DESAIN - HOOD. Mata kuliah Ventilasi Industri-IKK.356

Transkripsi

1 DESAIN - HOOD Mata kuliah Ventilasi Industri-IKK.356 Latar Muhammad Arief, Ir, MSc Dosen FKM, Peminatan Keselamatan dan Kesehatan Kerja Univ Esa Unggul Disampaikan pada kuliah online Universitas Esa Ungul Halaman 1

2 I PENGATAR Polutan yang dihasilkan atau dilepaskan dalam lingkungan tempat kerja dari hasil proses kerja industri harus ditangkap dan dapat diangkut ke perangkat pengendalian pencemaran udara. Hood merupakan alat yang digunakan untuk menangkap kontaminan (gas atau partikel) dari udara lingkungan kerja.. Sehingga melalui hood akan masuk sejumlah volume dari udara ambien dalam jumlah yang signifikan ke dalam sistem (gambar.6.1.) Gambar.1, yang mana kontaminan diisap dengan tekan isap dari dari fan, melalui ; hood, duct, dan di buang lewat stack. Hood/kap berfungsi untuk menangkap atau pengumpul kontaminan di area tempat kerja akibat dari suatu proses kerja, Fungsi-fungsi hood berjalan dengan baik sangat dipengaruhi oleh kecepatan penangkapan, bentuk dari kontamian yang akan diserap, kecepatan slot, kapasitas kecepatan, kecepatan dalam pipa serta arah di mana kontaminan dilepaskan. Untuk mempertahankan tingkat aliran udara yang diingikan melalui hood/kap, setelah mengalir masuk ke dalam pipa akan membentuk LAPIS BATAS dan tebalnya akan bertambah besar sepanjang pipa. Pada suatu titik sepanjang garis tengah pipa, lapisan akan bertemu dan membentuk daerah yang terbentuk penuh di mana kecepatannya tidak berubah setelah melintasi titik tersebut. Jarak dari ujung masuk pipa ke titik pertemuan lapis batas tersebut dinamakan PANJANG KEMASUKAN Gambar..1 Bentuk hood/kap Untuk mengantisipasi hal-hal yang dikemukan diatas maka peranan hood dalam upaya peningakatan kecepatan penangkap sangat perlu diperhatikan, maka bentuk dan lokasi hood yang dipilih berdasarkan sumber sumber kontaminan (Mc Dermott,1987) II. KARAKTERITIK KONTAMINAN Kontaminan bersifat toksik atau korosif (seperti asap timah, kabut asam, uap pelarut). Konsentrasi kontaminan tinggi. Lokasi pekerja di sekitar emisi. Emisi kontaminan setiap waktu atau kecepatan emisi berubah-ubah dalam selang waktu tertentu. Durasi pekerja terekspos kontaminan Agar LEV dapat bekerja dengan baik, bila Tidak boleh menghalangi atau merintangi masukan udara atau sumber udara pengganti. Operasi dijalankan di sekitar fume hood atau area masukan udara. Jangan memosisikan diri di antara sumber kontaminan dan masukan udara, karena dapat menjadikan diri terpapar kontaminan konsentrasi tinggi. Pastikan sistem ventilasi bekerja dengan baik dan tidak rusak. Halaman 2

3 Pastikan sistem ventilasi sesuai dengan material yang digunakan, sebagai contoh, fume hoods tertentu harus digunakan untuk perchloric acid untuk mencegah terbentuknya ledakan berbahaya di ductwork LEV dibutuhkan saat: 1. Kontaminan bersifat toksik atau korosif (seperti asap timah, kabut asam, uap pelarut). 2. Konsentrasi kontaminan tinggi. 3. Lokasi pekerja di sekitar emisi. 4. Emisi kontaminan setiap waktu atau kecepatan emisi berubah-ubah terhadap waktu. 5. Durasi pekerja terekspos kontaminan panjang. 6. Kontaminan harus disaring keluar sebelum dilepaskan ke udara. 7. Proses mengeluarkan panas. 8. Perundang-undangan mengharuskan adanya ventilasi pembuangan gas. Sistem LEV sangat efektif, karena: 1. Meminimasi pekerja yang terpengaruh kontaminan. 2. Volume alat pembuangan gas kebih sedikit dari ventilasi biasa. 3. Kontaminan dapat dikumpulkan untuk pembuangan atau recovery. 4. Peralatan di lingkungan kerja terlindungi dari panas dan zat-zat kimia yang korosif Bahaya Pencemaran Logam Berat Disebut logam berat berbahaya karena umumnya memiliki rapat massa tinggi dan sejumlah konsentrasi kecil dapat bersifat racun dan berbahaya. Yang termasuk golongan logam berat adalah seluruh elemen logam kimia yang memiliki berat molekul tinggi. Merkuri atau raksa (Hg), kadmium (Cd), arsen (As), kromium (Cr), talium (Tl), dan timbal (Pb) adalah beberapa contoh logam berat berbahaya. Logam berat merupakan komponen alami tanah. Elemen ini tidak dapat didegradasi maupun dihancurkan. Logam berat dapat masuk ke dalam tubuh manusia lewat makanan, air minum, atau melalui udara. Logam-logam berat seperti tembaga, selenium, atau seng dibutuhkan tubuh manusia untuk membantu kinerja metabolisme tubuh. Logam-logam tersebut berpotensi menjadi racun jika konsentrasi dalam tubuh tinggi. Logam berat menjadi berbahaya disebabkan sistem bioakumulasi. Bioakumulasi berarti peningkatan konsentrasi unsur kimia tersebut dalam tubuh makhluk hidup sesuai piramida makanan. Akumulasi atau peningkatan konsentrasi logam berat di alam mengakibatkan konsentrasi logam berat di tubuh manusia adalah tertinggi. Jumlah yang terakumulasi setara dengan jumlah logam berat yang tersimpan dalam tubuh ditambah jumlah yang diambil dari makanan, minuman, atau udara yang terhirup. Jumlah logam berat yang terakumulasi lebih cepat dibandingkan dengan jumlah yang terekskresi dan terdegradasi. Sumber lain yang mengandung logam berat adalah gas timbal hasil pembakaran bensin bertimbal atau hasil pembakaran bahan bakar lain yang terkonsentrasi logam berat. Beberapa polutan utama logam berat adalah timbal (Pb), merkuri (Hg), kadmium (Cd), dan arsen (As). Timbal (Pb), banyak ditemukan pada tambahan bensin yaitu tetraethyl lead (TEL) dan hasil pembakarannya, baterai, cat, beberapa insektisida, asap rokok, serta limbah industri. Pada asap rokok ditemukan timbal sekira 0,017-0,98 mikrogram/rokok. Timbal dapat masuk ke tubuh manusia melalui absorpsi timbal pada sayuran, akibat asap hasil pembakaran TEL yang diabsorpsi kulit dan dihirup, serta air minum yang terkontaminasi timbal organik atau ion timbal. Fisik timbal sangat mirip dengan kalsium, sehingga timbal dapat masuk ke peredaran darah dan sel saraf menggantikan kalsium. Adanya timbal dalam peredaran darah dan dalam otak mengakibatkan berbagai gangguan fungsi jaringan dan metabolisme. Gangguan mulai dari sintesis haemoglobin darah, gangguan pada ginjal, sistem reproduksi, penyakit akut atau kronik sistem syaraf, serta gangguan fungsi paru-paru. Riset di negara Inggris menyebutkan IQ seorang anak kecil dapat menurun dua poin jika terdapat myugram/dl dalam darah. Menurut lembaga kesehatan di Inggris, keracunan kronik dapat terjadi pada anak-anak jika terdapat lebih dari 1,4 mikromol timbal per liter darah. Halaman 3

