ALIRAN MASSA STASIONER DAN TAK STASIONER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
Nabila Nur Amalina (240210160024)
Departemen Teknologi Industri Pangan Universitas Padjadjaran, Jatinangor Jalan Raya Bandung-Sumedang Km. 21, Jatinangor, Sumedang 40600 Telp. (022) 7798844,
779570 Fax. (022) 7795780 Email: nabilaamalina21@gmail.com
ABSTRAK
Aliran massa dalam suatu proses operasi pengolahan pangan terbagi menjadi dua, yaitu berupa aliran stasioner (steady state) dan tak stasioner (unsteady state). Suatu sistem operasi dikatakan stasioner apabila dalam operasinya tersebut komponennya untuk setiap satuan waktu. Sedangkan sistem operasi tak stasioner dimana aliran komponen terkandungnya terjadi perubahan seiring dengan berubahnya waktu. Pada proses pengolahan pangan sangat penting untuk dapat membedakan kedua operasi ini. Untuk menguji perbedaannya, menggunakan uji coba pemekatan dan pengenceran larutan gula dan garam dengan mengukur derajat brix pada selang waktu tertentu dengan refraktometer. Dapat diketahui bahwa dalam suatu proses pengolahan pangan sistem operasi stasioner dan tak stasioner dapat berlangsung dalam satu proses pengolahan. Keadaan stasioner adalah ketika tangki pengaduk dijalankan, dan keadaan tak stasioner adalah ketika komponen yang terdapat pada tangki pengaduk tersebut mengalami perubahan konsentrasi seiring dengan berjalannya waktu.
Kata kunci: Stasioner, Tak Stasioner, Pengenceran, Pemekatan
ABSTRACT
Mass flow is divided into two, steady state and unsteady state. Steady state is when there is no component and unsteady state is the opposite. In food processing is very important to be able to distinguish these two operations. To test the difference, we use concentration test and dilution of sugar and salt solution by checked the brix by using refractometer. In a food processing, steady and unsteady can take place in one process. Steady state is when the agitating tank is run, and unsteady state is when the component contained in the agitating tank and the concentration is change.
Key words: Steady, Unsteady, dilution, concentration
PENDAHULUAN
Aliran massa dalam suatu proses operasi pengolahan pangan terbagi menjadi dua, yaitu berupa aliran stasioner (steady state) dan tak stasioner (unsteady state). Membedakan kedua jenis aliran ini sangat penting dalam proses pengolahan pangan, karena tidak selamanya aliran suatu bahan yang stasioner tetapi komponennya tidak stasioner yang penyebabnya bisa jadi karena adanya pertumbuhan komponen, terjadi pemekatan atau pengenceran komponen, atau bahkan karena adanya reaksi kimia.
Inflow = Outflow + Akumulasi.
Inflow dapat mencakup pembentukan bahan dengan reaksi kimia atau proses pertumbuhan mikroba, dan outflow dapat berupa penipisan bahan oleh reaksi kimia atau biologis.
Jika akumulasi memiliki hasil 0, sehingga arus masuk sama dengan arus keluar, maka proses ini disebut keadaan stasioner (steady state). Maksud dari hasil akumulasi 0 ini adalah jika suatu sistem operasi kontinyu dimana F = laju alir umpan yang mengandung komponen x (cm3/detik). Jika komponen tersebut dalam bentuk persen (%) dan t adalah waktu operasi (detik) maka sistem disebut stasioner apabila :
Atau dengan kata lain:
F = P Xf . F = Xp . P
Sebaliknya, jika hasil akumulasi tidak 0 dapat berarti bahwa kuantitas dan konsentrasi komponen dalam sistem bisa berubah seiring waktu, maka proses ini disebut keadaan tak stasioner (unsteady state).
Xf . F = Xr . R + Akumulasi
Dengan akumulasi tersebut adalah akumulasi komponen x sebesar (dx/dt V) dimana V = volume tangki.
