Nilai :
LAPORAN PRAKTIKUM SATUAN OPERASI INDUSTRI (Pengentalan (Pengentalan dan Penguapan Produk Pertanian Cair)
Oleh :
Nama
: Renita Nur Trisdiana
NPM
: 240110120026 240110120026
Hari, Tanggal Praktikum: Kamis, 22 Mei 2014 Waktu
: 12.30 – 12.30 – 15.00 15.00 WIB
Co. Ass
: Novriana Ekatama
LABORATORIUM PASCA PANEN DAN TEKNOLOGI PROSES TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN 2014
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ada berbagai cara yang dilakukan agar produk pertanian dapat digunakan dalam jangka waktu yang lama. Hal tersebut dilakukan karena adanya perbedaan sifat fisik ataupun kimiawi dari produk pertanian atau pangan tersebut. salah satu proses pengawetan yang dilakukan adalah adalah pengentalan produk pertanian. Pengentalan merupakan salah satu proses pengawetan produk pangan dengan pengaturan kandungan air, intinya adalah menurunkan aktifitas air produk tersebut. Aktifitas air (Aw) suatu produk pangan akan mempengaruhi kehidupan mikroorganisme pada produk tersebut. Proses ini intensif digunakan pada industri pengolahan dairy products misalnya pada industri gula untuk mengentalkan larutan gula guna proses kristalisasi. Pada saat proses pengentalan terjadi penguapan dari produk pertanian yang menyebabkan kedua proses ini berkaitan satu sama lain. Untuk itu dilakukan pengamatan dan praktikum pengentalan dan penguapan penguapan produk pertanian cair agar mahasiswa dapat mengaplikasikan dan menerapkannya dalam bidang pertanian.
1.2 Tujuan
Tujuan dilakukan praktikum ini adalah sebagai berikut : 1.2.1 Tujuan Instruksional Umum (TIU)
Mahasiswa dapat mempelajari pengentalan dan penguapan dalam unit operasi industri hasil pertanian 1.2.2 Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
1. Mempelajari perubahan titik didih produk pertanian selama pemanasan dan penguapan 2. Mempelajari laju perpindahan panas dan laju penguapan produk cair selama pemanasan dan penguapan
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengentalan
Pengentalan merupakan proses untuk menghilangkan sebagian air pada produk pangan cair. Tujuan pengentalan adalah mengurangi sejumlah air sehingga menurunkan volume produk. Dengan turunnya volume produk pangan ini, maka akan memudahkan transportasi dan penyimpanan. Pengentalan dilakukan dengan menaikkan suhu produk sampai titik didihnya dengan lama tertentu. Untuk produk pangan yang sensitive terhadap panas, maka pengentalan dapat dilakukan dengan tekanan vakum. Pengentalan adalah proses penghilangan sebagian air dari suatu suspensi dengan proses pendidihan, biasanya dilakukan dengan alat yang disebut evaporator. Proses ini intensif digunakan pada industri pengolahan dairy products misalnya pada proses pengentalan susu, pada industri jus untuk menghasilkan jus kental, pada pada industri gula untuk mengentalkan larutan gula guna proses kristalisasi. Proses pengentalan ini kadang juga digunakan untuk menaikkan kandungan padatan persiapan untuk proses pengeringan semprot atau pengeringan beku. Pada proses pemekatan didalam evaporator, pertama panas latent medium pemanas dipindahkan ke bahan untuk menaikkan suhu bahan menuju ke titik didihnya. Empat komponen utama alat pengental (evaporator) adalah: a) tabung evaporator, b) sumber panas, c) kondensor dan d) metode untuk membuat vakum.
