Bab IV Perhitungan Desain Teknis

BAB IV

PERHITUNGAN DESAIN TEKNIS

4.1 Umum

Setelah melalui pertimbangan-pertimbangan secara teknis, serta hal-hal

lainnya maka seperti telah dikemukakan pada bab sebelumnya, Perencanaan

sistem pengolahan air minum dilakukan sesuai dengan ALTERNATIF

TERPILIH.

Adapun unit-unit pengolahan pada alternatif terpilih adalah sebagai berikut :

1. Intake

2. Koagulasi

3. Flokulasi

4. Sedimentasi

5. Filtrasi (Saringan Pasir Cepat)

6. Desinfeksi

7. Reservoir

Perhitungan dan desain dikerjakan berdasarkan kriteria desain yang umum

dipakai dalam perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum, baik secara teoritis

maupun secara empiris.

4.2 Perhitungan Desain Teknis

4.2.1 Intake

Kriteria Desain :

a. Debit Pengolahan (Q) = 140 L/detik = 0,140 m3/detik

b. Kemiringan Bar = (40 – 60)o, diambil 60o

c. Diameter Bar = 0,5 – 1 inchi

d. Kecepatan aliran (v) = (0,3 – 0,6) m/detik, diambil 0,5 m/detik

IV-1


Perhitungan :

1. Pintu Air

Pintu air berfungsi untuk mengatur jumlah aliran air yang akan masuk ke

saluran pipa pembawa.

Luas penampang saluran

A=Qv=0,140 m3/detik

0,5 m /detik=0,28 m2

Lebar Saluran

Diketahui untuk saluran hidrolis optimum ;

d = 0,5 x L atau L = 2 x d

L=2× d

A=L× d

A=0,5 L× L

A=0,5 L2

0,28 m2=0,5 L2

L=[0,280,5 ]

12=0,75 m

Maka lebar saluran pembawa adalah 0,75 meter

Sketsa pintu air yang direncanakan dapat dilihat pada Gambar 4.1 sebagai

berikut :

Gambar 4.1 Pintu Air

Sumber : Dinas Pekerjaan Umum

DEDDY PRASETYO/113050006/PBPAM/SITI NURHASANAH/2014

IV-2


2. Bar Screen

Pembersihan dilakukan secara manual :

a. Jarak bukaan antar batang (b) = (25 - 45) mm, diambil b = 25 mm =

0,025 m

b. Lebar penampang batang (w) = (4 - 8) mm, diambil w = 8 mm = 0,008 m

c. Kedalaman batang (D) = (25 – 50) mm, diambil D = 50 mm = 0,05 m

d. Sudut kemiringan batang (θ) = (45 – 60)o, diambil 60o

e. Kecepatan aliran melalui kisi (Vs) = (0,3 -1,2) m/detik

f. Volume material (V) = (3,5 – 8) m3/106 m3 air baku

g. Kedalaman (Y) = (0,16 – 0,2) m, diambil y = 0,2 m

h. Lebar saluran (L) = (0,32 – 0,4) m

i. Koefisien manning (n) = 0,013

j. Slope (s) = 0,001 m/m

Jumlah batang (n)

B=(n× w )+( n+1 )b

0,75=(0,008 n )+ (n+1 ) 0,025

0,75=0,008 n+0,025 n+0,025

0,75=0,033 n+0,025

0,033 n=0,725

n=0,7250,033

=22batang

Jumlah bukaan (s)

s=n+1

s=22+1=23 bukaan

Lebar saluran bukaan total (Lt)

¿=b× s

¿=0,025 ×23=0,575 meter


IV-3


Kedalaman batang terendam (Yb)

Yb= Ysin θ

Yb= 0,2sin 60

=0,23m

Kecepatan Bar Screen (Vb)

Vb= Q¿×Yb

= 0,1400,5 75 ×0,23

=1,06 m/detik

Head loss bar

hL=Vb2

2 g= 1 , 062

2× 9,81=0,0 57 meter

Ketinggian setelah bar (Y’)

Y '=Y −hL

Y '=0,2−0,0 57=0,1 43 meter

3. Saluran Pembawa

Saluran ini dibuat untuk membawa air baku dari pintu air ke bak pengumpul.

