BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di dalam industri pangan, sering suatu bahan mentah atau bahan pangan

yang sangat penting mengandung jumlah air yang lebih banyak daripada yang

dibutuhkan pada hasil akhir. Apabila bahan pangan berbentuk cair maka cara yang

paling mudah untuk memindahkan air adalah dengan memberikan panas guna

menguapkan air tersebut.

Pada beberapa jenis produk pangan yang berbentuk cair misalnya jus, sari

buah, nira ataupun susu, untuk pengawetan serta memperpanjang waktu

penyimpanan maka produk tersebut dikentalkan yaitu dengan cara penguapan

kadar air tanpa mengurangi kandungan nutrisi dari produk tersebut.

Pengentalan atau penguapan bahan pangan ini biasanya menggunakan

evaporator atau melakukan pemanasan dengan suhu tinggi. Untuk mempercepat

proses pemanasan biasanya cairan diaduk sehingga suhu merata dan koefisien

perpindahan panas konveksi naik.

Dengan melakukan praktikum ini, praktikan akan dapat memahami

kesetimbangan massa yang terjadi meskipun pada akhir proses terjadi

pengurangan dan di produk lain terjadi penambahan yang jika dijumlahkan akan

sama seperti pada keadaan awal.

1.2 Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum kesetimbangan massa ini adalah sebagai berikut :

1. Mempelajari kesetimbangan massa pada suatu proses pengenceran dan

pengentalan.

2. Mempelajari keadaan system steady state dan unsteady state dalam proses

pengentalan dan pengenceran.

3. Menentukan model nerca massa steady state pada aliran massa dan unsteady

state pada komponen gula dan madu

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kesetimbangan Massa

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 di dalam sistem

tersebut (dalam sistem tertutup massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah

sama). Pernyataan yang umum digunakan untuk menyatakan hukum kekekalan

massa adalah massa dapat berubah bentuk tetapi tidak dapat diciptakan atau

dimusnahkan. Untuk suatu proses kimiawi di dalam suatu sistem tertutup, massa

dari reaktan harus sama dengan massa produk.

Hukum kekekalan massa diformulasikan oleh Antoine Lavoisier pada

tahun 1789. Oleh karena hasilnya ini, ia sering disebut sebagai bapak kimia

modern. Sebelumnya, Mikhail Lomonosov(1748) juga telah mengajukan ide yang

serupa dan telah membuktikannya dalam eksperimen. Sebelumnya, kekekalan

massa sulit dimengerti karena adanya gaya buoyan atmosfer bumi. Setelah gaya

ini dapat dimengerti, hukum kekekalan massa menjadi kunci penting dalam

mengubah alkemi menjadi kimia modern. Ketika ilmuwan memahami bahwa

senyawa tidak pernah hilang ketika diukur, mereka mulai melakukan studi

kuantitatif transformasi senyawa. Studi ini membawa kepada ide bahwa semua

proses dan transformasi kimia berlangsung dalam jumlah massa tiap elemen tetap.

Dalam Satuan Operasi bentuk kesetimbangan massa dan energi dapat

direpresentasikan dalam bentuk kotak diagram proses. Massa atau energi yang

masuk ke dalam kotak diagram proses harus setimbang dengan massa atau energi

yang ke luar darinya.

Hukum konservasi massa : massa tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan

(kecuali reaksi atom/ nuklir). Sehingga kesetimbangan massa dalam sebuah proses

dapat ditulis sebagai berikut :

Input = Output

input = uotput + akumulasi

bahan baku = produk + limbah + akumulasi

SmR = Smp +SmW +SmS

SmR = mR1 + mR2 + mR3

Smp = mp1 + mp2 + mp3

SmW = mW1 + mW2 + mW3

SmS = ms1 + ms2 + ms3

2.2 Keadaan Steady dan Unsteady

Steady state adalah kondisi sewaktu sifat-sifat suatu sistem tak berubah

dengan berjalannya waktu atau dengan kata lain, konstan. Pada kebanyakan

sistem, keadaan tunak baru akan dicapai beberapa waktu setelah sistem dimulai

atau diinisiasi. Kondisi awal ini sering disebut sebagai keadaan transien.

