22
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 PENGARUH WAKTU PENGENDAPAN TERHADAP MASSA BATANG PADA
BUOYANCY WEIGHING-BAR METHOD BWM
Gambar 4.1 Pengaruh Waktu Terhadap Massa Batang Dengan Fasa Cair Etanol
Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Terhadap Massa Batang Dengan Fasa Cair Metanol
0.0779 0.0780
0.0781
2000 4000
6000 8000
M a
ss a
B a
ta n
g k
g
Waktu detik
0.070 0.072
0.074
2000 4000
6000 8000
M a
ss a
B a
ta n
g k
g
Waktu detik
Universitas Sumatera Utara
23 Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Terhadap Massa Batang Dengan Fasa Cair Kerosin
Gambar 4.1, 4.2, dan 4.3 menunjukkan pengaruh waktu sedimentasi terhadap massa batang untuk masing-masing fasa cair etanol, metanol, dan
kerosin. Pada awal proses, partikel yang berukuran besar lebih dulu turun sehingga kenaikan massa batang yang terjadi cukup besar. Semakin lama waktu,
maka kenaikan massa batang mulai menjadi berkurang sampai tidak ada lagi perubahan atau massa batang menjadi konstan.
4.2 PENGARUH JENIS FASA CAIR PADA BUOYANCY WEIGHING-
BAR METHOD BWM
Gambar 4.4 menunjukkan grafik antara ukuran partikel dengan kumulatif massa undersize, dengan Metode Settling Balance dan Metode Pengapungan
Batang Buoyancy Weighing-Bar Method menggunakan fasa cair etanol, metanol, dan kerosin murni serta air. Metode Settling Balance digunakan sebagai
perbandingan untuk mengetahui keakuratan metode pengapungan batang.
0.072 0.075
0.078
2000 4000
6000 8000
M a
ss a
B a
ta n
g k
g
Waktu detik
Universitas Sumatera Utara
24 Gambar 4.4 Pengaruh Jenis Fasa Cair Murni Pada Distribusi Ukuran
Partikel Tepung Terigu Percobaan ini menggunakan prinsip sedimentasi, sehingga dipengaruhi oleh
viskositas dan densitas dari fluidanya sebagai fasa cair. Tabel 4.1 menunjukkan densitas dan viskositas dari fluida yang digunakan, serta hasil ukuran partikel
yang didapat melalui persamaan 2.17 atau persamaan Stoke. Tabel 4.1 Densitas dan Viskositas Fasa Cair dengan Ukuran Partikel
Jenis Fasa Cair Densitas kgm
3
Viskositas cp Ukuran Partikel μm
Etanol 802
0,980 10-113
Metanol 781
0,508 7-90
Kerosin 810
1,640 14-154
Air 996
0,801 30-142
Sebelum percobaan, tepung terigu diayak menggunakan ayakan 140 mesh, dimana bukaan dari 140 mesh adalah 116 μm [22], lalu diambil tepung yang lolos
ayakan sebagai sampel. Hasil yang diperoleh dari Metode Pengapungan Batang dengan jenis fasa cair etanol, metanol, dan kerosin menunjukan bahwa rentang
hasilnya sebanding dengan hasil yang diperoleh dengan Metode Settling Balance. Namun hasil percobaan yang menggunakan etanol lebih mendekati daripada
penggunaan metanol dan kerosin. Ini dikarenakan etanol memiliki densitas dan viskositas lebih besar daripada metanol yang dapat mengurangi variabilitas yang
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
50 100
150 K
u m
ula tif
M a
ss a
U n
d ers
ize
Ukuran Partikel μm
Metode Settling Balance Metode BWM Etanol Murni
Metode BWM Metanol Murni Metode BWM Air
Metode BWM Kerosin
Universitas Sumatera Utara
25 muncul dari proses sedimentasi saat percobaan [35]. Untuk kerosin, umumnya
digunakan untuk suspensi partikel kromium dan zinc. Hasilnya akan lebih maksimal apabila menggunakan zat dispersan seperti sodium pyrophospate [36].
Air memberikan hasil yang tidak baik sehingga penggunaan fasa cair air hanya digunakan untuk melihat sejauh mana kemampuan air menjadi fasa cair dalam
metode ini. Dengan begitu, penggunaan fasa cairan etanol murni memberikan hasil yang paling baik di antara fasa cairan lainnya.
