Unit Pengadukan Ali Masduqi masduqiits ac id Unit

Unit Pengadukan Ali Masduqi masduqi@its. ac. id Unit Operasi Teknik Lingkungan Unit Operations in Environmental Engineering (RE 141335) Program S 1 Teknik Lingkungan ftsp fakultas teknik sipil dan perencanaan – ITS surabaya http: //www. ftsp. its. ac. id 1

Kestabilan Partikel Tersuspensi • Partikel tersuspensi sangat sulit mengendap langsung secara alami • Stabilitas koloid terjadi karena: – Gaya van der Waals – Gaya Elektrostatik – Gerak Brown ftsp 2 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Pengendapan Partikel dalam Air Ukuran Partikel (mm) Tipe Partikel 10 1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 Kerikil Pasir Halus Lempung Bakteri Koloid ftsp 3 Waktu Pengendapan pada Kedalaman 1 Meter 1 detik 10 detik 2 menit 2 jam 8 hari 2 tahun 200 tahun 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Destabilisasi koloid • merupakan akibat dari pengadukan cepat dan pembubuhan bahan kimia (disebut koagulan) • koloid dan partikel yang stabil berubah menjadi tidak stabil karena terurai menjadi partikel yang bermuatan positif dan negatif • terbetuk inti flok akibat ikatan antara koloid dengan koagulan ftsp 4 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Pembentukan flok • Segera setelah terbentuk inti flok, diikuti oleh proses penggabungan inti flok menjadi flok berukuran lebih besar • Penggabungan flok kecil menjadi flok besar terjadi karena adanya tumbukan antar flok ftsp 5 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Koagulan • Koagulan aluminium sulfat (Al 2(SO 4)3) atau garam-garam besi (Fe. Cl 3, Fe. SO 4, Fe 2(SO 4)3) • koagulan-pembantu (coagulant aids), seperti polielektrolit dibutuhkan untuk memproduksi flok yang lebih besar atau lebih cepat mengendap. ftsp 6 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Reaksi kimia • Al 2(SO 4)3. 14 H 2 O + 3 Ca(HCO 3)2 2 Al(OH)3 + • • 3 Ca. SO 4 + 14 H 2 O + 6 CO 2 2 Fe. SO 4. 7 H 2 O + 2 Ca(OH)2 + 1/2 O 2 2 Fe(OH)3 + 2 Ca. SO 4 + 13 H 2 O Fe 2(SO 4)3 + 3 Ca(HCO 3)2 2 Fe(OH)3 + 3 Ca. SO 4 + 6 CO 2 2 Fe. Cl 3 + 3 Ca(HCO 3)2 2 Fe(OH)3 + 3 Ca. Cl 2 + 6 CO 2 Al(OH)3 dan Fe(OH)3 merupakan inti flok ftsp 7 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Faktor yang mempengaruhi proses koagulasi-flokulasi kekeruhan padatan tersuspensi temperatur p. H komposisi dan konsentrasi kation dan anion durasi dan tingkat agitasi selama koagulasi dan flokulasi • dosis koagulan dan koagulan-pembantu • • • ftsp 8 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Ilustrasi proses koagulasi-flokulasi ftsp 9 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

PENGADUKAN (MIXING) PADA PROSES PENGOLAHAN AIR MINUM ftsp 11 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ 30/10/2020 11