2.2 Penguapan (Evaporasi)
Evaporasi secara umum dapat didefinisikan dalam dua kondisi, yaitu: (1) evaporasi yang berarti proses penguapan yang terjadi secara alami, dan (2) evaporasi yang dimaknai dengan proses penguapan yang timbul akibat diberikan
uap panas ( steam) dalam suatu peralatan.Evaporasi dapat diartikan sebagai proses penguapan daripada liquid (cairan) dengan penambahan panas. Panas dapat disuplai dengan berbagai cara, diantaranya secara alami dan penambahan steam. Evaporasi diadasarkan pada proses pendidihan secara intensif yaitu: (1) pemberian panas ke dalam cairan, (2) pembentukan gelembung-gelembung (bubbles) akibat uap, (3) pemisahan uap dari cairan, dan (4) mengkondensasikan uapnya. Evaporasi atau penguapan juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan kalor ke dalam zat cair mendidih. Perbedaan evaporasi dengan metode pengeringan vakum ada pada tujuan pengolahan, produk yang dikeringkan dan hasil akhirnya. Produk akhir evaporasi adalah liquid terkonsentrasi, bukan solid. Uap air digunakan sebagai pengubah fasa saat mengkonsentrasi komponen yang tidak tahan panas seperti protein dan gula. Panas diberikan pada larutan dan sebagian dari solvent berubah menjadi uap. Proses evaporasi berlangsung pada temperatur tinggi dengan tekanan yang rendah. Dalam proses evaporasi, sisa dari proses tersebut (fase yang ditinggalkan) adalah zat cair (kadang-kadang zat cair yang sangat viskos). Dalam proses pengeringan, sisa dari proses tersebut adalah zat padat. Pada evaporasi, cairan yang diuapkan dalam kuantitas relatif banyak, sedangkan pada pengeringan sedikit. Dengan alat pengering vacuum, sebagian air dari bahan pangan pangan akan dihilangkan dengan cara diuapkan, sehingga kadar air seimbang dengan kondisi udara normal atau setara dengan nilai aktifitas air (Aw) yang aman dari kerusakan mikrobiologis, enzimats dan kimiawi.
2.3 Evaporator
Evaporator adalah alat yang banyak digunakan dalam industri kimia untuk memekatkan suatu larutan. Pada proses fisik, evaporator memerlukan energi untuk mengubah cair menjadi uap. Evaporator menggunakan proses penguapan untuk menurunkan pelarut, evaporator membutuhkan panas dalam pengoperasiannya.
salah satu sumber panas untuk evaporator berasal dari uap air yang terbentuk dari boiler steam atau buangan uap proses lain Rotary vacuum evaporator adalah instrumen yang menggunakan prinsip destilasi (pemisahan). Prinsip utama dalam instrumen ini terletak pada penurunan tekanan pada labu alas bulat dan pemutaran labu alas bulat hingga berguna agar pelarut dapat menguap lebih cepat dibawah titik didihnya. Instrumen ini lebih disukai, karena hasil yang diperoleh sangatlah akurat. Bila dibandingkan dengan teknik pemisahan lainnya, misalnya menggunakan teknik pemisahan biasa yang menggunakan metode penguapan menggunakan oven. Maka bisa dikatakan bahwa instrumen ini akan jauh lebih unggul. Karena pada instrumen ini memiliki suatu teknik yang berbeda dengan teknik pemisahan yang lainnya. Dan teknik yang digunakan dalam rotary vakum evaporator ini bukan hanya terletak pada pemanasannya tapi dengan menurunkan tekanan pada labu alas bulat dan memutar labu alas bulat dengan kecepatan tertentu. Karena teknik itulah, sehingga suatu pelarut akan menguap dan senyawa yang larut dalam pelarut tersebut tidak ikut menguap namun mengendap. Dan dengan pemanasan dibawah titik didih pelarut, sehingga senyawa yang terkandung dalam pelarut tidak rusak oleh suhu tinggi. Prinsip-prinsip Evaporasi ialah : 1. Penguapan atau evaporasi merupakan perubahan wujud zat dari cair menjadi uap. 2. Penguapan betujuan memisahkan pelarut ( solvent ) dari larutan sehingga menghsilkan larutan yang lebih pekat. 3. Evaporasi merupakan proses pemisahan terroal, dipakani secara luas untuk merekatkan cairan dalam bentuk larutan, suspensi maupun emulsi dengan cara menguapkan pelarutnya, umumnya air dan cairan. 4. Evaporasi menghasilkan cairan yang lebih pekat, tetapi masih berupa cairan pekat yang dapat dipompa sebagai hasil utama, reaksi kadang-kadang ada pula cairan volatile sebagai hasil utama, misalnya selama pemulihan pelarut.
