laporan satuan operasi PENGUKURAN BILANGAN REYNOLD UNTUK ALIRAN PRODUK PANGAN CAIR

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Produk pangan yang ada di Indonesia tidak hanya berupa produk pangan padat. Produk pangan cair juga sangat banyak bentuknya. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi pangan, berbagai jenis makanan yang berbentuk gel maupun cairan telah banyak diproduksi dan beredar di masyarakat. Pembuatan produk pangan cair tentunya harus juga dibarengi dengan pemahaman mekanika fluida yang cukup agar pengolahan dalam proses pembuatannya lancar dan produk pangan tersebut tidak rusak. Dengan pengolahan yang tepat, kualitas pangan bisa dipertahankan bahkan bisa ditingkatkan. Di Indonesia, dengan berbagai sumber daya yang ada dan potensial untuk dikembangkan sudah sepatutnya kita sebagai mahasiswa mampu memahami cara pengolahan dan hal apa saja yang harus diperhatikan dalam proses pengolahannya. Sebagai langkah awal adalah dengan melakukan praktikum ini.

1.2. Tujuan Praktikum

Praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari aliran yang melalui pipa kapiler dan untuk mengetahui arti aliran laminar dan turbulen dan menentukan kecepatan transisi antara kedua aliran.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Fluida

Fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen. Bila bentuk suatu massa fluida akan diubah, maka di dalam fluida akan terbentuk lapisan-lapisan hingga mencapai suatu bentuk baru (Munson, 2009).

Aliran fluida dapat dikategorikan menjadi:

1.      Aliran laminer

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan-lapisan, atau lamina-lamina dengan satu lapisan meluncur secara lancar. Dalam aliran laminar ini, viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan.

2.      Aliran turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel-partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antarlapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar.

3.      Aliran transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen (Fathi, 2013).

Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah tegak lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk. Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat). Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu (anonim b, 2013)

2.2. Bilangan Reynold

Bilangan Reynold yaitu perbandingan antara inersia dan gaya gesek. Laju air dan berat jenis adalah inersia, sedangkan diameter pipa dan viskositas adalah gaya gesek (Gibbs, 2008).

Arus zat warna untuk debit yang kecilakan berarak melalui tabung membentuk lamina-lamina (benang-benang) yang menunjukkan bahwa aliran tersebut aliran laminer. Dengan meningkatnya laju aliran terebut maka bilangan Reynold akan bertambah besar, karena parameter V berbanding lurus dengan laju aliran, sedangkan parameter Dρμ adalah konstan. Zat warna pada kondisi tersebut akan bercampur dengan air. Aliran telah berubah menjadi aliran turbulen dengan pertukaran momentumnya yang besar yang sepenuhnya mengganggu gerakan teratur aliran-aliran laminer (Anonim a, 2008).

Re = Dv

                      µ

Keterangan: D  = diameter pipa (m²) ; v = kecepatan aliran (m/s) ;  = densitas zat cair ; µ = viskositas zat cair (Ns/m²) (Munson, 2009).

2.3. Pengertian Debit

            Debit adalah besaran yang menyatakan banyaknya fluida yang mengalir selama 1 detik yang melewati suatu penampang luas. Maka, dapat dikatakan pula debit sebagai hasil kali kecepatan dan luas penampang. Debit yang masuk pada suatu penampang luasan sama dengan debit yang keluar pada luasan yang lain meskipun luas penampangnya berbeda. Hal ini disebut persamaan kontinuitas (Fathi, 2013).

BAB III

METODOLOGI PRAKTIKUM

3.1. Waktu dan Tempat Praktikum

            Praktikum ini dilaksanakan pada hari Minggu 1 Desember 2013 di Laboratorium Teknik dan Konservasi Lingkungan Pertanian, Fakultas Teknologi Pangan dan Agroindustri Universitas Mataram.

3.2. Alat dan Bahan Praktikum

3.2.1. Alat Praktikum

     Adapun alat-alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah 1 set pompa air, gelas ukur dan penampung air, stopwatch serta suntikan.

3.2.2. Bahan Praktikum

            Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah zat pewarna dan air.

