LAPORAN PRAKTIKUM SATUAN OPERASI INDUSTRI
“Pengentalan “Pengentalan dan Penguapan Produk Pertanian Cair”
Oleh :
Nama
: Irman Riyanto
NPM
: 240110060017
Hari,T Hari,Tgl. gl. Prakti Praktikum kum : Selas Selasa, a, 13 Mei 2008 2008 Co.Ass
: Anggita D.H.
Laboratorium Teknologi Proses Jurusan Teknik dan Manajemen Industri Pertanian Fakultas Teknologi Industri Pertanian Universitas Padjadjaran 2008
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Latar Belakan Belakang g
Berbag Berbagai ai jenis jenis produk produk pertan pertanian ian terutama terutama produk produk cair cair sangat sangat sensit sensitif if terhada terhadap p lamany lamanyaa waktu waktu penyim penyimpan panan an atau atau kurang kurang tahan tahan lama, lama, sehing sehingga ga diperlu diperlukan kan proses proses atau atau perlak perlakuan uan khusu khususs untuk untuk menang menangani ani hasil hasil produk produk pertanian yang berupa produk cair. Salah satunya adalah proses evaporasi dalam dalam pengol pengolaha ahan n produk produk pangan pangan untuk untuk mengur mengurang angii atau menghi menghilan langka gkan n kandungan air yang berlebih pada produk pangan, kandungan air berlebih tersebut dapat mempercepat porses pembusukan atau membuat produk pangan tersebut tidak tanah lama. Fungsi dari evaporasi tersebut untuk memperlambat proses pembususkan pada produk pangan atau membuat produk pangan dapat berta bertahan han lama lama (awet). (awet). Proses Proses menghi menghilan langka gkan n kandun kandungan gan air pada pada bahan bahan makanan cair untuk mendapatkan larutan dengan konsentrasi tertentu dapat diaplikasikan berupa evaporasi dalam industri pengolahan pangan seperti : produk olahan buah dan sayuran, permen keras, pemurnian gula, garam, sirup, produk susu dan turunannya.
1.2 Tujuan Tujuan Praktikum Praktikum
1) Memp Mempel elaj ajar arii peru perub bahan ahan titi titik k did didih prod produk uk perta ertani nian an cair cair sela selama ma pemanasan dan penguapan. 2) Memp Mempel elaj ajari ari laju laju perp perpin inda daha han n pana panass dan dan laju laju peng pengua uapa pan n prod produk uk cair cair selama pemanasan dan penguapan.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Latar Belakan Belakang g
Berbag Berbagai ai jenis jenis produk produk pertan pertanian ian terutama terutama produk produk cair cair sangat sangat sensit sensitif if terhada terhadap p lamany lamanyaa waktu waktu penyim penyimpan panan an atau atau kurang kurang tahan tahan lama, lama, sehing sehingga ga diperlu diperlukan kan proses proses atau atau perlak perlakuan uan khusu khususs untuk untuk menang menangani ani hasil hasil produk produk pertanian yang berupa produk cair. Salah satunya adalah proses evaporasi dalam dalam pengol pengolaha ahan n produk produk pangan pangan untuk untuk mengur mengurang angii atau menghi menghilan langka gkan n kandungan air yang berlebih pada produk pangan, kandungan air berlebih tersebut dapat mempercepat porses pembusukan atau membuat produk pangan tersebut tidak tanah lama. Fungsi dari evaporasi tersebut untuk memperlambat proses pembususkan pada produk pangan atau membuat produk pangan dapat berta bertahan han lama lama (awet). (awet). Proses Proses menghi menghilan langka gkan n kandun kandungan gan air pada pada bahan bahan makanan cair untuk mendapatkan larutan dengan konsentrasi tertentu dapat diaplikasikan berupa evaporasi dalam industri pengolahan pangan seperti : produk olahan buah dan sayuran, permen keras, pemurnian gula, garam, sirup, produk susu dan turunannya.
1.2 Tujuan Tujuan Praktikum Praktikum
1) Memp Mempel elaj ajar arii peru perub bahan ahan titi titik k did didih prod produk uk perta ertani nian an cair cair sela selama ma pemanasan dan penguapan. 2) Memp Mempel elaj ajari ari laju laju perp perpin inda daha han n pana panass dan dan laju laju peng pengua uapa pan n prod produk uk cair cair selama pemanasan dan penguapan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Evaporator Istilah-Istilah dalam Evaporasi •
Feed (F), larutan yang diuapkan (fase padat menjadi fase cair).
•
Concentrate (P) , produk hasil pengentalan fase akhir larutan.
•
Condensate (C), hasil kondensasi steam
•
Vapor (V), uap
•
Steam (S), uap jenuh
Faktor yang mempengaruhi kecepatan evaporasi
a. b.
Suhu max yang bisa diberikan terhadap feed Laju pindah panas
c.
Jumlah en energi ya yang dibutuhkan un untuk menguapkan se setiap kg kg air
d.
Tekanan evaporasi
e.
Segala perubahan yang terjadi selama proses evaporasi, seperti : o
Elevasi titik didih (Boiling Point Elevation)
o
Kehilangan aroma (Loss of volatile)
o
Gas yang tidak terkondensasi (Noncondensible gas)
o
Sensitivitas panas bahan (Thermal sensitivity of food)
o
Sifat Sifat fisik fisik dan kimia kimia bahan bahan (Phys (Physica icall and chemic chemical al
properties of food) Penggerakan permukaan pindah panas (Fouling of Heat
o
Transfer Surface) Hal yang harus diperhatikan dalam proses evaporasi : Suhu pemanasan produk < 100 0C Sirkulasi cairan dalam evaporator Viskositas naik, titik didih naik, fraksi padat naik Adanya busa dalam proses evaporasi menyebabkan pemisahan uap-cairan
sulit
Cara Analisis A. Pengukuran Kenaikan Titik Didih
1.
