TERMODINAMIKA PENERAPAN ILMU TERMODINAMIKA PADA PADA AERATOR AERATOR DALAM PROSES AERASI
Dosen : Ir. Renita Manurung, MT
Disusun Oleh : Wulan Di A!rina "#$%&%'%#()
DEPARTEMEN TEKNIK LIN*KUN*AN +AKULTAS TEKNIK UNIERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
-%#
KATA PEN*ANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas berkat rahmat dan karunia-Nya serta dukungan dari berbagai pihak sehingga makalah ini dapat terselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya. Terwujudnya makalah ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada Ibu Ir. enita !anurung, !T selaku d"sen pengajar pada mata kuliah Term"dinamika Teknik, dan teman-teman yang telah memberi bantuan, baik berupa masukan, saran, ataupun nasihat kepada penulis selama pr"ses penyelesaian makalah ini. #isini penulis menyadari sepenuhnya bahwa makalah ini belumlah sempurna, baik dari segi isi maupun bahasa dan cara penyusunannya serta dari segi te"ri dan analisisnya. !aka dari itu penulis bersedia menerima kritikan dan saran yang bersi$at membangun dari pembaca untuk dijadikan masukan demi penyempurnaan makalah ini.
Sem"ga makalah ini dapat berman$aat bagi semua pihak untuk menambah wawasan dan keilmuan. Amin
!edan, %& April '%()
Penulis
2
DA+TAR ISI
*ata Pengantar #a$tar Isi
'
+
A I Pendahuluan (.( atar elakang (.' Tujuan
(.+ uang ingkup
/
(. !et"de Penulisan / A II Pembahasan
)
'.( 0ukum Term"dinamika
)
'.(.( 0ukum Term"dinamika *e-%
)
'.(.' 0ukum Term"dinamika *e-(
)
'.(.+ 0ukum Term"dinamika *e-'
1
'.' Perpindahan Panas '.+ 2as Ideal
1
3
'. Pengertian Aerasi (( './ Prinsip *erja Aerat"r
('
A III *esimpulan (+ #a$tar Pustaka
(
3
/A/ I PENDA0ULUAN Latar /ela1ang
1.1
*egiatan pembangunan yang bertujuan meningkatkan kesejahteraan hidup rakyat bertumpu pada pembangunan di bidang industri. Pembangunan di bidang industri tersebut di satu pihak akan menghasilkan barang yang berman$aat bagi kesejahteraan hidup rakyat,
dan
di
lain
pihak industri itu
juga akan
menghasilkan limbah. #iantara
lain limbah yang dihasilkan "leh kegiatan industri tersebut terdapat limbah cair. Air
limbah
yang
dibuang
langsung
ke
dalam
menimbulkan bahaya terhadap lingkungan dan kesehatan manusia serta
lain
lingkungan
dapat
makhluk hidup
sehingga diupayakan setiap kegiatan industri dapat menghasilkan limbah seminimal
mungkin. #isamping itu,
diperlukan pengel"laan yang sesuai dengan kebijakan yang
tertuang dalam peraturan perundangan-undangan serta peraturan pemerintah 4PP5
yang
berkaitan dengan pengel"laan limbah industri. Setiap industri diharapkan memiliki instalasi peng"lahan air limbah sendiri yang secara
e$ekti$ dapat meminimalkan k"nsentrasi bahan pencemar yang terkandung di dalam air
limbah yang dihasilkan.Teknik peng"lahan air limbah banyak ragamnya. Salah satu teknik yang digunakan dalam peng"lahan air limbah adalah pr"ses lumpur akti$ dengan aerasi "ksigen murni. Sistem peng"lahan air limbah tersebut membutuhkan tangki atau k"lam aerasi. Seiring dengan semakin terbatasnya jumlah lahan, bentuk k"lam aerasi ini menjadi bermacammacam yang disesuaikan dengan k"ndisi yang ada dengan tetap memperhatikan e$isiensi peng"lahan. 0al ini menyulitkan perencana untuk mengetahui e$ekti$itas k"lam aerasi. Prinsip aerasi adalah memberi k"ntak udara terhadap permukaan badan air
Tu2uan Penulisan
1.2
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah6 1.
!engetahui pr"ses aerasi secara umum
2.
!engetahui prinsip kerja aerat"r secara umum
3.
