PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS

LD.1 Screening (SC)

Fungsi : Menyaring partikel-partikel padat yang besar (lebih besar dari 20 mm).

Jenis : Bar screen Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Stainless steel

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m³ (Geankoplis, 2003) Laju alir massa (F) = 543621,2963 kg/jam

Laju alir volumetrik (Q) =

= 0,1517 m³/s

Dari Tabel 5.1 Physical Chemical Treatment of Water and Wastewater. Ukuran bar :

lebar bar = 5 mm ; tebal bar = 20 mm ; bar clear spacing = 20 mm ; slope = 30^o Direncanakan ukuran screening:

Panjang screen = 1 m ; Lebar screen = 1 m

20 mm 1 m

Misalkan, jumlah bar = x

Maka, 20x + 20 (x + 1) = 1000 40x = 980

x = 24,975 ≈ 25 buah

Luas bukaan (A2) = 20(25 + 1) (1000) = 519500 mm² = 0,5195 m²

Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30 % screen tersumbat.

Head loss (∆h) =

=

= 0,0121 m dari air = 12,0787 mm dari air

LD.2 Water Reservoir (V-01)

Fungsi : Tempat penampungan air sementara Jumlah : 1 unit

Bahan kontruksi : Beton kedap air

P1

L¹

5

46

T

Gambar LD.2 Sketsa Water Reservoir

Kondisi operasi : Temperatur = 28^oC

Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3

= 62,1939 lb_m/ft³ (Geankoplis, 2003) Laju alir massa (F) = 543621,2963 kg/jam

Laju alir volumetrik (Q) =

= 13103,5183 m³/hari Desain Perancangan :

Bak dibuat persegi panjang Perhitungan ukuran bak :

Waktu tinggal air = 2 jam = 0,0833 hari (Perry dkk, 1999) Volume air diolah = 13103,5183 m³/hari × 0,0833 hari = 1091,5231 m³

Bak terisi 90 % maka volume bak = =1213,2887 m³ Direncanakan ukuran bak sebagai berikut :

panjang bak (p) = 2 × lebar bak (l) ; p = 2l tinggi bak (t) = lebar bak (l) : t = l

Volume bak V = p × l × t 1213,2887 m³ = 2l × l × l l = 8,4653 m Jadi, panjang bak (p) = 16,9307 m

lebar bak (l) = 8,4653 m tinggi bak (t) = 8,4653 m luas bak (A) = 143,3242 m²

tinggi air (h)= 0,9 (8,4653) m = 7,6188 m

LD.3 Bak Sedimentasi (V-02)

Fungsi : untuk mengendapkan partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring dan terikut dengan air.

Jumlah : 1

Jenis : beton kedap air Data :

Kondisi penyimpanan : temperatur = 28 ^oC tekanan = 1 atm

P1

L¹

5

46

T

Gambar LD.3 Sketsa Bak sedimentasi

Laju massa air : F = 543621,2963 kg/jam Densitas air : ρ = 995,68 kg/m3

Debit air/laju alir volumetrik, Q =

=

= 545,9799 m³/jam

= 0,1517 m³/detik = 321,3399 ft³/mnt

Desain Perancangan :

Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991). Perhitungan ukuran tiap bak :

Kecepatan pengendapan 0,1 mm pasir adalah (Kawamura, 1991) :

υ

₀ = 1,57478 ft/min atau 8 mm/s

Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman tangki 12 ft

Lebar tangki 1,75 ft Kecepatan aliran, v =

=

= 15,3019 ft/min Desain panjang ideal bak : L = K _^ _^

0

υ

h v (Kawamura, 1991)

h = kedalaman air efektif ( 10 – 16 ft); diambil 10 ft.

Maka : L = 1,5 (10/1,57) . 14,6698 = 140,1576 ft

Diambil panjang bak = 141 ft = 42,9773 m

Uji desain :

Waktu retensi (t) : t = =

=

= 9,2145 menit

Desain diterima, dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991).

Surface loading : =

=

= 9,7424 gpm/ft²

Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft² (Kawamura, 1991).

Headloss (∆h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : ∆h = K v2 2 g = 0,12 [14,6698 ft/min. (1min/60s) . (1m/3,2808ft) ]² 2 (9,8 m/s²) = 3,7x10^-5 m dari air

LD.4 Tangki Pelarutan Alum (V-03)

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C Jenis sambungan : Single welded butt joints

Jumlah : 1 unit Da Dt Ht E J Hc

Gambar LD.4 Sketsa Tangki pelarutan alum

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Tekanan = 1 atm

Al₂(SO₄)₃ yang digunakan = 50 ppm

Al₂(SO₄)₃ yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa Al₂(SO₄)₃ (F) = 27,1811 kg/jam

Densitas Al2(SO4)3 30 % (ρ) = 1363 kg/m3

(Perry dkk, 1999)

Viskositas Al2(SO4)3 30 % (μ) = 6,72 10-4

lbm/ft s = 1 cP

Kebutuhan perancangan = 30 hari Perhitungan ukuran tangki :

