3.1.PENGUKURAN KUANTITAS UDARA
Volume / debit dari
udara (Q) yang melalui titik tertentu pada saluran udara atau pipa tiap detik
didefinisikan sebagai hasil perkalian antara besar kecepatan rata-rata aliran
udara (V) dengan luas penampang dari saluran udara atau pipa (A).
Q = V x A
Sebagian besar teknik observasi aliran udara sekarang ini
merupakan penggabungan antara metode yang ada untuk pengukuran kecepatan
rata-rata dan luas penampang. Berikut ini merupakan alat-alat yang biasa
digunakan untuk pengukuran kuantitas udara.
3.2.1. Rotating Vane
Anemometers
Sebagian besar pengukuran kecepatan udara di bawah tanah
didapatkan dari rotating van (tipe kincir angin) anemometer. Ketika diarahkan
pada aliran udara yang bergerak, udara yang melewati alat mengberikan gaya
terhadap kipas, menyebabkan kipas berputar dengan kecepatan angular yang sesuai
dengan kecepatan udara. Mekanisme tersebut menggerakan jarum pada skala ukur
dalam meter (atau feet) atau bias juga pada pencatat digital.
Gambar 3.1. Rotating Vane Anemometer
Alat ini biasanya dipasangkan dengan
stopwatch untuk menunjukan berapa meter udara yang telah melewati anemometer
selama waktu tertentu. Digital vane anemometer menunjukan secar langsung pada
odometer atau merubah sinyal elektronik menjadi system pengumpul data. Alat
yang lebih modern dapat juga dilengkapi dengan microprocessor.
Unduk mendapatkan pengukuran yang dapat
diandalkan dari kecepatan rata-rata udara di bawah tanah, sangat penting untuk
menyertakan teknik penggunaan anemometer. Prosedur yang ada telah berkembang
berdasarkan dari beberapa percobaan dan pengalaman dilapangan.
3.2.2. Moving Traverses
Untuk metode pengukuran ini, anemometer
harus di pasang pada tongkat, dengan panjang minimum 1,5 m atau lebih untuk
jalur udara yang tinggi. Proses pemasangan harus bisa membuat anemometer
tergantung vertical atau berada pada sudut konstan dengan memperhitungkan
posisi tongkat. Rotating vane anemometer tidak terlalu sensitive terhadap
goncangan dan akan memberikan perubahan hasil yang tidak lebih dari 5% dari
perubahan sudut sampai dengan 30o dari arah aliran udara. Oleh
karena itu untuk sebagian besar jalur udara bawah tanah membiarkan anemometer
tergantung bebas pada ujung tongkat. Untuk jalur udara yang inclinasinya lebih
dari 30o, anemometer harus dipasang pada posisi yang relatif tetap
terhadap tongkat dan disesuaikan dengan memutar tongkat ketika melakukan
traverse agar alat tetap sejajar dengan sumbu longitudinal jalur udara
Pengukur harus menghadap ke aliran udara
memegang tongkat anemometer di depannya sehingga dial dapat terlihat dan
sekurangnya 1,5 m dari bagian atas badannya. Untuk memulai traverse, alat harus
dipegang pada sudut atas atau bawah dari jalur udara, dengan pointer menunjukan
angka nol, hingga kipas berputar dengan kecepatan konstan. Pengukur pertama
harus dapat menjangkau tuas pengontrol dan pengukur kedua dengan stopwatch
menghitung mundur dari lima. Ketika nol, anemometer diaktifkan dan stopwatch
dijalankan.
Jalur traverse harus seperti pada gambar
3.2. Tujuannya agar traverse anemometer berada pada kecepatan konstan tidak
lebih dari 15% dari kecepatan udara. Idealnya, bagian yang sama dari jalur
udara pada lubang bukaan ditempuh dalam waktu yang sama. Waktu yang dibutuhkan
sekitar 60 detik. Lima detik terakhir pengukur kedua harus menghitung mundur
agar pengukur pertama dapat menstop anemometer pada saat waktu habis. Angka
yang ditunjukan anemometer langsung baca dan di catat, lalu alat direset ke
nol.
