Aliran Massa Stasioner Dan Tak Stasioner
ALIRAN MASSA STASIONER DAN TAK STASIONER
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
Nabila Nur Amalina (240210160024)
Departemen Teknologi Industri Pangan Universitas Padjadjaran, Jatinangor
Jalan Raya Bandung-Sumedang Km. 21, Jatinangor, Sumedang 40600 Telp. (022) 7798844,
779570 Fax. (022) 7795780 Email: nabilaamalina21@gmail.com
ABSTRAK
Aliran massa dalam suatu proses operasi pengolahan pangan terbagi menjadi dua, yaitu
berupa aliran stasioner (steady state) dan tak stasioner (unsteady state). Suatu sistem operasi
dikatakan stasioner apabila dalam operasinya tersebut komponennya untuk setiap satuan
waktu. Sedangkan sistem operasi tak stasioner dimana aliran komponen terkandungnya terjadi
perubahan seiring dengan berubahnya waktu. Pada proses pengolahan pangan sangat penting
untuk dapat membedakan kedua operasi ini. Untuk menguji perbedaannya, menggunakan uji
coba pemekatan dan pengenceran larutan gula dan garam dengan mengukur derajat brix pada
selang waktu tertentu dengan refraktometer. Dapat diketahui bahwa dalam suatu proses
pengolahan pangan sistem operasi stasioner dan tak stasioner dapat berlangsung dalam satu
proses pengolahan. Keadaan stasioner adalah ketika tangki pengaduk dijalankan, dan keadaan
tak stasioner adalah ketika komponen yang terdapat pada tangki pengaduk tersebut
mengalami perubahan konsentrasi seiring dengan berjalannya waktu.
Kata kunci: Stasioner, Tak Stasioner, Pengenceran, Pemekatan
ABSTRACT
Mass flow is divided into two, steady state and unsteady state. Steady state is when there
is no component and unsteady state is the opposite. In food processing is very important to be
able to distinguish these two operations. To test the difference, we use concentration test and
dilution of sugar and salt solution by checked the brix by using refractometer. In a food
processing, steady and unsteady can take place in one process. Steady state is when the
agitating tank is run, and unsteady state is when the component contained in the agitating tank
and the concentration is change.
Key words: Steady, Unsteady, dilution, concentration
PENDAHULUAN
Aliran massa dalam suatu proses
operasi pengolahan pangan terbagi menjadi
dua, yaitu berupa aliran stasioner (steady
state) dan tak stasioner (unsteady state).
Membedakan kedua jenis aliran ini sangat
penting dalam proses pengolahan pangan,
karena tidak selamanya aliran suatu bahan
yang stasioner tetapi komponennya tidak
stasioner yang penyebabnya bisa jadi
karena adanya pertumbuhan komponen,
terjadi pemekatan atau pengenceran
komponen, atau bahkan karena adanya
reaksi kimia.
Maka dari itu, perlu diketahui
perbedaan dari operasi stasioner (steady
state) dan tak stasioner (unsteady state).
Menurut Tolledo (1993), perhitungan
neraca
massa
digunakan
untuk
mengidentifikasi aliran masuk dan aliran
keluar dalam suatu proses dengan
menetapkan jumlah komponen atau
keseluruhan aliran yang terdapat dalam
proses tersebut. Berdasarkan pada azas
kekekalan energi, bahwa energi tidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan, maka hasil
akhir dari suatu proses pengolahan pangan
dengan menggunakan proses apapun,
perhitungannya akan selalu sebagai
berikut:
Inflow = Outflow + Akumulasi.
Inflow
dapat
mencakup
pembentukan bahan dengan reaksi kimia
atau proses pertumbuhan mikroba, dan
outflow dapat berupa penipisan bahan oleh
reaksi kimia atau biologis.
Jika akumulasi memiliki hasil 0,
sehingga arus masuk sama dengan arus
keluar, maka proses ini disebut keadaan
stasioner (steady state). Maksud dari hasil
akumulasi 0 ini adalah jika suatu sistem
operasi kontinyu dimana F = laju alir
umpan yang mengandung komponen x
(cm3/detik). Jika komponen tersebut dalam
bentuk persen (%) dan t adalah waktu
operasi (detik) maka sistem disebut
stasioner apabila :
Atau dengan kata lain:
F=P
Xf . F = Xp . P
Sebaliknya, jika hasil akumulasi
tidak 0 dapat berarti bahwa kuantitas dan
konsentrasi komponen dalam sistem bisa
berubah seiring waktu, maka proses ini
disebut keadaan tak stasioner (unsteady
state).
Xf . F = Xr . R + Akumulasi
Dengan akumulasi tersebut adalah
akumulasi komponen x sebesar (dx/dt V)
dimana V = volume tangki.
Xf . F = Xr . R + dx/dt V
Dengan
adanya
pengadukan,
persamaannya menjadi:
Xf . F = Xr . R + dx/dt V
R(Xf – Xr) = dx/dt V
∫
∫
Pada t = 0 dan x = xo
C = -ln
Untuk menguji perbedaan dari
operasi stasioner dan tak stasioner, dalam
praktikum ini menggunakan uji coba
pemekatan dan pengenceran larutan gula
dan garam dengan mengukur derajat brix
pada selang waktu tertentu memakai
refraktometer. Pemekatan sendiri adalah
suatu proses untuk menaikkan suatu kadar
zat tertentu. Sedangkan pengenceran
adalah suatu proses untuk menurunkan
suatu kadar zat tertentu dengan
penambahan komponen lain atau yang
sering digunakan adalah air ke dalam suatu
zat atau larutan yang dilakukan
pengenceran. (Brady, 1999)
Konsentrasi pemekatan dan pengen-ceran
ini diukur derajat brix nya denga
nrefraktometer. Derajat brix merupakan
jumlah zat padat semu yang larut (dalam
gr) dalam setiap 100 gram larutan. Derajat
brix ini diukur menggunakan refraktometer
ABBE, yang merupaan sebuah alat untuk
mengukur indeks bias sebuah zat cair.