Saluran yang digunakan adalah saluran terbuka berbentuk segi empat dan terbuat

dari beton. Adapun ketentuannya adalah :

a. Panjang saluran pembawa (P) = 5m (direncanakan)

b. Koefisien manning (n) = 0,013

Maka,

Luas Lintasan Saluran Pembawa

A=Qv=0,140 m3/detik

0,5 m /detik=0,28 m2

Penentuan Dimensi Saluran

Persyaratan saluran Ekonomis adalah


IV-4


L+2md=2d √1+m2 dengan m = kemiringan tebing = 0

Saluran tegak hidrolis optimum : d = 0,5L

A=d × L

A=d × 2 d

A=2 d2

0,28 m2=2 d2

d=[ 0,282 ]

12=0,37 m

L=2d=2× 0,37=0,74

Maka dimensi saluran pembawa adalah

Panjang (P) = 5 meter

Lebar (L) = 0,74 meter

Kedalaman (d) = 0,37 meter + 0,2 meter (fb) = 0,57 meter

Jari-jari Hidrolis (R)

R= A2 d × L

R= 0,28 m2

2 (0 , 57 m )× 0,74 m=0 ,33 meter

Kemiringan Saluran (s)

S=[ nv2

R2/3 ]2

S=[ nv2

R2/3 ]2

=[ (0,013 )(0,52)(0 ,33)2 /3 ]

2

=4,63 ×10−5m /m

Head Loss pada saluran pembawa (hL)

hL=Ssaluran × P saluran

hL=4,63 ×10−5 mm

×5m=2,31 ×10−4 meter


IV-5


Sketsa saluran pembawa yang direncanakan dapat dilihat pada Gambar 4.2

sebagai berikut :

Gambar 4.2 Saluran Pembawa

4. Perhitungan Sumur atau Bak Pengumpul

Bak pengumpul adalah tempat mengumpulkan air yang telah disadap

sebelum disalurkan ke instalasi. Bak pengumpul dibuat dengan ketentuan

sebagai berikut.

a. Direncanakan td = 20 menit

b. Tebal dinding saluran = 25 cm

c. Direncanakan bak berbentuk persegi panjang dengan perbandingan

P : L = 2 : 1

d. Direncanakan tinggi bak = 3 m

Volume bak pengumpul

V=Q × td

V=0,140 m3/detik ×20menit ×60detik /1menit=168 m3


IV-6


Luas sumuran

A=VolumeTinggi

=168 m3

3m=56 m2

Dengan perbandingan P : L = 2 : 1 maka

P=2 L

A=P× L

A=2L2

56=2L2

L=√ 562

=5,3meter

P=2 L=2 ×5,3 meter=10,6 meter

Sehingga Dimensi Bak adalah

P = 10,6 meter

L = 5,3 meter

T = 3 meter

4.2.2 Koagulasi

Bak pembubuhan koagulan

Kriteria Desain :

a. Dosis pembubuhan koagulan = 30 mg/L

b. Konsentrasi larutan = 5 %

c. Berat jenis alum = 2,71 kg/L

d. Debit pengolahan (Q) = 140 L/detik = 0,140 m3/detik

Kebutuhan alum

Dosis× Q=kebutuhan alum

kebutuhan alum=30 mgL

×140 Ldetik

× 1 gr103 mg

× 60 detikmenit

¿252 gr /menit


IV-7


Volume alum

Volume Alum=Kebutuhan AlumBJ Alum

¿252 grmenit

× 1 L2,71 kg

× 1kg103 gr

× 103 mL1 L

¿92,99 mL /menit

Volume berat pelarut (Vw)

Vw=955

×kebutuhan Alum=955

×252 grmenit

=4788 mL /menit

Volume larutan

VL=Volume Alum+Vw=92,99+4788=4880,99 mL/menit

Kemudian direncanakan akan dibuat 2 bak :

Maka kapasitas pelarut = 4880,99 mL /menit

2=2440,5 mL /menit

Periode pelarut direncanakan 8 jam

Volume bak=8 jam ×2440,5 mLmenit

×60 menitjam

× 1L1000 mL

¿1171,44 L=1,171m3

Dengan asumsi P : L : T = 1 : 1 : 1 sehingga 3√1,171=1,05 dibulatkanmenjadi 1meter

Maka dimensi bak pembubuhan koagulan adalah

P = 1 meter, L = 1 meter dan T = 1 + 0,2 (fb) = 1,2 meter

Bak koagulasi

Kriteria Desain :