Menghitung Gula/Garam yang ditambahkan (gram) Gram terlarut
=
ml
400
ml
1000
×C ×Mr
C = konsentrasi larutan Mr = berat molekul gula C 6H12O6 = 288 dan garam NaCl = 56 2.
Menghitung molalitas larutan (m) m
3.
=
gram terlarut BM terlarut ( Mr )
∆ T b
Menghitung
∆ T b =
×
1000 gram pelarut
tiap konsentrasi larutan
R g ⋅ T A O
2
⋅ M A ⋅ m
H u ⋅ 1 0 0 0
Keterangan : ∆ T b
= perubahan kenaikan suhu titik didih dengan penambahan konsentrasi (K)
R g = tetapan gas ideal (8,314 J/mol K) T AO = Titik didih pelarut murni = 100 0C (373 K) M A = BM pelarut H2O (Mr =18)
m
= molalitas larutan (mol)
Hu = panas laten penguapan air (4,0624 x 10 4 J/mol) 4.
Membuat grafik Tc perhitungan dan Tc pengukuran vs. konsentrasi(%)
B. Penentuan Laju Penguapan dan Laju Perpindahan Panas
Laju penguapan (qu) → qu = H u
∆M ∆t
Keterangan : Hu
= panas laten penguapan air = 2257 kJ/kg
qu
= laju penguapan (Watt)
∆M ∆t
= laju perubahan massa (kg/s) → slope grafik M vs. t
Laju perpindahan panas (qc)
qc
=
m ⋅ C p
⋅
∆T ∆t
Keterangan : qc = laju perpindahan panas (Watt)
m = massa larutan (kg) C p = kalor jenis pelarut = 4,180 kJ/kg K ∆T ∆t
= laju perubahan suhu larutan (K/s) slope grafik T vs. t
Laju panas keseluruhan (U)
qv
=U ⋅ A(T d −T c )........(
1)
qv = qu + qc …………..(2) = H u
⋅
∆M ∆t
+ m ⋅ C p ⋅
∆T ∆t
Glukosa (C6H12O6) dan Natrium Klorida (NaCl)
Glukosa/Gula Gula adalah bentuk dari karbohidrat, jenis gula yang paling sering digunakan adalah kristal sukrosa padat. Gula digunakan untuk merubah rasa dan keadaan makanan atau minuman. Gula sederhana seperti glukosa (yang diproduksi dari sukrosa dengan enzim atau hidrolisis asam) menyimpan energi yang akan digunakan oleh sel.
Garam/Natrium klorida Natrium klorida (NaCl) adalah bahan utama garam dapur. Pengertian secara kimiawi, garam adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion positif (kation) dan ion negatif (anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa bermuatan). Garam terbentuk dari hasil reaksi asam dan basa. Natrium klorida (NaCl), bahan utama garam dapur adalah suatu garam. Larutan garam dalam air merupakan larutan elektrolit, yaitu larutan yang dapat menghantarkan arus
listrik. Cairan dalam tubuh makhluk hidup mengandung larutan garam, misalnya sitoplasma dan darah. Reaksi kimia untuk menghasilkan garam antara lain 1. Reaksi antara asam dan basa, misalnya HCl + NH3 → NH4Cl. 2. Reaksi antara logam dan asam kuat encer, misalnya Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2 Terbentuknya garam ini umumnya akibat dari penguapan air yang mengandung garam seperti air laut yang banyak mengandung ion-ion Na + (Sodium) dan Cl- (Cloride). Di antara tahapan proses yang dipergunakan, kristalisasi merupakan salah satu proses dalam produksi garam farmasetis. Di samping untuk menghasilkan kristal garam, kristalisasi juga dimaksudkan untuk menghasilkan produk kristal dengan kemurnian, ukuran dan jumlah tertentu. Kristalisasi Garam diproleh dari
proses pembentukan fase padat
(kristal) komponen tunggal dari fase cair (larutan atau lelehan) yang multi komponen, dan dilakukan dengan cara pendinginan, penguapan dan atau kombinasi pendinginan dan penguapan. Proses pembentukan kristal dilakukan dalam
tiga tahap,
(supersaturation),
(2)
yaitu
(1)
pencapaian
pembentukan
kondisi
inti kristal
super/lewat
(nucleation),
jenuh
dan
(3)
pertumbuhan inti kristal menjadi kristal (crystal growth). Kondisi super jenuh dapat dicapai dengan pendinginan. Penguapan, penambahan presipitan atau sebagai akibat dari reaksi kimia antara dua fase yang homogen. Sedangkan pembentukan
inti
kristal
terjadi
setelah
kondisi
super/lewat
jenuh
(supersaturated) tercapai.
2.4 Penguapan
Penguapan adalah proses yang sering dipergunakan oleh ahli pengolahan pangan. Beberapa jenis pangan dapat dikonsumsi sebagai cairan pemerasan hasil pertanian antara lain berupa jus, sari buah, nira maupun susu yang langsung merupakan hasil produk ternak. Faktor dasar yang mempengaruhi laju penguapan adalah : a) Laju panas pada waktu dipindahkan ke bahan cair. b) Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan setiap pound cair.
c) Suhu maksimum yang diperkenankan untuk bahan cair. d) Tekanan pada saat penguapan terjadi. e) Perubahan lain yang mungkin terjadi di dalam bahan selama proses penguapan berlangsung. Sebagai suatu bagian proses di dalam pabrik, secara prinsip alat penguapan mempunyai 2 fungsi yaitu merubah panas dan memisahkan uap yang terbentuk dari bahan cair. Ketentuan-ketentuan yang penting pada praktek penguapan adalah : 1) Suhu maksimum yang diperkenankan, yang sebagian besar di bawah 212°F 2) Promosi perputaran bahan cair melalui permukaan pindah panas untuk mempertahankan koefisisen pindah panas
yang tingi
dan
untuk
menghindari setiap pemanasan lokal yang terlalu tinggi. 3) Kekentalan bahan cair yang selalu meningkat dengan cepat karena meningkatnya jumlah bahan yang tidak telarut. 4) Setiap kecenderungan untuk berbusa yang akan mempersulit pemisahan bahan cair dengan uap.