3.3. Prosedur Kerja

            Langkah-langkah kerja yang dilakukan pada praktikum adalah sebagai berikut :

1. Disiapkan peralatan praktikum.

2. Dialirkan air di dalam pipa kemudian dicampur dengan zat pewarna.

3. Dilakukan percobaan untuk aliran laminar, transisi dan turbulen.

4.  Masing-masing perlakuan diulang sebanyak tiga kali ulangan.

5. Dihitung bilangan Reynold untuk setiap aliran.

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

4.1. Hasil Pengamatan

Tabel 1. Pengamatan Aliran Laminer, Transisi dan Turbulen

Aliran	Volume (mL)			Rata-Rata (mL)	Re
	1	2	3
Laminer	300	400	400	366	497
Transisi	550	700	550	600	2736
Turbulen	900	750	800	816	9203

4.2. Hasil Perhitungan

Diketahui:                  = 1

                   D              = 0,02 m  r = 0,01 m

                                   = 0,804 x 10^-6 m²

                         A              = ²

                                     = 3,14 x 10^-4 m²

                         µ                = 0,804 x 10^-6 Ns/m²

Ditanya:     a. Debit (Q)                                              = ...?

                   b. Kecepatan (v)                                       = ...?

                   c. Bilangan Reynold                                = ...?

Penyelesaian:

1.      Aliran Laminer

Diketahui : Volume rata-rata        = 3,66 x 10^-4 m³

                  Waktu ()                  = 36 s

a. Q          =

                        =

                        = 0,06 x 10^-4

b. v           =

                        = 

                        =

                        = 0,02 m/s

c. Re         =

                        =

                                = 497

2.      Aliran Transisi

Diketahui :            Volume rata-rata         = 6 x 10^-4 m³

                        Waktu ()                  = 17 s

a. Q          =

                        =

                        = 0,35 x 10^-4

b. v           =

                        = 

                        =

                        = 0,11 m/s

c. Re         =

                        =

                                = 2.736

3.      Aliran Turbulen

Diketahui : Volume rata-rata        = 8,16 x 10^-4 m³

                  Waktu ()                  = 6,86 s

a. Q        =

                        =

                        = 1,19 x 10^-4

b. v         =

                        =

                        =

                        = 0,37 m/s

c. Re      =

                        =

                                = 9.203

BAB V

PEMBAHASAN

Fluida (zat alir) adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap bentuk ketika ditekan, misalnya zat cair dan gas. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan fluida dinamis. Fluida atau zat alir adalah bahan yang dapat mengalir dan bentuknya dapat berubah dengan perubahan volume. Fluida mempunyai kerapatan yang harganya tertentu pada suhu dan tekanan tertentu. Jika kerapatan fluida dipengaruhi oleh perubahan tekanan maka fluida itu dapat mampat atau kompresibel. Sebaliknya fluida yang kerapatannya hanya sedikit dipengaruhi oleh perubahan tekanan disebut tidak dapat mampat atau inkompresibel. Contoh fluida kompresibel adalah udara (gas) sedangkan yang inkompresibel adalah air (zat cair).

Aliran fluida dapat dibedakan menjadi tiga jenis. Pertama adalah aliran laminer yaitu aliran zat cair yang mengalir dengan kecepatan sedang atau konstan. Kedua adalah aliran yang bersifat turbulen yaitu aliran dengan sangat cepat dan sangat bergelombang. Ketiga adalah aliran fluida yang bersifat transisi yaitu aliran antara aliran laminer dan turbulen.

Seorang peneliti yang bernama Osborne Reynold telah mencoba untuk menentukan dua kondisi air dengan debit aliran yang berbeda. Dua ikhwal aliran dikatakan serupa secara dinamik bila kedua aliran tersebut serupa geometrik, yakni ukuran-ukuran linier yang bersesuaian mempunyai perbandingan yang konstan. Garis-garis aliran yang bersesuaian adalah serupa secara geometrik, atau tekanan-tekanan dititik -titik yang bersesuaian mempunyai perbandingan yng konstan. Dari kedua pernyataan tersebut Reynold menyimpulkan bahwa aliran-aliran tersebut akan serupa secara dinamik jika persamaan-persamaan diferensial umum yang mengganbarkan aliran-aliran tersebut identik.