a. Waktu detensi (td) = 1,5 menit = 90 detik


IV-8


b. Suhu air = 24oC

c. ρ air = 1 kg/L

d. bak terdiri dari 2 buah

e. Q = 140 L/detik = 0,140 m3/detik

f. Q/bak = 0,0525 m3/detik

g. D impeller = (50 -80) % lebar bak, diambil 80 %

h. Lebar impeller = (1/6 – 1/10) D, diambil 1/6 D

Volume bak

Volume /bak=Q ×td=0,0525 ×90=4,725 m3

Dengan asumsi P : L : T = 1 : 1 : 1

sehingga 3√4,725=1,67 dibulatkanmenjadi1,7 meter

Maka diperoleh

P = 1,7 meter, L = 1,7 meter dan T = 1,7+ 0,2 (fb) = 1,9 meter

Jenis pengaduk : impeller dengan 2 blade

Konstruksi impeller

D=80 %× L=80%×1,7=1,36 mr=0,5 × D=0,5× 1,36=0,68 m

Lebar blade=w=16

× D=16

× 1,36=0,23 m

Kecepatan blade

n (jumlah putaran blade) = 25 rpm

Cd = 1,8

K (faktor permukaan blade) = 0,25

V blade=[ (1−k )( 2 π r n60 )]=[ (1−0,25 )( 2 π 0,68 ×25

60 )]¿1,34 m /dtk

A=2 ( D ×W )=2 (1,36 ×0,23 )=0,625 m2

P=12

× Cd × A × ρ ×V 3=12

×1,8 ×0,625 × 0,933 ×10−4

0,92 ×10−6 × 1,23

¿98,57 N m2/detik


IV-9


Syarat koagulasi :

G = (200 – 400) /detik

Td = 0,5 – 2,0 menit

G.td = 30.000 – 150.000

G=√ Pμ× C

=¿√ 98,57(0,933 ×10−4 )(4,725)

= 472,8detik

tidak memenuhi syarat ¿

G .td=472,8× 90=¿42557 memenuhi syarat

4.2.3 Flokulasi

Kriteria Desain :

a. Debit pengolahan (Q) = 140 L/detik = 0,140 m3/detik

b. Waktu detensi (td) = (10-20) menit, diambil td = 10 menit

c. Temperatur = 24oC

d. Bak terdiri dari 2 kompartemen

e. H (ketinggian) bak diasumsikan 3 meter

f. Pengaduk menggunakan paddle

g. K = 0,25

h. Cd = 1,8

i. Vp = (0,6 – 0,9) m/detik, diambil 0,6 m/detik

j. Vair = (15 – 45) cm/detik, diambil Vair = 15 cm/detik = 0,15 m/detik

Volume bak

Volume=Q× td=0,140 m3/detik ×10 menit ×60 detikmenit

=84 m3

Volume /bak=842

=42 m3

Asumsi P = L dengan T = 3 m

A=VolumeT

=423

=14 m2√14=3,74 m≈ pembulatanmenjadi 4 meter


IV-10


Maka :

P = 4 meter; L = 4 meter; T= 3meter

Diasumsikan tiap impeller terdapat 2 paddle dengan diameter,

D 1=D 2=60 %× L=60 %× 4 meter=2,4 meter

w=16

× D=16

× 2,4 meter=0,4 meter

Luas paddle=2× (2,4 × 0,4 )=1,92m2

V impeller=V airK

=0,15 m /detik0,25

=0,6 m /detik

V paddle=(1−k )×V impeller=(1−0,25 ) ×0,6=0,45 m /detik

μ=0,933× 10−4 kg .dt /m2

ϑ=0,92 ×10−6 m2/detik

P=12

× Cd × A × ρ ×V 3=12

×1,8 ×1,92 × 0,933× 10−4

0,92 ×10−6 ×0,453

¿15,97 N . m2/detik

Syarat flokulasi :

G = (10 – 100) /detik

Td = 10 – 20 menit

G.td = 10.000 – 30.000

G=√ Pμ× C

=¿√ 15,97(0,933 ×10−4 )(31,5)

=73,71/detik memenuhi syarat ¿

G .td=73,71 ×600=¿44226 tidak memenuhi syarat

4.2.4 Sedimentasi

Kriteria Desain :

a. Kecepatan mengendap : V overflow rate = (0,02 -0,03) cm/detik, diambil

V overflow rate = 0,03 cm/detik

b. Kecepatan mengendap flok Alum = 0,9 m/jam = 0,025 cm/detik

c. Bilangan reynold N ℜ<500


IV-11


d. Bilangan Freud N Fr>10−5

Direncanakan :

Jarak antar plate, w = (5-10) cm diambil w = 10 cm = 0,1 m

Tebal plate, d = 0,5 cm = 0,005 m

Kemiringan, θ = 60o

Dibuat 2 bak

υ=0,9186 ×10−6 m2/detik Kinerja bak = 1/3 (good performance)

