Analysis of Carbon Monoxide Gas Dilution on Horizontal Tunnel Front using Laboratory Scale Physical Model

Indonesian Mining Professionals Journal Volume 1, Nomor 1, Bulan November 2019 https://jurnal.perhapi.or.id/impj ISSN : 2714-8823 (Print); ISSN : - ANALISIS DILUSI GAS KARBON MONOKSIDA PADA PERMUKA KERJA TEROWONGAN HORIZONTAL DENGAN MODEL FISIK SKALA LABORATORIUM Analysis of Carbon Monoxide Gas Dilution on Horizontal Tunnel Front using Laboratory Scale Physical Model Addien Wisnu Harnoko1, Nuhindro Priagung Widodo1*, dan Ahmad Ihsan1 1 Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, Institut Teknologi Bandung, Bandung 40132, Jawa Barat, Indonesia Artikel masuk :September 2019 , Artikel diterima : Oktober 2019, Atikel terbit : November 2019 Kata kunci: ventilasi, dilusi, karbon monoksida, koefisien difusi, turbulen Keywords: Ventilation, dilution, carbon monoxide, diffusion coefficient, turbulent ABSTRAK Potensi bahaya yang sering terjadi pada terowongan bawah tanah adalah gas berbahaya dan beracun, yaitu salah satunya karbon monoksida (CO) yang dapat ditemukan pada terowongan bawah tanah misalnya sebagai hasil dari peledakan tidak sempurna pada permuka kerja. Gas CO sangat beracun sehingga dapat menyebabkan kematian. Penelitian ini bertujuan menentukan persebaran gas CO saat dilakukan pengenceran dengan ventilasi terowongan di permuka kerja horizontal. Penelitian ini dilakukan pada model fisik laboratorium dengan perbandingan 1:10 dibandingkan terowongan sebenarnya, yaitu pada ukuran penampang model di laboratorium 40 cm x 40 cm. Efektifitas pengenceran atau dilusi diindikasikan dengan nilai koefisien difusi, dimana semakin besar koefisien difusi tersebut maka semakin tersebar konsentrasi gas CO, sehingga semakin cepat penurunan konsentrasi gas CO tersebut. Parameter kondisi pengujian berupa perbandingan jarak duct ke face (L/D) dan nilai bilangan Reynolds (Re) yang menunjukkan variasi kecepatan udara pada permuka kerja terowongan. Hasil pengujian dari persebaran gas CO menunjukkan adanya pengaruh konfigurasi jarak forcing duct maupun exhausting duct pada front kerja terhadap dilusi gas CO. Selain itu dalam penelitian ini juga didapatkan pengaruh bilangan Reynolds terhadap nilai koefisien difusi, yaitu semakin besar nilai Re maka nilai E juga semakin besar. ABSTRACT Potential hazards that often occur in underground tunnels are dangerous and toxic gases, one of which is carbon monoxide (CO) which can be found in underground tunnels for example as a result of imperfect detonation on work surfaces. CO gas is very poisonous so it can cause death. This study aims to determine the spread of CO gas when diluting with tunnel ventilation in the horizontal front. This research was conducted on a physical model of the laboratory with a ratio of 1:10 compared to the actual tunnel, that is at the cross section of the model in the laboratory 40 cm x 40 cm. The effectiveness of dilution or dilution is indicated by the value of the diffusion coefficient, where the greater the diffusion coefficient, the more diffused the CO gas concentration, so the faster the CO gas concentration decreases. The parameters of the test conditions are the ratio of the duct to face distance (L/D) and the Reynolds number (Re) which shows the variation of air velocity in the tunnel work surface. Test results from the distribution of CO gas showed the influence of the configuration of the forcing duct and exhausting duct distances on the working front to the CO gas dilution. In this study also found