responsi 3

LAPORAN RESPONSI

SATUAN OPERASI INDUSTRI

(Kesetimbangan Massa)

Oleh:

Nama : Asri Sopiana Marwah

NPM : 240110130061

Hari, Tanggal Responsi : Jum’at, 20 Maret 2015

Waktu : 13.00-14.40 WIB

Co.Ass : Nedia Cahyati M.

LABORATORIUM PASCA PANEN DAN TEKNOLOGI PROSES

TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2015

Nilai:

BAB I

TINJAUAN PUSTAKA

1.1 Kesetimbangan Massa

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 danβ = 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

∑ (ρAV )Masuk

=∑ (ρAV )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. Besaran ρAV

disebut alrian 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 untuk konservasi

massa adalah nol. Sehingga pernyataan diatas dapat dinyatakan dengan persamaan

sebagai berikut :

ddt

(mass) + net outward mass flux = 0

Oleh karena, ρ=mv

maka massa dapat dinyatakan sebagai m=ρv ,

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).

1.2 Kesetimbangan Massa Steady State

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).

1.3 Penentuan Kadar Air

Penentuan kadar air menurut Nasution (2005) yaitu untuk kadar air

dihitung dengan cara sebagai berikut: % kadar air =kehilanganberat

berat semula×100 %

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.

BAB II

HASIL RESPONSI

1. Pada evaporasi minyak bawang bahan dimasukan sebanyak 10000 kg/hari

dengan kadar minyak 38%. Produk yang dihasilkan mengandung minyak

bawang sebesar 74%. Hitung berat produk dan air yang teruapkan !

Penyelesaian :

Diketahui : Proses Evaporasi

F =10000 kg/hari

Km1 = 38% = 0,38

Km2 = 74% = 0,74

Ditanyakan : a. Berat produk (P) ? (kg/hari)

b. Berat air teruapkan (w) ? (kg/hari)

Jawab :

10000 kg/hari

Km1 = 38% Km2 = 74%

F = W + P

10000 kg/hari . 38% = 0 + P 74%

P = 5135,135 kg/hari

W = F – P

F = 10000 kg/hari – 5135,135 kg/hari

F = 4864,865 kg/hari

Jadi, berat produk yang dihasilkan ialah sebesar 5135,135 kg/hari, sedangkan

untuk berat air yang teruapkan sebesar 4864,865 kg/hari.

2. Dalam pembuatan selai buah-buahan dengan kandungan padatan 14% dibuat

bubur dan dicampur dengan gula (1.22 kg gula/1 kg buah) dan ectin (0.0025 kg

ectin/1 kg buah). Kemudian bahan dikurangi kadar airnya dengan pengeringan

vacuum sehingga kadar air produk 33%. Untuk buah-buahan sebanyak 1000

Evaporasi

W

F P

kg, berapa bahan yang keluar dari pencampuran, air teruapkan dan jumlah

produk ?

Penyelesaian :

Diketahui : Kandungan Padatan = 14% = 0,14

Gula = 1.22 kg/1 kg buah

Pektin = 0.0025 kg ectin/1 kg buah

Ka Produk = 33% = 0,33

m = 1000 kg

Ditanyakan : a. F basis basah ? (kg)

b. F basis kering ? (kg)

c. P ? (kg)

d. W ? (kg)

Jawab :

W

Basah

F P

Kering Ka = 33%

Ka Produk = 1 – 0.33 = 0.67

F basis kering = (m.Kp) + (Gula.m) + (Pektin.m)

F basis kering = (1000 kg . 0,14) + ( 1,22 kg/1 kg buah. 1000 kg) + ( 0,0025 kg

pektin/1 kg buah . 1000 kg)

F basis kering = 1362,5 kg

F basis basah = m + (Gula.m) + (Pektin.m)

F basis basah = 1000 kg + ( 1,22 kg/1 kg buah. 1000 kg) + ( 0,0025 kg pektin/1 kg

buah . 1000 kg)

F basis basah = 2222,5 kg

P = F (bk) – W

P . 0,67 = F (bk) – W

P = 1362,5 kg

0,67

Pengeringan

P = 2033,582 kg

W = F – P

W = 2222,5 kg – 2033,582 kg

W = 188,918 kg

Jadi, F basis basah yang diperlukan adalah 2222,5 kg, untuk F basis kering

sebesar 1362,5 kg. Sedangkan untuk nilai P dan W yang dihasilkan sebesar

2033,582 kg dan 188,918 kg.

3. Hitung jumlah udara yang harus diberikan untuk mengeringkan 100 g bahan

dari kadar air 80% menjadi 5%. Udara yang masuk mempunyai kelembaban

0.002 kg uap air/kg udara dan udara keluar dengan kelembaban 0.2 kg uap

air/kg udara.

Penyelesaian :

Diketahui : Bahan = 100 g = 0,1 kg

Ka1 = 80% = 0,8

Ka2 = 5% = 0,05

Wu1 = 0,002 kg uap air/kg udara

Wu2 = 0,2 kg uap air/kg udara

Ditanyakan : M udara ? (kg)

Jawab : 0,1 kg W 0,1 kg

Fs1 80% = 0,8 5% = 0,05 Fs2

Fu1 0,002 0,2 Fu2

Kp1 = 1 – 0,8 = 0,2

Kp2 = 1 – 0,05 = 0,95

Ws1 = Ka1 . basis kering

Ws1 = Ka1 / Kp1

Ws1 = 0,8 / 0,2

Ws1 = 4 kg uap air/kg udara


Ws2 = Ka2 / Kp2

Ws2 = 0,05/0,95

Pengeringan

Ws2 = 0,0526 kg uap air/kg udara

F = W + P

(Fs1. Ws1) + (Fu. Wu1) = (Fs2. Ws2) + (Fu. Wu2)

(0,1 . 4) + (Fu . 0,002) = (0,1 . 0,0526) + (Fu . 0,2)

Fu = 1,994 kg

Fu = Mu

Jadi, nilai massa udara yang diperlukan adalah sebesar 1,994 kg

4. Komoditi pertanian dengan kadar air 15% dikeringkan sehingga mencapai

kadar air 7%, menggunakan pengering tipe air flow drier. Udara pengering

yang sudah digunakan untuk mengeringkan dialirkan kembali dan dicampur

dengan udara yang berasal dari pemanas. Jika kelembaban udara dari pemanas

0.01 kg uap air/kg udara dan kelembaban udara dari pengeringan yang

digunakan lagi 0.1 kg uap air/kg udara dan kelembaban udara yang tercampur

keduanya 0.03 kg uap air/kg udara, untuk bahan sebanyak 100 kg/jam, berapa

udara masuk yang dibutuhkan/jam, udara yang direcycle dan jumlah produk

kering.

Penyelesaian :

Diketahui : Ka1 = 15% = 0,15

Ka2 = 7% = 0,07

Wm = 0,01 kg uap air/kg udara

Wg = 0,1 kg uap air/kg udara

Wc = 0,03 kg uap air/kg udara

Fs = 100 kg/jam

Ditanyakan : a. Fm ? (kg/jam)

b. Fc ? (kg/jam)

c. P ? (kg/jam)

Jawab :

Fs = P

(Wc, Fc) (Fm ,Wm = 0,01)

Fs P

Ka1 = 0,15 Ka2 = 0,07

Pemanasan

(Wg = 0,1 , Fg)

Kp1 = 1 – 0,15 = 0,85

Kp2 = 1 – 0,07 = 0,93


Ws1 = Ka1 / Kp1

Ws1 = 0,15/0,85



Ws2 = Ka2 / Kp2

Ws2 = 0,07/0,93


In = out

(Wc, Fc) + (0,176 , Fs) = (Wg , Fc) + (P , 0,075)

(0,03 , Fc) + (0,176 , 100) = (0,1 , Fc) + (100 , 0,075)

Fc = 144,286 kg/jam

Wc, Fc = (Wg , Fg) + (Fm ,Wm)

0,03 kg uap air/kg udara , 144,286 kg/jam = (0,1 kg uap air/kg udara

(144,286 kg/jam – Fm)) + (Fm , 0,01 kg uap air/kg udara)

Fm = 112,2224444 kg/jam

Fg = Fc – Fm

Fg = 144,286 kg/jam – 112,2224444 kg/jam

Fg = 32,0635 kg/jam

Fs = P

100 kg/jam . 0,85 = P . 0,93

P = 91,3978 kg/jam

Jadi, nilai yang dibutuhkan untuk Fm dan Fg adalah 112,2224444 kg/jam

dan 32,0635 kg/jam, sedangkan untuk nilai produk P ialah 91,3978 kg/jam

BAB III

PEMBAHASAN

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”. 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.

Analisis keseimbangan massa sangat penting penerapannya dibidang

pengolahan hasil pertanian. Massa produk yang dihasilkan dari suatu masukan

bahan mentah akan menentukan efektivitas dan efisiensi suatu mesin pertanian.

Dalam satuan operasi, bentuk kesetimbangan massa dapat dipresentasikan dalam

bentuk diagram proses. Massa yang masuk ke dalam kotak diagram proses harus

sama dengan kotak output yang dihasilkan.

Dalam perhitungan dilakukan pemisahan bagian input dan output lalu

setiap komponen . beberapa komponen ada yang termasuk ke dalam tie material

yaitu materi yang tidak mengalami perubahan selama proses. Contohnya seperti

lemak, protein dan lain sebagainya.

Untuk melakukan perhitungan kesetimbangan massa kita perlu memahami

proses dari suatu pengolahan. Lalu dibuat diagram dan dikelompokkan

komponen input dan output selanjutnya dilakukan perhitungan.

DAFTAR PUSTAKA

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

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

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,

responsi 3

Documents