7

BAB 2

TUJUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka

Beberapa studi pustaka yang berhubungan dengan penelitian pada salah satu

kompartemen pada pengolahan air bersih pada area flokulator dengan tipe hidrolis

menggunakan diffuser yang disajikan. Berikut adalah beberapa refrensi penelitian

terhahulu menenai karakteristik hidrolik aliran pada area flokulator. Berikut adalah

beberapa penelitian terhadulu terkait analisa karakteristik aliran yang terjadi pada

diffuser

• Judul : Dengan judul Pengenbangan Media Pembelajaran Pengukuran

Rugi Aliran Fluida Cair Dalam Pipa Venturi Untuk Menunjang

Perkuliahan Mekanika Fluida. Disusun oleh Yosi Ramadhan, Ramelan

dan Wirawan Sumbodo tahun 2014. Metode yang digunakan dalam

penelitian ini adalah dalam pipa venturi, tekanan ketika penyempitan

mengalami kenaikan sedangkan kecepatan meningkat. Variasi penutupan

gate valve sangat berpengaruh terhadap kerugian aliran fluida, semakin

gate valve menutup maka kerugian aliran fluida cair yang melewati

semakin mengecil.

• Judul : Studi Distribusi Tekanan Aliran Melalui Pengecilan Saliran Secara

Mendadak Dengan Belokan Pada Penampang Segi Empat. Disusun oleh

Sarjito, Subroto dan Arif Kurniawan tahun 2016. Metode yang digunakan

dalam penelitian ini adalah distribusi tekanan dan penurunan tekanan

aliran pada satu fase, melalui penampang persegi dengan belokan (elbow)

dan mengalami pengecilan saluran, setiap kenaikan kecepatan aliran

selalu di ikuti dengan tekanan aliran nya. Terjadinya peningkatan tekanan

dipengaruhi oelh kenaikan debit aliran (Q), semakin besar luas

penampang pipa maka akan semakin kecil bilangan Reynoldnya dan

bilangan Reynold akan semakin bertambah seiring debit aliran (Q)

bertambah.

• Judul : Karakteristik Aliran Air Dalam Model Saluran Terbuka Menuju

Kajian Hidrolika Erosi Dan Transpor Sedimen. Disusun oleh Bakhtiar,

Joetata Hadihardaja tahun 2009. Metode yang digunakan dalam penelitian

ini adalah penelitian teramati karakteristik hidrolis aliran di saluran

8

terbuka antara air murni dan air berpasir cenderung sama dan hasil pola

hubungan antara vairabel karakteristik hidrolis yang dikemukakan secara

teoritik melalui penurunan model marematis sama dengan hasil

pengamatan.

• Judul : Kajian Pengaruh Tinggi Bukaan Pintu Air Tegak (Sckuicegate)

Terhadaap Bilangan Froude. Disusun oleh Jani Albas dan Sulwan

Permana tahun 2016. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah

mengoptimalisasi peranan bangunan pintu air sebagai pengatur debit dan

pengatur tinggi muka air di hulu bangunan pintu air, seiring dihadapkan

pada masalah gerusan likal (Local Scouring) di sebalah hilir bangunan

pintu air, dalam penanganan masalah dengan pembuatan landasan

komalm olak atau dikobinasikan dengan persamaana ambang peredam

energy, bilangan froude merupakan satuan non-dimensional yang

menunujan efek relative dari evek inersia terhdapat efek gravitasi, faktor

yang mempengaruhi bertambahnya ketinggian aliran pada energy spesifik

merupakan ketinggian muka air dan harga kecepatan masing-masing

keadaan,

• Judul : Kajian Fenomena Separasi Pada Pipa Sudden Contraction dengan

Kontrasi Rasio 5:3. Disusun oleh Hijrah Anjar Nugroho, Khoiri Rozi dan

Tony Surya Utomo tahun 2014. Dalam penlitian ini adalah Sudden

contraction merupakan bentuk saluran terkontrasi secara tiba-tiba dari

daerah upstream menuju downstream. Penyempetian secara mendadak

akan mengakibatkan terjadinya penurunan dan terjadinya secondary flow.

Dari hasil penelitian menunjukan terjadinya perubahan tekanan akibat

penyempitan luas penampang secara tiba-tiba pada area upstream.

Tekanan aliran menunjukan secara konstan karena fluida belum mulai

mengalami separasi. Ketika memasuki downstream terjadinya recovery

tekanan diakibatkan momentum aliran yang cukup kuat untuk mengatasi

gata viskos fluida dan energy kinetis aliran meningkat sehingga mampu

membawa aliran dalam kondisi favorable.

• Judul : Multiscale Simulation Of Water Flow Through Laboratory-Scale

Nantube Membranes. Disusun oleh Matthew K.Brog, Duncan A.

Lockerby, Konstantinos Ritos dan Jason M. Reese tahun 2018. Dalam

penelitian ini menjelaskan dalam selaput pemurnian atau penjernihan air

9

yang terdiri dai susunan karbon nontube (CNT). Dalam penelitian

pengumpalan CNT dilakukan transportasi air secara berulang 2-5 kali

dari hasil Hagen-Poseulle hasil yang sudah diamati dalam pembentukan

CNT yang dihasil kan dengan dimeter partikel 0,8-10 nm. Dalam

penelitian ini diaplikasikan dengan menggunakan simulasi aplikasi

Mocular dynamic (MD) dengan ditambah nya berupa suatu hambatan

berupa slip panjang, maka penambahan diameter CNT mengalami

penaikan 2nm dalam satu fase.

• Judul : Flow Characteristic In Low-Speed Wind Tunnel Conreactions :

Simulation And Testing. Disusun oleh E.S. Zanoun tahun 2018. Dalam

peneitian ini menjelaskan dalam studi numerik dan eksperimental

dilaksanakan untuk mengetahui karakteristik aliran melalui kontraksi

trowongan dengan kecepatan yang rendah. Pemecah aliran dilakukan

dengan dua dimensi dengan berdasarkan skema volumenya. Sehingga

akan diprediksi kecepatan aliran disepanjang trowongan yang diteliti, dari

hasil penelitian membuktikan karakterostik dari intensitas turbulensi yang

keluar terhadap kontrasi sebanding dengan kecepatan yang masuk dan

menunjukan kenaikan kecepatan maka tingkat turbulensi menuju keluar

akan semakin tinggi.