Xf . F = Xr . R + dx/dt V
Dengan adanya pengadukan, persamaannya menjadi:
Xf . F = Xr . R + dx/dt V
R(Xf – Xr) = dx/dt V
∫ ∫
Pada t = 0 dan x = xo
C = -ln
Untuk menguji perbedaan dari operasi stasioner dan tak stasioner, dalam praktikum ini menggunakan uji coba pemekatan dan pengenceran larutan gula dan garam dengan mengukur derajat brix pada selang waktu tertentu memakai refraktometer. Pemekatan sendiri adalah suatu proses untuk menaikkan suatu kadar zat tertentu. Sedangkan pengenceran adalah suatu proses untuk menurunkan suatu kadar zat tertentu dengan penambahan komponen lain atau yang sering digunakan adalah air ke dalam suatu zat atau larutan yang dilakukan pengenceran. (Brady, 1999)
Konsentrasi pemekatan dan pengen-ceran ini diukur derajat brix nya denga nrefraktometer. Derajat brix merupakan jumlah zat padat semu yang larut (dalam gr) dalam setiap 100 gram larutan. Derajat brix ini diukur menggunakan refraktometer ABBE, yang merupaan sebuah alat untuk mengukur indeks bias sebuah zat cair. (S. Bani, 2015)
Oleh sebab itu, praktikum ini dilakukan dengan tujuan dapat menentukan model neraca massa pada sistem stasioner (steady state) dan tak stasioner (unsteady state) dengan menggunakan larutan gula dan garam. Selain itu juga agar dapat menentukan model persamaan aliran massa pada sistem stasioner (steady state) dan tak stasioner (unsteady state).
METODOLOGI
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan adalah tangki berpengaduk, gelas, stopwatch, Refrak-tometer.
Tahap Persiapan
Memasang peralatan tangki untuk alat pembuatan larutan gula atau garam. Menguji coba tangki sebelum digunakan menggunakan air biasa sebagai bahannya. Menentukan volume maksimum dalam tangki (V) ketika pengaduk sedang berjalan dan menentukan laju alir input (F ml/detik), ouput (R ml/detik) sehingga tercapai kondisi steady state F=R. Praktikum terbagi menjadi 4 kelompok yaitu operasi pemekatan gula, operasi pengenceran gula, operasi pemekatan garam, dan operasi pengenceran garam.
Operasi Pemekatan Larutan Gula Menyediakan larutan gula pekat pada tangki persediaan. Menyediakan air biasa di tangki pengaduk untuk membuat larutan gula pekat. Menjalankan operasi dan mengecek kandungan gula setiap 15 detik menggunakan refraktometer. Kemudian membuat grafik konsentrasi terhadap waktu menggunakan
perhitungan
untuk
konsentrasinya sebagai penerjemah dari derajat brix sendiri.
Operasi Pemekatan Larutan Garam Menyediakan larutan garam pekat pada tangki persediaan. Menyediakan air biasa di tangki pengaduk untuk membuat larutan garam pekat. Menjalankan operasi dan mengecek kandungan garam setiap 15 detik menggunakan refraktometer. Kemudian membuat grafik konsentrasi terhadap waktu menggunakan perhitungan
untuk konsentrasinya sebagai penerjemah dari derajat brix sendiri.
Operasi Pengenceran Larutan Gula Menyediakan air biasa di dalam tangki persediaan, kemudian mema-sukkan larutan gula pekat yang telah dibuat sebelumnya. Menjalankan proses
operasi dan mengecek kandungan gula setiap 15 deik menggunakan refrak-tometer. Lalu membuat grafik konsentrasi terhadap waktu menggunakan perhitungan
untuk konsentrasinya sebagai penerjemah dari derajat brix sendiri.
Operasi Pengenceran Larutan Garam Menyediakan air biasa di dalam tangki persediaan, kemudian mema-sukkan larutan garam pekat yang telah dibuat sebelumnya. Menjalankan proses operasi dan mengecek kandungan garam setiap 15 deik menggunakan refrak-tometer. Lalu membuat grafik konsentrasi terhadap waktu
menggunakan perhitungan
untuk konsentrasinya sebagai penerjemah dari derajat brix sendiri.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini, dilakukan pengujian mana yang termasuk aliran stasioner dan tak stasioner yang diujikan terhadap pemekatan dan pengenceran larutan gula dan garam. Penentuan konsentrasi pada awalnya yaitu dengan mencari derajat brix dari masing-masing larutan yang telah tersedia di dalam tangki pengaduk setiap 15 detik dan pengisiannya selama 4 detik. Kemudian untuk melihat berapa derajat brixnya, praktikum kali ini menggunakan alat yang bernama Refraktometer Abbe.
melihat garis batas antar gelap dan terang. Dengan mengubah-ngubah kompensator sehingga garis batas dan gelap terlihat jelas dan tidak terdapat warna lagi, dengan garis batas gelap dan terang yang sangat jelas ini kita dapat menentukkan indeks bias dari zat cair yang ingin kita ketahui dengan melihat skala yang terdapat pada refraktometer yang merupakan hasil dari derajat brix itu sendiri.
