WATER
AIR
1
TECHNICAL COOPERATION PDAM PONTIANAK - OASEN GOUDA
With thanks to: The Netherlands OASEN: Managing Director Director Operations Oasen Project Manager Infra training centre
: Ir. A.B.I.M Vos de Wael : Ing. H.Ardesch : Ir.A.Haasnoot : SBW Harderwijk
Republic of Indonesia PDAM Pontianak Managing Director Technical Director PDAM Instructor
: Ir. Syahril : Mr. Masriyatno : Mr. Afandi,ST. Mr.Rulli Hery Erwansyah ST,MT
Copyright 2007, All Rights Reserved By OASEN Compiled by: Disusun oleh: Mr. H.W. Nuijten OASEN Gouda, Febr. 2007 The Netherlands.
2
PART 1
JILID 1
WATER
AIR
3
TABLE OF CONTENTS
DAFTAR ISI
1 WATER
1 AIR
1.1 1.2 1.3 1.4
Water and the human body The uses of water Water supplies Water purity
4 6 8 9
1.1 1.2 1.3 1.4
2 THE PROPERTIES OF WATER 2.1 2.2 2.3 2.4
Physical states Changes in volume and density Dissolving capacity Heat absorbing capacity
Air dan tubuh manusia Pemakaian air Sarana pengadaan air minum Kebersihan air
2 SIFAT AIR 10 13 16 17
2.1 2.2 2.3 2.4
4
Keadaan agregasi Perubahan volume dan berat jenis Kemampuan larut Kemampuan menyerap panas
WATER
Waterfall
-
Drinking water while resting Minum air sambil beristirahat
5
Air terjun
(Sukabumi)
1 Water
1 Air
There is a great deal of water on earth. Two-thirds of the earth's surface consists of seas and oceans. These are filled with enormous quantities of water (Figure 1.1). Furthermore, there is even more water on land, in lakes, rivers and canals, etc. In addition to this surface water, there is a large amount of groundwater in the soil.
Di bumi ini ada banyak air. Dua pertiga bagian permukaan bumi terdiri dari lautan dan samudra. Lautan dan samudra terisi dengan banyak sekali air (Gambar 1.1). Lagi pula didaratan masih ada lagi air di danau, sungai, kanal, dsb. Kecuali air permukaan tersebut dibumi ini masih ada juga air (bawah) tanah.
1.1 Water and the human body
1.1 Air dan tubuh manusia
The importance of water is apparent from, for example, the water balance in our bodies. Seventy percent of the human body consists of water (Figure 1.2). This level has to be maintained for our bodies to function. However, our bodies constantly lose water in the form of excretory products, such as urine, and we also give up water to the external world by means of sweating. The water we lose from our bodies is replenished by eating and drinking. Forty percent of bread and 70 % of potatoes and meat, for example, consists of water (Figure 1.3).
Betapa air itu penting, bisa dilihat dari pemakaian air di dalam tubuh kita. Tubuh manusia terdiri dari 70% air (Gambar 1.2). Untuk berfungsinya tubuh kita, penting sekali agar jumlah tersebut dipelihara. Tetapi tubuh kita selalu saja kehilangan air dalam bentuk cairan yang dikeluarkan oleh tubuh kita, seperti air seni. Juga dalam bentuk keringat kita menyerahkan air kedunia luar. Dengan makan dan minum kita menambahkan lagi air ke dalam tubuh kita. Roti, misalnya, terdiri dari 40% air dan didalam kentang dan daging 70% (Gambar 1.3).
Figure 1.1 Two-thirds of the earth's surface consists of water
Gambar 1.1 Dua pertiga dari permukaan bumi terdiri dari air
6
Figure 1.2 Seventy percent of my body is water
Gambar 1.2 Tubuhku terdiri dari 70% air
Figure 1.3 A large proportion of our food consists of water
Gambar 1.3 Sebagian besar dari makanan kita terdiri dari air
7
1.2 The uses of water
1.2 Pemakaian air
Water is used for a great many purposes. A few examples are given below.
