BUKU 1 - Teori Dasar Desalination Plant Rev Validasi

PENGOPERASIAN SISTEM

DESALINATION

[B.1.1.1.41.3]

Edisi I Tahun 2013

Simple i

PENGOPERASIAN SISTEM DESALINATION

(B.1.1.1.41.3)

TUJUAN PEMBELAJARAN : Setelah mengikuti pelatihan ini peserta mampu

menerapkan dan melaksanakan Pengoperasian

SISTEM DESALINATION sesuai prosedur/ standar

pengoperasian / instruksi kerja

DURASI : 32 JP / 4 HARI EFEKTIF

TIM PENYUSUN : 1. ASEP KURNIA

TIM VALIDATOR : 1. MURDANI

2. WINOTO

3. ASMANOE

4. ADIAL JONI

Simple ii

SAMBUTAN

CHIEF LEARNING OFFICER

PLN CORPORATE UNIVERSITY

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena atas rahmat, taufik dan hidayahNya

penyusunan materi pembelajaran ini bisa selesai tepat pada waktunya.

Seiring dengan metamorfosa PLN Pusdiklat sebagai PLN Corporate University, telah disusun beberapa

materi pembelajaran yang menunjang kebutuhan Korporat. Program pembelajaran ini disusun

berdasarkan hasil Learning Theme beserta Rencana Pembelajaran yang telah disepakati bersama dengan

LC (Learning Council) dan LSC (Learning Steering Commitee) Primary Energy & Power generation

Academy. Pembelajaran tersebut disusun sebagai upaya membantu peningkatan kinerja korporat dari

sisi peningkatan hard kompetensi pegawai.

Dengan diimplementasikannya PLN Corporate University, diharapkan pembelajaran tidak hanya untuk

meningkatkan kompetensi Pegawai, namun juga memberikan benefit bagi Bussiness Process Owner

sesuai dengan salah satu nilai CORPU, yaitu “Performing”. Akhir kata, semoga buku ini dapat

bermanfaat bagi insan PLN.

Jakarta, Desember 2013

Chief Learning Officer

SUHARTO

Simple iii

KATA PENGANTAR

MANAJER PLN PRIMARY ENERGY & POWER GENERATION ACADEMY

PLN CORPORATE UNIVERSITY

Puji syukur ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat, taufik serta hidayahnya, sehingga

penyusunan materi pembelajaran “Pengoperasian Sistem Desalination” ini dapat diselesaikan dengan

baik dan tepat pada waktunya.

Materi ini merupakan materi yang terdapat pada Direktori Diklat yang sudah disahkan oleh Direktur

Pengadaan Strategis selaku Learning Council Primary Energy & Power Generation Academy. Materi ini

terdiri dari 3 buku yang membahas mengenai Teori Dasar Sistem Desalination, Sistem Desalination dan

Pengoperasian Sistem Desalination, sehingga diharapkan dapat mempermudah proses belajar dan

mengajar di Primary Energy dan Power Generation Academy bagi pegawai dalam melakukan

Pengoperasian Sistem Desalination.

Akhir kata, Pembelajaran ini diharapkan dapat membantu meningkatkan kinerja unit operasional dan

bisa menunjang kinerja ekselen korporat. Tentunya tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada

semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan materi pembelajaran ini. Saran dan kritik dari

pembaca/siswa sangat diharapkan bagi penyempurnaan materi ini.

Suralaya, 13 Desember 2013

M. IRWANSYAH PUTRA

iv

DAFTAR BUKU PELAJARAN

Buku 1

Teori Dasar Desalination

Buku 2

Sistem Desalination

Buku 3

Pengoperasian Sistem Desalination

Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal v

BUKU I

TEORI DASAR DESALINATION

TUJUAN PELAJARAN : Setelah mengikuti pelajaran ini peserta mampu

memahami pengetahuan teori – teori dasar sistem

desalination sesuai dengan kebutuhan pengoperasian

sistem desalination sesuai prosedur perusahaan..

DURASI : 8 JP

PENYUSUN : ASEP KURNIA

Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal vi

DAFTAR ISI

TUJUAN PEMBELAJARAN ......................................................................................................... i

SAMBUTAN ................................................................................................................................ ii

KATA PENGANTAR .................................................................................................................. iii

DAFTAR BUKU PELAJARAN .................................................................................................... iv

TUJUAN PELAJARAN ................................................................................................................ v

DAFTAR ISI ............................................................................................................................... vi

1. Dasar – dasar Termodinamika. ............................................................................................ 1

2. Perpindahan Panas. .......................................................................................................... 11

3. Kimia Air. ........................................................................................................................... 24

4. Macam Katup. ................................................................................................................... 44

5. Pompa. .............................................................................................................................. 54

Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 1

TEORI DASAR DESALINATION PLANT.

1. Dasar – dasar Termodinamika.

Konversi Air Uap Terhadap Panas.

Apabila suatu zat diberi panas, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan-

pembahan seperti:

Terjadi pemuaian

Terjadi perubahan wujud.

Terjadi perubahan suhu

Gambar diagram hubungan temperatur dan panas yang ditambahkan serta perubahan

wujud zat dapat dilihat dibawah ini.

Gambar 1 Diagram Perubahan Wujud Air


Panas Sensible.

Bila air dipanaskan pada tekanan atmosfir, maka titik didihnya 100°C. Air dalam ketel

yang sedang mendidih dengan tekanan sama dengan tekanan atmosfir 1,013 bar atau

14,7 Ib/in temperatumya adalah 100°C.

Tetapi bila air dipanaskan pada tekanan diatas tekanan atmosfir, maka titik didihnya

akan menjadi lebih besar dari 100°C tergantung dengan tekanan dimana ia

dipanaskan.

Tabel berikut memperlihatkan hubungan antara tekanan dengan titik didih air. Data ini

diambil dari tabel uap.

Dari tabel tersebut terlihat bahwa bila tekanan bertambah besar, maka titik didih akan

bertambah tinggi, dan panas yang diperlukan untuk memanaskannya bertambah banyak

pula.

Jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air sehingga mencapai titik didih

tersebut "Panas Sensibel". Pada tabel diatas diperlihatkan bahwa untuk mencapai titik

didih, jumlah panas sensibel yang dibutuhkan tergantung pada tekanan. Panas sensibel

atau entalpi didih dalam tabel termodinamika diberi simbol huruf hf.

Panas Laten.

Jika kedalam air diberikan panas sensibel hingga mendidih, dimana setelah mendidih

pemberian panas terus diberikan, maka air akan berubah fasa menjadi uap. Selama

proses perubahan fasa, penambahan panas tidak menaikkan temperatur air,

melainkan mempercepat penguapan. Dikatakan pada saat ini, tekanan dan temperatur

air disebut tekanan jenuh (saturated pressure) Ps dan temperatur jenuh (saturated

temperature) ts.


Panas latent atau panas pendidihan dalam tabel termodinamika diberi simbol huruf hfg.

Sedangkan jumlah panas sensibel (hf) dan panas latent (hfg) disebut panas total uap

jenuh yang mempunyai simbol hg.

Panas Superheat.

Jika uap jenuh (saturated) dipanaskan lebih lanjut, maka panas tersebut akan menaikan

temperatur uap. Penambahan panas ini disebut Panas Lanjut (Panas Superheat) dan

uapnya disebut uap panas lanjut (Superheated steam). Panas superheat berada diluar

dari garis x=1 dalam diagram T-S atau I-S.

Pengertian Uap Jenuh dan Tingkat Kekeringan.

Pada dasanya jenis uap dapat dibedakan menjadi:

Uap Basah.

Istilah uap jenuh menunjukkan bahwa bila 1 kg uap itu seluruhnya berupa uap. Artinya

tidak terdapat butir-butir air dalam massa uap pada temperatur yang sama dengan

temperatur didihnya. Uap ini disebut uap kering (dry steam).

Namun jika terdapat butir-butir air, maka uap itu disebut uap basah (wet steam). Jadi

uap basah adalah campuran antara uap dan butir-butir air yang ada didalam uap

tersebut.

Tingkat kebasahan uap dapat dinyatakan dengan banyaknya wujud uap atau banyaknya

air yang ada didalam uap tersebut.

Bila wujud uapnya (kadar uapnya) yang ingin ditampilkan dinyatakan dengan simbol x

(dryness fraction) dan bila wujud airnya (kadar airnya) yang akan ditampilkan dinyatakan

dengan simbol y (wetness fraction). Jadi simbo x menyatakan tingkat kekeringan dan

simbol Y menyatakan tingkat kebasahan.

Fraksi (porsi) kekeringan dan fraksi kebasahan dinyatakan dalam proses. Misalnya 1 kg

uap campuran terdapat 0,98 kg berwujud uap dan sisinya berwujud air, maka dikatakan

bahwa fraksi kekeringan uap tersebut adalah 98% atau x = 0,98 dan fraksi

kebasahannya adalah 2% atau y = 0,02.