• Judul : Viscoelastic Hydromagnetic Flow Between Two Porous Parallel

Plate in The Presence Of Sinusoidal Pressure Gradient. Disusun oleh

G.C Dash dan Kanaka Lata Ojha tahun 2018. Dalam penelitian ini

menjelaskan Aliran fluida viskoelastik hidromaknetik antara dua poros

penampang horizontal, dengan gradient tekanan sinusoidal dan medan

magnet yang bervariasi. Viskoelastisitas merupakan pendekatan yang

efektif untuk memodelkan mekanisme disipatif. Dalam hasil menunjukan

dalam mendesain agar gradient tekanan berfekwensi rendah dan aliran

kembali ke arah masuk maka dilakukan dengan penghambatan

penambahan salurann berpori dan mengaplikasikan medan magnet serta

elastisitas untuk memperlambat aliran fluida.

• Judul : Optimal Operation Of The Water-Lifting Unit In Determining The

Water Flow In The Warer Source. Disusun oleh V.Kushnir, O. Benyukh

dan A. Kushnir tahun 2016. Dalam penelitian ini menjelaskan pengunaan

air untuk daya tampung penyemprotan ladang runput harus merata dengan

10

penggunaan air secara minimalis maka dilakukannya penyempitan

penampang atau pengecilan penampang agar kecepatan aliran yang

diaplikasikan akan semakin besar. Dalam menunjau kecepatan aliran yang

kelur dianalisa juga ketinggian dari air keluar dengan sumber yang

digunakan. Hasil penelitian menunjukan agar didapatlam nya daya

tampung dengan nominal ketinggian air sejauh 0,25 (Hd/Hc) maka

diperlukan nya nilai debit aliran 02 m3/h, untuk 0,5 (Hd/Hc) dengan nilai

debit aliran 0,4 m3/h dan untuk 0,75 (Hd/Hc) Dengan nilai debit aliran

0,8 m3/h.

• Judul : Hydraulic Jump Type Stilling Basims For Froude Number 2.5 to

4.5. Disusun oleh Nani G. Bhowmik tahun 1971. Menjelaskan dalam tipe

Stilling basins tipe lompat hydraulic yang diaplikasikan untuk mencegah

efek dari kecepatan aliran bertipe superkritis pada stabilitas saluran,

dilakukan percobaan laboratorium untuk memprediksi lompatan hidrolik

dengan tipe horizontal dengan nilai kisaran bilangan froude kisaran 2,5

sampai 4,5. Hasil menunjukan dalam berkolerasi data dengan teori

dibutuhkan nya satu alat baffleblock untuk menahan lompatan hidrolik.

Hubungan antara keduanya dikembangkan untuk mencapai nominal

froude 2,5 sampai 4,5 dengan variable kedalaman (D2/D1) yang

membutuhkan nilai kehilangan energi (EL/E1) dan nilai rasio panjang

(L/D2) yang terkait secara independen dengan bilangan Froude

superkritis.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Pengertian Air

Air merupakan salah satu komponen zat cair yang sangat dibutuhkan dalam

kehidupan seluruh jenis makluk hidup, menurut pakar ahli air merupakan senyawa

zat yang terdiri dari H2O secara empiris berdasarkan observasi dimana senyawa

tersebut terdiri dari 2 unsur yaitu unsur 2 hidrogen dan unsur 1 oksigen (Niigata H,

2017).

11

2.2.2 Pengertian Air Baku

Air baku dalam Sumber air memilik karakteristik yang spesifik, dengan

mengetahui karakterisktik masing-masing sumber air serta fakator yang

mempengaruhi karakteristik tersebut, diharapkan dapat membantu di dalam

pemilihan air baku untuk suatu sistem penyediaan air bersih serta mempermudah

memilih sistem pengolahan yang akan kita gunakan untuk menghasilkan air yang

memnuhi persyaratan kualitas secara fisik, kimiawi dan biologis. (Niigata H, 2017).

Dalam penentuan yang didasarkan letaknya air baku dapat diperoleh dari

beberapa sumber, diantaranya adalah air angkasa (hujan), air permukaan, air laut,

dan air tanah, Indonesia sendiri, sumber air yang sering dipergunakan oleh sebagian

besar masyarakat adalah air tanah, baik air tanah dangkal maupun air tanah.Chandra

dalam Cut Khairunnisa, (2012).

(Salmani.S, 2016).Dalam memilih sumber ar baku air bersih, maka harus

diperhatikan persyaratan utamanya yang meliputi kuantitas dan biaya yang murah

dala proses pengambilan sampai pada proses pengolahan nya, berikut merupakan

sumber air baku yang dapat di gunakan untuk penyedia air bersih:

1. Air Hujan

Beberapa sifat kualitas dari air hujan aladah sebagai berikut:

a) Bersifat lunak karena tidak mengandung larutan garm dan zat mineral.

b) Air hujan pada umumnya bersifat lebih bsersih.

c) Dapat bersifat korosif karena mengandung zat yang terdapat di udara

seperti NH3, CO2 agresif, ataupun SO2. Adanya konsentrasi SO2

yang tinggi di udara yang bercampur dengan air hujan akan

menyebabkan terjadinya hujan asam (acid rain).

Dari segi kuantitas, air hujan tergantung pada besar kecil nya curah

hujan. Sehingga air hujan tidak mencukupu untuk persediaan umum karena

jumlah berfluktuasi. Begitu pula bila dilihat dari segi kontinuitasnya, air ujan

tidak dapat diambil secara terus menerus karena tidak ada penambahan air

hujan.

2. Air Permukaan

Air permukaan yang biasanya dimanfaatkan sebagai sumber atau bahan

baku air bersih adalah :

a) Air waduk (berasa dari air hujan)

12

b) Air sungai (berasal dari air hujan dan manta air)

c) Air danau (berasal dari air hujan, air sungai aau mata air)

Pada umum nya air permukaan telah terkontaminasi dengan berbagai

zat yang berbahaya bagi kesehatan, sehingga memerlukan pengolaha terlebih

hadulu sebelum di konsumsi oleh masyarakat. Kontaminana atau zat tercemar

tersebut antara lain domestikm buangan industry dan limbah pertanian.zat zat

pencemaran tersebut antara lain Total Suspend Solid (TSS).

