Responsi Kesetimbangan Massa [PDF]

Citation preview

Nilai :



LAPORAN RESPONSI SATUAN OPERASI INDUSTRI ( Kesetimbangan Massa )



Oleh : Nama



: Imas Susanti



NPM



: 240110130031



Hari, Tanggal Praktikum



: Kamis, 19 Maret 2015



Waktu



: 15.00 – 17.30



Co.Ass



: Farah Nuranjani



LABORATORIUM PASCA PANEN DAN TEKNOLOGI PROSES DEPARTEMEN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN 2015



BAB I TINJAUAN PUSTAKA



1.1 Kesetimbangan Massa Kesetimbangan



merupakan



parameter



pengendali



dalam



proses penanganan (khususnya kesetimbangan massa dapat dipakai untuk mengetahui hasil yang diperoleh dari suatu proses). Penerapan konsep kesetimbangan massa digunakan dalam mengkaji tahapan proses baru dan memperbaiki percobaan dalam pilot plant. Prinsip hukum kekekalan massa menerangkan bahwa massa tidak dapat terbentuk atau dihilangkan didalam suatu proses fisis atau kimia. Kesetimbangan massa menjelaskan mengenai massa



bahan



yang



melewati



operasi



pengolahan.



Setiap



bentuk



kesetimbangan didasari oleh hukum konservasi dimana jika proses berlangsung tanpa terjadi akumulasi, maka massa yang masuk ke dalam sistem akan sama dengan massa yang ke luar sistem. Berdasarkan rumus dapat dituliskan sebagai berikut : 



Massa masuk = massa ke luar + massa terkumpul







Bahan Baku = Produk + Sisa + Bahan baku tertumpuk







Jlh mR = Jlh mP + Jlh mW + Jlh m S







Jlh mR = mR1 + mR2 + mR3 (Total bahan baku)







Jlh mP = mP1 + mP2 + mP3 (= total produk)







Jlh mW = mW1 + mW2 + mW3(Total sisa)







Jlh mS = m S1 + mS2 + mS3 (Total bahan baku terakumulasi)



Jika tidak terjadi perubahan kimia selama proses berlangsung, hukum konservasi massa tetap digunakan sehigga bahan yang masuk (mA) akan sama dengan bahan yang ke luar (mA) di tambah dengan bahan di dalam proses (mA). Perhitungan keseimbangan bahan digunakan dalam melacak aliran masuk dan aliran keluar bahan dalam suatu proses, dan menentukan besaran-besaran berbagai bahan secara kuantitatif dari berbagai material dalam setiap aliran



proses. Pengetahuan prosedur tentang perhitungan keseimbangan massa berguna untuk: 



membuat formulasi







mengevaluasi komposisi akhir setelah pencampuran







mengevaluasi hasil, dan







mengevaluasi efisiensi pemisahan dalam system pemisahan secara mekanis.



1.2 Hukum Konservasi Massa Keseimbangan bahan didasarkan pada prinsip bahwa bahan adalah tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Jadi, dalam suatu proses suatu keseimbangan masa dapat dibuat sebagai berikut : Aliran Masuk = Aliran Keluar + Akumulasi Aliran masuk dapat melibatkan pembentukan bahan oleh reaksi kimia atau proses pertumbuhan secara mikrobiologi, dan aliran keluar dapat melibatkan penghilangan bahan dengan reaksi secara kimia atau biologis. Jika akumulasi = 0, aliran masuk = aliran keluar dan prosesnya adalah pada keadaan mantap. Jika nilai bagian akumulasi tidak sama dengan 0, maka jumlah dan konsentrasi komponen dalam sistem dapat berubah terhadap waktu dan proses tersebut dalam keadaan tidak mantap (unsteady state).