4 Kadmium (Cd), salah satu unsur kimia ini banyak digunakan sebagai lapisan tahan korosi pada baja atau plastik, pewarna, alat-alat elektronik, serta baterai nikel/kadmium. Akumulasi kadmium dalam waktu yang lama pada tubuh manusia mengakibatkan berbagai disfungsi organ dan metabolisme. Konsentrasi tinggi logam ini dapat menghalangi kerja paru-paru, bahkan mengakibatkan kanker paru-paru. Kadmiun juga dapat merusak tulang (osteomalacia, osteoporosis) pada manusia dan hewan. Sejumlah tertentu metal ini meningkatkan tekanan darah serta mengakibatkan myocardium pada hewan, meski tidak ditemukan data adanya kasus penyakit tersebut pada manusia. Setiap hari manusia rata-rata menghirup 0,15 myugram timbal dari udara dan meminum 15 g timbal dari perairan. Menghisap sebanyak 20 rokok sehari setara dengan menghirup 2-45 g kadmium, di mana level konsentrasi timbal pada tiap jenis rokok sangat beragam. Merkuri (Hg), adalah satu-satunya logam yang berwujud cair ada suhu ruang. Merkuri, baik logam maupun metil merkuri (CH3Hg+), biasanya masuk tubuh manusia lewat pencernaan. Bisa dari ikan, kerang, udang, maupun perairan yang terkontaminasi. Namun bila dalam bentuk logam, biasanya sebagian besar bisa disekresikan. Sisanya akan menumpuk di ginjal dan sistem saraf, yang suatu saat akan mengganggu bila akumulasinya makin banyak. Merkuri dalam bentuk logam tidak begitu berbahaya, karena hanya 15% yang bisa terserap tubuh manusia. Tetapi begitu terpapar ke alam, ia bisa teroksidasi menjadi metil merkuri dalam suasana asam. Dalam bentuk metil merkuri, sebagian besar akan berakumulasi di otak. Karena penyerapannya besar, dalam waktu singkat bisa menyebabkan berbagai gangguan. Mulai dari rusaknya keseimbangan, tidak bisa berkonsentrasi, tuli, dan berbagai gangguan lain seperti yang terjadi pada kasus Minamata. Merkuri yang terisap lewat udara akan berdampak akut atau dapat terakumulasi dan terbawa ke organ-organ tubuh lainnya, menyebabkan bronkitis, sampai rusaknya paru-paru. Pada keracunan merkuri tingkat awal, pasien merasa mulutnya kebal sehingga tidak peka terhadap rasa dan suhu, hidung tidak peka bau, mudah lelah, dan sering sakit kepala. Jika terjadi akumulasi yang lebih dapat berakibat pada degenerasi sel-sel saraf di otak kecil yang menguasai koordinasi saraf, gangguan pada luas pandang, degenerasi pada sarung selaput saraf dan bagian dari otak kecil. Menurut Speciality Laboratories, Santa Monica, kadar aman untuk merkuri adalah 5,0 mikrogram per liter. Sedangkan beberapa logam seperti seng, kromium, besi, mangan, dan tembaga diperlukan tubuh dalam konsentrasi kecil, tetapi dapat menjadi racun dalam jumlah besar. Logam dapat menumpuk dalam tubuh melalui makanan, air, udara, atau absorpsi langsung melewati kulit. Ketika logam berat sudah masuk dalam tubuh, elemen ini akan menggantikan tempat mineral-mineral lain yang dibutuhkan tubuh seperti seng, tembaga, magnesium, dan kalsium, dan unsur logam berat tersebut akan beredar dalam sistem fungsi organ. Kemungkinan utama yang mengalami keracunan logam berat adalah penduduk dan karyawan di wilayah sekitar industri, pabrik farmasi, pabrik kimia, pertambangan, serta pertanian yang banyak menggunakan insektisida. Untuk partikel kontaminan yang besar dan berat, maka hood harus diletakkan pada posisi tepat gambar.2, yang mengambarkan cara penepatan hood yang tepat pada lokasi yang tepat, kecuali gambar.2.b, biasanya memberikan proteksi kebakaran Halaman 4