Sedangkan unsteady state merupakan kebalikan dari steady state, dimana suatu

system berubah terhadap waktu.

2.3 Refraktometer

Refractometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kadar /

konsentrasi bahan terlarut misalnya : Gula, Garam, Protein dsb. Prinsip kerja dari

refractometer sesuai dengan namanya adalah dengan memanfaatkan refraksi

cahaya. Seperti terlihat pada Gambar di bawah ini sebuah sedotan yang

dicelupkan ke dalam gelas yang berisi air akan terlihat terbengkok. Pada Gambar

kedua sebuah sedotan dicelupkan ke dalam sebuah gelas yang berisilauran gula.

Terlihat sedotan terbengkok lebih tajam. Fenomena ini terjadi karena adanya

refraksi cahaya. Semakin tinggi konsentrasi bahan terlarut (Rapat Jenis Larutan),

maka sedotan akan semakin terlihat bengkok secara proporsional. Besarnya sudut

pembengkokan ini disebut Refractive Index (nD). Refractometer ditemukan oleh

Dr. Ernst Abbe seorang ilmuwan dari German pada permulaan abad 20.

Adapun prinsip kerja dari refractometer dapat digambarkan sebagai berikut :

1. Dari gambar dibawah ini terdapat 3 bagian yaitu : Sample, Prisma dan

Papan Skala. Refractive index prisma jauh lebih besar dibandingkan

dengan sample.

2. Jika sample merupakan larutan dengan konsentrasi rendah, maka sudut

refraksi akan lebar dikarenakan perbedaan refraksi dari prisma dan

sample besar. Maka pada papan skala sinar “a” akan jatuh pada skala

rendah.

3. Jika sample merupakan larutan pekat / konsentrasi tinggi, maka

sudutrefraksi akan kecil karena perbedaan refraksi prisma dan sample

kecil. Pada gambar terlihar sinar“b” jatuh pada skala besar.

Konsentrasi bahan terlarut sering dinyatakan dalam satuan Brix(%) yaitu

merupakan pernsentasi dari bahan terlarut dalam sample (larutan air). Kadar

bahan terlarut merupakan total dari semua bahan dalam air, termasuk gula, garam,

protein, asam dsb. Pada dasarnya Brix(%) dinyatakan sebagai jumlah gram dari

cane sugar yang terdapat dalam larutan 100 g cane sugar. Jadi pada saat mengukur

larutan gula, Brix(%) harus benar-benar tepat sesuai dengan konsentrasinya.

2.4 Satuan brix

Satuan Brix merupakan satuan yang digunakan untuk menunjukan kadar

gula yang terlarut dalam suatu larutan. Semakin tinggi derajat brix nya maka

semakin manis larutan tersebut. Sebagai contoh kasus dalam pengolahan nira

bahwa nilai Brix adalah gambaran seberapa banyak zat pada terlarut dalam nira.Di

dalam padatan terlarut tersebut terkandung gula dan komponen bukan gula.

Sebagai gambaran, bila diperoleh nilai Brix 17% maka dalam setiap 100 bagian

nira terdiri dari 17 bagian Brix dan 83 bagian air.

Brix ialah zat padat kering terlarut dalam suatu larutan (gram per 100

gramlarutan) yang dihitung sebagai sukrosa. Zat yang terlarut seperti gula

(sukrosa,glukosa, fruktosa, dan lain-lain), atau garam-garam klorida atau sulfat

dari kalium,natrium, kalsium, dan lain-lain merespon dirinya sebagai brix dan

dihitung setaradengan sukrosa (Risvan, 2009).Brix adalah jumlah zat padat semu

yang larut (dalam gr) setiap 100 gr larutan. Jadi misalnya brix nira = 16, artinya

bahwa dari 100 gram nira, 16 grammerupakan zat padat terlarut dan 84 gram

adalah air. Untuk mengetahui banyaknya zat padat yang terlarut dalam larutan

(brix) diperlukan suatu alat ukur.(Risvan,2008).