1. Volume tangki Vlarutan = = 47,8610 m³ Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, V_t = 1,2 × 47,8610 m³ = 57,4332 m³

2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan :

Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 1 : 1 Volume tangki (V_t) Vt = ¼ π D2 Hs V_t = πD³ 8 3 57,4332 = πD³ 8 3

Maka, diameter tangki D = 4,1825 m tinggi tangki Ht = D = 4,1825 m 3. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki, h = x 4,1825 m = 3,4854 m Tekanan hidrostatik : P = ρ × g × h = 1363 kg/m3 × 9,8 m/det² × 3,4854 m = 46,5556 kPa Tekanan operasi :

P_operasi = 1atm = 101,325 kPa

P_total = 101,325 kPa + 46,5556 kPa = 147,8806 kPa

Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) (147,8806 kPa) = 177,4567 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Walas, 1990)

Allowable stress : S = 13700 psi

= 94458,21 kPa (Walas, 1990) Faktor korosi : C = 0,02 in/tahun

= 0,000508 m/tahun (Perry&Green,1999) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki :

t =

= + 10(0,000508)

= 0,01 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,001 m

= 0,3936 in = ¹/2 in (Walas, 1990) Perancangan Sistem Pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh : Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 × 4,1825 m = 1,3942 m E/Da = 1 ; E = 1,3942 m L/Da = 1/4 ; L = 1/4 × 1,3942 m = 0,3485 m W/Da = 1/5 ; W = 1/5 × 1,3942 m = 0,2788 m J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 × 4,1825 m = 0,3485 m

Da = Diameter impeller (m)

E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)

Da

W

L

Gambar LD.5 Sketsa pengaduk tangki pelarutan alum

Kecepatan pengadukan, N = 0,5 putaran/detik Bilangan Reynold,

NRe =

=

= 1323368

NRe > 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus: ρ 5 3 a D N Np P= (Geankoplis, 2003) Np = 5 untuk N_Re = 1323368 (Geankoplis, 2003) P = 5 x (0,5)³ (1,3942)⁵ (1363) = 4486,6825 Watt = 6,0167 hp

Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 7,5209 hp

Maka dipilih daya motor dengan tenaga 7,5209 hp ≈ 8 hp

LD.5 Tangki Pelarutan Soda Abu (V- 04)

Fungsi : Membuat larutan soda abu Na2CO3 30%. Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C

Jenis sambungan : Single welded butt joints

Jumlah : 1 unit Da Dt Ht E J Hc

Gambar LD.6 Sketsa Tangki pelarutan soda abu

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Na₂CO₃ yang digunakan = 27 ppm

Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa Na2CO3 (F) = 14,6778 kg/jam

Densitas Na2CO3 30 % (ρ) = 1327 kg/m³ (Perry dkk, 1999) Viskositas Na2CO3 30% (μ) = 3,69 10-4

lbm/ft s

= 0,549 cP

= 0,00055 kg/m.det (Kirk & Othmer, 2008)

Kebutuhan perancangan = 30 hari Perhitungan ukuran tangki :

1. Volume tangki V_larutan = = 26,5461 m³ Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 26,5461 m³ = 31,8553 m³

2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan :

Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 1 : 1 Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs Vt = πD³ 8 3 31,8553 = πD³ 8 3

Maka, diameter tangki D = 3,4364 m tinggi tangki Ht = D = 3,4364 m

3. Tebal shell tangki

= 2,8637 m Tekanan hidrostatik : P = ρ × g × h = 1327 kg/m3 × 9,8 m/det² × 2,8637 = 37,2409 kPa Tekanan operasi : Poperasi = 101,325 kPa

Ptotal = 101,325 kPa + 37,2409 kPa = 138,5659 kPa Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) (138,5659 kPa) = 166,2790 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Walas, 1990) Allowable stress : S= 13700 psi

= 94458,21 kPa (Walas, 1990) Faktor korosi : C = 0,02 in/tahun

= 0,000508 m/tahun (Perry&Green,1999) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki :

t =

= + 10(0,000508)

= 0,0038 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,0038 m

= 0,1490 in = ¹/6 in (Walas, 1990) Perancangan Sistem Pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh : Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 × 3,4364 m

E/Da = 1 ; E = 1,1455 m L/Da = 1/4 ; L = 1/4 × 1,1455 m = 0,2864 m W/Da = 1/5 ; W = 1/5 × 1,1455 m = 0,2291 m J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 × 3,4364 m = 0,2864 m

dimana : Dt = D = diameter tangki (m) Da = Diameter impeller (m)

E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)

Da

W

L

Gambar LD.7 Sketsa pengaduk tangki pelarutan soda abu

Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/detik Bilangan Reynold,

NRe =

=

ρ 5 3 a D N Np P= (Geankoplis, 2003) Np = 5 untuk N_Re = 3080073 (Geankoplis, 2003) P = 5 x (0,5)³ (1,1455)⁵ (1363) = 1635,5540 Watt = 2,1933 hp Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 2,7416 hp

