LAPORAN PRAKTIKUM 1 Satop [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM SATUAN OPERASI ACARA 1 PRINSIP KEKEKALAN MASSA DAN ENERGI



DISUSUN OLEH : NAMA



: RADITYA SUWARDANA



NIM



: 18/429120/TP/12156



GOL



: SELASA A



CO. ASS



: APRILIA NUR HANIFAH



LABORATORIUM TEKNIK PANGAN DAN PASCAPANEN DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2020



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Kehidupan kita selalu bergerak. Benda diam merupakan nilai relative dari sudut pandang yang melihatnya. Dalam melakukan setiap kegiatan kita membutuhkan energi. Energi merupakan sesuatu yang dibutuhkan untuk melakukan kerja, energi memiliki bentuk yang bermacam-macam diantaranya energi panas, energi bunyi, energi kinetic, energi potensial dan bentuk-bentuk energi lainnya. Komposisi energi di dunia ini selalu sama, hal ini dikarenakan energi tidak dapat dimusnahkan maupun diciptakan sehingga jumlah total energi di alam selalu konstan sama, pernyataan ini disebut kekekalan energi. Disamping energi massa juga jumlahnya selalu sama di dunia ini. Massa merupakan



ukuran



inersia/kelembaman



suatu



benda



(kemampuan



mempertahankan keadaan diam suatu gerak). Dalam kekekalan massa, massa tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, sama halnya seperti energi. Reaksi ini terjadi pada sistem tertutup dan melibatkan perpindahan materi. Dalam sebuah sistem yang bekerja terjadi peristiwa pemakaian energi. Untuk menghitung analisis karakteristik pemakaian energi maka dilakukan perhitungan neraca massa dan neraca energi. Terdapat beberapa macam perhitungan neraca massa dan energi, diantaranya yang melibatkan reaksi kimia, dan yang tidak melibatkan reaksi kimia. Sebagai mahasiswa Teknik Pertanian memiliki pengetahuan mengenai hukum kekekalan energi dan massa serta dapat menerapkan prinsip tersebut dalam neraca massa dan energi sebuah sistem merupakan sebuah keharusan, hal ini dikarenakan banyak praktikum yang dilakukan diantaranya melibatkan perpindahan energi dan massa, contoh nyata pemanfaatan neraca energi dan massa adalah pada kegiatan menspesifikasi alat, alat yang bagus adalah alat yang bisa meminimalisir terbuangnya energi. Dengan penghitungan neraca



massa dan neraca energi maka nilai tersebut dapat ditemukan. Oleh karena sebab-sebab diatas maka praktikum ini sangat penting untuk dilakukan. 1.2 Tujuan Tujuan dari praktikum acara 1 Satuan Operasi adalah : 1. Mempelajari prinsip kekekalan massa 2. Mempelajari prinsip kekekalan energi 3. Melakukan analisa neraca massa 4. Melakukan analisa neraca energi



BAB II TINJAUAN PUSTAKA Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Terdapat banyak bentuk energi dan semuanya dapat saling berubah bentuk. Energi adalah fungsi keadaan, kerja dan kalor bukan merupakan fungsi keadaan [ CITATION cha05 \l 1033 ]. Untuk setiap kegiatan, energi ini disebut sebagai tenaga. Tindakan berangkat ke



