan ekuivalen.
Penyelesaian jaringan ventilasi kompleks di dasarkan pada persaman
Atkinson dan hukum Kirchhoff. Untuk menerapkan hukum ini
memerlukan terminologi dalam jaringan ventilasi yaitu :

Junction : titik dimana tiga atau lebih jalur udara bertemu.

Branch
: segmen atau garis yang menghubungkan dua junction
Mesh
: loop atau lintasan tertutup
Gambar 4.11 merupakan contoh jaringan kompleks. Jaringan ini

terdiri dari 6 ( enam ) cabang dan empat junction dengan fan yang
ditempatkan cabang 1 ( satu ) dan mengeluarkan udara dengan arah seperti
tecantum dalam gambar. Dari gambar tersebut dapat ditulis :

Gambar 4.11. Jaringan komplek dengan pencabangan natural.

Nb = 6 dan Nj = 4
Dengan Nb adalah jumlah branch dan Nj adalah jumlah junction.
Jika kuantitas total dan tahanan masing-masing jalur diketahui maka dapat
ditentukan
1. Head loss setiap cabang
2. Arah dan kuantitas aliran udara setiap cabang
3. Head statik dari fan.
Dari persamaan Atkinson dapat ditulis persamaan :
HI1 = R1[Q1][Q1]
HI4 = R4[Q4][Q4]
HI2 = R2[Q2][Q2]
HI5 = R5[Q5][Q5]
HI3 = R3[Q3][Q3]
HI6 = R6[Q6][Q6]
Dengan menggunakan hukum kirchhoff diperoleh persamaan :
Junction A : -Q1 + Q2 + Q3 = 0
Junction B : -Q2 + Q4 + Q6 = 0
Junction C : -Q3 - Q6 + Q5 = 0
Jumlah mesh ( Nm ) = Nb Nj + 1
Mesh 1 : -Hm + H1 + H2 + H4 = 0
Mesh 2 : H3 H6 H2 = 0
Mesh 3 : H6 + H5 H4 = 0
Persamaan di atas dapat dinyatakan dengan mengganti headnya
menjadi tahanan dan kuantitas, sehingga persamaan masing-masing mesh
adalah :
Mesh 1 : -Hm + [Q1][Q1]R1 + [Q2][Q2]R2 + [Q4][Q4]R4 = 0
Mesh 2 : [Q3][Q3]R3 [Q6][Q6]R6 [Q2][Q2]R2 = 0
Mesh 3 : [Q6][Q6]R6 + [Q5][Q5]R5 [Q4][Q4]R4 = 0

Karena Q1 diketahui maka Q2 Q6 dapat diketahui dengan

menggunakan persaman
Q2 = Q1 Q3
Q4 = Q2 Q6 = Q1 Q3 Q6
Q5 = Q3 + Q6
Jika Q2,Q4 dan Q6 dimasukan dalam mesh 1 3, namun
penyelesaian persamaan-persamaan tersebut dapat menjadi rumit sehingga
perlu adanya perhitungan teknik interaksi (perhitungan numerik) untuk
mendapatkan hasil yang pasti.
4.9. PENCABANGAN TERKENDALI ( CONTROLLED SPLITTING )
Bila jalur-jalur udara disusun secara paralel dan udara dengan
kuantitas tertentu dibuat untuk mengalir pada suatu cabang, maka
digunakan pencabangan terkendali (controlled splitting). Pencabangan
terkendali dimaksudkan untuk mendapatkan kuantitas aliran udara yang
diinginkan agar dapat masuk ke tempat kerja.
Aliran udara dikendalikan dengan membuat tahanan buatan dengan
memasang alat yang disebut regulator dan tahanan buatan merupakan
bentuk shock loss. Cabang yang tanpa ada tahanan buatannya (regulator)
disebut free split.
Penentuan ukuran regulator sebagai alat pengendali dalam ventilasi,
regulator berfungsi seperti damper dalam sistem pemanas dalam rumah.
Regulator biasanya dibuat sebagai bukaan dengan ukuran yang dapat
diatur dalam bentuk pintu tambang. Besarnya shock loss yang ditimbulkan
divariasikan dengan merubah ukuran bukaan misalnya menggunakan pintu
geser ( sliding door ).
Prosedur menghitung ukuran regulator adalah :
1. Menghitung besarnya head loss pada masing-masing cabang
2. Cabang dengan nilai tertinggi adalah free split