Gambar 3.2. Jalur Pergerakan Traverse Anemometer
Prosedur di ulang, traverse dilakukan
dengan arah sebaliknya. Traverses harus diulang sampai tiga kali pembacaan yang
perbedaannya antara 5%. Pada kondisi stabil yang mendukung,
pengukur yang berpengalaman hasil pengulangan pengukurannya perbedaannya hanya 2%.
Buku pencatatan anemometer harus tahan
air dan dibuat agar tiap halaman memiliki segmen untuk
1.
Nama Pengukur
2.
Lokasi pengukuran,
waktu, tanggal
3.
Hasil pembacaan
anemometer dan koreksi
4.
Sketsa lubang bukaan
5.
Perhitungan Luas
6.
Perhitungan Volume
aliran udara
Pencatatn biasanya dilakukan oleh orang yang memegang
stopwatch. Untuk tiap traverse, pembacaan anemometer dibagi berdasarkan waktu
yang berhubungan untuk mendapatkan kecepatan udara. Rata-rata dari tiap
pengukuran dengan mengabaikan nilai diluar toleransi 5%, memberikan nilai
kecepatan rata-rata. Anemometer Traverses bisa juga digunakan pada pipa, tetapi
hanya bisa digunakan pada pipa yang diameternya enam kali lebih besar dari
diameter anemometer.
3.2.3. Fixed Point Measurement
Estimasi aliran udara pada pipa didapatkan
dengan memegang anemometer di tengah-tengah pipa dan melakukan koreksi
pengukuran berkali-kali dengan factor koreksi 0,8. Teknik yang sama dapat
digunakan untuk pengecekan rutin pada lokasi-lokasi pengakuran di jalur udara.
Pembacaan yang didapatkan dari anemometer statis yang lokasi yang telah
diketahui pada lubang bukaan pada mulanya harus dibandingkan dengan hasil
pengukuran yang didapat dari traverse untuk mendapat factor koreksi “fixed point” untuk lokasi tersebut.
Biasanya berkisar antara 0,75 – 0,8 untuk lokasi pengukuran setengah atau
duapertiga dari tinggi lubang bukaan. Pengukuran berikutnya hanya membaca
anemometer pada lokasi tertentu dan dilakukan kalibrasi dengan koreksi fixed point.
3.2.4. Density Correction
Untuk pekerjaan yang lebih teliti, hasil
pembacaan anemometer dikoreksi lebih lanjut untuk beberapa variasi density
udara
Dimana:
v = Kecepatan setelah koreksi
vi = Kecepatan awal
Cc = Koreksi dari kurva/grafik kalibrasi alat
ρc = density udara saat kalibrasi
ρm = density udara sebenarnya saat pengukuran
Berdasarkan persamaan tersebut dapat kita lihat bahwa
penyesuaiaan density 
efektif hanya pada koreksi kalibrasi dan
diabaikan dalam banyak kasus.
efektif hanya pada koreksi kalibrasi dan
diabaikan dalam banyak kasus.
3.2.5. Swinging Vane
Anemometer (Velometer)
Dalam banyak
bentuk dasar, Swinging Vane Anemometer
(Velometer) merupakan hinged vane yang
berpindah terhadap pegas dari posisinya oleh pergerakn arus udara. Dihubungkan
kepada pointer yang langsung menunjukan kecepatan udara. Udara memasuki lubang
pada sisi alat. Lubang ini dapat diisi dengan pertukaran antara orifices atau probes untuk mendapatkan range kecepatan yang bisa diukur.
3.2.6. Vortex-shedding Anemometer
Untuk system
monitoring terus menerus, rotating vane
dan swinging vane dengan keluaran elektrik digunakan secara bersama-sama. Namun
keduanya memerlukan kalibrasi secara berkala ketika digunakan dalam tambang.
Untuk itulah Vortex-shedding Anemometer
lebih sering digunakan karena alat ini tidak memiliki bagian yang bergerak.
Pada Vortex-shedding Anemometer, vortices bisa
terdeteksi akibat perubahan tekanan atau variasi density udara yang dihasilkan.