Maka dipilih daya motor dengan tenaga 2,7416 hp ≈ 3 hp

LD.6 Clarifier (V-05)

Fungsi : Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu

Jenis : External Solid Recirculation Clarifier Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C

Data :

Laju massa air (F₁) = 543621,2963 kg/jam Laju massa Al₂(SO4)₃ (F₂) = 27,1811 kg/jam Laju massa Na2CO3 (F3) = 14,6778 kg/jam Laju massa total, m = 543663,1551 kg/jam

Densitas Al2(SO4)3 = 2710 kg/m³ (Perry dkk, 1999) Densitas Na₂CO₃ = 2533 kg/m³ (Perry dkk, 1999) Densitas air = 995,68 kg/m³ (Geankoplis,2003)

Reaksi koagulasi :

Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2

Diameter dan tinggi clarifier

Dari Metcalf & Eddy, 1984, untuk clarifier tipe upflow diperoleh : Kedalaman air = 3-10 m

Settling time = 1-3 jam

Dipilih : kedalaman air (h) = 5 m, waktu pengendapan = 2 jam

Diameter dan Tinggi clarifier Densitas larutan, = = 995,7278 kg/m³ Volume cairan, V = = 1091,9915 m³ Faktor kelonggaran = 20% Volume clarifier = 1,2 x 1091,9915 m³ = 1310,3898 m³ a. Diameter dan tinggi clarifier

∼

Volume silinder clarifier (Vs) = Vs =

Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 3:4 Vs =

∼

Volume alas clarifier kerucut (Vc)

½ D Hc

Hs

Vs = ... (Perry dkk, 1999) Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter kerucut (Hc : D) = 1:2

Vc = ... (Perry dkk, 1999) ∼ Volume clarifier (V)

V = Vs + Ve =

1310,3898 m³

=

1,178 D³

D = 6,0602 m ; Hs = (4/3) x D = 8,0803 m

b. Diameter dan tinggi kerucut

Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter clarifier (Hh : D) = 1: 2

Diameter tutup = diameter tangki = 6,0602 m Tinggi tutup =

= 3,0301 m

Tinggi total clarifier = 8,0803 m + 3,0301 m = 11,1104 m

c. Daya Pengaduk

Daya Clarifier

P = 0,006 D² ... (Ulrich, 1984) Dimana :

P = daya yang dibutuhkan, kW Sehingga,

P = 0,006 x (5)² = 0,15 kW = 0,201 hp

Bila efisiensi motor = 60%, maka :

hp

335

,

0

0,6

hp

0,201

P= =

Maka dipilih motor dengan daya 1/2 hp.

LD.7 Sand filter (V-06)

Fungsi : Menyaring endapan (flok-flok) yang masih terikut dengan air yang keluar dari Clarifier (V-05)

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C

Jumlah : 1 unit Top Baffle Surface Washer Filter Media 3-4 Layers of Course Support Concrete Subfill Laterals Strainer Heads Supports

Gambar LD.8 Sketsa Sand Filter

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Laju massa air (F) = 543621,2963 kg/jam

Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m³ (Geankoplis, 2003) Tangki Filtrasi dirancang untuk penampungan 1/4 jam operasi.

a. Dimensi Sand filter

Lapisan – lapisan media penyaring : 1. Antarsit 20 in

2. Pasir 10 in 3. Kerikil 16 in

Sehingga, total ketinggian media penyaring di dalam sand filter = 46 in (1,168 m). Volume air yang harus tertampung =

= 136,4950 m³ Trial : Asumsi diameter = 5 ft = 1,524 m

Rasio tinggi dan diameter (L/D) = 1,7 Ruang kosong antar media penyaring = 20% Volume dished head di bagian atas diabaikan Volume sand filter =

4

.

.D

²

L

π

= = 4,7236 m³

Volume media penyaring =

4

'

.

.D

²

L

π

Dimana L’ adalah tinggi media penyaring di dalam sand filter Volume media penyaring =

= 2,1303 m³

Ruang kosong antar media penyaring = 0,2.( 2,1303) = 0,4261 m³

Volume terpakai sand filter = (4,7236 – (2,1303 – 0,426)) = 3,0194 m³

Volume terpakai sand filter

≅

Volume air yang harus tertampung Spesifikasi dapat diterima

Direncanakan Volume bahan penyaring = ¹/3 Volume tangki Diameter (D) = 5 ft = 60 in = 1,524 m Tinggi (H) = 8,5 ft = 102 in = 2,5908 m b. Tebal tangki Tekanan hidrostatik : P = ρ × g × h = 996,24 kg/m3 × 9,8 m/det² × 2,59 m = 25,28 kPa Tekanan operasi : P_operasi = 101,325 kPa

P_total = 101,325 kPa + 25,28 kPa = 126,605 kPa Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) ( 126,605 kPa) = 132,935 kPa

Allowable stress : S = 13700 psia

= 94458,21 kPa (Walas, 1990) Faktor korosi : C = 0,02 in/tahun

= 0,000508 m/tahun (Timmerhaus et al, 2004) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki :

t =

= + 10(0,000508)