Menurut Diding Suhandy (2008) derajat Brix merupakan satuan

yangumum digunakan untuk mengukur KPT dalam suatu larutan. Sebagian besar

kandungan padatan terlarut (KPT) pada buah terdiri atas gula-gula

sederhanaseperti fruktosa, glukosa dan sukrosa.

2.4 Pengentalan dan Pengenceran

Pengentalan merupakan proses meningkatkan konsentrasi suatu larutan

akibat adanya pencampuran bahan terlarut. Sedangkan pengenceran merupakan

proses penurunan suatu larutan akibat adanya pencampuran bahan pelarut.

Semakin tinggi konsentrasi maka ikatan antara partikelnya semakin kuat,

sebaliknya semakin rendah konsentrasi maka ikatan antar partikelnya akan

semakin lemah.

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut :

1. Air

2. Gula pasir

3. Kertas tissue

4. Madu

Alat yang digunakan pada praktikum ini yaitu :

1. Peralatan proses kontinyu berpengaduk

2. Gelas ukur 100 ml dan 200 ml

3. Stopwatch

4. Refraktometer

5. Timbangan

3.2 Prosedur Percobaan

Prosedur yang dilakukan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :

1. Memasang peralatan tangki kontinyu

2. Menimbang madu dan gula pasir sebagai bahan masing masing seberat 100

gram

3. Memasukkan gula pasir dan madu sebanyak 100 gram ke dalam 2 buah gelas

ukur yang berbeda gelas ukur 1 dengan menambahkan air sebanyak 500 ml

4. Mengaduk gelas ukur 1 hingga gula dan madu benar-benar terlarut

5. Mengisi gelas ukur 2 dengan air sebanyak 500 ml

6. Menghitung kadar gula dan air dengan refraktometer mula-mula pada gelas

ukur 1 dan 2

7. Mencatat hasil pengukuran pada prosedur ke-6, dengan kadar gula mula-mula

sebagai xt dan xf juga pada kolom pengenceran sedangkan kadar air sebagai

xt pada kolom pengentalan.

8. Memulai percobaan dengan membuka keran penutup pada tangki kontinyu,

bersamaan itu perhitungan waktu dengan stopwatch dimulai juga dan kedua

gelas ukur diaduk-aduk . Setelah 2 menit, keran ditutup kembali dan dihitung

kadar larutan gula dan air pada masing-masing gelas ukur. Selanjutnya

mencatat hasil pengukuran, dimana kedua data hasil pengukuran sebagai xt

9. Mengulangi prosedur ke-8 setiap kelipatan 2 menit hingga sepuluh kali

pengukuran, yaitu samapai pada menit ke-20.

10. Membuat grafik konsentrasi gula dan konsentrasi air dengan persamaan ln

( xf-xt) terhadap waktu (t) berdasarkan hasil percoban dan kemudian

menentukan model persamaan dari grafik tersebut , yaitu dalam bentuk y =

ax+b

11. Membandingkan anatara proses pemekatan dan proses pengenceran

12. Mengulangi prosedur yang sama untuk proses pengenceran dan pengentalan

pada madu

BAB IV

HASIL PERCOBAAN

Tabel 4.1 Data praktikum pengenceran dan pengentalan gula pasir

Waktu

Pengenceran ln(Xf – Xt)

Pengentalan ln(Xf – Xt)

(menit) (°Brix)

(Pengenceran) (°Brix)

(Pengentalan)

0 16,5 2,8 0 2,82 16,2 -1.204 2,1 2.6674 16 -0,693 2,4 2.6466 16,4 -2,3 2,0 2.6748 16 -0,693 1,9 2.68110 16,2 -1,2 1,8 2.68712 15,5 0 2 2.52514 16 -0,693 2 2.67416 16 -0,693 2 2.67418 15,7 -0,223 3 2.60220 15,3 0,182 2,9 2,61