3. Besarnya shock loss untuk cabang selain free split adalah selisih antara
head loss pada cabang tertinggi dengan head loss cabang yang
bersangkutan.
Contoh : terdapat empat jalur udara yang disusun secara paralel dengan
kuantitas total 100000 cfm dan pada masing-masing cabang didinginkan
udara mengalir sebagai berikut :
Airway
Q, cfm
R x 10-10
1
20000
23,50
2
15000
1,35
3
35000
3,12
4
30000
3,55
Ukuran regulator dapat dihitung dari rumus :

X=

HI, in
0,940
0,030
0,382
0,320

Hx (shock loss),in
Free split
0,940 0,030 = 0,910
0,40 0,3820 = 0,559
0,940 0,320 = 0,620

Hx
Hv

Velocity head ( Hv )
Hv = w

W
1098

Ratio orifice area terhadap luas bukaan ( N )

Z
N=
X + 2 X + Z

Z = contraction factor, besarnya bervariasi dengan konfigurasi regulator sebagai

berikut :
Edge
Z
Formed
1,05
Rounded
1,50
Smooth
2,00
Squere
2,50
Sharp
3,80
Luas regulator ( Ar )
A. Luas penampang air way Ar = N.A
Pencabangan terkendali banyak digunakan dalam tambang batubara
karena lebih efektif dibandingkan pencabangan secara natural.
4.10. ANALISIS JARINGAN DENGAN PENCABANGAN TERKENDALI

Jaringan sederhana maupun kompleks dapat diselesaikan dengan

perhitungan secara cepat dan langsung, karena arah dan kuantitas aliran
udara dalam jalur udara diketahui serta hanya kuantitas udara tambang,
head, lokasi regulator yang ditentukan.
Prosedur umum yang diterapkan dalam menyelesaikan jaringan
ventilasi tambang adalah sebagai berikut :
1. Membuat peta jaringan ventilasi yang memuat adannya kuantitas udara
pada setiap cabang.
2. Menghitung head loss untuk setiap cabang berdasarkan nilai kuantitas
udara yang mengalir.
3. Menentukan jumlah mesh ( loop ) dengan rumus Nm = Nb Nj + 1
4. Perhitungan dimulai dari mesh yang paling dalam sampai semua
hukum kirchhoff II terpenuhi semua. Bila lebih dari dua cabang
disusun peralel maka setiap mesh yang terkait harus memasukkan
adanya free split supaya tidak membingungkan.
Contoh : Dari jaringan ventilasi pada Gambar 4.12 di bawah ini, tentukan
kuantitas udara tambang, head statik tambang, besar shock loss untuk regulator
dan lokasi regulator.

Gambar 4.12. Jaringan komplek dengan pencabangan terkendali

Penyelesaian :
Upper level :
Lower level :

Q = 20000 + 30000 + 25000 = 75000 cfm

Q = 40000 + 15000 + 35000 = 95000 cfm
Q total = 75000 + 95000 = 170000 cfm

Nm = Nb Nj + 1 = 13 9 + 1 = 5
0,4 + Hx = 1,2
Hx = 0,8 in
lokasi regulator cabang CD

Mesh 1 :
atas
Mesh 2 :
bawah
Mesh 4 :
bawah
Mesh 3 :
cabang FH
Mesh 5 :

1,2 + 1,8 = 0,8 + Hx

Hx = 2,2 in

lokasi regulator cabang CE

0,4 + 1,2 = 1,3 + Hx

Hx = 0,3

lokasi regulator cabang GI

1,9 = 0,7 + Hx + 0,4

Hx = 0,8

lokasi

regulator

0,8 + 3,0 + 1,3 = 0,6 + 1,9 + 1,2 + 1,1 + Hx

Hx = 0,3
lokasi regulator cabang BF

atau IJ
Head statik tambang ( Hs ) = 0,7 + 5,1 + 1,6 = 7,4 in
Untuk perhitungan jaringan yang sangat rumit akan lebih cepat dan
mudah apabila menggunakan program komputer.