Jadi perbandingan antara jumlah massa uap terhadap jumlah massa campuran adalah

menunjukkan kekeringan uap, dan perbandingan antara jumlah massa air terhadap

jumlah massa campuran menunjukkan kebasahan uap. Entalpi total uap basah lebih

kecil daripada entalpi total uap jenuh. Secara matematis dapat ditulis dengan

persamaan sebagai berikut:

atau hf

Dalam tabel x = 1

Jika x = 1 maka seluruhnya uap. Jika x=0,8 maka uap tersebut terdiri dari 80% uap dan

20% air. Jika x=0, maka seluruhnya air.

Uap kering.

Uap pada titik jenuhnya disebut uap kering (dry steam) dan uap yang temperaturnya

diatas temperatur jenuhnya disebut uap superheat (uap panas lanjut).

Pengertian Entropy dan Enthalpy.

Enthalpy diartikan sebagai kandungan panas total. Enthalpy dinyatakan dalam satuan

kj/kg.

Enthalpy juga menyatakan banyaknya panas dalam 1 kg uap. Sedangkan Entropy

merupakan perbadingan panas dengan temperatur absolutnya.

satuan Entropy adalah kj/kg . °K. atau kj/kg K.

oK = oC + 273,15 o

100 oC = 100 + 273,15 = 373,15 oK


Penggunaan Tabel Uap.

Suatu percobaan yang dilakukan selama beberapa tahun menghasilkan bermacam-

macam karakter air dan uap serta hubungan antara keduanya. Hasil dari percobaan

tersebut diterbitkan dalam bentuk tabel termodinamika mengenai perubahan sifat dari

air. Tabel tersebut dibagi menjadi dua bagian utama, dimana bagian yang pertama

memperlihatkan sifat dari air dan uap jenuh sedangkan bagian yang lain

memperlihatkan sifat dari uap panas lanjut.

Simbol-simbol yang digunakan dalam tabel yang memperlihatkan bermacam-macam

sifat air dan uap dan keterangan-keterangan yang berhubungan dengannya. Arti dari

simbol-simbol tersebut adalah sebagai berikut:

p : tekanan absolut (bar)

t : temperatur (° C)

h : enthalpy atau total panas (kJ/kg)

v : volume spesifik (dm3/kg).

Selain itu juga dipakai beberapa subskrip seperti :

s : tingkat kejenuhan (ts adalah temperatur jenuh dan ps adalah tekanan jenuh).

f : sifat jenuh air (hf adalah entalpi air jenuh ketika air pada kondisi temperatur

jenuh).

g : sifat gas/ uap jenuh (hg adalah entalpi uap pada kondisi jenuh).

fg : tingkat campuran, perubahan air menjadi uap atau menyatakan panas latent

(hfg adalah entalpi yang dibutuhkan untuk merubah air menjadi kondisi uap

jenuh).


Contoh 1 :

Pada tekanan 30 bar (3 Mpa). 1 bar = 100 Kpa

Carilah:

a. Titik didih

b. Entalpi spesifik

c. Volume uap spesifik

Jawab :

Harga-harga tersebut dapat dicari secara langsung dari tabel uap, yaitu pada tekanan

30 bar.

a. Titik didih (Ts) = 233.8 °C

b. Entalpi uap spesifik (hg) = 2803 kj/kg

c. Volume uap spesifik (Vg) = 0.06665 dm3/kg

Contoh 2 :

Carilah:

a. Tekanan pendidihan

b. Entalpi penguapan, serta

c. Volume uap jenuh

Jika kondisi dari uap tersebut berada pada temperatur 80 °C.

Jawab :

a. Tekanan pendidihan (Ps) = 0,4736 bar


b. Entalpi penguapan (hfg) = 2308,3 kj/kg

c. Volume uap jenuh (Vg) = 3,408 dm3/kg

Contoh 3 :

Berapakah perbedaan panas yang dikandung 2 kg uap jenuh pada temperatur 105°C

dan 290°C.

Jawab :

Dari tabel, uapjenuh pada temperatur 105 °C

hg = 2684 kj/kg

pada temperatur 290 °C

hg = 2768 kj/kg

Perbedaan panas yang dikandung untuk 1 kg uap jenuh adalah = 2768 kj/kg - 2684 kj/kg

= 84 kj/kg.

Untuk 2 kg uap = 2 kg x 84 kj/kg

= 168 kj/kg

= 168kj

(jawaban dalam satuan kj bukan kj/kg)

Contoh 4 :

Untuk 3 kg uap jenuh pada tekanan 60 bar (6 Mpa), carilah :

a. Temperatur penguapan

b. Panas penguapan

c. Volume


Jawab :

Pada tekanan 60 bar (lihat tabel uap)

a. ts = 275,6 °C

b. h = hfg x 3 kg

= 1570 kj/kg x 3 kg

=4710kj

c. V = Vs x 3

= 0,03244 dm3kg x 3 kg

= 0.09732 dm3

Penggunaan Tabel Uap Untuk Uap Panas Lanjut (Super Heated Steam).

Sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya, uap disebut uap panas lanjut bilamana

uap tersebut mempunyai temperatur lebih tinggi dan titik didihnya pada tekanan yang

sama.

Untuk mendapatkan entalpi, maupun volume tekanan dan temperatur uap haruslah

diketahui temperatur dan tekanannya.

Contoh 1 :

Carilah entalpi spesifik uap pada tekanan 50 bar pada temperatur 450 °C.

Jawab :

Pada tekanan 50 bar (lihat tabel uap halaman 7) dan temperatur 450 °C.

Entalpi spesifik (h) = 3316 kj/kg.


Contoh 2 :

Uap jenuh pada tekanan 100 bar (abs) temperaturnya dinaikan hingga mencapai 500 °C

= 3373 kj/kg, sedangkan temperatur uap jenuh pada tekanan 100 bar (lihat tabel uap) =

2725 kj/kg dan temperatumya : 311 °C, jadi:

a. Banyak panas yang dibutuhkan untuk menambah temperatur sampai 500°C.

= 3373 kj/kg - 2725 kj/kg

= 648 kj/kg

b. Kenaikan temperatur = 500 °C - 311°C =189°C

Contoh 3 :

Uap pada tekanan 40 bar (4 Mpa) dan temperaturnya 450 °C dialihkan ke turbin

sehingga menjadi uap jenuh pada tekanan 40 mbar.

Hitung:

a. Panas yang diserap oleh turbin (dalam kJ/kg dan %)

b. Turunnya temperatur

Jawab :

Dari tabel uap, pada tekanan 40 bar dan temperatur 450 °C.

hg = 3330 kj/kg

pada tekanan 40 mbar (0,04 bar) temperatur uap jenuh.

hg = 2554 kj/kg

ts = 29 °C

Jadi:


a. Panas yang diserap oleh turbin :

= 3330 kj/kg - 2554 kj/kg

= 776 kj/kg

Atau,

=

x 100% = 76 %

b. Temperatur turun dari 450 °C - 29 °C = 421 °C.

Menentukan Kandungan Panas Secara Interpolasi.

Dalam menentukan kandungan panas dari kondisi uap tertentu, tidak dapat langsung

menggunakan tabel uap. Karena tabel uap tidak mencakup seluruh pembahasan

temperatur maupun tekanan.

Untuk mengetahui sifat-sifat uap yang tidak terdapat dalam tabel uap tersebut kita

gunakan interpolasi. Untuk keperluan tersebut kita ambil estimasi nilai terdekat dari

tabel tekanan maupun temperatur yang ada.

Contoh 1 :

Hitunglah panas yang dikandung 1 kg uap pada tekanan 60 bar (6 Mpa) dan

temperatumya 404 °C.

Jawab :

dari tabel uap panas lanjut:

uap pada tekanan 60 bar Temperatur 400 °C = 3180,1 kj/kg

uap pada tekanan 60 bar Temperatur 410 °C = 3205,4 kj/kg

pada perbedaan temperatur 10 °C perbedaan panas yang dikandung sebesar

= 3205,4 kj/kg - 3180,1 kj/kg = 25,3 kj/kg.


Perbedaan 1 °C =

= 2,53 kj/kg

Untuk 4 °C = 4 x 2,53 kj/kg = 10,12 kj/kg

Jadi pada temperatur 104 °C panas yang dikandung sebesar :

3180,1kj/kg + 10,12 kj/kg = 3190,22 kj/kg.

Cara lain :

Selisih temperatur 404 - 400 = 4 °C

Selisih temperatur 410 - 400 = 10 °C

Pada temperatur 404 °C = 3180,1 + 4/10 (3205,4 -3180,1)

= 3180,1 + 4/10 (25,3)

= 3180,1 + 10,12

= 3190,22 kj/kg.

