Upload
erwin1903
View
296
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
8/13/2019 Unit Operasi 3
1/67
PowerPoint Templatewww.themegallery.com
SUARNI S. ABUZAR, MS
Pertemuan
8/13/2019 Unit Operasi 3
2/67
Sedimentasi proses pengendapan partikel-partikelzat padat dalam suatu cairan sebagai akibat gayagravitasi baik individu atau bersama-sama sehinggamenghasilkan cairan yang lebih jernih dan suspensiyang lebih kental.
Proses pemisahan partikel padat dari cairan dapatjuga dilakukan dengan cara flotasi, dimanapadatannya diapungkan.
Berdasarkan pada kepekatannya, suspensi terbagiatas 3 (tiga) :1. Suspensi encer bila 500 ppm;2. Suspensi intermediate bila antara 500 ppm 10000
ppm;
3. Suspensi kental bila 10000 ppm.
8/13/2019 Unit Operasi 3
3/67
Partikel pembangun suspensi tersebut dibedakan atas 2 (dua) jenis: Partikel diskrit: yakni partikel yang mengendap sebagai partikel tun
ggal (tidak bergabung) misalnya; butiran pasir, batu bata, dan lain-l
ain.
Partikel flokulen: yakni partikel yang mengendap akibat berat yang
dibentuk dengan cara menggabungkan diri agar menjadi lebih besar/
flok. Misalnya; senyawa asam organik.
8/13/2019 Unit Operasi 3
4/67
Pengendapan partikel dalam air dipengaruhi
oleh faktor-faktor:
1.Ukuran partikel, semakin besar semakin cepat menge
ndap dan semakin banyak yang terendapkan;
2.Bentuk partikel, bulat, pipih atau tak beraturan;3.Berat jenis atau kerapatan massa partikel;
4.Berat jenis cairan;
5.Viskositas cairan;
6.Konsentrasi partikel dalam cairan;
7.Sifat partikel dalam suspensinya;
8.Temperatur.
8/13/2019 Unit Operasi 3
5/67
Ukuran dan bentuk partikel akan mempengaruhi ratio permukaan terhadap volume partikel. Sedangkan konsentrasi partikel mempengar
uhi pemilihan tipe bak sedimentasi. Temperatur mempengaruhi viskos
itas dan berat jenis cairan. Semua faktor yang disebutkan diatas mempengaruhi kecepatan mengendap partikel pada bak sedimentasi.
Karena itu dibutuhkan satuan operasi dalam mendesain bak sedimentasi melalui percobaan di laboratorium untuk mengetahui waktu loading, kecepa
tan mengendap, konsentrasi partikel dan lain sebagainya agar penggunaa
n bak sedimentasi efektif dan efisien.
8/13/2019 Unit Operasi 3
6/67
4 (empat) tipe sedimentasi :1. Klarifikasi golongan 1. Proses sedimentasi tanpa pem
bubuhan kimiawi karena yang diharapkan mengendapadalah partikel diskrit. Proses ini biasa terjadi pada Grit
Chamberdan bak prasedimentasi;
2. Klarifikasi golongan 2. Partikel mengendap sebagai
kumpulan yang dikatalis oleh zat kimiawi tertentu, mis
alnya Aluminium Sulfat;
3. Zone Settling. Kepekatan yang tinggi suatu suspensi
menghasilkan ikatan dan struktur plastis partikel-parti
kel akibat adanya gaya kohesi antar partikel tersebut;
4. Kompresi. Struktur plastis partikel-partikel yang berlapis semakin lama semakin tebal sehingga lapisan diba
gian bawah akan mengalami pemadatan dan lebih pek
at.
8/13/2019 Unit Operasi 3
7/67
Gambar 3.2 Diagram Paragenesis
8/13/2019 Unit Operasi 3
8/67
Klarifikasi golongan I merupakan pengendapan tak terhalang dari suatu partikel diskrit pada suatu suspensi encer. Pros
es ini diterapkan untuk mengendapkan air baku yang beras
al dari air permukaan misalnya; sungai dan danau. Dan bia
sanya pada unit grit chamberdan atau bak prasedimentasi.