Penyisihan 80 %

Asumsi H zona pengendapan = 1,0 meter

Berdasarkan Grafik Hubungan antara efisiensi penyisihan dengan

kinerja maka diperoleh :

tto

= VoQ / A

=2,1

Vo desain=2,1 × QA

=2,1 ×0,025 cmdetik

¿0,0525 cmdetik

=5,25× 10−4 m /detik

Bak dengan plate settler

Vo=QA

× wH . cos∝+w .cos2∝

5,25 ×10−4=QA

× 0,11.cos60o+0,1.cos260o

QA

=3,14 ×10−3m /detik

Dimensi bak

Q=140 Ldetik

=0,140 m3/detik


IV-12


A total= 0,140 m3 /detik3,14 ×10−3m /detik

=44,58 m2 ≈ 45 m2

Dibuat 2 bak dengan Luas permukaan/bak = 22,5 m2/bak

Diambil P : L = 4 : 1

A=P× 14

P=14

P2=22,5 m2

P=9,5 meter

L=2,4 meter

Kecepatan dalam Plate Settler

V 1=Q

A . sin∝=QA

× 1sin∝=3,14 ×10−3 m

detik× 1

sin 60o

¿3,62 ×10−3 m /detik

Cek Nre

N ℜ=V 1 × RH

υ

RH= jari− jarihidrolis=Luas Penampang BasahKeliling Basah

¿ 0,1× 2,02×(0,1+2)

=0,05 meter

N ℜ=3,62 ×10−3 m

detik× 0,05 meter

0,9186 × 10−6 m2/detik=197,0<500

Kesimpulan : Nilai NRE memenuhi syarat

Cek NFr

N Fr=V 1

2

g× RH

¿(3,62 ×10−3 m

detik )2

9,81 ×0,05=2,67 ×10−5>10−5

Kesimpulan : Nilai NFr memenuhi syarat

Jumlah Plate (n)


IV-13


n=P . sin∝w

+1

n=8,2× sin600,1

+1=72buah

Koreksi terhadap panjang (karena ketebalan plate)

k=n × tebalsin∝=72 × 0,005

sin 60o =0,42

panjang bak sebenarnya adalah 9,5 meter + 0.42 = 9,92 meter

Volume lumpur

Asumsi konsentrasi lumpur = 5 mL/L = 0,005 L/L

Q/bak = 140L/detik /2 = 70 L/detik

Volume lumpur=70 Ldetik

× 0,005 LL=0,35 L

detik

¿ 0,35× 864001000

=30,24 m3/hari

Bak sedimentasi dengan plate settler biasanya meliputi :

75 % panjang bak keseluruhan

25 % dibiarkan turbulen (untuk mendapatkan sludge collector)

Maka,

panjangbak keseluruhan=10075

×9,92=13,21m ≈ 13meter

4.2.5 Filtrasi (Saringan Pasir Cepat)

Kriteria Desain :

a. Debit air (Q) = 140 L/detik = 0,140 m3/detik

b. Laju filtrasi (v) = 5 m3/jam/m2 = 0,139 cm3/detik/cm2 = 0,139 cm/detik

c. Jumlah filter (n) = 12√Q=12√0,140=4,5 ≈ 5 buah

d. Debit tiap filter = 140 L/detik

5=28 L

detik=101 m3/ jam

e. Perbandingan luas tiap orifice : luas Filter = (1,5 -5) x 10-3 : 1

f. Perbandingan luas lateral : luas orifice = (2 – 4) : 1

g. Perbandingan luas manifold : luas lateral = (1,5 -3) : 1

h. Diameter orifice = ¼ “ – ¾ “ , asumsi ½ “


IV-14


i. Jarak orifice (pusat ke pusat) = 3” – 12”

j. Ukuran media filter = (2,0 -3,0)

k. Diasumsikan media penyangga mempunyai 1 lapis dengan tebal 25 cm

l. Diasumsikan media penyaring terdiri dari 5 lapis dengan tebal 75 cm

Ukuran filter

Luas permukaan filter

A=Qv= 101 m3/ jam

5 m3/ jam/m2 =20,2m2

Dengan P : L = 4 : 1

P=2 L

A=P x L

A=2L2

20,2 m2=2 L2

L=3,5 meter dan P=2L=2× 3,5=7,0 mete runtuk setiap filter

Sistem Under Drain (Perpipaan)

