Lecture 07 TAHAP RANCANGAN SISTIM VENTILASI
8
1 /2
TAHAPAN
9 /1
1
1 Y F
IE E T R F A A .A L M S / A G
R PERANCANGAN T A
IN R FAKULTAS ILMU IMU KESEHATAN – JURUSAHAN KESEHATAN MASYARAKAT,
R P E A PEMINATAN K3- INDUSTRI
E T E
IM SISTIM VENTILASI
IN G LOKAL N E
1. PENDAHULUAN
1 /2
8 Local Exhaust Ventilation merupakan sistem yang
menggunakan ventilasi khusus untuk mencegah atau
9 /1
1
mengurangi tingginya tingkat zat-zat berbahaya yang naik ke
1
udara yang dapat dihirup oleh tenaga kerja di lingkungan
Y F R T A
IE E T R
kerja
F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A
Pemilihan sistim ventilasi industri khususnya sistim ventilasi lokal
E T E
IN
dan proses perancangannya terdiri dari tiga tahap, yaitu G
N E
(i) pemilihan (seleksi), (ii) perancangan sistim, dan (iii) perancangan proses.
; Langkah Pendahuluan Melakukan pengamatan langsung pada ruang kerja dan lingkungan pabrik, dan juga melakukan pemetaan pabrik dengan menggunakan GPS (Global Positioning System). Data yang diambil adalah penentuan posisi 2D, yaitu pengambilan koordinat X dan Y pada titik yang telah ditentukan sebelumnya, koordinat tersebut di plot menjadi sebuah peta garis yang
8
1
mengambarkan area pabrik
/2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L
Langkah kedua ,
M S /
A G
Yaitu data tentang kosentrasi, partikulat, gas, asap, atau uap untuk melihat
IM
IN R R P
batas pemaparan. Untuk perlu diadakan usaha-usaha mengantisipasi,
E A E T
pengenalan/rekoknisi, evaluasi faktor-faktor lingkungan yang timbul di/dari E
IN G N
tempat kerja. Di Indonesia perihal batas pemaparan dituangkan dalam
E Peraturan Menteri Tenaga Kerja dan Transmigrasi No.PER.
13/MEN/X/2011, tentang NAB (Nilai Ambang Batas) faktor fisika dan kimia di tempat kerja. Istilah nilai ambang batas sama dengan Threshold Limit
Langkah ketiga, Perancangan, hood, duct atau pipa, air cleaning devis/air pollution control (APC) equipment atau alat pembersih udara, dan fan.
1 /2
8 KOMPONEN SISTIM VENTILASI
LOKAL
9 /1
LEV terdiri 4 bagian:
1
1 Y F R T A
IE
HOOD,
E T R F A A .A L
DUCT WORK,
M S /
A G
AIR CLEANER
IM
IN R R P E FAN. A E T E
IN
STACK
G N E
- Duct
- Single duct, hanya melayani satu sumber pengotor
- Multiple duct, bercabang
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
8 CONTOH ;
1 Type, Multiple duct, bercabang /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E Langkah keempat, Pemilihan sistim distribusi, kecepatan aliran volum pada setiap hood, dan mempertahankan kecepatan yang diinginkan akibat tahanan dan gesekan di setiap cabang dan sambungan dari
8
1
jaringan pemipaan dan jalur utama
/2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E PENGERTIA Hood
N fungsinya untuk menangkap kontamian. Bentuk hood, kecepatan, serta arah di mana kontaminan dilepaskan perlu diperimbangkan dalam
8
1 perancangan. /2
9 /1
1
1 Duct/PIPA, Y F R T A
IE
adalah jalan untuk membawa kontaminan ke bagian pembersih udara
E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P
Air cleaner,
E A E T E
adalah memisahkan kontaminan dari aliran udara sebelum masuk ke fan
IN G N
dan dilepaskan ke atmosfer
E
Fan,
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R
PERANCANGAN HOOD
T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E pengantar merupakan komponen paling penting, karena efesiensi
Hood
8
1
penangkapan merupakan kunci utama yang menentukan kinerja dari
/2
9 /1
1
1 sistim ventilasi lokal. Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
Komponen kedua adalah yang merupakan alat penggerak FAN
IN R R P E A E T E
udara yang menyediakan energi untuk menarik udara dari kontaminan
IN G N E
kedalam sistim exhaust dengan mendistribusikan tekanan negative atau hisapan didalam saluran menuju hood.
memiliki tiga jenis yaitu
Hood ;8
9 /1
1 A. Receiving canopy /2
1
1
hoods, dan
Y F R T A
IE E T R F A A .A L
B. capturing hoods,
M S /
A G
IM
IN R R
C. Enclosure hood ,
P E A E T E
IN G N E
Issu Perancangan Hood
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
BAGUS
IM
IN R
BURUK
R P E A E T E
IN G N E
Gambar.5.6. Cara penempatan hood
ik , or ar i t ra d pe od an i o in ho is n os am aa P nt
7. uk ko
5. b
8
n r.