3. Air Tanah

Air tanah banyak mengandung garam dan material yang terlarut pada

waktu air melalui lapisan tanah, secara praktis air tanahh adalah bebas dari

polutan karena berada di bawah permukaan tanag. Tetapi tidak menutup

kemungkinan bahwa air tanah dapat tercemar oleh zat yang menggangu

kesehatan seperti kandungan Fe, Mn, kesadahan yang terbawa oleh aliran

permukaan tanag. Bila ditiju dri kedalaman air tanag maka air tanah di

bedakan menjadi air tanah dangkal dan air tanah dalam. Air tanah dangkal

mempunyai kualitas lebih rendah dibandingkan kualitas air tanah dalam. Hal

ini disebabkan air tanah dangal lebih muda mendapat kontaminasi dari luar

dan fungsi tanahsebagai penyaring lebih sedikit.

Dari segi kuantitas, apabila air tanag dipakai sbagai sumber air baku

sersih adalah cukup relatif. Tetaou bila dilihat dari segi kontinuitasnya maka

pengambilan air tanag harus di batasi, karena dikhawatirkan dengan

pengambilan yang secara terus menerus akan menyebabkan penurunan muka

air tanah. Karena air di alam merupakan rantai panjang menurut siklus

hidrologi. Maka bila terjadi penurunan tanah kemungkinan kekosongan nya

akn diisi oleh air laut, peristiwa ini bisa disebut intrusi air laut. Kondisi ini

telah banyak dijumpai khususnya di daerah dekat pantai atau laut seperti

Jakarta dan Surabaya.

4. Mata air

Dari segi kualitas, mata air adalah sangat baik dipakai sebagai air

baku, karena berasal dari dalam tanah yang muncul ke permukaan tanah

akibat tekanan, sehingga berlum terkontaminasi oleh zat pencemar. Biasanya

lokasi mata air merupakan daerah terbuka, sehingga mudah terkontaminasi

13

oleh lingkungan sekitar. Contohnya banyak ditemukan bakteri E-Coli pada

mata air.

Dilihat dari segi kuantitasnya, jumlah dan kapasitas mata air sangat

terbatas sehingga hanya mampu memenuhi kebutuhan sejumlah penduduk

tertentu. Begitu pula bila mata air tersebut terus di ambil semakin lama akan

habis.

Dalam (Shalahuddin, 2016) Instalasi pengolahan air atau disingkat

IPA adalah sistem utama dari sistem pengolahan air bersih. Pada prinsipnya,

terdapat 3 buah sistem dalam sistem pengolahan air bersih (Water Treatment

System) yaitu sistem air yang masuk (Intake Water System), Instalasi

Pengolahan Air (Water Treatment Plant), dan tempat penampungan air

(Reservoir). Berikut penjelasan lebih mendalam mengenai ketiga bangunan

tersebut.

2.2.3 Intake Water System

Bangunan konstruksi yang menampung sumber air baku yang akan

digunakan dalam proses pengolahan air, dalam penampung air baku ini pada

umumnya ada sebuah alat yang bernama bar screen. Alat ini yang akan berfungsi

untuk mendeteksi dan menyaring air baku tersebut dari benda yang ikut tergenang

dalam air baku tersebut. Intake water system juga bisa di sebut dengan bak

prasedimentasi dimana dalam mendesain bak prasedimentasi tersebut didesain

dengan kemiringan 45 – 65 o untuk membuat lumpur padat yang terdapat dalam air

baku tersebut mengendap sehingga dapat menggurangi beban kerja dari WTP.

Setelah itu air yang sudah disaring di bak prasedimentasi akan dipompa ke bangunan

konstruksi ke dua yaitu Water Treatment Plant (WTP).

14

Gambar 2.1 Intake Water System

(Sumber : PT. Waterindo Primatech Bekasi, 2017)

Berikut juga merupakan gambar dari sitem bak prasedimentasi yang terdapat

di PT. Waterindo Primatech Bekasi :

45-65O

Air bakumasuk

lumpur

Air bersih

Gambar 2.2 Intake Water System

(Sumber : PT.Grhamet Mekatelindo, 2017)

2.2.4 Water Treatment Plant (WTP)

Water Treatment Plant atau bisa di sebut dengan Instalasi Pengolahan Air

(IPA) yang menerima air baku yang di teruskan dari bak prasedimentasi. Dalam

tahap ini, Water Treatment Plant berfungsi untuk mengolah air baku yang masih

terkontaminasi akan diolah untuk mendapatkan kualitas air yang memenuhi syarat

dan standar mutu yang layak untuk dikonsumsi.

(Niggata.H, 2017) dalam tapahapan Water Treatment Plant terbagi menjadi 5

proses yaitu: koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi, dan desinfeksi

15

Gambar 2.3 Water Tratment Process

(Sumber : PT. Waterindo Primatech Bekasi, 2017)

1. Koagulasi

Koagulasi pada pengolahan air bersih merupakan bagian pendahuluan

dimana seringkali terdapat zat padat dalam bentuk atau ukuran yang tidak

memungkinkan mengendap pada proses sedimentasi saja atau dengan

proses lain di dalam waktu detensi yang efisien. Ada 3 (tiga) factor yang

berpengaruh dalam proses koagulasi yakni kualitas air baku, jenis dan

dosis kuagulan, serta pengadukan cepat. Kualitas dapat di ketahui dari

Jar-test. Koagulasi terjadi pada unit pengadukan cepat (Flash Mixing)

karena koagulasi harus tersebar secara capat dan reaksi hidrolisa hanya

terjadi dalam beberapa detik, jadi destabilisasi muatan negative oleh

muatan positif harus dilakukan dalam beberapa detik. Pangadukan cepat

dapat dilakukan secara mekanis, pneumatis (udara) dan hidrolis. Hal

yang terpenting, dalam proses pengadukan dilakukan secara intensif.

