BAB I PENDAHULUAN A. Latar belakang Massa dan energi dalam kehidupan sehari-hari selalu berhubungan antara keduanya, dan mempuyai sifat yang kekal. Massa yang masuk akan sama dengan massa yang keluar, bila tidak ada perubahan laju akumulasi massa. Begitu juga dengan energi, jumlah energi yang masuk akan sama dengan jumlah energi yang keluar. Hukum kekekalan massa dan hukum kekalan energi menyatakan bahwa massa dan energi tidak dapat dimusnahkan atau dihilangkan dan tidak dapat dibuat ataupun diciptakan, bila terjadi perubahan massa maka yang terjadi hanyalah merupakan konversi massa dari bentuk satu menjadi bentuk lainnya dengan jumlah massa yang tetap. Sehingga untuk mengetahui tentang kedua hukum kekekalan ini lebih lanjut maka dalam praktikum acara ini akan mempelajari prinsip kekekalan massa dan energi serta analisa neraca massa dan energi. yang merupakan prinsip dasar yang sangat penting dalam proses produksi. Sifat inilah yang dijadikan dasar dalam pembuatan neraca massa dan neraca energi. Dengan menghitungkan jumlah massa yang terlibat dalam suatu reaksi, kita dapat menghitung efektifitas suatu proses.
B. Tujuan 1. Mempelajari prinsip kekekalan massa 2. Mempelajari prinsip kekekalan energi 3. Mempelajari analisa neraca massa 4. Mempelajari analisa neraca energi
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Prinsip dari neraca bahan dan energi adalah bahwa jumlah bahan atau energi yang masuk ke dalam suatu sistem yang setimbang (steady state) adalah sama dengan yang keluar, jadi massa dan energi yang bekerja pada suatu sistem adalah tetap. Prinsip tersebut mendasarkan pada hukum kekekalan massa dan energi. Sistem di sini diartikan sebagai segala sesuatu yang dapat dicirikan oleh adanya batas-batas (boundary) yang jelas, sedang setimbang yang dimaksud tidak ada akumulasi yang bekerja secara kontinyu. Pada umumnya suatu proses atau sistim kontinyu diawali dengan suatu fase tidak setimbang (unsteady state) terlebih dahulu, setelah ada penyesuaian baru menjadi setimbang (steady state) atau stabil. (Suyitno, 1989) Sebelum membuat persamaan untuk keseimbangan massa, terlebih dahulu visualisasikan prosesnya dan tentukan batasan dari sistem dimana keseimbangan massa terjadi. Sangatlah penting mengetahui tentang jalannya proses dan efekefek yang mempengaruhi distribusi bahan.(Toledo, 1981) Inflow = Outflow + Accumulation Persamaan tersebut digunakan untuk mengetahui berat total dari masingmasing bahan yang masuk atau meninggalkan sistem yang akan memperlihatkan besar total keseimbangan massa. (Toledo, 1981) Penyusuanan neraca massa dilakukan berdasarkan hukum kekekalan massa, ditulis sgg berikut :
m masuk – m ak = m kel Dengan demikian tahap I dalam penyusunan neraca massa adalah melihat pada tiga kategori dasar yaitu massa yang masuk, massa yang terakumulasi atau massa yang tersimpan dan massa yang keluar atau meninggalkan sistem. Jika massa saja terakumulasi = 0, maka min = mout maka proses disebut steady state.
Bila terakumulasi 0, berarti min mout, maka proses terjadi disebut unsteady state. Persamaan neraca massa dapat digunakan seacara terpisah maupun secara
bersamaan, tergantung pada permasalahan yang akan diselesaikan. (Supriyanto, 1999). Pada prinsip kekekalan dan neraca massa energi terdapat tiga persamaan: m in
m out
m in
m out
min
dm ak dt
dmak dt
Energi dalam proses pengolahan pangan dapat digolongkan menjadi energi mekanik dan energi panas. Energi mekanik dalam proses dapat berubah menjadi panas namun sering diabaikan sehingga dianggap tidak ada konversi energi mekanik menjadi energi panas. Energi mekanik (dalam joule) sendiri dapat dikelompokkan menjadi energi tekanan statis (p v), energi kinetik dan energi potensial (m g z). Bila energi dinyatakan dalam satuan energi/bobot (dalam satuan meter = joule/newton), maka akan berupa tinggi energi. Neraca tinggi energi mekanik dalam angkutan massa berupa aliran cairan dalam pipa dikemukakan dengan persamaan Bernoulli: 2
2
p1 / g + u1 + z1 = p2 / 2 + u2 + z2 = H Dengan mengabaikan kehilangan energi karena gesekan dengan dinding pipa, maka persamaan tersebut dapat digunakan untuk menunjukkan konversi bentuk energi mekamik satu kebentuk lainnya (Anonim, 2003). Menurut Wilson (1984), Penentuan kondisi aliran merupakan bentuk hukum pertama termodinamika yang diaplikasikan untuk mengontrol penurunan volume , bentuk keadaan yang tepat dari persamaan hukum pertama termodinamika adalah persamaan Bernoulli yaitu : 2
y1 + patm / g = V2 /2g + patm / g
Menurut Robert dan Vennard (1982), untuk aliran fluida yang seragam dan
incompressibel
persamaan
dimensi
pertama
mungkin
lebih
diintegrasikan dalam dua titik karena dan gn keduanya konstan, maka : P1 / + V12 /2gn + z1 = P2 / + V22 /2gn + z2 Dengan persamaan Bernoulli : 2
P/ + V2 /2gn + z = H = konstan
mudah
BAB III METODE PRAKTIKUM A. Alat dan bahan - Bak air - Pipa aliran - Stopwacth - Gelas ukur atau ember sudah ditera - Garis atau mistar ukur - Air B. Cara kerja a. Pengukuran lama pengisian dan laju aliran massa kebak air Air dimasukkan ke dalam gelas ukur yang sudah ditera hingga batas ukur. Kran pengatus bak air ditutup. Stopwacth disiapkan. Pipa pasokan air ke bak dihubungkan dan start pada stopwacth ditekan. Perubahan volume atau tinggi air dalam bak diamati. Setiap kenaikan 10 cm waktu pengisian dicatat. Dilakukan dua kali pengulangan untuk setiap bukaan kran pemasok air. Yang mana terdapat tiga bukaan, yaitu bukaan penuh, sedang, dan kecil.
