Fire sprinkle bulb adalah sebuah sistem keamanan yang dapat menyemprotkan air ketika api telah terdeteksi di sekitar sistem tersebut. Sistem ini dapat ditemukan dalam proteksi kebakaran dan memiliki peran penting dalam pengurangan korban jiwa dan kerusakan dalam bencana kebakaran did alam ruangan. Alat penyiram api ini biasanya diaktifkan ketika ada perubahan suhu yang besar di dalam ruangan atau gedung. Fire sprinkle bulb yang modern memiliki bohlam kaca tertutup yang menghalangi air untuk dilepaskan atau dipancarkan. Bohlam kaca tertutup yang menghalangi aliran air diisi dengan cairan dan udara. Setelah suhu ruangan meningkat, cairan akan mengembang dan menekan udara di dalamnya. Begitu suhu tertentu tercapai, cairan mengembang secukupnya untuk menghasilkan tekanan yang cukup tinggi untuk memecahkan kaca dan melepaskan air untuk memadamkan api.
Fire sprinkle bulb memiliki karakteritik rapuh dan sensitif terhadap panas. Alat ini harus dibuat dari gelas yang memiliki konduktivitas termal yang baik karena harus mampu mentransfer panas dengan baik ke dalam cairan untuk memecahkan bohlam saat suhu meningkat. Cairan di dalam bohlam tersebut juga harus memiliki koefisien ekspansi volume yang baik karena cairan ini akan mengembang dan memampatkan udara. Ada beberapa cairan yang biasa digunakan di dalam fire sprinkle bulb, seperti aseton, gliserol, alkohol, dll. Bagian fire sprinkle bulb masih dalam pengembangan dari sisi kinerjanya dan penggunaan cairan yang lebih aman, seperti gliserin (beberapa bohlam mengandung cairan berbahaya, seperti halobenzene).
Penelitian ini bertujuan untuk memodelkan dan mensimulasikan fire sprinkle bulb dan mengoptimalkan beberapa parameter yang terkait dengan aktivasi alat tersebut, termasuk ketebalan bohlam, jenis cairan dan rasio udara dan cairan di dalam bohlam. Pemodelan dan simulasi dilakukan pada COMSOL Multiphysics dengan variasi ketebalan dinding dan cairan di dalam bohlam. Model ini dapat dihitung dengan menggunakan perpindahan panas dalam benda padat karena ini akan mengurangi beban komputasi. Efek aliran bisa diabaikan. Karena bentuk geometris yang sederhana dan beban komputasi yang rendah, ukuran mesh dapat dipilih “extremely fine” sehingga menghasilkan hasil yang paling akurat. Untuk boundary condition, mengacu pada pengujian yang diinginkan, fluks panas diterapkan pada bohlam (bagian luar bohlam). Konveksi panas eksternal, dengan udara sebagai lingkungan luar, kecepatan 2,5 m/s, dan suhu 135℃, digunakan. Kondisi ini akan mensimulasikan pengujian fire sprinkle bulb dengan aliran udara panas.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa parameter terbaik adalah cairan gliserol, tinggi 17,5 mm dan ketebalan kaca 0,1 mm, ini menghasilkan rasio udara terhadap cairan 0,0042428 dan waktu pecah 7,2400 s. Hasil ini merupakan waktu pecah tercepat terhadap beberapa simulasi. Untuk studi selanjutnya, beberapa parameter perlu diperhatikan dipertimbangkan dalam simulasi untuk meminimalkan gap antara simulasi dan kondisi aktual, seperti kondisi ruangan, dan tekanan air. Pengaruh rasio udara-cairan terbukti menjadi faktor terpenting dalam simulasi ini. Pengaturan rasio udara-cairan dalam pemodelan dengan menggunakan gliserol menghasilkan solusi terbaik tetapi penyesuaian lebih lanjut dengan aseton juga dapat menyebabkan pecahnya bohlam dalam waktu yang berdekatan. Karena koefisien ekspansi termal aseton yang lebih besar, lebih sedikit cairan yang dibutuhkan dibandingkan dengan gliserol. Gliserol dan aseton adalah cairan yang paling sesuai untuk penggunaan model fire sprinkle bulb, sedangkan alkohol mengembang terlalu cepat sehingga semua simulasi menunjukkan kaca pecah di luar kisaran waktu yang diinginkan.
Pada penelitian ini, proses simulasi masih dibatasi dengan beberapa kondisi seperti kondisi ruangan, tekanan air, konektivitas antara sistem penyiram api dll. Batasan ini mungkin juga memberikan hasil yang berbeda jika diperhitungkan atau tidak diabaikan. Dalam pemodelan lebih lanjut, aliran luar dan dalam bohlam juga dapat dimodelkan, di mana aliran di dalam bohlam dapat meningkat laju kenaikan suhu menghasilkan waktu pecahnya bohlam yang lebih cepat. Bohlam ini hanyalah salah satu dari beberapa parameter yang penting dalam sistem penyiram api. Desain bohlam akan memberikan lebih banyak informasi tentang waktu pecah. Selain itu dalam hal fabrikasi, Hasil penelitian ini dapat memberikan lebih banyak pilihan sedemikian rupa sehingga dapat meningkatkan efisiensi dan efektifitas pembuatannya.
Hasil penelitian ini telah dipresentasikan pada The 2nd International Conference on Physical Instrumentation and Advance Materials (ICPIAM) 2019 di Surabaya, Indonesia pada tanggal 22 Oktober 2019. Berikut ini adalah link dari artikel tersebut:
https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/5.0034043
A. P. Putra, E. J. Westerman, and A. Rahmatillah, “Simulation and computational analysis of fire sprinkle bulb activation with variation of liquid and wall thickness,” AIP Conf. Proc., vol. 2314, no. December, 2020, doi: 10.1063/5.0034043.
Penulis: Alfian Pramudita Putra