Air digunakan untuk berbagai tujuan. Dibawah ini akan diperlihatkan beberapa contoh tentang penggunaan air:
Means of transport Many large cities and industrial areas are located on a river or on the coast. One of the reasons for this location is the importance of water as a means of transport. Seas and rivers are vital waterways for the transport of goods and people (Figure 1.4).
Sarana transportasi Ada banyak sekali kota besar dan daerah industri terletak disepanjang sungai atau ditepi laut. Alasan dari penggunaan lokasi tersebut antara lain adalah karena pentingnya air sebagai sarana transportasi. Laut dan sungai merupakan jalan air yang tak dapat diabaikan untuk pengangkutan barang dan orang (Gambar 1.4).
Figure 1.4 Water is an important means of transport
Gambar 1.4 Air merupakan sarana transportasi yang penting
Raw materials for industry Large amounts of water are required for industrial purposes (Figure1.5). A few examples are given below: - for the preparation of drinks; - for the manufacture of paper; - as cooling and rinsing water.
Bahan dasar untuk industri Sejumlah besar air diperlukan untuk tujuan industri (Gambar 1.5). Contohnya adalah: - untuk pembuatan minuman; - untuk pabrikasi kertas; - sebagai air pendingin dan air pembilas.
8
Figure 1.5 Industrial use of water
Gambar 1.5 Industri penggunaan air
9
Other applications water is, of course, used for a great many other applications, including: - as an extinguishing agent (Figure 1.6);
Penerapan lain Tentu saja masih ada banyak penerapan lain yang menggunakan air, misalnya: - sebagai alat pemadam kebakaran (Gambar 1.6); - untuk penyiraman kebun dan pengairan ladang pertanian.
- for the irrigation of gardens and agricultural land.
Irrigation
-
Pengairan pertanian
Figure 1.6 Extinguishing a fire with water Memadamkan kebakaran dengan air
Garden - Kebun
10
QUESTIONS
PERTANYAAN
1. Why is water important for the human body?
1. Mengapa air penting bagi tubuh manusia?
2. A large proportion of food consists of water. In this context, explain the remarkable difference between a pack and a tin of soup.
2. Sebagian besar makanan terdiri dari air. Jelaskan dalam hal ini perbedaan yang menyolok antara sup dalam kardus dan sup dalam kaleng.
3. Name several applications of water.
3. Sebutkan beberapa penerapan air.
1.3 Water supplies
1.3 Sarana pembahagian air bersih
It is essential that everyone has potable water at their disposal. Good drinking water supplies are therefore very important. Water supply systems have been in use since very early times; even the ancient Romans had them. Metal pipes were used to distribute water within a community and everyone who used the water had to pay for the service. Because the amount of water someone used was measured precisely, it was possible for everyone to pay a contribution which was in proportion to the amount of water he or she used (Figure 1.7). This water supply system fell into disrepair after Roman times. This situation lasted until round about 1760 when the steam engine was discovered. This meant that it was now possible to pump water up out of the ground.
Perlu adanya setiap orang memiliki air bersih. Oleh sebab itu sarana persediaan air minum yang baik adalah sangat penting. Sistim persediaan air minum sudah dikenal sejak jaman Romawi kuno. Pada waktu itu sudah dipakai pipa saluran dari metal untuk menyalurkan air keseluruh masyarakat dan setiap orang yang menggunakan jasa sarana air itu, harus membayar ongkos pelayaan. Oleh karena jumlah air yang dipakai seseorang diukur persis, maka memungkinkan setiap orang membayar sesuai dengan jumlah air yang dipakai (Gambar 1.7). Setelah jaman Romawi, sarana persediaan air menjadi mundur. Hal itu berlangsung sampai kira-kira tahun 1760, karena pada tahun itu mesin uap ditemukan. Sejak saat itu orang dapat memompa air dari dalam tanah.