2. Perpindahan Panas.

Seperti diketahui beberapa jenis komponen PLTU bekerja bedasarkan azas pemindahan

energi panas dari suatu fluida ke fluida lain seperti ketel, condenser, heat exchanger dan

lain sebagainya. Karena itu, para operator hendaknya juga memahami prinsip-prinsip dasar

proses perpindahan panas. Session ini akan membahas prinsip dasar proses perpindahan

panas secara terbatas beserta penerapannya sesuai dengan kebutuhan lingkup tugas

operator.


Mekanisme Perpindahan Panas.

Secara umum panas dapat berpindah dari suatu daerah atau benda yang bertemperatur

lebih tinggi ke daerah atau benda yang bertemperatur lebih rendah. Dengan kata lain

dapat dinyatakan bahwa panas dapat berpindah apabila ada perbedaan temperatur (t).

Karena itu dapat disimpulkan bahwa perbedaan temperatur (t) merupakan potensial

pendorong bagi proses perpindahan panas. Pada prinsipnya, panas dapat berpindah

melalui 3 macam mekanisme yaitu radiasi, konduksi dan konveksi.

Radiasi adalah proses perpindahan panas melintasi ruang melalui pancaran

gelombang elektromagnetik dengan kecepatan cahaya dari benda yang bertemperatur

lebih tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Perpindahan panas secara radiasi

tidak membutuhkan media perantara sehingga panas tetap dapat berpindah secara

radiasi meskipun harus melintasi ruang hampa. Contoh proses perpindahan panas

radiasi adalah proses perpindahan panas yang terjadi didalam ruang bakar (Furnace)

ketel ketika panas dari nyala api dipancarkan ke dinding-dinding ruiang bakar (wall

tube).

Konduksi adalah proses perpindahan panas yang berlangsung secara merambat atau

estafet melalui molekul-molekul benda. Misalnya sebatang logam yang panjang salah

satu ujungnya dipanaskan. Setelah beberapa lama, bila ujung yang lain disentuh juga

akan terasa panas. Ini berarti panas berpindah dari satu ujung logam ke ujung lainnya

secara merambat. Contoh perpindahan panas secara konduksi pada PLTU adalah

panas yang berpindah dari permukaan bagian luar kepermukaan bagian dalam pipa-

pipa ketel, pipa-pipa kondensor dan sebagainya.

Konveksi adalah proses perpindahan panas yang berlangsung melalui perantaraan

pergerakan fluida. Jadi molekul-molekul fluida merupakan perantara yang membawa

panas dari satu tempat ke tempat lain. Contoh dari perpindahan panas konveksi adalah

proses perpindahan panas dari gas bekas (flue gas) ke elemen economizer didalam

ketel.

Perpindahan Panas panas Pada Heat Echanger.

Persamaan Umum Laju Perpindahan Panas.

Seperti kita ketahul bahwa Energi dalam bentuk panas dapat berpindah dari benda

yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah.

Pembahasan disini hanya difokuskan pada proses perpindahan panas pada peralatan


penukar kalor (heat exchanger).

Penukar kalor (heat exchanger) adalah suatu alat dimana proses perpindahan panas

berlangsung diantara dua fluida. Dalam alat ini, panas akan ditransfer dari fluida

yang bertemperatur lebih tinggi ke fluida yang bertemperatur lebih rendah.

Persamaan umum untuk laju aliran perpindahan panas adalah :

dimana :

Q = Laju allran perpindahan panas (KJ / Jam)

U = Koefisien perpindahan panas total (KJ/Jam.m2 oC).

A = Luas penampang perpindahan panas total (m ).

T = Perbedaan temperatur kedua fluida

Persamaan umum tersebut hanya berlaku apablla T konstan. Dalam peralatan penukar

kalor, T antara kedua fluida pada setiap titik disepanjang peralatan penukar kalor

selalu berubah. Sebagai contoh dapat kita telaah proses perpindahan panas yang

terjadi di kondensor. Di dalam kondensor berlangsung proses perpindahan panas dari

uap bekas (yang akan dikondensasikan) ke air pendingin. Selama proses,

temperatur uap bekas tetap konstan sementara temperatur air pendingin mengalami

kenaikan secara bertahap mulai dari sisi masuk hingga sisi keluar kondensor.


Gambar Heat exchanger

Gambar 2 Kondensor


Gradien temperatur untuk proses yang berlangsung di kondensor dapat dilihat

gambar berikut :

Gambar 3 Gradien temperatur di Kondensor

Hal yang sama juga terjadi pada peralatan penukar panas lain misalnya "Oil Cooler".

Disini kedua fluida mengalami perubahan temperatur selama proses perpindahan

panas berlangsung disepanjang peralatan penukar kalor. Bila ditinjau dari arah aliran

kedua fluida, peralatan penukar kalor ini dibedakan menjadi dua macam yaitu

penukar kalor aliran searah (parallel flow) dan penukar kalor aliran berlawanan arah

(counter flow). Gradien temperatur untuk peralatan penukar kalor aliran searah adalah

sebagai berikut :


Gambar 4 Heat Exchanger Searah

Sedangkan gradien temperatur untuk peralatan penukar kalor aliran berlawanan

arah adalah :

Gambar 5 Counterflow Heat Exchanger

Dari ketiga ilustrasi diatas terlihat bahwa pada peralatan penukar kalor,

perbedaan temperatur fluida ( T) senantiasa berubah selama proses perpindahan

panas berlangsung. Dengan demikian, T yang akan dipakai untuk mencari laju aliran

panas haruslah T rata-rata (tm). Jadi persamaan laju aliran panas untuk penukar

kalor adalah :


m (1)

Perbedaan temperatur rata – rata Penukar Kalor.

Guna mendapatkan persamaan untuk mencari perbedaan temperatur rata-rata (tm),

kita ambil sebagal contoh proses perpindahan panas pada penukar kalor allran searah

(parallel flow).

Dari gambar diatas :

dimana :

th1 = Temperatur fluida panas masuk


th0 = Temperatur fluida panas keluar

tc1 = Temperatur fluida dingin masuk

tc0 = Temperatur fluida dingin keluar

Bila kita ambil segmen area yang kecil (dA), maka laju aliran pertukaran panas antara

kedua fluida dapat diekspresikan oleh persamaan-persamaan :

……....... (2)

…….. (3)

……… (4)

Dari gambar diatas juga terlihat bahwa bila kita plot temperatur flulda terhadap laju

aliran panas, maka akan terbentuk garis lurus. Dengan demikian, maka perbedaan

temperatur fluida (t) berubah secara linier terhadap Q. Variasinya mulai t1 pada salah

satu sisi penukar kalor hingga t2 pada sisi lain penukar kalor.

Karena itu :

Bila distribusi dengan persamaan (2) akan didapat :

............ (5)

Bila kedua suku dari persamaan (5) diintegralkan mulai dari sisi masuk penukar kalor

(A = 0, t = t1) hingga ke sisi penukar kalor.

(A = A, t = t2) maka akan diperoleh :

=


∆t2 A

∆t1 0

Bila kita substitusikan terhadap persamaan (1). maka akan didapat formula untuk

mencari perbedaan temperatur rata-rata (tm)

tm disebut perbedaan temperatur rata-rata logarltmls (Log Mean Temperature

Difference = LMTD)

Contoh soal :

Sebuah pendingin minyak (oil cooler) dirancang untuk mendinglnkan 250 liter

minyak pelumas per jam dengan karakteristik :

Massa jenis minyak (mh) = 1100 kg/m3

Panas jenis minyak (cph) = 0,728 kj/kgoC

Temperatur minyak masuk (thi)= 120oC

Temperatur minyak keluar (tho)= 50oC


Sebagai fluida pendingin dipakal air dengan :

Aliran air (mc) = 1000 liter per jam

Temperatur air masuk (tci) = 10°C.

Panas jenis air (cpc) = 1 KJ/kg°C.

Koefisien perpindahan panas total pada oil cooler ini = 1000 kJ/m2. jam°C.

Blla semua kerugian diabaikan, tentukan luas permukaan perpindahan panas oil cooler

untuk :

a. Aliran searah

b. Aliran berlawanan arah

Penyelesaian

Karena keruglan diabaikan, maka Qh = Qc

jadi


tco = 10 + 70/5 = 24 °C

tco = Temperatur air keluar

Dimana :

t1 = 120 – 10 = 110 °C

t2 = 50 – 24 = 26 °C

°C

Persamaan umum perpindahan panas :

A = 0,24 m2

Jadi luas area perplndahan panas untuk

aliran searah = 0,24 m2.

Panas yang diserahkan minyak :

Panas yang diserap air

pendingin :


Gambar. 7

Jadi,

°C

Dimana :

°C

°C

°C

Persamaan umum perpindahan panas :

m

A = 0,22 m2

Jadi luas area perplndahan panas untuk aliran berlawanan = 0,22 m2.