1
ke ra ba li
/2
9
a am
/1
at
1 G
1
sa
Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A
g
G
IM
IN
an
R R P
y
E A E T
up od
E
IN
ut
G
ho
N
rt
E
e te ip ya T in ks 8.
Rencana Perancangan `Hood Langkah awal, perancangan adalah mengetahui besarnya volume rate? atau debit aliran udara yang dibutuhkan pada hood
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L
M S
2 V = Q/(10X + A ) ......................... (5.1)
f
/ A G
IM
dimana,
IN R R P E
V = kecepatan tangkap (fpm)
A E T E
IN
Q = debit hisapan hood (cfm)
G N
X = jarak dari sumber ke mulut hood (ft)
E
2 A = luas area bukaan hood, ft f D = diameter bukaan hood/sisi terpanjang hood persegi, ft Secara geometri pada gambar , 4.1, yang mana luas area , dan V =
Q*A
2 Q = = 12,57 V*r Q = aliran udara, cfm V = garis tengah kecepatan pada jarak X dari ke hood, fpm
8
1 /2
9
r = jari- jari
/1
1
1 Y F R
Q = = 6,28 r*L
T A
IE E T R F A A .A L M S
L = panjang garis sumber, ft
/ A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P
Gambar.4 Kanopi hood
E A E T E
IN G N E
Keterangan gambar ; Pada gbr 4.a, bentuk kanopi hood yang direkomendasikan, dan untuk gba 4.b bentuk kanopi hood yang tidak direkomendasikan.
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E
Tinggi, D = 1.20 m (4 ft) (jarak dari sumber ke konopi) A
E T E
IN
Sisi, x = 0,4 D
G N E
Kecepatan tangkap, v - = 0.15 - 0.20 m/s atau (30 - 40 ft/min)
1
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E Q = debit hisapan hood (cfm)
2 Q = V(10X + A ) f
8
1 /2
9 /1
1
2
f
1 Q = 0,75 V (10X + A )
Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
2 Q = V(5X + A ) f
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R
Perancangan SLOT
T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E Slot adalah bagian dari komponen hood, seperti terlihat dalam gambar 5.3
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
Gambar. 5.3 Slot hood
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T
Kriteria perancangan slot :
E
IN G
Q = 350 cfm/ debit hisapan hood (cfm)
N E
Panjang hood = required working space Bench width = 24 in WG maximum Kecepatan duct ≥ 4.200 – 4.500 fpm
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
Ket, L = panjang dari slot, ft
8
1 /2
9 /1
1
IE E T R F A A .A L M S /
1 DUCT SISTEM Y F R T A
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
Duct merupakan salah satu instrumen yang penting dalam
8
1 proses pengendalian pencemaran udara. /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A
Fungsi Duct
A .A L M S /
A G
untuk mengalirkan udara yang telah terkontaminasi dari
IM
IN R R P E
hood menuju alat pengendali, dan kemudian udara tersebut A
E T E
IN G
akan dialirkan dari alat kontrol menuju fan
N E Pada saat fluida mengalir melalui saluran tertutup, timbul gesekan antara fluida dan dinding saluran yang menyebabkan terjadinya kehilangan tekan. Untuk udara perbedaan ketinggian tidak diperhitungkan. Sehingga,
8
persamaan Bernoulli, kesetimbangan energi mekanik untuk aliran yang
1 /2
inkompresibel (yang diterapkan pada udara yang memiliki kehilangan
9 /1
1
tekan yang rendah) dapat dituliskan sebagai berikut;
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L
2
2 M
S
{(P / ρ) + (v /2g ) + ηw} = {(P / ρ) + (v /2g ) + h } ------ (5.2)
1 1 c
2 2 c f /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN
Dimana
G N
2 E P = tekanan statis ,lbf/ft
3
ρ = densitas fluida,lbm/ft v = rerata kecepatan linear fluida, ft/sec2 berikut rumus perubahan kecepatan tekanan menjadi kecepatan potensial )
- (5.3
8
1 Dimana /2
9 VP = kecepatan tekanan, in.WG /1
1
1 V = kecepatan udara,ft/min Y F R
4005 = konstanta perubahan kehilangan
T A
IE E T R
