23
50 52
54 56
58 60
62
50 100
150 200
250 300
350 400
450 500
K o
n sen
tr asi
Lar u
tan
o
B x
Waktu menit
Kecepatan rendah Kecepatan sedang
Kecepatan Tinggi
C. PERUBAHAN KONSENTRASI LARUTAN DAN BILANGAN REYNOLDS
Pengadukan dalam proses dehidrasi osmotik sangat diperlukan untuk mempercepat perpindahan panas dan massa yang terjadi di dalam dehydrator, sehingga panas yang akan diterima setiap sampel
akan lebih merata. Saat pengadukan larutan terjadi proses pencampuran dimana menyebabkan tersebarnya secara acak suatu larutan yang terpisah dalam dua fasa atau lebih.
Kecepatan pengadukan saat proses dehidrasi osmotik berpengaruh terhadap kecepatan penurunan konsentrasi larutan dalam waktu tertentu. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 15, pada suhu yang sama
penurunan konsentrasi larutan menunjukkan perbedaan pada setiap perlakuan kecepatan pengadukan rendah 100 rpm, sedang 300 rpm dan tinggi 500rpm. Pada Gambar 15 dengan perlakuan suhu
perendaman 30
o
C, menunjukkan bahwa saat menit ke-60 untuk kecepatan pengadukan rendah penurunan konsentrasi larutan lebih lambat yaitu sebesar 57,60
o
Bx, sedangkan untuk kecepatan pengadukan sedang sebesar 57,07
o
Bx dan kecepatan pengadukan tinggi sebesar 56,87
o
Bx yang lebih cepat penurunan konsentrasi larutannya selama proses dehidrasi osmotik.
Gambar 15. Grafik penurunan konsentrasi larutan osmotik terhadap waktu pada suhu 30
o
C Untuk Gambar 16 dengan perlakuan suhu 40
o
C menghasilkan penurunan konsentrasi larutan yang berbeda juga. Pada menit ke 60 kecepatan pengadukan rendah menunjukkan nilai konsentrasi
larutan sebesar 57,20
o
Bx, kecepatan pengadukan sedang sebesar 56,87
o
Bx dan kecepatan pengadukan tinggi sebesar 56,53
o
Bx. Sedangkan untuk Gambar 17 dengan perlakuan suhu 50
o
C menunjukkan bahwa dengan kecepatan pengadukan tinggi menghasilkan konsentrasi larutan sebesar 56,93
o
Bx, kecepatan pengadukan sedang sebesar 56,67
o
Bx dan kecepatan pengadukan tinggi sebesar 55,93
o
Bx.
24
50 52
54 56
58 60
62
50 100
150 200
250 300
350 400
450 500
K o
n sen
tr asi
Lar u
tan
o
B x
Waktu menit
Kecepatan rendah Kecepatan sedang
Kecepatan tinggi
50 52
54 56
58 60
62
50 100
150 200
250 300
350 400
450 500
K o
n sen
tr asi
Lar u
tan
o
B x
Waktu menit
Kecepatan rendah Kecepatan sedang
Kecepatan tinggi Gambar 16. Grafik penurunan konsentrasi larutan osmotik terhadap waktu pada suhu 40
o
C
Gambar 17. Grafik penurunan konsentrasi larutan osmotik terhadap waktu pada suhu 50
o
C Dari ketiga grafik tersebut, penurunan konsentrasi larutan saat menit awal menit 0-30 masih
terlihat konstan akan tetapi pada menit berikutnya penurunan konsentrasi larutan cukup cepat. Hal ini diakibatkan karena saat awal proses dehidrasi osmotik, air dari dalam sampel masih belum berdifusi
secara merata ke larutan osmotik pada setiap perlakuan kecepatan pengadukan rendah, sedang dan tinggi. Akan tetapi pada menit akhir menit ke 420-480 penurunan konsentrasi larutan osmotik
kembali ke kondisi konstan kembali. Hal ini dikarenakan kondisi larutan osmotik yang sudah jenuh, dimana air dari sampel sudah tidak mampu berdifusi kembali ke larutan osmotik.