Aliran laminar didefinisikan sebagai aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan-lapisan, atau lamina-lamina, dengan satu lapisan meluncur secara lancar pada lapisan yang bersebelahan dimana saling tukar momentum secara molekuler. Aliran untuk menuju arah kestabilan dan turbulensi diredam oleh gaya-gaya viskos yang memberikan tahanan terhadap gerakan relatif lapisan-lapisan fluida yang bersebelahan. Aliran laminar adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara teratur, terjadi pada kecepatan rendah, fluida cenderung mengalir tanpa adanya pencampuran lateral, berlapis-lapis seperti kartu, tidak ada arus tegak lurus arah aliran, tidak ada pusaran dan mempunyai garis edar yang sejajar. Perpindahan partikel ini tidak disertai dengan perpindahan momentum antara lapisan yang satu dengan lapisan yang lainnya. Aliran laminar terjadi bila Re < 2300. Hasil dari percobaan dan perhitungan akan diperoleh jenis aliran yaitu aliran laminar karena mempunyai bilangan Re < 2300. Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan, aliran laminar diperoleh bilangan Reynold sebesar 497. Ini dapat menunjukkan bahwa perbandingan antara teori dengan pengujian tejadi kesignifikan walaupun nilai Reynold yang dihasilkan kecil dan dikarenakan aliran yang ditampung dalam tampungan sedikit dan juga dapat dikarenakan oleh besarnya aliran yang mengalir pada selang.

Aliran turbulen terdapat gerak partikel fluida yang sangat tidak menentu, dimana momentum dalam arah melintang yang sangat kelihatan. Aliran turbulen adalah aliran yang partikel-partikelnya bergerak tidak beraturan, terjadi lateral mixing, secara keseluruhan arah aliran tetap sama, distribusi kecepatan lebih seragam dengan disertai perpindahan momentum antara partikel fluida yang bertumbukan dengan kecepatan yang berubah dari titik ke titik pada selang waktu tertentu. Pada saat turbulen air sangat bergejolak dimana golakannya sebesar 1-30 % dari kecepatan rata-rata aliran turbulen. Bilangan Reynold aliran turbulen berkisar >4000. Pada percobaan kedua didapatkan nilai bilangan Reynold yaitu sebesar 9203. Parameter bilangan Reynold dapat dikatakan sebagai perbandingan gaya lembam terhadap gaya viskos. Bilangan Reynold yang besar menunjukkan bahwa aliran tersebut sangat turbulen dimana kerugian sebanding dengan kuadrat kecepatan. Pada pengujian ketiga, diperoleh besar bilangan Reynold adalah 2.736. Untuk Re yang menengah (antara 2300 – 4000) akibat-akibat inersia maupun viskositas keduanya berperan, dimana perubahan viskos akan dapat mengubah distribusi kecepatan serta tahanan terhadap aliran. Aliran yang mempunyai bilangan Reynold antara 2300 – 4000 disebut dengan aliran transisi, dimana aliran ini berada antara aliran laminer dan aliran turbulen. Secara visualisasi aliran transisi cenderung sulit ditentukan. Aliran transisi memiliki ciri aliran yang bergelombang.

Dengan dinaikkannya laju aliran, maka naiklah bilangan Reynold, karena konstan dan V berbanding lurus dengan laju aliran. Dengan meningkatnya debit, kita mencapai suatu kondisi saat arus zat warna bergoyang dan kemudian tiba-tiba terurai serta terbaur ke seluruh tabung. Aliran telah berubah menjadi aliran turbulen dengan pertukaran momentumnya yang dahsyat yang telah sepenuhnya mengganggu gerakan teratur aliran laminar.

Aliran laminer dan aliran turbulen sangat berpengaruh dalam proses pengolahan pangan, seperti proses sterilisasi. Pengendalian laju aliran sangat penting juga kaitannya dengan penentuan waktu tinggal minimum produk pangan di alat penukar panas. Waktu tinggal minimum inilah yang akan digunakan untuk menentukan kecukupan panas pada sterilisasi. Semakin tinggi laju alirannya, maka akan semakin pendek waktu tinggalnya. Contoh produk pangan cair yang banyak dipasaran antara lain susu cair, minuman penambah energi, minuman isotonik, jus buah, teh, sirup, dan lain-lain.