BAB V
PERALATAN YANG DIGUNAKAN UNTUK PENGUKURAN UDARA

Aliran udara di dalam saluran tidak akan merata sepanjang

penampangnya. Hal ini terjadi karena gesekan antara aliran udara dengan
dinding saluran, rugi-rugi ini disebut energi friction loss.
Kehilangan-kehilangan energi pada belokan-belokan dan perubahanperubahan dari penampang saluran udara ini disebut shock loss.
Kehilangan-kehilangan energi inilah yang terutama menyebabkan
perbedaan-perbedaan kecepatan aliran udara tersebut.
Oleh kerena itu di dalam suatu sistem tambang bawah tanah perlu
dilakukan survey aliran udara atau disebut juga survey ventilasi. Survey

ini perlu dilakukan secara periodik atau dengan cara acak. Tujuan survey
ini mencakup beberapa hal seperti :
Untuk mendapatkan informasi kondisi sistem ventilasi yang ada
dalam upaya memenuhi persyaratan kebutuhan, standar dan

peraturan.
Untuk melengkapi informasi yang dibutuhkan dalam mengantisipasi

keadaan darurat atau kecelakaan di tambang bawah tanah.

Untuk kegiatan perencanaan dalam upaya memperbaiki kondisi

lingkungan yang ada serta meningkatkan efisiensi.

Untuk membuat persiapan-persiapan dalam rangka pengembangan
modifikasi tambang atau pemasangan fan baru, perubahan aliran
udara dan pembuatan shaft baru.

5.1 KECEPATAN ALIRAN UDARA.

Kecepatan aliran udara merupakan parameter yang sering diukur .
Hal ini dilakukan karena kecepatan aliran udara adalah parameter penting
untuk menghitung kuantitas udara, kebutuhan daya fan dan efisiensi fan.
Peralatan yang dapat digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara di
dalam tambang sangat beragam tergantung kepada besarnya kecepatan aliran.
Kecepatan aliran udara dapat diklasifikasikan menurut Tabel 5.1
Tabel 5.1.Klasifikasi kecepatan aliran udara di dalam tambang bawah tanah.
No
1.
2.
3.

Kategori kecepatan aliran

Rendah
Sedang
Tinggi

Kecepatan aliran
< 100 fpm ( 0.508 m/det )
100 750 fpm ( > 3.81 m/det )
>750 fpm ( > 3.81 m/det )

Jenis peralatan yang di gunakan untuk mengukur kecepatan aliran

menurut penggunaannya, didasarkan klasifikasi kecepatan dapat dilihat
pada Tabel 5.2.
Tabel 5.2 Peralatan ukur kecepatan aliran udara di dalam tambang bawah tanah.
Peralatan
Smoke tube
Vane anemometer

Rentang
kecepatan fpm
20-120
( rendah )
150-2000
(sedangtinggi )
2000- 10.000

Kepekaan
fpm
5-10

Ketelitian

Keterangan

70-90%

10-25

80-90%

Tidak
langsung,
perkiraan
Perlu dikalibrasi &
Perawatan

50-100

Velometer
Thermoanemometer,
Thermometer
Hot-wire

Kata thermometer
Pitot tube

( sangat- tinggi )
30-3000
( rendah-tinggi )
Multirange
10-500
(
rendahsedang)
10-300
100-3000
(rendahtinggi )
Multirange
100-1500
( sedang-tinggi )
750-10.000
( tinggi )

5-10
25-50
2-10

3%
dari
pembacaan
skala
80-95%

1-2
10-20

90-95%

10-25

70-90%

10-25

90-98%

Cepat, pembacaan
langsung, mudah,
perlu perawatan
Lambat,
mudah,
perlu listrik ( 6 V ),
aman
Cepat, pembacaan
langsung, mudah,
perlu listrik, perlu
perawatan
Tidak
langsung,
lambat, mudah.
Lambat,
tidak
langsung, teliti

