itp uns semester 2 satop acara 5 kesetimbangan massa

ACARA V

KESETIMBANGAN MASSA

I. Tujuan Praktikum

Tujuan dari Praktikum acara 5 “Kesetimbangan Massa” ini, adalah :

a. Mengetahui prinsip kesetimbangan massa.

b. Mengetahui cara penentuan kadar air dengan berbagai metode.

II. Tinjauan Pustaka

a. Tinjauan Alat dan Bahan

Pelarut primer merupakan pereaksi kimia yang berfungsi

mengubah energi kinetik radiasi menjadi energi eksitasi. Pelarut yang

biasa dipakai secara komersial untuk membuat larutan sintilator adalah

xylen. Xylen memberikan efisiensi konversi energi yang tinggi. Efisiensi

konversi energy bergantung pada perbandingan isomer xylen

penyusunnya. Contoh yang biasa digunakan adalah I-xylen mumi (orto,

meta dan para) atau campuran antara dua isomer dengan perbandingan

tertentu. Para-xylen tidak dapat digunakan karena titik bekunya adalah

antara 12-13°C, yaitu suhu pengoperasian alat pencacah sintilasi cairo

Meskipun xylen diklasifikasikan sebagai cairan yang mudah terbakar

tetapi nilai flash point-nya masih di atas temperatur ruang, jadi tidak

berbahaya untuk pemakaian normal (Tjahaja dkk, 2000).

Peralatan distilasi yang konvensional untuk fraksinasi bahan cair

secara terus menerus, terdiri dari tiga bahan utama yaitu pembangkit uap

yang menyediakan panas yang dibutuhkan untuk penguapan, sebuah

kolom yaitu tempat seluruh tahap persentuhan untuk pemisahan distilasi

dilengkapi, dan sebuah pendingin untuk memampatkan hasil atas yang

terakhir. Alat pendingin dan pembangkit uap tidak mempunyai bentuk

yang khusus. Kolom fraksinasi lebih rumit oleh karena alat ini harus

melengkapi suatu susunan seri tahap persentuhan untuk

mempersentuhkan bahan cair dengan uap (Earle, 1969).

Pemasakan dodol meliputi empat tahap, yaitu: pembuatan mata ula,

pengadukan pertama, pengadukan kedua, pengadukan ketiga. Mata ula

adalah santan kental yang dipanaskan sampai setengah berminyak.

Santan yang digunakan pada penelitian ini berasal dari perasan kelapa

segar yang diparut dengan tambahan air. Pada pengadukan pertama

dilakukan pembuatan buburan dari tepung ketan dan air. Pada tahap

pengadukan kedua, dilakukan penambahan gula pasir dan gula merah.

Gula dalam pembuatan dodol berperan sebagai penambah citarasa,

pembentuk warna, aroma, tekstur dan pengawet. Pengadukan dianggap

telah mencapai tingkat kematangan yang cukup jika teksturnya sudah

kenyal dan tidak lengket di penggorengan. Setelah tahap pemasakan,

adonan dipindahkan ke loyang. Hal ini harus dilakukan sesegera

mungkin untuk menghindari dodol lewat matang akibat sisa panas wajan

hasil pemasakan (Astawan, 2004).

b. Tinjauan Teori

Dalam tahun 1789 dituliskan “kita harus menerimanya sebagai

aksioma yang tidak perlu diperdebatkan, bahwa dalam setiap kegiatan

(operasi) seni dan alam, tidak ada yang diciptakan ; jumlah materi yang

sama ada sebelum dan sesudah eksperimen. Tidak ada hal yang terjadi

selain daripada perubahan dan modifikasi susunan unsur-unsur ini.”

Prinsip ini yang kemudian disebut kekekalan massa, telah tebukti sangat

bermanfaat dalam ilmu fisika dan kimia (Wiley, 1999).