Orifice

Perbandingan luas tiap orifice : luas Filter = (2 x 10-3) : 1

Luas filter (A) = 20,2 m2

Luas orifice=A orifice x A filter

¿ (2 x10−3 )× (20,2 )=0,0404 m2=404 cm2

Diameter orifice = ½ “ = 1,27 cm

Luas tiap orifice=14

× π× d2=14

× π ×(1,27)2=1 ,27 cm2

Jumlah orifice = luas orificeluastiap orifice

= 404 cm2

1 ,27 cm2 =318,11≈ 318buah

Pipa lateral

Perbandingan luas lateral : luas orifice = 2 : 1

Luas lateral=A orifice x 2=404 cm2 ×2=808 cm2

Jarak antar lateral diasumsikan 30 cm

Jumlah pipalateral= Luas LateralJarak Lateral

=808 cm2

30 cm=26,93≈ 27 buah


IV-15


Jumlah pipa lateral tiap sisi = 27 buah

Maka 27×2=54 buah

Debit di Lateral= Debit tiap FilterJumlah pipalateral

¿ 28 L /detik54

=0,52 L/detik

Luas tiap Lateral= Luas LateralJumlah pipalateral

¿ 808 cm2

54=14,96 cm2

Diameter Lateral=√ 4 × Luas tiap Lateralπ

¿√ 4 ×14,96 cm2

π=4,36 cm=1,7 ≈2

Jumlah orifice

Tiap Lateral= Σ orificeΣtotal lateral

=31854

=5,88 ≈ 6buah

Jumlah orifice total = jumlah orifice tiap lateral x jumlah pipa lateral

¿6×54=324 buah

Pipa manifold

Perbandingan luas manifold : luas lateral = 2 : 1

Luas manifold=A lateral x2=808 cm2× 2=1616 cm2

Jarak antar lateral diasumsikan 30 cm

Diameter Manifold=√ 4 × Luas manifoldπ

¿√ 4×1616 cm2

π=45,37 cm≈ 45 cm

¿17,71 ≈ 18 =45,72 cm

Luas manifold=14

× π ×d2


IV-16


¿ 14

× π ×(45,72)2=164 1 ,7 cm2

Jarak penempatan sistem underdrain

Panjang Lateral=L bak−∅manifold2

− jarak lateral

Panjang Lateral=350 cm−45,72 cm2

−30 cm=122,14 cm

Jarak antar Orifice=Panjang Lateral−(2 ×10 )Σ orifice tiaplateral−1

¿ 122,14−(2 ×10)4−1

=34,05 cm

Dengan asumsi tebal dinding 20 cm

Panjang manifold=panjangbak+(2 ×tebal dinding )+50 cm

¿700 cm+ (2× 20 )+50 cm=790 cm ≈ 8 m

Kecepatan aliran dalam pipa sistem underdrain

Manifold

V manifold=QA

=28000 cm3/detik164 1,7 cm2 =17,06 cm /detik

Lateral

V lateral=QA

=520 cm3/detik14,96 cm2 =34,7 6 cm /detik

Orifice

V orifice=QA

=¿¿¿

Kehilangan Tekan Pada Saat Filtrasi

Tabel 4.1 Diameter dan Tebal Lapisan Filtrasi

Diameter Tiap Lapisan Tebal Lapisan (tiap lapisan)

0,4 – 0,5 mm 250 mm

0,5 – 0,6 mm 250 mm


IV-17


0,6 – 0,7 mm 200 mm

0,7 – 0,8 mm 200 mm

0,8 – 0,9 mm 100 mm

Sumber : Laporan Drainase, Astri, 2003

Diketahui :

d10 = 0,4 – 0,5 mm

d60 = 0,6 – 0,7 mm

ρpasir=2,65

ψ pasir=0,80

f pasir=0,40

ρm penyangga=1,45

ψm penyangga=0,75

f m penyangga=0,4

Media Penyangga

l = 250 mm = 25 cm

d1

d2=

ψ2

ψ1.[ ρ2−1

ρ1−1 ]1/2

Dengan,

d2=diameter lapisan 1=√ (0,4 ×0,5 )=0,447

ψ2=ψ pasir=0,80

ψ1=ψm penyangga=0,75

ρ1=ρm penyangga=1,45

ρ2=ρpasir=2,65

Lalu,

d1

0,447=0,80

0,75. [2,65−1

1,45−1 ]1 /2

d1=0,913mm=0,0913 cm


IV-18


hL= kg

.υ .V f . (1− f )2

f 3 .( 6ψ )

2

.Σρi

d i. L

dengan,

k = koefisien = 5

g = gravitasi = 9,81 m/detik2 = 981 cm/ detik2

Vf = kecepatan filtrasi = 0,139 cm/s

υ=koefisien=0,01

f = fm penyangga

ψ=ψm penyangga

di = diameter lapisan

L = tebal lapisan

Maka,

hL= 5981

.0,01. 0,139. (1−0,45 )2

0,453 .( 60,75 )

2

.1i

0,0913.25=0,41 cm

Media Penyaring

Tabel 4.2 Gradasi Media Penyaring

di di2 ρi (%) ρi/di2

0,0447 0,0020 25 125,00,0548 0,0030 25 83,30,0648 0,0042 20 47,60,0748 0,0056 20 35,70,0849 0,0072 10 13,9