4.3 PENGARUH KONSENTRASI FASA CAIR PADA BUOYANCY
WEIGHING-BAR METHOD BWM 4.3.1 Pengaruh Konsentrasi Pada Fasa Cair Etanol
Gambar 4.5 Pengaruh Konsentrasi Fasa Cair Etanol Pada Distribusi Ukuran Partikel Tepung Terigu
Gambar 4.5 menunjukkan grafik antara ukuran partikel dengan kumulatif massa undersize, dengan Metode Settling Balance dan Metode Pengapungan
Batang Buoyancy Weighing-Bar Method menggunakan fasa cair etanol dengan variasi konsentrasi 30, 50, 70, dan murni p.a.
Pada gambar dapat dilihat bahwa grafik etanol murni lebih mendekati dan menyerupai grafik dari metode Settling Balance, diikuti oleh grafik etanol 70,
lalu 50, dan 30 yang bentuknya tidak teratur. Hal ini disebabkan adanya reaksi hidrasi yang terjadi antara sampel tepung terigu dengan air sehingga mengganggu
proses sedimentasi.
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
50 100
150 K
u m
u la
tif M
a ss
a U
n d
ers ize
Ukuran Partikel μm
Metode Settling Balance Metode BWM Etanol Murni
Metode BWM Etanol 70 Metode BWM Etanol 50
Metode BWM Etanol 30
Universitas Sumatera Utara
26 Densitas dan viskositas untuk masing-masing variasi fasa cair etanol dapat
dilihat pada Tabel 4.2 beserta hasil ukuran partikelnya. Tabel 4.2 Densitas dan Viskositas Fasa Cair Etanol dengan Variasi Konsentrasi
beserta Ukuran Partikel Jenis Fasa Cair
Densitas kgm
3
Viskositas cp Ukuran Partikel μm
Etanol murni 802
0,980 10-113
Etanol 70 891
0,937 13-130
Etanol 50 936
0,923 14-138
Etanol 30 968
0,891 14-143
Densitas dan viskositas masing-masing variasi etanol memiliki pengaruh terhadap ukuran partikel berdasarkan persamaan Stokes, sehingga fasa cair
dengan densitas dan viskositas yang berbeda menghasilkan ukuran partikel yang berbeda pula.
4.3.2 Pengaruh Konsentrasi Pada Fasa Cair Metanol
Gambar 4.6 menunjukkan grafik antara ukuran partikel dengan kumulatif massa undersize, dengan Metode Settling Balance dan Metode Pengapungan
Batang Buoyancy Weighing-Bar Method menggunakan fasa cair metanol dengan variasi konsentrasi 30, 50, 70, dan murni p.a.
Gambar 4.6 Pengaruh Konsentrasi Fasa Cair Metanol Pada Distribusi Ukuran Partikel Tepung Terigu
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
20 40
60 80
100 120
140 K
u m
u la
tif M
a ss
a U
n d
er si
ze
Ukuran Partikel μm
Metode Settling Balance Metode BWM Metanol Murni
Metode BWM Metanol 70 Metode BWM Metanol 50
Metode BWM Metanol 30
Universitas Sumatera Utara
27 Seperti gambar 4.5, pada gambar 4.6 dapat dilihat juga bahwa grafik
metanol murni lebih mendekati dan menyerupai grafik dari metode Settling Balance
, diikuti oleh grafik etanol 70, lalu 50, dan 30 yang bentuknya tidak teratur. Hal ini juga disebabkan adanya reaksi hidrasi yang terjadi antara sampel
tepung terigu dengan air sehingga mengganggu proses sedimentasi. Variasi untuk konsentrasi fasa cair metanol menghasilkan densitas dan
viskositas yang berbeda. Densitas dan viskositas tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.3 beserta ukuran partikel yang didapat untuk masing-masing variasi.