25
48 50
52 54
56 58
60 62
100 200
300 400
500
K o
n sen
tr asi
Lar u
tan B
x
Waktu menit
Suhu 30 Suhu 40
Suhu 50
48 50
52 54
56 58
60 62
100 200
300 400
500
K o
n sen
tr asi
Lar u
tan B
x
Waktu menit
Suhu 30 Suhu 40
Suhu 50 Gambar 18. Grafik penurunan konsentrasi larutan osmotik terhadap waktu dengan perlakuan suhu
pada kecepatan pengadukan tinggi 100 rpm
Gambar 19. Grafik penurunan konsentrasi larutan osmotik terhadap waktu dengan perlakuan suhu pada kecepatan pengadukan tinggi 300 rpm
Kecepatan penurunan konsentrasi larutan juga dipengaruhi oleh kondisi suhu larutan. Kenaikan suhu larutan akan meningkatkan pindah panas dari larutan ke permukaan dan pusat sampel.
Perpindahan panas ini meningkatkan pergerakan molekul air pada sampel dan dari permukaan sampel ke larutan gula. Meningkatnya pergerakan molekul air akan mempercepat perubahan viskositas
larutan menjadi lebih rendah. Gambar 18 menunjukkan penurunan konsentrasi larutan dengan suhu 30
o
C, 40
o
C dan 50
o
C tidak berbeda secara signifikan. Suhu 50
o
C menunjukkan pada menit ke 300 sampai 420 mengalami penurunan konsentrasi larutan yang lebih cepat meskipun pada menit ke 480
26
tidak mengalami penurunan konsentrasi larutan lagi, dibandingkan dengan suhu 30
o
C dan suhu 40
o
C yang mengalami penurunan lebih lambat. Rata-rata kecepatan putaran pada suhu 30
o
C 15.48 rps dan 40
o
C 15.57 rps dan suhu 50
o
C 15.51 rps. Gambar 19 menunjukkan bahwa pada suhu 50
o
C mengalami penurunan konsentrasi larutan yang lebih cepat dan semakin menurun dari menit ke-180
sampai menit ke 480. Rata-rata kecepatan putaran pada suhu 30
o
C 31.75 rps, suhu 40
o
C 31.80 rps dan suhu 50
o
C 31.71 rps.
Gambar 20. Grafik penurunan konsentrasi larutan osmotik terhadap waktu dengan perlakuan suhu pada kecepatan pengadukan tinggi 500 rpm
Gambar 20 menunjukkan penurunan konsentrasi larutan dengan suhu 30
o
C lebih lambat dibandingkan suhu 50
o
C pada kecepatan pengadukan yang sama, meskipun penurunan konsentrasi larutan suhu 30
o
C tidak berbeda secara signifikan terhadap suhu 40
o
C. Penurunan konsentrasi larutan pada suhu 50
o
C menjadi lebih cepat mulai terlihat dari menit ke 45 sampai menit ke 480. Kondisi ini menghasilkan nilai rata-rata kecepatan putaran pada suhu 30
o
C 52.6 rps dan 40
o
C 52.44 rps relatif sama apabila dibandingkan dengan suhu 50
o
C 51.94 rps yang memiliki kecepatan putaran lebih kecil.
Meskipun dengan kecepatan pengadukan yang tinggi akan mempercepat proses laju transfer massa air dari larutan osmotik ke permukaan sampel, akan tetapi dengan kecepatan pengadukan yang
tinggi akan menyebabkan sturktur padatan buah mengalami kerusakan atau pecah yang akan mempengaruhi nilai WL dan SG Soetjipto Reynaldy et al. 2005. Penurunan konsentrasi larutan
osmotik ini dipengaruhi karena meningkatnya tingkat kehilangan air water loss yang terjadi pada sampel irisan mangga. Selama proses dehidrasi osmotik, air dari dalam sampel irisan mangga
berdifusi ke larutan osmotik yang menyebabkan viskositas larutan osmotik menjadi semakin berkurang, sehingga konsentrasi larutan osmotik menjadi rendah.