(S. Bani, 2015)
Oleh sebab itu, praktikum ini
dilakukan dengan tujuan dapat menentukan
model neraca massa pada sistem stasioner
(steady state) dan tak stasioner (unsteady
state) dengan menggunakan larutan gula
dan garam. Selain itu juga agar dapat
menentukan model persamaan aliran massa
pada sistem stasioner (steady state) dan tak
stasioner (unsteady state).
METODOLOGI
Alat dan Bahan
Sampel yang digunakan pada
praktikum kali ini adalah air, gula pasir,
dan garam.
Alat yang digunakan adalah tangki
berpengaduk, gelas, stopwatch, Refraktometer.
Tahap Persiapan
Memasang peralatan tangki untuk
alat pembuatan larutan gula atau garam.
Menguji coba tangki sebelum digunakan
menggunakan
air
biasa
sebagai
bahannya.
Menentukan
volume
maksimum dalam tangki (V) ketika
pengaduk
sedang
berjalan
dan
menentukan laju alir input (F ml/detik),
ouput (R ml/detik) sehingga tercapai
kondisi steady state F=R. Praktikum
terbagi menjadi 4 kelompok yaitu
operasi pemekatan
gula, operasi
pengenceran gula, operasi pemekatan
garam, dan operasi pengenceran garam.
Operasi Pemekatan Larutan Gula
Menyediakan larutan gula pekat
pada tangki persediaan. Menyediakan air
biasa di tangki pengaduk untuk membuat
larutan gula pekat. Menjalankan operasi
dan mengecek kandungan gula setiap 15
detik
menggunakan
refraktometer.
Kemudian membuat grafik konsentrasi
terhadap
waktu
menggunakan
untuk
perhitungan
konsentrasinya sebagai penerjemah dari
derajat brix sendiri.
Operasi Pemekatan Larutan Garam
Menyediakan larutan garam pekat
pada tangki persediaan. Menyediakan air
biasa di tangki pengaduk untuk membuat
larutan garam pekat. Menjalankan
operasi dan mengecek kandungan garam
setiap
15
detik
menggunakan
refraktometer. Kemudian membuat
grafik konsentrasi terhadap waktu
menggunakan perhitungan
untuk
konsentrasinya
sebagai
penerjemah dari derajat brix sendiri.
Operasi Pengenceran Larutan Gula
Menyediakan air biasa di dalam
tangki persediaan, kemudian memasukkan larutan gula pekat yang telah
dibuat sebelumnya. Menjalankan proses
operasi dan mengecek kandungan gula
setiap 15 deik menggunakan refraktometer.
Lalu
membuat
grafik
konsentrasi
terhadap
waktu
menggunakan perhitungan
untuk
konsentrasinya
sebagai
penerjemah dari derajat brix sendiri.
Operasi Pengenceran Larutan Garam
Menyediakan air biasa di dalam
tangki persediaan, kemudian memasukkan larutan garam pekat yang telah
dibuat sebelumnya. Menjalankan proses
operasi dan mengecek kandungan garam
setiap 15 deik menggunakan refraktometer.
Lalu
membuat
grafik
konsentrasi
terhadap
waktu
menggunakan perhitungan
untuk
konsentrasinya
sebagai
penerjemah dari derajat brix sendiri.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini, dilakukan
pengujian mana yang termasuk aliran
stasioner dan tak stasioner yang diujikan
terhadap pemekatan dan pengenceran
larutan gula dan garam. Penentuan
konsentrasi pada awalnya yaitu dengan
mencari derajat brix dari masing-masing
larutan yang telah tersedia di dalam
tangki pengaduk setiap 15 detik dan
pengisiannya selama 4 detik. Kemudian
untuk melihat berapa derajat brixnya,
praktikum kali ini menggunakan alat
yang bernama Refraktometer Abbe.
Prinsip kerja dari refraktometer
abbe ini adalah dengan pembiasan.
Refraktometer abbe ini terdiri dari
sebuah teleskop, dua prisma pembias P
dan P’ dimana zat cair yang akan diukur
indeks biasnya diletakkan antara kedua
prisma ini, dua prisma amici K1 dan K2,
dan cermin datar sebagai pemantul.
Sistem prisma K1 dan K2 terdiri dari
masing-masing tiga prisma yang
ditempelkan. Sistem ini dinamakan
kompensator yang berfungsi untuk
menjadikan sinar polikro-matik menjadi
sinar monokromatik sebagai sumber
cahaya. Dalam percobaan ini kita akan
Pemekatan Larutan Garam
Dari praktikum pemekatan larutan
garam, diperoleh data dalam bentuk
grafik sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
y = 0,0019x + 0,0562
R² = 0,9902
Grafik ln ((XfXo)/(Xf-X))
terhadap t
Linear (Grafik ln
((Xf-Xo)/(Xf-X))
terhadap t)
0
100
200
300
400
Waktu (detik)
Konsentrasi
Grafik X brix terhadap t
14
12
10
8
6
4
2
0
y = 0,0354x + 1,9881
R² = 0,9762
Grafik X brix
terhadap t
Linear (Grafik X
brix terhadap t)
0
100
200
300
sebesar 0,9902 yang berarti hanya sekitar
99,02% data yang dapat dijelaskan. Hal ini
membuktikan bahwa akurasi data hampir
menunjukkan titik 100% dan data tersebut
dapat dikatakan mendekati akurat.