Tabel 4.3 Densitas dan Viskositas Fasa Cair Metanol dengan Variasi Konsentrasi beserta Ukuran Partikel
Jenis Fasa Cair Densitas kgm
3
Viskositas cp Ukuran Partikel μm
Metanol murni 781
0,508 7-90
Metanol 70 849
0,629 9-100
Metanol 50 895
0,696 10-112
Metanol 30 940
0,754 11-125
Densitas dan viskositas dari variasi metanol juga mempengaruhi ukuran partikel yang didapat melalui persamaan Stoke, sehingga menghasilkan ukuran
partikel yang berbeda untuk masing-masing variasi. Gambar 4.7 menunjukkan perbandingan grafik dari Metode Pengapungan
Batang dari semua variabel yang telah dilakukan terhadap Metode Settling Balance
.
Universitas Sumatera Utara
28 Gambar 4.7 Pengaruh Jenis Fasa Cair dan Konsentrasinya Pada Distribusi
Ukuran Partikel Tepung Terigu Dari gambar 4.7 ditampilkan grafik yang hasilnya paling mendekati Metode
Sedimentation Balance adalah grafik Metode Pengapungan Batang menggunakan
fasa cair etanol murni.
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
50 100
150 200
K u
m u
la tif
M a
ss a
U n
d ers
ize
Ukuran Partikel μm
Metode Settling Balance Metode BWM Etanol Murni
Metode BWM Etanol 70 Metode BWM Etanol 50
Metode BWM Etanol 30 Metode BWM Metanol Murni
Metode BWM Metanol 70 Metode BWM Metanol 50
Metode BWM Metanol 30 Metode BWM Kerosin
Metode BWM Air
Universitas Sumatera Utara
29
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah: 1. Metode Pengapungan Batang Buoyancy Weighing-Bar Method dapat
digunakan untuk mengukur distribusi ukuran partikel tepung terigu. 2. Fasa cairan terbaik pada penentuan distribusi ukuran partikel tepung terigu
menggunakan Metode Pengapungan Batang adalah etanol murni.
5.2 SARAN
Adapun saran yang dapat diberikan adalah: 1. Sebaiknya dilakukan variasi lain seperti pengaruh dimensi batang dan jenis
fasa cair lain dalam Metode Pengapungan Batang. 2. Sebaiknya hasil yang diperoleh dari Metode Pengapungan Batang ini
dibandingkan dengan Metode Microscopy atau Metode Coulter Counter.
Universitas Sumatera Utara
30
DAFTAR PUSTAKA
[1] T. Allen, Particle Size Measurement, Fourth edition, London: Chapman and Hall, 1990, hal. 345
–355. [2] Society of Chemical Engineering of Japan, Chemical Engineering
Handbook , 5
th
edition Tokyo: Maruzen, 1988, hal. 224
–231. [3] K. Fukui, H. Yoshida, M. Shiba and Y. Tokunaga,
“Investigation about data reduction and sedimentation distance of sedimentation balance method
”, Journal of Chemical Engineering of Japan
, 33, 2000, hal. 393 –399.
[4] M. Arakawa, G. Shimomura, A. Imamura, N. Yazawa, T. Yokoyama and N. Kaya,
“A New apparatus for measuring particle size distribution based on centrifugal sedimentation
”, Journal of the Society of Materials Science of Japan
, 33, 1984, hal. 1141 –1145.
[5] H. Minoshima, K. Matsushima and K. Shinohara, “Experimental study on
size distribution of granules prepared by spray drying: the case of a dispersed slurry containing binder
”, Kagaku Kogaku Ronbunshu, 31, 2005, hal. 102
–107. [6] M. Kuriyama, H. Tokanai and E. Harada,
“Maximum stable drop size of pseudoplastic dispersed
–phase in agitation dispersion”, Kagaku Kogaku Ronbunshu
, 26, 2000, hal. 745 –748.
[7] Y. Ohira, H. Takahashi, M. Takahashi and K. Ando, “Wall heat transfer in a
double-tube coal-slurry bubble column ”, Kagaku Kogaku Ronbunshu, 30,
2004, hal. 360 –367.
[8] E. Obata, Y. Ohira and M. Ohta, “New measurement of particle size
distribution by buoyancy weighing –bar method”, Powder Technology, 196,
2009, hal. 163 –168.