Dengan tujuan untuk menurunkan kekeruhan air baku, me
mpermudah proses atau tidak memperberat beban kerja un
it sesudahnya dan mengurangi pemakaian bahan kimia pa
da proses selanjutnya. Suspensi bersifat encer dan kecepatanmengendapkan tergantung berat jenis (BJ) dan diameter pa
rtikel (Dp)
8/13/2019 Unit Operasi 3
9/67
Pada suatu partikel diskrit berdiameter Dp, memiliki massa m, didalam suatu cairan akan bekerja gaya-gaya :
- Gaya Luar (External Force)Gaya yang timbul akibat massa dan percepatan gerak pengendapan partikel
FE = (3.1)
Dimana :
FE = Gaya Luar, (lb force)
m = Massa Partikel, (lb mass)
ae = Percepatan gerak pengendapan partikel, (ft.sec-1)
gc = Faktor konversi hukum Newton, (32,17 ft.lb mass/ft. lb force)
- Gaya Apung (Buoyant Force)Gaya perlawanan yang diberikan cairan terhadap partikel yang mengendap yang besarnya:FB = (3.2)
Dimana :
FB = Gaya Apung, (lb force)
= Densitas cairan, (lb mass.ft-3)
s = Densitas partikel, (lb mass.ft-3)
eg
eam.
eg
em.a
s
8/13/2019 Unit Operasi 3
10/67
Gaya Friksi/gaya gesekan partikel (Frictional Force)
Gaya gesekan/tahanan yang besarnya tergantung pada tingkat keka
saran, ukuran, proyeksi luas, bentuk dan kecepatan pengendapan pa
rtikel.
FD = (3.3)
Dimana :
FD = Gaya Friksi, (lb force)
CD = Coeffisient of drag
Ap = Luas Proyeksi Partikel, (ft2)
V = Kecepatan linier partikel (ft.sec-1)
e2.g
2..p
.AD
C
8/13/2019 Unit Operasi 3
11/67
sedangkan partikel akan mengalami kecepatan
pengendapan terminalnya adalah pada saat :
8/13/2019 Unit Operasi 3
12/67
Dimana: vt = kecepatan pengendapan terminal (terminal settlingvelocity)Koefisien tahanan partikel (CD) merupakan fungsi dari Bilangan Reynold(NRE)untuk mengetahui hubungan keduanya dan bentuk geometripartikel, berikut ini ditampilkan Grafiknya.
8/13/2019 Unit Operasi 3
13/67
Gambar 3.4 Grafik Hubungan CD, NRE dan Bentuk Geometrik Partikel
8/13/2019 Unit Operasi 3
14/67
Dari grafik dapat dilihat bahwa sifat aliranpun akan berpengaruh da
lam proses pengendapan (sedimentasi). Berikut ditampilkan perbeda
an masing-masingnya.
8/13/2019 Unit Operasi 3
15/67
Pada aliran laminer, merupakan daerah berlakunya Hukum Stokes, dimana bentuk
pusaran aliran disekeliling partikel (asumsi : bulat) akan membentuk lapisan batas yang
mirip dengan bentuk permukaan partikel sehingga diistilahkan dengan skin friction.
Sehingga bila formulasi CD diatas kita substitusikan pada persamaan 3.9, kecepatan
pengendapan partikel akan menjadi :
vt= v = 2)(.18 p
Ds
g
(3.12)
Pada proses sedimentasi sifat aliran diharapkan berupa aliran laminer.
Berikut ini ditampilkan grafik yang menggambarkan hubungan kecepatan
pengendapan (Vt), diameter partikel (DP), spesifik gravitasi (s) dan
temperatur pada = 100C pada gambar 3.5:
atau dengan menggunakan persamaan umum menurut Hazen :
D = 0,0027 F x (60/(T + 100)) (3.13)
Dimana :
D = diameter partikel dengan massa jenis 2,65 dengan 75%
pengendapan dan temperatur 100CF = 1,73 untuk bak dengan inlet dan outlet terpisah
F = 1,41 untuk dua bak yang disusun secara seri
F = 1,22 untuk bak dengan sekat-sekat
F = 1,00 batas teoritis
8/13/2019 Unit Operasi 3
16/67
8/13/2019 Unit Operasi 3
17/67
Contoh soal:
Tentukan kecepatan mengendap dan ukuran parti
kel yang mempunyai spesifik graviti, Ss,= 1,001, efisiensi bak pengendap, , 80 % dan performancebak pengendap, n, very good settlingdengan overflow rate (Q/A) = 1000 gpd/ft3, jika temperatur air 100C (500F)
8/13/2019 Unit Operasi 3
18/67
Penyelesaian:
Q/A = 1000 gpd/ft3 x 30,625 cm/ft /(86400 dt/ hari
x 7,4 gal/ft3)= 4,77 x 10-2 cm/dt
Dari grafik 3.5, dengan = 80 % dan n very good
settling diperoleh :Vto/Vtd = 1,8
Vto/(Q/A) = Vto/4,77 x 10-2 cm/dt = 1,8
Vto = 8,5 x 10-2 cm/dt
8/13/2019 Unit Operasi 3
19/67
Komposisi Berdasarkan Ukurandan Berat
Gambar 3.6 Skema Effisiensi Klarifikasi
Besarnya efisiensi suatu proses pengendapan pada bak sedimentasi secara umum dinyatakan dengan:
x100%
in
Ceff
Cin
C
8/13/2019 Unit Operasi 3
20/67
Dalam tinjauan partikel yang mengendap ada 2 pengertian yang
berbeda, dimana:
Partikel yang tertinggal (remaining particle), maksudnya adalah part
ikel yang tertinggal dalam air hasil olahan sedimentasi dan terbawa
ke dalam proses/unit selanjutnya.