2. Flokulasi

Flokulasi adalah proses penggumpalan partikel-partikel terdestabilisasi

menjadi flok dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh

sedimentasi dan filtrasi. Atau proses pertumbuhan flok kecil (mikroflok)

menjadi flok dengan ukuran yang lebih besar (makroflok). Dengan

ukuran flok dan partikel yang semakin besar, maka perbedaan kecepatan

diantara partikel yang semakin besar, dan akan membentuk flok. Jika flok

terlalu besar tidak bisa menahan tekan abrasi di dalam air.

16

3. Sedimentasi

Proses sedimentasi adalah proses penghilangan sebagain besar padatan

yang terkandung dalam air degan pengendapan secara gravitasi dan

dalam waktu tertentu. Kecepatan aliran dirancang sangat rendah,

menimbulkan kondisi tanpa gerak. Oleh karena pengaruh gaya gravitasi,

partikel dengan densitas lebih besar dari densitas cairan sekelilingnya

akan bergerak ke bawah Mengendap sedangakan partikel dengan densitas

yang lebih kecil akan bergerak ke atas (flotasi). Dengan pengertian ini air

baku akan tertahan baik pada lapisan busa di permukaan atau pada

lapisan endapan pada dasar tanki/bak, pada akhirnya air yang

meninggalkan tanki/bak ini akan berada pada kondisi jernih.

4. Filtrasi

Proses penyaringan merupakan proses utama dalam instalasi pengolahan

air. Proses ini bisa menggunakan media pasir (sand filter), karbon aktif

(activated carbon), dan teknologi membran (membrane process) seperti

MF (Microfiltration), UF (Ultrafiltration ), NF (Nanofiltration) atau RO

(Reverse Osmosis).

5. Disinifeksi

Fungsi dari proses disinfeksi adalah mematikan bakteri atau virus yang

masih terdapat di dalam air. Proses ini dapat menggunakan senyawa

kimia seperti penambahan chlor, proses ozonisasi, pemancaran sinar UV,

ataupun dengan pemanasan.

17

Berikut merupakan gambar area flokulator yang akan diteliti :

Gambar 2.4 Pengolahan IPA 220 l/s

(Sumber: PT Waterindo Primatech Bekasi, 2017)

Proses flokulasi bertujuan membentuk dan memperbesar flok (gumpalan

pengotor) pada air baku (raw water) yang pengotornya sudah terkoagulasi, biasanya

dilakukan pengadukan lambat (slow mixing) dan ditambahkan bahan kimia flokulan

(flocculant) untuk meningkatkan efisiensi penggumpalan (Niggata.H, 2017).

2.3 Flokulasi

Flokulasi adalah proses penggumpalan partikel-partikel terdestabilisasi

menjadi flok dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh proses

sedimentasi dan filtrasi. Atau proses pertumbuhan flok (mikroflok) menjadi flok

dengan ukuran yang lebih besar (makroflok). Dengan ukuran flok dan partikel yang

semakin besar, maka perbedaan kecepatan diantara partikel yang semakin besar, dan

akan membentuk flok. Jika flok terlu besar tidak bisa menahan tekan abrasi di dalam

air, artinya dengan nilai Gradient Kecepatan (G) yang semakin besar, ukurana flok

rata-rata akan menurun. Untuk mempertahankan nilai “G” pada prakteknya

dilakukan semacam pengadukan pendahuluan dengan nilai G yang tinggi jika flok

sudah terjadi, nilai G kembali di turunkan (Niggata.H, 2017).

18

Menurut Vigneswaran dan Visvanathan (1995) dalam (Susanto.R, 2008) ada

3 mekanisme utama dalam flokulasi :

• Flokulasi Perikinetik

Merupakan penggumpalan yang diakibatkan oleh gerakan acak Brown

dari molekul didalam larutan. Ketika partikel bergerak didala air akibat

gerak Brown, partikel tersebut saling bertubrukan satu sama lain dan pada

saat hubungan itulan terjadi pembentukan partikel yang lebih besar dan

selanjutnya terus menumpuk

• Flokulasi Ortokinetik

Merupakan penggumpalan yang diakibatkan oleh gradient kecepatan

dalam cairan. Proses ini membutuhkan pergerakan yang lambat dari

partikel didalam air. Partikel akan dianggap bertubrukan bila jarak

mereka dekat atau berada dalam daerah yang masih mempunyai pengaruh

terhadap partikel lain. Pada proses ini kecepatan pengendapan dari

partikel diabaikan. Untuk itu dibutuhkan pergolakan air atau gradient

kecepatan untuk menaikkan tumbukan antar partakel.

• Pengendapan Difrensial

Merupakan terjadinya flokulasi akibat dari kecepatan pengendapan yang

berbeda karena adanya perbedaan ukuran partikel. Partikel besar akan

lebih cepat mengendap dibandingkan partikel kecil. Hal ini akan

membantu flokulasi ortokinetik karena gradient kecepatan yang

dihasilkan menyebabkan pnggumpalan lebih lanjut.

Gambar 2.5 Pengadukan Koagulan

(Sumber : Niigita.H, 2018)

19

“Banyak faktor yang dapat mempengaruhi proses flokulasi, seperti pH, suhu

dan percampuran. Pencampuran dapat mendorong aglomerasi partikel, secara praktis,

flokulasi efisiensi pencampuran dapat meningkat melalui metode mekanis atau

metode hidrolik, di proses flokulasi hidrolik, cairan melewati kondisi bosan, "plug

flow" reaktor, kehilangan kepala hidrolik yang disebabkan oleh baffle akan

meningkatkan flokulasi. Secara mekanik proses flokulasi, pencampuran agitator akan

meningkatkan interaksi partikel-partikel dan flokulasi, pencampuran mekanis harus

diatur cukup untuk mendorong partikel interaksi dan menghindari kerusakan flok

yang ada Bridgeman,(2010). Dalam air limbah proses perawatan, pencampuran

mekanik bertujuan untuk mempromosikan pencampuran bahan kimia, aerasi atau

pencampuran, pencampuran mekanis terutama menggunakan mixer turbin atau

baling-baling, tersedia mixer meliputi turbin pipih datar (FBT), turbin sudu bernafas

(PBT), Rushton turbin dan baling-baling.” (Niggata.H, 2017).