Saat pengadukan larutan osmotik terbentuk suatu aliran fluida, karena adanya gerakan tertentu dapat menimbulkan reduksi gerakan pada sampel ataupun larutan di dalam panci dehydrator. Gerakan
hasil reduksi tersebut mempunyai pola sirkulasi yang dapat menimbulkan terjadinya pencampuran. Jenis aliran fluida terdiri dari aliran laminer dan aliran turbulen. Untuk mengetahui pola aliran
48 50
52 54
56 58
60 62
50 100
150 200
250 300
350 400
450 500
K o
n sen
tr asi
Lar u
tan B
x
Waktu menit
Suhu 30 Suhu 40
Suhu 50
27
20000 40000
60000 80000
100000 120000
100 200
300 400
500
B il
an g
an R
e y
n o
ld s
Waktu menit
Kecepatan rendah Kecepatan sedang
Kecepatan tinggi pengadukan yang terjadi pada saat proses dehidrasi osmotik, maka dapat dihitung besarnya
menggunakan bilangan Reynolds dengan parameter-parameter yang diketahui besarnya. Dari Gambar 21 meunujukkan saat menit ke-0 merupakan bilangan Reynolds terkecil. Dengan
viskosistas larutan sebesar 0.028 kgms dan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 61
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds untuk kecepatan pengadukan rendah 143 rpm sebesar 5061,
kecepatan pengadukan sedang 290 rpm sebesar 10263 dan kecepatan pengadukan tinggi 488 rpm sebesar 17271. Untuk bilangan Reynolds terbesar pada menit ke-480, saat kecepatan pengadukan
rendah 153 rpm dengan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 52.47
o
Bx dan viskositas larutan sebesar 0.01 kgms menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 14097. Kecepatan pengadukan sedang
315 rpm dengan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 52.20
o
Bx dan viskositas larutan 0.01 kgms menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 29023. Kecepatan pengadukan tinggi 517 rpm
dengan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 52.13
o
Bx dan viskositas larutan sebesar 0.009 kgms menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 52006.
Gambar 21. Grafik hubungan bilangan Reynolds terhadap waktu pada suhu 30
o
C
Gambar 22. Grafik hubungan bilangan Reynolds terhadap waktu pada suhu 40
o
C 20000
40000 60000
80000 100000
120000
50 100
150 200
250 300
350 400
450 500
B il
an g
an R
e y
n o
ld
Waktu menit
Kecepatan rendah Kecepatan sedang
Kecepatan tinggi
28
Pada Gambar 22 bilangan Reynolds terkecil terjadi saat menit ke-0, viskositas larutan sebesar 0.018 kgms dan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 61
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds untuk kecepatan pengadukan rendah 143 rpm sebesar 7696, kecepatan pengadukan sedang 295
rpm sebesar 15877 dan kecepatan pengadukan tinggi 485 rpm sebesar 25624. Sedangkan untuk bilangan Reynolds terbesar pada menit ke-480, viskositas sebesar 0.07 kgms untuk kecepatan
pengadukan rendah 156 rpm dengan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 52.07
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 20229. Kecepatan pengadukan sedang 318 rpm dengan
nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 52.07
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 41235. Kecepatan pengadukan tinggi 517 rpm dengan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 52.07
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 67558.