Jumlah 305,6Sumber : Hasil Perhitungan

hL= kg

.υ .V f . (1− f )2

f 3 .( 6ψ )

2

.Σρi

d i. L

hL= 5981

.0,01. 0,139. (1−0,4 )2

0,43 .( 60,8 )

2

. (305,6 ) .75=51,37 cm

Sistem Under Drain

Kehilangan tekanan pada orifice

Q orifice = 128,7 cm3/detik


IV-19


A orifice = 1,93 cm2

V orifice = 66,7 cm/detik

C = 0,6

Q=C . A √2. g .hf

hf = Q2

C2 . A2 ,2 g= 128,72

(0,6)2. (1,93 )2 ,2(9,81)=629,6 cm

Kehilangan tekanan pada pipa lateral

V lateral = 34,41 cm/detik

L lateral = 94,6 cm

Diameter lateral = 4,34 cm

f = 0,04

hf =13

. f . Ld

.( v2

2 g )=13

.0,04 . 94,64,34

.( 34,412

2 ×9,81 )=17,5 cm

Kehilangan tekanan pada manifold

V manifold = 17,28 cm/detik

L manifold = 690 cm

Diameter manifold = 50,8 cm

f = 0,04

hf =13

. f . Ld

.( v2

2 g )=13

.0,04 . 69050,8

.( 17,282

2 × 9,81 )=2,76 cm

Kehilangan tekanan karena perubahan kecepatan pada lateral dan orifice


V lateral = 34,41 cm/detik

hf Lo=v1

2−v22

2 g=

(66,7)2−(34,41)2

2 ×9,81=166,4 cm=1,7 m

Kehilangan tekanan karena perubahan kecepatan pada lateral dan manifold


V manifold = 17,28 cm/detik


IV-20


hf Lm=v1

2−v22

2g=

(66,7)2−(17,28)2

2 × 9,81=211,5 cm=2,12 m

Kehilangan total pada sistem under drain

hf total = 629,6 cm + 17,5 cm + 2,76 cm + 166,4 cm + 211,5 cm

= 1027,76 cm = 10,3 m

Kehilangan tekanan pada saat filtrasi

hf total = HL media penyangga + HL media penyaring + HL total pada media

sistem underdrain

= 0,41 cm + 51,37 cm + 1027,76 cm

= 1079,54 cm = 10,8 m

Kehilangan tekanan pada saat backwash

Kriteria Desain :

Kecepatan backwash = 30 m/jam = 0,83 cm/detik

Media penyangga

fe3

1− fe= Ke

g.υ .Vo .

ρw

ρs− ρw.( 6

w . di )2

fe3

1− fe= 4

981.0,01.0,83 . 1

1,45−1.( 6

0,75 .0,0913 )2

=0,58≈ 0,6

Dari tabel “values of 1/(1-fe) Corresponding to values of fe3/(1-fe) ranging

from 0,1 – 0,9” (terlampir)

Diperoleh,

11−fe

=2,59 untuk fe3+¿

1−fe=0,6¿

12,59

=1− fe maka fe = 0,6

f media penyangga (kriteria desain) = 0,5

fe > f maka media penyangga terekspansi

(L= tebal media penyangga= 25 vm)

¿= 1−f1−fe

.L=1−0,51−0,6

.25=31,25 cm


IV-21


HL media penyangga

H L=¿ (1−fe ) ( ρm−1 )=31,25 (1−0,6 ) (1,45−1 )=5,635 cm

Media penyaring

fe3

1−fe= Ke

g.υ .Vo .

ρw

ρs−ρw.( 6

w .di )2

fe3

1−fe= 4

981.0,01.0,83 . 1

2,65−1.( 6

0,8 . di )2

fe3

1−fe=1,154 × 10−3

di2

Tabel 4.3 Laju Media Terekspansi

di di2 fe3/(1-fe) fe f

0,0447 0,0020 0,6 0,60 0,50,0548 0,0030 0,4 0,56 0,50,0648 0,0042 0,3 0,52 0,50,0748 0,0056 0,2 0,47 0,50,0849 0,0072 0,2 0,47 0,5

Sumber : Hasil Perhitungan

Lapisan 1, 2 dan 3 akan terekspansi karena nilai fe > f sedangkan

lapisan 4 dan 5 tidak terekspansi karena fe < f

Tebal lapisan = 75 cm

Tabel 4.4 Tebal Media yang Terekspansi

di ρi (%) Li Le

0,0447 25 18,75 23,440,0548 25 18,75 21,310,0648 20 15,00 15,630,0748 20 15,00 15,000,0849 10 7,50 7,50

Sumber : Hasil Perhitungan


IV-22


Lapisan 1,2 dan 3 terekspansi karena ada perubahan tinggi lapisan,

sedangkan lapisan 4 dan 5 tidak terekspansi karena Li = Le.