= 0,000409 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,000409 m

= 0,0161 = ¹/8 in (Walas, 1990)

LD.8 Bak Penampungan Air (V-07)

Fungsi : Menampung air untuk didistribusikan Jumlah : 1 unit

Bahan kontruksi : Beton kedap air Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3

(Geankoplis, 2003)

Laju alir massa (F) = 543621,2963 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =

= 13103,5183 m³/hari Desain Perancangan :

Bak dibuat persegi panjang Perhitungan ukuran bak :

Waktu tinggal air = 2 jam = 0,0833 hari (Perry dkk, 1999) Volume air diolah = 13103,5183 m³/hari × 0,0833 hari

= 1091,9599 m³ Bak terisi 90 % maka volume bak =

= 1213,2887 m³ Direncanakan ukuran bak sebagai berikut :

panjang bak (p) = 2 × lebar bak (l) ; p = 2l tinggi bak (t) = lebar bak (l) : t = l

Volume bak V = p × l × t 1213,2887 m³ = 2l × l × l l = 8,4653 m Jadi, panjang bak (p) = 16,9307 m

lebar bak (l) = 8,4653 m tinggi bak (t) = 8,4653 m luas bak (A) = 143,3242 m²

tinggi air (h) = 0,9 (8,4653) m = 7,6188 m

LD.9 Tangki Pelarutan Asam Sulfat (V-08)

Fungsi : Membuat larutan asam sulfat H2SO4 5%. Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Low-alloy steel SA-202 Grade-A

Jenis sambungan : Single welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Tekanan = 1 atm

H2SO4 yang digunakan berupa larutan 5 % (% berat) Laju massa H2SO4 (F) = 0,00852 kg/jam

Densitas H2SO4 5 % (ρ) = 1028,86 kg/m3

(Perry dkk, 1999) Viskositas H2SO4 5 % (μ) = 3,5 cP

= 0,012 lbm/ft.det

= 0,01787 kg/m.det (Kirk & Othmer, 1949) Kebutuhan perancangan = 30 hari

Da Dt Ht E J Hc

Gambar LD.9 Sketsa Tangki pelarutan soda abu

Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki

V_larutan = 0,1192 m³ Faktor kelonggaran : 20 %

Volume tangki, V_t = 1,2 × 0,1192 m³ = 0,1431 m³

2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan :

Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 1 : 1

Vt = πD³ 4 1 0,1431 = πD³ 4 1

Maka, diameter tangki D = 0,5670 m tinggi tangki Ht = Hs = D D H_s ×      = 0,5670 m 3. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki, h = × 0,5670 m = 0,4725 m Tekanan hidrostatik : P = ρ × g × h = 1028,86 kg/m3 × 9,8 m/det² × 0,4725 m = 4,7640 kPa Tekanan operasi :

Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 4,7640 kPa

= 106,0890 kPa Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) (106,0890 kPa) = 111,3934 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Walas, 1990)

Allowable stress : S = 18700 psia

= 128932 kPa (Walas, 1990)

Faktor korosi : C = 0,0098 in/tahun

= 0,000249 m/tahun (Timmerhaus et al, 2004) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki :

= + 10 (0,000249) = 0,0003 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,0003 m

= 0,0121 = ¹/₈ in (Walas, 1990) Perancangan Sistem Pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh : Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 × 0,5670 = 0,1890 m E/Da = 1 ; E = 0,1890 m L/Da = 1/4 ; L = 1/4 × 0,1890 m = 0,0472 m W/Da = 1/5 ; W = 1/5 × 0,1890 = 0,0378 m J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 × 0,5670 = 0,0472 m dimana : Dt = D = diameter tangki (m)

Da = Diameter impeller (m)

E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)

Da

W

L

Gambar LD.10 Sketsa pengaduk tangki pelarutan soda abu

Kecepatan pengadukan, N = 2 putaran/detik Bilangan Reynold,

Bilangan Reynold (NRe) =

µ ρ N Da² = = 4112

NRe < 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus: ρ 5 3 a D N Np P= (Geankoplis, 2003) Np = 5 untuk N_Re = 274,892 (Geankoplis, 2003) P = 5 (1)³ (0,1890)⁵ (1028,86) = 9,9231 Watt = 0,0133 hp Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 0,0166 hp

Digunakan daya motor standar ¼ hp

LD.10 Cation Exchanger (V-09)

Fungsi : Mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal

Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Laju massa air (F) = 417,4996 kg/jam

Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m³ (Geankoplis, 2003) Kebutuhan perancangan = 1 jam

Inlet Resin Inlet Outlet Dt ts th Dt

Ukuran Cation Exchanger

Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation = 2 ft

= 0,6096 m

- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft² = 0,29172 m² Faktor keamanan : 20 %

Tinggi resin = 2,5 ft = 0,76201 m

Tinggi silinder = 1,2 × 2,5 ft = 3 ft = 0,9144 m Diameter tutup = diameter tangki = 0,6096 m = 2 ft = 24 in