5 GOOD BAD (a) (b) Gambar 2 Effective of Specific Grafity III. TIPE HOOD Kecepatan aliran udara pada permukaan hood/kap atau bukaan inlet harus cukup untuk menangkap kontaminan kedalam saluran yang menuju ke hood. Gambar.3 Enclosure & Operator/equipment Interface Penempatan hood/kap yang tepat seperti terlihat pada gambar.3.a sebelah kanan, yang mana tidak memberikan kesempatan kontaminan keluar dari conveyor, dan sebelah kiri kontaminan keluar dari conveyor melewati sisi hood. Halaman 5

6 Penempatan hood seharusnya diltekatan searah dengan arah aliran udara dan diatas zona pernapasan pekerja, gambar.3.b Kecepatan hood udara diukur secara tidak langsung dengan mengukur tekanan udara di ductwork sistem. Tekanan di dalam sistem eshaust agak negatif dibandingkan dengan tekanan di luar sistem dan diukur dalam satuan yang disebut "inci air". Tekanan negatif ini bervariasi melalui sistem dan biasanya diukur untuk menentukan seberapa baik sistem berfungsi. Hood memiliki tiga jenis yaitu ; enclosure, canopy hoods, dan capturing hoods. Berikut adalah penjelasan tentang ketiga jenis hood Enlosure hoods Jenis hood ini di desain dengan bentuk memagari seluruh proses. Jenis hood ini juga di desain untuk menyediakan face velocity (rerata kecepatan udara menuju hood sepanjang permukaan daerah terbuka) antara 100 sampai 200 ft/menit. Gambar.4 Enclosure hood, pada ruang laboratrium Meskipun penutup kap memberikan kontrol yang terbaik, mereka sering tidak layak, karena mereka akan mengganggu pekerjaan yang dilakukan oleh karyawan. Dalam kasus tersebut, menangkap sebuah exhaust hood hanya dapat terletak dekat sumber kontaminan. Jenis ini hood "menjangkau" untuk menangkap banyak kontaminan seperti vacuum cleaner menyedot debu dari lantai Capturing Hoods Capturing hood merupakan alat tangkap yang digunakan untuk menghisap udara dengan kecepatan udara yang cukup tinggi untuk menangkap kontaminan di udara yang terdapat disekitar hood Alat ini ini tidak hanya digunakan pada kontaminan yang dilepaskan searah dengan hood, tetapi juga pada kontaminan yang dilepaskan oleh sumber dengan arah yang berlawanan dari aliran hisap hood. Kecepatan tangkap minimum pada capturing hood bernilai antara 50 sampai 100 ft/menit (untuk kontaminan yang memiliki kecepatan lepas ke udara yang rendah) harus dipenuhi sehingga dapat menjangkau jarak terjauh dari hood. Namun desain kecepatan tangkap minimum bisa mencapai 500 sampai 1000 ft/menit bila kontaminan dilepaskan ke udara dengan kecepatan tinggi dengan aliran udara turbulen. Pada jenis capturing hoods, kecepatan tangkapan pada jarak tertentu dari hood dapat dinyatakan sebagai face velocity dari hood, dengan hubungan yang berdasarkan pada geometri dari hood dan jarak dari muka hood Halaman 6

7 Dalam melakukan pengendalian pada partikulat, kecepatan hood berdasarkan pada udara standar (densitas = lb/ft3). Untuk udara yang memiliki densitas lebih rendah, Debit volumetrik udara harus ditingkatkan untuk menjaga aliran massa yang konstan dari udara menuju hood 3.3. Canopy Hoods Gambar.5.. Capturing hood Jenis hood ini merupakan jenis yang umum yang digunakan sebagai alat penghisap udara pada tangki pembakaran yang terbuka. Canopy hoods umumnya digunakan untuk menghisap udara yang panas (uap pembakaran), atau untuk menurunkan nilai kelembaban yang terlalu tinggi pada suatu area tertentu. Namun alat ini juga memiliki beberapa batasan. Gambar.6. Canopy hoods Contohnya, canopy hoods memiliki aliran udara yang lebih rendah dibandingkan pada capturing hoods, dan juga canopy hoods tidak dapat digunakan untuk menghisap kontaminan dari sumber yang tidak mengalami pemanasan Dari tiga jenis hood yaitu ; enclosure, canopy hoods, dan capturing hoods, maka pada gambar.7. berukut ini akan ditampilkan bentuk dan tipe hood serta besarnya aliran udara Halaman 7

8 Gambar..7. Sumber, American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1988, Figure HOOD TYPES 3-11, Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright 1988 IV. HOOD DESAIN Ketiga tipe hood yang telah disebutkan diatas memiliki metode pendimensian yang berbeda- Halaman 8