Partikel yang terendapkan, terpisahkan atau terambil (removal), ad
alah partikel tertinggal pada bak sedimentasi.
Pada proses sedimentasi, effisiensi 100% tidak mungkin terjadi karenaukuran butiran partikel tidak seragam. Partikel dengan ukuran lebih
besar cendrung lebih cepat mengendap dibandingkan dengan partike
l yang lebih kecil.
8/13/2019 Unit Operasi 3
21/67
Berikut ini ilustrasi beda tinggi pengendapan akibat kecepatan pengend
apan yang berbeda pada tiap ukuran partikel:
Gambar 3.7 Ilustrasi Beda Tinggi Pengendapan akibat Kecepatan yang Berbeda
8/13/2019 Unit Operasi 3
22/67
Pada keadaan butiran seragam pengendapan akan efisien (terendap
100%). Namun hal tersebut tidak mungkin terjadi karena butiran par
tikel tidak seragam.
Bila pada waktu t tersebut dengan ketinggian pengendapan Z, semuapartikel sama atau lebih besar dari P1 terambil 100% dan sebagian pa
rtikel yang lebih kecil dari P1 yang seharusnya tidak terambil, kenyat
aannya ikut terambil. Bahwa kecepatan merupakan fungsi dari jarak
per waktu tempuh, Vt =, sehingga pada waktu sama dengan t, seluru
h partikel berukuran P1 akan terendapkan semua, sebagian besar P2
terendapkan dan juga sebagian kecil P3. Maka untuk mengetahui ukuran partikel yang efektif mengendap 100 % pada proses sedimentasi
yang akan didesain, untuk selanjutnya akan dijadikan acuan sebagai
partikel paling kecil yang mencapai terminal settling velocity (Vt).
8/13/2019 Unit Operasi 3
23/67
Laju pengendapan (Clarifier Rate) adalah besarnya kecepa
tan pengendapan partikel pada satuan luas permukaan
(surface loading)bak sedimentasi.
Q = = (3.16)
Dimana:
Q/A = Surface Loading = terminal velocity = clarifier rate
Q = laju pengendapan (Clarifier Rate) (ft3/sec)
A = luas permukaan bak sedimentasi (ft3)
Z = tinggi pengendapan (ft)
t = waktu pengendapan (sec)
At
Z.A
tv
8/13/2019 Unit Operasi 3
24/67
Sebagaimana yang telah diterangkan sebelumnya,
bahwa keadaan partikel seragam baik berat jenis m
aupun bentuknya tidaklah mungkin ada dalam airbaku. Namun dengan asumsi kecepatan pengendap
an partikel diskrit ini adalah seragam, maka konsen
trasi partikel pada ketinggian yang berbeda akan
mengikuti persamaan berikut:
Xi = = (3.17)0
iZ
Z
t0
ti
8/13/2019 Unit Operasi 3
25/67
Gambar 3.8 Ilustrasi Beda Tinggi Pengendapan Partikel
8/13/2019 Unit Operasi 3
26/67
8/13/2019 Unit Operasi 3
27/67
Besarnya konsentrasi batas (xo) ditentukan oleh kecepatan pengenda
pan terminal (vt0). Pada kurva diatas, luas bagian terarsir adalah be
sarnya partikel yang terambil (removal). Di dalam tangki aliran horiz
ontal dengan vto = Q/A, maka fraksi (1 - xo) dari partikel-partikel yang mempunyai vs> vto akan dipisahkan seluruhnya, karena fraksi par
tikel golongan vs< vto yang akan dipisahkan adalah vi/vto, maka d
ari partikel yang mempunyai vs< vto, bagian yang akan dipisahkan
dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini:
(vs/ vto) dx = 1/vto.vs dx (3.18) kemudian persamaan diintegralkan menjadi:
XT= (1- xo) + (3.19)xo dxtv
tv 0
.
0
1
8/13/2019 Unit Operasi 3
28/67
Soal:Sebuah analisis pengendapan partikel nonflokulen
yang didapat dari test batchdengan kedalaman
pengendapan 4 ft, didapat data sebagai terlihat
pada baris 1 dan 2. Untuk laju klarifikasi rata-rata
sebesar 0.08 ft3/sec/ft2, berapa besar fraksi partikel
yang terambil?