Latihan :

Jika diketahui :

Massa jenis minyak (ym) = 800 kg/m3

Volume aliran minyak (Vm) = 250 l/jam = 0,25 m3/jam

Panas jenis minyak (Cpm) = 0,5 kj/kg.oC

Temperatur minyak masuk (tmi) = 80 oC

Temperatur minyak keluar (tmo) = 40 oC

Panas yang diserahkan minyak Qm = (ym x Vm) x Cpm x (tmi-tmo)

= (800 x 0,25) x 0,5 x (80-40)

= 4000 kj

Massa jenis air (ya) = 1000 kg/m3

Volume aliran air (Va) = 500 l/jam = 0,5 m3/jam

Panas jenis air (Cpa) = 1 kj/kg.oC

Temperatur air masuk (tai) = 30 oC

Temperatur air keluar (tao) = 38 oC

Panas yang diterima air Qa = (ya x Va) x Cpa x (tao-tai)

= (1000 x 1) x 0,5 x (38-30)

= 4000 kj

Panas yang diberikan = Panas yang diterima.

Carilah LMTD untuk aliran searah dan aliran berlawanan !


3. Kimia Air.

Dasar- dasar Kimia.

ILMU KIMIA adalah ilmu yang mempelajari hakikat, sifat-sifat serta perubahan materi.

Ia mempelajari susunan atau komposisi materi, perubahan energi yang menyertai

perubahan materi dsb.

Perubahan fisika dan perubahan kimia

Perubahan fisika adalah perubahan yang terjadi pada suatu zat, tetapi komposisi

kimianya tidak berubah, hanya berubah fase, ukuran partikel dsb. Contoh es menjadi air.

Perubahan kimia adalah perubahan yang menghasilkan materi yang berbeda dari materi

sebelumnya. Contoh : besi menjadi karat.

Unsur.

Pengertian Unsur adalah zat tunggal yang secara kimia tidak dapat diuraikan lagi

menjadi zat lain yang lebih sederhana

Jika besi dibuat serbuk, serbuk besi adalah besi juga namun ukurannya sangat kecil dan

sudah tidak dapat dibagi lagi. Ada 109 unsur. Unsur bisa logam (metal) atau non-

logam (metaloid).

Unsur logam : Argentum (Ag), Aluminium (Al), Chromium (Cr), Calcium (Ca),

Magnesium (Mg), Hydrargyrum (Hg), Cuprum (Cu), Plumbum (Pb), Ferrum (Fe),

Aurum(Au), Natrium/Sodium (Na), Platinum (Pt), Zincum (Zn) dll.

Unsur non-logam : hidrogen (H), oxygen (O), karbon (C), nitrogen (N), flourin (F),

Chlorine (Cl), bromin (Br), iodin (I), belerang (S), Phosphorus, (P) arsen (As) dan silikon

(Si).

Senyawa.

Senyawa adalah zat yang terbentuk dari dua atau lebih unsur melalui proses kimia.

Setiap senyawa mempunyai sifat yang khas, yang berbeda dari unsur-unsur

pembentuknya. Contoh : hydrogen (H) dan oxygen (O) adalah gas, tetapi gabungan

keduanya adalah air (H2O).


Senyawa dengan unsur yang sama membentuk molekul :

H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2, I2.

P4 (Phosphorus), S8 (Sulphur)

Senyawa yang membentuk molekul dari 2 atau lebih unsur yang berbeda :

H2O, CO2, CaCO3

Apa beda 2H dan 2H2 ?

2H = 2 atom H; 2H2 = 2 molekul H2.

Berapa jumlah atom 3 Al2(SO4)3 ?

Jawab :

Al = 3 x2 = 6 atom

S = 3 x 3 = 9 atom

O = 3 x 4 x 3 = 36 atom

Jumlah atom = 6 + 9 + 36 = 51 atom.

Campuran.

Campuran adalah gabungan beberapa zat yang berbeda dan setiap zat itu masih

mempunyai sifat jati dirinya. Misalnya es krim, sirop, pasir pantai, garam kotor dll. Ada

berbagai cara pemisahan zat dari campuran tersebut yaitu melalui penguapan,

penyaringan, pengembunan, pelarutan, penyubliman, distilasi, pembekuan, kristalisasi

dan kromatografi.

Cara mengukur jumlah zat dalam campuran adalah dengan prosentase (%). Baik untuk

massa atau volume zat.


Suatu campuran terdiri dari 5 gram garam dan 7,4 gram gula, berapa persen garam

dalam campuran tersebut ?

Jumlah massa seluruhnya = 5 + 7,4 = 12,4 gram

Kadang-kadang kadar zat diukur dengan satuan bagian per juta (bpj) atau ppm (part

per million).

Dalam seember air sumur volume 25 liter, terdapat 50 milligram besi dalam bentuk

garam terlarut. Berapa kadar besi dalam air sumur tersebut ?

Rapatan air sumur dianggap 1 g/ml atau 1 kg/liter.

Massa air = rapatan x volume

= 1 g/ml x 25.000 ml

= 25.000 g

massa besi = 50 mg = 0,05 g

6

6


Atom.

Bagian yang terkecil dari unsur adalah Atom. Atom dari unsur yang sama adalah identik

baik ukuran, sifat dan massanya. Jika atom bergabung dengan atom yang lain, akan

terbentuk Molekul. Molekul bisa terbentuk dari gabungan atom yang sama (misalnya H2,

O2, N2 dll.) atau atom yang berbeda (H2O, H2SO4 dll). Misal 2 atom hydrogen (H)

bergabung dangan 1 atom oxygen (O) membentuk molekul air (H2O).

Bobot atom Hydrogen = 16 x 10-23 gram

Bobot atom Belerang = 32 x 10-23 gram.

Ion.

Ion adalah partikel penyusun zat. Ion adalah atom atau kelompok atom yg bermuatan

listrik. Senyawa ion terdiri dari ion positif (disebut kation) (misal H+, Na+ dll) dan ion

negatif (disebut anion) misal OH-, Cl- dll. Kedua ion bergabung membentuk senyawa

ion atau kristal ion.

Penamaan Senyawa.

Pemberian nama untuk oksida metaloid (bukan logam) menggunakan :

1=mono; 2= di; 3= tri; 4= tetra; 5 = penta; 6= hexa; 7= hepta; 8 = okta; 9= nona;

10=deca. Misal P2O5 = diphosporus pentaoxide. CO2 = Carbon dioxide.

Untuk oksida logam sbb. :

Jika oksidanya hanya satu, maka nama logam diikuti kata oksida : K2O (Kaliumoksida),

BaO (Bariumoksida), Al2O3 (aluminiumoksida)

Jika oksidanya ada dua (karena logamnya punya 2 valensi), maka nama logam, diikuti

angka romawi dalam kurung, lalu kata oksida-nya : Cu2O (tembaga(I)oksida), CuO

(tembaga (II)oksida).

Ada juga menggunakan nama Latin yaitu : Cu2O (cupro-oksida, cuproksida), CuO

(cuprioksida), FeO (Fero-oksida, feroksida), Fe2O3 (Feri-oksida). Untuk senyawa asam,


asam+nama logam, misal HCl (asam Chlorida), H2S (asam sulfida); Atau, asam + nama

sisa asam, misalnya H2SO4 (asam sulfat), HNO3 (asam nitrat).

Untuk senyawa basa, nama logam + hidroksida, misal KOH (Kalium hidroksida),

Ba(OH)2 (Barium hidroksida). Untuk senyawa garam, disebutkan nama logam, diikuti

nama sisa asam. Misalnya KCl (kaliumchlorida), CUSO4 (Cuprisulfat).

Oksidasi.

Oksidasi adalah reaksi antara sebuah unsur dengan oksigen.

4Na + O2 - 2Na2O

2 Fe + O2 2 FeO

4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O

Oksidasi juga diartikan sebagai reaksi pelepasan elektron dari suatu zat

Reduksi.

Reduksi adalah pengambilan oksigen dari suatu senyawa. Zat pengambil oksigen

disebut Reduktor.

CuO + H2 Cu + H2O

Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O

Reduksi juga diartikan sebagai reaksi pengikatan elektron oleh suatu zat. Dalam

persenyawaan NaCl, elektron yang dilepas oleh Natrium, ditangkap oleh atom Cl

sehingga atom Natrium berubah jadi ion positif (Na+), perisrtiwa ini juga disebut

peristiwa oksidasi. Atom netral Chlor juga berubah menjadi ion negatif (Cl-), peristiwa


ini juga disebut peristiwa reduksi. Karena kedua perubahan dari atom netral menjadi

ion berjalan bersamaan, maka disebut peristiwa oksidasi-reduksi.

Na Na+ + 1e (oksidasi)

Cl + 1e Cl- (reduksi)

Na + Cl Na+ + Cl- (oksidasi-reduksi).