sekolah, mengayuh sepeda, bermain dan berolahraga memerlukan energi. Macammacam energi yang dikenal dalam kehidupan manusia diantaranya adalah : 1. energi panas : energi panas adalah energi yang dimiliki oleh benda yang panas. Panas disebut juga kalor. Benda yang memiliki panas juga memiliki enegi panas didalamnya, contohnya lilin yang menyala dapat memutar kertas spiral yang bergantung diatasnya. 2. Energi bunyi : Energi bunyi adalah energi yang ditimbulkan oleh benda yang mengeluarkan bunyi. Bunyi dihasilkan dari getaran,. Besar kecilnya sumber bunyi mempengaruhi dari energi bunyi yang dihasilkan. Contoh bunyi yang kuat adalah halilintar, petasan dan bom. Bunyi yang kuat menghasilkan energi yang besar. Bunyi kuat dapat memekakkan telinga, menggetarkan dan bahkan memecahkan kaca jendela 3. Energi kinetic : energi kinetic adalah energi yang dimiliki oleh benda yang sedang bergerak. Contoh benda yang bergerak dan menghasilkan energi kinetik antara lain kincir angin dan dinamo sepeda. Kincir angin dimanfaatkan oleh manusia untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Sementara itu, putaran roda sepeda mampu memutar dinamo sepeda dan menghasilkan energi listrik untuk menyalakan lampu sepeda. 4. Energi potensial : Energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda. Ketapel yang teregang mempunyai energi potensial. Energi tersebut sewaktu-waktu dapat dilepaskan. Contoh benda yang memiliki energi potensial selain ketapel adalah per yang teregang, busur anak panah yang teregang, dan lain-lain. Energi potensial yang ada pada per disebut sebagai energi potensial pegas.



Hukum I Thermodinamika menjelaskan bahwa Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan yang kemudian disebut dengan hukum kekekalan energi (berata , 2003 Massa memiliki sifat yaitu kekal, yang berarti massa itu tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat dibuat ataupun diciptakan. Berdasarkan ilmu relativitas spesial, kekekalan massa adalah pernyataan dari kekekalan energi. Massa partikel yang tetap dalam suatu sistem ekuivalen dengan energi momentum pusatnya. (Alfian, 2009). Berikut hukum kesetimbangan massa : Massa masuk – massa keluar = akumulasi Pada sistem kontinyu dan steady state, tidak terdapat akumulasi dalam sistem sehingga dapat dituliskan bahwa akumulasi sama dengan nol(0). Dengan demikian, persamaan tersebut akan menjadi persamaan berikut: Massa masuk = massa keluar Atau dapat dikatakan bahwa aliran massa masuk sama dengan aliran keluar. (Istianah, 2019). Kondisi steady state adalah kondisi sewaktu sifat-sifat suatu sistem tak



berubah



dengan



berjalannya



waktu



atau



dengan



kata



lain, konstan. Massa juga memiliki komposisi yang konstan di alam. Hukum kekekalan massa atau dikenal juga sebagai hukum Lomonosov-lavoisier adalah suatu hukum yang menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan meskipun terjadi berbagai macam proses didalam sistem tersebut. Pernyataan yang umum digunakan untuk manyatakan hukum kekekalan massa adalah massa berubah bentuk tetapi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan (wahyuu, et al.,2009).



BAB III METODE PRAKTIKUM 3.1 Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada praktikum acara 1 Satuan Operasi adalah : 1. Bak air 2. Stopwatch 3. Gelas ukur atau ember sudah ditera 4. Garis atau mistar ukur Bahan yang digunakan pada praktikum acara 1 Satuan Operasi adalah : 1. Air 2. analisis data acara 1 3. buku modul praktikum Satuan Operasi 3.2 Cara Kerja 1. pengukuran lama pengisisan dan laju aliran massa ke bak Pada pengukuran ini digabung dengan pecobaan ke tiga. Kran bukaan divariasi yaitu 300 , 600, 900 dan kran pengatus ditutup. Waktunya dicatat setiap perubahan ketinggian 10 cm sampai 90 cm. stopwatch dipencet ketika air keluar dari selang menuju gelas ukur. 2. Pengukuran pasokan dan pengatusan massa tanpa ada perubahan volume akumulasi Disiapkan gelas ukur diisi dengan air penuh setinggi 90 cm dahulu, setelah itu secara bersamaan kran pemasok dank ran pengatus dibuka (stopwatch mulai saat air mulai mengalir) kemudian kran pengatus dibuka penuh, kran pemasok divariasikan sebanyak 3x. setiap interval waktu 10 detik ketinggian air diamati dan dicatat sampai ketinggian air konsyan (tetap) dan dilakukan 3x berturut-turut. 3. Pengaturan aliran pengatusan massa dan perubahan volume akumulasi