Pengertian dan tujuan • Pengadukan (mixing) merupakan suatu aktivitas operasi pencampuran dua atau lebih zat agar diperoleh hasil campuran yang homogen. • Pada media fase cair, pengadukan ditujukan untuk memperoleh keadaan yang turbulen ftsp 12 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Jenis Pengadukan • Jenis pengadukan dalam pengolahan air dapat dikelompokkan berdasarkan kecepatan pengadukan dan metoda pengadukan: – Berdasarkan kecepatannya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan cepat dan pengadukan lambat – Berdasarkan metodanya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis, dan pengadukan pneumatis ftsp 13 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Kecepatan pengadukan �dinyatakan dengan gradien kecepatan G = gradien kecepatan (detik-1) W = tenaga yang di suplai per satuan volume air (Nm/detik. m 3) P = suplai tenaga ke air (N. m/detik) P bergantung pada metoda pengadukan yang digunakan V = volume air yang diaduk, m 3 = viskositas absolut air, N. detik/m 2 ftsp 14 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Pengadukan mekanis • metoda pengadukan menggunakan alat pengaduk berupa impeller yang digerakkan dengan motor bertenaga listrik • tiga macam impeller, yaitu: – paddle (pedal) – Turbine – propeller (baling-baling) ftsp 15 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Turbine ftsp 17 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Propeller ftsp 18 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Pengadukan hidrolis • pengadukan yang memanfaatkan gerakan air sebagai tenaga pengadukan: – terjunan – loncatan hidrolis – parshall flume – baffle basin (baffle channel) – perforated wall – gravel bed – inline-pipe ftsp 19 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Pengadukan pneumatis • pengadukan yang menggunakan udara (gas) berbentuk gelembung yang dimasukkan ke dalam air sehingga menimbulkan gerakan pengadukan pada air ftsp 20 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Tenaga Pengadukan (1) • Pengaduk mekanis: – Bila NRe lebih dari 10. 000 – Bila NRe kurang dari 20 ftsp 21 • • P KT n Di KL μ = tenaga , N-m/det. = konstanta pengaduk untuk aliran turbulen = kecepatan putaran, rps = diameter pengaduk, m = massa jenis air, kg/m 3 = konstanta pengaduk untuk aliran laminar = kekentalan absolut cairan, (N-det/m 2). 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Nilai KT dan KL Jenis Impeller Propeller, pitch of 1, 3 blades Propeller, pitch of 2, 3 blades Turbine, 4 flat blades, vaned disc Turbine, 6 curved blades Fan turbine, 6 blades at 45 Shrouded turbine, 6 curved blades Shrouded turbine, with stator, no baflles Flat paddles, 2 blades (single paddle), Di/Wi = 4 Flat paddles, 2 blades , Di/Wi = 6 Flat paddles, 2 blades , Di/Wi = 8 Flat paddles, 4 blades , Di/Wi = 6 Flat paddles, 6 blades , Di/Wi = 8 ftsp 22 KL 41, 0 43, 5 60, 0 65, 0 70, 0 97, 5 172, 5 43, 0 36, 5 33, 0 49, 0 71, 0 KT 0, 32 1, 00 5, 31 5, 75 4, 80 1, 65 1, 08 1, 12 2, 25 1, 70 1, 15 2, 75 3, 82 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Tenaga Pengadukan (2) • Pengadukan hidrolis: P = tenaga, N. m/det Q = debit aliran, m 3/det = berat jenis, kg/m 3 g = percepatan gaya gravitasi, 9, 8 m/det 2 h = tinggi jatuhan, m = kehilangan energi (head loss) – = / , viskositas kinematis, m 2/detik – td = V/Q = waktu tinggal hidrolik, detik – – – ftsp 23 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Perhitungan headloss • Aliran air dalam pipa : f = koefisien kekasaran pipa Darcy-Weisbach L = panjang pipa, m v = Kecepatan aliran air, m/det D = diameter pipa, m ftsp 24 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Perhitungan headloss • Aliran air di baffled channel : k = koefisien kekasaran dinding bak v = Kecepatan aliran air, m/det ftsp 25 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Perhitungan headloss • Aliran air pada media berbutir : ftsp 26 d = rerata diameter butiran, m L = kedalaman media berbutir, m = porositas butiran ( 0, 4) v = Kecepatan aliran air, m/det RN = bilangan reynold = factor bentuk ( 0, 8) 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Tenaga Pengadukan (3) • Pengadukan pneumatis: P = power, (N. m/s) Ga = debit udara, m 3/menit h = kedalaman diffuser, m – Untuk satuan US: ftsp 27 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Contoh Soal • Lihat Buku Reynold (1996) halaman 192 ftsp 28 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Contoh Soal Sebuah IPAM mengolah air dengan debit Q = 1, 8 m 3/detik dengan unit koagulasi menggunakan pengaduk cepat mekanis. Gradien kecepatan 1000/detik dan waktu detensi td = 15 detik. Untuk pemilihan motor pengaduk, tersedia spesifikasi motor sebagai berikut: • Model Mix-25 n = 30 - 45 rpm Power = 0, 18 k. W • Model Mix-50 n = 30 - 45 rpm Power = 0, 37 k. W • Model Mix-75 n = 45 - 70 rpm Power = 0, 56 k. W • Model Mix-100 n = 45 - 110 rpm Power = 0, 75 k. W • Model Mix-150 n = 45 - 110 rpm Power = 1, 12 k. W • Model Mix-200 n = 70 - 110 rpm Power = 1, 5 k. W • Model Mix-300 n = 110 - 175 rpm Power = 2, 24 k. W • Model Mix-500 n = 110 - 175 rpm Power = 3, 74 k. W • Model Mix-750 n = 110 - 175 rpm Power = 5, 59 k. W • Model Mix-1000 n = 110 - 175 rpm Power = 7, 46 k. W • Model Mix-1500 n = 110 - 175 rpm Power = 11, 19 k. W Tentukan ukuran dan jumlah bak pengaduk cepat dengan ketentuan tiap bak terdapat satu alat pengaduk. Alat pengaduk dapat dipilih dari spesifikasi di atas. ftsp 29 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Penyelesaian • Hitung volume bak pengaduk: – V = td x Q = 15 detik x 1, 8 m 3/detik = 27 m 3 • Hitung power yang diperlukan: – Diasumsikan suhu air 25 o. C – Bila dianggap efisiensi power motor menjadi power pengadukan air adalah 80%, maka power motor yang diperlukan adalah 24, 03 k. W / 0, 8 = 30, 0 k. W. – Berdasarkan motor yang tersedia, dapat dipilih motor model Mix-1500 sebanyak tiga buah. Jadi jumlah bak adalah tiga. Debit air untuk satu bak adalah 0, 6 m 3/detik. ftsp 30 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