Persamaan Reaksi.

Massa zat sebelum dan sesudah reaksi sama. Banyaknya atom disebelah kiri =

banyaknya atom disebelah kanan.

Hukum kekekalan zat Lavoisier :

Jumlah berat (massa) semua zat sebelum suatu reaksi sama dengan jumlah berat

(massa) semua zat sesudah reaksi tersebut.

Contoh :

7 g besi + 4 g belerang 11 g besi belerang

Berapa gram belerang diperlukan untuk bereaksi dengan 10 g besi ?

Besi 10 g maka belerang = 4/7 x 10 g = 5,71 g

Berapa gram besi dan belerang untuk membentuk senyawa 30 g besi belerang ?

Besi = 7/ (7+4) x 30 = 19,10 g

Belerang = 4/(7+4) x 30 = 10,90 g.

Contoh mencari persamaan reaksi :

Jika gula tebu (C12H22O11) dibakar dan direaksikan dengan O2 (di-oksidasi) maka yang

terjadi adalah CO2 dan H2O.


C12H22O11 + O2 -- CO2 + H2O

Rumus zat sudah benar, tetapi jumlah atom dikiri dan dikanan belum sama. Kita tulis :

a C12H22O11 + b O2 -- c CO2 + d H2O

C = 12 a = c

H = 22 a = 2d

O = 11a + 2b = 2c + d

Jika a = 1 maka :

12 = c atau c = 12

22 = 2d atau d = 22/2 = 11

11 + 2b =2c + d atau 11 + 2b = 2(12) + 11 atau 2b = 24 + 11 - 11 2b = 24 maka

b=12.

Persamaan ditulis :

1 C12H22O11 + 12 O2 -- 12 CO2 + 11 H2O atau :

C12H22O11 + 12 O2 -- 12 CO2 + 11 H2O

Valensi.

Atom terdiri dari proton, neutron dan elektron. Proton + neutron disebut inti atom.

Proton bermuatan listrik positif dan neutron tidak bermuatan listrik, sedangkan elektron

bermuatan listrik negatif. Dengan demikian muatan inti atom merupakan muatan

proton. Proton + neutron dalam inti atom disebut nukleon.

Secara keseluruhan dalam atom tersebut bersifat neutral, tidak bermuatan listrik, karena

adanya kesamaan jumlah muatan positif dengan jumlah muatan negatif atau disebut

juga :


Jumlah proton = jumlah elektron.

Massa proton hampir sama dengan massa neutron yaitu 1 sma. Massa proton =

1,00758 sma, sedang massa neutron = 1,00893 sma. Massa elektron sangat kecil yaitu

1/1836 x massa atom hydrogen. 1 sma=1,66 x 10-24 g.

Jika massa atom Hydrogen = 1,00758 sma (dibulatkan menjadi 1 sma) maka massa

elektron adalah :

= 1/1836 x 1,00758 sma

= 0,00055 sma.

Nomor massa suatu unsur = jumlah proton + jumlah neutron (karena massa elektron

sangat kecil, jadi diabaikan).

Lambang unsur ditulis sebagai berikut :

Misal :

Isotop adalah beberapa unsur yang sama tetapi mempunyai massa atom yang

berbeda. Misalnya :

Electron selalu mengelilingi proton dalam suatu orbit (lintasan), bisa berupa lingkaran

bulat atau ellips. Orbit bisa lebih dari satu. Orbit yang banyak (berlapis-lapis lintasan) itu

dinamai : kulit elektron dan diberi nama kulit elektron K, L, M, N, O, P, Q .

Jumlah elektron = 11 ;jumlah proton = 11;

Jumlah neutron = 23 -11 = 12

35 37

Cl ; Cl

17 17


Gambar 6 kulit atom

Setiap orbit boleh berisi satu atau lebih elektron, dinyatakan dengan 2e, 4e, 8e dst..

Elektron pada lingkaran orbit terluar, dapat mudah lepas dan berpindah ke orbit unsur

yang lain. Elektron pada orbit terluar bisa berisi 1 sampai 7 elektron dan tidak pernah

sampai 8. Karena sifat yang tidak stabil ini, atom unsur-unsur tak mulia selalu

cenderung menstabilkan diri, artinya selalu berusaha untuk memperoleh kulit terluar

yang terisi penuh (yaitu 8 elektron) sampai keadaannya menyerupai atom unsur-unsur

mulia.


Salah satu caranya adalah melepas satu elektron, misalnya terjadi pada atom Natrium

(Na) :

Gambar 7 Pelepasan Electron Atom Na

Dengan melepas sebuah elektron-nya, atom Natrium yang semula bermuatan netral,

kini menjadi bermuatan positif, karena ada kelebihan 1 muatan positif, maka ditulis Na+

dan disebut ion Natrium.

Sebaliknya terjadi pada atom Chlor (Cl). Pada kulit terluarnya terdapat 7 elektron. Maka

untuk melengkapi elektron ini sampai penuh (yaitu 8 elektron), Atom Chlor tinggal

mengambil 1 elektron lagi dari luar. Karenanya atom chlor sekarang kelebihan 1

elektron, sehingga bermuatan negatif, menjadi ion Chlor (Cl-).

Kedua ion yang berlawanan muatan ini saling tarik menarik (ikat mengikat) dengan

perantaraan gaya elektrostatik dan membentuk satu senyawa Na+Cl- atau cukup ditulis

NaCl. Unsur-unsur Na dan Cl yang hanya melepas atau mengambil 1 elektron, disebut

unsur ber-valensi (bermartabat) 1.

Atom-atom lain seperti Ca yang dapat melepas 2 elektron, disebut ber-valensi 2

sedangkan Al dapat melepas 3 elektron, maka disebut ber-valensi 3.

Ca Ca ++ + 2e

Al Al+++ + 3e

Jadi Valensi (martabat) suatu unsur adalah :

Bilangan yang menyatakan berapa banyak elektron yang dapat dilepaskan atau diambil

oleh atom unsur itu pada waktu membentuk persenyawaan.


Gambar 8 Penambahan Electron atom Cl.

Asam.

Asam adalah suatu zat yang mempunyai rasa masam dan mengubah kertas lakmus

biru menjadi merah. Asam dibagi menjadi dua golongan yaitu asam organik dan asam

anorganik. Asam organik umumnya ditemukan dalam tumbuh-tumbuhan dan binatang

(misalnya asam cuka, asam jeruk), sedangkan asam anorganik (disebut juga asam

mineral) diperoleh dari mineral-mineral dalam tanah (asam accu, asam chlorida).

Asam dikenal dengan karakter H dimuka senyawa dan bermuatan positif, misalnya :

HNO3 H+ NO3-

H2SO4 H+ SO4=

H3PO4 -> H+ PO4 ≡

Jika suatu asam dihilangkan H-nya, maka tinggallah sisa asam. Jadi ikatan antara H+

dan sisa asam- dapat terlepas jika dilarutkan didalam air. Pelepasan ion H+ tidak sama

kuatnya bagi berbagai jenis asam. Asam-asam yang mudah melepaskan ion H+,

disebut asam kuat, sedang asam-asam yang sukar melepaskn H+-nya disebut asam

lemah.

Contoh asam-asam kuat :HCl, HBr, HJ, HNO3, H2SO4

Asam-asam yang lemah : asam cuka (CH3COOH), asam sianida (HCN).

Larutan disebut asam jika pH < 7


Basa.

Basa adalah suatu zat yang mempunyai rasa seperti air sabun (pahit, licin) dan

mengubah kertas lakmus merah menjadi biru. Basa dikenal dengan karakter OH

(hidroksida) dibelakang senyawa dan bermuatan negatif, misalnya :

NaOH Na+ OH-

KOH K+ OH-

Ca(OH)2 Ca++ OH-

OH-

Al(OH)3 Al+++ OH-

OH-

OH-

Fe(OH)3

Sn(OH)4

Ba(OH)2

Basa dibentuk dari Oksida logam + air, misalnya :

K2O + H2O 2 KOH

BaO + H2O Ba(OH)2

Larutan disebut basa jika pH > 7

Garam.

Kita mengenal beberapa garam misalnya :garam dapur (NaCl) dan juga garam Inggris

(MgSO4). Garam adalah zat-zat yang terdiri dari logam dan sisa asam. Logam

bermuatan positif, sedang sisa asam bermuatan negatif. Karena kedua muatan listriknya

sama besar, maka molekul garam bersifat netral.


Jika garam dilarutkan kedalam air, maka ikatan logam dan sisa asam dapat terlepas.

Pemisahan yang membentuk ion-ion bermuatan listrik ini akan memenuhi air dan inilah

yang menyebabkan arus listrik dapat mengalir. Larutan air yang penuh dengan ion2

logam dan sisa asam, disebut larutan elektrolit. Air laut adalah elektrolit. Air laut

banyak mengandung garam NaCl.