2.5
Alat Penguapan ( Evaporator )
Alat penguapan yang dibuat khas dari tiga bagian yang penting, yaitu penukar panas, bagian penguapan tempat bahan cair dididihkan dan diuapkan, dan alat pemisah, tempat uap meninggalkan bahan cair keluar ke alat pengembun atau ke peralatan lain. Pada sebagian besar alat penguapan, ketiga bagian ini diletakkan dalam suatu silinder tegak. Di tengah-tengah silinder terdapat bagian pemanasan uap, dengan beberapa pipa, melalui bagian ini tempat yang akan diuapkan timbul. Pada bagian puncak silinder terdapat plat yang membiarkan uap terlepas, akan tetapi butir-butir kecil yang mungkin terbawa uap dari permukaan bahan cair ditahan. Pada bagian pengukur panas disebut celendria pada jenis alat penguap ini, uap diembunkan di dalam pembungkus dan bahan cair yang akan diuapkan dididihkan pada bagian dalam pipa dan di dalam ruangan di atas piringan pipa
palig atas. Tahanan terhadap aliran panas ditimbulkan oleh uap dan koefisien lapisan bahan cair, dan juga oleh bahan pipa. Perputaran bahan cair sangat mempengaruhi laju penguapan, akan tetapi kecepatan dan koefisien pindah panas keseluruhan yang telah dilaporkan untuk alat penguapan antara 300-600 BTU/kaki2 jam°F (1500 kcal/m2 jam °C). untuk penguapan air destilasi di dalam alat penguapan dengan pipa tegak dan dengan panas diberikan oleh uap yang diembunkan. Ketika proses penguapan berlangsung, bahan cair yang tertinggal menjadi lebih pekat dan karena oleh peningkatan kepekatan ini, maka suhu didih meningkat. Kenaikan suhu didih
mengurangi penurunan
suhu yang
diperkenankan apabila dianggap tidak ada perubahan pada sumber panas. Laju pindah panas keseluruhan juga akan menurun. Demikian juga dengan kekentalan bahan cair akan meningkat, sering sangat tinggi, dan ini mempengaruhi perputaran dan koefisien pindah panas kembali menjadi lebih rendah daripada laju pendidihan. Pindah panas dalam alat penguapan diatur oleh persamaan pindah panas untuk pendidihan bahan cair dan dengan persamaan konveksi serta konduksi. Panas yang harus dihasilkan dari sumber, pada suhu yang sesuai dan dalam beberapa hal sumber adalah uap. Uap diperoleh baik langsung dari boiler atau dari suatu tahapan penguapan dalam alat penguapan lain. Uap yang bertekanan rendah dapat juga dipergunakan akan tetapi isis yang terlalu besar menimbulkan persoalan dalam perencanaan alat. Perputaran bahan cair di dalam alat penguapan merupakan hal yang penting, oleh karena perputaran ini mempengaruhi laju pindah panas dan bertambah tinggi laju penguapan diperoleh dari hasil perputaran yang baik.
2.6
Titik didih
Pada saat penguapan berlangsung, bahan cair yang tertinggal di dalam alat penguapan menjadi lebih kental dan titik didihnya akan naik. Perkembangan elevasi titik didih tergantung pada sifat bahan yang akan diuapkan dan pada perubahan konsentrasi yang dihasilkan. Pada alat penguapan berganda, yaitu efek yang disusun secara seri, titik didih akan meningkat dari efek yang satu
ke efek yang lain ketika konsentrasi meningkat. Penurunan suhu yang relatif terlihat, dibutuhkan untuk pindah panas, meskipun titik didih lebih tinggi, oleh karena suhu pengembunan uap di dalam pembangkit uap pada efek berikutnya tetap uap murni. Ketika konsentrasi meningkat, kekentalan bahan cair juga meningkat. Peningkatan kekentalan bahan cair mempengaruhi pindah panas dan ini selalu mengakibatkan batas terhadap perkembangan penguapan secara praktek. Tidak ada metoda langsung dalam memperkirakan perkembangan elevasi titik didih di dalam larutan yang telah dipekatkan, yang dijumpai dalam penguapan. Kebanyakan bahan cair memilik titik didih pada berbagai konsentrasi yang sudah ada di dalam pustaka, dan ini dapat dikembangkan dengan mempergunakan hubungan yang dikenal dengan nama Aturan Duhring. Aturan ini menyatakan bahwa perbandingan suhu-suhu pada saat dua larutan menimbulkan tekanan uap yang sama, akan tetap.