Gambar 1. Rangkaian Alat Evaporator Sumber : http://akbarcules46.blogspot.com/2012/06/instrumen-evaporator.html
1. Hot plate : berfungsi untuk mengatur suhu pada waterbath dengan temperatur yang diinginkan (tergantung titik didih dari pelarut) 2. Waterbath : sebagai wadah air yang dipanaskan oleh hot plate untuk labu alas yang berisi “sampel” 3. Ujung rotor “sampel” : berfungsi sebagai tempat labu alas bulat sampel bergantung. 4. Lubang kondensor : berfungsi pintu masuk bagi air kedalam kondensor yang airnya disedot oleh pompa vakum. 5. Kondensor : serfungsi sebagai pendingin yang mempercepat proses perubahan fasa, dari fasa gas ke fasa cair. 6. Lubang kondensor : berfungsi pintu keluar bagi air dari dalam kondensor. 7. Labu alas bulat penampung : berfungsi sebagai wadah bagi penampung pelarut. 8. Ujung rotor “penampung” : berfungsi sebagai tempat labu alas bulat penampung bergantung.
2.4 Titik Didih
Suhu dimana cairan mendidih dinamakan titik didih. Jadi, titik didih adalah temperatur dimana tekanan uap sama dengan tekanan atmosfer. Selama gelembung terbentuk dalam cairan, berarti selam cairan mendidih, tekanan uap sama dengan tekanan atmosfer, karena tekanan uap adalah konstan maka suhu dan
cairan yang mendidih akan tetap sama. Penambahan kecepatan panas yang diberikan pada cairan yang mendidih hanya menyebabkan terbentuknya gelembung uap air lebih cepat. Cairan akan lebih cepat mendidih, tapi suhu didih tidak naik. Jelas bahwa titik didih cairan tergantung dari besarnya tekanan atmosfer (Brady, 1999 : 540). Titik didih merupakan satu sifat lagi yang dapat digunakan untuk memperkirakan secara tak langsung berapa kuatnya gaya tarik antara molekul dalam cairan. Cairan yang gaya tarik antar molekulnya kkuat, titik didihnya tinggi dan sebaliknya bila gaya tarik lemah, titik didihnya rendah (Brady, 1999 : 541). Pendidihan merupakan hal yang sangat khusus dari penguapan. Pendidihan adalah pelepasan cairan dari tempat terbuka ke fase uap. Suatu cairan dikatakan mendidih pada titik didihnya, yaitu bila suhu dimana tekanan uap cairan sama dengan tekanan atmosfer sekitarnya. Pada titik didih, tekanan uap cairan cukup besar sehingga atmosfer dapat diatasi hingga gelembung uap dapat terbentuk dipermukaan cairan yang diikuti penguapan yang terjadi di setiap titik dalam cairan. Pada umumnya, molekul dapat menguap bila dua persyaratan dipenuhi, yaitu molekul harus cukup tenaga kinetik dan harus cukup dekat dengan batas antara cairan-uap.
BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM
3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat
Alat yang digunakan pada praktikum kali ini adalah sebagai berikut : 1. Batang pengaduk 2. Kompor listrik 3. Gelas ukur 4. Termometer air raksa 5. Timbangan digital 3.1.2 Bahan
Bahan yang digunakan pada praktikum kali ini adalah sebagai berikut ; 1. Air 2. Gula pasir
3.2 Prosedur Praktikum 3.2.1 Percobaan A
Prosedur pengukuran perubahan kenaikan suhu titik didih dengan penambahan konsentrasi adalah sebagai berikut : 1. Menyiapkan gelas ukur dan memasukkan 400 mL air murni ke dalam gelas ukur. 2. Memanaskan gelas ukur yang berisi air di atas pemanas sampai mencapai titik didihnya dan melakukan pengukuran suhu titik didih pelarut murni 3. Menimbang berat gula pasir yang akan dilarutkan 4. Melarutkan gula pasir dalam gelas ukur yang berisi 400 mL air dengan konsentrasi masing – masing 0%, 5%, 15%, 30%, 50%, dan 70%. 5. Mengukur suhu titik didih larutan setiap kali penambahan gula pasir 6. Mengusahakan volume larutan konstan, bila perlu menambahkan air murni untuk mengganti volume air yang teruapkan.