H L=¿ (1−fe ) ( ρ s−1 )=31,25 (1−0,6 ) (1,45−1 )=5,635 cm

HL Lapisan 1 = 23,44 (1−0,6 ) (2,65−1 )=15,47 cm

HL Lapisan 2 = 21,31 (1−0,56 ) (2,65−1 )=15,47 cm

HL Lapisan 3 = 15,63 (1−0,52 ) (2,65−1 )=12,38 cm

HL Total media penyaring = ∑ HL tiap lapisan

= 15,47 + 15,47 + 12,38 = 43,32 cm

Maka,

HL Total media = HL Total media penyangga + HL Total media

penyaring

= 5,635 cm + 43,32 cm = 48,95 cm

HL media tidak terekspansi

Tabel 4.5 HL Media yang tidak Terekspansi

di di2 Li Le

0,0748 0,0056 15,00 2678,60,0849 0,0072 7,50 1041,7

Jumlah 3720,2Sumber : Hasil Perhitungan

hL= keg

. υ . V f . (1−f )2

f 3 .( 6ψ )

2

. Σ( 1i

d i)

2

. L

hL= 4981

.0,01. 0,83. (1−0,5 )2

0,53 .( 60,8 )

2

.3720,2=14,16 cm

Kesimpulan :

HL saat backwash = HL terekspansi + HL tidak terekspansi

= 48,95 + 14,16 = 63,11 cm

4.2.6 Desinfeksi

Desinfeksi yang digunakan adalah kaporit yang mengandung 60 % klor,

pembubuhan dilakukan dengan bak mom.


IV-23


Kriteria desain :

a. Daya pengikat khlor (DPC) diasumsikan = 1,25 mg/L

b. Sisa khlor pada pH 8-9 = (0,2 -0,4) mg/L diasumsikan 0,4 mg/L

c. Q = 140 L/detik

d. Periode Pelarutan = 8 jam

e. Berat Jenis Kaporit = 0,8660 kg/L

f. Konsentrasi Larutan = 3 %

g. Jumlah Bak = 2 buah

Perhitungan :

Total dosis khlor

Total dosis khlor = DPC + sisa khlor = 1,25 mg/L + 0,4 mg/L = 1,65 mg/L

Kebutuhan khlor

Kebutuhan khlor = Q x Total khlor

¿140 Ldetik

×1,65 mgL

×86400 detikhari

× 1106

mgkg

¿19,96 kghari

≈ 13,86 grmenit

Kaporit yang dibutuhkan

Kaporit yang dibutuhkan ¿13,86 grmenit

× 8 jam ×60 menit

¿6652,8 grjam

≈ 6,65 kgjam

Volume kaporit

Volume kaporit ¿19,96 kg

hari0,8660 kg/ L

=23,05 L/hari

Kebutuhan air pelarut

Kebutuhan air pelarut ¿973

× 23,05 Lhari

=745,28 L/hari


IV-24


Volume larutan

Volume larutan = 23,05 L/hari + 745,28 L/hari

= 768,33 L/hari ≈ 0,8 m3/hari

Kapasitas Bak Mom direncanakan 500 cc/menit, dibuat 2 bak dengan

periode pelarutan 8 jam

Volume Bak Mom

Volume Bak Mom = 768,33 L/hari x 8 jam x (1/24) hari/jam

= 256,11 L = 0,256 m3

Dimensi Bak Mom


Maka, 3√0,256=0,635 meter

Sehingga,

P = 0,635 meter

L = 0,635meter

T = 0,635 meter

Bak Pencampur direncanakan untuk 1 hari

Kapasitas bak = 248

× 0,256 m3=0,768 m3


Maka, 3√0,768=0,92meter

Dimensi Bak Pencampur adalah

P = 0,92 meter ≈ dibulatkan 1 meter

L = 0,92 meter ≈ dibulatkan 1 meter

T = 0,92 meter ≈ dibulatkan 1 meter

4.2.7 Reservoir

Dimensi reservoir dihitung dari adanya fluktuasi air minum tiap satuan

waktu.