2.7
Perpindahan Panas
Perpindahan panas adalah pemindahan atau penjalaran panas dari satu tempat ke tempat yang lain karena adanya gradien suhu antara kedua tempat yang bersangkutan dikenal dengan Heat Transfer . Yang menjadi pendorong terjadinya pindah panas adalah beda suhu. Pindah panas merupakan proses dinamis, yaitu panas dipindahkan secara spontan dari satu badan ke badan lain yang lebih dingin. Kecepatan dari pindah panas bergantung dari perbedaan suhu antara kedua badan, semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan pindah panas. Perbedaan suhu antara sumber panas dan penerima panas merupakan gaya tarik dalam pindah panas. Apabila suhu meningkat, maka akan meningkatkan juga gaya tarik sehingga kecepatan pindah panas akan meningkat. Perbedaan suhu antara sumber panas dan penerima panas merupakan gaya tarik dalam pindah panas. Peningkatan perbedaan suhu akan meningkatkan gaya tarik sehingga meningkatkan kecepatan pindah panas. Panas yang melalui satu badan dari badan lain, pindah menembus beberapa perantara, yang pada umumnya memberikan penahanan pada aliran panas. Kedua faktor ini, yaitu
perbedaan suhu dan penahan aliran panas, mempengaruhi kecepatan pindah panas. Kedua faktor ini, yaitu perbedaan suhu dan penahan aliran panas, mempengaruhi kecepatan pindah panas. Faktor-faktor ini dihubungi oleh persamaan : Kecepatan pindah = gaya tarik/penahan
Untuk pindah panas : Laju pindah panas = perbedaan suhu/penahan perantara aliran panas
Selama pengolahan, suhu banyak berubah, sehingga laju pindah panas akan berubah. Hal ini disebut pindah panas tidak tetap, sebagai lawan pindah panas tetap, yaitu suhu selama proses tidak berubah. Pindah panas tidak tetap jauh lebih kompleks, karena adanya penambahan variabel waktu masuk ke dalam persamaan kecepatan. Pindah panas dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu : 1. Konduksi Konduksi adalah proses perpindahan panas yang ditransfer akibat adanya saling tukar-menukar energi kinetik antara molekul-molekul bahan tanpa ada penggeseran tempat dari molekul yang bersangkutan. Pada konduksi, energi molekul langsung berubah dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, molekul dengan energi yang lebih besar memindahkan sebagian energi ke molekul tetangganya yang berenergi lebih sedikit. Dalam sistem tidak terjadi transfer molekuler, tetapi yang terjadi adalah transfer energi antara molekul yang satu ke molekul yang lain yang berdekatan. Konduksi merupakan mekanisme utama dalam proses transfer panas dalam benda padat. Konduksi Panas Dalam hal konduksi panas, persamaan laju
gaya tarik/tekanan, dapat
langsung diterapkan. Gaya tarik adalah perbedaan setiap satuan jarak yang ditempuh oleh perpindahan panas , dikenal dengan nama beda suhu. Selain tahanan aliran panas, kebalikannya disebut penghantar ( conductance ) juga dipergunakan. Hal ini merubah bentuk persamaan menjadi : Laju pindah panas = gaya tarik x penghantar Yaitu : dQ/dθ = kA dt/dx
di mana : dQ/dθ adalah laju pindah panas tiap satuan waktu, A adalah luas penampang jalur pindah panas, dt/dx adalah beda suhu, yaitu laju perubahan suhu per satuan panjang jalur dan k adalah daya hantar panas bahan perantara. Aliran panas dari bagian terpanas ke bagian terdingin adalah dalam arah gradien suhu neragtif. Jadi, tanda min harus ada, pada persamaan Fourrier. Akan tetapi pada persoalan yang sederhana, arah aliran panas kabur dan tanda min
dipertimbangkan
meragukan
daripada
menolong
sehingga
tidak
dipergunakan. Pada konduksi, energi molekul langsung berubah dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, molekul dengan energi yang lebih besar memindahkan sebagian energi ke molekul tetangganya yang berenergi lebih sedikit. Biasanya diaplikasikan pada benda-benda solids. 2. Konveksi Konveksi yaitu perpindahan energi yang terjadi saat molekul mengalami proses energi tingkat tinggi yang berpindah ke bagian lain pada sistem tersebut. Mekanisme transfer panas pada proses ini yaitu
akibat gerakan
molekuler, bisa juga terjadi karena adanya gaya mekanis dari luar (misalnya pemompaan, pengipasan, dll), keadaan ini disebut konveksi paksa ( forced
convection ). Gerakan konstan yang terjadi karena molekul berpindah dari satu posisi dan digantikan posisinya oleh molekul lainnya dinamakan konveksi alami. Sedangkan jika perpindahan molekul dipengaruhi oleh gerakan atau dorongan dari luar dinamakan konveksi paksa. Biasanya diaplikasikan di perpindahan panas pada cairan atau gas. Konveksi paksa merupakan konveksi yang terjadi karena adnya paksaan dari luar yang menyebabkan fluida mengalir . Bentuk paksaan tersebut antara lain pemompaan, pengipasan, dll. Karena pada umumnya pada konveksi paksa karena fluida digerakkan/dialirkan dengan pemompaan dan pengipasan, maka sistem sangat diperngaruhi oleh kecepatan gerakan fluida. Dalam mempelajari konveksi paksa, perlu diketahui bilangan-bilangan tidak berdimensi yaitu
bilangan Prandtl, bilangan Nusselt dan bilangan Reynold. Konveksi biasanya diaplikasikan di perpindahan panas pada cairan atau gas.
3. Radiasi Radiasi yaitu perpindahan energi dari materi yang satu ke materi yang lainnya dengan menggunakan gelombang elektromagnetik. Tidak ada kontak antar molekul dalam hal perpindahan panas dengan cara radiasi. Panas radiasi ditransfer dari sebuah benda yang mempunyai suhu relatif tinggi ke benda lain yang bersuhu relatif rendah dengan melintasi ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Perpindahan panas erat kaitannya dengan suhu. Suhu bisa didefinisikan sebagai derajat termal yang disebabkan oleh gerakan molekul pada suatu materi. Suhu diindikasikan dengan alat ukur yang menunjukkan suhu dari elemen yang diukur, bukan suhu dari medium yang kontak langsung dengan elemen tersebut. Keakuratan dari pengukuran bergantung pada bagaimana panas berpindah ke elemen yang diukur panasnya tersebut. Perpindahan panas erat kaitannya dengan suhu. Suhu bisa didefinisikan sebagai derajat termal yang disebabkan oleh gerakan molekul pada suatu materi. Perubahan gerakan molekul pada zat cair atau gas akan menyebabkan perubahan tekanan dan volume sedangkan pada benda padat akan terjadi perubahan dimensi. Suhu diindikasikan dengan alat ukur yang menunjukkan suhu dari elemen yang diukur, bukan suhu dari medium yang kontak langsung dengan elemen tersebut. Keakuratan dari pengukuran bergantung pada bagaimana panas berpindah ke elemen yang diukur panasnya tersebut. Suhu memasuki alat tersebut yang nantinya akan mengukur elemen tersebut setelah pergantian panas mencapai titik ekuilibrium.