9 beda, namun pada dasarnya memiliki konsep dan tujuan yang sama yaitu bagaimana hood yang dirancang dengan pendimensian tersebut dapat menghisap sejumlah kontaminan dalam volume, kecepatan dan luas area tertentu. Perencanaan hood ini didasarkan atas kontrol terhadap ketiga komponen tersebut. Volume atau tekanan udara yang diperlukan oleh hood tergantung pada: bentuk, jenis dan ukuran hood, kecepatan tangkapan yang diperlukan, jarak hood terhadap sumber kontaminan, dan suhu aliran exhaust kontaminan. Mengacu pada beberapa variabel, persamaan untuk memperkirakan volume exhaust yang diperlukan, didasarkan atas data empiris untuk satu jenis khusus hood. Kecepatan tangkapan adalah kecepatan yang diperlukan pada berbagai titik untuk membelokkan aliran udara yang berlawanan arah dan menangkap udara yang mengandung kontaminan. Tabel- 1, menunjukkan kecepatan tangkapan untuk berbagai proses. Tabel -1.Kecepatan Penangkapan dalam Berbagai Proses Kondisi Penyebaran Kontaminan Contoh Kecepatan Tangkap (fpm) Dilepaskan tanpa kecepatan Penguapan dari wadah Dilepaskan dengan kecepatan rendah menuju udara yang tenang Dilepaskan secara aktif menuju zona dengan aliran udara yg cukup cepat. Dilepaskan dengan kecepatan yang cepat menuju aliran udara yang sangat cepat Sumber : Danielson 1973 Wadah semprot, pengisian kedalam wadah, proses transfer dengan kecepatan rendah, penglasan. Proses penyemprotan cat, proses penghancuran. Proses penggilingan, abrasive blasting, tumbling Dasar dari persamaan untuk mendesain hood dimulai dari kasus sederhana, yaitu udara mengalir ke suatu circular hood atau duct. Dari studi yang dilakukan oleh Dalle Valle dan lainnya, bentuk aliran udara yang masuk ke hood seperti digambarkan pada Gambar.8 dan Gambar.9 berikut ini. Garis kurva radial dalam gambar itu diartikan sebagai garis kontur yang menggambarkan Halaman 9

10 garis kecepatan konstan. Garis yang menuju ke hood merupakan streamlines dan menggambarkan arah alirannya. Dua hal utama penting digambarkan pada gambar 6.8. Pertama penurunan kecepatan yang cepat terjadi dengan peningkatan jarak dari permukaan hood. Sehingga makin dekat hood ke dalam sumber, makin efektif dan efisien tangkapan polutannya. Kedua, udara mengalir masuk dari semua arah, berarti makin besar udara masuk yang diperluikan. Flanges dapat digunakan untuk mengeliminasi dorongan udara dari area yang tidak mengandung polutan. Gambar.9. menunjukkan efek penambahan flange pada kontur dan streamlines. Dalam banyak kasus diperkirakan bahwa flange dapat menurunkan kebutuhan aliran udara sebesar 25% dan membutuhkan tidak lebih dari 6 inci tambahan dari masukan hood. Persamaan desain sistem hood berikut ini diklasifikasikan menurut bentuk hood. Semua persamaan digunakan untuk aliran kontaminan dengan suhu rendah kecuali telah ditentukan Canopy Hood Perancangan hood untuk jenis circular canopy hoods, dengan jarak rendah, memiliki perhitungan aliran udara sebagai berikut : Dimana ; Q h = 4.7 (D h ) 2.33 (ΔT) (.1) Q h = aliran exhaust hood (cfm) D h = diameter hood (ft) ΔT = perbedaan temperatur antara sumber panas dengan udara ambient, F Perhitungan aliran udara untuk jenis rectangular canopy hoods, dengan jarak rendah adalah, Q h = 6.2 L (W) 1.33 (ΔT) (.2) Dimana ; L = panjang dari hood,ft W = lebar dari hood, ft Dengan kriteria desain, bahwa dimensi L dan W harus dilebihkan 1 sampai 2 ft dari dimensi sumber Enclosure Hood Dalam perancangan Enclosure hood, jenis hood ini dirancang dalam bentuk booth, sehingga dapat dihitung besar Q untuk setiap hood dengan menggunakan rumus: Q = V. A. Fs (.3) Dimana ; Q = aliran udara (cfm) V = capture velocity (fpm) A = luas bukaan hood yang di desain (ft 2 ) Fs = konstanta safety, biasa berkisar antara 1-1,5 Halaman 10

11 4.3. Capturing Hoods Dalam merancang jenis capturing hoods, terdapat dua jenis yaitu untuk proses panas dan dingin. Capturing hoods yang diterapkan ditempatkan sedekat-dekatnya dengan sumber emisi (sidedraft hoods).berikut ini adalah persamaan perhitungan debit dan kecepatan hisap yang dibutuhkan untuk setiap hood pada proses panas (1) :... (.4) V u = 0.09 V max ( y). (.5) Dimana ; Q = total volume hisapan (cfm) T a = suhu udara ambien (R) T u = suhu udara yang keluar dari sistem (R ) V max = kecepatan centerline pada satu titik sumber diatas hood X = jarak max dari sumber emisi ke hood (ft) Y = ketinggian max menuju hood (ft) Gambar,.10. Sumber Titik Pengisapan Gambar..11 Flow Rate as Distance From Hood Jarak antara Hood dan sumber yang pendek kecepatan tangkap(cfm) kontaminan lebih efektif. Hood, gambar 6.11 pindah dari dua inci jauhnya dari sumber ke empat inci jauhnya dari sumber akan memerlukan empat kali jumlah volume udara yang di hisap melalui sistem untuk memberikan gelar yang sama ambil.. Menambahkan mengarah ke tepi Perhitungan debit untuk proses dingin dinyatakan dengan persamaan berikut ini: Q = V.A.. (6) Q = V (10 X 2 + A f ) (7) Halaman 11