!engetahui term"dinamika pada aerat"r 4
1.3
Ruang Ling1u3 Adapun ruang lingkup dari penulisan makalah ini yakni, membahas pr"ses aerasi,
prinsip kerja aerat"r dan bl"wer serta hubungannya dengan term"dinamika.
1.4
Meto4e Penulisan !et"de penulisan yang digunakan dalam makalah ini adalah studi literatur yaitu
penulisan
dengan mengumpulkan data-data dari literatur-literatur dan jurnal penelitian
yang bersangkutan dari internet.
5
/A/ II PEM/A0ASAN 2.1
0u1u5 Ter5o4ina5i1a
2.1.1
0u1u5 Ter5o4ina5i1a Ke6% 0ukum term"dinamika ke-% menyatakan 78ika dua buah sistem berada
dalam keadaan kesetimbangan termal dengan sistem ke-+, maka kedua sistem itu berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain9. 8ika terdapat tiga buah benda A, dan : maka TA; T:, T; T: dan TA; T. *esetimbangan termal terjadi jika dua benda yang berbeda suhu diletakkan sedemikian rupa dan terjadi k"ntak sehingga kedua benda tersebut memiliki suhu sama. -.#.- 0u1u5 Ter5o4ina5i1a Ke6# tidak. W dan > bukan $ungsi ?ariabel keadaan, tetapi termasuk dalam pr"ses term"dinamika yang dapat merubah keadaan. = merupakan $ungsi @ariabel keadaan 4P,?,T,n5.W bertanda p"siti$ jika sistem melakukan usaha terhadap lingkungan dan negati$ jika menerima usaha lingkungan. > bertanda p"siti$ jika sistem menerima kal"r dari lingkungan dan negati$ jika melepas kal"r pada lingkungan. Perubahan energi dari sebuah sistem hanya tergantung pada trans$er panas ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan "leh sistem dan tidak bergantung pada pr"ses yang
6
terjadi. Pada hukum ini tidak ada petunjuk adanya arah perubahan dan batasan-batasan lain. -.#.$ 0u1u5 Ter5o4ina5i1a Ke60ukum kedua ini membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak. Pembatasan ini dinyatakan dengan berbagi cara, yaitu 6 “Hukum II termodinamika dalam menyatakan aliran kalor" #alor mengalir se$ara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir se$ara spontan dalam arah kebalikannya"! 2.2
Per3in4ahan Panas *al"r berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. *al"r
dan
usaha
masing-masing
yakni
merupakan
suatu
bentuk
energi
yang
harus memiliki suatu hubungan tertentu diantaranya, yang dinamakan kesetaraan
energi
mekanik dan kal"r. *al"r berpindah dari satu benda ke benda lain melalui + cara yaitu6
(. *"nduksi *"nduksi adalah perpindahan kal"r yang tidak disertai perpindahan at penghantar. > ; kA BTC *eterangan6
; Panjang
A
; uas Penampang
*
; *"ndukti@itas Termal 48enis ahan5
BT ; eda Suhu 17
; *al"r
!akin besar nilai k suatu benda, makin mudah at itu menghantar kal"r. ahan
k"ndukt"r
mempunyai
nilai
k
besar,
sedangkan
bahan
is"lat"r mempunyai nilai k kecil.
'. *"n@eksi *"n@eksi adalah perpindahan kal"r yang disertai perpindahan partikelpartikel at. Ada ' jenis k"n@eksi, yaitu 6 a. *"n@eksi alami yaitu perpindahan panas terjadi akibat perbedaan massa jenis
7
b. *"n@eksi paksa yaitu aliran panas dipaksa dialirkan ke tempat yang dituju dengan bantuan alat tertentu > ; hA BT *eterangan 6 >
; *al"r
A
; uas penampang yang bersentuhan
BT ; Suhu antara benda dengan $luida
+. adiasi adiasi adalah perpindahan energi kal"r dalam bentuk gel"mbang elektr"magnetik.
Permukaan yang tampak hitam dan kusam biasanya
merupakan penyerap
dan pemancar radiasi yang baik, sedangkan permukaanyang
tampaknya putih dan
mengkilap biasanya merupakan terg"l"ng penyerap dan pemancar radiasi yang buruk.