tekan menjadi kecepatan udara
F A A .A L
1/2
M S
(ft/min)/(in.H 0)
2
/ A G
IM
IN R R P E A E T
Untuk densitas udara yang bukan standar
E
IN G N E
(5.4)
VP = (VP /ρ ) x ρ act std std act
1 /2
8 Panjang duct dan jumlah belokan diusahakan untuk diminimalkan
9 Jaringan duct disusun secara efektif sehingga mudah dalam pemeliharaan /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L
5.5.2. Perencanaan Jaringan Duct
M S /
A G
IM
IN R
Prinsip umum perencanaan duct adalah sebagai berikut :
R P E A E T
Susunan duct harus terintegrasi dengan alat proses dan rencana
E
IN G
sistem yang direncanakan
N E
Panjang duct dan jumlah belokan diusahakan untuk diminimalkan Jaringan duct disusun secara efektif sehingga mudah dalam pemeliharaan
5.5.3. Dimensi Duct
Perencanaan duct dilakukan berdasarkan pertimbangan kecepatan minimum transpor partikulat untuk aliran udara kecepatan udara pada duct harus cukup tinggi hal ini berdasarkan pertimbangan agar dalam
8
1
membawa kontaminan tidak jatuh dalam ruang duct
/2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L
- (5.5)
d =
M S
c
/ A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G
Dimana:
N E
dc = diameter duct (ft)
3 Q = debit udara (ft /menit)
Va = kecepatan transpor (ft/menit)
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
5.5.4. Kehilangan Tekanan pada Duct Faktor Friksi (gesekan)
Pendekatan yang digunakan dalam perhitungan kehilangan tekan
8
1 adalah dengan menggunakan rumus dibawah ini. /2
9 /1
- (5.6)
H = a
1 .
1
f
Y F
Dimana
R T A
IE E T
H = Kehilangan tekanan akibat gesekan (in WG) R f
F A A .A L M
V = Kecepatan aliran dalam duct (fpm)
S /
A G
Q = debit udara (cfm)
IM
IN R R
a,b,c = konstanta
P E A E T E
IN G N E
Material duct a b c Galvanized 0,0307 0,533 0,612
5.5.4.2. Kecepatan Aliran Udara
Kecepatan aliran udara pada duct seperti telah dibahas sebelumnya merupakan penyebab kehilangan tekan terbesar. Pendekatan yang
8
1
digunakan adalah dengan menggunakan rumus ini:
/2
9 /1
1
1 Y F R
- (5.7)
T A
IE E T R F A A .A L M S /
A
Dimana:
G
IM
IN R
VP = Tekanan kecepatan (in WG)
R P E A E
v = Kecepatan gas (fpm)
T
g
E
IN G N E
5.5.4.3. Turbulensi Aliran
Turbulensi aliran udara dalam pipa disebabkan oleh asesoris duct seperti pada belokan duct, titik cabang duct, pembesaran, dan penyempitan pada duct. Kehilangan tekanan yang terjadi
8
1
merupakan perkalian dari harga fraksi k dengan VP sehingga
/2
didapatkan rumus sebagai berikut:
9 /1
1
1 Y F R T A
IE
- (5.8)
E T R F A A .A L M S /
A G
dimana :
IM
IN R R P
H = kehilangan tekanan (in WG)
E
f
A E T E
IN
VP = velocity pressure (in WG)
G N
K = fraksi VP
E
v = Kecepatan gas (fpm) g
4005 = konstanta konversi kehilangan tekan menjadi
0.5
5.5.4.5. Titik Percabangan Duct
Faktor kehilangan tekanan percabangan sangat tergantung dari sudut yang terbentuk antara cabang duct dengan duct.. Benuk dari percabangan duct
8
dapat dilihat pada Gambar 5.5
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
5.5.4.6. Kehilangan tekan pada pipa lurus
Beberapa grafik telah dikembangkan untuk mendapatkan nilai kehilangan tekan pada duct yang lurus. Kebanyakan grafik ini berdasarkan penggunaan duct yang baru dan bersih. Kehilangan tekan pada duct lurus dapat dinyatakan berdasarkan Gambar Grafik 5.6
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
.5.4.7. Pembesaran dan penyempitan duct Pada pembesaran dan penyempitan duct akan terjadi perubahan kecepatan yang mengakibatkan kehilangan tekanan udara dalam duct, karena besarnya kehilangan tekanan sangat bergantung pada kecepatan dalam duct. Maka faktor kehilangan tekanan pada penyempitan atau pembesaran duct yang bergantung pada perbandingan diameter inlet dan outlet.