12 Dimana : Q = debit hisapan hood (cfm) V = kecepatan tangkap (fpm) X = jarak axis (ft) (Catatan : persamaan hanya dapat digunakan untuk jarak X yang terbatas, yaitu dengan jarak X max = 1,5 D) A f = area bukaan hood, ft 2 D = diameter bukaan hood/sisi terpanjang hood persegi, ft A = Area hisapan Penentuan titik terjauh dari sumber ditentukan berdasarkan null point dari sumber yang dapat dilihat pada Gambar.12 Gambar.12 Lokasi titik terjauh (null point) Dalam mendesain capturing hood untuk proses dingin terdapat analisis simetris yang dapat diterapkan dalam perhitungan kebutuhan debit yang harus dipenuhi oleh sistem.seperti yang tampak pada Gambar.13 berikut ini, Gambar.13 Konfigurasi bentuk aliran simetris pada hood Berdasarkan gambar diatas dimana sumber berada tepat ditengah bukaan hood, dapat dilihat pada gambar diatas dapat dilihat bahwa garis bagi yang membagi hood secara serupa menunjukkan, bahwa area yang perlu untuk dikendalikan cukup diambil setengah dari keseluruhan area yang dikendalikan Karena apabila salah satu area telah terkendali, otomatis bagian yang lainnya telah dikendalikan juga. Sehingga persamaan (6.6) dapat dimodifikasi menjadi: A c = {(10X 2 + 2A f )/2} = 5X 2 + A f. (8) Secara umum untuk hood yang dapat mengaplikasikan persamaan (6.7) dapat dibagi menjadi n hood, dimana keseluruhan hood memiliki pola aliran yang sama dan simetri. Hasil perhitungan ini sangat berguna pada percabangan hood yang mengontrol suatu area tertentu, yang dinyatakan dengan persamaan: A c = {(10X 2 + na f )/n} = (10X 2 /n) + A f n = 1,2,3 (.9) Q = V (10X 2 + n*a f )/n. (.10) Sebelum merancang hood perlu diketahui informasi mengenai karakteritik partikulat, jenis kontaminan, posisi ergonomic pekerja, dan leteratur yang mendukung desain hood. Halaman 12

13 Pada gambar ; 14, 15,16, 17 dan 18, memperlihat bermacam bentuk aliran udara dan kecepatan tangkap serta besar debit hisapan hood. Gamba.14, Flow Capture/Velocity Sumber : American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1988, Figure 3-9 Flow Capture/Velocity Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright 1988 Halaman 13

14 Gambar.15 Flow Capture/Velocity : Sumber : American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1988, Figure 3-8 Flow Capture/Velocity Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright 1988 Pada gambar debit aliran udara yang dibutuhkan pada hood tergantung dari luas permukaan dan jarak antar sumbuh tengah sumber dengan mulut hood Halaman 14

15 Gambar.16 Flow Capture/Velocity Sumber : American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1988, Figure 3-10 Flow/ Capture Velocity Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright 1988 Halaman 15

16 Gambar.17 Flow Capture/Velocity Sumber : American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1988, Figure 3-12 Distribution Techniques Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright 1988 Halaman 16

17 Gambar.18, Flow Capture/Velocity Sumber : American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1988, Figure 3-13 Distribution Techniques Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright 1988 V. KEHILANGAN TEKANAN PADA HOOD Kehilangan tekanan yang terjadi pada hood sangat berhubungan dengan ukuran hood, bentuk dan kecepatan udara pada duct yang meninggalkan hood. Kehilangan tekanan ini sangat berhubungan dengan tekanan kecepatan (VP) yang akan meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan aliran. Kehilangan tekanan statis (SP) terjadi akibat turbulensi yang terjadi selama udara masuk kedalam hood, hal ini berhubungan dengan tekanan kecepatan udara di duct karena adanya faktor kehilangan tekan pada saat masuk di hood (F h ), yang dikalikan dengan dengan VP dari duct. Halaman 17

18 Tabel -.2 Faktor kehilangan tekan dan kehilangan tekanan statis hood Sumber : (Cooper,1992) Laju alir udara ke dalam hood meningkat, meningkat pada tekanan statis hood (lihat gambar 6.19). Dalam gambar ini faktor kehilangan tekan pada saat masuk di hood (F h ), = 0,49, di asumsikan dalam perhitungan. Faktor kehilangan tekan pada saat masuk di hood (F h ), ditentukan oleh bentuk hood lihat tabel.6.3. Gambar.19. Relationship between Hood Static Presure and flow rate entering Hood Tekanan Statik (SP h ), adalah penjumlahan dari kehilangan pada duct. tekanana kecepan duct dengan Halaman 18

19 Tabel Faktor kehilangan tekan pada saat masuk di hood (F h )/hood entri loss faktor Sumber, American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1988, Figure HOOD TYPES 3-11, Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright 1988 Catatan, Pada baris 3 kolom 3, dan baris 5 kolom 3, see figure 5-15, dalam tulisan ini pada gambar halaman Bentuk Hood Sederhana Pada gambar 6.20, yang dituangkan dalam persamaan 6.11 di bawah ini sangat berguna selama desain awal sistem local exhaut ventilasi/ventilasi setempat untuk menentukan tekana statis hood Halaman 19