5.1.1. Smoke Tube

Alat ini bekerja berdasarkan prinsip pengaruh mekanik dari pergerakan
aliran udara dan sering dipakai dalam menentukan adanya aliran udara, arah aliran
dan perkiraan kecepatan untuk kategori kecepatan rendah.
Alat ini terdiri dari tabung plastik atau gelas yang berisi bubuk
asap seperti batu pumice yang jenuh dengan timah antihidrous atau
titanium khlorida. Salah satu ujungnya dihubungkan ke pompa karet kecil
dan lainnya terbuka ke atmosfir. Cara operasinya adalah dengan menekan
pompa karet dan diarahkan tegak lurus terhadap sumbu terowongan.
5.1.2. Vane Anemometer
Vane Anemometer seperti tampak pada Gambar 5.1 adalah jenis
anemometer yang paling sering dipakai dalam pengukuran kecepatan
aliran udara di dalam jaringan sistem ventilasi tambang. Alat ini terdiri
dari beberapa bilah/impeler, kopling, dan dial gauge. Operasinya dapat
dipegang oleh tangan sedemikian rupa agar aliran udara tidak terhalang
oleh tubuh si operator atau paling tidak berjarak lebih besar dari 1,2 m dari
tubuh si operator, selain itu bilah alat ini harus diarahkan tegak lurus
terhadap arah aliran udara.

Kecepatan putaran bilah berbanding lurus dengan kecepatan aliran udara. Sistem
kopling digunakan untuk mengatur saat dimulai dan dihentikannya pengukuran
yang disesuaikan dengan waktu yang dibaca dengan stopwatch.
Untuk medapatkan cara pengukuran yang baik dengan vane anemometer
alat harus dipegang normal terhadap arah aliran udara. Aliran turbulent dan Arus
Eddy dapat menyulitkan hasil pengukuran yang tepat. Pengukuran-pengukuran
dari tiap-tiap belokan dari saluran udara tersebut dimulai dari kurang lebih pada
jarak 3x diameter dari saluran. Terjadinya semacam Eddy Current pada belokan
ataupun pada tempat setelah belokan tersebut diasumsikan tidak ada. Walaupun
demikian, eksentrisitas pengukuran hingga 200 dari sumbu arah aliran masih dapat
dianggap baik seperti ditunjukan pada Gambar 5.2.
Rentang kecepatan aliran udara yang cocok untuk diukur oleh vane
anemometer adalah antara 2.000 10.000 fpm ( 10,16 50,8 m/detik ).
Pengukuran kecepatan aliran udara dengan vane anemometer pada lubang bukaan
dengan luas lebih kecil dari 30 ft2 ( 2,79 m2 ) tidak memberikan hasil yang baik
bila dipegang dengan tangan, kecuali dipegang oleh batang pemegang sehingga
jarak antara tubuh pengukur dan alat cukup jauh.
Dalam suatu penampang lubang bukaan pengukuran dengan vane
enmometer dilakukan menurut pola seperti ditunjukkan pada Gambar 5.3, dan
prosedurnya dapat dilihat pada bagian selanjutnya.

Gambar 5.1. Vane Anemometer.

Gambar 5.2. Pengaruh eksentrisitas terhadap ketelitian pengukuran

dengan menggunakakan vane anemometer.

Gambar 5.3. Metode pengukuran kecepatan aliran udara di dalam lubang bukaan
a) Pengukuran menerus.
b) Pengukuran tidak menerus pada penampang lubang bulat.
c) Pada penampang persegi panjang.
Prosedur
1. Pada saluran udara yang akan ditentukan kecepatan udaranya ( Titik A1
dan A2 ) dipasang alat penegak ( honey comb ), supaya pemasangan
anemometer tegak lurus.
2. Pasang anemometer pada batang yang telah disediakan.
3. Pastikan bahwa jarum enemometer menujuk angka 0.
4. Tempatkan anemometer pada posisi atas dari saluran udara, tegak lurus
pada sumbu saluran.
5. Biarkan anemometer bergerak kurang lebih 15 detik, untuk mendapatkan
kecepatan yang penuh, kemudian anemometer dipastikan bergerak
bersamaan dengan stop-watch.
6. Setelah tiga menit, hentikan anemometer dan stop-watch bersamaan.
7. Catat pembacaan anemometer, kecepatan aliran udara ( m/menit ) pada
saluran tersebut adalah hasil pembacaan anemometer dibagi waktu
pengukuran.
8. Kerjakan seperti butir 4 di atas pada posisi masing-masing atas tengah,
tengah, tengah bawah dan bawah pada saluran udara tersebut
9. Dicari harga rata-rata pembacaan anemometer.