Pemekatan Larutan Garam
Dari praktikum pemekatan larutan garam, diperoleh data dalam bentuk grafik sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
Berdasarkan grafik di atas, pada pemekatan larutan garam terjadi proses peningkatan konsentrasi yang berbanding lurus dengan kenaikan waktunya. Dari hasil kedua grafik di atas juga dapat diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
terhadap waktu bernilai 0,0019 dan intercept nya 0,0562. R2 pada data tersebut
di grafik
terhadap waktu yaitu
sebesar 0,9902 yang berarti hanya sekitar 99,02% data yang dapat dijelaskan. Hal ini membuktikan bahwa akurasi data hampir menunjukkan titik 100% dan data tersebut dapat dikatakan mendekati akurat.
Pada pemekatan larutan garam ini, proses aliran massa yang terjadi adalah stasioner dan tak stasioner. Proses stasioner ini terjadi pada saat tangki pengaduk karena pada saat itu, tidak ada perubahan apapun yang melibatkan waktu dan merupakan sistem operasi kontinyu. Sedangkan aliran komponen terkandung-nya, yaitu larutan garam, prosesnya adalah tak stasioner karena terjadi pemekatan atau perubahan konsentrasi yang dipengaruhi oleh waktu.
Pemekatan Larutan Gula
Dari praktikum pemekatan larutan gula, diperoleh data dalam bentuk grafik sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017) Aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
Grafik ln
((Xf-Grafik X brix terhadap t
Grafik X brix
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
Grafik ln
((Xf-Grafik X brix terhadap t
Grafik X brix terhadap t
pemekatan larutan gula terjadi proses peningkatan konsentrasi yang berbanding lurus dengan kenaikan waktunya. Dari hasil kedua grafik di atas juga dapat diketahui slope dan intercept nya, juga R2. Slope pada data di grafik
terhadap waktu bernilai 0,0006 dan intercept nya 0,0516. R2 pada data tersebut
di grafik
terhadap waktu yaitu
sebesar 0,5023 yang berarti hanya sekitar 50,023% data yang dapat dijelaskan. Hal ini membuktikan bahwa akurasi data jauh dengan 100% dan data tersebut masih jauh dari akurat. Hal ini dikarenakan saat praktikum terdapat kesalahan dari praktikan yang tidak menghitung detik ke 15 dan kurang bersih membilas pipet yang sebelumnya digunakan untuk pengenceran larutan gula.
Pada pemekatan larutan gula ini, proses aliran massa yang terjadi adalah stasioner dan tak stasioner. Proses stasioner ini terjadi pada saat tangki pengaduk karena pada saat itu, tidak ada perubahan apapun yang melibatkan waktu dan merupakan sistem operasi kontinyu. Sedangkan aliran komponen terkandung-nya, yaitu larutan gula, prosesnya adalah tak stasioner karena terjadi pemekatan atau perubahan konsentrasi yang dipengaruhi oleh waktu.
Pengenceran Larutan Garam
Dari praktikum pengenceran larutan garam, diperoleh data dalam bentuk grafik sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
Berdasarkan grafik di atas, pada pengenceran larutan garam terjadi proses penurunan konsentrasi yang berbanding lurus dengan kenaikan waktunya. Dari hasil kedua grafik di atas juga dapat diketahui slope dan intercept nya, juga R2. Slope pada data di grafik dijelaskan. Hal ini membuktikan bahwa akurasi data hampir menunjukkan titik 100% dan data tersebut dapat dikatakan mendekati akurat.
Pada pengenceran larutan garam ini, proses aliran massa yang terjadi adalah stasioner dan tak stasioner. Proses stasioner ini terjadi pada saat tangki pengaduk karena pada saat itu, tidak ada perubahan apapun yang melibatkan waktu dan merupakan sistem operasi kontinyu. Sedangkan aliran komponen terkandung-nya, yaitu larutan garam, prosesnya adalah tak stasioner karena terjadi pengenceran atau perubahan konsentrasi yang dipengaruhi oleh waktu.
Pengenceran Larutan Gula
Dari praktikum pengenceran larutan gula, diperoleh data dalam bentuk grafik
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
Grafik ln
((Xf-Grafik X brix terhadap t
Grafik X brix terhadap t
(Sumber: Dokumentasi pribadi, 2017)
Berdasarkan grafik di atas, pada pengenceran larutan gula terjadi proses penurunan konsentrasi yang berbanding lurus dengan kenaikan waktunya. Dari hasil kedua grafik di atas juga dapat diketahui slope dan intercept nya, juga R2. Slope pada data di grafik 27,56% data yang dapat dijelaskan. Hal ini membuktikan bahwa akurasi data sangat jauh sekali dengan 100% dan data tersebut masih jauh dari akurat. Hal ini dikarenakan saat praktikum terdapat kesalahan dari praktikan yang tidak menghitung detik ke 15 dan detik ke 285, juga diperkirakan praktikan kurang bersih membilas pipet yang sebelumnya digunakan untuk pemekatan larutan gula.