Direncanakan rasio Tinggi tutup : Diameter tangki = 1 : 4 Tinggi tutup = ¼ × 0,6096 m= 0,1524 m

Tinggi cation exchanger = 0,91441 + 2 (0,152) = 1,2192 m

Tebal dinding tangki Tekanan hidrostatik :

P = ρ × g × h = 995,68 kg/m3

× 9,8 m/det² × 0,76201 = 7,4354 kPa

Tekanan operasi :

P_operasi = 1 atm = 101,325 kPa P_total = 101,325 kPa + 7,4354 kPa

= 108,7664 kPa Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) (108,7664 kPa) = 114,2047 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Walas, 1990) Allowable stress : S= 13700 psi

= 94458,21 kPa (Walas, 1990) Faktor korosi : C = 0,02 in/tahun

Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :

t =

= + 10(0,000508)

= 0,0055 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,0055 m

= 0,2182 in = ¹/₄ in (Walas, 1990)

LD.11 Tangki Pelarutan NaOH (V-10)

Fungsi : Membuat larutan natrium hidroksida (NaOH). Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C

Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit Da Dt Ht E J Hc

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Tekanan = 1 atm

NaOH yang digunakan berupa larutan 4 % (% berat) Laju massa NaOH (F) = 0,0257 kg/jam

Densitas NaOH4 % (ρ) = 1518 kg/m³ (Perry dkk, 1999) Viskositas NaOH4 % (μ) = 0,00043 lbm/ft s

= 0,64 cP

= 0,00064 kg/m.det (Kirk & Othmer, 2008) Kebutuhan perancangan = 30 hari

Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki

V_larutan = 0,3045 m³ Faktor kelonggaran : 20 %

Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,3045 m³ = 0,3645 m³

2. Diameter dan tinggi tangki

Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 1 : 1 Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs V_t = πD³ 4 1 0,3645 = πD³ 4 1

Maka, diameter tangki D = 0,7750 m tinggi tangki Ht = Hs = D D H_s ×       = 0,7750 m

3. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki, h = × 0,7750 m = 0,6458 m Tekanan hidrostatik : P = ρ × g × h = 1518 kg/m3 × 9,8 m/det² × 0,6458 m = 9607,4814 kPa Tekanan operasi :

P_operasi = 1 atm = 101,325 kPa

P_total = 101,325 kPa + 9607,4814 kPa = 110,9325 kPa

Faktor keamanan : 20 %

P_design = (1,2) (110,9325 kPa) = 116,4791 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Walas, 1990) Allowable stress : S= 13700 psi

= 94458,21 kPa (Walas, 1990) Faktor korosi : C = 0,02 in/tahun

= 0,000508 m/tahun (Perry&Green,1999) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki : t =

= + 10(0,000508)

= 0,0057 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,0057 m

= 0,2235 in = ¹/4 in (Walas, 1990) Perancangan Sistem Pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh : Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 × 0,7750 m = 0,2583 m E/Da = 1 ; E = 0,2583 m L/Da = 1/4 ; L = 1/4 × 0,2583 m = 0,0646 m W/Da = 1/5 ; W = 1/5 × 0,2583 m = 0,0517 m J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 × 0,7750 m = 0,0646 m dimana : Dt = D = diameter tangki (m)

Da = Diameter impeller (m)

E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)

Da

W

L

Gambar LD.13 Sketsa pengaduk tangki pelarutan NaOH Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/detik

Bilangan Reynold,

Bilangan Reynold (NRe) =

µ ρ N Da² = = 158092

N_Re > 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus: ρ 5 3 a D N Np P= (Geankoplis, 2003) Np = 5 untuk N_Re = 158092 (Geankoplis, 2003 P = 5 (1)³ (0,2583)⁵ (1518) = 8,7317 Watt = 0,0117 hp Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 0,0146 hp

Digunakan daya motor standar 1/8 hp

LD.12 Anion Exchanger (V-11)

Fungsi : Mengikat anion yang terdapat di dalam air Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C

Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit Inlet Resin Inlet Outlet Dt ts th Dt

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Laju massa air (F) = 417,4996 kg/jam

Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m³ (Geankoplis, 2003) Kebutuhan perancangan = 1 jam

Ukuran Anion Exchanger

Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation = 2 ft = 0,6096 m

- Luas penampang penukar kation = 3,14 ft² = 0,2917 m² Faktor keamanan : 20 %

Tinggi resin = 2,5 ft = 0,76201 m Tinggi silinder = 1,2 × 2,5 ft

= 3 ft = 0,91441 m Diameter tutup = diameter tangki

= 0,6096 m = 2 ft

Direncanakan rasio Tinggi tutup : Diameter tangki = 1 : 4 Tinggi tutup = ¼ × 0,6096 m = 0,1524 m

Tinggi anion exchanger = 0,91441 + 2 (0,152)

= 1,2192 m

Tebal dinding tangki Tekanan hidrostatik :

P = ρ × g × h = 996,24 kg/m3

× 9,8 m/det² × 0,76201 = 7,4354 kPa Tekanan operasi :

Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 7,4354 kPa

= 108,76464 kPa Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) (108,76464 kPa) = 114,2047 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Walas, 1990) Allowable stress : S= 13700 psi

= 94458,21 kPa (Walas, 1990) Faktor korosi : C = 0,02 in/tahun

= 0,000508 m/tahun (Perry&Green,1999) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki : t =

= + 10 (0,000508)

= 0,0055 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,0055 m

= 0,2182 in = ¹/4 in (Walas, 1990) LD.13 Deaerator (V-12)

Fungsi : Menghilangkan gas-gas yang terlarut di dalam air Bentuk : Silinder horizontal dengan tutup elipsoidal

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit

LEVEL GAUGE NON RETURN

VALVE

Gambar LD.15 Sketsa Deaerator

Kondisi operasi :

Temperatur = 90^oC

Laju massa air (F) = 417,4996 kg/jam

Densitas air (ρ) = 965,34 kg/m³ (Geankoplis, 2003) Kebutuhan perancangan = 24 jam

Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki

V_air = 10,3798 m³

Faktor kelonggaran : 20 %

Volume tangki, V_t = 1,2 × 10,3798 m³ = 12,4557 m³

2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan :

Ingin dirancang tangki penyimpanan bentuk siinder dengan dasar datar dan tutup ellipsoidal :

Digunakan:

Ellipsoidal head dengan Hh : D = 1 : 4 (Walas, 1990)

Hh = ¼ D Volume head (Vh) = π/6 x D2 x Hh = π/6 x D2 (¼ D) = 0,1309 D³

Shell silinder dengan Hs : D = 3 : 1 (Walas, 1990)

Hs = 3 D Volume silinder (Vs) = π/4 x D2 x Hs = π/4 x D2 (3D) = 2,355 D³

Diameter dan Tinggi Tangki

Volume tangki = Vs + Vh 12,4557 m³ = 2,355 D³ + 0,1309 D³ 12,4557 m³ = 2,4859 D³ D = = 1,2081 m R = 0,6040 m Tinggi head : Hh = ¼ D = ¼ x 1,2081 m = 0,3020 m

Tinggi shell : Hs = 3 D = 3 x 1,2081 m = 3,6242 m Tinggi tangki (HT) = Hs + Hh = 3,6242 m + 0,3020 m = 3,9262 m 3. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki (h) = x Hs

= x 3,6242 m = 3,0201 m Tekanan design P hidrostatik = ρ x g x h = 965,34 kg/m³ x 9,8 m/s² x 3,0201 m = 28,5714 kPa

P operasi = 1 atm = 101,325 kPa

P total = P hidrostatik + P operasi

= 28,5714 kPa + 101,325 kPa = 129,8964 kPa Faktor kelonggaran = 20 % P desain = (1+0,2) x P total = 1,2 + 129,8964 kPa = 155,8757 kPa

Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C

Allowable working stress (S) = 13.700 psia (Walas, 1990) = 94458,21 kPa

- Corossion allowance (C) = 0,02 in (Peters, et.al., 2004) = 0,000508 m

Tebal shell tangki:

= 0,0051 m

Tebal shell standar yang digunakan= 0,0051 m maka = 0,2025 = ¼ in (Walas, 1990)

Tebal tutup dan alas tangki

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell.

Tebal tutup dan alas = ¼ in (Walas, 1990)

Tebal dinding head

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 Grade C (Peters et.al., 2004), diperoleh data :

- Corrosion allowance (C) : 0,00089 m/tahun

- Allowable working stress (S) : 13700 psi = 94458,21 kPa - Efisiensi sambungan (E) : 0,85

- Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun - Tebal head (th1) =

- (Peters et.al., 2004) dimana :

d = tebal dinding tangki bagian silinder (m) P = tekanan desain (kPa)

D = diameter dalam tangki (m) S = Allowable working stress

CA = Corrosion allowance

n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan

=0,0061 m

Dipilih tebal tutup dan alas = 0,2409 = 1/4 in (Walas, 1990)

Tebal tutup dan alas tangki

Tebal tutup dan alas = ¼ in (Walas, 1990) Ketebalan flat head:

th₂ =

=

= 0,0002 m

LD.14 Ketel Uap (V-13)

Fungsi : Menyediakan uap untuk keperluan proses Jenis : Ketel pipa api

Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah : 1 unit

Data :

H = jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 100^oC menjadi 150^oC

= 2776,2 – 2676,0 = 100,2 kJ/kg = 220,9029 btu/lb

Total kebutuhan uap (W) = 2087,4980 kg/jam = 4602,1399 lbm/jam Data :

Uap jenuh : suhu 150°C tekanan 101,325 kPa

Kalor laten steam (H) = 2776,2 kJ/kg (Smith, 2005) Kebutuhan uap = 2087,4980 kg/jam

= 4602,1399lbm/jam

Menghitung Daya Ketel Uap (Caplan, 1980)

H P

W ^34,5× ×^970,3 =

dimana: P = daya ketel uap (hp) W = kebutuhan uap (lb_m/jam) H = kalor steam (Btu/lb_m)