Untuk kekekalan massa, B = m dan β = dm/dm. Ini menyatakan

bahwa dalam aliran tunak, aliran massa yang memasuki dan

meninggalkan volume kendali harus persis setimbang. Kalau lubang-

lubang masuk dan ke luar itu juga satu dimensi, dengan persamaan

∑i

(ρ A V )masuk = ∑

i

(ρ A V )keluar. Pendekatan yang sederhana banyak

dipakai dalam analisis kerekayasaan. Misalnya, kalau alirannya tunak

ketiga fluks massa yang keluar mengimbangi kedua fluks massa yang

masuk : Aliran ke luar = aliran masuk. BesaranρAV disebut alran massa

m yang melalui penampang satu dimensi dan mempunyai satuan

konsisten kilogram per sekon (slug per sekon), dapat dituliskan dalam

bentuk yang singkat : m2 + m3 + m5 = m1 + m4. Pada umumnya kekekalan

massa dapat dituliskan sebagai : ∑ (m)keluar = ∑ (m)masuk (White, 1988).

Persamaan konservasi massa dapat dijelaskan menggunakan

prinsip kontinum yaitu : “Laju massa air yang masuk volume kendali

dikurangi laju massa air yang keluar volume kendali sama dengan laju

akumulasi massa air di dalam volume kendali”. Selanjutnya dikenal

hukum kekekalan massa yaitu : “massa tidak dapat diciptakan dan

dimusnahkan”, maka sumber (source) untuk konservasi massa adalah

nol. Sehingga pernyataan diatas dapat dinyatakan dengan persamaan

sebagai berikut : ddt

(mass) + net outward mass flux = 0

Oleh karena, ρ = massavolume

= m∀

maka massa dapat dinyatakan sebagai m

= ρ ∀, sehingga dengan menggunakan Teorema Pengangkutan Reynold

(Siing, 2011).

Definisi operasional massa sebagai bilangan yang dikaitkan pada

tiap partikel atau benda dan didapat dengan membandingkan terhadap

sebuah benda standar dengan menggunakan neraca berlengan sama. Cara

untuk mendapatkan massa suatu benda ini didasarkan pada tarikkan ke

bawah yang dihasilkan bumi terhadap semua benda yakni, tarikan

grafitasi bumi. Definisi massa ini memiliki beberapa kelemahan.

Pertama, tidak semua benda bisa diletakkan pada neraca untuk

mendapatkan massanya. Kedua, selain interaksi gravitasi, benda-benda

juga mengalami interaksi lain. Akhirnya, definisi operasional tentang

massa didasarkan pada anggapan bahwa partikelnya berada dalam

keadaan diam, dalam definisi itu tidak diketahui apakah massa akan

tetap sama bila partikel tersebut dalam dalam keadaan bergerak

(Alonso, 1992).

Kesetimbangan massa, pada kondisi tunak jumlah dari udara

kering dan uap air yang terkandung dalam volume atur tidak dapat

bervariasi. Jadi, untuk tiap komponen secara individual jumlah total laju

perpindahan massa masuk dan keluar harus sama. Artinya :

ma1 = ma2 (udara kering)

mv1 + mw = mv2 (air)

Untuk menyederhanakan, besarnya laju perpindahan massa yang konstan

ditunjukkan dengan ma. laju perpindahan massa dari uap air dapat

ditulliskan dalam bentuk rasio kelembaban sebagi mv1 = ω1.ma dan mv2 =

ω2.ma. Dengan persamaan-persamaan ini, kesetimbangan massa untuk air

menjadi : mw = ma (ω2-ω1) (Moran, 2004).

Distilasi adalah proses dimana cairan dipisahkan berdasarkan

volatilitas relatif dan titik didih. Volatilitas relatif dari suatu zat adalah

ukuran dari kemampuan untuk memisahkan dua komponen dalam sistem

Jumlah ini menunjukkan seberapa mudah atau sulit suatu zat tertentu

untuk dipisahkan. Sebagai contoh jika volatilitas relatif dari dua

komponen hamper sama besarnya, pemisahan akan lebih sulit. Ini juga

merupakan indikasi bahwa dua komponen memiliki karakteristik yang

sangat mirip uap tekanannya (Sivanantha et.al, 2011).