Kekurangannya jika di tempatkan pada lokasi tertentu di dalam tanah dengan
tujuan monitoring, harus dilakukan kalibrasi untuk lokasi tersebut. Selain itu
membutuhkan juga electronic damping
untuk mengeliminasi sinyal akibat kendaraan lewat.
3.2.7. Smoke Tubes
Smoke Tubes mungkin
merupakan teknik yang paling simple untuk mengetahui aliran udara dan digunakan
untuk kecepatan yang sangat rendah. Getaran udara akibat pompa karet melalui
tabung kaca yang berisi butiran titanium tetrachloride atau anhydrous tin yang
berpori akan menghasilkan asap putih. Seorang menggunakan smoke tube pada satu titik dan pada titik yang lain seorang
mengukur waktu yang dibuthkan untuk menempuh jarak antara dua titik tersebut
dengan menggunakan stopwatch. Harus disesuaikan dengan factor koreksi 0,8 atau
untuk lebih akurat dapat dihitung dengan bilangan Reynold’s. Dispersi dari asap
biasanya menyulitkan untuk menentukan kapan harus menstop stopwatch. Smoke tubes biasanya digunakan sebagai
pilihan terakhir untuk arus udara berkecepatan rendah.
Gambar 3.3. Smoke Tube
3.2.8. Pitot-static Tube
Alat ini terdiri
dari dua tabung konsentis seperti pada gambar 3.4. Ketika berhadapan langsung
dengan aliran udara, tabung bagian dalam menunjukan tekanan total dari
pergerakan arus udara, pt.
Gambar 3.4. Pitot-static Tube
Tabung bagian luar ditembus oleh lubang kecil pada sudut yang
tepat pada sisi yang pendek sehingga tegak lurus dengan aliran udara. Tabung
ini tidak terpengaruh oleh energy kinetic dari arus udara dan menunjukan
tekanan statis ps. Alat pengukur
tekanan atau manometer dihubungkan melalui kedua lubang akan menunjukan
perbedaan antara tekanan total dan tekanan static, sehingga tekanan velocity
pv = pt - ps
Dengan demikian Head Velocity merupakan kecepatan dari
aliran udara sebenarnya (v).
Dimana ρ =
density udara sebenarnya
Pitot-static tubes modern menunjukan tekanan total, static dan velocity dari aliran utara
dengan lebih akurat. Sayangnya ketepatan pengukuran tergantung dari manometer
atau pengukur tekanan yang terhubung pada alat ini. Salah satu kesulitan dalam
penggunaan alat ini adalah adanya arus udara turbulen sehingga pembacaan akan
naik turun.
3.2.9. Fixed Point Traverses
Method of Equal Areas, Pada metode ini cross-section dari pipa atau jalur udara dibagi menjadi
beberapa subsections dengan luas yang sama. Gambar 3.5. menunjukan bukaan
persegi yang dibagi menjadi 25 area yang sama. Dengan menggunakan pitot-static
tube atau anemometer, kecepatan di tengah tiap bagian di ukur. Kecepatan
rata-ratanya didapat dari merata-ratakan kecepatan dari tiapa-tiap subsections.
Untuk mendapat
hasil yang baik pertama-tama, jika menggunakan pitot-static tube kecepatan dari
tiap-tiap subsections harus dihitung terlebih dahulu. Merata-ratakan velocity pressure sebelum menggunakan
rumus 
tidak akan memberikan hasil kecepatan
rata-rata yang sebenarnya. Kedua, gradient kecepatan berubah drastis di dekat
dinding. Oleh karena itu pengukuran akan lebih baik dilakukan dekat dengan
dinding, terutama pada bagian sudut. Ketiga, jumlah dari subsections harus ditambah
sesuai dengan ukuran lubang bukaan untuk meningkatkan akuasinya
tidak akan memberikan hasil kecepatan
rata-rata yang sebenarnya. Kedua, gradient kecepatan berubah drastis di dekat
dinding. Oleh karena itu pengukuran akan lebih baik dilakukan dekat dengan
dinding, terutama pada bagian sudut. Ketiga, jumlah dari subsections harus ditambah
sesuai dengan ukuran lubang bukaan untuk meningkatkan akuasinya
Gambar 3.5. Titik pengukuran Method of
Equal Area pada bukaan persegi
Sebagai
petunjuk, rekomendasi jumlah tituk (n), untuk bukaan persegi dapat dihitung
dengan :
+23
Di mana
e = exponensial
exponent, (2,7183)
A = Luas
lubang bukaan (m2)
Estimasi jumlah
titik dapat dibulatkan ke jumlah yang memungkinkan untuk membagi luabang bukaan
menjadi beberapa subsections yang sama tetapi tidak akan kurang dari 24. Pada
bukaan yang berbentuk lingkaran, lingkaran dibagi menjadi annuli dengan luas
yang sama seperti pada gambar 3.6. Jumlah titik pengukuran untuk tiap diameter
dapat dilihat pada tabel 3.1.
