LAPORAN PRAKTIKUM SATUAN OPERASI INDUSTRI
(Kesetimbangan Massa)
Oleh :
Nama : Bunga Pratiwi
NPM : 240110120035
Hari, Tanggal Praktikum : Kamis, 27 Maret 2014
Waktu : 15.00 – 17.30 WIB
Co. Ass : AstriAriyanti
Rizqi Putri Fathoni
LABORATURIUM PASCA PANEN DAN TEKNOLOGI PROSES TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN
2014
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam industri terdapat beberapa jenis bahan pangan, salah satunya adalah jenis bahan pangan cair. Sebagai zat cair, bahan pangan cair memiliki viskositas sebagai karakteristiknya. Viskositas pada bahan pangan cair akan berbeda-beda terggantung dengan jenis dan kandungan airnya. Viskositas menentukan kemudahan suatu molekul bergerak karena adanya gesekan antar lapisan material.
Karenanya viskositas menunjukkan tingkat ketahanan suatu cairan untuk mengalir. Untuk satu jenis bahan pangan cair, belum tentu memiliki nilai viskositas yang sama. Nilai viskositas tersebut dapat diketahui dengan menggunakan beberapa cara, salah satunya adalah dengan menggunakan alat refraktometer.
Hukum konservasi energi mengatakan bahwa massa tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, namun dapat berubah bentuk dan phase. Dalam satu industri pertanian, seringkali kita diharuskan untuk membuat bahan pangan cair dengan kekentalan tertentu. Hal ini dapat dilakukan dengan melakukan pengentalan maupun penenceran. Hal tersebut diperlukan perhitungan- perhitungan yang dapat memperkirakan kadar produk yang diinginkan dengan menggunakan prinsip kekekalan massa. Dengan demikian, praktikum ini sangat bermanfaat bagi mahasiswa teknik pertanian untuk menganalisis suatu proses pengolahan hasil pertanian dalam menentukan komposisi produk setelah dilakukan serangkaian proses.
1.2. Tujuan Percobaan
1.2.1 Tujuan Instruksional Umum (TIU)
Mahasiswa dapat mempelajari kesetimbangan massa secara umum
1.2.2 Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
gula
b. Menentukan model neraca massa steady state pada alir massa dan unsteady state pada komponen gula.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kesetimbangan Massa
Hukum kekekalan massa atau dikenal juga sebagai hukum Lomonosov- Lavoisier adalah suatu hukum yang menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan meskipun terjadi berbagai macam proses di dalam sistem tersebut (dalam sistem tertutup massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama).
Pernyataan yang umum digunakan untuk menyatakan hukum kekekalan massa adalah massa dapat berubah bentuk tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Untuk suatu proses kimiawi di dalam suatu sistem tertutup, massa dari reaktan harus sama dengan massa produk. (Arif,2012)
Hukum kekekalan massa diformulasikan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1789. Oleh karena hasilnya ini, ia sering disebut sebagai bapak kimia modern. Sebelumnya, Mikhail Lomonosov (1748) juga telah mengajukan ide yang serupa dan telah membuktikannya dalam eksperimen. Sebelumnya, kekekalan massa sulit dimengerti karena adanya gaya buoyan atmosfer bumi.
Setelah gaya ini dapat dimengerti, hukum kekekalan massa menjadi kunci penting dalam mengubah alkemi menjadi kimia modern. Ketika ilmuwan memahami bahwa senyawa tidak pernah hilang ketika diukur, mereka mulai melakukan studi kuantitatif transformasi senyawa. Studi ini membawa kepada ide bahwa semua proses dan transformasi kimia berlangsung dalam jumlah massa tiap elemen tetap.