Garam dibentuk dengan berbagai cara :

a. Basa + asam -- > Garam + Air

2 NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2 H2O

Ca(OH)2 + 2 HCl CaCl2 + 2 H2O

2 Al2(SO4)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 6 H2O

b. Oksida basa + asam garam + air

FeO + H2SO4 FeSO4 + H2O

Al2O3 + 6 HCl 2AlCl3 + 3 H2O

c. Basa + Oksida asam Garam + Air

2KOH + SO3 K2SO4 + H2O

3Ca(OH)2 + P2O5 Ca3(PO4)2 + 3 H2O

d. Oksida basa + oksida asam garam

Na2O + SO2 Na2SO3

CaO + N2O5 Ca(NO3)2


e. Logam + garam garam lain + logam lain

Sebelumnya lihat deret Volta (deret keaktifan logam) dibawah ini :

K – Na – Ca – Mg – Al - Mn – Zn – Fe – Ni – Sn – Pb – [H] – Cu – Hg – Ag – Pt – Au.

Logam yang disebelah kiri lebih aktif dari logam yang disebelah kanannya. Misalnya

logam K dapat mendesak/mengusir keluar logam Fe dari senyawa FeCl3.

K + FeCl3 3 KCl + Fe

Tetapi sebaliknya, logam Fe tak bisa mendesak logam K dari senyawa garamnya.

Contoh lain :

Ca + ZnSO4 CaSO4 + Zn

f) Logam + Asam garam + H2

Fe + HCl FeCl2 + H2

2 Al + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2

Tetapi logam-logam disebelah kanan [H] dengan larutan asam tidak bereaksi.

Cu + H2SO4 tidak bereaksi

Au + HCl tidak bereaksi.

Garam asam

Jika didalam senyawa garam masih terdapat atom H disebut garam asam :

NaHCO3, NaH2PO4

Garam Basa

Jika didalam senyawa garam masih terdapat hidroksida OH disebut garam basa :

Mg(OH)Cl, Fe(OH)2NO3


Garam Rangkap

Garam rangkap adalah campuran lebih dari satu garam.

KCl.MgCl2, CaCO3.MgCO3.


Kualitas Air.

Diukur dengan Parameter :

Conductivity (Daya Hantar Listrik).

Daya hantar listrik adalah kebalikan dari tahanan listrik dalam Ohm (Ω) yang diukur 1

cm3 di antara permukaan yang saling berhadapan dalam larutan yang mengandung air

dengan suhu yang telah ditentukan.

Daya hantar listrik merupakan kemampuan suatu larutan untuk menghantarkan arus

listrik. Larutan yang banyak rnengandung garam (elektrolit) makin mudah

menghantarkan arus iistrik berarti tahanan listriknya kecil, Air murni yang sedikit

mengandung zat padat yang melarut akan sukar rnenghantarkan listrik (tahanan

lislriknya besar).

Conductivity dinyatakan dalam mhos per centimeter pada suhu t oC. Satuan turunannya

adalah micro mhos per centimeter.

1 mhos/cm = 106 μmhos/cm

Atau dinyatakan juga dengan μS/cm (mikroSiemen per centimeter)

Apabila tahanan cairan = R, conductance dalam ohm = 1 /R

Atau,

Dimana :

L = Jarak electroda (cm)

A = Luas permukaan (cm2)

K = Konstanta


pH.

pH adalah yang menentukan derajat keasaman atau kebasaan suatu larutan.

Air murni dalam keadaan netral pada suhu 25°C akan terionisir menurut :

H2O H+ + OH-

Ionisasi air akan menghasilkan konsentrasi ion (H+ ) dan ion (OH-) yaitu sama dengan

=1.0 x 10-7 moles per liter. pH adalah (- log ) konsentrasi ion hydrogen dalam gram ion

Apabila konsentrasi ion ( H+ ) = ( OH- )= 1 x 10-7 moles/liter

1

pH =log ------------ = log 1 x 107 = 7

(1 x 10-7)

Jika pH = 7 maka disebut netral (asam dan basa sama)

Notasi pH dipakai dalam menentukan tingkat keasaman atau kealkalian suatu larutan.

Angka pH dimulai dari O -14

pH < 7 => air bersifat asam. Makin kecil nilai pH, makin asam.

pH = 7 => air bersifat neutral, tidak asam, tidak basa.

pH > 7 => air bersifar basa (alkali), makin besar nilai pH, makin basa.

Air tawar umumnya mempunyai pH=7.


Turbidity ( Kekeruhan ).

Turbidity disebabkan oleh adanya suspensi zat organik, tanah liat dan lain sebagainya.

Kekeruhan air dapat diukur dengan suatu alat Candle Jackson Turbidity Unit. Air makin

banyak mengandung suspensi, makin keruh. Kekeruhan dapat diendapkan dengan

penambahan tawas ( Al2(SO4)3 atau FeCI dalam proses koagulasi (penggumpalan)

selanjutnya, setelah ukuran suspensi membesar, ia dapat disaring dengan peralatan

penyaring (Lihat prosesnya pada water treatment plant).

Turbidity yang terkandung didalam air, apabila dipakai sebagai air pengisi ketel

Dapat menyebabkan terbentuknya lumpur, kerak atau permukaan air berbusa.

HardNess (Kesadahan).

Air dikategorikan sebagai sadah (hard ) atau lunak ( soft ) asam atau basa, dapat

ditinjau dari karakteristik bahan dasar yang menyusunnya. Istilah air sadah, berasal dari

keadaan tidak menimbulkan busa pada sabun.

Hardness ( kesadahan ) disebabkan karena adanya garam-garam Calcium dan

Magnesium. Disamping itu keadaan sadah dapat pula ditimbulkan oleh karena adanya

senyawa-senyawa, misalnya : Besi ( Fe ), aluminium ( AI). Asam-asam mineral, asam-

asam organik dan beberapa senyawa logam lainnya.

Terdapat dua macam kesadahan :

1. Kesadahan sementra ( Carbonate Hardness )Yaitu garam-garam carbonate ( CO3)

dan Bicarbonate (HCO3) dari Calcium dan Magnesium.

2. Kesadahan tetap ( Non Carbonate Hardness = Permanent Hardness ) Yaitu garam-

garam Sulfate,Chlorida dan Nitrat dari Calcium dan Magnesium.

Kesadahan air dapat diklasifikasikan sebagai berikut:


Total Hardness terdiri dari kesadahan sementara + kesadahan tetap . Kesadahan dapat

dinyatakan dengan derajat kesadahan Amerika, Inggris, Perancis atau Jerman. Makin

tinggi kesadahan makin tinggi pula kadar Ca & Mg yang terkandung di dalam air.

Kesadahan air akan menyebabkan terbentuknya kerak pada pipa-pipa ketel. Kesadahan

dapat dihilangkan dengan proses - proses soda ( dingin maupun panas ) atau

dengan proses demineraiizer (air tawar) dan desalination (air laut).

Silika ( SiO2 ).

Silika terdapat pada hampir semua mineral, Didatam air minum ( potable water)

mempunyai rentang : 1 - 100 mg/l. Silika dapat terjadi dalam bentuk koloid, atau

melarut dalam air. Silika dalam bentuk koloid dapat diendapkan dengan cara koagulasi.

Silika yang me!arut umumnya dalam bentuk ammonium bisilikat ( HSiO2).

Silika yang melarut hanya dapat dihilangkan dengan proses penukaran ion (ion

exchanger). Silika yang terkandung dalam air pengisi ketel dapat menyebabkan

pengerakan pada pipa-pipa pemanas lanjut ( superheater/reheater) dan deposit pada

sudut-sudut turbin, yang disebut carry-over silika. Terdapat hubungan antara tekanan

kerja ketel dengan laju carry-over silika. Makin tinggi tekanan kerja ketel, makin

rendah persyaratan silika yang diperbolehkan di dalam air pengisi ketel.

Chorida ( CL-).

Garam Chlorida sangat mudah larut dalam air misal NaCl. Chlorida terdapat pada

hampir semua jenis air, merentang dari 10 - 100 mg/l. Air laut mengandung NaCl di atas

30.000 mg/l. Chlorida dapat dihilangkan dengan cara proses penukaran ion ( Anion )

atau dengan cara desalination (evaporator).

Alkalinity.

Notasi alkalinity air dinyatakan dengan p (phenolp-thaline) dan m (methyl-orange),

Alkalinity disusun oleh adanya ion-ion carbonat, bicarbonat, hydroksida dan phosphate.

p dan m alkalinity didapat dengan cara mentiter air sampai pH tertentu dengan suatu

larutan asam kuat yang diketahui kenormalannya ( umumnya 0,1 N HCI atau 0,1 N

H2S04). Untuk p maka pH berubah pada 8,3 (terjadi perubahan warna air), sedang

untuk m terjadi perubahan warna air pada pH = 4,8.