8/13/2019 Unit Operasi 3
29/67
8/13/2019 Unit Operasi 3
30/67
Klarifikasi golongan II ini ditujukan untuk mengendapkan partikel bersifat flokulen da
n untuk suspensi encer.
klarifikasi tingkat II ini biasanya pada unit sedimentasi dan tidak tergantung pada pen
gendapan asli, tetapi tergantung pada pembentukan flok Sebelum proses sedimentasi ter
dapat unit koagulasi dan flokulasi. Yakni unit pemberian senyawa kimia koagulan (bias
anya aluminium sulfat, Al2(SO4)3) dan unit pembentukan flok yang besarnya tidak men
yebabkan pengendapan dini pada unit flokulasi itu sendiri.
Partikel yang besar akan menyusul partikel-partikel yang lebih kecil dan akan mengad
akan ikatan yang lebih besar dengan kecepatan yang lebih besar dari kecepatan mula-
mula dari masing-masing partikel.
Maka pada klarifikasi II ini tergantung pada kedalaman tangki, bedanya dengan klarif
ikasi I yang tergantung pada kecepatan pengendapan. Namun masalahnya pada klarifi
kasi tingkat II adalah waktu detensi (waktu proses pengendapan), jika terlalu lama dikhawatirkan flok yang sudah terbentuk akan pecah lagi.
Meskipun demikian belum terdapat suatu perumusan yang baik untuk menilai efek flok
ulasi terhadap sedimentasi, sehingga perlu dilakukan analisis kolom pengendapan (test
batch)untuk menentukan efek ini.
8/13/2019 Unit Operasi 3
31/67
1. Test BatchSettling Suatu suspensi sam
pling yang dibiark
an mengendap sec
ara tenang kemudi
an analisis pada be
berapa kedalaman
tertentu dan interv
al waktu tertentu.
Konsetrasi dalam ti
ap sampel ditentu
kan dan besarnya f
raksi yang dipisah
kan digambarkan
dalam suatu grafik
.
8/13/2019 Unit Operasi 3
32/67
Titik-titik dengan pemisahan yang sama dihubungkan dengan garis-garis isokonsentrasi, yang merupakan perbandingan (Z/t), kecepatan mengendap rata-rata minimum dari fraksi yang bersangkutan. Misal dengan t2 sebagai waktu detensi maka sebanyak XD dari partikel yang ada pada suspensi mempunyai kecepatan mengendap rata-rata Z2/t2
pada saat partikel tersebut mencapai kedalaman Z2. pada saat tercapai kedalaman Z4 maka fraksi yang sama mempunyai kecepatan mengendap Z4/t3.overall removaldi dalam tangki yang dalamnya Z5, dengan klarifikasi q0:
(3.20)
Dapat dihitung dengan rumusan : XT = XT + ((v.t)/( v.to)).(XD XC) + ((v.t)/( v.to)).(XE XD)
XT = XT + (Z/Z0).(XD XC) + (Z /Z0).(XE XD) (3.21)
Sisanya (1-XE) merupakan bagian dari partikel yang mempunyai kecepa
tan mengendap rata-rata sedemikian kecil sehingga dapat diabaikan
AvAtZqto
.)./(250
8/13/2019 Unit Operasi 3
33/67
Sebuah test batchpengolahan air buangan dengan SS 320 mg
/l dan kecepatan alirnya 2 MGD. Tinggi batch10 ft dan diameternya 8 inch. Pada tabel 3.2 terlihat data hasil pengukuran
persentase penyisihan SS tersebut setiap 2 ft ketinggian:Tabel 3.2 persentase penyisihan SS pada setiap titik pengukuran
Maka tentukanlah waktu detensi yang dibutuhkan untuk mendesain bak pengendap akhir dengan tingkat
penyisihan SS sebesar 65%.
Contoh Soal
8/13/2019 Unit Operasi 3
34/67
Penyelesaian :
Plot data penyisihan di atas (tabel 3.2) ke dalam suatu grafik sebagai
mana berikut:
Dengan metoda interpolasi tentukan fraksi yang tersisihkan (dari kurv
a persentase penyisihan 20, 30, 40, 50 dan 60) dan waktu yang telah di
butuhkan:
Untuk kurva isokonsentrasi 20% didapat besarnya penyisihan:
RT = 20 + (6,7/10)(30-20) + (2,9/10)(40-30) + (2,0/10)(50-40)
+ (1,3/10)(60-50) + (0,8/10)(70-60)
= 33,7 %Selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 3.3 Data Penyisihan Ss Berdasarkan Kurva Isokonsentrasinya
Waktu
(min)
Fraksi penyisih
an (%)
0,27
0,55
0,771,13
1,60
33,7
48.7
56,763,8
68,6
Sehingga untuk 65% penyisihan SS dibutuhkan waktu detensi 1,22 jam (73,2 menit) seperti
terlihat pada grafik berikut ini:
Grafik 3.1 hubungan fraksi penyisihan dan waktu detensi pada contoh soal 3:
8/13/2019 Unit Operasi 3
35/67
Pada suspensi yang pekat akan nampak ciri-ciri pengendapan yang
berbeda dengan suspensi encer. Perbedaan akan semakin jelas pada
suspensi yang mempunyai sifa flokulen dibanding dengan suspensi ya
ng memiliki sift diskrit. Misalkan di dalam suspensi encer terkandungpartikel-partikel dari berbagai ukuran dan konsentrasi yang seraga
m diseluruh cairan.suatu partikel pada saat t = 0 berada di permuka
an akan mengendap tanpa dihalangi dengan kecepatan mengendap
yang sesuai dengan sifat-sifat tersebut.
