RANCANG BANGUN MESIN PENGOLAHAN AIR PAYAU MENJADI AIR MINUM KAPASITAS 42 LITER/JAM LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam MenyelesaikanProgram Pendidikan Diploma III Spesialisasi Teknik Produksi Program Studi Teknik Mekanik Oleh : 1.FIRMAN SUCIPTO NIM: 1105011034 2. MUHAMMAD ZUHRI FAHMI NIM: 1105011056 3.MUHAMMAD IHSAN NIM: 1105011060 4.RAHMAN SYAHBANI NIM: 1105011068 5.RIO KRISNARKO NIM: 1105012178. JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
INTI SARI Mesin Pengolahan Air Payau Menjadi Air Minum Kapasitas 42 Liter/Jam Air Payau adalah campuran air tawar dan air laut (air asin). Jika kadar garam yang dikandung dalam satu liter air adalah 0,5 sampai 30 gram, maka air ini disebut air payau. Namun jika lebih, disebut air laut/air asin. Air payau mempunyai salinitas antara 0,5 [ppt] sampai 17 [ppt]. Masyarakat yang berada didaerah pesisir pantai ataupun berada di daerah pulau-pulau kecil menggunakan air di bak penampung air hujan (PAH) sebagai kebutuhan utama untuk mendapatkan air tawar. Padahal jika hanya menggunakan air hujan tidak mencukupi untuk semua kebutuhan seperti minum, memasak, dan mencuci, padahal ketersediaan air payau sangat melimpah. Dari permasalahan ini, kami memberikan suatu solusi dengan suatu alat yaitu mesin pengolahan air payau menjadi air minum kapasitas 42 liter/jam dengan sistem reverse osmosis dan sinar ultra violet. Prinsip kerja dari mesin ini adalah dengan mengalirkan air dari penampungan awal air payau ke tong penyaringan awal kemudian disaring pada filter 5 mikron, 1 mikron, GAC, CTO, RO, post carbon, dan terakhir pada filter ultra violet. Mesin ini menghasilkan dua jenis air, yaitu air minum dan air limbah. Air limbah yang dihasilkan tidak dapat dikonsumsi dan harus dibuang karena mengandung zat-zat yang berbahaya bagi tubuh. Sedangkan air minum yang dihasilkan sudah di uji di Laboratorium Kesehatan Sumatera Utara dan dinyatakan layak untuk diminum sesuai dengan Peraturan Meteri Kesehatan Republik Indonesia No.492/MENKES/PER/IV/2010. Kata Kunci : Air Payau, Penyaringan, RO, UV, Air Limbah, Air Minum.
ABSTRACT Proccessing Brackish Water Into Beverage Water Machine Capacity 42 Litter / Hour Brackish water is the mixing between fresh water and shore water (brine water). If the level of salinity which contained in a litter of water is 0.5 to 13 grams, so this water is so called brackish water. However if it s more, it s so called shore water / brine water. Brackish water posess salinity between 0.5 [ppt] to 17 [ppt]. The society is located in the surrounding the shore area or located in small islands utilize the water in storage tank of rain water as the prior needs for getting fresh water. In case, if only utilize rain water unsufficient for all needs such as drink, cooking and washing, in case the available of brackish water is so over whelmed. From this case, we gave a solution with a tool that is proccessing brackish water into beverage water machine capacity 42 litter / hour with the reverse osmosys system and ultraviolet beam. The frame work from this machine is with flowing water from the beginning storage tank of brackish water to the beginning of filtering tank. Then it s filtered on the 5 micron filter, 1 micron, GAC, CTO, RO, post carbon, and lastly on the UV filter. This macine produce two kinds of water that are beverage and waste water. Waste water which is produced, couldn t be consumed and must be abolished because containing the dangerous substance for body. Where as the beverage water which is produced has been tested in healthy laboratory of Sumatera Utara and it s emphasized able to drink in connection with the regulation of healthy ministry of Indonesia Republic No.492/MENKES/PER/IV/2010. Key Words : Brackish Water, Filtering, RO, UV, Waste Water and Beverage