Pada pemekatan larutan garam ini,
proses aliran massa yang terjadi adalah
stasioner dan tak stasioner. Proses
stasioner ini terjadi pada saat tangki
pengaduk karena pada saat itu, tidak ada
perubahan apapun yang melibatkan waktu
dan merupakan sistem operasi kontinyu.
Sedangkan aliran komponen terkandungnya, yaitu larutan garam, prosesnya adalah
tak stasioner karena terjadi pemekatan atau
perubahan konsentrasi yang dipengaruhi
oleh waktu.
Pemekatan Larutan Gula
Dari praktikum pemekatan larutan
gula, diperoleh data dalam bentuk grafik
sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
(Sumber
: Dokumentasi pribadi, 2017)
0,3
Aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
y = 0,0006x + 0,0516
0,25
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
R² = 0,5023
0,2
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Grafik ln ((Xfaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
0,15
Xo)/(Xf-X))
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
terhadap t
0,1
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Linear (Grafik ln
0,05
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
((Xf-Xo)/(Xf-X))
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
0
terhadap t)
Berdasarkan
grafik
di
atas,
pada
0
100 200 300 400
Waktu (detik)
Grafik X brix terhadap t
12
400
Berdasarkan grafik di atas, pada
pemekatan larutan garam terjadi proses
peningkatan konsentrasi yang berbanding
lurus dengan kenaikan waktunya. Dari
hasil kedua grafik di atas juga dapat
diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
y = 0,0258x + 2,47
R² = 0,5165
10
Waktu (detik)
Konsentrasi
Konsentrasi
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
terhadap waktu bernilai 0,0019 dan
intercept nya 0,0562. R2 pada data tersebut
terhadap waktu yaitu
di grafik
Konsentrasi
melihat garis batas antar gelap dan
terang.
Dengan
mengubah-ngubah
kompensator sehingga garis batas dan
gelap terlihat jelas dan tidak terdapat
warna lagi, dengan garis batas gelap dan
terang yang sangat jelas ini kita dapat
menentukkan indeks bias dari zat cair
yang ingin kita ketahui dengan melihat
skala yang terdapat pada refraktometer
yang merupakan hasil dari derajat brix
itu sendiri.
8
Grafik X brix
terhadap t
6
4
Linear (Grafik X
brix terhadap t)
2
0
0
100
200
300
Waktu (detik)
400
terhadap waktu bernilai 0,0006 dan
intercept nya 0,0516. R2 pada data tersebut
di grafik
terhadap waktu yaitu
sebesar 0,5023 yang berarti hanya sekitar
50,023% data yang dapat dijelaskan. Hal
ini membuktikan bahwa akurasi data jauh
dengan 100% dan data tersebut masih jauh
dari akurat. Hal ini dikarenakan saat
praktikum
terdapat
kesalahan
dari
praktikan yang tidak menghitung detik ke
15 dan kurang bersih membilas pipet yang
sebelumnya digunakan untuk pengenceran
larutan gula.
Pada pemekatan larutan gula ini,
proses aliran massa yang terjadi adalah
stasioner dan tak stasioner. Proses
stasioner ini terjadi pada saat tangki
pengaduk karena pada saat itu, tidak ada
perubahan apapun yang melibatkan waktu
dan merupakan sistem operasi kontinyu.
Sedangkan aliran komponen terkandungnya, yaitu larutan gula, prosesnya adalah
tak stasioner karena terjadi pemekatan atau
perubahan konsentrasi yang dipengaruhi
oleh waktu.
Pengenceran Larutan Garam
Dari praktikum pengenceran larutan
garam, diperoleh data dalam bentuk grafik
sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
Konsentrasi
2
y = 0,0057x - 0,0052
R² = 0,9727
Grafik ln ((XfXo)/(Xf-X))
terhadap t
1,5
1
0,5
Linear (Grafik ln
((Xf-Xo)/(Xf-X))
terhadap t)
0
0
100
200
300
Waktu (detik)
400
Grafik X brix terhadap t
10
y = -0,0249x + 8,7203
R² = 0,9702
8
Konsentrasi
pemekatan larutan gula terjadi proses
peningkatan konsentrasi yang berbanding
lurus dengan kenaikan waktunya. Dari
hasil kedua grafik di atas juga dapat
diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
6
Grafik X brix
terhadap t
4
Linear (Grafik X
brix terhadap t)
2
0
0
100
200
300
400
Waktu (detik)
Berdasarkan grafik di atas, pada
pengenceran larutan garam terjadi proses
penurunan konsentrasi yang berbanding
lurus dengan kenaikan waktunya. Dari
hasil kedua grafik di atas juga dapat
diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
terhadap waktu bernilai 0,0057 dan
intercept nya -0,0052. R2 pada data
tersebut di grafik
terhadap
waktu yaitu sebesar 0,9727 yang berarti
hanya sekitar 97,27% data yang dapat
dijelaskan. Hal ini membuktikan bahwa
akurasi data hampir menunjukkan titik
100% dan data tersebut dapat dikatakan
mendekati akurat.
Pada pengenceran larutan garam ini,
proses aliran massa yang terjadi adalah
stasioner dan tak stasioner. Proses
stasioner ini terjadi pada saat tangki
pengaduk karena pada saat itu, tidak ada
perubahan apapun yang melibatkan waktu
dan merupakan sistem operasi kontinyu.
Sedangkan aliran komponen terkandungnya, yaitu larutan garam, prosesnya adalah
tak stasioner karena terjadi pengenceran
atau
perubahan
konsentrasi
yang
dipengaruhi oleh waktu.