IV-25


Tabel 4.6 Pemakaian Air Bersih

Waktu Jumlah Jam

Supply per jam

Pemakaian Per jam

Jumlah Supply

Jumlah Pemakaia

n

Reservoir

Surplus Defisit

22.00 - 05.00 7 4,17 0,75 29,19 5,25 23,9405.00 - 06.00 1 4,17 4,00 4,17 4,00 0,1706.00 - 07.00 1 4,17 6,00 4,17 6,00 1,8307.00 - 09.00 2 4,17 8,00 8,34 16,00 7,6609.00 - 10.00 1 4,17 6,00 4,17 6,00 1,8310.00 - 13.00 3 4,17 5,00 12,51 15,00 2,4913.00 - 16.00 3 4,17 6,00 12,51 18,00 5,4916.00 - 17.00 1 4,17 10,00 4,17 10,00 5,8317.00 - 20.00 3 4,17 4,50 12,51 13,50 0,9920.00 - 21.00 1 4,17 3,00 4,17 3,00 1,1721.00 - 22.00 1 4,17 1,75 4,17 1,75 2,42

Jumlah 24 100 27,70 26,12Sumber : Hasil Perhitungan

Untuk perhitungan reservoir harus diperhitungkan besarnya debit yang

masuk ke dalam reservoir dan debit yang keluar dari reservoir. Persentase

debit/jam yang masuk ke reservoir mempunyai harga konstan yaitu

100 %24 jam

=4,17 %

Sedangkan debit yang keluar dari reservoir bervariasi tergantung dari pemakaian

air minum kota.

Berdasarkan tabel diatas maka dapat dihitung dimensi reservoir yaitu

Volume reservoir

Persentase volume reservoir ¿27,70+26,12

2=26,91%

Volume reservoir

= % p x Q dengan fh = 2,5

¿26,91 %×140 Ldetik

× 86400 detikhari

× 11000

m3

L

¿3255,03 m3

Dimensi reservoir

Tipe reservoir yang direncanakan adalah ground reservoir


IV-26


Volume reservoir ¿3255,03 m3

Kriteria kedalaman resevoir adalah 3 – 6 m, maka untuk perencanaan

diambil kedalaman 5 m

Direncanakan kedalaman reservoir = 5 meter (Dr)

Luas melintang reservoir

A= VrDr

=3255,03 m3

5 m=651,01 m2

Volume reservoir = 3255 m3

Direncanakan lebar reservoir = 12 meter maka panjang reservoir adalah

p= AL

=651,01 m2

12 m=54,25 m≈ 54 m

Dimensi reservoir adalah

P = 54 meter

L = 12 meter

T = 5 meter

Perpipaan reservoir

Pipa inlet

Debit pipa inlet reservoir, Qi = 140 L/detik ≈ 0,140 m3/detik

Kecepatan pipa inlet, desain = 1,77 m/detik

Diameter pipa inlet, di=√ 4 .Qiπ . vi

=√ 4 × 0,140π ×1,77

¿0,32 meter ≈ 12inchi

Pipa outlet

Debit pipa outlet reservoir, Qo = Qi x fp = 0,140 x 2,50 = 0,35 m3/detik

Kecepatan outlet desain, Vo = 3 m/detik

Diameter pipa outlet, do=√ 4 .Qoπ . vo

=√ 4 ×0,35π ×3

¿0,39 meter ≈ 15 inchi

Pipa penguras

Tinggi penguras = Dp = 3 meter


IV-27


Volume penguras reservoir = Pr x Lr x Dp = 54 x 12 x 3 = 1944 m3

Waktu pengurasan, tp = 12 menit

Kecepatan pengurasan, Vp = 2,5 m/detik

Debit pengurasan, Q=Volumetp

= 1944 m3

12 menit

¿162 m3

menit≈ 2,7 m3/detik

Direncanakan menggunakan 2 buah pipa penguras maka :

Qp=2,7 m3/detik2

=1,35 m3 /detik

Diameter pipa penguras,

dp=√ 4 . Qpπ . vp

=√ 4 ×1,35π ×2,5

=0,83 meter ≈ 33 inchi

Pipa overflow

Debit over flow, Qof = Qi = 0,140 m3/dtk

Kecepatan over flow, Vof = Vi = 1,77 m3/dtk

Maka diameter over flow, Dof = Di = 170 mm ≈ 8 inchi

Pipa ventilasi

Direncanakan menggunakan 2 pipa ventilasi

Debit pengaliran udara,

Qud=Qo−Qi=0,35−0,140=0,21 m3/detik

Udara pipa,

Q=Qud2

=0,21 m3/detik2

=0,105 m3 /detik

Kecepatan ventilasi, v = 6 m/detik

Dimensi pipa ventilasi,

dv=√ 4 .Qπ . vd

=√ 4 . 0,105π .6

=0,15 meter ≈ 6inchi


IV-28



IV-29

Documents

Bab IV Perhitungan Desain Teknis