M = total ( p + m ) alkalinity

M = p, m = 0 yang terdapat hanya NaOH

P > m terdapat NaOH + Na3PO4 atau Na2CO3

P<m Na3PO4 + Na2HPO4

Zat Organik.

Zat organik dalam air merupakan bagian dari tanah ( soil ) yang dipakai untuk

pertumbuhan zat, serta memproduksi makanan jazad renik ( microorganisme ) air. Zat

organik dibutuhkan untuk metabolisme ( pertukaran zat ). Warna air kekuningan seperti

teh, umumnya disebabkan karena adanya pembusukan tumbuh-tumbuhan. Jenis

organik ini adalah humic acid, Jenis lainnya : fulvic acid, humin dan zat-zat yang

mempunyai molekul besar. Beberapa jenis zat organic didalam air melarut, tetapi

sebagian dari humic berbentuk koloid yang dapat dihilangkan dengan proses koagulasi.

Zat organic juga dapat dihilangkan dengan cara penyaringan active carbon. Zat organik

yang terlalu tinggi didalam air akan merubah rasa air dan bau. Pada pengolahan air

dengan proses penukaran ion, zat organik akan melapisi resin anion, sehingga akan

menurunkan kemampuan penukaran resin. Parameter untuk mengukur besarnya zat

organik dinyatakan dalam :

COD = Chemical Oxygen Demand, yaitu Jumlah zat pengoksidan yang dipakai untuk

mengoksidir zat organik di dalam air, diukur dalam satuan ppm.


Zat Padat yang melarut.

Total zat padat yang melarut menunjukkan kadar semua zat yang melarut di dalam air.

Umumnya berkisar antara : 25 - 5000 mg/l. Untuk air minum dibatasi : 500 mg/l.

Jumlah zat padat yang melarut dapat juga dinyatakan dalam bentuk daya hantar listrik

( Conductivity ), hanya hubungan tersebut, karena masih teragantung ion-ion tertentu

yang menyusunnya,

4. Macam Katup.

Suatu hal yang mudah untuk dimengerti dari benda yang disebut Katup adalah gerak

membuka dan menutup. Gerakan membuka dan menutup tersebut dapat dilakukan secara

manual ataupun otomatis.

Pada saat katup bekerja membuka berarti menghubungkan ke sistem dan saat menutup

berarti mengisolasi sistem. Prinsip kerja membuka - menutup itu diperoleh dari hasil gerak

naik turun ataupun gerak putar antara disc dengan seat.

Bentuk disc pada katup bermacam-macam, ada yang berbentuk lempeng / pipih dan ada

pula yang berbentuk bulat, sedangkan bentuk seat biasanya mengikuti bentuk dari disc.

Sedangkan bentuk valve seat yang biasa digunakan adalah bentuk flat, mitred dan radius.


Disain dari sebuah katup dapat ditentukan oleh bagaimana katup tersebut mempengaruhi

aliran fluida didalam pipa kerja. Jenis dan type katup yang digunakan di Unit Pembangkit,

yaitu :

Gate Valve.

Gate valve (katup sorong) didesain khusus untuk mengisolasi aliran fluida cair didalam

katup.

Tipe katup ini mempunyai kegunaan dengan dua posisi “buka penuh atau tutup penuh”.

Sorong adalah tegak lurus terhadap aliran.

Tidak cocok untuk katup pengaturan.


Jenis – Jenis Gate valve, yaitu :

a. Typical Solid Wedge gate valve with outside screw and rinsing stem/ spindle

b. Parallel slide gate valve.

c. Parallel double disc gate valve.

d. Split wedge gate valve.

a. Typical Solid Wedge gate valve with b. Parallel slide gate valve

outside screw and rinsing stem

c. Inside Screw, non risning stem / spidel. D. Outside Screw, Rising Stem/spidel


Diapragma Valve.

Katup ini didisain untuk mengontrol aliran chemikal fluida (chemically aggressive or

abrasive).

Konstruksi katup ini sangat sederhana, terdiri dari 3 bagian utama, yaitu :

1. Body.

2. Diaphragm.

3. Bonnet assembly.

Jenis- jenis katup diapragma :

a. Wier.

b. Straight through


Globe Valve

Katup ini didisain untuk menyetop, mengatur aliran. Dalam hal ini aliran dalam katup

dapat dikontrol dengan tepat untuk mendapatkan kebutuhan dari proses tersebut.

Jenis globe valve dilihat dari aspek design-nya :

a. Angle Valve

b. Oblique Valve or Y valve.

c. Needle Valve.

d. Piston Valve.

Gambar a. Globe valve type Angle Valve. b. Oblique Valve or Y valve.

http://www.llmachinery.com/INDUSTRIAL VALVE 29.htm


c. Needle Valve. d. Piston Valve

Butterfly Valve.

Pada katup ini, prinsip kerja dari piringan katup mengikuti diameter bodi katup. Butterfly

valve didisain untuk mengontrol aliran fluida dengan baik (quick opening & closing)

abrasive).

Jenis- jenis katup butterfly :

a. Wafer.

b. Double flanged.


Non Return Valve.

Ada beberapa katup didisain untuk fungsi kerja yang khusus. Misalnya : check valve

(katup satu arah) dipakai untuk menjaga aliran balik dari fluida didalam pipa. Katup ini

hanya terbuka akibat dari adanya tekanan fluida yang searah dengan pembukaan katup.

Katup akan tertutup oleh aliran yang berbalik atau oleh gravitasi.

Catatan :

” Perhatikan arah aliran sistem dimana check valve yang akan dipasang, sebab jika

terbalik dalam pemasangannya maka check valve tidak akan dapat bekerja, bahkan

yang lebih fatal akan dapat berakibat rusaknya instalasi”.

Jenis – jenis check valve, menurut gambar dibawah ini :

1. Swing check valve.

2. Lift check valve / Vertikal check valve.

3. Spring - loaded check valve.

Swing check valve.

http://www.bartleby.com/61/68/V0016800.html


CHECK VALVE.

Spring Load


5. Pompa.

Jenis pompa yang digunakan pada Booster pump umumnya pompa sentrifugal. Pada

pompa ini, gaya sentrifugal yang diterima oleh fluida dari gerakan impeler diubah menjadi

kecepatan. Fluida ini selanjutnya mengalir dalam ruangan (casing) yang semakin membesar

(berbentuk rumah siput). Hal ini mengakibatkan kecepatan fluida berkurang. Energi kinetik

fluida selanjutnya dibuat menjadi tekanan (head).

Pompa sentrifugal memiliki dua komponen utama yaitu:

a. Komponen komponen berputar terdiri dari : impeler dan poros.

b. komponen komponen tetap terdiri dari casing, tutup casing dan bantalan

Komponen komponen tersebut baik yang tetap maupun yang berputar dapat dilihat pada

gambar 9 dan gambar 10

Gambar 22 Pompa Sentrifugal Tipe Volute.

Sudut (Impeler) Pompa Sentrifugal.


Komponen komponen pompa sentrifugal

1. Suction nozzle/ inlet = nosel sisi isap

2. Impeler

3. Volute = rumah keong/siput

4. casing

5. seal= perapat

6. shaft = poros

7. bearing= bantalan

8. ring oli

9. discharge nozzle= saluran sisi tekan


10. Pump shaft = poros pompa

11. Stuffing box gland

12. Packing

13. Lantern ring

Pompa sentrifugal tipe diffuser.

Pada pompa ini, diffuser statis ditempatkan disekeliling impeler. Lintas difusser yang

semakin membesar akan merubah arah aliran fluida. Karena itu sebagian energi kinetik

fluida diubah menjadi tekanan pada diffuser dan sebagian lagi pada rumah siput.

Diffuser dapat mengurangi gaya radial pada poros pompa.

Pompa dengan menggunakan rumah keong (a) dan difuser(b

Pompa Sentrifugal.


2. Sistem Pengukuran dan Pengendalian.

Instrument dan alat Ukur.

Pengukuran Temperatur.

Temperatur adalah derajad panas, diukur dengan termometer. Satuan suhu :

oC (Celcius)

oF (Fahrenheit)

oRe (Reaumur).

oK (Kelvin)80.

oR (Rankine).

Konversi suhu :

100oC = (9/5 x 100) + 32o = 212oF

= 4/5 x 100 = 80o Re

= 100 + 273,15 = 373,15oK

212oF = 5/9 x (212 – 32) = 100 oC

= 212 + 460 = 672 oR.

Panas adalah sejenis energi, yaitu energi termis (kalor), satuannya :

Calorie => cal, kcal.

Joule => j, kJ, MJ, GJ.

BTU (British Thermal Unit).

CHU (Centigrade Heat Unit)

Thermic => mth, Therm.