Tabel 3.1. Jumlah Titik Pengukuran Untuk
Tiap Diameter
|
Diameter Pipa (m)
|
<1,25
|
1,25-2,5
|
>2,5
|
|
Jumlah titik
|
6
|
8
|
12
|
Lokasi titik di
tengah area dari annulus yang sesuai pada tiap diameter dan bisa dihitung
dengan:
Di mana :
r = jari-jari
titik dari pusat lingkaran
n = jumlah
titik yang dihitung dari pusat lingkaran
D = diameter
pipa (m)
N = jumalah titik bersilangan pada diameter
Gambar 3.6. Titik pengukuran Methodof
Equal Area pada bukaan lingkaran
3.2.10.
Hot Body Anemometers
Pada hot wire
anemometre, element kawat di tempatkan dalam bukaan kecil pada ujung tabung untuk
menunjukan arah penyimpangan dari alat. Element dibentuk oleh sebuah wheatstone
bridge circuit. Pada sebagian besar hot wire anemometer, suhu dari element
dijaga konstan dengan merubah arus listrik yang melaluinya ketika kecepatan
udara berubah. Pada model yang lain, arus listrik yang dijaga konstan dan suhu
dari elemen di monitoring. Untuk hasil yang lebi akurat harus dikoreksi dengan
density udara.
|
v = vi
|
rc
|
|
rm
|
Di mana :
v = kecepatan
udara sebenarnya
vi = kecepatan
udara yang terukur
rc = kalibrasi density udara (biasanya 1,2 kg/m3)
rm = density udara pada saat pengukuran
Hot wire
anemometers digunakan untuk kecepatan rendah
sampai 0,1 m/s. Jika Hot wire anemometer akan digunakan pada tambang
yang kandungan gasnya tinggi harus di cek terlebih dahulu kemungkinan
terjadinya ledakan.
3.2.11.
Tracer Gases
Metode ini
digunakan pada situasi yang sulit, seperti kebocoran aliran melalui waste area,
main shaft dan daerah lain yang kecepatan aliran udaranya tinggi dan turbulen.
Hydorgen, Nirous oxide, Carbon dioxide, ozone, radioactive krypton 85 dan
sulphur hexafluoride biasa digunakan. Gas yang digunakan harus merupakan bahan
kimia yang inert.
3.2.12.
Measurement of Cross-sectional area
Sebagian besar
aliran udara ditentukan dari kecepatan rata-rata dan luas lubang bukaan,
akurasi dari besarnya aliran udara sebanding dengan ketepatan penentuan
kecepatan rata-rata dan luas lubang bukaan.
Sampai saat ini
metode yang paling sering digunakan untuk mengukur luas lubang bukaan adalah
dengan menggunakan pita ukur (meteran) sebagai media pengukur jarak . Dengan
demikian metode ini dapat memberikan hasil yang baik jika bukaannya memiliki
geometri yang bentuk yang teratur seperti persegi atau lingkaran. Bentuk
seperti busur atau trapesium dapat di lakukan dengan pendekatan model persegi,
segitiga dan bagian dari lingkaran, sehingga pengukuran dengan pita ukur dapat
disesuaikan untuk menghitung luas area tersebut. Untuk beberapa situasi pengukuran
lubang bukaan dilakukan dengan merata-ratakan hasil pengukuran tinggi dan lebar
lubang bukaan yang dilakukan setelah tiga kali pengambilan data.