2.4 Perancangan Flokulator

Untuk mencapai kondisi flokulasi yang dibutuhkan, ada beberapa factor yang

harus diperhatikan seperti:

1. Waktu flokulasi,

2. Jumlah Energi yang diberikan.

3. Jumlah koagulan

4. Jenis dan jumlah koagulan pembantu

5. Cara pemakaian koagulan pembantu

6. Penetapan pH pada proses koagulan.

(Degreemount, 1991) menjelaskan dalam merancang flokulator harus

memenuhi beberapa syarat:

1. Alirannya harus seimbang dengan distribusi air mentah yang baik dan

pemulihan yang seragam dari air yang telah tenang.

2. Aliran sebisa mungkin tidak bergejolak

3. Aliran, konsentrasi dan pembuangan lumpur adalah parameter esensial

dalam pengoperasian unit yang tepat dan konsep pemuatan volume

lumpur juga sangat penting.

20

Dalam proses Instalasi Pengolahan Air (IPA). Waterindo Primatech Bekasi,

untuk area bagian flokulatornya merupakan tipe aliran saluran terbuka. Hal ini

dikarnakan pada bagian lapisan ke 6, air langsung turun menuju ke kompartemen 2.

Berikut merupakan merupakan penjelasan dari aliran terbuka.

2.4.1 Aliran Saluran Terbuka

Dalam (Fajri .J, 2014). Aliran melalui saluran terbuka adalah saluran dimana

air mengalir dengan muka bebas serta tekanan di permukaan air adalah sama

(tekanan atmosfir). Kondisi aliran dalam saluran terbuka yang rumit berdasarkan

kenyataan bahwa kedudukan permukaan yang bebas cenderung berubah sesuai waktu

dan ruang, dan juga bahwa kedalaman aliran, debit dan permukaan bebas adalah

tergantung sama lain. Kondisi fisik saluran terbuka jauh lebih bervariasi

dibandingkan dengan pipa. Kombinasi antara perubahan setiap parameter saluran

akan mempengaruhi kecepatan yang dimana kecepatan tersebut akan menentukan

keadaan dan sifat aliran. Aliran saluran terbuka dapat diklasifikasikan menjadi

berbagai jenis dan diuraikan dengan berbagai cara.

Berikut adalah beberapa jenis aliran pada saluran terbuka:

1. Aliran Laminer dan Turbulen

Aliran laminer ditandai dengan lintasan partikel fluida sepanjang lintasan

yang halus dan membentuk lapisan-lapisan tertentu. lintasan partikel yang

berurutan mengikuti lintasan yang benar. Aliran Turbulen ditandai dengan

campuran antara lapisan-lapisan fluida yang berbeda terjadi pada harga

bilangan Reynolds yang lebih tinggi, pada jenis aliran ini dimana hampir

tidak terdapat garis edar tertentu yang dapat dilihat.

2. Aliran Kritis, Subkritis dan Superkritis

Aliran itu dikatan kritis apabila bilangan Froude sama dengan satu (Fr

=1), dan aliran disebut subkritis (aliran tenang) apabila Fr = 1, sedangkan

aliran cepat (rapid flow) dan aliran mengerem (shooting flow) juga

digunakan untuk menyatakan aliran superkritis.

3. Aliran Tetap dan Tidak Tetap

Aliran tetap terjadi apabila kedalaman, debit dan kecepatan rata-rata pada

setiap penampang tidak berubah menurut waktu. Aliran tidak tetap terjadi

apabila kedalaman, debit dan kecepatan rata-rata pada setiap penampang

berubah menurut waktu .

21

4. Aliran Seragam dan Tidak Seragam

Aliran disebut seragam apabila berbagai variabel aliran seperti

kedalaman, tampang basah, kecepatan dan debit di sepanjang saluran

adalah konstan. Demikian juga sebaliknya aliran tidak seragam itu terjadi

apabila variabel aliran tersebut tidak konstan. Berdasarkan sifat aliran,

Aliran viskos dapat dibedakan menjadi dua tipe yaitu aliran laminer dan

turbulen. Dalam aliran laminer partikel-partikel zat cair bergerak teratur

mengikuti lintasan yang saling sejajar. Aliran ini terjadi apabila kecepatan

kecil dan/atau kekentalan besar. Pengaruh kekentalan adalah sangat besar

sehingga dapat meredam gangguan yang dapat menyebabkan aliran

menjadi turbulen. Dengan berkurangnya kekentalan dan bertambahnya

kecepatan aliran maka pada suatu batas tertemu akan menyebabkan

terjadinya perubahan aliran dari laminar ke turbulen. Aliran turbulen

gerak partikel-partikel zat cair tidak teratur. Aliran ini terjadi apabila

kecepatan besar dan kekentalan zat cair kecil.

Selain itu aliran melalui saluran terbuka juga dapat dibedakan menjadi aliran

subkritis (mengalir) dan superkritis (meluncur). Diantara kedua tipe tersebut aliran

adalah kritis. Aliran disebut sub kritis apabila suatu gangguan (misalnya batu

dilemparkan kedalam aliran sehingga menimbulkan gelombang) yang terjadi di suatu

titik pada aliran dapat menjalar kearah hulu. Aliran sub kritis dipengaruhi oleh

kondisi hilir, dengan kata lain keadaan di hilir akan mempengaruhi aliran disebelah

hulu.

(Paul.P, 2015) menjelaskan menurut (Leton, 2005) terjadinya lompatan

hidrolik merupakan kenaikan level air dari dalam saluran terbuka sebagai transisi

dari aliran yang tidak stabil mengalir kealiran yang lebih stabil karena kehilangan

gaya energy yang disebabkan oleh gangguan yang mendadak dan semua variable

bergantung pada jumlah pendekatan froude (aliran turun) aliran seperti kehilangan

energi relative, efiensi, tinggi relative dari awal dan berurutan kedalaman. Apabila

kecepatan aliran cukup besar sehingga gangguan yang terjadi tidak menjalar kehulu

maka aliran adalah super kritis. Dalam hal ini kondisi di hulu akan dipengaruhi aliran

disebelah hilir. Penentuan tipe aliran dapat didasarkan pada nilai angka Froude (Fr).