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas rahmat dan ridho serta kesehatan, kekuatan, dan keilmuan yang telah diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul Rancang Bangun Mesin Pengolahan Air Payau Menjadi Air Minum Kapasitas 42 Liter/Jam. Tujuan pembuatan Laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai syarat menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 pada Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Mekanik, Politeknik Negeri Medan. Dalam Laporan Tugas Akhir ini penulis membahas tentang prinsip kerja mesin, komponen-komponen mesin, analisa mesin, analisa biaya pembuatan mesin, dan gambar mesin. Dalam proses penulisan Laporan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan bantuan dari berbagai pihak berupa material, spiritual, informasi, maupun bantuan dalam administrasi. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T. Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T., M.T. Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Joni Indra, S.T., M.T. Kepala Program Studi Teknik Mekanik Politeknik Negeri Medan; 4. Drs. Eqmond Dantes Sitompul, M.T. Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak saran dan petunjuk dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini; 5. Bapak/Ibu Dosen dan Staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 6. Keluarga penulis yang selama ini mendoakan, menyemangati, dan memberikan dukungan materi dan moril kepada penulis; 7. Rekan-rekan satu tim Tugas Akhir; 8. Seluruh teman-teman mahasiswa kelas ME-6A;
9. Dan kepada semua pihak yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu yang telah banyak memberikan bantuan dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari Laporan Tugas Akhir ini masih belum sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca Laporan Tugas Akhir ini. Semoga Laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca dan semua orang yang terlibat dalam bidang pengolahan air minum. Medan, Juli 2014 Hormat Penulis Penulis
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR.. i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN.. iii INTI SARI. iv ABSTRACT.. v KATA PENGANTAR.. vi DAFTAR ISI. viii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL. xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Batasan Masalah 2 C. Tujuan 2 D. Manfaat Tugas Akhir. 3 E. Metode Pengumpulan Data 4 BAB II LANDASAN TEORI A. Pengertian Air Minum... 5 B. Sumber Air. 5 1. Mata air... 5 2. Air Tanah. 5 3. Air Laut 6 4. Air Permukaan. 6 C. Syarat Air Minum Aman Bagi Kesehatan 7 1. Parameter Wajib.. 7 2. Parameter Tambahan... 8 D. Pengertian Air Payau.. 12 E. Teori Reverse Osmosis (RO). 13
1. Prinsip Kerja Reverse Osmosis (RO).. 14 a. Kelebihan RO... 15 b. Kekurangan RO 16 F. Teori Filter Ultraviolet (UV)..... 17 1. Teori Dasar Ultraviolet (UV).. 17 2. Prinsip Kerja Filter Ultraviolet (UV)... 18 G. Total Disolved Solids (TDS). 18 H. Salinitas.. 20 I. Prinsip Kerja Mesin 21 BAB III PERANCANGAN MESIN A. Perancangan Rangka Mesin... 23 1. Perancangan Ukuran Mesin.... 23 a. Perancangan ukuran rangka bawah... 23 b. Perancangan ukuran rangka atas. 24 2. Perancangan Profil L.. 25 3. Perancangan Tong Penyaring Awal 26 4. Pemilihan Komponen-Komponen Mesin... 28 a. Filter 5 Mikron. 28 b. Filter 1 Mikron. 29 c. Filter Granular Activated Carbon (GAC) 29 d. Filter Clorine Taste Odor (CTO). 30 e. Booster Pump... 30 f. Membran Reverse Osmosis (RO). 31 g. Post Carbon Filter.. 31 h. Filter Ultraviolet (UV). 32 i. Pompa Peripheral. 32 j. Tong Penyaringan Awal... 33 k. Flow Resictor (Penghambat Aliran). 33 l. Selang Reverse Osmosis (RO).. 34 m. Pipa Polivinil Chlorida (PVC). 34 n. Housing.. 35