8/13/2019 Unit Operasi 3
36/67
8/13/2019 Unit Operasi 3
37/67
Sebelum titik B tercapai, tidak akan terjadi perlambatan. Pada titik antara B dan C, partikel aakan merupakan bagian dari
pengendapan lumpur. Keberadaan partikel antara C dan D te
rgantung pada pemadatan dari endapan lumpur. Pada penin
gkatan konsentrasi suspensi akan tercapai suatu keadaan dim
ana partikel-partikel yang mengendap dengan kecepatan tinggi akan membentuk endapan. Setelah itu pengendapan aka
n berlangsung secara kolektif dan pada kecepatan yang lebih
rendah. Semua proses pengendapan akan membentuk 4 zone,
masing-masing dengan karakteristiknya sendiri.
8/13/2019 Unit Operasi 3
38/67
8/13/2019 Unit Operasi 3
39/67
Keadaan mula-mula konsentrasi uniformpada seluruh cairan (konsen
trasi B)
Segera akan nampak batas antara zat cair dan cairan jernih (A). Dala
m zone B partikel akan mengendap dengan kecepatan seragamdalam keadaan pengendapan terehalang. Besarnya kecepatan pengenda
pan dimana suspensi selalu bergerak ke bawah merupakan fungsi
dari :
V = f (Co) (3.22)
Zone C : suatu zone dimana kecepatan mengendap makin lama makin berkurang sebagai akibat peningkatan konsentrasi.
Zone D : zone kompresi dimana peningkatan konsentrasi sampai suat
u harga diaman zat-zat padat dalam suspensi tertahan secara mekan
is oleh zat-zat padat yang ada dibawah.
8/13/2019 Unit Operasi 3
40/67
Pada tangki pemekatan atau pada aliran kontinu, luas permukaan yang diperlukan untuk memisahkan suspensi yang pekat tergantung pada dua faktor yaitu:
Kapasitas klarifikasi
Diperkirakan dari kecepatan awal pada bidang batas padatan-cairan menurun. Luas permukaan harus sedemikian rupa sehingga kecepatan meluap cairanlebih kecil daripada kecepatan penurun bidang batas.
Kapasitas pemekatan
Dihitung berdasarkan atas suatu analisis rasional di seluruh cairan dan zat-zatpadat mengendap secara batch. Pada awal proses, konsentrasi uniformdi seluruh cairan dan zat padat mengendap uniform. Sebelum zat padat tersebut sampai dasar bak, zat tersebut harus melalui semua tingkat konsentrasi yang adadalam tabung tersebut. Kalau solid handling capacity(SHC)pada konsentrasi C3 lebih kecil dari SHC pada konsentrasi C2 dalam lapisan yang berada tepat pada diatasnya, maka zat padat tidak akan melewati lapisan C3 dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan memasuki lapisan C3 ini. Misalkan pada ssaat t = 0 terbentuk suatu lapisan tipis pada dasar tabung dengan konsentrasi Cdan naik dengan kecepatan v.
8/13/2019 Unit Operasi 3
41/67
8/13/2019 Unit Operasi 3
42/67
Zat padat yang berada pada daerah dengan konsentrasi C-dC.maka:
kecepatan mengendap : v + dv
kecepatan lapisan naik : v + dv + v
karena konsentrasi lapisan tetap konstan (C) maka banyaknya zat p
ada yang keluar dari lapisan: (C-dC) A. t (v + dv + v) = C. A. t (v + dv ) (3.23)
Dengan : A = luas peampang tegak lurus arah gerakan zat padat
dC v = C dv dC v dC dv
u = C (dv/dC) v dv
dengan mengabaikan dv maka: u = C (dv/dC) v
Karena pada pengendapan terhalang v = f(C) maka;
v = C f(C) - f(C) (3.24)
Oleh karena C konstan dan f(C) dan f(C), maka v juga harus konstan.
8/13/2019 Unit Operasi 3
43/67
Suatu tabung setinggi Zo diisi dengan suatu suspensi dengan
konsentrasi uniformCo. Berat zat padat dalam suspensi adalah A.
ZoCo.