Pengenceran Larutan Gula
Dari praktikum pengenceran larutan
gula, diperoleh data dalam bentuk grafik
sebagai berikut:
(Sumber: Dokumentasi pribadi, 2017)
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
1
y = 0,0012x + 0,291
R² = 0,2756
Konsentrasi
0,8
0,6
Grafik ln ((XfXo)/(Xf-X))
terhadap t
0,4
0,2
0
0
100
200
300
400
Linear (Grafik ln
((Xf-Xo)/(Xf-X))
terhadap t)
Pada pengenceran larutan gula ini,
proses aliran massa yang terjadi adalah
stasioner dan tak stasioner. Proses
stasioner ini terjadi pada saat tangki
pengaduk karena pada saat itu, tidak ada
perubahan apapun yang melibatkan waktu
dan merupakan sistem operasi kontinyu.
Sedangkan aliran komponen terkandungnya, yaitu larutan gula, prosesnya adalah
tak stasioner karena terjadi pengenceran
atau
perubahan
konsentrasi
yang
dipengaruhi oleh waktu.
KESIMPULAN
Waktu (detik)
Grafik X brix terhadap t
25
y = -0,0188x + 19,168
R² = 0,0783
Konsentrasi
20
Grafik X brix
terhadap t
15
10
Linear (Grafik X
brix terhadap t)
5
0
0
100
200
300
Berdasarkan hasil praktikum,
dapat diketahui bahwa dalam suatu
proses pengolahan pangan sistem operasi
stasioner dan tak stasioner dapat
berlangsung
dalam
satu
proses
pengolahan. Keadaan stasioner adalah
ketika tangki pengaduk dijalankan, dan
keadaan tak stasioner adalah ketika
komponen yang terdapat pada tangki
pengaduk tersebut mengalami perubahan
konsentrasi seiring dengan berjalannya
waktu.
400
Waktu (detik)
Berdasarkan grafik di atas, pada
pengenceran larutan gula terjadi proses
penurunan konsentrasi yang berbanding
lurus dengan kenaikan waktunya. Dari
hasil kedua grafik di atas juga dapat
diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
terhadap waktu bernilai 0,0012 dan
intercept nya 0,291. R2 pada data tersebut
di grafik
terhadap waktu yaitu
sebesar 0,2756 yang berarti hanya sekitar
27,56% data yang dapat dijelaskan. Hal ini
membuktikan bahwa akurasi data sangat
jauh sekali dengan 100% dan data tersebut
masih jauh dari akurat. Hal ini dikarenakan
saat praktikum terdapat kesalahan dari
praktikan yang tidak menghitung detik ke
15 dan detik ke 285, juga diperkirakan
praktikan kurang bersih membilas pipet
yang sebelumnya digunakan untuk
pemekatan larutan gula.
DAFTAR PUSTAKA
S. Bani, M. Abduh. 2015. Refraktometer
Abbe. Jurnal Program Studi Fisika
FMIPA. Universitas Padjadjaran:
Jatinangor
Brady, J. E. 1999. Kimia Universitas Asas
dan Struktur. Binarupa Aksara:
Bandung
Hidayanto, Eko dkk. 2010. Aplikasi
Portable
Brix
Meter
untuk
Pengukuran Indeks Bias. Jurnal
Program Studi Fisika FMIPA vol.
13.
Universitas
Diponegoro:
Semarang
Toledo, R.T. 1993. Fundamentals of Food
Process Engineering. Chapman &
Hall: New York
LAMPIRAN
Tabel hasil pengamatan
(Sumber: Dokumentasi pribadi, 2017)
1. Tabel Pemekatan Garam
waktu
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285
300
ln (Xf-Xo)/(Xfx= O X)
brix
Xf: 26 ; Xo: 0
1.8
0.071744
2.1
0.084218
3.2
0.131336
3.9
0.162519
5
0.213574
5.8
0.252414
6.1
0.267377
6.9
0.308408
7
0.313658
7.5
0.340326
8
0.367725
8.9
0.419018
9.25
0.439698
10
0.485508
10
0.485508
10.01
0.486133
10.9
0.543402
11.1
0.556735
11.9
0.611922
11.9
0.611922
2. Tabel Pemekatan Gula
waktu
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
ln (Xf-Xo)/(Xfx= O X)
brix
Xf: 50,2 ; Xo: 0
0
0
0.9
0.018091
1.7
0.034451
4.7
0.098303
3.4
0.070132
8
0.173595
10.6
0.237186
11
0.247338
5
0.104918
5.5
0.116042
5.7
0.120526
180
195
210
225
240
255
270
285
300
6.55
6.6
7.4
7.55
8.4
8.9
9.1
9.6
9.95
0.139812
0.140958
0.159477
0.162988
0.183119
0.195153
0.200007
0.212247
0.220905
3. Tabel Pengenceran Gula
waktu
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285
300
ln (Xf-Xo)/(Xfx= O X)
brix
Xf: 0 ; Xo: 30,5
0
0
22.9
0.28659
21.2
0.363726
20.1
0.417007
19.9
0.427007
19.6
0.442197
19.1
0.468038
18.9
0.478565
18.5
0.499956
17.7
0.544162
17.6
0.549828
17.4
0.561256
17.2
0.572817
17.1
0.578648
16.5
0.614366
16.5
0.614366
15.5
0.676887
14.8
0.7231
0
0
13.8
0.793058
4. Tabel Pengenceran Garam
x= O ln (Xf-Xo)/(Xf-X)
waktu brix
Xf: 0 ; Xo:10,4
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
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
Nabila Nur Amalina (240210160024)
Departemen Teknologi Industri Pangan Universitas Padjadjaran, Jatinangor
Jalan Raya Bandung-Sumedang Km. 21, Jatinangor, Sumedang 40600 Telp. (022) 7798844,
779570 Fax. (022) 7795780 Email: nabilaamalina21@gmail.com
ABSTRAK
Aliran massa dalam suatu proses operasi pengolahan pangan terbagi menjadi dua, yaitu
berupa aliran stasioner (steady state) dan tak stasioner (unsteady state). Suatu sistem operasi
dikatakan stasioner apabila dalam operasinya tersebut komponennya untuk setiap satuan
waktu. Sedangkan sistem operasi tak stasioner dimana aliran komponen terkandungnya terjadi
perubahan seiring dengan berubahnya waktu. Pada proses pengolahan pangan sangat penting
untuk dapat membedakan kedua operasi ini. Untuk menguji perbedaannya, menggunakan uji
coba pemekatan dan pengenceran larutan gula dan garam dengan mengukur derajat brix pada
selang waktu tertentu dengan refraktometer. Dapat diketahui bahwa dalam suatu proses
pengolahan pangan sistem operasi stasioner dan tak stasioner dapat berlangsung dalam satu
proses pengolahan. Keadaan stasioner adalah ketika tangki pengaduk dijalankan, dan keadaan
tak stasioner adalah ketika komponen yang terdapat pada tangki pengaduk tersebut
mengalami perubahan konsentrasi seiring dengan berjalannya waktu.