Metode termoanalytical, seperti termogravimetri, thermovolumetri

dan analisis termal differensial digunakan lebih lanjut dalam

penyelidikan reaksi kimia pada zat cair dan padat pada suhu yang tinggi.

Teknik ini melibatkan pengukuran berkelanjutan dari perubahan properti

fisik seperti berat, volume, kapasitas panas, dan lain-lain. Karena suhu

sampel meningkat, biasanya pada tingkat yang telah ditentukan

(Freeman et.al, 1957).

Destilasi ekstraksi adalah sebuah proses penguapan parsial dengan

adanya agen pemisah massa, yang susah menguap dan memiliki titik

didih tinggi, yang biasa disebut entrainer atau agen pemisah. Umumnya

entrainer diberikan pada kolom bagian atas, diatas aliran input dan akan

tetap ada dalam konsentrasi yang cukup besar dalam fase cair di

sepanjang kolom tersebut. Entrainer diambil sebagai produk akhir

dengan salah satu komponennya dipisahkan dan dipindahkan ke kolom

regenerasi kedua yang dioperasikan dalam keadaan vakum. Pelarut

paling lazim yang digunakan dalam destilasi ekstraksi adalah glikol,

gliserin dan untuk kasus destilasi ekstraksi garam, asetat dan garam

non-organik (Gil, 2007).

Penentuan kadar air menurut Nasution (2005) yaitu untuk kadar

air dihitung dengan cara sebagai berikut:

% kadar air =

Analisa keseimbangan massa bahan sangat penting dalam proses

pengolahan kelapa sawit karena analisisa tersebut menyediakan sarana

untuk mengukur limbah yang diharapkan dari proses dan membuat

ketentuan untuk pemanfaatannya, untuk menghindari dampak

lingkungan. Selama pengolahan kelapa sawit, sekitar 20-24% dari TBS

(Tanda Buah Segar) dikonsersi menjadi minyak (Poku, 2002),

sedangkan sisanya 76-80% adalah limbah. Studi mengenai

kesetimbangan bahan massa belum dilakukan pada prosesor kelapa sawit

petani di Nigeria (Ohimain, 2012).

Metode destilasi digunakan untuk bahan yang banyak mengandung

lemak dan komponen yang mudah menguap disamping air. Prinsip

pengukuran kadar air dengan metode destilasi adalah menguapkan air

bahan dengan cara destilasi menggunakan pelarut “immicible”,

kemudian air ditampung dalam tabung yang diketahui volumenya.

Pelarut yang digunakan mempenyai titik didih lebih besar dari air, tetapi

mempunyai berat jenis (BJ) lebih kecil dari air. Dengan demikian air dan

pelarut akan terpisah, air ada dibagian bawah. Contoh senyawa yang

dapat dijadikan pelarut yaitu : toluene, xylem, dan benzene

(Legowo, 2007).

III. Metode

a. Alat dan Bahan

Alat :

1. Kompor

2. Wajan

3. Pengaduk

4. Alat destilasi

5. Gelas ukur 1000 ml

6. Gelas ukur 100 ml

7. Timbangan analitik

8. Corong

9. Sendok

10. Pisau

Bahan :

11. Tepung beras 10 gr

12. Tepung ketan 100 gr

13. Santan kental 48,6 gr

14. Santan encer 188,4 gr

15. Gula jawa 206,2 gr

16. Garam 2 gr

17. Xylen

Tepung beras, tepung ketan, garam, dan santan kental

Tepung beras, tepung ketan, gula jawa, garam, santan kental, santan encer.