Tabel 4.2 Data praktikum pengenceran dan pengentalan madu

Waktu

Pengenceran ln(Xf – Xt)

Pengentalan ln(Xf – Xt)

(menit) (°Brix)

(Pengenceran) (°Brix)

(Pengentalan)

0 13 2.565 0 2.5652 12,9 -2,3 2,5 2.3514 12,9 -2,3 0,2 2.5496 12,8 -1.609 1,1 2.4768 12,8 --1,609 6,4 1.88710 12,8 -1.609 1,3 2.45912 12,7 -1,2 1,6 2.43314 12,6 -0,91 1,9 2.40716 11,9 -0,0953 2 2.39718 10,2 10.296 2,1 2.38820 11,1 0,641 2,1 2.388

0 5 10 15 20 25

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Grafik waktu terhadap pengenceran (Gula Pasir)

Grafik waktu terhadap pengenceran

Grafik 1. waktu terhadap pengenceran (gula pasir)

0 5 10 15 20 252.35

2.42.45

2.52.55

2.62.65

2.72.75

2.82.85

Grafik waktu terhadap pengentalan (Gula Pasir)

Grafik waktu terhadap pengentalan

Grafik 2. waktu terhadap pengentalan (gula pasir)

0 5 10 15 20 25

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

Grafik waktu terhadap pengenceran (Madu)

Grafik waktu terhadap pngenceran

Grafik 3. Waktu terhadap pengenceran (Madu)

0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Grafik waktu terhadap pengentalan (Madu)

Grafik waktu terhadap pengentalan (Madu)

Grafik 4. waktu terhadap pengentalan (Madu)

BAB V

PEMBAHASAN

Pengenceran dan pengentalan pada kesetimbangan massa ini pada intinya

merupakan salah satu contoh yang menerapkan prinsip kesetimbangan massa.

Hasil percobaan yang dilakukan selama lebih kurang 20 menit ini ternya sangat

menyimpang dari keterangan literatur. Pada reaksi pengenceran menurut literatur

terjadi penurunan kadar zat terlarut. Namun data hsil percobaan fluktuatif dan

yang sangat menyimpang adanya data pengukuran yang kadarnya naik

dibandingkan dengan kadar yang dihasilkan pada pengukuran sebelumnya. Begitu

pula pada data percobaan pengentalan, seperti halnya pada pengenceran, proses

pengentalan juga menyimpang dari literatur .

Menurut keterangan literatur bahwa pengentalan terjadi apabila adanya

peningkatan zat terlarut, namun demikian data hasil percoban adanya data yng

mengalami penurunan dan peningkatan kadar gula yang diukur dibandingkan

dengan data pengukuran sebelumnya.

Kesalahan pada saat praktikum ini terjadi di menit ke-4 menuju menit ke -

6 Pada mulanya kadar gula pasir pada proses pengenceran gelas ukur ke-1 pada

menit ke-4 adalah 16 brix atau 16%, Namun setelah waktu berjalan 6 menit kadar

gulanya bertambah menjadi 16,4%, begitu pula sebaliknya yang terjadi pada

proses pengentalan, Pada menit ke-4 kadar gula yang berada pada gelas ukur 2

menurun yang awalnya 2,4 brix namun setelah 6 menit kadar gulanya menjadi 2,0

brix. Begitu pula pada menit-menit berikutnya.

Berdasarkan hasil pengukuran pada percobaan pengenceran ini terjadi

penyimpangan data yang seharusnya mengalami penurunan dari kadar gula mula-

mula. Namun data yang didapatkan malah terjadi fluktuatif, yang terkadang naik

atau mengalami penurunan sehingga tidak dapat ditentukan pada menit berapa

kadar gula mengalami kesetimbangan.