the influence of Reynolds numbers on the value of the diffusion coefficient, that the greater the value of Re, the greater the value of E. *Penulis Koresponden: Doi : 36 Indonesian Mining Professionals Journal Volume 1, Nomor 1, Bulan November 2019 PENDAHULUAN Terowongan bawah tanah memiliki risiko bahaya yang lebih besar dibandingkan dengan terowongan terbuka, dikarenakan keterbatasan kondisi maupun lokasi kerja yang terbatas pada terowongan bawah tanah. Pada terowonganan bawah tanah, potensi bahaya dari aktivitas yang dilakukan sangat tinggi, sehingga keselamatan kerja haruslah menjadi perhatian utama dalam pelaksanaan kegiatan penerowongan bawah tanah. Potensi bahaya yang sering terjadi pada terowongan bawah tanah adalah gas berbahaya dan beracun, yaitu salah satunya karbon monoksida (CO) yang sering ditemukan pada terowongan bawah tanah. Gas ini sangat beracun. Karbon monoksida memiliki karakteristik yaitu tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau, Karbon monoksida timbul akibat pembakaran yang tidak sempurna, ledakan gas dan debu, swabakar, kebakaran dalam terowongan, peledakan (blasting), maupun pembakaran internal pada mesin/peralatan terowongan lainnya. Keberadaan gas karbon monoksida pasca kegiatan peledakan pada developing drift selalu menjadi perhatian penting, hal ini disebabkan gas karbon monoksida yang belum sepenuhnya terdilusi dapat menyebabkan keracunan para pekerja terowongan. Karbon monoksida terbentuk dari pembakaran yang tidak sempurna karena kurangnya kadar oksigen. Di terowongan bawah tanah, gas ini timbul akibat emisi gas buang pada mesin diesel atau gas sisa hasil peledakan. Untuk bahan peledak Amonium Nitrat dan Fuel Oil (ANFO), gas berbahaya akan dihasilkan apabila reaksi kimia yang terjadi tidak pada kondisi zero oksigen balance. Produk gas CO akan dihasilkan saat reaksi peledakan pada kondisi bahan bakar berlebih. Koefisien difusi untuk aliran turbulen oleh Taylor (1954) diperkirakan dengan persamaan berikut: 𝐸𝑇 = 10.1 𝑅 𝑢′ (1) 𝑢′ = √𝜏 √𝜌 = 𝑢 √𝑓 (2) √8 Untuk permukaan licin nilai friction factor dapat dicari menggunakan persamaan Blasius: 𝑓= 0.316 (3) 𝑅𝑒 1/4 Keterangan: 𝐸𝑇 = koefisien difusi aliran turbulen (m2/s); R=jari – jari pipa jalur udara (m); u=kecepatan rata - rata aliran udara (m/s); ρ=massa jenis (kg/m3); τ = tegangan geser (Pa); f=faktor friksi; Re=bilangan Reynolds. Dengan menggunakan prinsip pengujian Taylor (1954), konsentrasi mengikuti kaidah distribusi Gaussian menggunakan asumsi satu dimensi sesuai persamaan berikut. 𝑉 −(𝑥−𝑢𝑡)2 𝐶(𝑥, 𝑡) = 2𝐴√𝜋𝐸𝑡 exp( 4𝐸𝑡 ) (4) Keterangan: C(x,t)=konsentrasi tracer gas diposisi x dan waktu t; V=volume gas awal (ml); A=luas penampang pipa saluran (m2); E= koefisien difusi (m2/s); u=kecepatan rata - rata aliran udara (m/s). Penelitian ini diharapkan dapat memperkirakan nilai koefisien difusi gas karbon monoksida (CO) pada beberapa model ventilasi terowongan yang memiliki bentuk bukaan persegi dengan posisi horisontal. METODE Sistem ventilasi yang baik diperlukan agar gas karbon monoksida dapat terdilusi sepanjang jalur terowongan bawah tanah dan gas segera dapat dikerluarkan dari sistem ventilasi bawah tanah. Rancangan sistem ventilasi yang baik serta mempertimbangkan laju difusi gas karbon monoksida digambarkan melalui koefisien difusinya. Koefisien difusi yang efektif diperlukan agar kondisi aman dapat tercapai pada front kerja. Sampel gas CO berasal dari pembakaran senyawa hidrokarbon yang kemudian ditampung ke dalam wadah kedap udara berukuran 1 liter. Selanjutnya (...truncated)