Kata kunci: Stasioner, Tak Stasioner, Pengenceran, Pemekatan
ABSTRACT
Mass flow is divided into two, steady state and unsteady state. Steady state is when there
is no component and unsteady state is the opposite. In food processing is very important to be
able to distinguish these two operations. To test the difference, we use concentration test and
dilution of sugar and salt solution by checked the brix by using refractometer. In a food
processing, steady and unsteady can take place in one process. Steady state is when the
agitating tank is run, and unsteady state is when the component contained in the agitating tank
and the concentration is change.
Key words: Steady, Unsteady, dilution, concentration
PENDAHULUAN
Aliran massa dalam suatu proses
operasi pengolahan pangan terbagi menjadi
dua, yaitu berupa aliran stasioner (steady
state) dan tak stasioner (unsteady state).
Membedakan kedua jenis aliran ini sangat
penting dalam proses pengolahan pangan,
karena tidak selamanya aliran suatu bahan
yang stasioner tetapi komponennya tidak
stasioner yang penyebabnya bisa jadi
karena adanya pertumbuhan komponen,
terjadi pemekatan atau pengenceran
komponen, atau bahkan karena adanya
reaksi kimia.
Maka dari itu, perlu diketahui
perbedaan dari operasi stasioner (steady
state) dan tak stasioner (unsteady state).
Menurut Tolledo (1993), perhitungan
neraca
massa
digunakan
untuk
mengidentifikasi aliran masuk dan aliran
keluar dalam suatu proses dengan
menetapkan jumlah komponen atau
keseluruhan aliran yang terdapat dalam
proses tersebut. Berdasarkan pada azas
kekekalan energi, bahwa energi tidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan, maka hasil
akhir dari suatu proses pengolahan pangan
dengan menggunakan proses apapun,
perhitungannya akan selalu sebagai
berikut:
Inflow = Outflow + Akumulasi.
Inflow
dapat
mencakup
pembentukan bahan dengan reaksi kimia
atau proses pertumbuhan mikroba, dan
outflow dapat berupa penipisan bahan oleh
reaksi kimia atau biologis.
Jika akumulasi memiliki hasil 0,
sehingga arus masuk sama dengan arus
keluar, maka proses ini disebut keadaan
stasioner (steady state). Maksud dari hasil
akumulasi 0 ini adalah jika suatu sistem
operasi kontinyu dimana F = laju alir
umpan yang mengandung komponen x
(cm3/detik). Jika komponen tersebut dalam
bentuk persen (%) dan t adalah waktu
operasi (detik) maka sistem disebut
stasioner apabila :
Atau dengan kata lain:
F=P
Xf . F = Xp . P
Sebaliknya, jika hasil akumulasi
tidak 0 dapat berarti bahwa kuantitas dan
konsentrasi komponen dalam sistem bisa
berubah seiring waktu, maka proses ini
disebut keadaan tak stasioner (unsteady
state).
Xf . F = Xr . R + Akumulasi
Dengan akumulasi tersebut adalah
akumulasi komponen x sebesar (dx/dt V)
dimana V = volume tangki.
Xf . F = Xr . R + dx/dt V
Dengan
adanya
pengadukan,
persamaannya menjadi:
Xf . F = Xr . R + dx/dt V
R(Xf – Xr) = dx/dt V
∫
∫
Pada t = 0 dan x = xo
C = -ln
Untuk menguji perbedaan dari
operasi stasioner dan tak stasioner, dalam
praktikum ini menggunakan uji coba
pemekatan dan pengenceran larutan gula
dan garam dengan mengukur derajat brix
pada selang waktu tertentu memakai
refraktometer. Pemekatan sendiri adalah
suatu proses untuk menaikkan suatu kadar
zat tertentu. Sedangkan pengenceran
adalah suatu proses untuk menurunkan
suatu kadar zat tertentu dengan
penambahan komponen lain atau yang
sering digunakan adalah air ke dalam suatu
zat atau larutan yang dilakukan
pengenceran. (Brady, 1999)
Konsentrasi pemekatan dan pengen-ceran
ini diukur derajat brix nya denga
nrefraktometer. Derajat brix merupakan
jumlah zat padat semu yang larut (dalam
gr) dalam setiap 100 gram larutan. Derajat
brix ini diukur menggunakan refraktometer
ABBE, yang merupaan sebuah alat untuk
mengukur indeks bias sebuah zat cair.