Gambar 1.7 (Ancient Romans)
Gambar 1.7 Meteran air
Amount of water
11
1.4 Purity of water
1.4 Kebersihan air
Drinking water must be clean. There were not always sufficient natural sources of clean water available at the locations where people established their communities, so they used water from pools and rivers. These pools and rivers were, however, constantly polluted by the wastewater which was always discharged back into them. As a result, epidemics of, for example, typhoid and cholera broke out frequently. Thanks to the investigations of various scientists, including the French bacteriologist Louis Pasteur, people began to understand that water had to be treated if these diseases were to be prevented. Water must be made clean enough for us to drink by means of treatment. Large amounts of water used by industry are, unfortunately, often discharged into rivers while still full of contaminants. As a result, it is difficult to make good potable water from river water. It is therefore better to discharge used water into a sewerage system and transport it to a wastewater treatment plant first. Once treated, the water can be discharged into rivers without problems (Figure 1.8). Treatment is, of course, not only necessary for industrial wastewater, but also for the water we use at home.
Air minum harus bersih. Pada lokasi dimana dihuni penduduk, tidak selalu tersedia sumber air yang dapat mencukupi kebutuhan air bersih. Oleh sebab itu, orang mulai memenuhi kebutuhan airnya dari danau dan sungai. Akan tetapi, didanau dan sungai itu selalu dicemarkan oleh air limbah/kotor mereka. Hal ini sering merupakan penyebab timbulnya epidemi, seperti epidemi tipus dan kolera. Berkat penelitian-penelitian dari a. l. ahli bakteriologi Perancis Louis Pasteur, orang jadi sadar bahwa apabila ingin terhindar dari penyakit maka air harus dibersihkan terlebih dahulu. Melalui proses pembersihan, air harus menjadi sangat bersih sehingga dapat langsung diminum. Sayangnya sejumlah banyak air yang dipakai dalam industri yang sudah sangat tercemar sering kali dibuang kesungai. Dengan begitu air sungai sulit untuk dibersihkan menjadi air minum yang baik. Itulah sebabnya lebih baik air yang sudah dipakai, dengan menggunakan sistim saluran pembuangan air, diangkut melalui riol-riol kedalam instalasi penjernihan air limbah/kotor. Setelah melalui proses itu, airnya baru bisa dibuang kembali kesungai (Gambar 1.8).Tentu saja proses pembersihan air itu tidak hanya diperlukan bagi air limbah industri, tetapi juga untuk air limbah (Kotor) rumah tangga.
Melalui proses penjernian, air itu baru bisa dikembalikan kesungai
Gambar 1.8 Treatment wastewater
-
Instalasi penjernihan air limbah (air-kotor)
12
2 The properties of water
2 Sifat air
2.1
2.1 Keadaan agregasi *
Physical states *
Water is a remarkable substance. We know it as a liquid, but also as water vapour and ice. We say that water has three physical states, as follows:
Air adalah zat yang aneh. Air dikenal sebagai zat cair, tetapi juga sebagai uap air dan es. Air merupakan satu-satunya zat di alam yang muncul dalam tiga keadaan yang berbeda-beda, yaitu:
1. the vaporous state; 2. the liquid state; 3. the solid state.
1. keadaan berbentuk uap; 2. keadaan mencair; 3. keadaan membeku.
The water cycle The fact that water has three physical states means that it can follow a natural cycle. We divide this cycle into the large and small cycles.
Siklus air Kenyataan bahwa air mengenal tiga keadaan agregasi yang berbeda-beda menyebabkan air di-alam dapat mengikuti suatu siklus, yang disebut sebagai siklus besar dan siklus kecil.
The large cycle See Figure 2.1 for this cycle. Water, which is originally salty, evaporates. After a time it returns as ‘fresh’ precipitation (rain, snow and hail) to the earth and the earth’s oceans.
Siklus besar Tentang siklus ini lihat Gambar 2.1. Air yang asalnya adalah garam, menguap. Setelah beberapa waktu turun kembali sebagai hujan ‘tawar’ (hujan, salju, dan hujan es) dibumi dan lautan.
Physical states – Keadaan agregasi Vaporous - Uap Liqiud - Cairan Solid - Pembekuan (padat)
* Before studying the following subject matter it is advisable to carry out practical assignment 1.