BAB VI

PENUTUP

6.1. Kesimpulan

Dari hasil pengamatan dan pembahasan dapat ditarik beberapa kesimpulan antara lain:

1.    Fluida (zat alir) adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap bentuk ketika ditekan, misalnya zat cair dan gas.

2.    Aliran zat cair ada tiga jenis yaitu aliran laminer, aliran transisi dan aliran turbulen.

3.    Aliran laminar adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara teratur, terjadi pada kecepatan rendah.

4.    Aliran turbulen terdapat gerak partikel fluida yang sangat tidak menentu, dimana momentum dalam arah melintang yang sangat kelihatan.

5.    Aliran laminer bilangan Reynold-nya berkisar kurang dari 2300, aliran transisi bilangan Reynold-nya berkisar antara 2300 sampai 4000 dan aliran turbulen berkisar  lebih besar dari 4000.

6.    Bilangan Reynold Aliran laminer berdasarkan hasil perhitungan sebesar 497, aliran transisi 2736 dan turbulen 9203.

7.    Produk pangan cair contohnya adalah susu cair, minuman penambah energi, minuman isotonik, dan lain-lain.

6.2. Saran

       Adapun saran untuk praktikum ini yaitu, sebaiknya mempelajari buku petunjuk praktikum agar lebih memahami materi yang akan di praktikkan.

DAFTAR PUSTAKA

Akhirudin, T., 2008. Desain Alat Destilasi Air Laut dengan Sumber Energi Tenaga Surya sebagai Alternatif Penyediaan Air Bersih. IPB Press. Bogor

Alakali, Joseph S., Sunday O. Eze, and Michael O. Ngadi., 2012. Influence of Variety and Processing Methods on Specific Heat Capacity of Crude Palm Oil. International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 3 (5) : 300 – 302. McGill University. Canada

Almatsier, S., 2010. Prinsip Dasar Ilmu Gizi. Pustaka Gramedia Utama. Jakarta

Anonim a, 2008. Modul Praktikum Mekanika Fluida. Universitas Jenderal Soedirman. Purwokerto

Anonim a, 2008. Modul Praktikum Mekanika Fluida. Universitas Jenderal Soedirman. Purwokerto

Anonim b, 2013. Mekanika Fluida. http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_fluida. (Diakses pada tanggal 3 Desember 2013)

Anonim b, 2013. Mekanika fluida. http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_fluida. (Diakses pada tanggal 3 Desember 2013)

 Anonim, 2007. Petunjuk Praktikum Satuan Operasi. Fakultas Pertanian.    Universitas Mataram. Mataram

Anonim, 2010. Kalorimeter. www.sarjanaku.com. (Diakses pada tanggal 3 Desember 2013)

Anonim, 2012. Peralatan Pengecilan Ukuran. http://agroindustrialis.blogspot. com/2012/06/peralatan-pengecil-ukuran-size.html. (Diakses pada hari Kamis, 19 desember 2013)

Arutanti, Osi dan Mikrajuddin Abdullah, Khairurrijal, dan Hernawan Mahfudz. 2009. Penjernihan Air Dari Pencemar Organik dengan Proses Fotokatalis pada Permukaan Titanium Dioksida (TiO2) . Jurnal Nanosains & Nanoteknologi ISSN 1979-0880

Budiarti, Akhmad. 2009.,  Teknologi Sederhana. Erlangga. Jakarta

Choirunnisa, F., 2009. Dasar-Dasar Keteknikan Pengolahan. Liberty. Yogyakarta

Fathi, 2013. Laporan Praktikum Mekanika Fluida. http://binderismine. blogspot.com/2013/01/laporan-praktikum-mekanika-fluida.html. (Diakses pada tanggal 3 Desember 2013)

Fathi, 2013. Laporan Praktikum Mekanika Fluida. http://binderismine. blogspot.com/2013/01/laporan-praktikum-mekanika-fluida.html. (Diakses pada tanggal 3 Desember 2013)