Dalam Satuan Operasi bentuk kesetimbangan massa dan energi dapat direpresentasikan dalam bentuk kotak diagram proses. Massa atau energi yang masuk ke dalam kotak diagram proses harus setimbang dengan massa atau energi yang ke luar darinya. (Arif,2012)
Hukum konservasi massa berisi bahwa massa tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan (kecuali reaksi atom/ nuklir). Sehingga kesetimbangan massa dalam sebuah proses dapat ditulis sebagai berikut :
Input = Output
input = uotput + akumulasi
bahan baku = produk + limbah + akumulasi
SmR = mR1 + mR2 + mR3 Smp = mp1 + mp2 + mp3 SmW = mW1 + mW2 + mW3
SmS = ms1 + ms2 + ms3
2.2. Viskositas
Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Makin besar viskositas suatu fluida, maka makin sulit suatu fluida mengalir dan makin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatif dengan besaran yang disebut koefisien viskositas. Satuan SI untuk koefisien viskositas adalah Ns/m2 atau pascal sekon (Pa s). Ketika membahas mengenai viskositas maka akan menyinggung fluida sejati. Fluida ideal tidak mempunyai koefisien viskositas. Apabila suatu benda bergerak dengan kelajuan v dalam suatu fluida kental yang koefisien viskositasnya, maka benda tersebut akan mengalami gaya gesekan fluida , dengan k adalah konstanta yang bergantung pada bentuk geometris benda. (Audina,2011)
Kekentalan disebabkan karena kohesi antara patikel zat cair. Zat cair ideal tidak mempunyai kekentalan. Zat cair mempunyai beberapa sifat sebagai berikut:
a. Apabila ruangan lebih besar dari volume zat cair akan terbentuk permukaan bebas horizontal yang berhubungan dengan atmosfer.
b. Mempunyai rapat masa dan berat jenis.
c. Dapat dianggap tidak termampatkan.
d. Mempunyai viskositas (kekentalan).
e. Mempunyai kohesi, adesi dan tegangan permukaan.
2.3. Refraktometer
Refractometer adalah suatu instrumen opfis yang digunakan untuk menentukan indeks-refraksi suatu unsur. Ini sering mengacu pada beberapa sifat fisis suatu unsur yang secara langsung berhubungan dengan indeks-refraksinya.
Tertentu jenis refractometers dapat digunakan untuk mengukur gas, cairan seperti
minyak atau water-based, dan bahkan padat tembus cahaya atau transparan seperti batu-permata. (Arifelia,2012)
Suatu refractometer dapat digunakan untuk menentukan identitas dari suatu unsur yang tak dikenal berdasar pada indeks-refraksinya, untuk menilai kemurnian unsur tertentu, atau untuk menentukan konsentrasi zat atau unsur di (dalam) suatu zat atau unsur. Biasanya, refractometers digunakan untuk mengukur konsentrasi cairan seperti isi gula ( Brix tingkatan, sebagai contoh di (dalam) hidangan buah-buahan, sari buah, atau sayur-mayur madu, dll), konsentrasi protein darah, berkadar garam dan bobot jenis air seni. Refractometers dapat juga digunakan untuk mengukur konsentrasi cairan untuk cairan [yang] komersil seperti bahan anti beku, memotong cairan, dan cairan industri. (Arifelia,2012)
Ada empat utama jenis refractometers: handheld tradisional refractometers, handheld digital refractometers, atau laboratorium Abbe refractometers, dan inline memproses refractometers. Ada juga Rayleigh Refractometer menggunakan (secara khas) untuk mengukur indeks gas yang bias.
(Arifelia,2012)
Adapun prinsip kerja dari refractometer dapat digambarkan sebagai berikut :
1. Dari gambar dibawah ini terdapat 3 bagian yaitu : Sample, Prisma dan Papan Skala. Refractive index prisma jauh lebih besar dibandingkan dengan sample.
2. Jika sample merupakan larutan dengan konsentrasi rendah, maka sudut refraksi akan lebar dikarenakan perbedaan refraksi dari prisma dan sample besar.
Maka pada papan skala sinar “a” akan jatuh pada skala rendah.
3. Jika sample merupakan larutan pekat / konsentrasi tinggi, maka sudut refraksi akan kecil karena perbedaan refraksi prisma dan sample kecil. Pada gambar terlihar sinar “b” jatuh pada skala besar.
Dari penjelasan di atas jelas bahwa konsentrasi larutan akan berpengaruh secara proporsional terhadap sudut refraksi. Pada prakteknya Refractometer akan ditera pada skala sesuai dengan penggunaannya. Sebagai contoh Refractometer yang dipakai untuk mengukur konsentrasi larutan gula akan ditera pada skala gula. Begitu juga dengan refractometer untuk larutan garam, protein dll.
merupakan pernsentasi dari bahan terlarut dalam sample (larutan air). Kadar bahan terlarut merupakan total dari semua bahan dalam air, termasuk gula, garam, protein, asam dsb. Pada dasarnya Brix(%) dinyatakan sebagai jumlah gram dari cane sugar yang terdapat dalam larutan 100 g cane sugar. Jadi pada saat mengukur larutan gula, Brix(%) harus benar-benar tepat sesuai dengan konsentrasinya.