20 dan dilanjutkan dengan tekanan sistem secara keseluruhan. Gambar.20. Contoh sederhana dari Hood Sebagaimana ditunjukkan dalam gambar 6.20,dan persamaan 6.11, tekanan statis hood ditentukan oleh dua hal yaitu ;: (i) tekanan kecepatan dari duc/system pemipaan, dan (ii) Kehilangangn entri loss hood/transition loss,yaitu kehilangan yang terjadi antara hood dengan duct (lihat gambar.6.20) Maka untuk menghitung pada Hood Static Pressure (SP h ) adalah, SP h = VP d + h ed... (11) Dimana : SP h = Tekanan Statis Hood/Hood Static Pressure, in wg H ed = Entri loss, diambal pada gambar.6.22 (ACGIH figure 5-15, p.5-30), = F h * VP d VP d = Tekanan kecepatan dari pipa/duct velocity pressure, in Wg Contoh soal, Bila diketahui, Kecepatan Permukaan/Face Velocity (V f ) = Q/A face = 250 fpm Kecapatan dari pipa/duct Velocity (V d ) = Q/A face = fpm VP d = (V d /4005) 2 = 0,56 in wg F h = 0,25 diambil gambar 6.22 (ACGIH figure 5-15, p.5-30) Gambar..21 Kehilangan ganda SP h = h ed + VP d = (0,25 * 0,56) + 0,56 = 0,70 in wg Pada gambar.6.21, tekanan statis hood (SP h ),dipengaruhi oleh kecepatan slot (slot velocity dan kehilangan dari slot (slot entry loss), Kehilangangn entri loss hood/transition loss,yaitu kehilangan yang terjadi antara hood dengan duct Maka untuk menghitung pada Hood Static Pressure (SP h ) adalah terjadi kehilangan ganda, sperti pada persamaan.6.11 ditambah kehilangan dari slot/slot entry loss, lihat persamaan 6.12 SP h = h es + h ed + VP d... (12) Halaman 20

21 5.2. Studi Kasus Contoh : Bila diketahui : Slot velocity = 2,000 fpm VP s = 0,25 in wg h es = VP s h es, yaitu kehilanagn pada slot/ slot entry loss Duct velocity = fpm VP d = 0,76 in wg h ed = 0,25 VP d SP h = h es + h ed + VP d = 1.78(0.25) (0.76) + 0,76 = 1.40 in wg Gambar..22, Hood Entry Loss Factors Sumber : American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1988, Figure Hood Rntry Loss Factors Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright 1988 VI. PEMELIHAN PERANCANGAN SISTIM VENTILASI INDUSTRI 6.1. Pertimbangan Desain Untuk mempertimbangkan apakah suatu tipe sistim ventilasi lokal akan diproduksi maka ada beberapa kriteria yang harus diperhatikan, yaitu : Apakah perancangan sistim ventilasi industri tersebut diperlukan, untuk memenimalkan Halaman 21

22 kontaminan di lingkungan tempat kerja Dapatkah perancangan sistim ventilasi industri tersebut menguntungkan secara ekonomis, diperusahaan Efek yang akan ditimbulkan oleh fasilitas pada fasilitas lain Apakah perancangan sistim ventilasi industri tersebut akan mampu meningkatkan image perusahaan dalam melaksanan program-program keselamatan dan kesehatan kerja Faktor yang berperan dalam perancangan sistim ventilasi industri, yang komponennya terdiri dari ; hood, duct, air cleaning devis, fan, dan stack dengan mempertimbangan seberapa besar debet aliran udara yang diperlukan untuk menangkap kontaminan dari sumbernya sehingga dapat menentukan hasil perancangan sistim ventilasi industri Persyaratan Pemelihan Acuan American Conference of Govermental Industrial Hygienis (ACGIH ) Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice for Operation and Maintenance Pedoman dalam mengatur persyaratan perancangan sistim ventilasi industri, yaitu : Standar American Conference of Govermental Industrial Hygienis (ACGIH),dengan mengunakan VELOCITY PRESSURE METHOD CALCULATION SHEET 6.3 Prosedur Perancangan Dalam perancangan sistim ventilasi industri adalah menggunakan metode desain perhitungan kecepatan tekanan atau Velocity Pressure Method Calculation Shee, dan dari hasil perhitungan untuk mengetahui distribusi debit aliran uadara atau volume flow rate, kecepatan aliran dalam duct, kecepatan aliran dalam slot, tekanan ststis solt SP s, tekanan statis hood SP h, tekanan statis duct SP d, dan qumulatif tekanan ststis, Fan SP dan Fan TP. Untuk mendapatkan data rancangan dilakukan pengamatan langsung pada ruang kerja dan lingkungan pabrik, atau contoh data-data yang tersedia ; Tahapan-tahapan perhitungan perancangan adalah sebagai berikut : Langkah pertama ; Aliran udara/ Volumetric Flowrate; Pada persamaan, dalam cfm (kaki kubik per menit), Q = V*A V = adalah kecepatan udara, dalam fpm (kaki per menit) A = adalah duct area luas bebas dari bukaan inlet ( Cross-Sectional Area) ft 2. Dari data diatas untuk menghitung besarnya aliran udara/flow rate di gunakan rumus : Q = volume ruang x generation rate x K TLV Q = (5.880*200)/60 * 2 = cfm 2 Contoh bila di ketahui, Volume ruang (8 x 7 x 3 = 168 m 3 ) Volume ruang = ft 3 TLV = 2 fiber/cc Halaman 22