* Sebelum mempelajari bahan pelajaran berikut, disarankan untuk melaksanakan tugas praktikum 1.
13
Figure 2.1 The large cycle
2.1 Siklus besar clouds: awan water vapour: uap air rain: hujan evaporation: penguapan ocean: lautan lake: danau groundwater: air tanah snow: salju
The small cycle See Figure 2.2 for this cycle. The precipitation now originates from fresh water which evaporates from lakes, rivers and canals.
Siklus kecil Tentang siklus ini lihat Gambar 2.2. Hujan itu sekarang berasal dari air tawar yang menguap dari danau, sungai, dan kanal.
14
Rain descends from clouds Water vapour rises We water our garden Some run-off goes to the sea
Air hujan turun dari awan Uap air akan naik Kami menyiram kebun dengan air Sebagian air hujan mengalir kelaut Tanaman dan pohon pohon mengisap air melalui akar dan batang
Plants and trees take up water through roots and stems. Figure 2.2 The small cycle
Gambar 2.2 Siklus kecil
15
2.2 Changes in volume and density*
2.2 Perubahan volume dan berat jenis
Changes in volume If a piece of metal is heated, its dimension changes. The fact is that every temperature change results in a (very small) change in dimension. This change in dimension also means a change in volume. This property also applies to liquids. If we heat a saucepan of water on the stove, the water will expand more and more. This expansion continues until the water reaches 100°C. From 10°C to 100°C, a specific volume of water expands by about 1/25 of its original volume. On further heating, the water is converted to steam. However, if water is cooled, it ‘shrinks’. Its volume decreases until the water reaches 4°C. If the water is cooled further, it expands again. The colder water then ‘floats’ on top of the water which has a temperature of 4°C. This phenomenon is very important in nature. If water freezes, this takes place from the top down.
Perubahan volume Jika sebatang besi dipanaskan, maka panjang besi ini akan memuai. Setiap perubahan suhu mengakibatkan perubahan panjang (yang sangat kecil). Perubahan panjang ini juga mengartikan perubahan volume. Juga pada zat cair semuanya ini berperan. Jika sepanci air dipanaskan di atas api, maka air itu akan tetap terus memuai. Pemuaian ini akan terus berlangsung hingga air mencapai suhu 100º C. Dari 10º C sampai 100º C volume tertentu air memuai kira-kira 1/25. Jika dipanaskan lebih lanjut, maka air berubah menjadi uap. Namun, jika air didinginkan, maka air itu ‘menyusut’. Volume akan lebih mengecil hingga air mencapai suhu 4º C. Jika pendinginan diteruskan, maka air itu kembali memuai. Air yang lebih dingin kemudian akan ‘mengambang’ di air bersuhu 4º C. Gejala ini bagi alam sangat penting. Jika air membeku, maka proses ini terjadi mulai dari atas.
* Before studying the following subject matter it is advisable to carry out practical assignment 2.
* Sebelum mempelajari bahan pelajaran berikut ini, disarankan membuat tugas praktikum 2.
Vaporous Uap
Liquid Cairan
Solid Pembekuan(padat)
Figure 2.3 Properties of water
Gambar 2.3 Sifat-sifat air
16
water 50°C
water 4°C
ice -3°C
air 50º C
air 4º C
es -3º C
Figure 2.4 Expansion of water during freezing
Gambar 2.4 Pemuaian air pada waktu pembekuan
As a result, aquatic life (fish, plants, etc.) can survive freezing temperatures. Water freezes at 0°C. During this process its volume increases by 10%. Figure 2.3 shows the properties of water described above.
Dengan begitu dapat dihindari bahwa kehidupan dalam air (ikan, tumbuhtumbuhan, dst.) dirusakkan. Pembekuan terjadi pada 0º C. Volumenya pada suhu ini akan bertambah kira-kira 10%. Gambar 2.3 memberikan ilustrasi tentang sifat-sifat air yang disebutkan di atas.
Density Water is densest at 4°C. At this temperature, 1dm3 water has a mass of 1 kg. The density of water at 4°C is therefore 1 kg/dm3.