o. Drum Penampung Air Payau.. 35 p. Kran 36 q. Roda Mesin.... 36 BAB IV PEMBUATAN MESIN A. Perakitan Komponen. 37 B. Pengujian Kapasitas... 43 BAB V ANALISA BIAYA PEMBUATAN MESIN PENGOLAHAN AIR PAYAU MENJADI AIR MINUM A. Analisis Biaya.. 45 1. Biaya Pembelian Material... 45 2. Biaya Pemakaian Listrik.... 47 3. Biaya pengerjaan mesin...... 48 B. Perawatan Mesin Pengolahan Air Payau Menjadi Air Minum. 48 1. Perawatan Rutin.. 49 2. Perawatan Secara Periodik.. 49 3. Perawatan Bagian-Bagian Utama Mesin 49 BAB VII PENUTUP A. Kesimpulan 52 B. Saran.. 52 DAFTAR PUSTAKA.. 53 LAMPIRAN Lampiran 1 Laporan Hasil Pengujian Kimia Air (Air Minum)... 54 Lampiran 2 Peraturan Kementerian Kesehatan Republik Indonesia... 57 No.492/MENKES/Per/IV/2010 Lampiran 3 Tabel Sifat-Sifat Air (Cair Jenuh) 66
DAFTAR GAMBAR Gambar. 2.1 Membran RO 14 Gambar. 2.2 Skema Kerja RO.. 14 Gambar. 2.3 Prinsip Kerja Filter Sinar UV.. 18 Gambar. 2.4 Skema Prinsip Kerja Mesin. 21 Gambar. 3.1 Rangka Mesin.. 22 Gambar. 3.2 Tampak Depan Mesin.. 23 Gambar. 3.3 Gambar Desain Rangka Bawah Mesin 24 Gambar. 3.4 Gambar Desain Rangka Atas.. 24 Gambar. 3.5 Penyusunan Rangka Profil L.. 25 Gambar. 3.6 Baja Profil L 25 Gambar. 3.7 Isi Tong Penyaring Awal 26 Gambar. 3.8 Tong Penyaring Awal 28 Gambar. 3.9 filter 5 Mikron. 28 Gambar. 3.10 Filter 1 Mikron 29 Gambar. 3.11 Filter GAC.. 29 Gambar. 3.12 Filter CTO.. 30 Gambar. 3.13 Booster pump. 30 Gambar. 3.14 Membrane RO 31 Gambar. 3.15 Post Carbon 31 Gambar. 3.16 Filter Sinar UV 32 Gambar. 3.17 Pompa Peripheral. 32 Gambar. 3.18 Tong Penyaring Awal... 33 Gambar. 3.19 Flow Resictor 33 Gambar. 3.20 Selang RO 34 Gambar. 3.21 Pipa PVC. 34 Gambar. 3.22 Housing 35 Gambar. 3.23 Drum Penampung Air Payau 35 Gambar. 3.24 Kran.. 36 Gambar. 3.25 Roda Mesin.. 36
Gambar. 4.1 Gambar Desain Rangka. 37 Gambar. 4.2 Gambar Urutan Perakitan Mesin... 38 Gambar. 4.3 Gambar Sususan Penyaring... 38 Gambar. 4.4 Urutan Pemasangan Filter.. 39 Gambar. 4.5 Pemasangan Housing.. 39 Gambar. 4.6 Cara Pemasangan Filter.. 40 Gambar. 4.7 Posisi Pemasangan Membran RO 40 Gambar. 4.8 Posisi Membran Setelah Terpasang 41 Gambar. 4.9 Posisi Pemasangan Post Carbon. 41 Gambar. 4.10 Pemasangan Selang.. 41 Gambar. 4.11 Pemasangan Instalasi Pipa 42 Gambar. 4.12 Pengujian Kapasitas Air 43
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pada saat ini perkembangan penduduk khususnya di daerah pesisir pantai begitu pesat, mengingat Indonesia adalah negara dengan garis pantai terpanjang ke-2 di dunia dan memiliki ribuan pulau. Populasi penduduk yang tinggal di daerah pesisir mencapai 161 juta jiwa atau 60 [%] dari jumlah penduduk saat ini, dengan ini masyarakat yang berada didaerah pesisir pantai ataupun berada di daerah pulau-pulau kecil menggunakan air di bak penampung air hujan (PAH) sebagai kebutuhan utama untuk mencuci, memasak, dan sebagai air minum. Para penduduk sering dihadapkan pada situasi yang sulit dimana sumber air tawar sangat terbatas dan di lain pihak terjadi peningkatan kebutuhan. Sering terdengar ketika musim kemarau mulai datang maka masyarakat yang tinggal di daerah pantai atau pulau-pulau kecil mulai kekurangan air. Air hujan yang merupakan sumber air yang telah disiapkan di bak penampung air hujan (PAH) sering tidak dapat mencukupi kebutuhan pada musim kemarau. Padahal kita mengetahui bahwa sebenarnya sumber air asin itu begitu melimpah, kenyataan menunjukkan bahwa ada banyak daerah pemukiman yang justru berkembang pada daerah pantai. Melihat kenyataan semacam itu manusia telah berupaya untuk mengolah air asin/payau menjadi air tawar mulai dari yang menggunakan teknologi sederhana seperti menyuling, filtrasi dan ionisasi (pertukaran ion). Sumber air asin/payau yang sifatnya sangat melimpah telah membuat manusia berfikir untuk mengolahnya menjadi air tawar. Untuk memenuhi kebutuhan akan air tawar manusia telah mengembangkan sistem pengolahan air asin/payau dengan teknologi membran semipermeabel. Membran (selaput) semipermeabel adalah suatu selaput penyaring skala molekul yang dapat ditembus oleh molekul air dengan mudah, akan tetapi tidak dapat atau sulit sekali dilalui oleh molekul lain yang lebih besar dari molekul air.