2.4. Derajat Brix
Menurut Diding Suhandy (2008) derajat Brix merupakan satuan yang umum digunakan untuk mengukur KPT dalam suatu larutan. Sebagian besar kandungan padatan terlarut (KPT) pada buah terdiri atas gula-gula sederhana seperti fruktosa, glukosa dan sukrosa.
Brix adalah jumlah zat padat semu yang larut (dalam gr) setiap 100 gr larutan. Jadi misalnya brix nira = 16, artinya bahwa dari 100 gram nira, 16 gram merupakan zat padat terlarut dan 84 gram adalah air. Untuk mengetahui banyaknya zat padat yang terlarut dalam larutan (brix) diperlukan suatu alat ukur.
(Risvan,2008).
2.5. Keadaan Steady dan Unsteady Sate
Keadaan tunak (steady state) adalah kondisi sewaktu sifat-sifat suatu sistem tak berubah dengan berjalannya waktu atau dengan kata lain, konstan.
Keadaan steady state dapat ditunjukkan dengan laju alir input (QF : ml/detik) sama dengan output (QR : ml/detik) sehingga tercapai kondisi steady state (QF = QR). Keadaan tunak baru akan dicapai beberapa waktu setelah sistem dimulai atau diinisiasi. Kondisi awal ini sering disebut sebagai keadaan transien.
(Narutomo,2012)
Sistem steady menunjukkan akumulasi sama dengan nol, dan tidak bergantung pada waktu. Unsteady state adalah kondisi sewaktu sifat-sifat suatu sistem berubah dengan berjalannya waktu. (Narutomo,2012)
2.6. Pengentalan dan Pengenceran
Pengentalan merupakan proses meningkatkan konsentrasi suatu larutan akibat adanya pencampuran bahan terlarut. Sedangkan pengenceran merupakan proses penurunan suatu larutan akibat adanya pencampuran bahan pelarut.
Semakin tinggi konsentrasi maka ikatan antara partikelnya semakin kuat, sebaliknya semakin rendah konsentrasi maka ikatan antar partikelnya akan semakin lemah. (Ariani, 2004)
METODOLOGI PENGAMATAN DAN PENGUKURAN
3.1. Alat dan Bahan 3.1.1. Alat
Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah:
1. Peralatan proses kontinu berpengaduk 2. Stopwatch
3. Gelas ukur 4. Refraktometer 5. Timbangan 3.1.2. Bahan
Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah : 1. Gula pasir
2. Tissu 3. Air
3.2. Prosedur Percobaan
Berikut prosedur percobaan yang dilakukan pada praktikum kesetimbangan massa :
1. Memasang peralatan tangki kontinu.
2. Mempelajari dan uji coba terlebih dahulu peralatan tersebut sebelum digunakan dengan menggunakan air sebagai bahan.
3. Menentukan volume maksimum tangki (V) ketika pengaduk sedang berjalan dan tentukan laju alir input (QF : ml/detik) output (QR : ml/detik) sehingga tercapai kondisi steady state (QF = QR).
4. Menghitung kadar madu dan air dengan refraktometer mula-mula pada gelas ukur 1 dan 2
5. Mencatat hasil pengukuran, dengan kadar madu mula-mula sebagai xt dan xf juga pada kolom pengenceran sedangkan kadar air sebagai xt pada kolom pengentalan.
6. Memulai percobaan dengan membuka keran penutup pada tangki kontinyu, bersamaan itu perhitungan waktu dengan stopwatch dimulai juga dan kedua gelas ukur diaduk-aduk .
7. Setelah 5 menit, keran ditutup kembali dan dihitung kadar larutan madu gelas ukur. Pengukuran kadar larutan dilakukan dengan alat refraktometer.
8. Untuk menggunakan refraktometer pastikan alat dalam keadaan bersih dan kering; teteskan larutan yang akan diukur; pastikan tidak ada gelembung udara pada alat; arahkan pada cahaya; membaca hasil pada skala refraktometer.
9. Seelanjutnya mencatat hasil pengukuran, dimana kedua data hasil pengukuran sebagai xt.
10. Membuat grafik konsentrasi madu (ln (Xf – Xt)) terhadap waktu (t) berdasarkan hasil percobaan dan menentukan model persamaan dari grafik tersebut (y = ax + b).
11. Membandingkan antara proses pemekatan dan proses pengenceran.
Menggunakan referensi yang sesuai untuk keseimbangan massa dalam pembahasan.