Air dari percobaan satu yang tingginya 90 cm digunakan pada percobaan ini, bukaan dari kran pengatus divariasi (stopwatch pencet saat air mulai keluar), tinggi permukaan air kemudian diamati dan dicatat waktu yang diperlukan untuk penurunan ketinggian air setinggi 10 cm. 4. Pengukuran kecepatan pasokan dan pengatusan dengan tinggi permukaan berubah Gelas ukur dikosongkan, kran pemasok kemudian dibuka penuh dan kran pengatus divariasikan (stopwatch ditekan saat air mulai air mulai keluar dari selang), setiap interval waktu 10 detik diamati dan dicatat ketinggian air dalam bak penampung sampai air dalam gelas ukur tersebut konstan, percobaan dilakukan 3x perulangan. Skema Alat :



Keterangan : a. Kran b. Gelas ukur



c. Stopwatch d. Rangkaian pipa e. Bak 3.3 Cara Analisa Data 1. Pengukuran Lama Pengisian dan Laju Aliran Massa ke Bak Air a. Membuat grafik ketinggian (h dalam meter) vs waktu (t dalam sekon) : h = y dan t = x y = ax + b ,a =



dh dt



Atau dengan cara: dh ht −h(t −1) = dt t t −t ( t−1) b. Menghitung luas lubang tabung Atab¿ π



(D¿ ¿ tab)2 ¿ 4



c. Menghitung debit masuk Q=



dh ∙ A tabung dt



d. Menghitung laju aliran massa Min=ρ ∙ Qin 2.



ρ=1000 kg/m3



Pengukuran Pasokan dan Pengatusan Massa Tanpa Ada Perubahan Volume Akumulasi f. Menghitung luas lubang kran Untuk bukaan kecil : Akran =



1 1 x π ¿kran)2 4 3



Untuk bukaan sedang



Akran =



1 2 x π ¿ )2 4 3 kran



Untuk bukaan penuh Akran =



1 π ¿ )2 4 kran



b. Menghitung kecepatan air keluar Vout = √ 2 g h c. Menghitung debit air keluar Qout = V out x Akran d. Menghitung laju aliran massa keluar Mout = Qout x ρ air 3.Pengukuran aliran pengatusan massa dan perubahab volume akumulasi a. Mencari gradient garis dh ht −h(t −1) = dt t t −t ( t−1) b. Menghitung debit keluar Qout =



dh x Atabung dt



c. Mencari laju aliran massa keluar Mout = Qout x ρ air e. Dibuat grafik antara t vs h 4. Pengukuran kecepatan pasokan dan pengatusan dengan tinggi permukaan berubah a. Mencari kecepatan keluar Vout = √ 2 g h b. Mencari debit keluar



Qout = V ∙Akran c. Mencari laju aliran massa keluar Mout = ρ ∙Qout d. Mencari gradien dh ht −h(t −1) = dt t t −t ( t−1) e. Mencari Qak Qak =



dh ∙A dt tab



f. Mencari Qin Qin = Qout + Qak g. Dibuat grafik antara Qak vs t



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil 1. pengukuran lama pengisian dan laju aliran massa ke gelas ukur ( tiap variasi) a. grafik ketinggian (m) vs waktu (t)



250



waktu



200 150



f(x) = 677.5 x + 39.47



100 50 0



f(x) = 80.83 9.25 45.83 xx ++0.06 4.86 0.02f(x) = 0.04 bukaan 30 Linear (bukaan 60)



0.08



0.1



Ketinggian



0.12



Linear (bukaan 30) bukaan 90



0.14



0.16



0.18



bukaan 60 Linear (bukaan 90)