2.8
Daya Hantar Panas
Daya hantar panas pada beberapa benda dapat dihitung. Daya hantar panas sedikit mengalami perubahan akibat pengaruh suhu, akan tetapi dalam beberapa penggunaan hal ini dapat danggap tetap pada beberapa bahan
tertentu. Sebagian besar bahan pangan mengandung kadar air yang cukup tinggi, dan daya hantar panas air lebih kurang 0,35 BTU/kaki jam°F di atas 32°F ,maka daya hantar panas bahan-bahan panagn juga disekitar itu. BAB III METODOLOGI PENGAMATAN DAN PENGUKURAN
3.1 Alat dan Bahan
Alat : •
Tabung Erlenmeyer, dengan indikator volume
•
Thermometer air raksa
•
Checktemp, Termokopel
•
Kompor listrik/gas
•
Timbangan digital
•
Pengaduk Bahan :
o
Garam secukupnya
o
Gula secukupnya
o
Air
3.2 Prosedur Praktikum Percobaan pada media gula
A. Pengukuran perubahan kenaikan suhu titik didih dengan penambahan konsentrasi gula. 1. Erlenmeyer disiapkan. Air murni yang cukup panas sebanyak 400 ml dimasukkan ke dalam Erlenmeyer kemudian dipanaskan diatas pemanas sampai mencapai titik didihnya. Dilakukan pengukuran suhu titik didih pelarut murni. 2. Sementara itu dilakukan penimbangan berat gula yang akan dilarutkan. 3. Gula dilarutkan dalam Erlenmeyer berisi 400 ml air dengan konsentrasi masing-masing 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%. Setiap kali penambahan gula diukur suhu titik didih larutan. Usahakan volume larutan konstan, bila perlu tambahkan air murni untuk mengganti volume air yang teruapkan.
B. Pengukuran laju penguapan dan laju perpindahan panas 1. Erlenmeyer yang berisi larutan dengan konsentrai 25% (Percobaan A) dipanasi lebih lanjut. 2. Termokopel diletakkan di dinding Erlenmeyer agar diketahui perubahan suhunya. 3. Setiap 3 menit dilakukan pencatatan suhu larutan, suhu dinding Erlenmeyer dan volume cairan. Pemanasan dan pengukuran dilakukan sampai volume larutan tinggal ½ dari volume awalnya. 4. Tebal erlenmeyer dan ukuran diameter erlenmeyer diukur.
Percobaan pada media garam
A. Pengukuran perubahan kenaikan suhu titik didih dengan penambahan konsentrasi garam 1. Erlenmeyer disiapkan. Air murni yang cukup panas sebanyak 400 ml dimasukkan ke dalam Erlenmeyer kemudian dipanaskan diatas pemanas sampai mencapai titik didihnya. Dilakukan pengukuran suhu titik didih pelarut murni. 2. Sementara itu dilakukan penimbangan berat garam yang akan dilarutkan. 3. Garam dilarutkan dalam Erlenmeyer berisi 400 ml air dengan konsentrasi masing-masing 0%, 5%, 10%, 30%, 50%, 70%. Setiap kali penambahan garam diukur suhu titik didih larutan. Usahakan volume larutan konstan, bila perlu tambahkan air murni untuk mengganti volume air yang teruapkan. B. Pengukuran laju penguapan dan laju perpindahan panas 1. Erlenmeyer yang berisi larutan dengan konsentrai 70% (Percobaan A) dipanasi lebih lanjut. 2. Termokopel diletakkan di dinding Erlenmeyer agar diketahui perubahan suhunya.
3. Setiap 3 menit dilakukan pencatatan suhu larutan, suhu dinding Erlenmeyer dan volume cairan. Pemanasan dan pengukuran dilakukan sampai volume larutan tinggal ½ dari volume awalnya. 4. Tebal erlenmeyer dan ukuran diameter erlenmeyer diukur. Pelaporan
1. Percobaan A : Plotkan perubahan suhu titik didih cairan (Tc perhitungan dan Tc pengukuran) vs. konsentrasi (%) pada kertas grafik. Adakah pengaruh konsentrasi terhadap kenaikan suhu titik didih larutan ? 2. Percobaan B : Tabelkan suhu cairan, volume cairan, dan suhu dinding Erlenmeyer dari waktu ke waktu. Plotkan perubahan massa vs. waktu, kemudian hitung laju penguapannya. Adakah perubahan laju penguapan ? Plotkan perubahan suhu vs. waktu, kemudian hitung laju perpindahan panasnya. Hitung laju perpindahan panas keseluruhan dari waktu ke waktu, apakah masing-masing laju masih konstan ?
BAB IV HASIL PERCOBAAN
4.1 Hasil Percobaan A media gula Suhu titik didih cairan dengan penambahan konsentrasi gula Ukuran tebal dinding Erlenmeyer : 4 mm Ukuran diamater Erlenmeyer
: 3,1 cm = 31 mm
Volume cairan
: 400 ml = 0,4 liter
Tambahan
Konsentrasi
No.
Berat Gula
Larutan Gula
1 2 3 4 5 6
(gram) 0 5,76 5,76 5,76 5,76 5,76
(%) 0 5 10 15 20 25
Suhu Titik Didih
Kenaikan Titik Didih
(0C) → (0K)
dan Air Murni (0K)
94 → 369,5 94 → 369,5 95 → 370 95 → 370,1 95 → 370,1 95 → 370,2
0 0,5 0,1 0 0,1
Percobaan B
Konsentrasi, suhu titik didih cairan dan suhu dinding Erlenmeyer selama pengentalan Ukuran tebal dinding Erlenmeyer : 4 mm Ukuran diameter Erlenmeyer
: 3,1 cm = 31 mm
Volume awal cairan
: 400 ml = 0,4 liter
Konsentrasi awal cairan
: 70 %
No. 1 2
Waktu (detik) 0 80
Volume (m3) 380 x 10 -6 375 x 10 -6
Suhu Titik Didih T b (0K) 370,2 370,2
Massa (gram) 380 x 10 -3 375 x 10 -3
3 4 5 6 7 8 9
360 540 720 900 1080 1260 1440
365 x 10 -6 350 x 10 -6 337,5 x 10 -6 325 x 10 -6 318,5 x 10 -6 312,5 x 10 -6 300 x 10 -6
365 x 10 -3 350 x 10 -3 337,5 x 10 -3 325 x 10 -3 318,5 x 10 -3 312,5 x 10 -3 300 x 10 -3
369,8 370 369,8 369,8 370 370 370
Percobaan A media garam Suhu titik didih cairan dengan penambahan konsentrasi garam Ukuran tebal dinding Erlenmeyer : 4 mm Ukuran diamater Erlenmeyer
: 3,1 cm = 31 mm
Volume cairan
: 400 ml = 0,4 liter
Tambahan
Konsentrasi
No.