3.2.2 Percobaan B
Prosedur pengukuran laju penguapan dan laju perpindahan panas adalah sebagai berikut : 1. Memanaskan lebih lanjut tabung Erlenmeyer yang berisi larutan dengan konsentrasi 70% (Percobaan A) 2. Mencatat suhu larutan setiap 3 menit sampai 15 menit dan mengukur volume cairan.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil 4.1.1 Percobaan A Tabel 1. Data Kenaikan Titik Didih dengan Konsentrasi Tertentu No
Berat
Konsentrasi
Titik
Kenaikan
Gula
(%)
Didih
Titik Didih
(oC)
(oC)
(gram)
Molalitas
T b (K)
Tc (K)
1
0
0
93
0
0
0,02
366
2
3.6
5
92,8
0,2
0,05
0,02
366,02
3
7.2
15
92
1
0,1
0,049
366,05
4
21.6
30
92
1
0,3
0,15
366,15
5
1
50
92
1
0,5
0,25
366,25
6
50.4
70
91
2
0,7
0,36
366,36
1.
Perhitungan gula yang ditambahkan (C 6H12O6) , Mr =180
Rumus yang digunakan :
gram terlarut = g % = g % =
400 1000 400 1000
g% = g % = g % = g % =
Vpelarut × C × Mr 1000mL
× 0 × 180 = 0 gram × 0,05 × 180 = 3,6 gram
400 1000
× 0,15 × 180 = 7,2 gram
400 1000 400 1000 400 1000
× 0,3 × 180 = 21.6 gram × 0,5 × 180 = 36,0 gram × 0,7 × 180 = 50,4 gram
2.
Perhitungan Molalitas Larutan (m)
Rumus yang digunakan ;
m= m = m =
gram terlarut Mr gula
1000 gram pelarut
0
1000 × = 0 mol 180 400 3,6
1000 × = 0,05 mol 180 400
m =
1000 × = 0,1 mol 180 400
m =
21,6 1000 × = 0,3 mol 180 400
7,2
m =
1000 × = 0,5 mol 180 400
m =
50,4 1000 × = 0,7 mol 180 400
3.
×
36
Perhitungan ∆ tiap konsentrasi larutan
Rumus yang digunakan :
∆Tb =
Rg (TAO ) Ma ∙ m Hu ∙ 1000
8,314 j⁄mol. K (371) ∙ 18 ∙ 0 ∆Tb = =0K 4,0264 × 10 J⁄mol ∙ 1000 8,314 j⁄mol. K (366) ∙ 18 ∙ 0,05 ∆Tb = = 0,025 K 4,0264 × 10 J⁄mol ∙ 1000 8,314 j⁄mol. K (366) ∙ 18 ∙ 0,1 ∆Tb = = 0,049 K 4,0264 × 10 J⁄mol ∙ 1000 8,314 j⁄mol. K (371) ∙ 18 ∙ 0,3 ∆Tb = = 0,148 K 4,0264 × 10 J⁄mol ∙ 1000 8,314 j⁄mol. K (371) ∙ 18 ∙ 0,5 ∆Tb = = 0,246 K 4,0264 × 10 J⁄mol ∙ 1000 8,314 j⁄mol. K (371) ∙ 18 ∙ 0,7 ∆Tb = = 0,345 K 4,0264 × 10 J⁄mol ∙ 1000
4.