8/13/2019 Unit Operasi 3
44/67
Apabila suatu lapisan dengan konsentrasi C2 bergerak naik dan
membutuhkan waktu t2untuk mencapai bidang batas, maka banyaknyazat padat yang melewati lapisan ini :
C2A t2(v2+ v2) = CoZoA (3.25)
Kecepatan naik dari tiap lapisan adalah konstan, sehingga bila pada saat
t2, bidang batas berada pada Z2, maka:
V2= Z2/t2 disubstitusikan sehingga memberikan :
Co Zo= C2t2(v2+ v2)Co Zo= C2t2v2+ C2t2 v2
C2= (Co Zo)/{(t2v2) + t2v2)}
C2= (Co Zo)/{(t2v2) + Z2)}
Pada saat t2: v2= (Z1- Z2)/t2, maka:
C2= (Co Zo)/ Z1
Z1dapat diartikan sebagai tinggi kolom pengendapan/sludge, bila zat padat
dalam kolom tersebut mempunyai konsentrasi yang sama dengan konsent
rasi di dalam bidang batas tersebut.
(3.26)
8/13/2019 Unit Operasi 3
45/67
Pada pemisahan secara kontinu akan terjadi keadaan dimana kedudukan dari biadang batas adalah statis dan gerakan
zat padat relatif terhadap zat cair disebabkan aliran ke atas
dari cairan. Maka, pada saat t2, kecepatan cairan yang mela
lui lapisan konsentrasi C2adalah:
q=A v2= A (Z1- Z2)/t2 (3.27)Tidak seluruh cairan akan mengalir melaluui bidang batas k
arena sebagian akan menyertai zat padat di dalam
underflow.
Volume sesungguhnya dari cairan yang melalui bidang batasdalam pengendapan batc:
V = A (Z1- Zu) (3.28)
8/13/2019 Unit Operasi 3
46/67
Dengan Zu
adalah tinggi bidangbatas bila semua zat padat di dalam
sistem mempunyai konsentrasi Cu(konsentrasi underflow).
Waktu yang diperlukan air sebanyak V untuk melewati suatu lapisan
dengan konsentrasi C2adalah:
t = V/q = A ((Z1- Zu)/ {A (Z1- Zu)/t2}
atau t = tu (3.29)
Banyaknya zat padat dalam suatu analisis secara batch: A ZoCoPada operasi kontinu akan dibutuhkan waktu selama tu untuk
melewatkan zat padat sebanyak A ZoComelalui konsentrasi C2maka :
q = (A Zo)/ tu (3.30)
dimana:
q = kecepatan volumetrik suspensi yang memasuki thickenertu= waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan konsentrasi underflow
Zo= tinggi bidang batas mula-mula di dalam kolom pengendapan
8/13/2019 Unit Operasi 3
47/67
Sedangkan untuk bak thikeneryang menggunakanpola recycling, perhitungan luas area pemekatan
menjadi:
0
)(5,1 H
tRQA
u
c
dimana:
Q = laju alir lumpur dari bak pengendap akhir/unit
sebelumnya
R = laju alir recycle lumpur
8/13/2019 Unit Operasi 3
48/67
Contoh soal:Sebuah test batch dilakukan untuk menguji MLSS 2500
mg/l untuk dipekatkan menjadi 10.000 mg/l dengan
debit desain 1,2 MGD, berikut adalah grafik hubungan
tinggi interface lumpur dengan waktu pengendapan.
Maka tentukan luas area pemekatan dan area klarifikasi
serta diameter bak yang layak untuk rencana desain
tersebut:
8/13/2019 Unit Operasi 3
49/67
8/13/2019 Unit Operasi 3
50/67
Saat partikel-partikel terendapkan, maka akan terbentuk l
apisan partikel solidyang terkompresi akibat gaya berat la
pisan diatasnya. Kecepatan konsolidasi partikel-partikel ter
sebut adalah :- dZ/dt = K (Z Z~) (3.31)
Dengan mengintegrasikannya maka :
Ln {( ZcZ~)/( ZtZ)} = K (t tc) (3.32)
Dengan :
Z = tinggi kolom sludge
Z~= tinggi kolom sludge pada akhirnya
Tc = waktu pada saat Zc
8/13/2019 Unit Operasi 3
51/67
Teori rasional untuk tangki ideal dan modifikasinya
diperlukan untuk keperluan desain tangki sedimentasi(oleh Camp). Analisis ini didasarkan atas hal-hal :
(Gambar 3.15 Sketsa Tangki Ideal)
8/13/2019 Unit Operasi 3
52/67
Suatu unit cairan yang memasuki tangki ideal dianggap menyebarsecara merata ke seluruh bidang vertikal A-A sdemikian rupa
sehingga partikel-partikel yang ada dalam suspensi adalah konstan
di seluruh cairan dalam suatu volume yang panjangnya dL (daerah
inlet)
Volume bergerak dari inlet menuju outlet tangki sedimentasi padakecepatan yang uniform dan akan tiba pada penampang A-A
tanpa mengalami perubahan bentuk.