(S. Bani, 2015)
Oleh sebab itu, praktikum ini
dilakukan dengan tujuan dapat menentukan
model neraca massa pada sistem stasioner
(steady state) dan tak stasioner (unsteady
state) dengan menggunakan larutan gula
dan garam. Selain itu juga agar dapat
menentukan model persamaan aliran massa
pada sistem stasioner (steady state) dan tak
stasioner (unsteady state).
METODOLOGI
Alat dan Bahan
Sampel yang digunakan pada
praktikum kali ini adalah air, gula pasir,
dan garam.
Alat yang digunakan adalah tangki
berpengaduk, gelas, stopwatch, Refraktometer.
Tahap Persiapan
Memasang peralatan tangki untuk
alat pembuatan larutan gula atau garam.
Menguji coba tangki sebelum digunakan
menggunakan
air
biasa
sebagai
bahannya.
Menentukan
volume
maksimum dalam tangki (V) ketika
pengaduk
sedang
berjalan
dan
menentukan laju alir input (F ml/detik),
ouput (R ml/detik) sehingga tercapai
kondisi steady state F=R. Praktikum
terbagi menjadi 4 kelompok yaitu
operasi pemekatan
gula, operasi
pengenceran gula, operasi pemekatan
garam, dan operasi pengenceran garam.
Operasi Pemekatan Larutan Gula
Menyediakan larutan gula pekat
pada tangki persediaan. Menyediakan air
biasa di tangki pengaduk untuk membuat
larutan gula pekat. Menjalankan operasi
dan mengecek kandungan gula setiap 15
detik
menggunakan
refraktometer.
Kemudian membuat grafik konsentrasi
terhadap
waktu
menggunakan
untuk
perhitungan
konsentrasinya sebagai penerjemah dari
derajat brix sendiri.
Operasi Pemekatan Larutan Garam
Menyediakan larutan garam pekat
pada tangki persediaan. Menyediakan air
biasa di tangki pengaduk untuk membuat
larutan garam pekat. Menjalankan
operasi dan mengecek kandungan garam
setiap
15
detik
menggunakan
refraktometer. Kemudian membuat
grafik konsentrasi terhadap waktu
menggunakan perhitungan
untuk
konsentrasinya
sebagai
penerjemah dari derajat brix sendiri.
Operasi Pengenceran Larutan Gula
Menyediakan air biasa di dalam
tangki persediaan, kemudian memasukkan larutan gula pekat yang telah
dibuat sebelumnya. Menjalankan proses
operasi dan mengecek kandungan gula
setiap 15 deik menggunakan refraktometer.
Lalu
membuat
grafik
konsentrasi
terhadap
waktu
menggunakan perhitungan
untuk
konsentrasinya
sebagai
penerjemah dari derajat brix sendiri.
Operasi Pengenceran Larutan Garam
Menyediakan air biasa di dalam
tangki persediaan, kemudian memasukkan larutan garam pekat yang telah
dibuat sebelumnya. Menjalankan proses
operasi dan mengecek kandungan garam
setiap 15 deik menggunakan refraktometer.
Lalu
membuat
grafik
konsentrasi
terhadap
waktu
menggunakan perhitungan
untuk
konsentrasinya
sebagai
penerjemah dari derajat brix sendiri.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini, dilakukan
pengujian mana yang termasuk aliran
stasioner dan tak stasioner yang diujikan
terhadap pemekatan dan pengenceran
larutan gula dan garam. Penentuan
konsentrasi pada awalnya yaitu dengan
mencari derajat brix dari masing-masing
larutan yang telah tersedia di dalam
tangki pengaduk setiap 15 detik dan
pengisiannya selama 4 detik. Kemudian
untuk melihat berapa derajat brixnya,
praktikum kali ini menggunakan alat
yang bernama Refraktometer Abbe.
Prinsip kerja dari refraktometer
abbe ini adalah dengan pembiasan.
Refraktometer abbe ini terdiri dari
sebuah teleskop, dua prisma pembias P
dan P’ dimana zat cair yang akan diukur
indeks biasnya diletakkan antara kedua
prisma ini, dua prisma amici K1 dan K2,
dan cermin datar sebagai pemantul.
Sistem prisma K1 dan K2 terdiri dari
masing-masing tiga prisma yang
ditempelkan. Sistem ini dinamakan
kompensator yang berfungsi untuk
menjadikan sinar polikro-matik menjadi
sinar monokromatik sebagai sumber
cahaya. Dalam percobaan ini kita akan
Pemekatan Larutan Garam
Dari praktikum pemekatan larutan
garam, diperoleh data dalam bentuk
grafik sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
y = 0,0019x + 0,0562
R² = 0,9902
Grafik ln ((XfXo)/(Xf-X))
terhadap t
Linear (Grafik ln
((Xf-Xo)/(Xf-X))
terhadap t)
0
100
200
300
400
Waktu (detik)
Konsentrasi
Grafik X brix terhadap t
14
12
10
8
6
4
2
0
y = 0,0354x + 1,9881
R² = 0,9762
Grafik X brix
terhadap t
Linear (Grafik X
brix terhadap t)
0
100
200
300
sebesar 0,9902 yang berarti hanya sekitar
99,02% data yang dapat dijelaskan. Hal ini
membuktikan bahwa akurasi data hampir
menunjukkan titik 100% dan data tersebut
dapat dikatakan mendekati akurat.