b. Pengukuran pasokan dan pengatusan massa tanpa ada perubahan volume akumulasi Bak air digunakan pada percobaan A, biarkan air penuh. Pipa pasokan air dibuka dengan bukaan bervariasi yaitu buka penuh, sedang, dan kecil dan kran pengatus dibuka penuh. Setiap 10 detik ketinggian air di dalam gelas ukur yang sudah ditera dicatat. Pengambilan data dilakukan hingga air dalam gelas ukur konstan. Dilakukan dua kali penggulangan untuk tiap – tiap bukaan kran pemasok air.
c. Pengukuran aliran pengatusan massa dan perubahan volume akumulasi Air dimasukkan ke dalam gelas ukur yang sudah ditera hingga batas ukur. Kran pengatus bak air dibuka. Stopwacth disiapkan. Stopwatch dinyalakan ketika kran pengatus dibuka. Perubahan volume atau tinggi air dalam bak diamati. Setiap penurunan 10 cm waktu pengisian dicatat. Dilakukan dua kali pengulangan untuk setiap bukaan kran pengatus air. Yang mana terdapat tiga bukaan, yaitu bukaan penuh, sedang, dan kecil. d. Pengukuran kecepatan pasokan dan pengatusan dengan tinggi permukaan berubah Bak air dikosongkan. Pipa pasokan air dibuka dengan bukaan kecil dan kran pengatus dibuka bervariasi. Setiap 10 detik ketinggian air di dalam gelas ukur yang sudah ditera dicatat. Pengambilan data dilakukan hingga air dalam gelas ukur konstan. Dilakukan dua kali penggulangan untuk tiap – tiap bukaan kran pengatus air yaitu bukaan penuh, sedang, dan kecil.
C. Cara analisa 1. Pengukuran Lama Pengisian dan Laju Aliran Massa ke Bak Air a. Dibuat grafik antara t vs h b. Kemudian dari grafik dicari nilai gradient (dh/dt) Atau bisa menggunakan rumus : dh dt
h1
ht 1
t 1
t t 1
c. Menghitung luas lubang tabung A
D tab
4
2
d. Menghitung debit masuk Qin
dh
dt
A
e. Menghitung laju aliran massa M in
.Qin
2. Pengukuran pasokan dan pengatusan massa tanpa ada perubahan volume akumulasi a. Menghitung luas lubang kran
Akran
1 D kran
3
2 D kran
3
3 D kran
untuk bukaan kecil
2
4
Akran
2
4
Akran
3
4
untuk bukaan sedang
2
untuk bukaan penuh
b. Menghitung kecepatan air keluar
V out
2 gh
c. Menghitung debit air keluar Qout
V out . Akran
d. Menghitung laju aliran massa keluar M out
.Qout
e. Mencari gradient garis dh dt f.
h1
ht 1
t 1
t t 1
Menghitung Qak Q ak
dh dt
. Atab
g. Menghitung Qin Qin = Qout + Qak h. Dibuat grafik antara t vs Mout
3. Pengukuran
Aliran
Pengatusan
Massa
Dan
Perubahan
Akumulasi a. Mencari gradient dh dt
h1
ht 1
t 1
t t 1
b. Menghitung debit keluar Q out
dh
dt
A
c. Menghitung laju aliran massa M out
.Qout
d. Dibuat grafik antara t vs h
4. Pengukuran kecepatan pasokan dan pengatusan dengan tinggi permukaan berubah a. Menghitung kecepatan air keluar
V out
2 gh
b. Menghitung debit air keluar Qout
V out . Akran
c. Menghitung laju aliran massa keluar M out
.Qout
d. Mencari gradient dh dt
h1
ht 1
t 1
t t 1
Volume
e. Menghitung Qak Q ak
f.
dh dt
. Atab
Menghitung Qin Qin = Qout + Qak
g. Dibuat grafik antara t vs Qak
BAB VI KESIMPULAN 1. Semakin besar bukaan kran, semakin besar kecepatan aliran, debit aliran air dan laju aliran massa akan semakin besar. 2. Ketinggian air akan konstan ketika laju aliran masaa masuk sama dengan laju aliran massa keluar. 3. Semakin tinggi air, semakin kecil bukaan kran pengatus maka kecepatan aliran keluar, debit alir keluar, laju aliran massa keluar akan semakin besar. 4. Laju aliran massa dan debit alir berbanding lurus dengan kecepatan aliran.
DAFTAR PUSTAKA Olson dan Wright, 1993, Dasar-dasar mekanika fluida teknik , Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Toledo, Romeo T. 1979. Fundamentals of Food Process Engineering. Avi Publishing Company. Westport Connecticut. Supriyanto. 1999. Hand Out Satuan Operasi . Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas gadjah Mada. Yogyakarta Suyitno. 1989. Satuan Operasi. Pusat Pengantar Universitas pangan danGizi Universitas Gadjah Mada : Yogyakarta. Robert dan Vennard, 1982, Elementary Fluid Mechanics, John Wiley dan Sons, USA.