Berat jenis Pada suhu 4º C air memiliki berat jenisnya yang terbesar. Ternyata 1 dm3 air pada suhu ini memiliki massa 1 kg. Jadi, berat jenis air pada suhu 4º C adalah 1 kg/dm3.
List of densities The following table shows a list of the different densities of water at various temperatures.
Gambaran berat jenis Tabel berikut ini memperlihatkan gambaran berbagai berat jenis air dalam pelbagai suhu.
State
liquid liquid liquid liquid solid solid solid
temperature
density
°C
kg/dm3
100 50 4 0 0 -10 -20
0.9584 0.9881 1 0,9998 0.9 0.9186 0.9203
wujud
cair cair cair cair padat padat padat
17
suhu
berat jenis
°C
kg/dm3
100 50 4 0 0 -10 -20
0.9584 0.9881 1 0,9998 0.9 0.9186 0.9203
Dangers of freezing Because water expands when freezing (Figure 2.4), the risk of water pipelines bursting is great. They must, therefore, always be installed in places which are not exposed to frost. If this is not the case, pipes must be drained during cold weather. The fact that water must be able to expand has to be taken into account in the case of closed vessels which contain water, e.g. boilers. If the water is not able to expand, the pressure in the closed vessel can increase to dangerous levels. A safety valve is therefore installed in hot water and central heating boilers to allow this expansion water to escape.
QUESTIONS 1. In what states does water exist on earth? 2. At what temperature is the density of water greatest? 3. Why does water freeze on the surface first? 4. Does water have a larger or smaller volume at 50°C than at 80°C? 5. Why do water pipelines burst if the temperature drops to freezing? 6. What happens if water in a closed vessel is heated a lot. 7. How are excessively high pressures in hot-water boilers prevented? 8. In Figures 2.3 and 2.4, colour the following in: a. the steam, yellow; b. the water blue; c. the ice green.
Bahaya pada waktu pembekuan Oleh karena air memuai pada waktu pembekuan (Gambar 2.4), maka ada kemungkinan besar bahwa pipa-pipa saluran air pada udara bersuhu beku akan pecah. Oleh karena itu, saluran-saluran air selalu dipasang di tempat-tempat yang bebas dari suhu beku. Jika hal ini tidak dilakukan, maka saluran-saluran harus dikosongkan kalau suhu dibawah nol. Juga untuk air dalam ruang-ruang yang tertutup, misalnya boiler dan ketel, harus diperhatikan bahwa air harus dapat memuai. Jika pemuaian ini tidak memungkinkan, maka timbullah bahaya bahwa tekanan dalam ruang yang tertutup naik terlalu tinggi. Oleh karena itu, boiler air panas dan ketel pemanas sentral dilengkapi dengan katup pengaman. Melalui pentil ini air yang memuai itu dapat keluar. PERTANYAAN 1. Dalam wujud-wujud yang mana air terjadi di bumi? 2. Pada suhu mana air memiliki berat jenisnya yang terbesar? 3. Mengapa air membeku pertama-tama pada permukaannya? 4. Apakah air pada suhu 50º C memiliki volume yang lebih besar atau kecil daripada air pada suhu 80º C? 5. Mengapa pipa saluran air pada suhu beku dapat pecah? 6. Apa yang terjadi bila air dalam tangki yang tertutup dipanaskan dengan kuat? 7. Bagaimana menghindarkan tekanan yang terlalu tinggi pada boiler pemanas air? 8. Warnailah dalam Gambar 2.3 dan 2.4: a. uap dengan warna kuning; b. air dengan warna biru; c. es dengan warna hijau.
18
2.3 Dissolving capacity
2.3 Kemampuan larut
Many substances dissolve easily in water. We therefore say that water has a high dissolving capacity or solvency. Substances in our bodies and the tissues of plants and animals are dissolved in water, too. A significant proportion of blood, for example, consists of water. This means that nutrients can be dissolved in blood and subsequently transported throughout the whole body.