Gambar 1. Grafik hubungan ketinggian (m) dengan waktu (s) b. Luas Tabung = 0,021371625 m2 c. Debit masuk Bukaan 30˚ = 6,75253E-05 (m3/s) Bukaan 60˚ = 0,000258269 (m3/s) Bukaan 90˚ = 0,000196755 (m3/s) d. Laju Aliran Massa bukaan 30˚



0,067525253 Kg/s



bukaan 60˚



0,258268738 Kg/s



0.2



bukaan 90˚



0,196754643 Kg/s



2. Pengukuran pasokan dan pengatusan massa tanpa ada perubahan volume akumulasi (tiap variasi) a. Luas lubang kran A kran 30 = 2,61667E-05 m2 A kran 60 = 5,23333E-05 m2 A kran 90 = 0,0000785 m2 b. Kecepatan air keluar Vout 30 = 0 m/s Vout 60 = 1,234431043 m/s Vout 90 = 1,967658507 m/s c. Menghitug debit keluar Qout 30 = 0 m3/s Qout 60 = 6,46019E-05 m3/s Qout 90 = 0,000154461 m3/s d. Laju aliran massa keluar Mout 30 = 0 Kg/s Mout 60 = 0,064601891 Kg/s Mout 90 = 0,154461193 Kg/s 3. Pengukuran aliran pengatusan massa dan perubahan volume akumulasi (tiap variasi) a. Mencari gradient garis dari grafik h (meter) Vs t (sekon)



t - out bukaan (s)



200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0



f(x) = 11.83 x + 42



0



f(x) f(x) == 1.6 1.12x x++7.4 4.63 2 4



6



8



10



h (m) 30 Linear (60)



Linear (30) 90



60 Linear (90)



Gambar 2. Grafik hubungan ketinggian (m) dengan t-out bukaan (s) b. Mencari debit keluar bukaan 30 = 9,95161E-05 m3/s bukaan 60 = 0,000242638 m3/s bukaan 90 = 0,000267145 m3/s c. Mencari Laju Aliran Massa Keluar bukaan 30 = 0,099516069 Kg/s bukaan 60 = 0,242637965 Kg/s bukaan 90 = 0,267145313 Kg/s 4. Pengukuran kecepatan pasokan dan pengatusan dengan tinggi permukaan berubah (tiap variasi) a. Mencari Kecepatan keluar Bukaan 30 = 1,556227409 m/s Bukaan 60 = 1,634666633 m/s Bukaan 90 = 1,5884627 m/s b. Mencari Debit /keluar bukaan 30 = 4,07213E-05 m3/s bukaan 60 = 8,55476E-05 m3/s bukaan 90 = 0,000124694 m3/s c. Laju alir massa keluar



12



bukaan 30 = 0,040721284 Kg/s bukaan 60 = 0,085547554 Kg/s bukaan 90 = 0,124694322 Kg/s d. Mencari gradien bukaan 30 = 0,002861538 m/s bukaan 60 = 0,001309091 m/s bukaan 90 = 0,000875556 m/s e. Mencari Qak bukaan 30 = 6,11557E-05 m3/s bukaan 60 = 2,79774E-05 m3/s bukaan 90 = 1,8712E-05 m3/s f. Mencari Qin Qin = Qout + Qak bukaan 30 = 0,000101877 m3/s bukaan 60 = 0,000113525 m3/s bukaan 90 = 0,000143406 m3/s g. Membuat grafik t (sekon) Vs Qak (1 grafik untuk 3 variasi bukaan) f(x) = 0 0 0 0



Qak



0



f(x) = − 0 x + 0



0 0 0 0 0 0



0



50



100



150



200



t (sekon) bukaan 30 Linear (bukaan 30) bukaan 90



Linear (bukaan 30) bukaan 60 Linear (bukaan 90)



Gambar 3. Grafik hubungan t (sekon) dengan Qak (m3/s)



Linear (bukaan 30) Linear (bukaan 60)