• Hitung kembali volume bak berdasarkan power motor terpilih: – P = 11, 19 k. W x 0, 8 = 8, 952 k. W – Lebar bak = pajang bak = 2, 2 m – Kedalaman = 2, 0 m – Cek td = 10 m 3/0, 6 m 3/detik = 16, 7 detik ftsp 31 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

• Disain alat pengaduk: • Direncanakan menggunakan alat pengaduk tipe turbine, 6 flat blades, vaned disc dengan nilai KT = 5, 75. • Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel berikut: ftsp 32 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

No 1 2 3 4 5 6 7 8 n, rpm 110 120 130 140 150 160 175 n, rps 1, 83 2 2, 17 2, 33 2, 5 2, 67 2, 83 2, 92 Di, m 1, 08 1, 02 0, 98 0, 93 0, 90 0, 86 0, 83 0, 82 Di/Wbak 0, 490 0, 465 0, 443 0, 424 0, 407 0, 391 0, 377 0, 371 Berdasarkan kriteria ratio diameter alat pengaduk / lebar bak, yaitu 30 – 50%, maka semua alternatif n dan D pada Tabel di atas dapat dipilih. Makin kecil diameter alat pengaduk, maka kecepatan putaran makin diperbesar ftsp 33 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Pengadukan Cepat Waktu Pengadukan, td Gradien Kecepatan (detik) (1/detik) 20 1000 30 900 40 790 50 700 ftsp 34 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Pengadukan Lambat Untuk proses koagulasi-flokulasi: • Waktu detensi = 15 - 45 menit • G = 10 - 100 detik-1 • GT = 48. 000 - 210. 000 • Untuk flokulator 3 kompartemen: – G kompartemen 1 : nilai terbesar – G kompartemen 2 : 40 % dari G komp. 1 – G kompartemen 3 : nilai terkecil ftsp 35 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Paddle wheel • Flokulator tiga kompartemen ftsp 36 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

• Tenaga yang diperlukan untuk pengadukan sistem paddle wheel • • • ftsp 37 P CD A v = tenaga, N. m/det = koefisien drag (dapat dilihat pada Tabel) = luas permukaan paddle wheel, m 2 = rapat massa air, kg/ m 3 = kecepatan relatif putaran paddle, m/det 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Nilai CD Ratio L/W 5 20 ~ CD 1, 20 1, 50 1, 90 ftsp 38 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

• Arah shaft vertikal atau horisontal Shaft horisontal berputar ftsp 39 Shaft vertikal berputar 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

• Bila paddle wheel tersusun oleh lebih dari satu pasang paddle (dengan ukuran yang sama) ftsp 40 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Baffled-channel Gambar tampak atas 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ 41

Baffled-channel • Besarnya headloss dipengaruhi oleh jumlah sekat/kanal • Jumlah kanal dapat ditentukan sbb: – Jumlah kanal dalam flokulator aliran horizontal: – Jumlah kanal dalam flokulator aliran vertikal: ftsp 42 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

ftsp 43 • • • • h v g k n H L G Q t = head loss (m) = kecepatan fluida (m/det) = percepatan gravitasi ( 9, 81 m/det 2) = konstanta empiris ( 2, 5 – 4) = jumlah sekat = kedalaman air dalam kanal (m) = panjang bak flokulator (m) = gradien kecepatan (1/det) = debit aliran (m 3/det) = waktu flokulasi (det) = Kekenatalan dinamis air (kg/m. det) = Berat jenis air (kg/m 3) f = koefisien gesek sekat W = lebar bak (m) 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Contoh Soal • Lihat Buku Reynold (1996) halaman 202 ftsp 44 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Latihan • Hitunglah G dan GT dari proses pengadukan cepat dan lambat sesuai prosedur JAR TEST ftsp 45 42 - ﺍﻷﻮﻝ ﺭﺑﻴﻊ

Program S 1 Teknik Lingkungan – ITS surabaya http: //enviro. its. ac. id