Aliran adalah sub kritis apabila Fr 1. (Bambang, 2003) dalam (Fajri .J, 2014).

22

Menurut (Kneeshaw.S, 2017) Angka Froude menentukan rasio grafitasi ke

gaya inersia dan merupakan yang utama karakteristik apakah aliran superkritis atau

subkritis. (Ady.S, 2014) mengatakan menurut (Chow, 1959) dalam buku Open

Chanel Hydraulics dijelaskan bahwa akibat gaya tarik bumi terhdap aliran

dinyatakan dengan rasio gaya inersia dengan gaya tarik bumi (g). Rasio ini di

terapkan sebagai bilangan froude (Fr) yang didefinisikan dengan rumus Bilangan

Froude :

............................................................................................... (2.1)

Dimana:

Fr : Bilangan Froude

V : Kecepatan Aliran (m/s)

g : Percepatan Gravitasi (m/s2)

h : Panjang Karakteristik/Kedalaman (m)

Euler Number (Eu) merupakan angka nondimensional yang digunakan dalam

perhitungan fluida, hubungan antara penurunan tekanan yang disebabkan oleh

pembatasan energi kinetik per volume aliran, digunakan untuk melihat karakteristik

kehilangan energi dalam aliran. Persamaan Euler (Eu) berkaitan dengan kointum

inviscid. (Mohammad. T, 2008).

............................................................................................... (2.2)

Dimana :

Eu : Bilangan Euler

∆P : Tekanan Aliran (Pa)

: Masa Jenis Aliran Fluida (1000)

v : Kecepatan Aliran (m/s)

2.4.2 Perhitungan Debit Atas Dasar Pengukuran Kecepatan pada Diffuser

Flokulator

Dalam (Fajri.J, 2014) Aliran sungai yang mengalir pada waktu yang sama,

pasti akan terdapat persamaan kontinuitas didalamnya, yang dimana debit masuk itu

setara dengan debit yang keluar. Hal ini memungkinkan dimana variasi kecepatan

akan mengikuti memenuhi luasan permukaan basah dari suatu saluran.

23

M Anis,dkk ,(2018). Terlihat bahwa semakin besar luas penampang aliran

maka semakin kecil nilai kecepatan, begitupun sebaliknya semakin kecil luas

penampang maka semakin besar nilai kecepatannya, hal ini sesuai dengan persamaan

kontinuitas.

Q masuk = Q keluar................................................................................. (2.3)

V1.A1 = V2.A2........................................................................................ (2.4)

Dimana:

Q masuk = debit aliran masuk (m3/s)

Q keluar = debit aliran keluar (m3/s)

V1 = kecepatan aliran masuk (m/s)

V2 = kecepatan aliran keluar (m/s)

A1 = luas saluran ketika aliran masuk (m2)

A2 = luas saluran ketika aliran keluar (m2)

Besarnya debit dihitung menurut rumus Velocity Area Method:

Q = A x V.................................................................................................. (2.5)

Dimana:

Q =Debit (m3 /s)

A =Luas Penampang Basah (m2)

V = Kecepatan Rata-rata (m/s)

2.4.3 Perhitungan Debit Atas Dasar Pengukuran Tekanan pada Diffuser

Flokulator

Menurut (Zane.S, 2010) Aliran atau air dapat mengerahkan kekuatan dan

tekanan terhdap dinding wadah nya, dalam menghitung tekanan air yang melewati

setiap penampang diffuser pada proses area flokulator PT. Waterindo Primatech

Bekasi menggunakan rumus Static Mixer. Rumus ini bersumber dari Water

Treatment Plant Hand Book Degremont (1991).

……………………………………………............................ (2.6)

……..……………………………………………………...… (2.7)

………………………………………………………………...… (2.8)

Dimana:

24

∆H = Tekanan (mH2O)

VC = Koefesien Kecepatan (m /s)

g = Gravitasi (m2 /s)

0,62 = Koefesien penampang persegi

Q = Debit (m2 /s)

S = Luas Penampang (m)

V = Kecepatan Aliran (m /s)

2.4.4 Pengadukan dalam Proses Koagulasi-Flokulasi

Jenis pengadukan berdasarkan kecepatan pengadukannya dibedakan menjadi

2 yaitu pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Sedangkan proses pengadukan

berdasarkan jenis alat atau cara pengadukannya dibagi menjadi 3 pengadukan

mekanis, pengadukan hidrolis dan pengadukan pneumatic. Kecepatan pengadukan

merupakan parameter penting dalam pengadukan yang dinyatakan dengan gradien

kecepatan Gradien kecepatan merupakan fungsi dari tenaga yang disuplai.

Persamaan diatas berlaku umum untuk semua jenis pengadukan. Parameter

yang membedakannya adalah besarnya tenaga yang disuplai ke dalam air (P). dalam

sistem pengadukan, menurut (Zhongyang.L 2018) Begitu aliran fluida mencapai

kondisi stabil, kecepatan aliran dan tekanan nya adalah voxel dimana setiap bagian

akan tegak lurus terhdap arah aliran rata-rata. Koagulasi dan flokulasi adalah proses

fisika kimia dimana diperlukan energi dan waktu agar proses dapat berlangsung,

Camp dan Stein mengabungkan kecepatan adukan (G). (Reynold, 1982).

Dalam (Suprihanto, 2004) flokulasi merupakan kelanjutan dari proses

koagulasi, dimana mikroflok hasil koagulasi mulai menggunpal partikel menjadi

flok-flok yang bersar (makroflok) dan dapat diendapkan. Proses penggumpalan ini

tergantung dari waktu dan pengadukan lambar dalam air.

2.4.4.1 Jenis Pengadukan Berdasarkan Metode Pengadukan

1. Pengadukan Mekanis

Menurut (Sarah.A, 2010) Pengadukan mekanis adalah metoda

pengadukan menggunakan peralatan mekanis yang terdiri atas motor,

poros pengaduk (shaft), dan alat pengaduk (impeller). Peralatan tersebut

digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Berdasarkan bentuknya, ada

25

tiga macam impeller, yaitu paddle (pedal), turbine, dan propeller (baling-

baling).