P =

= 30,3694 hp Menghitung Jumlah Tube

Dari ASTM Boiler Code, permukaan bidang pemanas = 10 ft²/hp. Luas permukaan perpindahan panas, A = P × 10 ft2

/hp = 30,3694 hp × 10 ft2

/hp = 303,6940 ft²

Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: - Panjang tube, L = 18 ft

- Diameter tube, 1 in

- Luas permukaan pipa, a′ = 0,3925 ft2

/ft (Kern, 1965) Jumlah tube Nt = = = 42,9857 = 43 buah

LD.16 Tangki Pelarutan Kaporit (V-15)

Fungsi : Membuat larutan kaporit Ca(ClO)2

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C

Jenis sambungan : Single welded butt joints

Da Dt Ht E J Hc

Gambar LD.16 Sketsa Tangki Pelarutan Kaporit

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Tekanan = 1 atm

Ca(ClO)₂ yang digunakan = 2 ppm

Laju massa Ca(ClO)2 (F) = 0,0029 kg/jam Densitas Ca(ClO)2 70 % (ρ) = 1272 kg/m3

(Perry dkk, 1999) Viskositas Ca(ClO)2 70 % (μ) = 0,00067 lbm/ft s

= 1 cP

= 0,001043 kg/m.det (Kirk & Othmer, 1949) Kebutuhan perancangan = 90 hari

Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki

Faktor kelonggaran : 20 %

Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0054 m³ = 0,0065 m³

2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan :

Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 1 : 1 Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs Vt = πD³ 4 1 0,0065 = πD³ 4 1

Maka, diameter tangki D = 0,2023 m tinggi tangki Ht = Hs = D D H_s ×      = 0,2023 m 3. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki, h =

×

0,2023 m = 0,1686 m Tekanan hidrostatik : P = ρ × g × h = 1272 kg/m3 × 9,8 m/det² × 0,1686 m = 2,1017 kPa Tekanan operasi :

Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 2,1017 kPa

= 103,4267 kPa Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) (103,4121 kPa) = 124,1120 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Walas, 1990)

Allowable stress : S = 13700 psia

= 94458,21 kPa (Walas, 1990) Faktor korosi : C = 0,02 in/tahun

= 0,000508 m/tahun (Timmerhaus et al, 2004) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki : t =

= + 10(0,000508)

= 0,0052 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,0052 m

= 02065 = ¹/4 in (Walas, 1990) Perancangan Sistem Pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (Geankoplis, 2003), diperoleh : Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 × 0,2023 m = 0,0674 m E/Da = 1 ; E = 0,0674 m L/Da = 1/4 ; L = 1/4 × 0,0674 m = 0,0169 m W/Da = 1/5 ; W = 1/5 × 0,0674 m = 0,0135 m J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 × 0,2023 m = 0,0169 m

Da

W

L

Gambar LD.17 Sketsa pengaduk tangki pelarutan soda abu

dimana : Dt = D = diameter tangki (m) Da = Diameter impeller (m)

E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)

Kecepatan pengadukan, N = 2,5 putaran/detik Bilangan Reynold,

NRe =

= = 13872

N_Re > 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus: ρ 5 3 a D N Np P= (Geankoplis, 2003) Np = 5 untuk N_Re = 3080073 (Geankoplis, 2003) P = 5 x (2,5)³ (0,0674)⁵ (1272) = 0,1386 Watt = 0,0002 hp Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 2,23.10^-4 hp

LD.17 Tangki Utilitas (V-16)

Fungsi : Menampung air untuk didistribusikan untuk kebutuhan domestik Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit

Hs

Gambar LD.18 Sketsa Tangki Utilitas

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Laju massa air (F) = 1004,9668 kg/jam

Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m³ (Geankoplis, 2003) Kebutuhan perancangan = 24 jam

Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki

Vair = 24,2239 m³

Faktor kelonggaran : 20 %

Volume tangki, V_t = 1,2 × 24,2239 m³ = 29,0686 m³

2. Diameter dan tinggi tangki

Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 3 : 2 Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs Vt = πD³ 8 3 29,0686 = πD³ 8 3

Maka, diameter tangki D = 4,1995 m tinggi tangki Ht = Hs = D D H_s ×       = 4,1995 m 3. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki, h = × 6,6 m = 5,2493 m Tekanan hidrostatik : P = ρ × g × h = 996,24 kg/m3 × 9,8 m/det² × 5,2493 m = 51,2213 kPa Tekanan operasi :

Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 51,2213 kPa

= 152,5463 kPa Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) (152,5463 kPa) = 183,0556 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Walas, 1990)

Allowable stress : S = 13700 psia

= 94458,21 kPa (Walas, 1990) Faktor korosi : C = 0,02 in/tahun

= 0,000508 m/tahun (Timmerhaus et al, 2004) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki : t =

= + 10(0,000508)

= 0,0102 m

Tebal shell standar yang digunakan = 0,0102 m

= ¹/₁₆ in (Walas, 1990)

LD.18 Tangki Bahan Bakar (V-17)

Fungsi : Tempat penyimpanan bahan bakar.