23 Generation rate = 200 fiber/cc/60 menit Faktor K = 2 Maka, Volumetric flow rate, Q = cfm Langkah kedua ; adalah menentukan diameter duct = d c Diameter duct yang dirancang sangat bergantung pada debit gas perencanaan dan kecepatan minimum transport. Dalam perancangan duct, duct sirkular lebih sering digunakan daripada duct rectangular, dan diameter duct dihitung dengan membagi debit desain dengan kecepatan minimum duct, luas penampang resultan kemudian dikonversikan menjadi diameter duct terbaik. Ukuran duct harus disesuaikan dengan keberadaanya di pasaran. Contoh, misalnya ditentukan diameter duct d c = 26 in (diketahui) Langkah ketiga ; adalah menghitung luas bukaan hood yang di desain= A, ft 2 A = 1/4 (d c /12) 2 = 3,14/4 (26/12) 2 = 3,6870 sq.ft Dimana, d c = 26 in dikonversikan ke feet----d c =26/12 ft Maka, duct area luas bebas dari bukaan inlet,----- A = 3,6870 ft 2. Langakah keempat; adalah mnghitung kecepatan duct actual/actual Duct Velocity=.V, dari persamaan (3.3) Q = V*A, V=Q/A, V=(19600/3,6870) = fpm Dimana, Q = cfm A = 3,6870 sq.ft Maka, kecepatan duct actual,---- V= fpm (dihitung) Dalam perancangan sistem ventilasi industri, kecepatan dalam setiap duct tidak boleh lebih besar dari fpm karena dapat menimbulkan bising/noise ditempat kerja. Perhitungan diatas memenuhi persyaratan standar. Langkah kelimah; yaitu menghitung kecepatan tekan pada duct VP d, dalam in WG Kecepatan tekanan pada pipa (VP d ), dalam persamaan (3.5) sebagai berikut : VP d = ( ) = 1,7618 in WG Dimana, V = fpm Maka, Kecepatan tekanan duct VP d = in WG (dihitung) Langkah keenam; adalah menentukan kecepatan aliran dalam slot /Slot Velocity V s kecepatan Slot----- misalnya diketahui V s = 400 fpm Langkah ketujuh; Mengitung Tekanan kecepatan Slot VP s,dalam inwg, dengan menggunkan rumus persamaan (3.5) VP s = (V s /4005) 2 VP s = (400/4005) 2 = 0,0100 in WG Dimana V s = 400 fpm Halaman 23

24 Maka tekanan kecepatan VP s = 0,0100 in WG Langkah kedelapan; yaitu menentukan Slot loss coeficien Slot loss coeficien-----fig.5-15 atau Chap.10 atau dalam tulisan ini pada gambar 6.22,bagian-6. halaman kehilangan pada Slot sebesar 1,78 (diambil dalam tabel), Koefisien Langkah kesembilan; adalah menghitung kehilangan yang di slot dalam rancangan dipakai istilah Slot loss per VP, sedangkan acceleration factor atau faktor percepatan diambil dalam perancangan sistem ventilasi lokal diambil bilangan 0 atau 1 Slot loss per VP, dihitung dengan menggunakan rumus, Slot loss per VP = Slot Loss koefisien +Acceleration Factor = 1, = 1,78 Dimana Slot Loss koefisien = 1, ditentukan dalam perancangan Acceleration Factor = 0 Maka, kehilangan yang terjadi Slot adalah sebesar 1,78 Langkah kesepuluh ; Untuk menghitung tekanan statis slot atau Slot Statik Presure SP s dalam in WG, digunakan rumus sebagai berikut : Slot Statik Presure SP s = Slot Velocity Pressure * Slot loss SP s = VP s * Slot loss = 0,0100 * 1,78 =0,0178 Dimana, Slot loss = 1,78 VP s = 0,0100 in WG Maka tekanan statis slot-----sp s adalah sebesar 0,0178 in WG Langkah kesebelas; Duct Entry Loss Factor fig.5-15 or Chap.10 Duct Entry Loss Factor-----fig.5-15 atau Chap.10 atau dalam tulisan ini pada gambar 6.22,bagian-6. halaman, Faktor kehilangan pada Duct sebesar 0,250 (diambil dalam tabel) Langkah kedua belas; Duct Entry Loss per VP Duct entry loss per VP, dihitung dengan menggunakan rumus, Duct entry loss per VP = Duct entry loss factor + Acceleration factor Duct entry loss per VP= 0, = 1,250 Dimana, Acceleration factor = 1 (Acceleration factor diambil bilangan 0 atau 1) Langkah ketiga belas; adalah menghitung kehilangan di duct atau Duct Entry Loss, Duct Entry Loss, dihitung dengan menggunakan rumus Duct Entry Loss = Duct Velocity Pressure * Duct Entry Loss per VP Duct Entry Loss = VP * Duct entry loss per VP =1,7618 * 1,250 Halaman 24

25 = 2,202 in WG Maka kehilanagn pada duct sebesar 2,202 in WG Langkah keempat belas; adalah menghitung tekan statis hood atau Hood Static Pressure, SP h Maka untuk menghitung tekanan statis hood (SP h ) adalah diambil dari persamaan (6.12) SP h = h es + h ed + VP d Dimana : VP d = Tekanan kecepatan dari duct = 1,7618 in Wg H ed = Entri loss, diambal pada gambar.6.22 (ACGIH fig, 5-15, p.5-30), = F h * VP d =0,250 * 1,7618 = 0,44045 h es = kehilanagn pada slot, Slot Loss koefisien = 1,78 gbar.6.22 (ACGIH fig 5-15, p.5-30) h es = 1,78 VP s dihitung VP s = 0,0100 in WG h es = 1,78 VP s = 1,78 * = 0,0178 SP h = h es + h ed + VP d = 0, ,7618 = Maka, Tekanan Statis Hood, SP h = 2,220 in WG Langkah ke limah belas; Menentukan panjang lurus duct atau Straight Duct Length, dalam ft Diketahui panjang lurus duct = 7 ft Langkah ke enam belas; Friction Factor (H f ) Untuk mendapatkan besarnya bilangan Friction Factor (H f ),didapatkan persamaan(3.20) dibawah ini ; H f = H f =0,0307{( ,533 / ,612 ) =0,0070 Dimana, kecepatan duct actual,---- V= fpm Aliran udara Q= cfm Langkah ke tujuh belas; Friction Los per VP, Friction Los per VP, dihitung dengan rumus Friction Los per VP = Straight Duct Length * Friction Factor (H f ) = 7 * = 0,0491 Dimana, panjang lurus duct = 7 ft Friction Factor (H f ) = 0,0070 Maka Friction Los per VP adalah sebesar = 0,0491 Langkah ke delapan belas; Menghitung Elbow Loss per VP, dengan rumus Elbow Loss per VP = No.of 90 0 Elbow * loss Factor = 1* 0,24 = 0,2400 Contoh dalam perancangan, Elbow Elbow 1-90 = 1,00 (ACGIH, figure 5-17) Halaman 25