Perhitungan Tc
Rumus yang digunakan :
Tc = Ta + ∆Tb Tc = 366 + 0 = 366 K Tc = 366 + 0,02 = 366,02 K Tc = 366 + 0,05 = 366,05 K Tc = 366 + 0,15 = 366,15 K Tc = 366 + 0,25 = 366,25 K Tc = 366 + 0,36 = 366,36 K
Grafik Suhu terhadap Konsentrasi 80 70 ) %60 ( i s 50 a r t 40 n e s 30 n o 20 K 10 0 365.9
y = 190.23x - 69622 R² = 0.9953
366
366.1
366.2
366.3
366.4
Tc (K)
Grafik 1. Grafik Tc Perhitungan Terhadap Konsentrasi
Grafik Suhu terhadap Konsentrasi 80 70 ) %60 ( i 50 s a r t 40 n e 30 s n o 20 K 10 0
y = -35x + 3253 R² = 0.8312
90.5
91
91.5
92
92.5
93
Tc pengukuran (celcius)
Grafik 2. Grafik Tc Pengukuran Terhadap Konsentrasi
93.5
4.1.2 Percobaan B Tabel 2. Data Pengukuran Laju Penguapan dan Perpindahan Panas
No
Waktu
Konsentrasi
Suhu Titik
Perubahan
Volume
(menit)
Larutan Gula
Didih
Massa
(ml)
(%)
(oC)
(Gram)
1
0
93,3
91,5
0
300
2
3
93,3
92
0
300
3
6
94
92
5
295
4
9
100
92
15
280
5
12
112
92
30
250
6
15
116,4
92
10
240
1. Perhitungan Konsentrasi Larutan Rumus yang digunakan:
C= C = 3=
50,4 × 1000 300 × 180
50,4 × 1000
C = C =
300 × 180 295 × 180
50,4 × 1000
C =
vol larutan × Mr
× 100% = 93,3%
× 100% = 93,3%
50,4 × 1000
C =
berat gula × 1000mL
280 × 180
× 100% = 94% × 100% = 100%
50,4 × 1000 250 × 180 50,4 × 1000 240 × 180
× 100% = 112% × 100% = 116,4%
2. Perhitungan laju Penguapan pada larutan (qu) Rumus yang digunakann :
qu = Hu ∙
∆m ∆T
= hu ∙ b = 2257 × 1,42 = 3204,94 kJ/menit
Grafik Waktu terhadap Perubahan Massa 35 y = 1.4286x - 0.7143 R² = 0.4945
30
) L m25 ( a s s 20 a M15 n a h 10 a b u r 5 E P
0
-5 0
5
10
15
20
Waktu (menit)
Grafik 3. Grafik Waktu Terhadap Perubahan Massa
3. Perhitungan laju Perpindahan Panas (qc)
Grafik Waktu terhadap Suhu 92.2 y = 0.0238x + 91.738 R² = 0.4286
92.1 ) 92 s u 91.9 i c l e c 91.8 ( u h 91.7 u S
91.6 91.5 91.4 0
5
10
15
Waktu (menit)
Grafik 4. Grafik Waktu Terhadap Suhu Titik Didih
Rumus yang digunakan :
qc = m ∙ Cp ∙
∆T ∆t
= m ∙ Cp ∙ b = 50,4 × 4,180 × 0,024 = 0,03 /
20
4. Perhitungan Laju Pindah Panas Keseluruhan qv = qu + qc = 3204,94 kJ/mnt + 0,03 kJ/mnt = 3204,97 kJ/menit
BAB V PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini praktikan melakukan pengamatan dan pengukuran mengenai pengentalan dan penguapan produk pertanian cair. Bahan yang digunakan sebagai sampel yang pada praktikum ini adalah gula pasir. Sejumlah gula pasir yang telah ditimbang massanya dimasukkan ke dalam gelas ukur yang berisi air. Dari kegiatan tersebut terjadi proses perubahan suhu titik didih setiap kali penambahan gula dilakukan. Data pengukuran yang didapatkan menunjukkan bahwa terjadi penurunan suhu titik didih ketika dilakukan penambahan gula. Awal larutan dengan konsentrasi 0 %, suhu titik didih mencapai 93 oC. Pada saat penambahan 3,6 gram gula dengan peningkatan konsentrasi 5 %, suhu titik didih turun menjadi 92,8 oC sampai pada penambahan dengan konsentrasi 70 % suhu titik didih menurun diangka 91 oC. Hal ini dapat dilihat dari grafik yang didapatkan tidak linier, terlihat dari beberapa titik terdapat penurunan dan garis linear lurus kemudian turun kembali. Sedangkan dari perhitungan yang dilakukan menunjukkan bahwa seharusnya suhu titik didih pengamatan tersebut konstan dan mengalami kenaikan secara terus menerus. Hal ini terlihat