Gambar dari ketiga bentuk tersebut dapat dilihat di bawah ini :

Gambar 2.6 Pengadukan Mekanis (a) tubine blade lurus, (b) turbine blade dengan

piringan, (c) turbine dengan blade menyerong, (d) propeller 2 blade, (e) propeller 3

blade (Qasim, dkk, 2000)

(Sumber : Sarah.A, 2010)

Pengadukan mekanis dengan tujuan pengadukan cepat umumnya dilakukan

dalam waktu singkat dalam satu bak. Faktor penting dalam perancangan alat

pengaduk mekanis adalah dua parameter pengadukan, yaitu G dan td. Pengadukan

mekanis dengan tujuan pengadukan lambat umumnya memerlukan tiga

kompartemen dengan ketentuan G di kompartemen I lebih besar daripada G di

kompartemen II dan G di kompartemen III adalah yang paling kecil. Pengadukan

mekanis yang umum digunakan untuk pengadukan lambat adalah tipe paddle yang

dimodifikasi hingga membentuk roda (paddle wheel), baik dengan posisi horisontal

maupun vertikal. Berikut adalah contoh gambar untuk pengadukan lambat:

Gambar 2.7 Pengadukan lambat dengan alat pengaduk

(Sumber : Sarah.A, 2010)

26

Gambar 2.8 Flokulator paddle wheel dengan blade tegak lurus aliran air

(Sumber : Sarah.A, 2010)

2.4.4.2 Pengadukan Hidrolis

Menurut Sarah.A, (2010) Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang

memanfaatkan aliran air sebagai tenaga pengadukan. Tenaga pengadukan ini

dihasilkan dari energi hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi

hidrolik dapat berupa energi gesek, energi potensial (jatuhan) atau adanya lompatan

hidrolik dalam suatu aliran.

Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan cepat haruslah

aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang besar. Dalam hal ini dapat dilihat

dari besarnya kehilangan energi (headloss) atau perbedaan muka air. Dengan tujuan

menghasilkan turbulensi yang besar tersebut, maka jenis aliran yang sering

digunakan sebagai pengadukan cepat adalah terjunan, loncatan hidrolik, dan parshall

flume.

Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan lambat adalah

aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang lebih kecil. Aliran air dibuat relatif

lebih tenag dan dihindari terjadinya turbulensi agar flok yang terbentuk tidak pecah

lagi. Beberapa contoh pengadukan hidrolis untuk pengadukan lambat adalah kanal

bersekat, perforated wall, gravel bed dan sebagainya.

27

Gambar 2.9 Pengadukan cepat dengan terjunan

(Sumber : Sarah.A, 2010)

Gambar 2.10 Denah pengadukan dengan baffled channel

(Sumber : Sarah.A, 2010)

2.4.5 Flokulator Hidrolis Tipe Diffuser

Dalam penelitian water treatment plant di PT. Waterindo Primatech Bekasi

tipe flokulator yang digunakan adalah tipe hidrolis dengan sistem aliran vertikal dan

memodifikasi penambahan diffuser pada bagian flokulator seperti pada Gambar 2.10

berikut:

28

Gambar 2.11 Tingkat Difuser PT. Waterindo Primatech Bekasi

(Sumber: PT. Waterindo Primatech Bekasi, 2017)

Diffuser merupakan lapisan yang berbentuk tudung yang tersusun di masing

masing plat tempat proses flokulasi berada. Dalam gambar 2.10 PT. Waterindo

Primatech Bekasi mendesain plat diffuser menjadi 6 tingkat dimana lapisan ini

betujuan untuk mengurangi kecepatan aliran dari debit air dan terjadi penredaman

aliran air secara berkala yang bertujuan untuk pembentukan flok saling

mengikat/menyatu secara maksimal. Plat diffuser menggunakan struktur tudung

berfungsi untuk tidak terjadinya penumpukan flok pada saat mesin berhenti dan

melakukan back wash atau pembuangan lumpur flok yang sudah menumpuk.

2.5 CFD (Computational Fluid Dynamics)

Dalam menentukan metode yang tepat untuk proses flokulasi di water

treatment palnt Thomas,(1999) dalam Duo Zhang ,(2014) mengemukakan bahwa :

“To investigate the most suitable parameters for flocculation process, it

requires a large numbers of experiments. Nowadays, flocculation research

were focused mainly at improving chemical conditions for treatment, ignore

study the influence of hydraulic mechanism on flocculation, it’s because

hydraulic mechanism is difficult to study under lab conditions. So, the CFD is

the most suitable method for explore the performance of flocculation tank

during changing the parameters, almost without any cost and restrictions.”

29

Pada proses flokulasi membutuhkan metode dengan parameter yang sesuai

untuk mengetahui karateristik air dan CFD (Computational Dynamics Fluid) adalah

metode yang paling sesuai untuk mengeksplorasi kinerja tangki flokulasi.

2.5.1 Pengertian CFD (Computational Fluid Dynamics)

Perangkat lunak ini terdiri atas tiga komponen inti yakni, pre-processor,

solver dan post-processor. Pre-processor, merupakan input yang diberikan, berupa

geometri, pembentukan grid (mesh), penentuan sifat termofisik dan kondisi batas.

Solver, adalah pemecahan model aliran fluida menggunakan analisis numerik,

dengan metode beda hingga, elemen hingga, spectral atau volume hingga, yang

merupakan pengembangan dari formulasi beda hingga secara khusus. Post-processor,

meliputi pengolahan hasil visualisasi dari solver, berupa penampilan kecepatan dan

suhu fluida, baik dua ataupun tiga dimensi berbentuk vektor, kontur dan bayangan

dengan warna tertentu. (Budiarthana.N, 2015).

Computational Fluid Dynamic (CFD) adalah cabang dari dinamika fluida

yang memberikan nilai efektif untuk simulasi alira – aliran nyata oleh solusi numeri

dari persamaan yang mengatur. Computational Fluid Dynamic (CFD) merupakan

suatu sistem simulasi yang berbasi komputer, program CFD dapat memprediksi

aliran fluida pada kondisi tertentu menggunakan persamaan diferensial.Sayma,

(2009) dalam (Suhendra, 2018).