Teknologi pengolahan air asin/payau yang akan dibahas pada tulisan ini terutama yang menggunakan teknologi filtrasi membran semipermeable dan penyaringan dengan sinar ultraviolet.teknologi ini menerapkan sistem osmosis yang dibalik yaitu dengan memberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmosis air asin/payau. Air asin/payau tersebut ditekan supaya melewati membran yang bersifat semipermeable, molekul yang mempunyai diameter lebih besar dari air akan tersaring. Serta sinar UltraViolet yang dapat membunuh mikro organisme, dan bakteri atau kuman berbahaya penyebab pencemaran Air Minum, seperti bakteri Colli atau ColliForm dan Salmonella, penyebab Muntaber dan penyakit perut lainnya. Karena Sinar Ultra Violet ini dapat menghancurkan asam nukleat dari mikro organisme sehingga DNA mereka terganggu oleh radiasi UV, dan tidak dapat melakukan mutasi atau fungsi-fungsi seluler vital lainnya. B. Batasan Masalah Dalam hal perencanaan mesin pengolah air payau menjadi air minum akan begitu banyak masalah yang akan dihadapi, maka penulis membatasi lingkupan pembahasan dan disesuaikan dengan permasalahan utama yang akan timbul secara garis besar, yaitu antara lain : 1. Menentukan komponen penyaring serta pompa yang digunakan; 2. Merancang bentuk dan ukuran rangka; 3. Menggambar assembling serta detailnya; 4. Memperhitungkan biaya untuk merancang mesin ini. C. Tujuan Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah mampu merancang dan membuat alat pengolahan air payau menjadi air minum kapasitas 42 liter per jam dengan proses yang baik, meliputi:
1. Secara Teknis a. Mengetahui bagaimana prinsip kerja alat pengolahan air payau menjadi air minum; b. Mengetahui bagaimana teknik pengolahan air payau menjadi air minum. 2. Secara Akademis a. Untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Politeknik Negeri Medan; b. Salah satu aplikasi dari ilmu yang diperoleh selama mengikuti perkuliahan baik teori maupun praktikum di Politeknik Negeri Medan; c. Mampu dan dapat mendesain suatu alat yang berguna dan bermanfaat bagi kepentingan kehidupan masyarakat, dan lingkungan hidup. D. Manfaat Tugas Akhir Tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat bagi : 1. Penulis sendiri, dimana dalam tugas akhir ini penulis dapat menambah wawasan tentang pengolahan air payau menjadi air minum dan mengaplikasikan ilmu yang diperoleh selama perkuliahan di Politeknik Negeri Medan; 2. Pemerintah, untuk mendukung pengembangan teknologi bagi para masyarakat yang berada didaerah pesisir pantai yang sulit mendapatkan air bersih; 3. Menjadikan bahan masukan bagi mahasiswa dan juga sebagai perbandingan.
E. Metode Pengumpulan Data Teknik pengumpulan data yang dilakukan penulis dalam menyusun tugas akhir ini adalah : 1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari beberapa buku dan artikel-artikel terkait; 2. Diskusi, berupa konsultasi dan bimbingan dari dosen pembimbing, rekan- rekan mahasiswa, dan pihak-pihak yang terkait; 3. Browsing di internet yang berkaitan dengan judul tugas akhir.