Ditimbang

Santan encer dan gula jawa,

Dicampur

Dipanaskan sampai mendidih

Ditambahkan

Diaduk sampai kalis

Diangkat dan didinginkan

b. Cara Kerja

Pembuatan Dodol

Sampel ditimbang sebanyak 30 gram

Dipotong kecil-kecil berbentuk dadu

Dimasukkan kedalam labu

destilasi

Ditambahkan pelarut Xylen 100 ml

Didestilasi sampai air dan pelarut behenti menetes

Volume air yang tertampung pada gelas ukur dibaca

Dihitung % kadar airnya

Thermovolumetri

IV. Hasil dan Pembahasan

a. Hasil Percobaan

Tabel 5.1 perhitungan kadar air dodol menggunakan metode manual

Kelompo

k

Berat Awal

(gr)

Berat Akhir

(gr)% Kadar Air

% Kadar Air

yang Hilang

1 dan 2 1036,8 775,5 25,202 74,798

3 dan 4 1236 1105 10,599 89,401

5 dan 6 1094,5 900 17,771 82,229

7,8, dan 9 1479,2 1255 15,157 84,843

Sumber : Laporan Sementara

Tabel 5.2 perhitungan kadar air dodol menggunakan metode

Thermovolumetri

KelompokBerat

Sampel (gr)

ml Air yang

didapat

% Kadar

Air

% Kadar Air

yang Hilang

Semua Kira-kira 30 2,2 7,333 92,667

Sumber Laporan Sementara

Pada shift 2

Tabel 5.3 perhitungan kadar air dodol menggunakan metode manual

Kelompo

k

Berat Awal

(gr)

Berat Akhir

(gr)% Kadar Air

% Kadar Air

yang Hilang

10,11,12 1074,8 900 16,263 83,737

13 dan 16 1163,7 1100 5,474 94,526

14 dan 17 969 855 11,765 88,235

15 1458,2 1250 14,227 85,773

18 1458,2 1250 14,227 85,723

19 dan 20 1358,2 1155 14,999 85,001

Tabel 5.4 perhitungan kadar air dodol menggunakan metode

Thermovolumetril

Kelompo

k

Berat

sampel (gr)

Ml air yang

didapat% Kadar Air

% Kadar Air

yang Hilang

10,11,12 30 3 10 90

13,16,18 30 2,1 7 93

14,15,17 30 2,9 9,667 90,333

19,20 30 2,5 7,333 92,667

554,2 gr bahan(317,2 gr padatan, 237gr air)

(57,235% padatan, 42,764% air)

Tepung beras 10 grTepung ketan 100 grSantan kental 48,6 grSantan encer 188,4 grGula jawa 206,2 grGaram 1 gr

Pemanasan

Berat dodol 330 gr(air+padatan)

Kadar air 7,33%

Kadar air hilang92,667%

Tepung beras 10 grTepung ketan 100 grSantan kental 48,6 grSantan encer 188,4 grGula jawa 206,2 grGaram 1 gr Pemanasan Berat dodol 330 gr

Kadar air hilang84,843%

b. Pembahasan

Gambar 5.1 Neraca Kesetimbangan Massa Pembuatan Dodol Metode

Thermovolumetri

Gambar 5.2 Neraca Kesetimbangan Massa Pembuatan Dodol Metode

Biasa

Menurut SNI 01-2986-1992 pada umumnya kadar air dodol

maksimal adalah 20%, artinya kadar air standar dalam dodol adalah 20

gram dalam 100 gram dodol. Kadar air sangat berpengaruh terhadap

mutu bahan pangan, dan hal ini merupakan salah satu sebab mengapa di

dalam pengolahan pangan kadar air sering dikeluarkan atau dikurangi

dengan cara penguapan atau pengentalan dan pengeringan. Pengurangan

kadar air, disamping bertujuan untuk mengawetkan juga untuk

mengurangi dan menghemat pengepakan.

Pengeringan adalah suatu metoda untuk mengeluarkan atau

menghilangkan sebagian air dari suatu bahan dengan cara menguapkan

air tersebut dengan menggunakan energi panas. Biasanya kandungan air

tersebut dikurangi sampai suatu batas agar mikroba tidak dapat tumbuh

lagi didalamnya. Kadar air suatu bahan yang dikeringkan mempengaruhi

beberapa hal yaitu seberapa jauh penguapan dapat berlangsung, lamanya

proses pengeringan dan jalannya proses pengeringan.

