ROOM FIRES (KEBAKARAN DALAM RUANGAN) HENY TRIASBUDI, IR., MSC. FIRE SAFETY SPECIALIST

ROOM FIRES (KEBAKARAN DALAM RUANGAN) HENY TRIASBUDI, IR., MSC. FIRE SAFETY SPECIALIST

PENDAHULUAN Pertumbuhan api secara tipikal berlangsung dalam 4 tahap : Incipient (awal nyala api). Growth (api mulai membesar). Fully deeloped (api terjadi secara penuh). Decay (api mulai padam). (Lihat Gambar 1). Kebakaran dalam ruangan secara teoritis juga mengikuti tahap pertumbuhan api seperti di atas. Kebakaran dalam ruangan dibedakan menjadi: Kebakaran pre flashoer. Kebakaran post flashoer. (Lihat Gambar ). Perilaku kebakaran pre flashoer penting dalam mendesain keselamatan gedung dalam menghadapi kebakaran. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires

Gambar 1. Tahap Pertumbuhan Api. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 3

Gambar. Pre Flashoer dan Post Flashoer padatahap Pertumbuhan Api. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 4

PRE FLASHOVER FIRES Reaksi kebakaran memerlukan oksigen yang pada awalnya didapat dari udara dalam ruangan, tetapi karena kekurangan, oksigen diambil dari luar ruangan melalui bukaan (pintu/ jendela). Energi yang dihasilkan oleh kebakaran akan menarik udara dingin dari luar ke dalam fire plume dan mendorong produk kebakaran ke luar melalui bagian atas pintu Fire plume membawa produk kebakaran ke langitlangit, produk ini yang akhirnya membentuk lapisan atas panas. Ketebalan dan temperatur lapisan atas panas makin bertambah sesuai dengan pertumbuhan api. Lapisan bawah yang dingin sedikit demi sedikit dipanasi oleh percampuran dan radiasi panas dari lapisan atas panas. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 5

Pada saat plume mencapai langit-langit terjadi aliran gas panas secara radial yang disebut ceiling jet. Arah ceiling jet tergantung dari bentuk permukaan langit-langit. Volume asap dan gas panas di lapisan atas panas makin tebal, sehingga pada suatu saat produk kebakaran mengalir keluar melalui bagian atas pintu. Tebal lapisan panas atas tergantung dari ukuran, durasi kebakaran dan ukuran pintu atau jendela. Bahan pelapis dinding, lantai dan langit-langit secara signifikan mempengaruhi pertumbuhan api. Perhitungan kebakaran pre flashoer pada umumnya dilakukan dengan bantuan komputer karena memerlukan perhitungan yang rumit. Program yang sering digunakan: ASET, FIRE SIMULATOR, CFAST, FASTLite. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 6

Gambar 3. Tahap Awal Kebakaran dalam Ruangan. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 7

FLASHOVER Pada saat bertambah tingginya temperatur di lapisan atas panas, panas radiasi juga akan semakin tinggi mengenai seluruh benda yang ada dalam ruangan. Pada leel kritis panas radiasi, seluruh benda yang dapat terbakar dalam ruangan akan terbakar yang mengakibatkan meningkatkan secara cepat laju pelepasan panas dan temperatur. Kejadian transisi antara pre flashoer dan post flashoer ini disebut flashoer. Flashoer tidak mungkin terjadi di udara terbuka, hanya terjadi dalam ruangan. Flashoer akan terjadi bila panas dari kebakaran mencapai nilai kritis yang terkait dengan ukuran dari bukaan entilasi (pintu, jendela). 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 8

Untuk ruangan dengan satu jendela, nilai kritis pelepasan panas dihitung dengan persamaan Thomas: Q 0.007A 0. 378A fo t H Di mana: Q fo : panas pelepasan (MW) A t : luas permukaan dalam ruangan (m ) A : luas bukaan jendela (m ) H : tinggi jendela (m) 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 9