Berat Garam
Larutan Garam
1 2 3 4 5 6
(gram) 0 1,12 1,12 4,48 4,48 4,48
(%) 0 5 10 30 50 70
Suhu Titik Didih 0
0
( C) → ( K)
Kenaikan Titik Didih dan Air Murni ( 0C)
96,9 → 369,9 97,5 → 370,5 97,5 → 370,5 97,7 → 370,7 97,8 → 370,8 98 → 371
(0K) 0,6 0 0,2 0,1 0,2
Percobaan B
Konsentrasi, suhu titik didih cairan dan suhu dinding Erlenmeyer selama pengentalan Ukuran tebal dinding Erlenmeyer : 4 mm Ukuran diameter Erlenmeyer
: 3,1 cm = 31 mm
Volume awal cairan
: 400 ml = 0,4 liter
Konsentrasi awal cairan
: 70 %
No.
Waktu (detik)
Volume (m3)
Suhu Titik Didih T b (0K)
Massa (gram)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
385x 10 -6 380 x 10 -6 375 x 10 -6 370 x 10 -6 365 x 10 -6 360 x 10 -6 358 x 10 -6 355 x 10 -6 350 x 10 -6 347 x 10 -6 345 x 10 -6 340 x 10 -6 335 x 10 -6 330 x 10 -6 325 x 10 -6 320 x 10 -6 315 x 10 -6 310 x 10 -6 305 x 10 -6 300 x 10 -6
0 80 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800 1980 2160 2340 2520 2700 2880 3060 3240 3420
371 370,5 370 370 370,6 370,6 370,6 370,6 371 371 371 371 371 371 371 371 371 371 371 371
385 x 10 -3 380 x 10 -3 375 x 10 -3 370 x 10 -3 365 x 10 -3 360 x 10 -3 358 x 10 -3 355 x 10 -3 350 x 10 -3 347 x 10 -3 345 x 10 -3 340 x 10 -3 335 x 10 -3 330 x 10 -3 325 x 10 -3 320 x 10 -3 315 x 10 -3 310 x 10 -3 305 x 10 -3 300 x 10 -3
BAB V PEMBAHASAN
5.1 Pembahasan percobaan A 1. Perhitungan pada Media Gula:
1.
1 Menghitung gula yang ditambahkan (gram) : 0%
=
5%
=
400 ml 1000 ml
400 ml 1000 ml
10 %
=
15 %
=
20 %
=
× 0 × 288 = 0 gram
× 0,05 × 288 = 5,76
400 ml 1000 ml 400 ml 1000 ml 400 ml 1000 ml
gram
× 0,1 × 288 = 11,52
gram
× 0,15 × 288 = 17 , 28
× 0,2 × 288 = 23 ,04
gram
gram
25 %
=
400 ml
× 0, 25 × 288 = 28 ,80
1000 ml
gram
Menghitung molalitas larutan (m) : → m = 0%
5% → m =
0 28 8
=
40 0 ×
288
0m =
400
0,05 m
10 % → m =
11,52 1000 × = 0,1 m 288 400
15 % → m
17 , 28 1000 × 288 400
25 % → m
T b ∆
1000
5,76 1000
=
=
0,15 m
23,04 1000 × = 0,2 m 288 400
→ m = 20%
Menghitung
×
28,80 1000
=
×
288
400
=
0,25 m
tiap konsentrasi larutan : 5% → ∆T b
8,314 ⋅ (373) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,05 4,0624 x10 4 ⋅ 1000
=
10% → ∆ T b
=
15 % → ∆T b
=
20% → ∆T b
=
25% → ∆T b
=
=
0,0256 K
8,314 ⋅ ( 273,5) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,1 = 0,0512 K 4,0624 x10 4 ⋅ 1000 8,314 ⋅ (373) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,15 4,0624 x10 4 ⋅ 1000 8,314 ⋅ (273) 2 ⋅ 18 ⋅ 0, 2 4,0624 x10 4 ⋅ 1000
8,314 ⋅ (373) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,25 4,0624 x10 4 ⋅ 1000
=
=
0,102 K
=
2. Perhitungan pada media garam :
Menghitung garam yang ditambahkan (gram) : 0%
=
5%
=
400 ml 1000 ml
400 ml 1000 ml
× 0 ×56 = 0 gram
× 0,05 × 56 = 1,12
0,0768 K
gram
0,128 K
10 %
=
30 %
=
50 %
=
70 %
=
400 ml 1000 ml 400 ml 1000 ml
400 ml 1000 ml 400 ml 1000 ml
× 0,1 × 56 = 2,24
gram
× 0,3 ×56 = 6,72
gram
× 0,5 ×56 = 11,2 gram
× 0,7 ×56 = 15 ,68
gram
2.2 Menghitung molalitas larutan (m) : 0
→ m = 0%
=
0m
2, 24 1000 ×
56 ×
56
→ m = 50%
→ m = 70%
0,1 m
=
0,3 m
=
0,5 m
400
11,2 1000 ×
56
=
400
6,72 1000
30% → m =
T b ∆
40 0
1,12 1000 × = 0,05 m 56 400
10 % → m =
Menghitung
1000
56
→ m = 5%
2.3.