Pada penentuan kadar air menggunakan metode destilasi

(Thermovolumetri). Destilasi adalah proses dimana cairan dipisahkan

berdasarkan volatilitas relatif dan titik didih. Volatilitas relatif dari suatu

zat adalah ukuran dari kemampuan untuk memisahkan dua komponen

dalam sistem. Jumlah ini menunjukkan seberapa mudah atau sulit suatu

zat tertentu untuk dipisahkan. Prinsip penentuan kadar air dengan

destilasi adalah menguapkan air dengan “pembawa” cairan kimia yang

mempunyai titik didih lebih tinggi daripada air dan tidak dapat campur

dengan air serta mempunyai berat jenis lebih rendah daripada air. Zat

kimia yang dapat digunakan antara lain: toluen, xylen, benzena,

tetrakhlorethilen, dan xylol. Namun, pada percobaan kali ini

menggunakan pelarut xylen.

Pada Tabel 5.1 dan Tabel 5.2 dijelaskan bahwa berat total bahan

yang digunakan dalam pembuatan dodol adalah 554,2 gr dengan kadar

air dalam bahan sebesar 42,764% (237 gr) dan kadar padatan 57,235%

(317,2 gr). Sedangkan pada saat dodol jadi hanya diperoleh berat sebesar

330 gr. Hal ini membuktikan bahwa terdapat massa yang hilang selama

proses pembuatan dodol. Setelah dilakukan perhitungan dengan metode

thermovolumetri diperoleh data bahwa kadar air dodol pada akhir

pembuatan adalah sebesar 7,33%. Dengan demikian kadar air yang

hilang sebesar 92,667%. Akan tetapi, saat dilakukan perhitungan dengan

metode biasa diperoleh bahwa kadar air yang yang hilang sebesar

84,843%.

Hal ini dimungkinkan karena saat praktikum, terjadi ketidaktelitian

dalam pengolahan dodol karena terlalu kering sehingga mengalami

kesulitan saat proses destilat, tidak semua produk dodol dapat terambil

semua dari wajan, dan ketidakcermatan saat penimbangan. Pengurangan

massa tidak hanya terjadi pada massa air, sebab saat pengambilan dodol

dari wajan terdapat massa dodol yang tertinggal. Hal ini juga

membuktikan bahwa selain pengurangan massa akibat penguapan juga

karena adanya massa yang tertinggal pada alat produksi, sehingga

mengurangi berat produk jadi.

Prinsip kesetimbangan massa sering diaplikasikan untuk

menentukan kadar air yang terkandung dalam produk yang dihasilkan

dan kadar air yang hilang dalam setiap proses pengolahan pangan.

Dengan menggunakan prinsip tersebut produsen dapat menghitung atau

mengkalkulasikan besarnya produk yang hilang atau tertinggal selama

proses pengolahan. Sehingga produsen dapat mengurangi dan

meminimalisir besarnya kerugian yang akan ditimbulkan.

V. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengamatan yang telah kami laksanakan dapat

disimpulkan, bahwa :

1. Prinsip kesetimbangan massa adalah total input bahan sama dengan total

output produk.

2. Berdasarkan hasil percobaan total input bahan sebesar 1479,2 gr tidak

sama dengan total output produk sebesar 1255 gr, karena adanya

akumulasi bahan pada alat dan perubahan wujud air menjadi uap selama

proses pembuatan dodol.

3. Diperoleh kadar air dodol dari metode manual sebesar 15,157% dan

kadar air dodol yang didapat dari metode thermovolumetrik sebesar

7,33%.

4. Berat bahan awal adalah 554,2 gr dan berat dodol jadi adalah sebesar

330 gr. Berat yang tersisa pada alat produksi sebesar 224,2 gr.

5. Kadar air yang hilang dengan perhitungan biasa sebesar 84,843%

sedangkan kadar air yang hilang dengan perhitungan thermovolumetri

sebesar 92,667%.

Daftar Pustaka

Alonso, Marcelo. 1992. Dasar-dasar Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga.

Astawan, Made. 2004. Pemanfaatan rumput laut (eucheuma cottonii) untuk meningkatkan kadar iodium dan serat pangan pada selai dan dodol. Bogor : Jurnal.Teknol. dan Industri Pangan, Vol. XV, No. 1 Th. 2004.

Freeman, Eli S. et.al. 1957. The Application of Thermoanalytical Techniques to Reaction Kinetics: The Thermogravimetric Evaluation of the Kinetics of the Decomposition of Calcium Oxalate Monohydrate. Journal of Physic-Chemistry 1957 July.

Gil, I. D. 2007. Separation Of Ethanol And Water By Extractive Distillation With Salt An Solvent As Entrainer: Process Simulation. Brazilian Journal of Chemical Engineering Vol. 25, No. 01, pp. 207 - 215, January - March, 2008.

Legowo, Anang M. 2007. Academic Curriculum Development Buku Ajar Analisis Pangan. Semarang : Fakultas Diponegoro Universitas Diponegoro.

Moran, Michael J. 2004. Termodinamika Teknik. Jakarta : Erlangga.

Nasution, Emma Zaidar. 2005. Pembuatan Mie Kering dari Tepung Terigu dengan Tepung Rumput Laut yang Difortifikasi dengan Kacang Kedelai. Jurnal Sains Kimia Vol 9, No.2, 2005: 87-91.

Ohimain, Elijah I. 2012. Material-mass Balance of Smallholder Oil Palm Processing in the Niger Delta, Nigeria. Nigeria : Advance Journal of Food Science and Technology 5(3): 289-294, 2013.

Siing, M. 2011. Penyelesaian model matematika penelusuran banjir gelombang difusi (diffusion wave flood routing). Yogyakarta : Fakultas MIPA, UNY

Sivanantha, Cinthujaa et.al. 2011. Analysis and Modeling of Vapor Recompressive Distillation Using ASPEN-HYSYS. Computer Science Journal of Moldova, vol.19, no.2(56), 2011.

White, Frank M. 1988. Mekanika Fluida. Jakarta : Erlangga.

Wiley, John. 1999. Fisika Jilid 1 : Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga.

Lampiran

Analisa Perhitungan

Tepung beras : 10 gram

Tepung ketan : 100 gram

Santan kental : 48,6 gram

Santan encer : 188,4 gram

Gula jawa : 206,2 gram

Garam : 1 gram

Massa wajan + pengaduk = 925 gram

Tabel 5.1

% KA = Berat awal (alat+bahan )−berat akhir

Berat awal (alat+bahan ) x 100 %

Kelompok 1 dan 2



= 1036,8−775

1036,8 x 100%

= 261,3

1036,8 x100%

= 25,202 %

Kelompok 3 dan 4



= 1236−1105

1236 x 100%

= 131

1236 x100%

= 10,599 %

Kelompok 5 dan 6



= 1094,5−900

1094,5 x 100%

= 194,5

1094,5 x100%

= 17,771 %

Kelompok 7, 8, dan 9



= 1479,2−1255

1479,2 x 100%

= 224,2

1479,2 x100%

= 15,157 %

% KA yang hilang = 100% - % KA yang didapat dari metode manual

Kelompok 1 dan 2


= 100% - 25,202%

= 74,798%

Kelompok 3 dan 4


= 100% - 10,599 %

= 89,401%

Kelompok 5 dan 6


= 100% - 17,771%

= 82,229%

Kelompok 7, 8, dan 9


= 100% - 15,157%

= 84,843%

Tabel 5.2

% KA = mlair yangdidapat

Berat sampel x 100%

= 2,230

x 100%

= 7,333%

% KA yang hilang = 100% - % KA dari metode thermovolumetrik

= 100% - 7,333%

= 92,667%

itp uns semester 2 satop acara 5 kesetimbangan massa

Documents