dari perhitungan suhu titik didih yang mengalami peningkatan dari 366 K menjadi 366,36 K pada konsentrasi terakhir atau 70 %. Menurut literatur, penambahan konsentrasi larutan akan meningkatkan titik didih larutan karena menurunkan tekanan uap larutan. Ketika proses pengentalan berlangsung, proses perpindahan panas terjadi dan berpindah dari pemanas ke gelas ukur yang menyebabkan air dalam gelas tersebut mendidih pada titik didih tertentu dan mengeluarkan uap sehingga volume air dalam gelas ukur mengalami pengurangan karena sebagian dari air tersebut teruapkan ke atmosfer. Pengurangan volume yang terjadi selama 15 menit yaitu sekitar 60 mL dari volume awal 300 mL. Perubahan massa yang terbesar terjadi pada menit ke 12, dimana perubahan massanya ialah 30 mL. Hal ini dapat ditunjukkan oleh grafik
laju penguapan yang cukup linier. Total laju penguapan yang diperoleh dari pengamatan ini yaitu sebesar 3204,97 kJ/menit. Kesalahan-kesalahan dalam pembacaan dapat menyebabkan ketidakakuratan data yang diperoleh. Selain itu, cara membaca termometer juga harus diperhatikan. Meniskus untuk air dan raksa sangat berbeda, apabila cairan berisi air maka cara membacanya dengan menggunakan meniskus cekung dan bila cairan berisi air raksa, maka meniskus cembung yang digunakan. Selain itu pengaruh dari suhu luar gelas ukur dapat menyebabkan suhu larutan relatif tidak konstan.
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Kesimpulan dari praktikum ini adalah sebagai berikut : 1. Proses pengentalan merupakan salah satu bentuk pengawetan dari produk pangan dengan menguragi kandungan air dari bahan 2. Seharusnya penambahan larutan akan meningkatkan titik didih larutan karena menurunkan tekanan uap larutan. 3. Terjadi penurunan suhu titik didih ketika dilakukan penambahan gula. 4. Volume air terus mengalami penurunan ketika dipanaskan karena sebagian dari air diuapkan ke atmosfer.
6.2 Saran
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan adapun saran dari penyusun adalah sebagai berikut ; 1. Sebaiknya praktikan memahami terlebih dahulu materi praktikum yang akan dilakukan. 2. Memasang termometer pada bagian tengah labu agar suhu yang didapatkan lebih akurat. 3. Gunakan metode meniskus untuk pembacaan yang akurat.
DAFTAR PUSTAKA
Abbas, Akbar. 2012. Instrumen Evaporator. Available at : http://akbarcul es46 .blogspot .com/2012/06/instrumen-evaporator.html. Diakses pada tanggal 29 Mei 2014 pukul 22.15 WIB
Agustina, Nurul. 2012.
Teknik Pangan. Available at : http://nurulagus
tinac.wordpress.co m/2012/01/17/teknik-pangan/ . Diakses pada tanggal 29 Mei 2014 pukul 22.15 WIB
Brady, J. E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur . Binarupa Aksara. Bandung
Dina. 2012. Laporan Praktikum Kenaikan Titik Didih. Available at : http ://mizu c.blogs pot.com/20 12/06/laporan-pra ktikum-kenaikan-titik-didih.html. Diakses pada tanggal 29 Mei 2014 pukul 22.04 WIB
Hartati,
Syofia.
2011.
:http://syofiahartati
Proses
Pengentalan
Pangan.
agriculture.blogspot.com
Available
at
/2011/03/proses-pen
gentalan-pangan-1.html Diakses pada tanggal 29 Mei 2013 pukul 22.15 WIB
LAMPIRAN
Gambar 1. Bahan Praktikum
Gambar 3. Pemanasan larutan
Gambar 2. Pencampuran gula dengan air
Gambar 4. Pengukuran suhu