9
pangkat empat suhu mutlak permukaan itu.9 Permukaan 0itam sempurna 6
> ; e " AT *eterangan 6 " ; k"nstanta Ste$an-"ltman -&
'
4/,)1 D (% WCm * 5 Permukaan dengan emisi@itas e 4% E e E (5 enda penyerap sempurna 4penyerap paling buruk5 nilai e ; %, sedangkan benda penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna, yaitu benda hitam sempurna nilai e ; (.
benda dibandingkan dengan benda hitam sempurna dan besarnya bergantung pada si$at permukaan benda. Pr"ses trans$er kal"r ini berlangsung melalui suatu medium yaitu udara. !isalnya pada aerat"r, pertukaran kal"r terjadi antara gelembung-gelembung udara den gan $luida
8
dimanaa dalam hal ini terjadi e$ek pencampuran dan pengadukan
yang cukup
agar seluruh bagian $luida terkena k"ntak dengan udara yang dihembuskan
"leh bl"wer
melalui di$$user. 2elembung-gelembung udara terjadi akibat adanya aliran turbulen
yang
dihasilkan
alat
mekanis
kemudian
diabs"rbsi
"leh
cairan
dengan jumlah kecepatan tertentu. #i dalam turbulen tersebut, energi kal"r dipindahkan dengan sangat cepat dari satu tempat ke tempat yang lain berdasarkan Frenied eddy acti@ity 4kegiatan pusaran yang acak5. *etika dekat permukaan dinding pusaran yang acak diabaikan. 0ubungan tekanan dan suhugas, merupakan $en"mena yangsangat menarik seperti yang dinyatakan dalam 0ukum :harles. ahwa tekanan dan suhu gas mempunyai hubungan p"siti$ artinya bila suhu gasnaik maka tekanannya juga naik demikian pula sebaliknya. Tetapi pada suhu //G Fahrenheit di bawah n"l, hubungan itu tidak berlaku lagi. Hleh karena itu suhu sebesar -//GF, disebut sebagai titik n"l abs"lut untuk skala Fahrenheit. 0al ini dilakukan agar tidak bertentangan dengan hukumk"nser@asi energi yang menyatakan bahwa suatu materi tidak dapat dibuat atau dilenyapkan. ila ditrans$er ke skala :elcius maka titik n"l abs"lut menjadi -'1+G: 2.3
*as I4eal 7Tekanan t"tal gas campuran adalah jumlah tekanan yang ditimbulkan "leh setiap gas.9
0ukum ini berlaku pada k"ndisi yang sama seperti hukum gas ideal itu sendiri yaitu dengan pendekatan tekanan sedang, tetapi menjadi semakin cermat jika tekanan diturunkan. Pada sisem 4gas5 dapat terjadi beberapa pr"ses 1.
Pr"ses Isobarik Pr"ses Is"barik adalah pr"ses perubahan gas dengan tahanan tetap. Pada garis P ? pr"ses is"barik dapat digambarkan seperti pada berikut.
W ; P4? A-?b5
Proses Iso7ari1 9
2.
%roses Isotermis Pr"ses Is"termis adalah pr"ses perubahan gas dengan suhu tetap. Perhatikan gra$ik pada 2ambar berikut.
P A? A ; P?
Proses Isoter5is *arena suhunya tetap maka pada pr"ses is"termis ini tidak terjadi perubahan energi dalam 4 ∆ = 0). Sedangkan usahanya dapat dihitung dari luas daerah di bawah kur@a, besarnya seperti berikut.
3.
%roses Isokhoris Pr"ses is"kh"ris adalah pr"ses perubahan gas dengan @"lume tetap. Pada gra$ik P.? dapat digambarkan seperti pada 2ambar berikut.
Proses Iso1horis *arena @"lumenya tetap berarti usaha pada gas ini n"l, W ; %.
10
4.
%roses &diabatis Pada pr"ses is"termis, = ; % dan pada pr"ses is"kh"ris, W ; %.
Proses a4ia7atis Pr"ses term"dinamika dengan > ; % inilah yang dinamakan pr"ses adiabatis. erdasarkan hukum I Term"dinamika maka pr"ses adiabatis memiliki si$at dibawah ini 6 >;% W ; - ∆
2.4
Pengertian Aerasi Secara umum, aerasi merupakan pr"ses yang bertujuan untuk meningkatkan
k"ntak antara udara dengan air yang terjadi di dalam aerat"r. Pada prakteknya, pr"ses aerasi terutama bertujuan untuk meningkatkan k"nsentrasi "ksigen di dalam air limbah. Peningkatan k"nsentrasi "ksigen di dalam air ini akan memberikan berbagai man$aat dalam peng"lahan limbah. Aerasi dapat dilakukan secara alami, yakni di$usi. Pada aerasi secara 4i!usi, sejumlah udara dialirkan ke dalam air limbah melalui di''user . =dara yang masuk ke dalam air limbah nantinya akan berbentuk gelembung-gelembung 4 bubbles5. 2elembung yang terbentuk dapat berupa gelembung halus 4 'ine bubbles5 atau kasar 4$oarse bubbles5. 0al ini tergantung dari jenis di''user yang digunakan.