Giancoly, D.C., 2001. Fisika Jilid 1(Terjemahan). Erlangga. Jakarta

Gibbs, K. 2008. Advanced Physics. Cambridge University Press. New York

Intan, Sunita., 2013. Filtrasi Air Limbah. http://sunitaintan.blogspot.com/ 2013/01/filtrasi-air-limbah.html. (Diakses pada hari Rabu 11 Desember 2013)

Ismanilda. A., 2011. Ilmu Pangan Lanjut. Liberty. Yogyakarta

Jennes, 2005. Teori dan Prosedur mutu susu. Jilid 1. Liberty.Yogya

Juliastuti, E., 2002. Fisika Universitas. Erlangga. Jakarta

Karmana, O., 2009. Pengantar Fisika Teknik. Rhineka Cipta. Jakarta

Lukman, D., 2013. Kerusakan Pangan. http://higiene-pangan.blogspot.com/2013/ 07/kerusakan-pangan.html. (Diakses pada hari Selasa, 17 Desember 2013)

Munson and Young., 2009. Fundamentals of Fluids Mechanics, ed. 4. Erlangga. Jakarta

Munson and Young., 2009. Fundamentals of Fluids Mechanics, ed. 4. Erlangga. Jakarta

Nabawiyah, Khilfatin & Ahmad Abtokhi., 2010. Penentuan Nilai Kalor dengan Bahan Bakar Kayu Sesudah Pengeringan serta Hubungannya dengan Nilai Porositas Zat Padat. Jurnal Neutrino, Vol.3 (1) : 13 – 20. UIN Maulana Malik Ibrahim. Malang

Nurmaed, Im., 2012. Laporan Praktikum Destilasi. http://imnurmaed.blogspot.com/ 2012/12/laporan-rktikum-destilasi.html. (Diakses pada hari Rabu 11 Desember 2013)

Oliveira, J. M., Lessio, B. C., Morgante, C. M., Santos, M. M. and Augusto, P. E. D. 2012. Specific Heat (Cp) Of Tropical Fruits: Cajá, Cashew Apple, Cocoa, Kiwi, Pitanga, Soursop Fruit And Yellow Melon. International Food Research Journal 19 (3) : 811-814. Unicamp. Brazil Petrucci

Pauliza, O., 2008. Fisika Kelompok Teknologi. Grafindo Media Pratama. Jakarta

Purwanto, B., 2009. Fisika Dasar 1. Liberty. Yogyakarta

Rizal, 2011. Kalorimeter. www.ocayarizal.blogspot.com. (Diakses pada tanggal 3 Desember 2013)

Sahara, Z., 2010. Sifat Reologi Bahan Pangan. Andi Offset. Yogyakarta

Saloko, S., 1997. Petunjuk Praktikum Satuan Operasi. Fakultas Pertanian Universitas Mataram. Mataram

Sebayang, D., 1986. Teori Elastisitas. Erlangga. Jakarta

Setyaningsih, D., 2011. Teknologi Isolasi Minyak Atsiri. Liberty. Yogyakarta

Sinell, HJ.,  1992.  Einführung in Die Lebensmittel Hygiene  3. Überarbeitete Auflage. Verlag Paul Parley. Berlin

Sudiana. P., 2005. Dasar-Dasar Fisika. Binaputra Aksara. Jakarta

Sugiharto, 1987. Gelombang dan Medan. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Jakarta

Supardi, N. I., 2007. Pengecilan Ukuran Produk Pertanian. Andi Offset. Yogyakarta

Sutrisno, E.T., 2010. Penuntun Praktikum Kimia Dasar. Universitas Pasundan Press. Bandung

Syarief, R., 1998. Pengetahuan Bahan Industri Pertanian. Mediatama Sarana Prakasa. Jakarta

Tandra, 2011. Laporan Praktikum Konversi Satuan. http://rianrtandra. wordpress.com/2011/10/20/laporan-praktikum-satuan-operasi-i-konversi-satuan.html. (Diakses pada hari Minggu, 22 Desember 2013)

Utami, Isni., 2009. Mekanika Fluida. www.lontar.ui.ac.id (Diakses pada tanggal 3 Desember 2013)

Walker, J., 2008. Dasar-Dasar Fisika (Terjemahan). Binaputra Aksara. Jakarta