5.1.3. Pengukuran pipa Pitot

Pengukuran kehilangan aliran udara berkecepatan tinggi dalam lubang
baik di tambang maupun di laboratorium biasa diukur dengan menggunakan pitot
tube ( lihat Gambar 5.4 ). Head yang diukur oleh alat ini adalah total head, statik
head dan velocity head.
Pitot tube terdiri dari dua pipa kensentris yang berbentuk L ( lihat Gambar
5.4 ). Pipa bagian dalam mempunyai kedua ujung muka yang terbuka, tempat
aliran udara masuk. Sedangkan pipa bagian luar tertutup ujungnya tetapi pada
jarak kurang lebih 8 kali diameternya dari ujung horizontal ke arah hilir,
disekelilingnya terdapat lubang-lubang kecil tempat aliran udara masuk. Head
aliran udara yang melalui lubang-lubang pitot tube diukur oleh manometer yang
dihubungkan dengan selang-selang plastik. Head yang diukur adalah total head
( HT), statik head ( HS ), dan velocity head ( H ).
Untuk mendapatkan ketelitian dalam pengkuran head aliran, mamometer
bisa didesain dalam bentuk miring, diisi cairan bukan air, yang bobot dirinya lebih
rendah daripada air. Dalam pelaksanaannya, pitot tube dipasang dengan arah
menghadap aliran udara dan pengaruh tekanan akibat pergerakan udara menekan
fluida di manometer. Perbedaan elevasi dari cairan di manometer memberikan
ukuran head tekanan dari udara.
Gambar 5.5 menunjukan susunan pengukuran kecepatan aliran udara, dan masingmasing ujung pitot tube dihubungkan dengan ujung-ujung manometer.
5.1.3.1. Pengukuran Velocity Head ( H )
Dengan menghubungkan kedua ujung manometer pada keluaran pipa pitot
bagian dalam dan bagian luar, maka dapat ditentukan velocity head pada
menometer. Naiknya cairan ( fluida ) pada manometer disebabkan adanya
perbedaan tekanan di titik 1 ( stagnasi ) dan 2 ( lihat Gambar 5.4 ).
5.1.3.2. Pengukuran Statik Head ( Hs )
Statik head diukur dengan menghubungkan pipa bagian luar dari pipa pitot
dengan manometer. Seperti halnya pengukuran total head, maka naiknya fluida
manometer dikarenakan adanya perbedaan tekanan.

Head kecepatan mencerminkan energi kinetik, nilainya selalu positif dan

dapat dikonversikan ke laju aliran ekuivalen. Head total adalah penjumlahan dari
head statik dan head kecepatan, oleh karenanya bisa positif atau negarif.
HT = Hs + H .............................................................

( 5-1 )

H = HT Hs

..............................................................

( 5-2 )

H = w

V
1098

...........................................................

( 5-3 )
2

V =

H ( 1098 ) 2
w

...............................................................

( 5-4 )
V = 1098

H
w

...............................................................

( 5-5 )
Gambar 5.6 memberikan ilustrasi kesalahan pengukuran Hs & H yang
bisa ditimbulkan akibat adanya eksentrisitas arah pitot tube terhadap arah aliran
udara.

Gambar 5.4. Disain pitot tube logam (Beckwith-lewis, 1964).

Gambar 5.5 Susunan sambungan pitot tube dengan manometer dalam

sistem pengukuran aliran udara di dalam saluran.