11
2.5
Prinsi3 Ker2a Aerator Aerat"r merupakan alat yang digunakan dalam pr"ses aerasi atau alat yang ber$ungsi
untuk mempercepat trans$er udara ke dalam air dengan cara mempercepat pr"ses di$$usi. Aerat"r juga dapat digunakan untuk mempertahankan k"nsentrasi "ksigen terlarut dalam air sehingga dalam peng"lahan limbah cair tersebut mikr""rganisme aer"b dapat bekerja menguraikan bahan "rganik yang ada dalam air limbah. Pada aerat"r udara diinjeksikan kedalam air "leh di$$user karena adanya perbedaan temperatur udara dengan air maka terjadi pertukaran panas antara udaradengan air. Aerat"r menyerap tiga perempat bagian dari seluruh kebutuhan energi. <$ekti$itas pr"ses aerasi sebagai salah satu cara untuk mengurangi atau menghilangkan bahan-bahan pencemar dalam air sampai batas yang disyaratkan, ditentukan "leh sebaran udara dalam tangki aerasi atau k"lam aerasi. 8ika sebaran udara dapat diketahui maka e$ekti$itas pr"ses akan dapat diperkirakan. Sebaran udara dalam air ini ditentukan "leh mekanisme apungan udara dan pencampuran "leh aliran turbulen air dalam k"lam aerat"r.
Semakin tinggi tekanan yang keluar pada c"mpress"r dalam pr"ses
semakin banyak pula butiran gelembung-gelembung
aerasi ini maka
udara yang dihasilkan dan dengan
tekanan yang tinggi dapat mempercepat pr"duksi gelembung udara
sehingga
dapat
berpengaruh
terlarut
dalam
pada
penambahan
nilai
"ksigen
air yang pada akhirnya berpengaruh pada k"e$isien perpindahan massa
"ksigen ke dalam
air.
*a57ar #. Aerator
12
/A/ III KESIMPULAN *esimpulan dari makalah ini adalah aerat"r merupakan suatu alat untuk mempercepat
trans$er udara ke dalam air dengan mempercepat pr"ses di$$usi. Aerat"r juga digunakan untuk mempertahankan k"nsentrasi "ksigen terlarut dalam air sehingga dalam peng"lahan limbah cair mikr""rganisme aer"b yang terdapat pada pr"ses aerasi ini dapat bekerja menguraikan bahan "rganik yang ada dalam air l imbah. Pada aerat"r, udara diinjeksikan kedalam air "leh di$$user karena adanya perbedaan temperatur udara dengan air maka terjadi pertukaran panas antara udara dengan air. 0al ini sesuai dengan hukum term"dinamika ke-( dan ke-'. #alam pr"ses aerasi, bl"wer digunakan sebagai alat untuk menghembuskan udara ke dalam $luida. #isebut bl"wer karena pr"ses penggunaannya menggunakan udara.
13
DA+TAR PUSTAKA https6CCwww.scribd.c"mCd"cC)3(''1CTerapan-Term"dinamika-Pada-Aerat"r 4diakses pada6 %/ April '%()5 http6CCwww.s"$tilmu.c"mC'%(/C((CPengertian-Prinsip-*"nsep-*esetimbangan0ukum-I-II- III-Term"dinamika-Adalah.html 4diakses pada6 %/ April '%()5 http6CCwww.rumus-$isika.c"mC'%(C%+Chukum-term"dinamika.html 4diakses pada6 %/ April '%()5 http6CCwww.in$"rmasi-pendidikan.c"mC'%(/C%'Chukum-i-term"dinamika.html 4diakses pada6 %) April '%()5 http6CCwww.airlimbah.c"mC'%(%C%&Caerasi-di-dalam-peng"lahan-limbah-cairC 4diakses pada6 %) April '%()5
14
