Ventilasi [PDF]

Citation preview

7.1 HUBUNGAN ANTARA KEPALA DAN KUANTITAS Dalam sistem ventilasi tertentu atau bagiannya, proporsionalitas tetap ada antara head yang diterapkan dan jumlah aliran udara. Ini berarti bahwa sekali kepala telah ditentukan dalam suatu sistem untuk aliran yang diberikan, kepala pada aliran lain dapat ditentukan dengan mudah. Hubungan ini memiliki nilai yang sangat besar dalam pekerjaan ventilasi tambang, karena memvariasikan aliran udara dalam sistem tertentu dan dalam sebagian sistem sering terjadi. Dari persamaan Atkinson untuk perhitungan kehilangan kepala di jalan napas (Persamaan 5.25), akan diingat bahwa parameter K, O, L, Le, dan A adalah konstanta untuk saluran napas atau saluran tertentu; karena itu, H,*Q2 (7.1) yaitu, kehilangan kepala bervariasi sebagai kuadrat dari kuantitas untuk jalan napas yang diberikan. Karena kepala statis suatu sistem adalah jumlah dari kerugian kepala seri dari sistem, sekali lagi Hs a Q2 (7.2) Mengingat hubungan untuk head kecepatan (Persamaan 5.13), dan bahwa Q = VA (Persamaan 3.10), maka Hv «Q2 (7.3) Akhirnya, karena kepala total sistem adalah jumlah dari kepala statis dan kecepatan, maka H, oc Q2 (7.4) Oleh karena itu, setiap kepala tambang atau kehilangan kepala bervariasi sebagai kuadrat dari kuantitas. Mewakili perbedaan kepala dengan simbol H, H «Q2 (7.5) Ini adalah hukum dasar ventilasi tambang Kurva Karakteristik Kepala statis suatu sistem dapat diplot terhadap kuantitas pada kertas grafik. Sistem kata dapat diartikan sebagai bagian dari tambang, atau dapat merujuk ke seluruh tambang jika hanya satu kipas yang digunakan. Untuk seluruh tambang, representasi grafik ini disebut kurva karakteristik tambang, atau hanya karakteristik tambang. Sering juga bermanfaat untuk memplot kepala total tambang sebagai fungsi dari kuantitas tambang. Satu titik pada kurva ditentukan dengan mengukur atau menghitung kepala sistem untuk aliran udara aktual atau asumsi. Kemudian poin tambahan ditentukan dari hubungan kuantitas kepala dasar (Persamaan 7.5), yang juga dapat dinyatakan sebagai berikut: ël _ (Q * H2 '2 atau H2 = Hai (| ^ j (7.6) Contoh 7.1 Diberikan tambang dengan satu kipas yang kepala statisnya 2 in. Water (497,7 Pa) dan total head 3 in. Water (746,5 Pa) dengan jumlah 400.000 cfm (188,8 m3 / dtk), tentukan dan plot tambang kurva karakteristik.



Karakteristik tambang diplot pada Gambar 7.1, yang dapat digunakan untuk menentukan kepala yang sesuai dengan jumlah tertentu. Resistensi Airway Karena head loss pada jalan napas berbanding lurus dengan kuadrat kuantitas yang mengalir melaluinya, hubungan head-kuantitas dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan dengan memasukkan konstanta proporsionalitas. Dengan demikian persamaan Atkinson (Persamaan 5.25) dapat ditulis sebagai H, = RQ2 (7.7) di mana R adalah konstanta proporsionalitas dan disebut sebagai hambatan jalan napas. Akibatnya, istilah konstan K, O, L, Le, dan A dari Persamaan. 5,25 disatukan ke dalam konstanta tunggal, yaitu, resistansi R, yang dinyatakan sebagai berikut: R = KO (L + Le) 5.2 A3 (7.8) R = KO (L + L,) (7.8a) di mana unit R berada di-min2 / ft6 (Ns2 / m8). Persamaan Atkinson menyatakan bahwa kehilangan head untuk jalan nafas yang diberikan sama dengan resistansi jalan nafas kali kuadrat kuantitas udara yang mengalir melalui jalan napas. Sebuah analogi dapat ditarik antara persamaan Atkinson dan hukum Ohm, yang merupakan persamaan mendasar yang digunakan dalam analisis rangkaian listrik. Hukum Ohm menyatakan bahwa perbedaan potensial atau tegangan pada perangkat resistif sama dengan resistansi perangkat saat arus mengalir melalui perangkat. Oleh karena itu, kehilangan head dianalogikan dengan perbedaan potensial, kuantitas terhadap arus, dan resistensi jalan nafas terhadap hambatan listrik. Akibatnya, banyak teknik yang digunakan dalam analisis sirkuit listrik dapat