Dalam katalain CFD merupakan simulasi sitematis yang mensimulasikan

aliran fluida dan temperature yang terjadi pada objek, Aplikasi CFD merupakan

program yang menganalisa objek berbentuk 3D yang mempunyai kelebihan tampa

menggunakan biaya untuk membuat suatu desain secara cepat (Manual Autodesk

CFD, 2018).

Untuk menyelidiki parameter yang paling cocok untuk proses flokulasi,

dibutuhkan parameter yang besar jumlah percobaan. Saat ini, penelitian flokulasi

difokuskan pada meningkatkan kondisi kimia untuk perawatan, abaikan mempelajari

pengaruh hidrolik mekanisme flokulasi, itu karena mekanisme hidrolik sulit

dipelajari dalam kondisi lab. Jadi, CFD adalah metode yang paling cocok untuk

mengeksplorasi kinerja tangki flokulasi selama mengubah parameter, hampir tanpa

ada biaya dan pembatasan (Thomas 1999) dalam (Zhang.D, 2014)

30

Menurut (Zhang.D, 2014) Computational Fluid Dynamic (CFD) terbagi

menjad -3 general komponen yaitu : pre-processor, solver dan post-processor.

2.5.2 Pre-Processor

pre-processor meliputi pembentukan geometri dan pembuatan jaring. Pada

langkah ini, tujuannya pre-processor adalah membangun model komputer

berdasarkan kebutuhan objek yang sebenarnya mensimulasikan, dengan demikian

penyederhanaan dan konseptualisasi yang tepat diperlukan, tidak semua rincian

geometri dari kenyataan perlu ditransfer ke dalam model komputer, profesional

perangkat lunak desain bantuan komputer (CAD) disarankan untuk konfigurasi yang

kompleks penciptaan

dalam tahapan pre-processor pada CFD (Computational Fluid Dynamic) dilakukan

dengan tahap sebagai berikut :

1. Menentukan batas geometri permodelan.

2. Menentukan jenis aliran yang digunakan (Boundaries Condition).

3. Menentukan gaya external yang terjadi pada permodelan (gaya grafitasi,

masa jenis material dan gaya gesek berupa angina atau fluida pada gaya

luar permodelan).

4. Menentukan karaktersitik dari aliran yang di jalankan pada input.

5. Menentukan pendetailan perencanaan pada permodelan (Mashsizing).

6. Mementukan kondisi batas yang akan di jalankan (interasi, tipe aliran

dsb).

7. Menentukan parameter hasil yang di inginkan (kecepatan, tekanan, suhu

dsb).

2.5.3 Solving

Solver adalah bagian paling canggih dari perangkat lunak CFD, dalam solver,

pengguna dapat menentukan mengatur persamaan, model turbulensi, model multi-

fase, transportasi spesies dan model reaksi atau model yang lebih maju. Kondisi

batas, seperti kecepatan saluran masuk, juga perlu didefinisikan di bagian ini, setelah

konfirmasi persamaan perlu diselesaikan dan inisial kondisi, langkah selanjutnya

adalah menentukan metode solusi, seperti algoritma untuk kopling tekanan-

kecepatan, serta metode solusi untuk tekanan, konveksi dan istilah difusi, pengguna

31

juga dapat mengatur faktor relaksasi di bawah untuk mengontrol perilaku

konvergensi. Pemecah mewarisi mesh dari langkah pre-processor

Tahapan Solving juga menganalisa aliran, perpindahan panas, tekanan yang

terjadi dsb, dalam analisa tersebut didapatkan Navier-Stokes (persamaan kontinuitas

dan persamaan momentum) juga persamaan pertama termodinamika atau persamaan

energy, dalam hal ini dimaksudkan adalah jenis tipe aliran nya yaitu steady state atau

transient. Suhendra, (2018).

Keseimbangan massa fluida menyatakan laju kenaikan massa elemen fluida

sama dengan laju aliran net aliran massa ke dalam elemen fluida. Karena semua

elemen fluida merupakan fungsi dari ruang dan waktu, maka massa jenis fluida ρ

ditulis dalam bentuk ρ (x, y, z, t) dan dalam komponen kecepatan fluida ditulis

sebagai dx/dt=u, dy/dt=v, dan dz/dt=w. ) dan persamaan momentum dikembangakan

dari persamaan Navier-Strokes dalam bentuk sesuai dengan metode. (Suhendra, 2018

dalam Versteeg, 1995.)

Berikut merupakan persamaan yang digunakan :

Persamaan kontinuitas

0)()()( =

∂∂+

∂∂+

∂∂

z

w

y

v

x

u ρρρ

Persamaan momentum x :

MXSz

u

y

u

x

u

x

p

z

uw

y

uv

x

uu +

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂=

∂∂+

∂∂+

∂∂

2

2

2

2

2

2

µρ

Persamaan momentum y :

MYSz

u

y

u

x

u

x

p

z

uw

y

uv

x

uu +

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂=

∂∂+

∂∂+

∂∂

2

2

2

2

2

2

µρ

Persamaan momentum z :

MZSz

u

y

u

x

u

x

p

z

uw

y

uv

x

uu +

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂=

∂∂+

∂∂+

∂∂

2

2

2

2

2

2

µρ

Persamaan Energi

MXSz

T

y

T

x

T

x

p

z

ww

y

vv

x

uup +

∂∂+

∂∂+

∂∂+

∂∂=

∂∂+

∂∂+

∂∂

2

2

2

2

2

2

µ

32

2.5.4 Post-Processor

Untuk berhasil memecahkan masalah teknik dengan bantuan CFD, post-

processor memainkan peran penting yang sama dengan akurasi model (Wu ,2012),

gambar berkualitas tinggi yang berisi informasi yang diperlukan dari hasil simulasi

adalah tujuan utama pengolahan pasca. post-processor biasanya dicapai dengan

menampilkan kontur kecepatan gradien, fraksi volume (jika menggunakan simulasi

multi-fase) dan suhu, arah dan pola kecepatan aliran dapat disajikan dengan

menampilkan vektor kecepatan, garis arus bisa menunjukkan garis aliran atau

perilaku pelacakan partikel. Selain gambar, hasil simulasi juga dapat disajikan oleh

plot x-y, histogram serta tabel.