Pada pengenceran larutan gula ini, proses aliran massa yang terjadi adalah stasioner dan tak stasioner. Proses stasioner ini terjadi pada saat tangki pengaduk karena pada saat itu, tidak ada perubahan apapun yang melibatkan waktu dan merupakan sistem operasi kontinyu. Sedangkan aliran komponen terkandung-nya, yaitu larutan gula, prosesnya adalah tak stasioner karena terjadi pengenceran atau perubahan konsentrasi yang dipengaruhi oleh waktu.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil praktikum, dapat diketahui bahwa dalam suatu proses pengolahan pangan sistem operasi stasioner dan tak stasioner dapat berlangsung dalam satu proses pengolahan. Keadaan stasioner adalah ketika tangki pengaduk dijalankan, dan keadaan tak stasioner adalah ketika komponen yang terdapat pada tangki pengaduk tersebut mengalami perubahan konsentrasi seiring dengan berjalannya waktu.
DAFTAR PUSTAKA
S. Bani, M. Abduh. 2015. Refraktometer Abbe. Jurnal Program Studi Fisika FMIPA. Universitas Padjadjaran: Jatinangor
Brady, J. E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Binarupa Aksara: 13. Universitas Diponegoro: Semarang
Toledo, R.T. 1993. Fundamentals of Food Process Engineering. Chapman & Hall: New York
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
Grafik ln
((Xf-Grafik X brix terhadap t
Grafik X brix terhadap t
LAMPIRAN
Tabel hasil pengamatan
(Sumber: Dokumentasi pribadi, 2017)
1.
Tabel Pemekatan Garam
waktu
x= O brix
ln (Xf-Xo)/(Xf-X)
Xf: 26 ; Xo: 0 15 1.8 0.071744 30 2.1 0.084218 45 3.2 0.131336 60 3.9 0.162519
75 5 0.213574
90 5.8 0.252414 105 6.1 0.267377 120 6.9 0.308408
135 7 0.313658
150 7.5 0.340326
165 8 0.367725
180 8.9 0.419018 195 9.25 0.439698 210 10 0.485508 225 10 0.485508 240 10.01 0.486133 255 10.9 0.543402 270 11.1 0.556735 285 11.9 0.611922 300 11.9 0.611922
2.
Tabel Pemekatan Gula
waktu
x= O brix
ln (Xf-Xo)/(Xf-X)
Xf: 50,2 ; Xo: 0
15 0 0
30 0.9 0.018091 45 1.7 0.034451 60 4.7 0.098303 75 3.4 0.070132
90 8 0.173595
180 6.55 0.139812 195 6.6 0.140958 210 7.4 0.159477 225 7.55 0.162988 240 8.4 0.183119 255 8.9 0.195153 270 9.1 0.200007 285 9.6 0.212247 300 9.95 0.220905
3.
Tabel Pengenceran Gula
waktu
x= O brix
ln (Xf-Xo)/(Xf-X)
Xf: 0 ; Xo: 30,5
15 0 0
30 22.9 0.28659
45 21.2 0.363726
60 20.1 0.417007
75 19.9 0.427007
90 19.6 0.442197
105 19.1 0.468038
120 18.9 0.478565
135 18.5 0.499956
150 17.7 0.544162
165 17.6 0.549828
180 17.4 0.561256
195 17.2 0.572817
210 17.1 0.578648
225 16.5 0.614366
240 16.5 0.614366
255 15.5 0.676887
270 14.8 0.7231
285 0 0
300 13.8 0.793058
4.
Tabel Pengenceran Garam
waktu
x= O brix
ln (Xf-Xo)/(Xf-X) Xf: 0 ; Xo:10,4 15 9.5 0.090514
30 8 0.262364
45 7.5 0.326903
60 7 0.395896
75 6.5 0.470004 90 6.5 0.470004
105 5.7 0.60134
120 5.6 0.619039 135 5.09 0.714528 150 5.05 0.722418
165 5 0.732368
180 3.9 0.980829 195 3.6 1.060872 210 3.5 1.089043 225 2.9 1.277095 240 2.5 1.425515 255 2.1 1.599868 270 2.05 1.623966
285 2 1.648659