[9] R. Tambun, Y. Ohira and E. Obata, “Graphical analogy of particle size
distribution among Andreasen pipette, settling balance, fluidization –curve
and buoyancy weighing –bar methods”, Proceeding of the 13
th
Asia Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress
, Taipei, Taiwan, 2010. [10] R. Tambun, T. Motoi, M. Shimadzu, Y. Ohira and E. Obata,
“Size distribution measurement of floating particles in the Allen region by a
buoyancy weighing –bar method”, Advanced Powder Technology, 22, 2011,
hal. 548 –552.
[11] R. Tambun, M. Shimadzu, Y. Ohira and E. Obata, “Definition of the new
mean particle size based on the settling velocity in liquid ”, Journal of
Chemical Engineering of Japan , 45, 2012, hal. 279-284.
[12] R. Tambun, K. Nakano, M. Shimadzu, Y. Ohira and E. Obata, “Sizes
influences of weighing bar and vessel in the buoyancy weighing-bar method
Universitas Sumatera Utara
31 on floating particle size distribution measurements
”, Advanced Powder Technology
, 23, 2012, hal. 855-860. [13] S. Odén,
“The size distribution of particles in soils and the experimental methods of obtaining them
”, Soil Science, 19, 1925, hal. 1–35. [14] E. Obata, H. Watanabe and N. Endo,
“Measurement of size and size distribution of particles by fluidization
”, Journal of Chemical Engineering of Japan
, 15, 1982, hal. 23 –28.
[15] E. Obata and H. Watanabe, Measurement of Particle Sizes by Fluidization, Encyclopedia of Fluid Mechanics
, vol. 4 Houston: Gulf Publishing, 1986, hal. 221
–236. [16] E. Obata and K. Ando, Particle Size Measurements by Fluidization: From
Laminar Flow Region to The Turbulent Flow Region , Encyclopedia of Fluid
Mechanics , Supplement 2 Houston: Gulf Publishing, 1993, hal. 169
–189. [17] T. Motoi, Y. Ohira and E. Obata,
“Measurement of the floating particle size distribution by buoyancy weighing
–bar method”, Powder Technology, 201, 2010, hal. 283
–288. [18] M. A. Partang,
”Mikrometrik”, Fakultas Farmasi Universitas Hasanuddin, Makassar, 2008.
[19] Gustavo V. Barbosa-Canovas, et al., Food Powders Physical Properties, Processing and Functionality
New York: Kluwer Academic, 2005, hal 45. [20] R. M. Stiftung. Particle Size Analysis by Laser Diffraction Switzerland:
RMS Foundation, 2013. [21] DRAG 2008. Fluid Mechanics Tutorial No. 3: Boundary Layer Theory.
Diakses 9 April 2014. http:www.freestudy.co.uk
[22] C. J. Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations, Third edition New Jersey: Prentice-Hall, 1993, hal. 815-823, 894.
[23] Geology Department, University of Maryland, Sedimentation and Stratigraphy Spring
. Diakses 7 Mei 2014. http:www.geol.umd.edu
[24] C. Galindo-González, J. de Vicente, M. M. Ramos-Tejada, M. T. López- López, F. González-Caballero, and J. D. G. Durán,
“Preparation and Sedimentation Behavior in Magnetic Fields of Magnetite-Covered Clay
Particles ”, Langmuir, 21, 2005, hal. 4410-4419.
[25] M. Rasa, B.H. Erné, B. Zoetekouw, R. van Roij, and A. P. Philipse, “Macroscopic electric field and osmotic pressure in ultracentrifugal
sedimentation- diffusion equilibria of charged colloids, Van’t Hoff
Universitas Sumatera Utara
32 Laboratory for Physical-Colloid Chemistry and Institute for Theoretical
Physics ”, Utrech University, Netherland, 2005.
[26] Y. Ohira, K. Furukawa, R. Tambun, M. Shimadzu and E. Obata, “Buoyancy
weighing-bar method: a particle size distribution measurement using new settling method
”, Journal of the Sedimentological Society of Japan, 69, 2010, hal. 17-26.
[27] J. T. Wilson and D. H. Donelson. Comparison of Flour Particle size Distributions Measured by Electrical Resistivity and Microscopy. Journal of
Cereal Chemistry, 47, 126-134, 1970. [28]
Sonaye S.Y, Dr. R N. Baxi. “Particle size Measurement and Analysis of Flour” International Journal of Engineering Research and Applications, Vol.