Satuan daya yang berhubungan dengan panas => watt => mW, W, KW, MW,GW.

Konversi panas :

1 cal = 0,003968 BTU

= 4.186 joule

= 15.0696 kw hr

= 15,069.6 watt hr

1 joule = 0.238892 cal

= 0.000947922 BTU

= 3.6 kw hr

= 3,600 watt hr.

1 BTU = 252.016 cal

= 1,054.9395 joule

= 3,797,782.26 watt hr

= 3,797.78 kw hr

1 hp = 2547.1624 BTU/hr

= 0.7460 kw

Satuan daya :

1 BTU/hr = 0.6999882 cal/sec

= 0.000392665 hp

= 0.00029281 kw

= 0.2159659 lbf/sec


1 kw = 3,415.17924 BTU/hr = 3,414.4278 BTU/hr

= 239.0585 cal/sec

= 737.56223 lbf/sec

= 1.3405 hp.

Pengukur temperatur : Thermometer, thermocouple, RTD (Resistance Temperature

Detector).

Pengukuran Tekan.

Tekanan adalah gaya per luas.

Ada 3 macam tekanan : tekanan ukur (gauge), Tekanan Absolute dan Tekanan

Vacuum.

Gambar 27. Diagaram Tekanan.

Satuan Tekanan dan konversinya :

1 atm = 1.01325 bar

= 1.033227 kg/cm2

= 14.69595 pi ~ 14.7 psi

1 atm

Zero Abslolute

Vaccum Absolute

Gauge, Gage


= 760 mmHg

= 10.000 mmka

= 406.8 in H2O

= 29.9212 inHg

=101.325kPa.

1 bar = 0.98692326 atm

= 1.019715766 kg/cm2

= 14.5 psi

= 100 kPa

= 401.48 in H2O

= 750.062 mmHg

= 29.5299 inHg

1 kg/cm2 = 0.967842 atm

= 0.980665 bar

= 14.22335 psi

= 98.066543 kPa

= 393.7179 in H2O

= 28.95895 inHg

= 735.55956 mmHg

Pengukur Tekanan : tabung Bourdon, spiral, helix, diaphragm, bellow, pipa-U.


Pengukuran Level.

Pengukur Level

Meter, inch, feet

Konversi satuan :

1 meter = 3.28083 ft

= 39.36996 in

= 100 cm

= 0.000621369 mile

1 in = 2.54 cm

= 0.083333 ft

= 0.0254 m

1 ft = 12 in

= 0.3048 m

= 30.48 cm.

Satuan isi (volume).

1 m3 = 35.31435 ft3

= 1.000.000 cc

= 264.1778 gallon

= 219.97554 uk gallon

= 6.28995 barrel

= 61,023.192 in3


1 ft3 = 1,728 in3

= 0.02832 m3

= 7.4808 gallon

= 6.22907 uk gallon

Pengukur Level : gelas duga, pelampung, ultrasonic, delta-tekanan, gelembung.

Pengukuran Aliran.

Aliran laminar adalah aliran rata, sejajar dengan pipa.

Aliran turbulent adalah aliran yang berpusar (berolak)

Aliran transisi adalah aliran antara laminar dan turbulen

Aliran laminar atau turbulen dapat ditentukan dengan menggunakan Bilangan Reynold

(Re).

dimana :

Re = Reynold Number

W = Flow-rate (lbm/hr)

D = Internal pipe diameter (in)

µ = viscosity (cps = centipoise).


Viskositas juga dinyatakan dalam centistoke (ctks) dimana :

Jika bilangan Reynold menunjukan angka < 2000 maka aliran adalah laminar

Jika bilangan Reynold > 10000, maka aliran adalah turbulent.

Contoh : suatu fluida 50 lbm/hr mengalir dalam pipa dengan diameter dalam pipa

0,135 in. Viskositas fluida 6 cps. Tentukan jenis aliran fluida tersebut !

Jawab :

angka 390 < 2000, maka alirannya Laminar.

Satuan aliran :

Gallon/min, kg/second, ton/jam

1 gallon = 0.00378533 m3

= 3.78533 liter

= 0.133676458 ft3

= 0.0238 barrel

= 0.83268 uk gallon

= 230.99292 in3

1 uk gallon = 0.00454596 m3


= 4.54596 liter

= 0.1605376 ft3

= 0.028594 barrel

= 1.20094 gallon

= 277.41 in3

Pengukur aliran : Orifice, Nozzle, venturi, turbin, magnet.

Pengukuran Conductivity.

Arus listrik dapat mengalir melalui zat cair sebagai akibat dari gesekan ion –ion yang

bermuatan listrik, makin banyak ion-ion dalam air, berarti makin tidak murni air tersebut,

makin tinggi harga konduktifitinya makin mudah menghantar listrik. Makin tinggi

conductifity air, berarti pula air itu cenderung mempercepat terjadinya korosi electrokimia

didalam sistem unit.

Pengukuran Conductivity : Conductivity Meter

Sistem Pengendali.

Sensor.

Sensor adalah elemen pertama yang memonitor perubahan parameter yang diukur.

Macam-macam sensor :

sensor temperature : Thermocouple, RTD, Thermistor, bimetal.

sensor tekanan : Pipa U, Bourdon tube.

sensor aliran : orifice, nozzle, venturi.

sensor level : Pelampung, pipa U, gelembung, ultrasonic.

sensor posisi : LVDT (Linear Variable Displacement Transformer), Potensiometer.


Transmiter.

Transmitter mengubah perubahan parameter menjadi sinyal kontrol

pneumatic = 3 ~ 15 psi.

elektrik = 4 ~ 20 mA.

Transduser.

Disebut juga Converter, mengubah suatu sinyal kontrol menjadi sinyal kontrol yang lain,

misalnya sinyal pneumatik diubah menjadi sinyal elektrik atau sebaliknya.

Controller.

Controller adalah pengendali proses kontrol pengganti manusia. Controller terdiri dari

Summer (summing Junction) dan Unit Kontrol.

Summer menjumlahkan measured variable dengan set point. Selisihnya merupakan

error (deviasi, penyimpangan). Selanjutnya diserahkan kepada Unit Kontrol.

Unit kontrol menambahkan aksi kontrol kepada error tersebut. Ada 3 aksi kontrol yaitu :

Proportional, Integral dan derivative.

Proportional = menstabilkan parameter, tetapi selalu meninggalkan offset error.

Intergral = mengembalikan ke set point, dengan mengulang-ulang aksi proportional

yang baru dalam Repeats/minute.

Derivative = memonitor besarnya laju error (dalam % error/menit = rate) dan mengambil

aksi memperbesar / memperkecil output dari controller ke final element.

Final Element bisa berupa Control Valve, Damper, Selenoid atau relay.

Penyetelan aksi proportional : Gain atau proportional Band

Penyetelan Integral : Konstanta Integral (Repeats/min) atau Reset Time (menit)

Penyetelan Derivative : Derivative Time (menit).


Penyetelan dilakukan pada potensiometer OP-AMP : Inverting, Integrator dan

Differensiator pada kontrol elektronik atau menyetel posisi penumpu, besarnya bukaan

udara ke sebuah bellow pada kontrol pneumatik.

Contoh sederhana pengendalian Level sebagai berikut

Contoh Pengukuran Level Kontrol

Final Element.

Katup NO(Normaly Open) dan NC (Normaly Closed).

Berdasarkan kepada, darimana udara tekan masuk dan desain dari katup, maka

dikenal istilah : NO (Normally Open) dan NC (Normally Closed). Positioner adalah alat

yang memposisikan katup pengatur sesuai dengan permintaan atau sinyal yang

diberikan.

LT

SP

MV

UNIT

KONTROL

Qin Qout

15 psi

atau

20 mA

3 psi

atau

4 mA

9 psi

atau 12

mA


Positioner.

Katup Kontrol.

PLC.

PLC adalah pengendali peralatan dengan mempergunakan program. Peralatan yang

dikendalikan berupa start /stop Motor, Alarm, buzzer (klakson) dan lainnya dengan

mengerjakan sebuah gulungan relay (coil) digambarkan dengan ladder diagram.

Program yang dimasukan berupa logika AND, OR, NOT, STORE, OUT, TIME DELAY,

SHIFT REGISTER, COUNTER dll.


Simbol.


Program PLC.

PLC Alen Beraldy.


SOAL EVALUASI

1. Jelaskan cara pengukuran conductivity air

2. Jelaskan masalah apa saja yang dapat ditimbulkan adanya gas terlarut dan jelaskan

cara mengatasinya

3. Jelaskan pengertian dari kesadahan! Jelaskan pula apa penyebab kesadahan dan cara

mengatasinya!

BUKU 1 - Teori Dasar Desalination Plant Rev Validasi

Documents

Transcript of BUKU 1 - Teori Dasar Desalination Plant Rev Validasi