×
400
15,68 1000 × = 0, 7 m 56 400
tiap konsentrasi larutan :
5% → ∆T b
=
10 % → ∆ T b
30% → ∆T b
50% → ∆T b
70% → ∆ T b
8,314 ⋅ (373) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,05
=
=
=
=
4,0624 x10 4 ⋅ 1000 8,314 ⋅ (373) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,1 4,0624 x10 4 ⋅ 1000 8,314 ⋅ (373) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,3 4,0624 x10 4 ⋅ 1000 8,314 ⋅ (373) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,5 4,0624 x10 4 ⋅ 1000 8,314 ⋅ (373) 2 ⋅ 18 ⋅ 0,7 4,0624 x10 4 ⋅ 1000
3. Tabel Media Garam
=
0,026 K
=
0,051 K
=
0,154 K
=
0,256 K
=
0,358 K
Tambahan
%Larutan
Berat (gram)
Garam
1
0
0
2
1,12
3
Suhu Titik Didih (0C)
Kenaikan Titik Didih dan Air Murni (0K)
Kenaikan titik didih dari air murni teori(K)
96,9 → 369,9
-
0
5
97,5 → 370,5
0,6
0.026
1,12
10
97,5 → 370,5
0
0.051
4
4,48
30
97,7 → 370,7
0,2
0.154
5
4,48
50
97,8 → 370,8
0
0.256
6
4,48
70
0,2
0.358
No.
→
98
(0K)
→
371
Grafik Perbandingan Tc Garam Hasil Praktikum dan Perhitungan Grafik Tc Garam Hasil Praktikum Grafik Tc GaramPraktikum 80 70
a r a G i s a r t n e s n o K
60 50 40 30 20 10 0 -0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
TcGaram(K)
Pers. Garis Tc GaramPraktikum Pers. Garis Tc Garam Perhitungan 80 70 a r a 60 G 50 i s a r 40 t 30 n e s 20 n o K 10
0 0
100
200
300
400
Tc Garam Grafik (10 Tc ) Garam Hasil Perhitungan -3
Pers. Garis Tc Garam Perhitungan
4. Tabel Media Gula Tambahan
Konsentrasi
Berat (gram)
Gula (%)
1
0
0
2
5,76
5
3
5,76
10
4
5,76
15
5 6
5,76 5,76
20 25
No.
dan Air Murni (0K)
Kenaikan titik didih dari air murni teori(K)
96,5 → 369,5
-
0
96,5 → 369,5
0
0.0256
0,5
0.0512
97,1 → 370,1
0,1
0.0768
97,1 → 370,1 97,2 → 370,2
0 0,1
0.102 0.128
Suhu Titik Didih (0C) →
97
Kenaikan Titik Didih
(0K)
→
370
4.1 Grafik Perbandingan Tc GulaHasil Praktikum dan Perhitungan Grafik Tc Gula Hasil Praktikum
Grafik Tc Gula Praktikum 30
a l u G i s a r t n e s n o K
25 20 15 10 5 0 -0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
TcGula(K)
Pers. Garis Tc Gula
Grafik Tc Gula Hasil Perhitungan Grafik Tc Gula Perhitungan
( 30 a 25 l u G20 i s a r 15 t n 10 e s n 5 o K 0
0
50
100
Tc Gula (10
-3
150
)
Pers. Garis Tc Gula
5.2 Pembahasan percobaan B
Pengukuran Laju Penguapan dan Laju Perpindahan Panas
dengan Media Gula
A. Media Gula Ukuran tebal dinding Erlenmeyer = 4 mm Ukuran diameter Erlenmeyer
= 3,1 cm
Volume cairan
= 400 mL
Konsentrasi awal cairan
= 70%
Waktu (detik) 0 180 360 540
qu -1,35E-01 -1,35E-01 -1,35E-01 -1,35E-01
Massa (kg) 0,380 0,375 0,365 0,350
qc -1,59E-04 -1,57E-04 -1,53E-04 -1,46E-04
qv -1,36E-01 -1,36E-01 -1,36E-01 -1,36E-01
720 900 1080 1260 1440
-1,35E-01 -1,35E-01 -1,35E-01 -1,35E-01 -1,35E-01
0,3375 0,325 0,3185 0,3125 0,300
-1,41E-04 -1,36E-04 -1,33E-04 -1,31E-04 -1,25E-04
-1,36E-01 -1,36E-01 -1,36E-01 -1,36E-01 -1,36E-01
grafik waktu terhadap massa 0.45
y =-6E-05x + 0.3821
0.4
2
R = 0.9882
0.35 0.3
s 0.25 a m 0.2
Series1 Linear (Series1
0.15 0.1 0.05 0 0
500
1000
1500
waktu
•
Laju penguapan
qu = Hu x qu = Hu x
a
∆m ∆t ∆m ∆t
, dimana : Hu = 2257 kJ/kg
= 2257 kJ/kg x (-6E-05) = -1,35E-01
2000
grafik waktu terhadap suhu 370.25
y = -0.0001x + 370.06
370.2
2
R = 0.1227
370.15 370.1
h u s
370.05
Series1
370
Linear (Series1
369.95 369.9 369.85 369.8 369.75 0
500
1000
1500
2000
waktu
•
Laju pindah panas
Contoh Perhitungan : qc = m x C p x
∆T
a
∆t
Perhitungan pada saat waktu (t) = 180 s dengan massa (m) = 0,375 kg qc = m x C p x
∆T ∆t
, dimana : C p = 4,180 kJ/kg 0K
= 0,375 kg x 4,180 kJ/kg 0K x (-0,0001) = -1,57E-04
Laju panas keseluruhan
Contoh Perhitungan : Perhitungan pada saat waktu (t) = 180 s dengan massa (m) = 0.375 kg qv = qu + qc = -1,35 E-01+ (-1,57 E-04) = -1,36E-01
Pengukuran Laju Penguapan dan Laju Perpindahan Panas
dengan Media Garam
B. Untuk praktikum garam Ukuran tebal dinding Erlenmeyer = 4 mm
Ukuran diameter Erlenmeyer
= 3,1 cm
Volume cairan
= 400 mL
Konsentrasi awal cairan
= 70%
Tinggi permukaan cairan awal
= 7 cm
Waktu (detik) 0 180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800 1980 2160 2340 2520 2700 2880 3060 3240 3420