2, pp 1839-1842, 2012.
[29] Shimadzu. Particle Size Analyzer. Shimadzu Corporation, Japan, 2013. [30] Beckman Coulter, Coulter Cell Counter. Diakses 6 Januari 2015.
http:www.beckmancoulter.com [31] HORIBA, Particle Characterization LA-300. Diakses 6 Januari 2015.
http:www.horiba.com [32] Bio-Equip, BT-1500 Centrifugal Sedimentation Particle Size Analyzer.
Diakses 6 Januari 2015. http:www.bio-equip.cn
[33] Azom, Determine Particle Size and Shape with Image Analysis Systems from Clemex Technologies
. Diakses 6 Januari 2015. http:www.azom.com
[34] Bank Mandiri, Kurs Bank Mandiri. Diakses 6 Januari 2015. http:www.bankmandiri.co.id
[35] C. F. Ferraris, V. Hackley, A. I. Avilés, Measurement of particle size distribution in portland cement powder: analysis of ASTM Round Robin
Studies, Journal of Cement, Concrete, and Aggregates, 26, 2004, hal. 10. [36] O. D. Neikov, S. S. Naboychenko, G. Dowson, Handbook of Non-Ferrous
Metal Powders: Technologies and Applications New York: Elsevier, 2009,
hal. 11-12.
Universitas Sumatera Utara
33
LAMPIRAN 1 CONTOH PERHITUNGAN
Untuk perhitungan, diambil contoh data dari Metode Pengapungan Batang yang menggunakan etanol murni
Tabel L1.1. Data Etanol Murni Dengan Metode Pengapungan Batang Waktu
t s Massa Batang
G kg Waktu
t s Massa Batang
G kg Waktu
t s Massa Batang
G kg 0,0779928
2040 0,0780394
4140 0,0780501
60 0,0780037
2100 0,0780400
4200 0,0780504
120 0,0780095
2160 0,0780400
4260 0,0780508
180 0,0780137
2220 0,0780401
4320 0,0780508
240 0,0780168
2280 0,0780405
4380 0,0780512
300 0,0780198
2340 0,0780412
4440 0,0780513
360 0,0780224
2400 0,0780415
4500 0,0780518
420 0,0780247
2460 0,0780416
4560 0,0780519
480 0,0780263
2520 0,0780416
4620 0,0780524
540 0,0780278
2580 0,0780417
4680 0,0780527
600 0,0780287
2640 0,0780424
4740 0,0780527
660 0,0780306
2700 0,0780428
4800 0,0780530
720 0,0780311
2760 0,0780430
4860 0,0780531
780 0,0780320
2820 0,0780436
4920 0,0780532
840 0,0780327
2880 0,0780450
4980 0,0780534
900 0,0780333
2940 0,0780450
5040 0,0780538
960 0,0780339
3000 0,0780450
5100 0,0780541
1020 0,0780347
3060 0,0780454
5160 0,0780541
1080 0,0780350
3120 0,0780454
5220 0,0780545
1140 0,0780354
3180 0,0780454
5280 0,0780546
1200 0,0780358
3240 0,0780459
5340 0,0780549
1260 0,0780361
3300 0,0780466
5400 0,0780549
1320 0,0780365
3360 0,0780466
5460 0,0780549
1380 0,0780370
3420 0,0780470
5520 0,0780550
1440 0,0780371
3480 0,0780473
5580 0,0780551
1500 0,0780373
3540 0,0780476
5640 0,0780555
1560 0,0780377
3600 0,0780477
5700 0,0780555
1620 0,0780383
3660 0,0780479
5760 0,0780556
1680 0,0780383
3720 0,0780483
5820 0,0780559
1740 0,0780386
3780 0,0780486
5880 0,0780562
1800 0,0780388
3840 0,0780488
5940 0,0780563
1860 0,0780392
3900 0,0780491
6000 0,0780563
1920 0,0780392
3960 0,0780495
... ...
1980 0,0780394
4080 0,0780496
7200 0,0780563
Universitas Sumatera Utara
34
1.1 MENENTUKAN UKURAN PARTIKEL