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C

Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Temperatur = 28^oC

Laju volum solar (Q) = 21,2522 ltr/jam Densitas solar (ρ) = 0,89 kg/liter Kebutuhan perancangan = 10 hari

Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki

Vsolar = 21,2522 ltr/jam x 24 jam/hari x 10 hari x 10^-3m³/ltr = 5,1005 m³

Faktor kelonggaran : 20 %

Volume tangki, Vt = 1,2 × 5,1005 m³= 6,1206 m³ 2. Diameter dan tinggi tangki

Volume tangki (V_t) Vt = ¼ π D2 Hs V_t = πD³ 8 1 6,1206 m³ = πD³ 8 1

Maka, diameter tangki D = 1,9829 m tinggi tangki Ht = Hs = D D ×     2H_s = 3,9659 m 3. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki, h = × 3,9659 m = 3,3049 m Tekanan hidrostatik :

P = ρ × g × h = 890 kg/m3

× 9,8 m/det² × 3,3049 m = 28,8253 kPa

Tekanan operasi :

Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa

Ptotal = 101,325 kPa + 28,8253 kPa = 130,1503 kPa Faktor keamanan : 20 %

Pdesign = (1,2) (130,1503 kPa) = 156,1804 kPa

Joint efficiency : E = 0,8 (Brownell & Young, 1959)

Allowable stress : S = 12650 psia = 87218,71 kPa (Brownell & Young, 1959)

Faktor korosi : C = 0,0098 in/tahun (Timmerhaus dkk, 2004) Umur alat : n = 10 tahun

Tebal shell tangki : t =

= + 10(0,000508)

Tebal shell standar yang digunakan = 0,0071 m

= 0,2808 = ¹/3 in (Walas, 1990)

LD.19 Pompa Screening (P-01)

Fungsi : Memompa air dari sungai ke water reservoir (V-01) Jenis : Centrifugal pump

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Commercial steel

Gambar LD.19 Sketsa pompa P-701 (dilihat dari samping)

Kondisi operasi :

Kondisi Satuan Suction Discharge

Suhu (T) ^oC 28 28

Tekanan (P) atm 1,565 1,565

Tinggi (Z) m 0 9,800

Laju alir massa (Fv) kg/jam 543621.296 543621.296 (Fv) design, 10% kg/jam 597983,426 597983,426

Densitas (ρ) kg/m³ 995,500 995,500

Viskositas (μ) cP 0,703 0,703

Laju alir volume (Q) m³/jam 600,687 600,687 Laju alir massa per detik (G) kg/s 166,107 166,107 Tekanan uap air pada suhu 28 ^oC atm 0,0393 0,0393

Langkah-langkah perhitungan :

1. Perhitungan diameter optimum pipa, Di_,opt

Untuk Pipa tipe Commersial Steel, perhitungan diameter optimum pipa: Di,opt = 293 G^0,52 ρ–0,37

(Coulson & Richardson’s, 2005) = [293 (166,107)^0,52 (995,500)^–0,37] × 0,03936996

= 11,376 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 12 in

Schedule number : 80

Diameter Dalam (ID) : 7,625 in = 0,194 m Kecepatan linier, v =

(

2

)

i D 4 π Q

× ^{(Coulson & Richardson’s, 2005)}

=

= 2,545 m/s

2. Perhitungan Bilangan Reynold, NRe

Bilangan Reynold : NRe = µ × ×v D ρ (Peters, 2004) = = 10216080 (aliran turbulen)

3. Perhitungan pressure head, ΔP

Pressure head: ΔP = (P2 – P1) / (ρ × g) P2 = P1, sehingga ΔP = 0

4. Perhitungan Static Head, ΔH

Velocity head: Δv =

( )

g v v × − 2 2 1 2 2 v2 = v1, sehingga Δv = 0 6. Perhitungan Friction head, Fs

Friction loss pada pipa :

f = 0,04 × Re^–0,16 (Geankoplis, 2003) = 0,04 × (10216080)^–0,16

f = 0,00302

Suction Total Le Discharge Total Le

Friction loss (f), m 0,00302 0,00302

Panjang pipa (L), m 10 20

elbow 2 (Le = 1,3716 m) 0,9144 3 (Le = 0.4572 m) 1,3716

Standard Tee 0 (Le = 0.6096 m) 0 2 (Le = 0.6096 m) 0,9144

Gate valve fully open 0 (Le = 0.0853 m) 0 1 (Le = 0.0853 m) 0,4572

Globe valve 0 (Le = 3.9624 m) 0 1 (Le = 3.9624 m) 0,4572

Le, m 10 0,9144 20 3,2004 L + Le, m 10,9144 23,2004

Friction head, Fs1 pada bagian suction: Fs1 = f × (L + Le) × v²/(2 × g × D)

= 0,00306 × (10,9144) × (2,072)² / (2 × 9,8 × 0,194) = 0,037732 m

Friction head, Fs2 pada bagian discharge: