Aliran Massa Stasioner dan Tak Stasioner

Read

ABSTRACT
Steady state flow rate is the inlet flow rate equal to the outlet flow rate. Unsteady state flow rate is the inlet flow rate equal to outlet flow rate plus the accumulated x amount of (dx / dt V). In the operation of concentration or dilution of a solution is unsteady state mass balance due to the accumulation in the system. In the longer stirring concentration increased and in the dilution decreases . From the results of the practice in lab, the relationship between x (time) with y (ln((XF-X0/(XF-X))) is the highest concentration of salt solution with value r2 is 0.9902 and the lowest at the concentration of sugar solution which is 0.5023.
Key words: flow rate, steady state, unsteady state, 0Brix

ABSTRAK
Aliran massa stasioner adalah laju alir masuk sama dengan laju alir keluar dan tidak ada akumulasi bahan dan komponen di dalam sistem tersebut. Aliran massa tak stasioner adalah laju alir masuk sama dengan laju alir keluar ditambah akumulasi x sebesar (dx/dt V). Pada operasi pemekatan maupun pengenceran suatu larutan yang terjadi adalah aliran massa tak stasioner karena terjadi akumulasi dalam sistem.  Pada pemekatan semakin lama pengadukan semakin meningkat 0Brixnya dan pada pengenceran semakin lama pengadukan semakin menurun 0Brixnya. Dari hasil praktikum, keeratan hubungan antara x (waktu) dengan y (In((XF-X0)/(XF-X))) tertinggi adalah pemekatan larutan garam dengan nilai r2 mendekati satu yaitu 0.9902 dan yang terendah pada pemekatan larutan gula yaitu 0.5023.
Kata kunci: aliran massa, stasioner, tak stasioner, laju alir, 0Brix
PENDAHULUAN

Aliran massa adalah proses mengalirnya suatu bahan dalam proses pengolahan pangan. Aliran massa terjadi dalam neraca massa dalam proses pengolahan pangan seperti pencampuran, pemekatan, pengenceran dan sebagainya. Analisis jumlah aliran massa bahan dalam setiap proses pengolahan pangan memerlukan prinsip neraca massa. Menurut Wardana (2008), neraca massa adalah alat/tool untuk mendapatkan rincian oerhitungan jumlah bahan baku yang diperlukan untuk mendapat sejulah produk. Dengan tool ini dapat diketahui adanya sejumlah kehilangan bahan dalam meningkatkan efisiensi bahan baku.
Aliran massa terbagi dua, yaitu aliran massa stasioner dan aliran massa tak stasioner. Suatu sistem operasi dikatakan mempunyai aliran massa stasioner jika pada bahan pada sistem operasi tersebut mengalir dengan laju tetap untuk setiap waktu (Pauliza dkk, 2008), atau dengan kata lain laju alir masuk sama dengan laju alir keluar dan tidak ada akumulasi bahan dan komponen di dalam sistem tersebut.
F = P
XF.F = XP.P
Aliran massa tak stasioner adalah aliran ketika laju alir masuk tidak sama dengan laju alir yang keluar. Faktor terjadinya aliran tak stasioner dikarenakan adanya pertumbuhan komponen, terjadinya pemekatan atau pengenceran komponen, atau karena danya reaksi kimia. Pada aliran tak stasioner terjadi akumulasi di dalam proses pengolahan, seperti peristiwa pergerakan dan sebagainya.
F = P + akumulasi
XF.F = XP.P + akumulasi
Laju aliran massa (R) adalah ukuran yang menyatakan massa fluida yang melewati suatu titik dalam suatu sistem fluida per satuan waktu (Umar, 2008).
Keterangan:     
R= laju aliran massa
b= slope
v= volume (liter)
t= waktu (detik)
X= derajat brix
Refraktometer adalah alat yang digunakan untuk mengetahui indeks refraksi, kerapatan jenis dan konsentrasi dari suatu zat terlarut misalnya mengukur kadar gula, kadar urin dan protein dalam tubuh. Prinsip kerja refraktometer adalah memanfaatkan refraksi cahaya polikromatis dari sinar lampu yang menyinari day light plate. Sampel diteteskan pada day light plate, kemudian dikenakan cahaya polikromatis dan selanjutnya diteruskan ke prisma. Oada prisma, cahaya polikromatis diubah menjadi cahaya monokromatis, selanjutnya terjadi pemokusan pada lensa. Cahaya monokromatis yang telah melewati lensa diteruskan ke biomaterial skip sehingga tertera skala.
Derajat Brix (0Brix) adalah penentuan bobot jenis dan konsentrasi gula dalam sirup berdasarkan penelitian Balling pada tahun 1843 (Makfoeld dkk, 2002). Derajat Brix merupakan satuan untuk menunjukkan konsentrai larutan gula atau derajat kekentalan.
Koefisien relasi (r) adalah koefisien yang menunjukkan hubungan antara variabel bebas (x) dengan variabel terikat (y). Interval nilai r adalah nol sampai satu. Semakin mendekati satu maka semakin menunjukkan hubungan yang erat antara variabel bebas dan variabel terikat, maka semakin besar pengaruh x terhadap y begitu pula sebaliknya.
Koefisisen determinasi (r2) adalah koefisien yang menunjukkan akurasi data yang didapat. Nilai koefisien determinasi berada pada interval nol sampai satu. Apabila nilai r2 semakin mendekati satu maka semakin bagus data yang didapatkan, sebaliknya apabila nilai r2 semakin mendekati nol maka semakin tidak akurat data yang didapatkan.

METODELOGI

Bahan dan alat
Bahan yang digunakan yaitu gula, garam dan air.
Alat yang digunakan yaitu satu set tangki pengaduk, stopwatch, refraktometer, wadah penampung dan gelas penampung.

Prosedur
Dipasang peralatan tangki kontinyu dan alat diujicoba dahulu sebelum digunakan. Dalam uji coba ditentukan volume maksimum dalam tangki (V) ketika pengaduk sedang berjalan dan ditentukan laju alir input (F mL/detik), output (R mL/detik) sehigga tercapai steady state F=R.
Pada operasi pemekatan, disediakan larutan gula atau garam pekat pada tangki persediaan, sedangkan pada tangki pengaduk hanya berisi air.
Pada operasi pengenceran, disediakan  pada air tangki persediaan, sedangkan pada tangki pengaduk berisi larutan gula atau garam pekat.
Operasi dijalankan dan pada bagian pengeluaran diambil sampel setiap 15 detik setelah itu sampel diperiksa dengan refraktometer untuk mendapatkan derajat Brix. Setelah data diolah dibuat grafik perbandingan In((XF-X0)/(XF-X)) terhadap waktu (t).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Secara umum grafik yang paling tepat adalah grafik In((XF-X0)/(XF-X)) terhadap t karena persamaan ini didapat dari:

Pada t=0 -> C = -In (XF-X0)
maka,
Apabila yang digunakan grafik X 0Brix terhadap t maka koefisien relasi dan koefisien determinasinya rendah sehingga hubungan antara x dan y tidak erat dan data yang didapat tidak akurat dan juga tidak mengikuti persamaan diatas sehingga hubungan antara y, x, slope dan intersep tidak diketahui bila menggunakan grafik X 0Brix terhadap t.
Bila tangki tidak ada pengaduk maka konsentrasi yang berada di dalam tangki tidak sama dengan yang keluar karena larutan tidak tercampur dengan baik. Apabila aliran umpan F tidak tetap dan menurun sepanjang waktu maka sistem operasi tidak sama dan menyebabkan perubahan laju alir pada outlet.
Laju alir pada percobaan dan teori pasti berbeda dikarenakan pada setiap waktunya konsentrasi larutan berubah-ubah sehingga laju alirnya pun berubah-ubah karena persamaan laju alir sangat bergantung pada waktu.
Keterangan:  
R= laju aliran massa
b= slope
v= volume (liter)
t= waktu (detik)
X= derajat brix

Pemekatan Garam
Tabel 1. Tabel Pengamatan Pemekatan Garam
Waktu (s)
X 0Brix
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
Gambar 1. Grafik In((XF-X0)/(XF-X)) terhadap t Pemekatan Garam
Slope                      : 0,0019
Intersep                  : 0.0562
Regresi (r2)            : 0.9902
Koefisien relasi (r) : 0.9951
Gambar 2. Grafik X 0Brix terhadap t Pemekatan Garam
Slope                      : 0,0354
Intersep                   : 1,9881
Regresi (r2)             : 0,9762
Koefisien relasi (r)   : 0,9880
Pada operasi pemekatan garam didapatkan koefisien determinan (r2) mendekati 1 yaitu 0,9902 yang artinya data yang didapatkan dan mewakili hubungan x terhadap y dan data yang didapatkan akurat dan hubungan antara x dan y erat.

Pengenceran Garam
Tabel 2. Tabel Pengamatan Pengenceran Garam
Waktu (s)
X 0Brix
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
300
1.9
1.699952

Gambar 3. Grafik In((XF-X0)/(XF-X)) terhadap t Pengenceran Garam
Slope                    : 0,0057
Intersep                : -0,0052
Regresi (r2)           : 0,9727
Koefisien relasi (r) : 0,9863
Gambar 4. Grafik X 0Brix terhadap t Pengenceran Garam
Slope                     : -0,0249
Intersep                 : 8,7203
Regresi (r2)           : 0,9702
Koefisien relasi (r) : 0,9850
Pada operasi pemekatan garam didapatkan koefisien determinan (r2) mendekati 1 yaitu 0,9727 yang artinya data yang didapatkan dan mewakili hubungan x terhadap y dan data yang didapatkan akurat dan hubungan antara x dan y erat.

Pemekatan Gula
Tabel 3. Tabel Pengamatan Pemekatan Gula
Waktu (s)
X 0Brix
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
105
10.6
0.237186
120
11
0.247338
135
5
0.104918
150
5.5
0.116042
165
5.7
0.120526
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

Gambar 5. Grafik In((XF-X0)/(XF-X)) terhadap t Pemekatan Gula
Slope                     : 0,0006
Intersep                 : 0,0516
Regresi (r2)           : 0,5023
Koefisien relasi (r) : 0,7087
Gambar 6. Grafik X 0Brix terhadap t Pemekatan Gula
Slope                      : 0,0258
Intersep                  : 2,47
Regresi                  : 0,5165
Koefisien relasi (r) : 0,7187
Dari hasil pengamatan yang diperoleh nilai regresi dari x dan y tidak mendekati 1, yang artinya nilai akurasi data rendah dan hubungan antara x dan y tidak begitu erat. Hal ini diakibatkan terjadi kesalahan saat praktikum, diantaranya, mesin yang sempat mati ditengah pemekatan sehingga harus dimulai lagi dari awal sehingga data yang didapatkan tidak akurat. Sehingga beberapa data melenceng dari linearitas yang seharusnya.

Pengenceran Gula
Tabel 4. Tabel Pengamatan Pengenceran Gula
Waktu (s)
X 0Brix
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


300
13.8
0.793058
Gambar 7. Grafik In((XF-X0)/(XF-X)) terhadap t Pengenceran Gula
Slope                       : 0,0018
Intersep                   : 0,2276
Regresi (r2)             : 0,8309
Koefisien relasi (r)  : 0,9115

Gambar 8. Grafik X 0Brix terhadap t Pengenceran Gula
Slope                      : -0,0048
Intersep                  : 17,7848
Regresi (r2)            : 0,0076
Koefisien relasi (r)  : 0,0872
Dari hasil data yang diperoleh terdapat baris yang kosong yaitu pada detik ke 285 yang mempengaruhi seluruh hasil. Hal tersebut dikarenakan tidak tercatatnya/terlewatnya sampel yang tidak dibaca atau terlewat waktunya. Maka dari itu mempengaruhi seluruh data yang ada terutama koefisien determinan (r2) dan koefisien relasinya (r) yang rendah diakibatkan kesalahan pengisian data.

KESIMPULAN

Dari praktikum aliran massa stasioner dan tak stasioner baik proses pengenceran ataupun pemekatan terjadi aliran massa tak stasioner. Pada pemekatan semakin lama pengadukan semakin meningkat 0Brixnya dan pada pengenceran semakin lama pengadukan semakin menurun 0Brixnya. Laju alir setiap waktu pada sistem selalu berbeda karena peubahan waktu dan perubahan konsentrasi larutan karena tidak selalu sama mak yang terjadi pada sistem adalah aliran massa tak stasioner. Keeratan hubungan antara x (waktu) dengan y (In((XF-X0)/(XF-X))) tertinggi adalah pemekatan larutan garam dengan nilai r2 mendekati satu yaitu 0.9902 dan yang terendah pada pemekatan larutan gula yaitu 0.5023.

DAFTAR PUSTAKA

Charm, S. E. 1971. Fundamentals of Food Engineering. AVI Publishing Company. 
       Connecticut.
Heldman, D. R dan D. B Lund. 1992. Hand Book of Food Engineering. Marcell Dexter Inc. 
        New York.
Husein, Umar. 2008. Metode Penelitian Untuk Skripsi dan Tesis Bisnis. PT. Rajagrafindo 
        Persada. Jakarta.
Makfoeld, dkk. 2002. Kamus Istilah Pangan dan Nutrisi. Kanisius. Yogyakarta.
Osa Pauliza. 2008. Fisika Kelompok Teknologi Dan Kesehatan Untuk Sekolah Menengah 
       Kejuruan Kelas XI. Grafindo Media Pratama. Bandung.
Setiasih, I. S. 2008. Prinsip Keteknikan Pengolahan Pangan. Widya Padjadjaran. Bandung..
Toledo, R. T. 1993. Fundamentals of Food Processing. Chapman and Hull. New York.
Wardana. 2008. Membuat Aplikasi Berbasis Pendekatan Sistem dengan Visual Basic Net 
       2008. PT Elex Media Komputindo.Jakarta.


PDFnya disini
Kalau linknya bermasalah bisa komen di bawah atau kontak aku di ig ya
Tags :

Tidak ada komentar:

Langganan: Posting Komentar ( Atom )
Diberdayakan oleh Blogger.