Banyak zat dengan mudah dapat dilarutkan dalam air. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa air memiliki kemampuan larut yang besar. Juga dalam tubuh manusia dan dalam jaringan pada tumbuh-tumbuhan dan hewan, zat-zat larut dalam air. Darah misalnya, bagian pentingnya terdiri dari air. Karena itu, zat-zat hara dapat dilarutkan dalam darah dan kemudian disebarkan keseluruh tubuh.
Soft water Water in which a great many substances dissolve is called soft water. Very soft water dissolves even the metal of water supply pipes. This corrosion does not affect the strength of pipes directly. However, the quantities of copper and lead dissolved in water can be harmful to the health, if the concentrations are too high.
Air lunak Air yang mengandung banyak larutan zat, disebut air lunak. Air yang sangat lunak bahkan melarutkan besi dari pipa saluran air. Perusakan ini tidak berpengaruh secara langsung pada kekuatan dari pipa itu. Namun, sejumlah tembaga dan plumbum yang larut dalam air dapat membahayakan kesehatan, apabila konsentrasi larutan itu terlalu tinggi.
Hard water Water in which a lot of calcium and magnesium is dissolved is called hard water. If hard water is heated, calcium (or boiler scale) precipitates out. The familiar yellow-brown deposits in a teakettle, for example, are boiler scale. Scaling increases greatly at temperatures above 70°C. More soap is consumed if the water is hard. This is a disadvantage because it means that the wastewater is more polluted.
Air sadah Air yang mengandung banyak larutan kalsium dan magnesium, disebut air sadah. Pada waktu pemanasan air sadah ini timbullah endapan kapur (pembentukan kerak ketel). Contoh yang terkenal adalah endapan yang coklat kekuning-kuningan di dalam ceret. Pada pemanasan diatas 70º C pembentukan kerak ketel meningkat. Selanjutnya, kerugian dengan air sadah ini, yaitu mengurangi daya kerja sabun. Karena itu timbullah pencemaran yang lebih besar dari air limbah (air kotor, air yang sudah dipakai).
Hardness number The hardness of water is expressed in German degrees of hardness (°dH). One German hardness degree means that one litre of water contains a total of 10 milligram of calcium and magnesium. The higher the hardness number, the more problems people have with deposits of boiler scale in hot water appliances such as boilers, geysers and washing machines. Various water companies are currently attempting to correct the hardness of water by softening it centrally, that is, before it is distributed.
Derajat kesadahan Kesadahan atau kekerasan kadar kapur dari air disebutkan dalam derajat kesadahan Jerman (°dH). Satu derajat kesadahan Jerman berarti 10 miligram kalsium dan magnesium per liter air. Makin tinggi derajat kesadahan itu, makin banyak masalah pembentukan kerak ketel dalam peralatan air panas seperti boiler, pemanas air, mesin cuci otomatis. Dewasa ini berbagai perusahaan air minum berupaya untuk memperbaiki tingkat kesadahan air dengan mengurangi kesadahan itu dipusat, sebelum didistribusikan.
19
2.4 Heat absorbing capacity
2.4 Kemampuan menyerap panas
In addition to its capacity to dissolve substances, water is also able to absorb large quantities of heat. It can therefore be used as a means of transport for heat, for example in heating systems. The capacity of water to absorb heat is also important for the climate on earth.
Disamping kemampuan melarutkan zatzat, air juga memiliki kemampuan yang besar untuk menyerap panas. Oleh karena itu, air dapat digunakan sebagai penyalur panas, misalnya pada instalasi pemanas. Kemampuan air dalam menyerap panas ini juga penting untuk iklim didunia.
QUESTIONS
PERTANYAAN
9. What do we understand by the term soft water? 10. What do we understand by the term hard water? 11. What is the disadvantage of hard water? 12. What do we understand by the term boiler scale? 13. State the properties of water.
9. Apa yang dimaksud dengan air lunak? 10. Apa yang dimaksud dengan air sadah? 11. Apa kerugian dari air sadah? 12. Apa yang dimaksud dengan pembentukan kerak ketel? 13. sebutkan sifat-sifat yang dimiliki oleh Air.
There is no life without water Tidak ada kehidupan tanpa air
20
21