Pada pemekatan larutan garam ini,
proses aliran massa yang terjadi adalah
stasioner dan tak stasioner. Proses
stasioner ini terjadi pada saat tangki
pengaduk karena pada saat itu, tidak ada
perubahan apapun yang melibatkan waktu
dan merupakan sistem operasi kontinyu.
Sedangkan aliran komponen terkandungnya, yaitu larutan garam, prosesnya adalah
tak stasioner karena terjadi pemekatan atau
perubahan konsentrasi yang dipengaruhi
oleh waktu.
Pemekatan Larutan Gula
Dari praktikum pemekatan larutan
gula, diperoleh data dalam bentuk grafik
sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
(Sumber
: Dokumentasi pribadi, 2017)
0,3
Aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
y = 0,0006x + 0,0516
0,25
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
R² = 0,5023
0,2
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Grafik ln ((Xfaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
0,15
Xo)/(Xf-X))
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
terhadap t
0,1
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Linear (Grafik ln
0,05
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
((Xf-Xo)/(Xf-X))
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
0
terhadap t)
Berdasarkan
grafik
di
atas,
pada
0
100 200 300 400
Waktu (detik)
Grafik X brix terhadap t
12
400
Berdasarkan grafik di atas, pada
pemekatan larutan garam terjadi proses
peningkatan konsentrasi yang berbanding
lurus dengan kenaikan waktunya. Dari
hasil kedua grafik di atas juga dapat
diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
y = 0,0258x + 2,47
R² = 0,5165
10
Waktu (detik)
Konsentrasi
Konsentrasi
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
terhadap waktu bernilai 0,0019 dan
intercept nya 0,0562. R2 pada data tersebut
terhadap waktu yaitu
di grafik
Konsentrasi
melihat garis batas antar gelap dan
terang.
Dengan
mengubah-ngubah
kompensator sehingga garis batas dan
gelap terlihat jelas dan tidak terdapat
warna lagi, dengan garis batas gelap dan
terang yang sangat jelas ini kita dapat
menentukkan indeks bias dari zat cair
yang ingin kita ketahui dengan melihat
skala yang terdapat pada refraktometer
yang merupakan hasil dari derajat brix
itu sendiri.
8
Grafik X brix
terhadap t
6
4
Linear (Grafik X
brix terhadap t)
2
0
0
100
200
300
Waktu (detik)
400
terhadap waktu bernilai 0,0006 dan
intercept nya 0,0516. R2 pada data tersebut
di grafik
terhadap waktu yaitu
sebesar 0,5023 yang berarti hanya sekitar
50,023% data yang dapat dijelaskan. Hal
ini membuktikan bahwa akurasi data jauh
dengan 100% dan data tersebut masih jauh
dari akurat. Hal ini dikarenakan saat
praktikum
terdapat
kesalahan
dari
praktikan yang tidak menghitung detik ke
15 dan kurang bersih membilas pipet yang
sebelumnya digunakan untuk pengenceran
larutan gula.
Pada pemekatan larutan gula ini,
proses aliran massa yang terjadi adalah
stasioner dan tak stasioner. Proses
stasioner ini terjadi pada saat tangki
pengaduk karena pada saat itu, tidak ada
perubahan apapun yang melibatkan waktu
dan merupakan sistem operasi kontinyu.
Sedangkan aliran komponen terkandungnya, yaitu larutan gula, prosesnya adalah
tak stasioner karena terjadi pemekatan atau
perubahan konsentrasi yang dipengaruhi
oleh waktu.
Pengenceran Larutan Garam
Dari praktikum pengenceran larutan
garam, diperoleh data dalam bentuk grafik
sebagai berikut:
(Sumber : Dokumentasi pribadi, 2017)
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
Konsentrasi
2
y = 0,0057x - 0,0052
R² = 0,9727
Grafik ln ((XfXo)/(Xf-X))
terhadap t
1,5
1
0,5
Linear (Grafik ln
((Xf-Xo)/(Xf-X))
terhadap t)
0
0
100
200
300
Waktu (detik)
400
Grafik X brix terhadap t
10
y = -0,0249x + 8,7203
R² = 0,9702
8
Konsentrasi
pemekatan larutan gula terjadi proses
peningkatan konsentrasi yang berbanding
lurus dengan kenaikan waktunya. Dari
hasil kedua grafik di atas juga dapat
diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
6
Grafik X brix
terhadap t
4
Linear (Grafik X
brix terhadap t)
2
0
0
100
200
300
400
Waktu (detik)
Berdasarkan grafik di atas, pada
pengenceran larutan garam terjadi proses
penurunan konsentrasi yang berbanding
lurus dengan kenaikan waktunya. Dari
hasil kedua grafik di atas juga dapat
diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
terhadap waktu bernilai 0,0057 dan
intercept nya -0,0052. R2 pada data
tersebut di grafik
terhadap
waktu yaitu sebesar 0,9727 yang berarti
hanya sekitar 97,27% data yang dapat
dijelaskan. Hal ini membuktikan bahwa
akurasi data hampir menunjukkan titik
100% dan data tersebut dapat dikatakan
mendekati akurat.
Pada pengenceran larutan garam ini,
proses aliran massa yang terjadi adalah
stasioner dan tak stasioner. Proses
stasioner ini terjadi pada saat tangki
pengaduk karena pada saat itu, tidak ada
perubahan apapun yang melibatkan waktu
dan merupakan sistem operasi kontinyu.
Sedangkan aliran komponen terkandungnya, yaitu larutan garam, prosesnya adalah
tak stasioner karena terjadi pengenceran
atau
perubahan
konsentrasi
yang
dipengaruhi oleh waktu.