Di dalam daerah outlet semua bagian cairan dari bidang A-A
mengumpul kembali dan membentuk unit cairan semula yang
hanya mengandung partikel-partikel yang tidak dipisahkan dalam
ruang sedimentasi.
8/13/2019 Unit Operasi 3
53/67
Apabila diameter partikel, Do, dan kecepatan
mengendap, v0, maka waktu yang dibutuhkan untuk
mengendapkan sedalam h0, adalah :
t = ho/vo (3.33)
maka : v0= h0/(A h0/Q) = Q/A (3.34)
atau menurut hukum stokes :D0= K. v0
0,5= K. (Q/A)0,5 (3.35)
Apabila Y0menyatakan jumlah partikel yang terdiri dari
tiap golongan ukuran yang mempunyai kecepatan
mengendap vs v0, maka fraksi dari jumlah partikelyang, mengendap adalah :
Y/Yo= hi/h0= vi/v0= vi/(Q/A) (3.36)
8/13/2019 Unit Operasi 3
54/67
Persamaan diatas diturunkan dari :
Untuk tangki empat persegi panjang dengan lebar wdan dh/dl = vidt/vh.
dt adalah konstan karena vh konstan, sedangkan vi
untuk golongan tertentu adalah konstan. Maka:
hi/h0= (vi/vh)= (vi.L. w)/( vhL. W) = vi/(Q/A)Untuk tangki berbentuk lingkaran dengan jari-jari r,
luas A = 2.r.h0:
hi/h0= vi/vh= (2 . . r. h0. vi )/ Q
= (2 . . r. h0
. vi
)/ Q r dr
= (2 . . r. h0. vi )/ Q (1/2 r2)
= (. r. h0. vi )/ Q (r02ri
2)
= (h0viA)/Q = vi/(Q/A)
8/13/2019 Unit Operasi 3
55/67
Efisiensi bak pengendap dapat berkurang akibat arus yang
membentuk lintasan pendek pada aliran, diataranya adalah :
1.Arus olakan yang terbentuk oleh inersia cairan yang masuk
2.Arus permukaan yang disebabkan oleh induksi angin pada bak
terbuka
3.Arus konveksi vertikal yang disebabkan oleh panas yang timbul
4.Arus densitas yang disebabkan oleh kekentalan cairan akibat
dingin atau berat air dan panas atau ringan air yang melewati
permukaan.
5.Arus yang disebabkan oleh struktur outlet. Pada tangki aliran
horizontal, begitu material mengendap ke dasar, arus turunnyadiinduksi dekat inlet tangki yang sejalan dengan aliran dekat
outlet.
8/13/2019 Unit Operasi 3
56/67
Perbandingan antara efisiensi yang tercapai terhadap efisiensi
teoritis adalah sebagai berikut:
n
o
i AQvn
y
y /1
0
)]//(.1[1
Hubungan yang terjadi antara efisiensi bak pengendap dengan rasio waktu
detensi atau rasio kecepatan mengendap dapat dilihat pada grafik berikut:
Dimana: yi = efisiensi yang akan
dicapai/diharapkan
y0 = efisiensi teoritis
= karakteristik bak pengendap
(bernilai antara 0, 1/8, 1/5, 1/3, -1)
vo = kecepatan mengendap terminal
vd = surface loading = Q/A
Untuk mencegah pengendapan tidakterlaksana, maka:
1.Perpanjang waktu pengendapan (td> t0)
2.Perkecil kecepatan mengendap (vtd< vto)
dimana vto= (1,5-3) vtd
8/13/2019 Unit Operasi 3
57/67
Peningkatan kapasitas bak dengan mempercepat
pengumpulan flok menjadi dasar pemikiran. Sehingga
muncul gagasan untuk menambah dasar/alas semu
(tray) Peningkatan kapasitas bak dengan trayyang
horizontal, menyebabkan efisiensi pengendapanbertambah tinggi. namun lama-lama effluen yang
keluar akan tercampur partikel yang sudah
mengendap. Solusinya bisa dengan menggunakan
multi tray settler.Bentuk multi tray settler:
1.Tube settler
2.Plate settler
8/13/2019 Unit Operasi 3
58/67
Waktu yang diperlukan lebih kecil dari waktu detensi
semula sehingga overlow rate lebih besar dan
pengendapan lebih banyak. Jika sudut kemiringanbesar maka jarak tempuh besar kemampuan
mengendap kecil waktu pengendapan lama serta
overflow rate kecil. Seperti diilustrasikan dengan
gambar berikut
8/13/2019 Unit Operasi 3
59/67
Maka waktu yang diperlukan hanya 1/5 waktu semula,
jadi overflow ratemenjadi 5 kali lebih besar dari semula.