1.3 Diagram Aliran Proses Sebelum



memformulasikan



memvisualisasikan



proses



dan



suatu



persamaan



menentukan



keseimbangan



batas-batas



sistem



bahan, dimana



keseimbangan bahan dilakukan, penting bahwa segala sesuatu tentang proses yang mempengaruhi distribusi komponen diketahui. Penyampaian permasalahan harus sesuai pada kemampuan pembaca untuk menggambarkan suatu diagram aliran proses. Dengan mengetahui prinsip-prinsip ini tidak hanya memudahkan untuk menyelesaikan keseimbangan bahan yang serupa tetapi juga menyediakan suatu cadangan informasi yang dapat digunakan, kemudian sebagai suatu dasar untuk



perancangan dari suatu proses yang baru atau untuk evaluasi parameter-parameter yang mempengaruhi efisiensi dari proses.



1.4 Komponen Keseimbangan Massa Komponen-komponen yang menyusun bahan yang diproses dianggap berdiri sendiri-sendiri (Misalnya kadar lemak, gula, garam, dll). Permasalahan untuk mengidentifikasi berat/massa bahan yang masuk/keluar dari sistem diperlukan untuk menentukan persamaan–persamaan dengan beberapa komponen yang tidak diketahui. Jumlah komponen dapat ditampilkan dengan massanya atau konsentrasinya. Definisi : fraksi massa atau prosentase berat (A) : A=



masa dari komponen A masa total dari campuran yang membuat A



1.5 Masalah Keseimbangan Massa Pada pengenceran, pemekatan dan dehidrasi. Masalah ini dapat dipecahkan keseimbangan masa total komponen-komponen secara simultan. a. Masalah keseimbangan massa yang melibatkan keseimbangan konsentrasi setelah pencampuran dari system dengan bermacam-macam komposisi Permasalahan ini biasanya diselesaikan secara simultan untuk beberapa persamaan yang mempunyai beberapa variabel yang tidak diketahui. b. Penggunaan dasar dan identifikasi “bahan pengikut” dalam masalah keseimbangan massa Bahan pengikut adalah komponen dari system yang dapat digunakan untuk menghubungkan kuantitas dari suatu aliran proses dengan yang lain. Biasanya komponen tidak berubah selama proses. Sebagai contoh adalah padatan dalam proses dehidrasi dan evaporasi serta nitrogen dalam proses pembakaran. Sebuah dasar berguna di dalam masalah dimana tidak ada nilai awal yang diberikan dan jawaban memerlukan sebuah rasio atau persentase. Ini juga



berguna dalam sistem aliran kontinyu. Masalah keseimbangan massa dapat diselesaikan dalam asumsi beberapa basis. Setelah semua jumlah dari aliran proses diidentifikasikan, jumlah khusus dalam pernyataan masalah dapat dijawab dengan menggunakan rasio dan proporsi. Suatu prinsip yang telah dipresentasikan dalam suatu contoh bahwa dalam ektraksi dengan menggunakan pelarut tau kristalisasi, kemurnian dari produk sangat bergantung pada efisiensi pemisahan cairan dari phase padatan. Hal ini ditunjukan disini dimana jumlah dari lemak yang masuk pengering adalah suatu fungsi langsung dari jumlah bahan volatile yang ada. Jadi yang paling efisien proses pemisahan padatan-cairan sebelum pengeringan padatan, jumlah lemak yang paling sedikit terbawa dalam produk akhir. c. Basis dan pertalian material Sebuah pertalian material merupakan komponen yang digunakan untuk menghubungkan kuantitas suatu proses aliran terhadap kuantitas lainnya. Ini biasanya komponen yang tidak dapat berubah selama proses. Contoh pertalian material adalah padatan dalam proses dehidrasi atau evaporasi dan nitrogen dalam proses pembakaran. Walaupun ini tidak penting bahwa pertalian material diidentifikasikan, penjumlahan juga disederhanakan jika diidentifikasi dan dilibatkan dalam suatu persamaan kesetimbangan komponen.



Masalah



dipecahkan



secara



cepat



menggunakan



kesetimbangan masa komponen dalam padatan. (pertalian material dalam sistem ini) dibandingkan dengan ketika kesetimbangan massa dibuat dalam air. Dalam sejumlah kasus, pertalian material tidak perlu diidentifikasi. Sebuah basis bermanfaat dimana jumlah awal diberikan dan jawaban yang diperlukan merupakan perbandingan atau persen. Ini juga bermanfaat dalam system aliran kontinyu. Kesetimbangan material dalam system aliran kontinyu diperoleh dengan mengasumsikan pada basis waktu operasi yang ditetapkan. Kesetimbangan material dapat dipecahkan pada asumsi basis lainnya. Setelah semua jumlah proses aliran diidentifikasi, jumlah tetapan



yang diminta dalam masalah dapat ditemukan



menggunakan perbandingan dan ukuran. Ini mungkin untuk merubah basis



ketika mempertimbangkan masing-masing subsistem dalam pendefinisian batasan dalam keseluruhan system. d. Masalah kesetimbangan material yang melibatkan pelarutan, konsentrasi, dan dehidrasi Steady State masalah ini dapat dipecahkan dengan rumusan keseluruhan masa dan persamaan kesetimbangan komponen dan larutan persamaan secara simultan. 1.6 Kelembaban Kelembaban merupakan konsentrasi uap air di udara. Angka konsentasi ini dapat diekspresikan dalam kelembaban absolut, kelembaban spesifik atau kelembaban relatif. Alat untuk mengukur kelembaban disebut higrometer. Sebuah humidistat digunakan untuk mengatur tingkat kelembapan udara dalam sebuah bangunan dengan sebuah pengawalembap (dehumidifier). Dapat dianalogikan dengan sebuah termometer dan termostat untuk suhu udara. Perubahan tekanan sebagian uap air di udara berhubungan dengan perubahan suhu. Konsentrasi air di udara pada tingkat permukaan laut dapat mencapai 3% pada 30 °C (86 °F), dan tidak melebihi 0,5% pada 0 °C (32 °F).



1.7 Recycle Recycle batasan subsistem yang dianalisa dipindahkan disekitar untuk mengisolasi proses aliran yang sedang dievaluasi. Sebuah system didefinisikan mempunyai batasan yang melingkupi keseluruhan system, yang mengurangi masalah terhadap masalah kesetimbangan material sederhana tanpa recycle.



1.8 Unsteady State Persamaan kesetimbangan material unsteady-state melibatkan istilah akumulasi dalam persamaan. Akumulasi digambarkan sebagai istilah differensial laju perubahan variable dengan tanggapan terhadap waktu. Kesetimbangan masa dibuat dengan cara yang sama seperti dalam masalah steady state. Karena istilah differensial dilibatkan, persamaan differensial diintegrasi untuk memperoleh persamaan untuk nilai variable bebas sebagai fungsi waktu.



1.9 Proses Multistage Permasalahan bentuk ini memerlukan penggambaran proses diagram alir dan memindahkan batasan system untuk formulasi kesetimbangan material sekitar bagian proses seperti yang diperlukan untuk jumlah yang tidak diketahui. Ini baik untuk mendefinisikan basis yang digunakan dalam tiap-tiap tahap kalkulasi. Ini mungkin untuk merubah basis sebagai kalkulasi yang diproses dari sebuah analisa satu subsystem selanjutnya. Sebuah tie material juga akan menolong dalam menghubungkan satu bagian proses ke yang lainnya.



1.10 Pengentalan dan Pengenceran Pengentalan merupakan proses meningkatnya konsentrasi suatu larutan akibat adanya pencampuran bahan terlarut (gula dan lain - lain). Sedangkan pengenceran adalah proses menurunnya konsentrasi suatu larutan akibat adanya pencampuran bahan pelarut (air). Semakin tinggi konsentrasi maka ikatan antar partikelnya semakin kuat, sebaliknya semakin rendah konsentrasi maka ikatan antar partikelnya semakin lemah (Ariani, 2004).



BAB III PEMBAHASAN



Pada responsi kali ini mengenai kesetimbangan massa. Dimana salah satu tujuan dari responsi ini adalah menganalisis dari beberapa soal yang mencakup kesetimbangan massa tersebut. Sebelum memformulasikan suatu persamaan keseimbangan bahan, memvisualisasikan proses dan menentukan batas-batas sistem dimana keseimbangan bahan dilakukan, penting bahwa segala sesuatu tentang proses yang



mempengaruhi



distribusi



komponen



diketahui.



Penyampaian



permasalahan harus sesuai pada kemampuan pembaca untuk menggambarkan suatu diagram aliran proses. Pada soal pertama prosesnya melalui evaporasi yang berarti penguapan yang ditanyakan menghitung berat produk dan berapa air yang teruapkan pada suatu evaporasi minyak bawang. Maka untuk memperjelas suatu prosesnya pasti dalam semua kejadian ini penggambaran diagram alir sangat diutamakan. Dari soal ini diketahui beberapa hal yaitu feed (F) yang berarti terdapat masukan produk, berupa kadar minyak dan produk yang dihasilkan berupa minyak bawang tersebut. Maka untuk proses perhitungannya telah diselesaikan pada bab hasil. Untuk produknya sebanyak 3594,594 kg/hari dan air yang teruapkannya sebanyak 3405,406 kg/hari. Asumsi bahwa prosesnya steady state. Soal kedua mengenai proses pengeringan, ditanyakan bahan yang keluar, air yang teruapkan, dan jumlah produk yang dihasilkan dalam proses pembuatan selai buah-buahan. Dimana dalam soal ini beberapa hal diketahui terdapat kandungan padatan (𝑘𝑝1 ) dicampur bahan lain yaitu gula sebanyak 1,22 kg dan pektin sebanyak 0,0025 kg. Kemudian pada bahan dikurangi kadar airnya menjadi 33% (𝑘𝑝2 ) dalam 1000 kg buah-buahan proses pembuatan selai tersebut. Maka sesuai perhitungannya didapatkan hasil untuk jumlah produknya sebanyak 2003,731 kg. Soal ketiga prosesnya pengeringan, untuk mengeringkan dari 0,1 kg bahan dari kadar air (ka) 82 % , kadar air menjadi 5 %, dimana terdapat udara yang



masuk dengan kelembaban 0,002 kg uap air/kg udara dan kelembaban akhirnya 0,2 kg uap air/kg udara. Dalam soal ini terdapat kadar air pada saat masukan (𝑘𝑎1 ) dan kadar air produk (𝑘𝑎2 ) yang dihasilkannya. Maka dalam hal ini terdapat kadar padatan juga (𝑘𝑝1 ) dan (𝑘𝑝2 ) tetapi tidak dicantumkan dalam kasus soalnya, maka kadar padatannya itu sisa dari 100 % dikurangi dari nilai kadar airnya.



Maka dari perhitunganya diperoleh hasil untuk



jumlah udara yang diberikan untuk mengeringkan 0,1 kg bahan adalah 2,274 kg. Pada soal nomor 4. Prosesnya yaitu dengan metode recircle. Dimana dalam proses perhitungannya lebih kompleks dari perhitungan soal sebelumnya. Dalam keterangan soalnya udara pengering yang sudah digunakan untuk mengeringkan dialirkan kembali dan dicampur dengan udara yang berasal dari pemanas. Hal tersebut yang menandakan proses ini dengan menggunakan recircle. Komponen-komponen yang diketahui dalam soal tersebut adalah suatu komoditi pertanian dengan kadar air (𝑘𝑎1 ) 15 % mencapai (𝑘𝑎2 ) 7 %. Dengan kelembaban udara (𝑤𝑓 ) 0,01 kg uap air/kg udara dan kelembaban udara dari pengering yang digunakan (𝑤𝑟 ) 0,1 kg uap air/kg udara dan kelembaban udara yang tercampur keduanya (𝑤𝑐 ) 0,03 kg uap air/kg udara, untuk bahan 100 kg/jam. Ditanyakan berapa udara masuk yang dibutuhkan/jam (Fa), udara yang direcircle dan jumlah produk kering. Maka dari beberapa tahap hasil penyelesainnya jumlah produk kering sebanyak 91,39 kg/jam.



DAFTAR PUSTAKA



Modul Kuliah Satuan Operasi Industri. Jatiangor : Unpad Prinsip Keteknikan Pengolahan Pangan. Bandung: WidyaPadjadjaran. Nurjanah, sarifah.2010 Toledo, R. T. 1993. Fundamentals of Food Process Engineering, Chapman & Hall,New York. Setiasih, I.S. 2008.