POST FLASHOVER FIRES Setelah flashoer, perilaku api berubah secara drastis. Aliran udara dan gas hasil kebakaran menjadi sangat turbulen. Temperatur sangat tinggi dan radiasi panas dalam ruangan menyebabkan seluruh permukaan benda padat yang dapat terbakar mengeluarkan sejumlah besar gas yang dapat terbakar di mana masih terdapat oksigen yang cukup. Kebakaran post flashoer dikendalikan oleh adanya entilasi, sehingga laju pembakaran tergantung pada ukuran dan bentuk bukaan entilasi. Pada kebakaran yang dikendalikan oleh entilasi, laju kebakaran dibatasi oleh udara dingin yang masuk dan udara panas yang keluar dari ruangan. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 10

Dalam ruangan dengan satu bukaan, Kawagoe membuat persamaan sebagai berikut: m 0. 09 A H Di mana: ṁ : laju kebakaran (kg/s) A : luas bukaan jendela (m ) H : tinggi jendela (m) Laju kebakaran yang dikendalikan entilasi: Q m ent H c Di mana: Q ent : laju pelepasan panas (MW) ṁ : laju kebakaran (kg/s) ΔH c : panas pembakaran (MJ/kg) 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 11

Durasi kebakaran: t E / Q b f ent Di mana: t b : durasi (s) E f : energi bahan bakar (MJ) Q ent : laju pelepasan panas (MW) Persamaan Law: m 0.18A H W / D 1 e 0.036 Di mana: W : panjang ruangan (m) D : lebar ruangan (m) e : eksponen (.7188) Ω : faktor bukaan Di mana: A t A / A H A t : Luas bukaan total (m ) 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 1

Faktor entilasi: F A H / A t Di mana: F : faktor entilasi (m 1/ ) Bukaan ganda (multiple openings): A 1H1 A H A H / A A1 A B1H 1 BH At l1l l1h r l Di mana: l 1 : panjang ruangan (m), B i : lebar jendela ke i (m) l : lebar ruangan (m), H i : tinggi jendela ke i (m) H r : tinggi ruangan (m), (Lihat Gambar 4). 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 13 H r

Gambar 4. Ruangan dengan Bukaan lebih dari satu. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 14

MENGHITUNG TEMPERATUR DAN DURASI KEBAKARAN Ada beberapa cara untuk menghitung temperatur dan durasi (waktu) kebakaran: secara manual menggunakan persamaan, rumus, menggunakan gambar grafik dan menggunakan komputer. Salah satu cara manual disampaikan oleh The Eurocode (EC1, 1994), yang menghasilkan perkiraan yang relatif lebih akurat. Untuk menghitung decay rate (laju pelapukan), rumus yang dibuat oleh Eurocode dianggap kurang akurat, rumus ini diperbaiki oleh Feasey dan Buchanan (000). 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 15

Gambar 5. Cura Waktu - Temperatur. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 16

Menurut Eurocode, persamaan untuk waktu kebakaran: T Di mana: T : temperatur kebakaran ( C) t* : durasi fiksius (jam) Disebut fiksius karena waktu (durasi) dalam rumus ini berlaku untuk semua bahan bakar, bukaan dan material pelapis dinding ruangan. e : eksponen (.7188) Durasi fiktif (Eurocode): t * 135 1 t d 0.34e F / 0.04 b /1900 0.t* 0.04e 1.7t* Di mana: t d : durasi kebakaran (jam), berlaku untuk kondisi khusus. sehingga lebih akurat. b : inersia termal (Ws 0.5 /m K) 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 17 0.47e 19t*

Durasi kebakaran (Eurocode): t 0.00013E / d Di mana: t d : durasi kebakaran (jam) E : energi total bahan bakar (MJ) A H Laju pelapukan menurut Feasey dan Buchanan: dt dt dt dt ref F / 0.04 b /1900 Di mana: dt/dt : laju pelapukan (decay rate) ( C/jam) (dt/dt) ref : laju pelapukan referensi (Lihat Gambar 6) t d : durasi kebakaran (jam) b : inersia termal (Ws 0.5 /m K) 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 18