Pengenceran Larutan Gula
Dari praktikum pengenceran larutan
gula, diperoleh data dalam bentuk grafik
sebagai berikut:
(Sumber: Dokumentasi pribadi, 2017)
Grafik ln ((Xf-Xo)/(Xf-X)) terhadap t
1
y = 0,0012x + 0,291
R² = 0,2756
Konsentrasi
0,8
0,6
Grafik ln ((XfXo)/(Xf-X))
terhadap t
0,4
0,2
0
0
100
200
300
400
Linear (Grafik ln
((Xf-Xo)/(Xf-X))
terhadap t)
Pada pengenceran larutan gula ini,
proses aliran massa yang terjadi adalah
stasioner dan tak stasioner. Proses
stasioner ini terjadi pada saat tangki
pengaduk karena pada saat itu, tidak ada
perubahan apapun yang melibatkan waktu
dan merupakan sistem operasi kontinyu.
Sedangkan aliran komponen terkandungnya, yaitu larutan gula, prosesnya adalah
tak stasioner karena terjadi pengenceran
atau
perubahan
konsentrasi
yang
dipengaruhi oleh waktu.
KESIMPULAN
Waktu (detik)
Grafik X brix terhadap t
25
y = -0,0188x + 19,168
R² = 0,0783
Konsentrasi
20
Grafik X brix
terhadap t
15
10
Linear (Grafik X
brix terhadap t)
5
0
0
100
200
300
Berdasarkan hasil praktikum,
dapat diketahui bahwa dalam suatu
proses pengolahan pangan sistem operasi
stasioner dan tak stasioner dapat
berlangsung
dalam
satu
proses
pengolahan. Keadaan stasioner adalah
ketika tangki pengaduk dijalankan, dan
keadaan tak stasioner adalah ketika
komponen yang terdapat pada tangki
pengaduk tersebut mengalami perubahan
konsentrasi seiring dengan berjalannya
waktu.
400
Waktu (detik)
Berdasarkan grafik di atas, pada
pengenceran larutan gula terjadi proses
penurunan konsentrasi yang berbanding
lurus dengan kenaikan waktunya. Dari
hasil kedua grafik di atas juga dapat
diketahui slope dan intercept nya, juga R2.
Slope pada data di grafik
terhadap waktu bernilai 0,0012 dan
intercept nya 0,291. R2 pada data tersebut
di grafik
terhadap waktu yaitu
sebesar 0,2756 yang berarti hanya sekitar
27,56% data yang dapat dijelaskan. Hal ini
membuktikan bahwa akurasi data sangat
jauh sekali dengan 100% dan data tersebut
masih jauh dari akurat. Hal ini dikarenakan
saat praktikum terdapat kesalahan dari
praktikan yang tidak menghitung detik ke
15 dan detik ke 285, juga diperkirakan
praktikan kurang bersih membilas pipet
yang sebelumnya digunakan untuk
pemekatan larutan gula.
DAFTAR PUSTAKA
S. Bani, M. Abduh. 2015. Refraktometer
Abbe. Jurnal Program Studi Fisika
FMIPA. Universitas Padjadjaran:
Jatinangor
Brady, J. E. 1999. Kimia Universitas Asas
dan Struktur. Binarupa Aksara:
Bandung
Hidayanto, Eko dkk. 2010. Aplikasi
Portable
Brix
Meter
untuk
Pengukuran Indeks Bias. Jurnal
Program Studi Fisika FMIPA vol.
13.
Universitas
Diponegoro:
Semarang
Toledo, R.T. 1993. Fundamentals of Food
Process Engineering. Chapman &
Hall: New York
LAMPIRAN
Tabel hasil pengamatan
(Sumber: Dokumentasi pribadi, 2017)
1. Tabel Pemekatan Garam
waktu
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285
300
ln (Xf-Xo)/(Xfx= O X)
brix
Xf: 26 ; Xo: 0
1.8
0.071744
2.1
0.084218
3.2
0.131336
3.9
0.162519
5
0.213574
5.8
0.252414
6.1
0.267377
6.9
0.308408
7
0.313658
7.5
0.340326
8
0.367725
8.9
0.419018
9.25
0.439698
10
0.485508
10
0.485508
10.01
0.486133
10.9
0.543402
11.1
0.556735
11.9
0.611922
11.9
0.611922
2. Tabel Pemekatan Gula
waktu
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
ln (Xf-Xo)/(Xfx= O X)
brix
Xf: 50,2 ; Xo: 0
0
0
0.9
0.018091
1.7
0.034451
4.7
0.098303
3.4
0.070132
8
0.173595
10.6
0.237186
11
0.247338
5
0.104918
5.5
0.116042
5.7
0.120526
180
195
210
225
240
255
270
285
300
6.55
6.6
7.4
7.55
8.4
8.9
9.1
9.6
9.95
0.139812
0.140958
0.159477
0.162988
0.183119
0.195153
0.200007
0.212247
0.220905
3. Tabel Pengenceran Gula
waktu
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285
300
ln (Xf-Xo)/(Xfx= O X)
brix
Xf: 0 ; Xo: 30,5
0
0
22.9
0.28659
21.2
0.363726
20.1
0.417007
19.9
0.427007
19.6
0.442197
19.1
0.468038
18.9
0.478565
18.5
0.499956
17.7
0.544162
17.6
0.549828
17.4
0.561256
17.2
0.572817
17.1
0.578648
16.5
0.614366
16.5
0.614366
15.5
0.676887
14.8
0.7231
0
0
13.8
0.793058
4. Tabel Pengenceran Garam
x= O ln (Xf-Xo)/(Xf-X)
waktu brix
Xf: 0 ; Xo:10,4
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