Gambar 5.6. Pengaruh eksentrisitas pada ketelitian pengukuran

dengan pitot tube.
5.2. PENGUKURAN KUANTITAS ALIRAN UDARA.
Kecepatan

aliran

udara

di

dalam

saluran

bervariasi

sepanjang

penampangnya, hal ini terjadi akibat gesekan antar aliran udara dengan dinding
saluran. Untuk mengukur banyaknya udara yang lewat pada suatu pengukur/menit
dapat dihitung dengan rumus :
Q = VA .............................................................................. ( 5- 6 )
Keterangan :
Q = jumlah udara dalam ( M3/menit )
V = kecepatan udara ( m/menit )
A = luas penampang ( m2 )

5.3. PENGUKURAN KELEMBABAN UDARA

Pengukuran

kelembaban

udara

dilakukan

dengan

menggunakan

Hygrometer dan Sling Psychrometer atau Whirling Hygrometer.

Pengukuran kelembaban udara dalam ruangan terbuka menggunakan sling
psychrometer. Sling psycrometer terdiri dari dua buah termometer air raksa yang

tujuannya untuk mengukur temperatur cembung karing ( dry bulb ) dan cembung
basah ( wet bulb) ( lihat Gambar 5.7 )
Pada prinsipnya temperatur cembung kering adalah ukuran panas sensibel
di atmosfir. Untuk kondisi jenuh, penguapan tidak terjadi dan temperatur cembung
basah dan kering akan sama. Bila kondisi tidak jenuh, air akan menguap dari
permukaan thermometer cembung basah dengan laju tertentu yang sebenarnya
berbanding terbalik dengan tekanan uap dari uap air yang berada di udara.
Penguapan akan mendinginkan ujung thermometer dan temperatur akan turun.
Cara dan prosedur pengukuran dengan sling psychrometer dapat dijelaskan
sebagai berikut :
Perhatikan bahwa reservoir dari termometer cembung basah telah dibasahi

air dan reservoir termometer cembung kering tidak basah.

Sling psychrometer diputar paling sedikit 200x/menit, selama kurang lebih

setengah menit.
Baca secepatnya temperatur pada wet bulb demikian pula pada dry bulb.
Jaga jangan sampai dry bulb itu terpanasi oleh tangan, sinar-sinar lainnya

pernapasan ataupun panas badan.

Ulangi percobaan tersebut sampai didapat suatu harga yang konstan.

Gambar 5.7. Sling Psychrometer.

5.4. BOBOT ISI UDARA
Bobot isi udara ( W ) atau berat spesifik udara normal tidak diukur secara
langsung melainkan dengan grafik dari pengukuran temperatur ( td & tw ) dan
tekanan udara ( Pb)
Dasar perhitungannya adalah dengan menggunakan persamaan :
1.325
W = Td
( Pb 0.378 P) ...........................................
( 5-7 )
W=

1
0,287Td

( Pb 0.378 P) ......................................

( 5-7a )
Dimana :
td = temperatur cembung kering absolut ( 0R )
Pb = tekanan udara atmosfir ( in Hg )
P = tekanan uap pada temperatur embun ( in Hg ) yang dibaca
dari grafik psikrometrik.
Tetapi uantuk kepentingan praktis, penentuan bobot isi udara dapat
dilakukan dengan bantuan grafik seperti ditunjukan pada Gambar 5.8.

Gamabar 5.8 Grafik penentuan bobot isi udara dan perbandingan terhadap
bobot isi udara standard

BAB VI
VENTILASI ALAMI ( NATURAL VENTILATION )
Aliran udara yang mengalir melalui lubang bukaan tambang tidak
akan ada kecuali ada tekanan di dalam sirkuit untuk mengatasi kehilangan
tekanan. Aliran terjadi karena induksi oleh suatu perbedaan tekanan, dan
ini hanya dapat dilakukan oleh suatu sumber energi (panas matahari).
Ada dua macam gaya yang dapat digunakan untuk membangkitkan
perbedaan tekanan, yaitu : alami ( natural ) dan mekanis.
Ventilasi alami adalah suatu aliran udara yang diakibatkan oleh perbedaan
temperatur atau bobot isi dari udara pada dua titik yang berhubungan. Udara akan
mengalir dari suatu titik dengan temperatur rendah ( bobot isi tinggi ) ke titik yang
mempunyai temperatur tinggi ( bobot isi rendah ). Suatu aliran udara ventilasi
alami mempunyai sifat yang dapat berubah arah dari waktu ke waktu, tergantung
pada adanya perbedaan temperatur antara dua titik pada suatu saat. Arah aliran
ventilasi dapat searah dengan arah ventilasi mekanis atau berlawanan dan akan
terasa keberadaannya apabila aliran ventilasi mekanis dihentikan, misalnya pada
saat adanya kebakaran tambang.
Suatu contoh yang dapat dilihat mengenai adanya aliran ventilasi alami
adalah pada suatu lubang terowongan ( tunnel ) yang menghadap pada sinar
matahari.
Pada suatu tambang, adanya perbedaan temperatur dapat diakibatkan oleh
temperatur udara terlalu dingin atau panas di luar tambang, atau juga sebagai
akibat adanya peledakan yang juga merupakan sumber panas.
Suatu aliran udara ventilasi dapat terganggu karena adanya tarikan dari
suatu titik panas yang timbul pada saat peledakan dalam kegiatan tambang bawah
tanah.
Bagaimanapun