Gambar 6. Laju Pelapukan Referensi. 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 19

Contoh Soal 1: Dengan menggunakan rumus Flashoer Thomas, hitung laju pelepasan panas (heat release rate) yang dibutuhkan untuk menimbulkan flashoer dalam ruangan ukuran 6 m x 4 m tinggi 3 m dengan 1 jendela ukuran tinggi m, lebar 3 m. Penyelesaian: Luas permukaan dalam ruangan = A t 6 4 6 3 4 3 108 m Luas jendela = A BH Laju pelepasan panas = fo At l1l l1h r l 3 m 6m Q 0.007A 0. 378A Q fo 0.007 108 0.378 6 3. 96MW t H H r 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 0

Contoh Soal : Hitung laju pelepasan panas (heat release rate) yang dikendalikan oleh entilasi untuk menimbulkan kebakaran post flashoer dalam ruangan ukuran 6 m x 4 m tinggi 3 m dengan 1 jendela ukuran tinggi m, lebar 3 m, bila kayu yang terbakar dalam ruangan panas pembakarannya 16 MJ/kg dan densitas energi beban kebakaran 800 MJ/m. Penyelesaian: Laju kebakaran = m 0.09A H 0.09 6 0.781kg / s Laju pelepasan panas = Qent m H c 0,78 16 1. 5MW 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 1

Energi total = E f e f Af 800 6 4 1900MJ Durasi kebakaran = tb E f / Qent 1900 /1.5 1536s 5. 6menit 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires

Contoh Soal 3: Dengan menggunakan persamaan Law, hitung laju pelepasan panas (heat release rate) yang dikendalikan oleh entilasi dan durasi kebakaran dalam ruangan ukuran 6 m x 4 m tinggi 3 m dengan 1 jendela ukuran tinggi m, lebar 3 m yang terletak pada bagian panjang ruangan. Penyelesaian: Faktor bukaan = A t A / A H 1/ 108 6 / 6 1m Laju kebakaran = m m 0.18 6 6 / 4 0.18A H W / D 1 e 0.0361 1 e 0.657kg / s 0.036 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 3

Laju pelepasan panas = Qent m H c 0,657 16 10. 5MW Durasi kebakaran = tb E f / Qent 1900 /10.5 189s 30. 5menit 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 4

Contoh Soal 4: Dengan menggunakan data dan hasil perhitungan pada contoh soal 1, dan 3, hitung durasi dan maksimum temperatur kebakaran dalam ruangan dengan menggunakan persamaan parametrik. Ruangan dibangun dengan bahan beton. Karakteristik beton: Konduktifitas termal, k = 1.6 W/m K Densitas, ρ = 300 kg/m 3 Panas spesifik, c p = 980 J/kg K Penyelesaian: Inersia termal beton = b kc Faktor entilasi = F A p H / 1.6 300 980 A t 6 /108 1900Ws 0.079m 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 5 0.5 1/ / m K

Beban bahan bakar total = E e f Af 800 4 1900MJ Durasi kebakaran parametrik = t d A H 0.00013 1900 / 6 / 0.00013E / t d 0.94 jam 17. 6menit Durasi fiksius = t * F / 0.04 0.079 / 0.04 td 0.94 1. 15 b /1900 1900 /1900 jam 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 6

Temperatur maksimum = T T 135 1 0.34e 0.t* 0.04e 1.7t* 0.57 0.09 0 C 135 1 946 0.47e 19t* Durasi kebakaran t d = 17.6 menit, kurang dari 30 menit, maka laju pelapukan referensi, (dt/df) ref = 65 C/jam. (Lihat Gambar 6). Laju pelapukan = dt dt dt dt ref F / 0.04 b /1900 65 0.079 / 0.04 1900 /1900 Waktu penurunan temperatur = 946/878 = 1.08 jam. Durasi total dari flashoer sampai api padam = 0.9 + 1.08 = 1.37 jam (1 jam 0 menit). 11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 7 878C / jam

11/0/015 Heny Triasbudi/ Room Fires 8