Gambar 23. Grafik hubungan bilangan Reynolds terhadap waktu pada suhu 50
o
C Gambar 23 menunjukkan saat menit ke-0 merupakan bilangan Reynolds terkecil, viskositas
larutan sebesar 0.013 kgms dan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 61
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds untuk kecepatan pengadukan rendah 140 rpm sebesar 10788, kecepatan
pengadukan sedang 293 rpm sebesar 22578 dan kecepatan pengadukan tinggi 480 rpm sebesar 36989. Untuk bilangan Reynolds terbesar pada menit ke-480, memiliki viskositas yang sama untuk
ketiga kecepatan pengadukan yaitu sebesar 0.005 kgms. Kecepatan pengadukan rendah 158 rpm dengan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 51.87
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 29586. Kecepatan pengadukan sedang 324 rpm dengan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar
51.33
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 60669 dan kecepatan pengadukan tinggi 525 rpm dengan nilai konsentrasi larutan osmotik sebesar 50.93
o
Bx menghasilkan bilangan Reynolds sebesar 105698.
Dari data tersebut proses dehidrasi osmotik pada irisan mangga memiliki pola aliran yang dihasilkan saat pengadukan larutan osmotik adalah aliran turbulen. Aliran turbulen adalah aliran yang
bersifat bergejolak Ofeser 1998. Aliran turbulen ini terjadi pada saat kecepatan pengadukan yang besar, sehingga partikel fluida bergerak mengikuti lintasan acak atau sembarang di daerah sekitar
panci dehydrator. Pengukuran kecepatan pengadukan pada menit ke-0 dengan menggunakan tachometer dilakukan pada saat putaran pengaduk sudah stabil atau konstan. Hal ini dilakukan agar
kondisi larutan osmotik sudah tercampur secara merata terlebih dahulu. Berdasarkan bilangan Reynolds, pola aliran pada larutan osmotik ini menjadi aliran turbulen
karena dipengaruhi oleh nilai viskositas atau kekentalan larutan osmotik dan adanya pengaruh suhu 20000
40000 60000
80000 100000
120000
100 200
300 400
500
B il
an g
an R
e y
n o
ld
Waktu menit
Kecepatan rendah Kecepatan sedang
Kecepatan Tinggi
29
dalam larutan osmotik. Semakin tinggi suhu dalam larutan osmotik, maka viskositas dari larutan akan semakin rendah. Selain itu suhu juga mempengaruhi nilai densitas dari larutan osmotik, semakin
tinggi suhu larutan maka kerapatan fluida semakin berkurang karena disebabkan gaya kohesi dari molekul fluida semakin berkurang. Viskositas yang rendah menunjukkan bahwa larutan tersebut
memiliki kekentalan yang rendah, sehingga konsentrasi larutan osmotik akan semakin rendah juga. Bilangan Reynolds juga berpengaruh dengan diameter pengaduk, kecepatan putaran pengaduk dan
densitas. Semakin besar nilai ketiga faktor tersebut akan semakin besar pula nilai bilangan Reynolds. Fluida yang memiliki kekentalan dibawah 10 Pa.S, umumnya menghasilkan aliran yang bersifat
turbulen, sedangkan fluida yang memiliki kekentalan tinggi atau lebih dari 10 Pa.S menghasilkan aliran yang bersifat laminar.
Selain itu satu parameter yang berperan dalam proses pengadukan yaitu posisi sumbu pengaduk. Posisi pengaduk terdiri dari dua jenis, yaitu posisi tengah dan juga posisi incline Ofeser Fajri, 1998.
Pada proses pengadukan larutan osmotik ini menggunakan posisi pengaduk tengah agar konsentrasi dari campuran dapat merata.
Pada tangki dengan pengaduk yang berputar di tengah terdapat energi sentrifugal yang bekerja pada fluida yang meningkatkan ketinggian fluida pada dinding dan memperendah ketinggian fluida
pada pusat putaran atau yang biasa dikenal istilah vortex pusaran, dimana pusaran ini akan bertambah besar seiring dengan peningkatan kecepatan putaran pengaduk. Penggaduk yang digunakan
adalah jenis Paddle dengan diameter sebesar 0.085 meter. Jenis ini digunakan pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga digunakan untuk meningkatkan transfer panas
dari dan ke dinding tangki.
D. HUBUNGAN DAYA MOTOR DENGAN KECEPATAN PENGADUKAN