Namun akan mempercepat proses penumpukan sludgepada dasar semu tersebut yang memungkinkan akan
terbawa keluar oleh aliran efluen.
Maka dengan sedikit modifikasi, membuat tray tersebut
dalam posisi miring, sehingga jika sudut kemiringan ()
besar, maka jarak tempuh besar, kemampuan
pengendapan kecil, waktu detensi besar akibatnya
overflow ratekecil.
8/13/2019 Unit Operasi 3
60/67
totrto
o
v
w
v
AE
v
AD
v
ABt
tan).sin/(
tov
w
wHv .
tan)sin/(
)cos/)sin/()sin/(
AB = AC tan= (w/sin ) tandan
AC = w/sin
AE = AF + FE
AE = (H/sin ) + (DE/sin)
AE = (H/sin ) + ((w/sin ).tan /sin )v = (AE/AB). vto
8/13/2019 Unit Operasi 3
61/67
RAQN .)./(Re
Rg
AQFr
.
)/( 2
Untuk memperbesar Vup(Q/A) maka perbesar H,
perkecil , luas surface loadingakan kecil, sehingga
keefektifan kecil.Banyak digunakan = 600dan w = 5-10 cm, NRe
2.000 dan Fr > 10-5
(3.40)
(3.41)
8/13/2019 Unit Operasi 3
62/67
Contoh soal:
Hasil percobaan kecepatan pendapan suatu partikel
adalah 0,1 cm/dt dan untuk removal 85 % diperoleh
perbandingan Uto = 2,4 Utd. Pengendapan dilakukan
dalam multi plate settler dengan jarak plate (W) = 5
cm dan tinggi plate = 100 cm dengan kemiringan = 100
cm dengan kemiringan () = 600. Hitunglah bilangan
Reynold dan Froude () = 0,916 x 10-2cm2/dt.
8/13/2019 Unit Operasi 3
63/67
AB = W/sin
Z = AB tg = W/ sin = 2 W = 10 c
AC = BD = H/ sin
CE = DE/ sin = Z/ sin = W/ sin (tg )
sin
= W/ sin cos
AE = AC + CE
= H/ Sin + W/ sincos
= 115,47 + 11,55 = 127,02 cm
Utd = 0,1/ 2,4 cm/dt = o,o417 cm/dt
td = Z/ UtdV= AE/ td = AE Utd = 127,02 x 0,0417 cm/ dt = 0,53 cm/ dt
Z 10
R = W x W = 1/2 W
2W
Nre= v/ = v(1/2W)R/
NRe= vR = v (1/2 W) = (0,53) (2,5) = 144,65 < 500 (ok)
0,916 x 10-2
Nfr= v2/ gR = v2/ g (1/2 W) = (0,53)2/981 x 2,5 =1,14 x 10 -5 (ok)
8/13/2019 Unit Operasi 3
64/67
tHvfv .)/8( 5,0
o
s
o
d
o
o
v
v
t
t
fZ
P5,0
8
5,0
8
fZ
P
o
o
Agar tidak terjadi penggerusan pengendapan padatan halus, ringan dan
flokulen dari dasar bak atau zone lumpur terangkut kembali oleh arus maka
kecepatan horizontal harus dibatasi untuk tidak lebih dari :
Untuk bak ideal, td/to= 1 dan vs= vo. Maka :
Dimana : Po= Panjang bak pengendap (m)
Zo= Tinggi bak pengendap (m)
Dimana:
vH= kecepatan aliran
f = gesekan menurut Darcy = 0,02 - 0,04
Selain itu juga harus ada pembatasan rasio panjang terhadap kedalaman bak pengendap :
8/13/2019 Unit Operasi 3
65/67
Contoh soal:
Carilah unruk endapan alum (Ss), diameternya adalah
10-1, kecepatan pengganti pada flok sehingga dapat
disisakan tanpa memberikan pengaruh yang
berbahaya pada proses pembentukakan suspensi
kembali dan rasio jarak pengendapan pada unit
pengendapan di pengaruhi. Asumsikan bahwa faktor
friksi dari Darcy Weisbach
f= 3,0 x 10-2dan temperaturnya adalah 100C
8/13/2019 Unit Operasi 3
66/67
Penyelesaian:vd = (8/f)1/2 vs
= (8/(3x10-2))=16,3
Didapatkan vs = 3,0 cm/sec
Vd= 3,0 x 16,3 = 48,9 cm/sec = 1,60 fps,lo/ho = 16,3(td/to) = 16,3,
basin yang ideal = (td/to = 1,0)
8/13/2019 Unit Operasi 3
67/67