qu -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02 -4,51E-02
Massa (kg) 0,385 0,380 0,375 0,370 0,365 0,360 0,358 0,355 0,350 0,347 0,345 0,340 0,335 0,330 0,325 0,320 0,315 0,310 0,305 0,300
qc 0,000483 0,000477 0,00047 0,000464 0,000458 0,000451 0,000449 0,000445 0,000439 0,000435 0,000433 0,000426 0,00042 0,000414 0,000408 0,000401 0,000395 0,000389 0,000382 0,000376
qv -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,47E-02 -4,48E-02 -4,48E-02 -4,48E-02
grafik waktu terhadap massa y = -2E-05x + 0.3842
0.4
2
R = 0.9932 0.35 0.3 0.25
s a m
Series1
0.2
Linear (Series1
0.15 0.1 0.05 0 0
1000
2000
waktu
3000
4000
•
Laju penguapan
qu = Hu x
∆t ∆m
qu = Hu x
a
∆m
∆t
, dimana : H u = 2257 kJ/kg
= 2257 kJ/kg x -2E-05 = -4,51E-02
grafik waktu terhadap suhu 371.4
y = 0.0003x + 370.28 2
R = 0.6192
371.2 371 370.8 h u 370.6 s 370.4
Series1 Linear (Series1
370.2 370 369.8 0
1000
2000
3000
4000
waktu
•
Laju pindah panas
Contoh Perhitungan : qc = m x C p x
∆T
a
∆t
Perhitungan pada saat waktu (t) = 180 s dengan massa (m) = 0,380 kg qc = m x C p x
∆T ∆t
, dimana : C p = 4,180 kJ/kg 0K
= 0,380 kg x 4,180 kJ/kg 0K x 0,0003 = 0,000477
•
Laju panas keseluruhan
Contoh Perhitungan : Perhitungan pada saat waktu (t) = 180 s dengan massa (m) = 0,380 kg
qv = qu + qc = -4,51 E-02 + 0,000477 = -4,47E-02
BAB VI PENUTUP
6.1 Kesimpulan
Perubahan titik didih pada produk pertanian cair selama
pemanasan dan penguapan mengalami kenaikan yang tidak begitu besar (antara ±0,1 – 0,5) dalam beberapa (%) konsentrasi larutan.
Laju perpindahan panas dan penguapan produk cair selama
pemanasan dan penguapan berjalan lambat dan tidak konstan (volumenya naik).
1.
Faktor yang mempengaruhi kecepatan evaporasi Suhu max yang bisa diberikan terhadap feed
2.
Laju pindah panas
3.
Jumlah energi yang dibutuhkan untuk menguapkan setiap kg air
4.
Tekanan evaporasi
5.
Segala perubahan yang terjadi selama proses evaporasi, seperti : o
Elevasi titik didih (Boiling Point Elevation)
o
Kehilangan aroma (Loss of volatile)
o
Gas yang tidak terkondensasi (Noncondensible gas)
o
Sensitivitas panas bahan (Thermal sensitivity of food)
o
Sifat fisik dan kimia bahan (Physical and chemical
properties of food) Penggerakan permukaan pindah panas (Fouling of Heat
o
Transfer Surface)
Hal yang harus diperhatikan dalam proses evaporasi : Suhu pemanasan produk < 100 0C Sirkulasi cairan dalam evaporator Viskositas naik, titik didih naik, fraksi padat naik Busa dalam proses evaporasi menyebabkan pemisahan uap-cairan sulit
Persyaratan untuk evaporasi yang optimum, yaitu :
o
Laju transfer panas yang cukup
o
Pemisahan cair-uap yang efektif
o
Penggunaan energi yang efesien
o
Penanganan produk yang benar 6.2 Saran
Setelah melakukan praktikum pengentalan dan penguapan produk pertanian cair, saran yang dapat diberikan antara lain sebagai berikut : 1. Pelajari terlebih dahulu materi yang akan dipraktikumkan, sehingga pada saat praktikum berlangsung setiap praktikan sudah mengetahui dasar-dasar materi dan prosedur praktikum. 2. Lakukan praktikum sesuai dengan porsedur praktikum dan ikuti arahan dari Co. ass (asisten dosen), sehingga praktikum dapat berjalan teratur.
3. Pada saat melakukan percobaan sangat diperlukan konsentrasi yang tinggi terutama dalam membaca suhu pada termometer serta pengukuran jumlah zat terlarut yang harus ditambahkan. 4. Pada saat melakukan percobaan diperlukan kehati-hatian karena percobaan menggunakan bahan cair panas sangatlah berbahaya. 5. Setelah melakukan praktikum bersihkan dan rapihkan kembali alat dan bahan praktikum karena sering terlupakan, sementara larutan hasil praktikum cukup bahaya jika tumpah karena panas.
DAFTAR PUSTAKA
o
S, Syukri., 1999. Kimia Dasar 1 . Bandung : ITB
o
Holman, J.P., 1984. Perpindahan Kalor . Jakarta : Erlangga
o
Tim Penyusun., 2006. Pedoman Praktikum Kimia Dasar . Laboratorium Kimia Program Terpadu Basic Science UNPAD
o
Rusendi, Dedi, dkk., 2008. Penuntun Praktikum MK. Satuan
Operasi Industri . Jatinangor
o
Rusendi, Dedi, dkk., 2008. Handout Evaporator . Jatinangor
LAMPIRAN