26 Langkah ke sembilan belas; Contoh dalam perancangan, Elbow Koefisien = 0,24 (ACGIH, figure 5-16) Entry loss per VP Entry loss per VP= No. of Branch Entries * loss factor Entry loss per VP = 1* 0,28 = 0,28 Branch Entri = 1 (bilangan 0 atau 1) Entry Loss coefisien = 0,28 (ACGIH, figure 5-17) Langkah ke dua puluh; Duct Loss per VP, Dihitung dengan rumus, Duct Loss per VP = Friction Los per VP + Elbow Loss per VP + Special Fitting Loss Factor Duct Loss per VP = 0, ,280 = 0,5691 Dimana, Friction Los per VP = 0,0491 Elbow Loss per VP = 0,280 Maka Duct Loss per VP = 0,5961 Langkah ke dua puluh satu; Duct Loss Duct Loss = Duct Velocity Pressure * Duct Loss per VP = 1,7618 * 0,5961 = 1,0027 Dimana, Tekanan kecepatan duct VP d = 1,7618 Duct Loss per VP--- 0,5961 Maka kehilangan pada pipa sebesar 1,0027 Langkah ke dua puluh dua; Duct SP Loss, Duct SP Loss = Hood Static Pressure + Duct Loss Duct SP Loss = ,0027 = 3,223 in WG Dimana, Tekanan statis Hood/ Hood Static Pressure in WG Duct Loss/ kehilangan pada pipa ,0027 Kumulatif Tekanan Statis = 3, 223 in WG 6.4. Metode Velocity Pressure Method Calculation Sheet Dari tahapan-tahapan perhitungan perancangan dari langkah ke satu sampi dengan langkah ke dua puluh dua dengan berpedoman pada Standar American Conference of Govermental Industrial Hygienis (ACGIH),dengan mengunakan VELOCITY PRESSURE METHOD CALCULATION SHEET, adalah sebagai berikut : Halaman 26

27 Velocity Pressure Method Calculation Sheet Plant Name: CONTOH SOAL Elevation: Date: 25 April 2013 Location: Temp: Drawing #.: Department: + Factor: Designer: 1 Duct Segment Identification A-C B-C C - D D D - E E E- F 2 Target Volume Flowrate, Q = V*A- Chap 10 cfm Min. Transport Velocity, V Chap 10 fpm Maximum Duct Diameter (D= ((4*144*Q)/(p inches A Selected Duct Diameter inches I Duct Area (pi*(d/12) 2 /4) sq. ft R Actual Duct Velocity fpm Duct Velocity Pres, VP = (V/4005) 2 "wg C H Maximum Slot Area = (2/11) sq ft L O Slot area selected sq ft E F 11 O S Slot Velocity, Vs Chap 10 fpm A 12 D L Slot Velocity Pres, VPs=(Vs/4005) 2 "wg N A 13 O Slot Loss Coefficient, Chap 10, Chap E 14 T Acceleration Factor 0 or R N 15 S S Slot Loss per VP (13+14) U Slot Static Pressure (12*15) "wg C Duct Entry Loss Factor Fig 5-15,or Chap T Acceleration Factor (1 at hoods) 1 or I Duct Entry Loss per VP ( ) O Duct Entry Loss (8 * 19) "wg N Other Losses "wg Hood Static Pressure SPh ( ) "wg Straight Duct Length ft Friction Factor (Hf) Friction Loss per VP (23 * 24) No. of 90 degree Elbows Elbow Loss Coefficient (Bottom of Page) Elbow Loss per VP (26*Loss Factor)(bottom of page) No. of Branch Entries ( 1 or 0) Entry Loss Coefficient Entry Loss per VP (29*Loss Factor) (Branch) Special Fittings Loss Factors 33 Duct Loss per VP ( ) Duct Loss (8*33) Duct SP Loss ( ) Other Losses 37 Cumulative Static Pressure "wg Governing Static Pressure (at TO location) "wg 39 Corrected Volumetric Flowrate cfm 40 Corrected Velocity fpm 41 Corrected Velocity Pressure "wg 42 Resultant Velocity Pressure "wg Halaman 27

28 Daftar Pusataka, American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH ), 1998 Industrial Ventilation : A Manual of Recommended Practice, 23 rd Edition. Copyright Reprinted with permission American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH ), 2007 Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice for Design, 26 th Edition Feb 1, pages Barbara A. Plog, National Safety Council, 1999 Fundamentals of Industrial Hygiene Study Guide and Answer Book National Safety Council, pages Stoecker, W Design of Industrial Ventilation Systems. 5th ed. Industrial Press, New York. 3.. Principles for Air Conditioning Practice. Industrial Press, New York. 4. DallaValle, J. M Exhaust Hoods, 2nd ed. Industrial Press, New York... William A. Burgess, Michael J. Ellenbecker, Robert D. Treitman 0 Reviews Ventilation for Control of the Work Environment, John Wiley & Sons, Jul 12, Science pages Robert Jennings Heinsohn 1991 Industrial Ventilation: Engineering Principles Wiley, Feb 6, Technology & Engineering pages Wesley Chester Lincoln Hemeon, D. J. Burton0 Reviews, 1998, Hemeon's Plant and Process Ventilation Lewis Publishers, Jul 1, Architecture pages John Leslie Alden,2007 Design of industrial exhaust systems - University of Wisconsin Madison 252 pages Wesley Chester Lincoln Hemeon, 2007 Plant and process ventilation Industrial Press, 1963 the University of Michigan 481 pages Halaman 28