diterapkan pada analisis sirkuit ventilasi. Namun, kehati-hatian harus dilakukan ketika menerapkan teknik ini, karena persamaan Atkinson adalah hubungan kuadrat dan hukum Ohm, hubungan linier. Lubang yang Setara Istilah yang sudah lama berlaku dalam pemilihan penggemar tetapi jarang digunakan saat ini adalah lubang yang setara. Ini membandingkan resistansi suatu sistem dengan resistansi pembukaan melingkar pada plat tipis yang melaluinya jumlah udara yang sama mengalir. Menggunakan koefisien vena contracta 0,65, Murgue diperoleh (McElroy, 1935) 3,9 x 10 ~ 4 Q Oe = Trr ~ ~ (7,9) 1.2 Q Oe = —r = r (7.9a) di mana Oe adalah orifice orifice dalam ft2 (m2), Q adalah kuantitas yang mengalir dalam cfm (m3 / s), dan Hs adalah kepala statis dari sistem in in water (Pa). 7.2 HUKUM KIRCHHOFF Dua hukum mendasar yang mengatur perilaku sirkuit listrik dikembangkan oleh fisikawan Jerman Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887). Mereka secara luas diterapkan dalam analisis sirkuit-ventilasi menggunakan analogi yang ditarik pada Bagian 7.1. Hukum Pertama Kirchhoff Gambar 7.2 adalah segmen dari sirkuit ventilasi di mana empat saluran udara bertemu pada titik atau persimpangan yang sama. Menurut hukum pertama Kirchhoff, juga dikenal sebagai hukum saat ini Kirchhoff (KCL), jumlah sambungan udara yang meninggalkan harus sama dengan jumlah udara yang masuk persimpangan; oleh karena itu, dari Gambar 7.2, HAI. + 02 = 03 + 04



Jika jumlah udara yang meninggalkan persimpangan didefinisikan sebagai positif, dan jumlah udara yang memasuki persimpangan adalah negatif, jumlah keempat kuantitas pada Gambar 7.2 harus nol; demikian ßl + 02 - 03 -04 = 0 yang sama dengan persamaan sebelumnya. Oleh karena itu, persamaan umum berikut dapat digunakan untuk menyatakan hukum pertama Kirchhoff: 1Q = 0 (7.10)



Contoh 7.2 Dari Gambar 7.2, tentukan nilai dan arah 04, mengingat bahwa kuantitas berikut mengalir ke arah yang ditunjukkan: 0, = 200.000 cfm (94,39 mVs) 02 = 300.000 cfm (141,58 m3 / s) 0, = 900.000 cfm (424.75 m3 / s) Solusi: Menerapkan hukum pertama Kirchhoff ke kuantitas udara di hasil persimpangan Sß = ßi + 02 - ß3 ~ QA = 0 04 = 200.000 + 300.000 - 900.000 = -400.000 cfm (- 188,78 m3 / dt) Karena 04 negatif, itu harus dalam arah yang berlawanan dengan yang ditunjukkan pada Gambar. 7.2. Jadi itu adalah ke arah meninggalkan persimpangan. Hukum Kedua Kirchhoffs Hukum kedua Kirchhoffs, juga dikenal sebagai hukum tegangan Kirchhoffs (KVL), menyatakan bahwa jumlah tekanan turun di sekitar jalur tertutup mana pun harus sama dengan nol, yang dapat dinyatakan sebagai



di mana penjumlahannya meliputi semua saluran udara di jalur tertutup dan //; Nilai untuk setiap jalan napas adalah jumlah aljabar dari kepala gesekan, kepala ventilasi alami, dan kepala kipas. Adopsi konvensi tanda yang konsisten diperlukan untuk solusi yang tepat untuk masalah. Pertimbangkan jalur tertutup yang terdiri dari saluran udara a, b, c, dan d, seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus (Gbr. 7.3). Jika seseorang menjumlahkan kerugian head dalam arah searah jarum jam di sekitar jalur tertutup ini, persamaan berikut dapat ditulis H, = //, „+ H, h + // ,, - Hld = 0 di mana Hla, H! h, dan Ht