Laprak 3 Sedimentasi [PDF]

Citation preview

BAB 1. PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Sedimentasi merupakan salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry) menjadi cairan bening dan slurry yang memiliki konsentrasi tinggi dengan menggunakan gaya gravitasi. Proses sedimentasi berperan penting dalam berbagai proses industri, misalnya pada proses pemurnian air limbah, pengolahan air sungai, pengendapan partikel padatan pada bahan makanan cair, pengendapan kristal dari larutan induk, pengendapan partikel terendap pada industri minuman beralkohol, dan lain-lain (Warren, 1993). Pada suatu proses sedimentasi, data hubungan waktu pengendapan (t) dengan tinggi endapan (Z) dapat diubah kedalam bentuk persamaan matematika. Penentuan bentuk persamaan pada umumnya dilakukan dengan cara linierisasi hubungan kurva. Cara linearisasi hubungan kurva banyak digunakan untuk menentukan persamaan empiris. Selama ini persamaan kecepatan sedimentasi yang dibuat adalah persamaan kecepatan sedimentasi pada kondisi free settling, yaitu persamaan Stokes, persamaan Farag, persamaan Ferguson-Church, dan persamaan Gibbs Mathew-Link (Warren, 1993). Pada praktikum sedimentasi digunakan bubuk jagung dan bubuk kacang hijau yang telah diayak dengan ukuran mesh berbeda dan di endapkan dalam gelas ukur 100ml untuk menentukan kecepatan sedimentasi densitas dari bahan yang digunakan.



1.2 Tujuan Praktikum ini dilakukan bertujuan agar mahasiswa dapat menentukan kecepatan sedimentasi suspensi.



BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA



2.1 Pengertian Sedimentasi Salah satu sistem operasi yang penting dalam pengolahan pangan yaitu sedimentasi, yaitu teknik pemisahan suspensi berdasarkan perbedaan densitasnya melalui suatu medium alir. Sedimentasi (pengendapan) mempergunakan gaya gravitasi atau gaya sentrifugal untuk memisahkan partikel dari aliran bahan cair. Partikel biasanya bahan padat, dimana bahan padat akan mengendap didalam bahan cair yang kerapatannya lebih kecil daripada kerapatan bahan padat tersebut (Earle, 1982). Sedimentasi juga dapat didefinisikan sebagai pengangkutan, melayangnya (suspensi) atau mengendapnya material fragmental oleh air. Proses sedimentasi adalah proses separasi secara mekanis yang memanfaatkan gaya grafitasi bumi. Sedimentasi dilakukan untuk memisahkan partikel-partikel padat maupun cair dari suatu cairan atau gas tertentu. Melalui proses sedimentasi ini, maka partikelpartikel padat dapat diklasifikasikan menurut massa jenis dan ukuran partikelnya (Praptiningsih, 1999). Untuk mempercepat proses sedimentasi dapat digunakan gaya sentrifugal. Dengan metode ini terutama campuran cair/padat dan cair/cair dapat dipisahkan, dibandingkan dengan metode yang menggunakan gaya berat, kecepatan pengendapan dengan gaya sentrifugal jauh lebih baik. Untuk meningkatkan laju pengendapan, gaya gravitasi yang bekerja pada partikel itu dapat digantikan dengan gaya sentrifugal. Dalam operasi produksi, separator sentrifugal sudah banyak menggantikan separator gravitasi karena separator sentrifugal itu jauh lebih efektif dengan partikel dan tetesan halus, disamping volumenya yang jauh lebih kecil untuk kapasitas tertentu (Bernasconi, 1995).



2.2 Pengertian Bahan 2.2.1 Bubuk Jagung Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu komoditi pertanian yang termasuk ke dalam tanaman biji-bijian keluarga rumput-rumputan (Graminae).



Jagung dapat dimanfaatkan sebagai sumber karbohidrat, pakan ternak, dapat diambil minyaknya, serta dapat dijadikan sebagai bahan baku berbagai macam industri. Jagung yang telah direkayasa genetika juga dapat digunakan untuk bahan farmasi (Koswara, 1982). Secara umum biji jagung terdiri dari endosperma, lembaga, perikarp, dan tipcap (tudung pangkal biji). Bagian utama yaitu endosperma yang merupakan bagian terbesar dari biji jagung dengan hampir seluruh bagiannya terdiri dari karbohidrat baik pada bagian lunak (fluory endosperm) maupun pada bagian yang keras (horny endosperm). Pati pada endosperm tersusun dari senyawa anhidroglukosa yang terdiri dari dua molekul utama yaitu amilosa dan amilopektin (Rukmana, 1997). Biji jagung dalam penggunaannya dalam diolah menjadi tepung jagung maupun dilakukan pengecilan ukuran dengan mengubahnya menjadi serbuk jagung. Tepung jagung adalah tepung yang diperoleh dengan cara menggiling biji jagung yang bersih dan baik sedangkan serbuk jagung adalah biji jagung yang telah dikeringkan, lalu dihancurkan menggunakan blender atau penumbukan untuk kemudian diayak menggunakan ayakan dan menghasilkan serbuk jagung (Rukmana, 1997). Pada tabel 1 ditampilkan komposisi kimia biji jagung. Tabel 1. Komposisi Kimia Biji Jagung Komponen