Kesalahan data yang diperoleh dapat diakibatkan oleh berbagai faktor

yang mempengaruhinya, diantaranya akibat kesalahan alat yang digunakan Salah

satunya pada selang penghubung yang agak sedikit tertekuk, sehingga laju aliran

fluida dari gelas ukur 1 ke gelas ukur 2 menjadi sedikit terhambat, dan kesalahan

lainnya yaitu skala pembacaan pada refraktometer terlalu kecil akurasinya,

ketelitiannya hanya satu angka dibelakang koma, yang dapat menyulitkan

praktikan dalam memperkirakan besarnya kadar gula apabila tidak tepat pada

angka skala pada refraktometer. Untuk menghindari kesalahan ini, dapat

digunakan alat pengukuran kadar gula yang digital atau pun ketelitian alatnya

ditambah sehingga mempermudah praktikan untuk meperkirakan kadar gula

larutan.

Kesalahan lain yang diakibatkan oleh kurang bersihnya proses pencucian

pipet, pada pengambilan sampel pengukuran pertama dan kedua serta selanjutnya

menggunakan pipet yang tidak dicuci bersih setelah pengambilan sampel sehingga

kemungkinan pengambilan sampel pada pengukuran keduadan ketiga serta

pengukuran selanjutnya kemungkinan besar masih terdapat kadar gula yang

terakumulasi di dalam pipet yang mengakibatkan kesalahan pada hasil

pengukuran.

Selain itu penyimpangan data praktikum diakibatkan oleh kesalahan

prosedur adalah pada proses pengadukan yang tidak sama atara gelas ukur yang

satu dengan yang kedua mengakibatkan aliran massa dari keduanya tidak berjalan

dengan baik. Hal itulah yang mengakibatkan data pengukuran fluktuatif.

Selain itu kesalahan data ini bisa diakibatkan oleh alat refraktometernya

itu sendiri, Alat refraktometer pada saat praktikum untuk pengenceran dan

pengentalan pada gula pasir dan juga madu yang digunakan hayalah 1 buah

sehingga harus bergantian, Jadi pada saat menghitung kadar air gula bisa jadi

setelah dicuci kembali masih ada sedikit kadar madu yang masih menempel pada

alat ini, begitu pula sebaliknya

BAB VI

PENUTUP

6.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari praktikum kesatimbangan massa ini adalah

sebagai berikut :

1. Pengentalan merupakan penambahan kadar zat terlarut dan pengenceran

merupakan penurunan kadar zat terlarut

2. Kesetimbangan massa akan diperoleh ketika pada proses pengenceran dan

pengentalan sama-sama konstan

3. Kesalahan pada percobaan dapat diakibatkan oleh keakuratan alat yang

digunakan, dan kesalahan praktikan yang akan mempengaruhi hasil

praktikum.

6.2 Saran

Adapun saran dari praktikan dalam praktikum kesetimbangan massa ini

adalah sebagai berikut :

1. Proses pengadukan pada kedua larutan harus sama

2. Alat yang digunakan harus dengan ketelitian yang tinggi agar

mempermudahkan praktikan dalam membaca kadar gula pada larutan

3. Seharusnya alat praktikum memadai atau jumlahnya cukup untuk praktikan

agar praktikan dapat melakukan percobaan madu dan gula sesuai kelompok.

DAFTAR PUSTAKA

Charm, S.E.1971.Fundamentals of Food Engineering. AVI Publishing Company. Westport.Connecticut.

http://duniaanalitika.wordpress.com/2010/03/04/refractometer/ diakses tanggal 26 Maret 2013 jam 11.29 WIB.

http://id.wikipedia.org/wiki/Keadaan_tunak diakses pada tanggal 26 Maret 2013 jam 11.22 WIB.

Canovas, G.V.B., MA, L. Dan Barletta, B. 1997. Food Engineering Laboratory Manual. Technomic Publishing Co., Inc. Lancaster.

Toledo, R.T. 1991. Fundamentals of Food Process Engineering. Van Nostrand Reinhold, New York,

Singh, R.P. and Heldman, D.R. 2001. Introduction to Food Engineering. 3rd ed, Academic Press, San Diego, CA.

LAMPIRAN

Gambar 1. Gelas Ukur

Gambar 3. Pengaduk

Gambar 2. Gelas Kontinyu

Gambar 4. Refraktometer

Gambar 5. Timbangan