juga

suatu

tambang

harus

dapat

selalu

mengendalikan ventilasi alami, terutama apabila terjadi kebakaran dalam

tambang, dimana ventilasi mekanis harus dihentikan pengoperasiannya.

Gambar 6.1 Aliran udara ventilasi alami akan bergerak dari A ke B

Dalam memperkirakan arah aliran udara yang dihasilkan dari venitlasi
alami dalam jaringan sederhana, perlu memperhatikan hal-hal berikut :
( lihat Gambar 6.2 ).

Perlu penimbul aliran

Arah musim dingin

Sistem a
Ya
Kemungkinan ke

Sistem b
tidak
Dari kanan ke kiri

Sistem c
Tidak
Dari kanan ke kiri

Dari kiri ke kanan

Dari kiri ke kanan

kanan/ke kiri

Arah musim panas

Tidak ada aliran

Gambar. 6.2. Penentuan arah udara ventilasi alami.

Untuk menghitung head alami (Hn ) dari suatu aliran ventialasi tambang dapat
digunakan rumus metode 1 :

Hn = 13,6 ( p2 p3 ) in water .......................................

( 6-1 )

Hn = ( p2 p3 ) Pa .. ...................................................

( 6-1a )

p2 dan p3 : tekanan absolut pada dasar dua kolom, dalam in.Hg ( Pa ) atau dengan
rumus metode 2 :
Hn

L
5.2

Wd

-Wu

in

water ....................................... ( 6-2 )

Hn = gL(Wd-Wu

Pa ................................................ ( 6-

2a )
Keterangan :
Wd = density udara rata-rata di kolom downcast
Wu = density udara rata-rata di kolom upcast
Rumus metode 3 :
Hn =

( )

wL in water .............................................

( )

wgL Pa

TuTd
5,2 T

( 6-3 )
Hn =

TuTd
T

..................................................

( 6-3a )
Keterangan :
T = temperatur absolut rata-rata = ( Tu + Td ) /2 dalam derajat Renkin
w = density udara pada titik referensi.
Rumus metode 4 :

Hn =
( 6-4 )

p1
5,2

T 2L/ R td T 3 L/ R tu
T1
T4

in water .......................

Hn = p 1

T 2L/ R td T 3 L/ R tu
T1
T4

Pa ................................. ( 6-4a

)
Keterangan :
P1 = tekanan absolut
T1 = temperatur absolut
Rumus metode 5 :
Menggunakan rule of thumb untuk memperkirakan Hn dengan asumsi pada
permukaan air laut head = 0,03 in setiap perbedaan temperatur 100 F dari dua
kolom dengan beda elevasi 100 ft.
Hn = 0,03 in / 10 F /100 ft .................................... ( 6-5 )
Kuantitas udara mengalir yang dihasilkan dari tekanan ventilasi
alami dalam tambang dapat dihitung, dengan mengabaikan julang
kecepatan. Persamaan untuk julang statik atau head loss adalah setara
dengan tekanan alami untuk menghitung kuantitas aliran udara. Bilamana
Hn dalam in water. Maka :
Q=

5,2 H ,, A3
KP( L+ )

..............................................................

6-7 )
Rumus ini hanya dapat digunakan apabila resistensi lubang bukaan konstan pada
seluruh tambang ( yaitu luas daerah dan karakteristiknya sama ).