Pati



Protein



Lipid



Gula



Abu



Serat



(%)



(%)



(%)



(%)



(%)



(%)



Biji Utuh



73,4



9,1



4,4



1,9



1,4



9,5



Endosperma



87,6



8,0



0,8



0,62



0,3



1,5



Lembaga



8,3



18,4



33,2



10,8



10,5



14



Perikarp



7,3



3,7



1,0



0,34



0,8



90,7



Tip Cap



6,3



9,1



3,8



1,6



1,6



95



Sumber : Watson, 2003. 2.2.2. Bubuk Kacang Hijau Kacang hijau (Vigna radiata L.) merupakan tanaman kacang-kacangan ketiga yang banyak dibudidayakan setelah kedelai dan kacang tanah. Kacang hijau merupakan salah satu tanaman semusim yang berumur pendek kurang lebih 60



hari. Tanaman ini disebut juga mungbean, green gram atau golden gram. Susunan tubuh tanaman (morfologi) kacang hijau terdiri atas akar, batang, daun, bunga, buah dan biji. Tanaman kacang hijau berakar tunggang, batangnya berbentuk bulat dan berbuku-buku. Ukuran batangnya kecil, berbulu, berwarna hijau kecokelatan atau kemerahan (Lakitan, 1993). Kacang hijau merupakan sumber protein nabati, vitamin (A,B1, C, dan E), serta beberapa zat lain yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia, seperti amilum, besi, belerang, kalsium, minyak lemak, mangan, magnesium dan niasin. Selain bijinya, daun kacang hijau muda sering dimanfaatkan sebagai sayuran. Kacang hijau bermanfaat untuk melancarkan buang air besar dan menambah semangat (Purwono dan Hartono, 2005). Kacang hijau dalam penggunaannya dalam diolah menjadi tepung kacang hijau maupun dilakukan pengecilan ukuran dengan mengubahnya menjadi serbuk kacang hijau. Tepung kacang hijau diolah dengan cara memilih kacang hijau yang berkualitas baik dengan klasifikasi butiran utuh dan tidak bau apek maupun berulat dan masih segar. Kemudian dilakukan proses pengupasan, penepungan kemudian kacang hijau digiling sampai halus dan diayak untuk mendapatkan tekstur tepung yang baik. Sedangkan untuk pengecilan ukurannya, kacang hijau dikeringkan lalu di blender untuk kemudian dilakukan pengayakan menggunakan ayakan dengan ukuran mesh yang berbeda untuk menghasilkan serbuk kacang hijau (Hubeis, 1984). Komposisi zat gizi dan zat kimia pada kacang hijau (100 gr) dapat dilihat pada tabel 2.



Tabel 2. Komposisi Zat Gizi dan Zat Kimia pada Kacang Hijau (100 gr).



Komponen



Jumlah



Air (%)



11,7



Energi (kal)



340



Protein (g)



24,1



Lemak (g)



1,3



Karbohidrat (g)



60,3



Serat (g)



4,9



Abu (g)



2,6



Ca (mg)



64



P (mg)



340



Fe (mg)



5,1



Na (mg)



35



K (mg)



1055



Vitamin A (IU)



120



Thiamin (mg)



0,75



Ribovlavin (mg)



0,29



Niacin (mg)



3,0



Sumber : Rukmana, 1997.



2.3 Pengertian Hindered Settling, Free Settling, dan Hukum Stokes 2.3.1 Hindered Settling Hindered settling adalah pengendapan partikel dengan konsentrasi yang lebih pekat dan terjadi apabila konsentrasi padatan itu tinggi, maka partikel tidak dapat mengendap secara bebas, karena aliran pertikel yang satu akan mempengaruhi aliran disekitar partikel yang lain karena jumlah partikel cukup banyak, maka partikel yang satu dengan partikel yang lain akan saling berdesakan, sehingga kecepatan pengendapan partikel akan semakin kecil. Dalam pengamatan di laboratorium, kondisi seperti ini dapat terjadi jika digunakan peralatan dengan diameter kecil, maka partikel yang mengendap tersebut dipengaruhi oleh halangan (hindered) (Walas dkk, 2005). 2.3.2 Free Settling



Free settling merupakan tahap dimana kecepatan jatuh partikel relatif konstan , kecepatan sedimentasi akan linier hingga waktu tertentu. Pada saat awal sedimentasi pertikel yang jatuh dianggap hanya satu partikel, tidak dipengaruhi oleh partikel lain. Free settling pada umumnya berlangsung di awal proses sedimentasi dimana konsentrasi tumpukan partikel masih rendah sekali. Peristiwa ini terjadi jika jumlah partikel dalam pengendapan cukup sedikit, partikel cukup jauh dari dinding dan jarak antara partikel satu dengan partikel yang lain cukup jauh, sehingga jatuhnya partikel dalam suatu fluida tidak dipengaruhi oleh dinding dan faktor benturan dengan partikel lain, maka laju pengendapan akan semakin cepat. 2.3.3 Hukum Stokes Hukum Stokes menyatakan bahwa “bila fluida sempurna yang viskositasnya nol mengalir melewati sebuah bola, atau apabila sebuah bola bergerak dalam suatu fluida yang diam, garis-garis arusnya akan membentuk suatu pola yang simetris sempurna disekeliling bola itu. Tetapi jika fluida itu mempunyai kekentalan, akan ada seretan kekentalan terhadap bola itu” (Dudgale. 1986). Hukum Stokes digunakan untuk menentukan kecepatan sedimentasi pada partikel jatuh bebas dalam memperkirakan kecepatan jatuh partikel padat yang tidak porous dan non compresible dan melalui media yang juga non compresibble dalam aliran yang laminair. Sedangkan pada daerah yang turbulen, kecepatan jatuh atau naiknya partikel padat berbanding langsung dengan akar dari diameternya. Pada proses sedimentasi terjadi gerakan browning yang merupakan gerak partikell yang lurus dan terputus-putus, yang terjadi adanya tumbukan antar partikel dalam medium alir (While, 1988). Menurut hukum stokes, kecepatan pengendapan berbanding lurus dengan ukuran diameter partikel, dimana jika diameter partikelnya kecil, maka kecepatan pengendapan juga kecil (lama). Sediaan suspensi yang baik menggabungkan sisi positif dari masing-masing system flokulasi dan deflokulasi, yaitu sediaan suspensi yang laju pengendapannya kecil, namun dengan pengocokan ringan sudah dapat tersuspensi kembali. Kecepatan pengendapan dinyatakan oleh hukum stokes (Dudgale. 1986) :



Vt = D2g (ρp – ρ) 18 μ Keterangan : D = diameter ayakan (m) g = gravitasi (10 m/s2)



ρp = densitas bahan (kg/m3) ρ = densitas air (kg/m3) μ = viskositas (0,9142 x 10-3) 2.4 Macam-macam Aliran / Jenis Aliran Aliran laminer adalah aliran yang partikel-partikel fluida yang bergeerak secara acak (tidak saling memotong), atau aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan tidak berpotongan satu sama lain. Aliran laminer juga aliran fluida tanpa arus turbulent (pusaran air). Contohnya aliran lambat dan kental. Perlu diketahui suatu aliran fluida (gas atau cairan) dapat berupa aliran laminer atau turbulent ditentukan atau dapat dihitung berdasarkan angka Reynold-nya (reynold number). Partikel fluida mengalir atau bergerak dengan garis lurus dan sejajar. Laminer dalah ciri dari arus yang berkecepatan rendah, dan pertikel sedimen dalam zona aliran berpindah dengan menggelinding (rolling) ataupun terangkat (saltation). Pada laju aliran rendah, aliran laminer tergambar sebagai filamen panjang yang mengalir sepanjang aliran. Aliran laminer mempunyai bilangan reynold lebih kecil dari 2300 (Re < 2300) (Dixon, 1986). Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminer ke aliran turbulen. Keadaan peralihan ini tergantung pada viskositas fluida, kecepatan dan lain-lain yang menyangkut geometri aliran dimana nilai bilangan Reynoldsnya antara 2300 sampai dengan 4000 (23004000). Aliran transisi adalah proses diantara terjadinya aliran laminar ke aliran turbulen. Aliran transisi memiliki bilangan Reynolds antara 2300 sampai dengan 4000 (2300