250



4.2 Pembahasan Pada praktikum satuan operasi kali ini, praktikan melakukan percobaan prinsip kekekalan neraca massa dan energi. Pada praktikum ini dilakukan dengan menggunakan dua bak air ukuran besar dengan keran dibagian bawah bak, dan menggunakan tiga (3) variasi bukaan keran yang berbeda. Mulai dari bukaan keran 300, 600, dan 900 . Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui perbedaan debit fluida yang keluar dari bak, baik bak penampung maupun bak pengatus. Dalam praktikum ini, hasil pengukuran lama pengisian dan laju aliran massa ke gelas ukur didapatkan grafik sebagai berikut:



250



waktu



200 150



f(x) = 677.5 x + 39.47



100 50 0



f(x) = 80.83 ++ 9.25 45.83 xx0.06 4.86 0.08 0.02f(x) =0.04 bukaan 30 Linear (bukaan 60)



0.1



0.12



0.14



0.16



Linear (bukaan 30) Ketinggian bukaan 90



0.18



0.2



bukaan 60 Linear (bukaan 90)



Gambar 4.1 Grafik antara ketinggian (m) vs waktu (t) dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa semakin tinggi permukaan fluida, maka semakin besar waktu yang dibutuhkan fluida, baik itu pada bukaan keran 300, 600, dan 900 . Namun, dari grafik juga didapatkan hasil untuk mencapai ketinggian akhir yang sama semakin besar bukaan kran, maka waktu yang dibutuhkan semakin sedikit. Hal itu berarti semakin cepat aliran fluida (debit) maka semakin landai lereng yang terbentuk pada grafik, sedangkan bila semakin kecil debit ataupun semakin kecil bukaan kran maka semakin curam lereng yang terbentuk. Hasil dalam praktikum ini dapat dipengaruhi beberapa faktor, salah satunya jenis bukaan keran. Bukaan kran mempengaruhi kondisi steady state, bila semakin sedikit masukan, maka keluaran semakin melambat debitnya



karena tekanan yang menyebabkan terdorongnya air keluar menjadi menurun. Bukaan kran berpengaruh juga terhadap ketinggian permukaan dimana semakin besar bukaan kran air yang keluar tidak sebanding sebanding dengan banyaknya air yang masuk, sehingga hal ini menyebabkan ketinggian permukaan berubah, karena tekanan fluida juga berubah. Oleh karena itu, untuk membuat kecepatan keluaran sama, maka kecepatan pasokan haruslah mengikuti kecepatan keluarannya.



Selain itu bukaan kran juga mempengaruhi waktu keluaran seperti grafik



t - out bukaan (s)



dibawah ini, 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0



f(x) = 11.83 x + 42



0



f(x) f(x) == 1.6 1.12x x++7.4 4.63 2 4



6



8



10



12



h (m) 30 Linear (60)



Linear (30) 90



60 Linear (90)



Gambar 4.2 Grafik hubungan ketinggian (m) dengan t-out bukaan (s) Dari grafik antara ketinggian (m) dengan t-out bukaan (s) dapat kita ketahui semakin tinggi permukaan, waktu keluar yang dibutuhkan semakin cepat. Selain itu, didapatkan pula dari grafik bahwa semakin besar bukaan kran, maka kelerengan grafik semakin landai, sebaliknya bila semakin kecil bukaan kran, maka semakin curam lereng grafik yang terbentuk. Hal ini disebabkan karena bila semakin kecil keluaran maka waktu yang diperlukan semakin lama akibat tekanan yang berubah. Seperti bukaan 300 memiliki grafik yang curam



karena tekanan awal yang tinggi, namun semakin lama tekanan semakin rendah secara signifikan. Sedangkan bukaan 600 dan 900 memiliki grafik tidak terlalu curam karena memiliki tekanan awal tidak terlalu tinggi, semakin lama tekanan semakin rendah namun tidak terlalu signifikan, namun perbedaannya bukaan 60 0 memiliki tekanan lebih besar dibandingkan dengan bukaan 900 . Hubungan antara bukaan kran dengan tinggi maksimal yang dapat dicapai ialah semakin besar bukaan, maka semakin besar tinggi maksimal yang dapat dicapai dalam waktu yang sama. Perubahan akumulasi energi (Qak) dalam sistem juga dapat kita ketahui dalam praktikum ini. Grafik hasil dari pengamatan adalah sebagai berikut :



f(x) = − 0 x + 0



Qak



f(x) = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0



0



50



100



150



200



250



t (sekon) bukaan 30 Linear (bukaan 30) bukaan 90



Linear (bukaan 30) bukaan 60 Linear (bukaan 90)



Linear (bukaan 30) Linear (bukaan 60)



Gambar 4.3 Grafik hubungan t (sekon) dengan Qak (m3/s) Dari grafik antara hubungan waktu (s) dengan Qak (m3/s) tersebut dapat kita ketahui bahwa semakin banyak waktu, maka akumulasi energi cenderung semakin menurun baik bukaan 300, 600, dan 900. Dari grafik itu juga dapat kita ketahui bahwa semakin besar bukaan kran, maka semakin sedikit waktu yang dibutuhkan dalam perubahan akumulasi energi. Pada bukaan 300 Qak sebesar 6,11557E-05 m3/s, pada bukaan 600 Qak sebesar 2,79774E-05 m3/s, sedangkan pada bukaan 900 Qak nya sebesar 1,8712E05 m3/s. Sehingga, semakin besar bukaan maka semakin besar nilai Qak nya.



Hasil-hasil pada praktikum ini bila dikaitkan dengan jurnal berjudul “Analisa perubahan debit terhadap perubahan penampang pada pipa (uji laboratorium)” sudah sesuai. Kesesuaian tersebut dapat terlihat bila semakin besar luas penampang yang dalam praktikum ini menggunakan variasi bukaan kran, maka debit yang ditimbulkan semakin besar. Selain itu, semakin besar debit, maka semakin besar tekanan yang terjadi.



BAB VI KESIMPULAN Dari praktikum acara 1 didapatkan pada percobaan 1 pengaruh ukuran kran terhadap waktu pengisian air, Qin dan Min , dimana semakin besar ukuran kran maka kebutuhan waktu yang lebih sedikit, . Pada percobaan 2 pengaruh variasi bukaan kran terhadap waktu dan jumlah volume akumulasi yaitu lebih cepat. Dan pengaruh lamanya waktu terjadinya volume akumulasi dan bukaan kran terhadap Vout, Qak, dan Qin, dimana semakin kecil bukaan kran maka laju pengeluaran , laju akumulasi dan lahu masuk terjadi lebih lambat. Kemudian untuk percobaan 3 pengaruh bukaan kran terhadap volume akumulasi , Vout, Qout, Qak dan Mout, dimana semakin besar ukuran kran maka semakin cepat laju volume akumulasi, dan semakin besar kecepatan keluarnya. Dan yang terakhir pada percobaan 4 pengaruh ukuran kran terhadap volume akumulasi, Vout, Qout, dan Mout . dimana semakin besar ukuran kran maka laju volume akumulasi lebih kecil dan kecepatan keluar, laju keluar dan massa keluar lebih besar.



DAFTAR PUSTAKA Chang, raymond. 2005. kimia dasar konsep konsep inti. 3. Jakarta : Erlangga, 2005. Pg. 281. Berata, wajan. 2003 prediksi kurva S-N berdasarkan Hukum Kekekalan enegi pada pembebanan dinamis kombinasi aksial-torsional , surabaya  : jurnal teknik mesin , Vol. 3 Wahyu, dian dan sumiati. 2009. Analisis Energi Pada Sistem Rotary Kiln Unit Indarung IV, PT. Semen Padang. 2. Padang : Jurnal Teknik Mesin. Vol.6 Hal. 80



LAMPIRAN