Adapun teknik
pengukuran luas penampang yang lebih canggih adalah offset method. Metode ini menggunakan kawat ataupun yang nantinya
dibentuk menyerupai profil lubang bukaan yang terbentuk.Sehingga profil lubang
bukaan tersebut dapat diukur diatas kertas grafik.
Profilometer adalah alat
ukur luasan yang berupa meja datar. Meja tersebut nantinya ditempatkan pada
tripod di tengah-tengah jalur udara. Untuk kemudian pengukuran dilakukan secara mekanis ataupun secara manual dengan
cara merekonstruksi lubang bukaan pada meja gambar tersebut. dengan cara
menarik garis/ mengukur jarak dari dinding ke pusat papan.Akan tetapi untuk
sampai saat ini metode tersebut sedah dapat dilakukan dengan peralatan
pengukuran elektronik
Photgraphic Method ialah metode pengukuran luasan penampang yang dilakukan menggunakan
pencitraan dari lubang bukaan dibandingkan dengan skala barang ataupun orang
pada pencitraan tersebut.
3.2.PENGUKURAN TEKANAN
Tujuan utama dari pengukuran tekanan adalah untuk
menentukan penurunan tekanan akibat gesekan (p), yang berhubungan dengan aliran
udara (Q) yang terukur dari tiap percabangan tempat dilakukan pengukuran. Ada
dua metode pengukuran. Metode yang lebih akurat adalah gauge and tube atau metode trailing
hose , metode kedua adalah dengan cara memperhatikan tekanan absolute pada
barometer atau altimeter pada tiap lokasi.
3.3.1.
Gauge and Tube Surveys
Gambar 3.5.
menunjukan prinsip pengukuran Gauge and
Tube. Pengukur tekanan dihubungkan ke tabung panjang yang sisi lainnya
ditempelkan ke pengukur total head pada pitot-static
tubes. Secara praktis tabung dan peralatan lain berada diantara jalur
udara.
Pada prinsipnya
pengukuran ini hampir sama dengan pengukuran dengan menggunakan pitot-static tube.
Di mana :
v = kecepatan
udara (m/s)
Z = Tinggi
diatas datum tambang (m)
g = percepatan
gravitasi (m/s2)
V = volume
spesifik udara (=1/r) (m3/g)
F12 = gaya
akibat gesekan (J/kg)
Gambar 3.7. Prinsip pengukuran Gauge and Tube
Jika kita
asumsikan density udara antara stasiun 1 dan 2 bervariasi secara linear, maka :
P12 = ra F12
Sehingga
P12 = raF12 = ra
Velocity
pressure (Pv) 
Static pressure
(Ps)= ra Z g + P, maka
p12 = (Pv1+Ps1)
– (Pv2+Ps2)
= Pt1
– Pt2
Di mana Pt =
total pressure (Pv+Ps) pada head taping pitot ststic
tube.
3.3.2.
Barometer and Altimeter
Surveys
Jika tekanan
static absolute terukur di kedua ujung barometer pada sebuah aliran udara dalam
tanah maka akan terbaca perbedaan dari kedua tekanan tersebut, kedua tekanan
tersebut akan bergantung pada :
1.
Perbedaan ketinggian
antara titik kedua pengukuran
2.
Kecepatan udara yang
mengalir
3.
Adanya penurunan akibat
gesekan ataupun aliran udara yang terjadi diantara keduanya.
Setelah
pembacaan dari barometer tersebut dang pengukuran perbedaan ketinggian dan
perbedaan kecepatan diantaranya, maka dapat ditentukan penurunan tekanan akibat
dari gesekan yang terjadi.
3.3.PENGUKURAN KUALITAS UDARA
Prosedur pengukuran kuantitas udara dilakukan dengan dua
alasan. Pertama, menyediakan alur rata-rata dan mengkuantifikasi variasi level
polutan, kedua mengetahui zona emisi gas, debu, panas dan kelembaban. Mengukur
konsentrasi gas biasanya bisa didapatkan juga pada saat pengukuran
tekanan-volume.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar