3

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. MANGGA

Mangga merupakan tanaman tropika yang berasal dari lembah Indus, yaitu perbatasan antara

Burma dan India. Kemudian mangga menyebar ke Asia Tenggara dibawa pedagang India sekaligus

menyebarkan agama Hindu dan Budha sekitar 1450 tahun yang lalu. Istilah mangga berasal dari

bahasa Tamil di India yaitu man-kayatau man-gas. Dalam bahasa botani, mangga disebut Mangifera

indica L., yang berarti tanaman mangga berasal dari India. Sebutan mangga dalam Bahasa Indonesia

mirip sekali dengan Bahasa Tamil yaitu man-gas (Pracaya 2011)

Klasifikasi botani tanaman mangga adalah sebagai berikut:

Divisi : Spermatophyta

Sub divisi : Angiospermae

Kelas : Dicotyledonae

Keluarga : Anarcadiaceae

Genus : Mangifera

Spesies : Mangifera spp

Tanaman mangga tumbuh dalam bentuk pohon berbatang tegak, bercabang banyak, serta

bertajuk rindang dan hijau sepanjang tahun. Tinggi tanaman dewasanya bisa mencapai 10-40 m

dengan umur biasa mencapai lebih dari 100 tahun. Morfologi tanaman mangga terdiri atas akar,

batang, daun dan bunga. Bunga menghasilkan buah dan biji (pelok) yang secara generatif dapat

tumbuh menjadi tanaman baru.

Dalam keadaan normal, bunga tumbuh dari tunas ujung. Bunga mangga terangkai dalam tandan

sebagai bunga majemuk. Rangkaian bunganya berbentuk kerucut yang melebar di bagian bawah

dengan panjang 10-60 cm. Kuntum bunga mangga bertangkai pendek, berdaun kecil dan harum.

Jumlah bunga setiap tandan berkisar 1000-6000 kuntum. Ukuran bunganya kecil-kecil dengan

diameter 6-8 mm. Dari setiap rangkaian bunga, terdapat bunga jantan dan bunga hermaprodit

(berkelamin ganda, jantan dan betina).

Benang sari bunga mangga ada lima, tetapi yang subur hanya satu atau dua, sedangkan lainnya

steril. Benang sari yang subur biasanya hampir sama panjang dengan putik, yakni sekitar 2 mm,

sedangkan benang sari yang steril berukuran lebih pendek. Warna kepala putik kemerah-merahan

yang akan berubah menjadi ungu pada saat kepala sari membuka. Tujuannya adalah untuk memberi

kesempatan tepung sari dewasa menyerbuki kepala putik. Bakal buah pada tanaman mangga tidak

bertangkai, satu ruangan dan terletak pada satu piringan. Tangkai putik terdapat mulai dari tepi bakal

buah dan di bagian ujung terdapat kepala putik yang bentuknya sederhana. Dalam satu bunga kadang-

kadang terdapat tiga bakal buah.

Buah mangga termasuk kelompok buah batu berdaging dengan panjang buah antara 2,5 – 30 cm.

Bentuknya ada yang bulat, bulat telur, bulat memanjang dan pipih. Warna buah bermacam-macam,

tergantung varietasnya, ada yang hijau, kuning, merah atau campuran masing-masing warna itu.

Ujung buah mangga yang berbentuk runcing biasa disebut paruh, bagian di atas paruh yang

membengkok disebut sinus dan di bagian belakang perut buah disebut punggung. Kulit buah mangga

disebut (eksokrap) tebal dengan permukaan terdapat titik-titik kelenjar. Daging buah mangga

(mesokarp) ada yang tebal dan tipis, tergantung jenis dan varietasnya (Pracaya 2011).

4

Daging buah mangga ada yang berserat dan tidak berserat, berair dan tidak berair, serta manis.

Warnanya ada yang kuning, krem atau jingga. Serat-serat yang berasal dari kulit biji (endokarp)

kadang-kadang bisa menembus ke daging buah sehingga daging buahnya berserat. Pada mangga

berserat, umumnya yang dikonsumsi adalah cairan buahnya saja (Pracaya 2011).

Mangga masih dapat tumbuh sehat pada temperatur 4ºC-10ºC. Namun kondisi itu bukan

merupakan temperatur optimum untuk pertumbuhan mangga. Temperatur pertumbuhan mangga yang

optimum berkisar antara 24ºC-27ºC. Mangga membutuhkan curah hujan minimal 1000 mm, dan

musim kering 4-6 bulan per tahun. Setiap bulan rata-rata hujan tidak lebih dari 60 mm. Di Jawa,

mangga berbunga pada bulan Juli-Agustus, panen antara bulan September-November (Pracaya 2001).

Produksi buah mangga di Indonesia dapat di lihat pada Tabel 1.

Tabel 1.Produksi buah mangga di Indonesia

Tahun Jumlah Produksi (ton)

2007

2008

2009

2010

2011*)

1 818 619

2 105 085

2 243 440

1 287 287

2 129 608

*) Angka Sementara

Badan Pusat Statistik Nasional

Komponen daging buah mangga yang paling banyak adalah air dan karbohidrat. Karbohidrat

daging buah mangga terdiri dari gula sederhana, tepung dan selulosa. Gula sederhananya berupa

sukrosa, glukosa dan fruktosa yang memberikan rasa manis yang akan bermanfaat bagi pemulihan

tenaga pada tubuh manusia. Selulosa dan pektin pada buah mangga dipercaya akan melancarkan

saluran pencernaan. Selain itu tanin pada buah mangga menyebabkan rasa kelat (sepet) dan

menyebabkan buah mangga menjadi hitam setelah diiris. Terkadang, tanin juga membuat buah

mangga menjadi pahit. Rasa asam dari asam sitrat disebabkan oleh adanya vitamin C yang juga

bermanfaat bagi tubuh.

Berbagai jenis varietas tanaman mangga biasa dikembangkan secara generatif. Selain itu

pengembangan mangga juga dilakukan secara vegetatif yang akan diperoleh populasi tanaman baru

yang tidak akan berubah sifatnya dan memiliki mutu yang tinggi.

Masing-masing varietas mangga dapat dibedakan berdasarkan ukuran, warna daging, rasa,

aroma, karakter dan bentuk buah. Selain itu juga dapat dibedakan berdasarkan sifat pohon, ukuran dan

bentuk daun.

Gambar 1. Buah mangga varietas Indramayu

5

Di Indonesia beberapa jenis dan varietas mangga komersial yang sudah terkenal bagus mutunya

antara lain golek, arumanis, manalagi, endog, madu, lalijiwo, keweni, pekel, kemang dan cengkir

(Indramayu). Mangga cengkir banyak ditanam di Indramayu (Jawa Barat) dapat dikenal juga dengan

sebutan mangga indramayu (Gambar 1). Bentuk buahnya bulat telur, berbobot 400-500 g per buah.

Daging buahnya tebal, berwarna kuning, bertekstur lembut, memiliki rasa sedikit manis, tidak berserat

kecuali pada daging buah yang dekat kulit biji, memiliki kandungan air sedikit dan beraroma sedikit

harum (Pracaya 2011). Sifat fisik dan kimia daging buah mangga terdapat pada Tabel 2.

Tabel 2. Sifat fisika dan kimia daging buah beberapa varietas mangga

Sifat Fisika dan Kimia Varietas Mangga

Arumanis Cengkir Gadung Gedong

Padatan terlarut total (oBx) 14.8-16.6 13.0-15.0 20.8-21.2 16.0-17.8

Asam total (%) 0.22-0.56 0.26-0.88 0.18-0.47 0.12-17.8

Vitamin C (mg/100g) 22.0-46.9 37.8-58.2 20.0-21.5 36.2-96.2

Kadar air (%) ± 81.1 ± 84.3 ± 80.34 ± 82.9

Bobot utuh (g) ± 376.2 ± 320.1 ± 411.1 ± 232.4

Bagian yang dapat dimakan (%) ± 66.0 ± 65.8 ± 66.0 ± 59.0

Warna daging buah Kuning Kekuningan Kuning Jingga

Sumber : Broto 2003

Buah mangga dipanen dengan tingkat ketuaan 85% yaitu berumur 110-120 hari semenjak bunga

mekar dengan warna hijau dengan pangkal kemerahan. Buah mangga dipanen dengan menyisakan

tangkai sepanjang 10-15 mm. Hal ini dikarenakan dengan menyisakan tangkai tidak akan terjadi

penyebaran getah. Getah ini diperkirakan akan mempercepat kerusakan buah dan mendorong

terjadinya stem end rot dan akan mengotori permukaan. Dalam tahap pemanenan buah tidak boleh

dilempar untuk mengurangi kerusakan akibat memar. Waktu petik disarankan adalah pada pagi hari

yaitu pada pukul 07.00-08.00 WIB, tetapi pada beberapa daerah tertentu, waktu petik lebih

disesuaikan pada budaya serta kebiasaan daerah setempat. Setelah pemetikan sebaiknya buah jangan

langsung terkena sinar matahari, karena akan mempercepat kerusakan buah.

B. DEHIDRASI OSMOTIK

Dehidrasi atau pengeringan sering digunakan untuk pengawetan bahan pangan. Dengan proses

dehidrasi mengakibatkan kandungan air bahan rendah, sehingga kerusakan akibat mikroorganisme

dapat dihindari, mengurangi biaya pengemasan, biaya penyimpanan dan biaya transportasi. Proses

dehidrasi bahan pangan dengan cara perendaman padatan dalam larutan hipertonik dikenal sebagai

dehidrasi osmotik. Osmosis merupakan pergerakan molekul suatu senyawa melalui membran

semipermeabel menuju larutan yang lebih rendah konsentrasinya. Pada dehidrasi osmotik buah-

buahan, dinding sel buah berperan sebagai membran semipermeabel. Jika dinding sel buah benar-

benar bersifat semipermeabel, maka solut tidak dapat berdifusi melalui dinding sel buah. Namun

struktur buah sangat kompleks dan dinding sel tidak dapat berfungsi sebagai membran semipermeabel

yang sempurna, sehingga terjadi difusi solut dari larutan osmotik menuju buah dan difusi solut dari

buah keluar ke larutan osmotik. Jadi transfer massa pada proses dehidrasi osmotik adalah kombinasi

antara proses transfer air dan solut yang berlangsung secara simultan.

6

Menurut Lenart 1996, dehidrasi osmotik merupakan salah satu metode pengawetan bahan

pangan menggunakan tekanan osmotik untuk mengeluarkan sebagaian kandungan air pada bahan.

Dehidrasi osmosik dapat digunakan untuk perlakuan awal sebelum proses pengeringan yang dapat

menurunkan kadar air bahan sampai 50% dari kadar air awal (Khan et al. 2008). Pada dehidrasi

osmotik, bahan pangan direndam ke dalam media osmosis yang memiliki tekanan osmotik lebih tinggi

dari tekanan osmotik bahan, sehingga air dari dalam bahan akan keluar ke arah media untuk

menyeimbangkan tekanan osmotik. Sebagai akibat pengeluaran air dari dalam bahan tanpa perubahan

fase cairan, maka proses dehidrasi osmotik dianggap sebagai metode pengawetan bahan pangan dan

hasil pertanian yang menghasilkan mutu tinggi.

Pemilihan jenis dan konsentrasi solut dalam larutan osmotik dipengaruhi oleh beberapa faktor,

misalnya pengaruhnya terhadap kualitas organoleptik, rasa, kemampuan untuk mengurangi aktifitas

air, kelarutan solut, permeabilitas solut terhadap membran sel dan kemampuan mengawetkan. Dua

jenis solut yang paling umum digunakan adalah gula (sukrosa) dan NaCl.

Gula sering digunakan dalam pengawetan buah-buahan. Apabila gula ditambahkan ke dalam

bahan pangan dengan konsentrasi yang tinggi (>40% padatan terlarut), air yang tersedia untuk

pertumbuhan mikroorganisme akan berkurang. Menurut Buckle et al. (1985) diacu dalam Lutfi (2010)

apabila gula ditambahkan ke dalam bahan pangan dalam konsentrasi tinggi minimun 40% padatan

terlarut, menyebabkan sebagian air yang ada menjadi tidak tersedia untuk pertumbuhan

mikroorganisme dan aktivitas air (aw) bahan pangan akan berkurang. Konsentrasi gula yang tinggi

(sampai 70%) sudah dapat menghambat pertumbuhan mikroba perusak makanan.

Kinetika dehidrasi osmotik ditentukan berdasarkan kecepatan water loss (WL) dan solid gain

(SG). Water loss (WL) didefinisikan sebagai pengurangan berat air netto pada produk dehidrasi

osmotik berdasarkan berat bahan mula-mula. Solid gain (SG) adalah penambahan berat solid netto

pada produk dehidrasi osmotik berdasarkan berat bahan mula-mula. Dehidrasi buah mangga dapat

dilakukan dengan metode osmotik pada tahap awal, yakni merendan daging buah mangga ke dalam

larutan gula pada konsentrasi dan jangka waktu tertentu. Setelah itu, dikeringkan pada suhu 45-55°C

dan kelembaban nisbi yang rendah. Metode dehidrasi tersebut terbukti mampu memberikan hasil buah

kering yang awet dengan kadar air sekitar 14%, sehingga kerusakan kimiawi, biologis, dan enzimatis

dapat dihindari. Perendaman irisan daging buah mangga kweni kedalam larutan gula 60°Brix selama

10 jam, kemudian dikeringkan pada suhu 55°C dan kelembaban (RH) 60% selama 9 jam

menghasilkan manisan mangga kweni kering, berpenampilan menarik, warna kuning merata, manis,

dan memiliki kadar air optimum 14.4% (Broto 2003).

Potongan mangga kering yang memiliki kualitas paling baik adalah potongan mangga dengan

perlakuan osmotik tanpa kitosan karena penyusutan potongan mangga dengan perlakuan osmotik

lebih kecil dibandingkan potongan mangga segar selama dehidrasi. Selain itu dengan adanya

perlakuan osmotik sebelum dehidrasi menyebabkan potongan mangga dapat mempertahankan warna

alaminya selama dehidrasi, walaupun warna dehidrasi mangga selama perlakuan menjadi lebih tua/

matang (Sophia 2011).

Semakin tinggi nilai water loss maka menunjukkan tingkat tingginya kehilangan air pada

sampel. Sedangkan nilai solid gain merupakan parameter yang menunjukkan banyaknya jumlah

padatan terlarut yang masuk ke dalam sampel. Kecepatan keluarnya air dari padatan dipengaruhi oleh

beberapa faktor antara lain konsentasi larutan osmotik, waktu perendaman, rasio larutan

osmotik/solid, suhu, intensitas pengadukan dan ukuran (Soetjipto Reynaldy et al, 2005).

Water loss dan solid gain pada proses dehidrasi osmotik dengan larutan gula 60oBx lebih besar

daripada larutan gula 30oBx, karena dengan larutan gula 60

oBx, diperoleh beda konsentrasi larutan

dan tekanan osmotik yang lebih besar. Menurut Sharma 2000, kenaikan konsentrasi solut dalam

7

larutan osmotik dapat meningkatkan water loss dan solid gain sampai batas tertentu. Sebagai contoh,

konsentrasi larutan gula sekitar 60oBx paling sesuai digunakan untuk dehidrasi osmotik. Ertekin 2000

melaporkan bahwa penggunaan larutan osmotik 66oBx menghasilkan kenaikan water loss dan solid

gain yang hampir sama dengan penggunaan larutan osmotik 60oBx.

C. PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN

Pengadukan (agitation) merupakan suatu aktivitas operasi pencampuran dua atau lebih zat agar

diperoleh hasil campuran yang homogen dan menciptakan gerakan dari bahan yang diaduk seperti

molekul-molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi).

Tujuan dari pengadukan adalah:

Mencampur dua cairan yang saling melarut

Melarutkan padatan dalam cairan

Mendispersikan gas dalam cairan dalam bentuk gelembung

Untuk mempercepat perpindahan panas antara fluida dan dinding bejana

Pencampuran adalah operasi yang menyebabkan tersebarnya secara acak suatu bahan yang lain

dimana bahan-bahan tersebut terpisah dalam dua fasa atau lebih. Proses pencampuran bisa dilakukan

dalam sebuah tangki berpengaduk. Hal ini dikarenakan faktor-faktor penting yang berkaitan dengan

proses ini, dalam aplikasi nyata bisa dipelajari dengan seksama dalam alat ini. Pada dasarnya

pencampuran mencakup dua faktor kunci yaitu peralatan yang digunakan dan bahan yang akan

dicampur. Kedua faktor tersebut harus memiliki hubungan yang erat untuk memperoleh hasil

pencampuran yang baik. Geometri peralatan dapat mempengaruhi produksi secara umum, kondisi

operasi proses khususnya aerasi dan pengadukan serta konsumsi energi (Sailah 1994)

Bentuk pengaduk berpengaruh terhadap pola aliran yang dihasilkannya. Berdasarkan pola aliran

yang dihasilkan, pengaduk dapat dibagi menjadi empat jenis yaitu menghasilkan pola aliran radial,

axial, laminar dan turbulen. Aliran radial yaitu aliran mendatar dari blade pengaduuk ke dinding

vessel (tangki) dan membentuk dua daerah, yaitu daerah atas dan daerah bawah. Sedangkan aliran

axial adalah aliran vertikal ke atas dan bawah pengaduk. Pola aliran yang dihasilkan juga dipengaruhi

oleh sifat reologi dari bahan yang diaduk (Sailah 1993). Pola aliran laminar adalah pola aliran yang

mengalir dalam lapisan dan alirannya tenang (Hudges dan Brighton 1967). Aliran turbulen adalah

aliran yang bersifat bergejolak (Earle 1969).

Pada proses pencampuran, salah satu sifat bahan yang sangat penting untuk dipertimbangkan

adalah sifat reologi bahan. Reologi menurut Mackay (1988) adalah ilmu tentang sifat aliran suatu

bahan. Menurut sifat reologinya, fluida dapat dibagi menjadi dua golongan besar, yaitu Newtonian

dan fluida non-Newtonian. Pada fluida Newtonian, nilai kekentalan adalah konstan dan tidak

dipengaruhi oleh nilai laju geser, tetapi dipengaruhi oleh suhu dan tekanan. Sedangkan fluida non-

Newtonian, nilai kekentalan merupakan fungsi dari laju geser.

Pola aliran pada suatu tangki berpengaduk sangat dipengaruhi oleh kecepatan pengaduk, jenis

pengaduk dan sifat reologi bahan yang diaduk (Ranade dan Joshi 1990). Meskipun dengan fluida dan

kecepatan pengadukan yang sama, penggunaan pengaduk yang berbeda akan menghasilkan pola aliran

yang berbeda pula.

Menurut aliran yang dihasilkan, pengaduk dapat dibagi menjadi tiga golongan:

1. Pengaduk aliran aksial yang akan menimbulkan aliran yang sejajar dengan sumbu putaran.

2. Pengaduk aliran radial yang akan menimbulkan aliran yang berarah tangensial dan radial

terhadap bidang rotasi pengaduk. Komponen aliran tangensial menyebabkan timbulnya

8

vortex dan terjadinya pusaran, dan dapat dihilangkan dengan pemasangan baffle atau

cruciform baffle.

3. Pengaduk aliran campuran yang merupakan gabungan dari kedua jenis pengaduk di atas.

Pengadukan mekanis adalah metoda pengadukan menggunakan peralatan mekanis yang terdiri

atas motor, poros pengaduk (shaft) dan alat pengaduk (impeller). Peralatan tersebut digerakkan

dengan motor bertenaga listrik. Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting

dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Menurut Mc Cabe 1993, berdasarkan

bentuk pengaduk dapat dibagi menjadi 3 golongan:

1. Propeller

Kelompok ini biasa digunakan untuk kecepatan pengadukan tinggi dengan arah aliran

aksial. Pengaduk ini dapat digunakan untuk cairan yang memiliki viskositas rendah dan tidak

bergantung pada ukuran serta bentuk tangki. Kapasitas sirkulasi yang dihasilkan besar dan

sensitif terhadap beban head.

Pengaduk propeller menimbulkan arah aksial, arus aliran meninggalkan pengaduk

secara kontinu melewati fluida ke satu arah tertentu sampai dibelokkan oleh dinding atau

dasar tangki (Gambar 3).

2. Turbine

Istilah turbine ini diberikan bagi berbagai macam jenis pengaduk tanpa memandang

rancangan, arah discharge ataupun karakteristik aliran. Turbine merupakan pengaduk

dengan sudu tegak datar dan bersudut konstan (Gambar 4). Pengaduk jenis ini digunakan

pada viskositas fluida rendah halnya pengaduk jenis propeller (Uhl dan Gray 1966).

Pengaduk turbin menimbulkan aliran arah radial dan tangensial. Di sekitar turbin terjadi

daerah turbulensi yang kuat, arus dan geseran yang kuat antar fluida.

Salah satu jenis pengaduk turbine adalah pitched blade. Pengaduk jenis ini memiliki

sudut sudu konstan. Aliran terjadi pada arah aksial, meski demikian terdapat pola aliran pada

arah radial. Aliran ini akan mendominasi jika sudu berada dekat dengan dasar tangki.

3. Paddles

Pengaduk jenis ini sering memegang peranan penting pada proses pencampuran dalam

industri. Bentuk pengaduk ini memiliki minimum 2 sudu, horizontal atau vertical, dengan

nilai D/T yang tinggi (Gambar 5). Paddle digunakan pada aliran fluida laminar, transisi atau

turbulen tanpa baffle.

Pengaduk paddle menimbulkan aliran arah radial dan tangensial dan hampir tanpa gerak

vertikal sama sekali. Arus yang bergerak ke arah horisontal setelah mencapai dinding akan

dibelokkan ke atas atau ke bawah. Bila digunakan pada kecepatan tinggi akan terjadi pusaran

saja tanpa terjadi agitasi.

(a) (b) (c)

Gambar 2. Bentuk–bentuk pengaduk

(a) pengaduk paddle (b) pengaduk propeller (c) pengaduk turbine

9

Disamping itu masih ada bentuk–bentuk pengaduk lain yang biasanya merupakan modifikasi

dari ketiga bentuk di atas.

(a) (b) (c)

Gambar 3. Tipe-tipe pengaduk jenis turbine

(a) (b) (c)

Gambar 4. Tipe-tipe pengaduk jenis propeller

(a) (b) (c)

Gambar 5. Tipe-tipe pengaduk jenis paddle

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah kecepatan putaran

pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk bisa memberikan gambaran mengenai

pola aliran yang dihasilkan dan daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan

pencampuran. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan

putaran rendah, sedang dan tinggi. Menurut Soetjipto Reynaldy 2005, dengan penggunaan diameter

tangki larutan sebesar 20 cm dan tinggi tangki sebesar 28 cm maka kecepatan pengadukan rendah

yang digunakan sebesar 100 rpm, kecepatan pengadukan sedang sebesar 500 rpm dan kecepatan

pengadukan tinggi sebesar 1000 rpm, akan mempengaruhi perbedaan kecepatan pengadukan dapat

mempengaruhi nilai water loss dan solid gain.

Fluida adalah suatu zat yang mempunyai kemampuan berubah secara kontinu apabila mengalami

geseran, atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser sekecil apapun. Dalam keadaan diam atau

dalam keadaan keseimbangan, fluida tidak mampu menahan gaya geser yang bekerja padanya, oleh

sebab itu fluida mudah berubah bentuk tanpa pemisahan massa.

Faktor-faktor yang memengaruhi proses pengadukan dan pencampuran diantaranya adalah

perbandingan antara geometri tangki dengan geometri pengaduk, bentuk dan jumlah pengaduk, posisi

sumbu pengaduk, kecepatan putaran pengaduk, penggunaan sekat dalam tangki dan juga properti fisik

fluida yang diaduk yaitu densitas dan viskositas.

a. Flate Blade

b. Curved Blade

c. Pitched Blade

a. Standard

three blades

b. Weedless

c. Guarded

a. Basic

b. Anchor

c. Glassed

10

Menurut Setiawan 2008, density atau rapat jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi

zat tersebut dan dinyatakan dalam massa persatuan volume. Sifat ini ditentukan dengan cara

menghitung nisbah (rasio) massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume

bagian tersebut. Hubungannya dapat dinyatakan pada persamaan (1)

𝜌 =𝑚

𝑣 (1)

Dimana: m = massa fluida (kg)

v = volume fluida (m3)

Viskositas adalah suatu pernyataan “tahanan untuk mengalir” dari suatu sistem yang

mendapatkan suatu tekanan. Makin kental suatu cairan, makin besar gaya yang dibutuhkan untuk

membuatnya mengalir pada kecepatan tertentu. Viskositas dispersi kolodial dipengaruhi oleh bentuk

partikel dari fase dispers. Koloid-koloid berbentuk bola membentuk sistem dispersi dengan viskositas

rendah, sedang sistem dispersi yang mengandung koloid-koloid linier viskositasnya lebih tinggi.

Hubungan antara bentuk dan viskositas merupakan refleksi derajat solvasi dan partikel (Moechtar

1990). Bila viskositas gas meningkat dengan naiknya temperatur, maka viskositas cairan justru akan

menurun jika temperatur dinaikkan. Fluiditas dari suatu cairan yang merupakan kebalikan dari

viskositas akan meningkat dengan makin tinggi temperatur (Martin 1993). Menurut Setiawan 2008,

Viskositas dinyatakan dalam dua bentuk, yaitu:

Viskositas dinamik

Viskositas dinamik adalah perbandingan tegangan geser dengan laju perubahannya, besarnya

nilai viskositas dinamik tergantung dari faktor-faktor diatas tersebut, untuk viskositas dinamik air

pada temperatur standar lingkungan (27oC) adalah 8.6 x 10

-4 kg/ms. Persamaan viskositas dinamik

dapat dilihat pada persamaan (2)

𝜏 =𝐹

𝐴= 𝜇

∆𝑣

∆𝑦 (2)

Dimana: 𝜏 = tegangan geser (N/m2)

F = gaya geser (N)

A = luas permukaan (m2)

v = kecepatan (m/s)

y = jarak vertikal (m)

𝜇 = viskositas dinamik (Pa.s)

Viskositas kinematik

Viskositas kinematik merupakan perbandingan viskositas dinamik terhadap kerapatan (density)

massa jenis dari fluida tersebut. Viskositas kinematik ini terdapat dalam beberapa penerapan antara

lain dalam bilangan Reynolds yang merupakan bilangan tak berdimensi, nilai viskositas kinematik air

pada temperatur standar (27oC) adalah 8.7 x 10

-7 m

2/s. Persamaan viskositas kinematik dapat dilihat

pada persamaan (3)

𝑣 = 𝜇

𝜌 (3)

Dimana: v = viskositas kinematik (m2/s)

𝜇 = viskositas dinamik (Pa.s)

𝜌 = massa jenis (kg/m3)

Bilangan Reynolds pada tangki berpengaduk

Menurut Mc Cabe 1994, bilangan tak berdimensi yang menyatakan perbandingan antara gaya

inersia dan gaya viskos yang terjadi pada fluida. Sistem pengadukan yang terjadi bisa diketahui

11

bilangan Reynolds-nya dengan menggunakan persamaan (8). Dimana, N adalah putaran/menit,

d adalah diameter impeler dan v adalah viskositas kinematis larutan. Dalam sistem pengadukan

terdapat 3 jenis bentuk aliran yaitu laminer, transisi dan turbulen. Bentuk aliran laminer terjadi pada

bilangan Reynolds kurang dari 2100, sedangkan aliran turbulen terjadi pada bilangan Reynolds lebih

dari 4000 dan aliran transisi berada diantara keduanya. Pengadukan dengan aliran turbulen

menghasilkan water loss lebih tinggi daripada aliran laminar. Namun untuk solid gain, pada aliran

turbulen maupun laminar tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan (Soetjipto et al. 2005).

D. DAYA LISTRIK DAN DAYA MEKANIK PADA MOTOR DC

Motor DC (Direct Current)

Meskipun energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan, akan tetapi energi dapat diubah dari

satu bentuk ke bentuk lain tanpa ada yang hilang. Saat mesin mengalami perubahan energi dari satu

bentuk ke bentuk lainnya, maka akan terjadi kehilangan energi atau daya tertentu. Motor mengubah

energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban tertentu. Motor listrik pengaduk larutan

dapat menggunakan listrik arus searah atau DC (Direct Current) ialah aliran arus yang keluarannya

tetap atau konstan terhadap waktu. Arus searah merupakan arus negatif atau elektron yang mengalir

dari kutub negatif ke kutub positif. Sumber listrik dari arus searah ini biasanya dari batu baterai,

accumulator atau hasil proses dari photovoltaic atau tenaga surya. Akan tetapi, sumber listik arus

searah dari motor listrik juga bisa diperoleh langsung dari PLN yang memiliki listrik arus bolak balik

(AC). Untuk mengubah arus AC ke DC biasa digunakan adaptor AC-DC converter, sehingga dalam

penggunaannya akan lebih mudah.

Gambar 6. Motor losses (US DOE)

Gambar 7. Grafik karakteristik motor DC (Tsukasa Electric 2012)

Motor Losses

Load Power Input Power Output

12

Pada proses ini, kehilangan energi ditunjukkan dalam Gambar 6. Efisiensi motor ditentukan oleh

kehilangan dasar yang dapat dikurangi hanya oleh perubahan pada rancangan motor dan kondisi

operasi. Kehilangan dapat bervariasi, mulai dari kurang lebih dua persen hingga 20 persen.Kehilangan

energi atau daya itu akan menyebabkan peningkatan suhu dan menurunkan efisiensi dari mesin.

Kehilangan energi atau daya ini sangat penting karena akan memberikan petunjuk mengenai

bagaimana mereka dapat berkurang. Efisiensi motor dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara

daya output dengan daya inputnya. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah usia, kapasitas

motor, kecepatan motor, jenis motor dan suhu (US DOE).

Hubungan antara torsi, kecepatan putar dan arus listrik adalah linier seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 7, saat beban kerja motor meningkat maka kecepatan putaran motor akan berkurang.

Grafik pada Gambar 7 ini mewakili berbagai tipe karakteristik motor DC. Selama motor bekerja,

daerah dengan efisiensi tinggi (daerah yang diarsir) memiliki kinerja yang lebih baik dan motor

menjadi lebih tahan lama. Namun dengan menggunakan motor di luar daerah arsiran tersebut suhu

dari motor akan meningkat sehingga dapat terjadi kerusakan pada motor. Gambar 7 menunjukkan saat

di bawah kecepatan putaran tertentu, efisiensi motor DC tidak berubah terhadap kecepatan putar tetapi

berubah terhadap torsi, sehingga hubungan antara kecepatan putar dan efisiensi adalah linier.

Komponen motor listrik dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu bagian motor yang berputar

(rotor, stator, generator dan lainnya) dan bagian motor yang tidak berputar (transformator, reaktor dan

lainnya). Pada mesin yang berputar kehilangan energi terjadi pada daya input (daya listrik) dan daya

output (daya mekanik), sedangkan pada mesin stasioner atau diam mengalami kehilangan energi

hanya pada daya input atau daya listrik (TAFE Queensland 2008).

Daya Listrik (Input Power)

Daya masukan merupakan energi input atau daya input yang terdapat pada motor listrik atau

mesin listrik. Pada motor listrik, masukannya berupa energi listrik, generator masukannya berupa

energi mekanik, dalam baterai masukannya berupa energi kimia dan termokopel masukannya berupa

energi panas. Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam sirkuit listrik. Satuan

SI daya listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya tenaga listrik yang mengalir per satuan waktu

(joule/detik). Arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dengan hambatan listrik menimbulkan kerja.

Peranti mengkonversi kerja ini ke dalam berbagai bentuk yang berguna, seperti panas (pemanas

listrik), cahaya (pada bola lampu), energi kinetik (motor listrik) dan suara (loudspeaker). Pengukuran

daya listrik dapat dilihat pada persamaan (10). Masukan daya listrik pada motor listrik dapat

ditentukan apabila aliran arus dan tegangannya dapat diketahui (TAFE Queensland 2008).

Daya Mekanik (Output Power)

Daya keluaran merupakan energi output atau daya output yang terdapat pada suatu mesin. Hasil

output dari motor listrik berupa energi mekanik, output dari generator berupa energi listrik, output dari

baterai dan termokopel juga berupa energi listrik. Daya keluaran motor atau daya mekanik

merupakan daya yang disalurkan melalui poros output motor. Daya mekanik dari motor listrik dapat

dilihat pada persamaan (4). Daya mekanik atau daya output dari motor tergantung pada kecepatan

rotasi dan torsi yang dihasilkan (TAFE Queensland 2008).

𝑃 =2𝜋𝑁𝑇

60 (4)

Dimana: P = daya mekanik (Watt)

T = torque (Nm)

N = kecepatan putar (rpm)