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E
Gambar.5.7 Bentuk penyempitan duct
A E T E
IN G N E Tabel.5.6 Perolehan kembali Tekanan statis SP pembesaran - SP regain for expansions
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
5.5.4.8. Belokan Duct
Loss factor pada elbow sangat bergantung pada bentuk struktur belokan apakah memiliki sudut 90°, 30 - 60° Gambar.5.9, gambar 5.10, dan gambar 5.11 berikut ini.
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E Prinsip Desain Pipa PRINSIP tahanan kurang Hindari desain untuk aliran udara dibawah
Merampingkan sistem sebanyak mungkin
8
1
untuk meminimalkan
/2
9
turbulensi udara dan
/1
1
1
ketahanan
Y F R T A
IE E T R
saluran Round
F A A .A L
memberikan ketahanan
M S /
A G
kurang dari saluran
IM
IN R
persegi (luas
R P E A E T permukaan kurang). E
IN G N E
Smooth, saluran kaku memberikan ketahanan kurang dari feksibel,
Prinsip Desain Pipa PRINSIP tahanan kurang Hindari desain untuk aliran udara dibawah berjalan pendek dari saluran memberikan
8
1
perlawanan kurang dari
/2
9
berjalan lama
/1
1
1 Lurus berjalan Y F R
menawarkan resistansi
T A
IE E T R
kurang dari berjalan
F A A .A L
dengan siku dan
M S /
A G tikungan.
IM
IN R R P E A E T
cabang Duct harus
E
IN G
memasukkan di sudut
N E
bertahap daripada sudut siku-siku. Duct cabang tidak boleh
Prinsip Desain Pipa PRINSIP tahanan kurang Hindari desain
8
untuk aliran udara dibawah
1 /2
Siku dengan
9 /1
1
membungkuk
1
bertahap
Y F R T A
IE E T
memberikan
R F A A .A L
ketahanan kurang
M S /
A G
dari tikungan tajam
IM
IN R R P E A E T E
IN
diameter saluran
G N
besar memberikan
E
ketahanan kurang dari saluran berdiameter kecil
5.FAN DAN BLOWER
8
1 /2
9 /1
, dan
1
dibedahkan oleh metode yang digunakan untuk menggerkan Y F
R T A
1 Fan Blower Kompresor
IE E T R F A
udara, dan oleh tekanan sistim operasinya. ASME (The American
A .A L M S /
Society of Mechanical Engineers) menggunakan rasio spesifik,
A G
IM
IN R
yaitu tekanan pengeluaran terhadap tekanan hisap, untuk
R P E A E T
mendefenisikan fan, blower dan kompresor
E
IN G N E Terdapat dua jenis yaitu ; FAN
, (i) Fan Aksial menggerakkan aliran udara sepanjang sumbuh fan
8
1
(terpasang pada poros berputar)
/2
9 /1
1
1 Y F R T A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
(ii) ,
IM
Fan Sentrifugal
IN R R P E A
menggunakan impeler berputar untuk menggerakan aliran udara,
E T E
IN G N E
Ada dua jenis blower, yaitu : (i) blower sentrifugal, dan
8
1 /2
9 /1
1
1 Y F R T
(ii) blower positive displament
A
IE E T R F A A .A L M S /
A G
IM
IN R R P E A E T E
IN G N E
DAFTAR PUSTAKA,
1
1 /1
9 /2
1
8 E T A P R
IM A S A F E T Y E N G
IN E E R
IN G / M .A R
IE F L A T A R
ACGIH.2006 Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice for Operation and Maintenance,
Amer Conf of Governmental Berilustrasi –p.200 AIHA. 2006 Ventilation and Control of Airborne Contaminants During Open Surface Tank Operation ASHRAE, 1999 Aplications Handbook (SI), Capter 29 Industrial local exhaust system Bureau of energy efficiency (BEE), Govermental of India 2004 Energi efficiency guide book chapter 5, p 93-112
CCOHS. 2010 Donald Bosham,PE,DR James W Wright,PE-2004 Unifed Facilties Criteria (UFC), Industrial ventilations,approved public realease Howard D. Goodfellow. 2001 Industrial ventilation design guidebook, Howard Goodfellow, University of Toronto and Stantec Global Technologies Ltd., Mississauga, Ontario, Canada
IAPA. 2006 A health and safety guideline for your workplace,Ventilation 2007, Design of industrial exhaust systems University of Wisconsin – Madison 26 Sep-2007 252 hal UNEP, 2006 Fan dan Blower, Pedoman efisiensi energy untuk Industri Asia-ww.energyefficienciasia.org Sheet Metal and Air Conditioning Contractors National Association (SMACNA).
.L FF
IE R .A
Terima M , G
IN R E Kasih
E
IN G N E Y T FE A S A
IM R P