LAPORAN KARAGENAN

LAPORAN PERCOBAAN

PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK

PENGUKURAN VISKOSITAS KARAGINAN RUMPUT LAUT EUCHEUMA COTTONII MENGGUNAKAN VISCOMETER BROOKFIELD

NAMA                          : RENI PRATIWI

NIM                               : G41113303

PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN

JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2014

I.             PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Dalam operasi industri banyak sekali dijumpai aplikasi penerapan prinsip aliran fluida baik dalam saluran tertutup pada suatu pipa atau pun saluran terbuka. Penanganan bahan fluida memerlukan pengetahuan khusus mengenai sifat-sifat fluida tersebut agar dalam proses penagannnya tidak mengalami permasalahan atau kerusakan pada fluida tersebut. Salah satu sifat tersebut adalah mengenai keketalan fluida yang dikenal dengan viskositas. Pada bidang pertanian khususnya saat proses pengolahan hasil pertanian banyak sekali bahan-bahan yang pengelolaannya menggunakan penerapan viskositas.

Dengan demikian pengetahuan viskositas suatu bahan sangatlah penting guna mempermudah proses penagannya dalam melakukan suatu operasi industri. Sehingga mempelajari mengenai viskositas ini sangat membantu mahasiswa sebagai calon sarjana teknik pertanian dalam mempelajari sifat aliran fluida untuk diaplikasikan dalam proses pengolahan hasil pertanian. Selain itu dengan mengetahui sifat fluida ini, akan mempermudah praktikan dalam menentukan perlakuan pada suatu fluida dengan memperhatikan sifat viskositas.

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah karaginan. Karaginan merupakan hasil ekstraksi rumput laut. Kekentalan karaginan ini akan diukur kekentalannya menggunakan viscometer.

B.     Tujuan dan Kegunaan

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui hubungan antara shear stress, kecepatan putaran, dan viskositas yang dihasilkan serta jenis . Kegunaan yang diharapkan setelah percobaan ini adalah mahasiswa mampu mengoperasikan viscometer . 

II.          TINJAUAN PUSTAKA

A.    Viskositas

Viskositas merupakan ukuran resistensi fluida terhadap aliran. Viskositas menentukan besarnya gaya yang diperlukan agar fluida tersebut mengalir pada kecepatan tertentu. Viskositas dapat dikatakan sebagai sebuah ukuran penolakan sebuah fluid terhadap perubahan bentuk di bawahtekanan shear. Biasanya dikatakan sebagai kekentalan, atau penolakan terhadap penuangan. Viskositas menggambarkan penolakan dalam fluida kepada aliran dan dapat dipikirkan sebagai sebuah cara untuk mengukur  gesekan fluida. Air memiliki viskositas yang rendah sedangkan pada minyak .sayur memiliki viskositas tinggi.

Ketika sebuah tekanan shear diterapkan kepada sebuah benda padat, badan itu akan berubah bentuk sampai mengakibatkan gaya yang berlawanan untuk mengimbangkan, sebuah ekuilibrium. Namun, ketika sebuah tekanan shear diterapkan kepada sebuah fluid, seperti angin bertiup di atas permukaan samudra, fluid mengalir, dan berlanjut mengalir ketika tekanan diterapkan. Ketika tekanan dihilangkan, umumnya, aliran berkurang karena perubahan internal energi Aliran fluida terjadi karena adanya gaya yang diberikan pada fluida yang menyebabkan bergerak pada kecepatan tertentu dan besarnya gaya tergantung dari viskositas. Aliran terjadi jika molekul-molekul fluida saling bergeseran satu sama lainnya dalam arah tertentu pada suatu bidang datar.

Adanya pergeseran tersebut karena adanya perbedaan kecepatan antar molekul yang berdekatan (velocity gradient). Gradient Kecepatan (-dV/dr, Υ) disebabkan oleh resistensi yang dikeluarkan oleh molekul fluida karena adanya gaya dan mengakibatkan pergeseran satu molekul lebih cepat dari moekul yang lain.

Resistensi suatu bahan untuk mengalir atau berdeformasi disebut dengan Stress atau Shear Stress (σ). Gradient Kecepatan adalah ukuran seberapa cepat sebuah molekul bergeser satu dengan yang lainnya, sehingga disebut juga Rate of Shear (Laju Geser, Y).

Fluida Newtonian mempunyai viskositas konstan dan tidak tergantung pada laju geser. Fluida yang mempunyai karakteristik menyimpang dari sifat di atas disebut Fluida Non-newtonian.

F/A = σ = µ dV/dy

µ = dynamic viscosity  

Satuan:

Poise ; Pa.det ; N.det/m2

1 Poise      = 100 centipoise = 10-3 Pa.det.

                 = 100 g/m.det = 0.1 N.det/m2

Fluida yang mematuhi Hukum Viskositas Newton disebut fluida Newtonian

τ           = µ (- )

 τ          = tegangan geser/shear stress

µ          = viskositas fluida

dv/dy   = Laju geser, laju regangan/strain atau gradien kecepatan

Seluruh gas dan kebanyakan zat cair yang mempunyai rumus molekul yang lebih sederhana dan berat molekul yang rendah seperti: air, benzena, ethyl alcohol, hexane dan sebagian besar larutan dengan molekul sederhana merupakan fluida Newtonian.

Fluida yang menyimpang dari Hukum Viskositas Newton disebut fluida Non-Newtonian.

Persamaan Power Law Model:

                                          τ = K (Y)n

Persamaan Herschel-Bulkley:

                                          τ = τo + K (Y)n

τo  = Yield Stress

K  = Consistency Index

n   = Flow behaviour index

Faktor-faktor yang mempengaruhi viskositas suatu bahan, ialah:

a.       Suhu

Viskositas dan suhu memiliki perbandingan terbalik, dimana semakin tinggi suhu maka viskositas dari bahan tersebut akan semakin tinggi.

b.      Konsentrasi

Biasanya terjadi hubungan langsung non-linier antara konsentrasi dan viskositas suatu larutan pada suhu tertentu. Semakin besar konsentrasi suatu bahan maka viskositasnya semakin besar.

c.       Tekanan

Viskositas pada bahan pangan tidak terlalu dipengaruhi oleh tekanan.

d.      Berat molekul

Terjadi hubungan langsung non-linier antara berat molekul dan viskositas larutan pada konsentrasi yg sama.

B.     Indeks Kekentalan atau Indeks Viskositas

Indeks viskositas  adalah perubahan nilai viskositas akibat adanya perubahan temperatur. Perubahan ini timbul akibat adanya perubahan ikatan molekul yang menyusun fluida tersebut. Akibatnya, apabila sebuah fluida, misalnya minyak pelumas, dikenakan sebuah temperatur yang berbeda, maka kekentalannya akan berubah.

Perubahan tersebut tergantung dari sifat fisika maupun kimia fluida tersebut. Ada fluida yang jika terkena temperatur tinggi akan semakin mengental dan ada pula yang semakin encer. Dari hal itulah maka untuk memilih sebuah pelumas untuk sebuah mesin tidak bisa sembarangan tetapi harus disesuaikan dengan mesin tersebut.

C.    Bingham atau Plastic

Resisten terhadap tegangan geser yang kecil namun akan mengalir dengan mudah bila diberikan tegangan geser awal (τo ) yang lebih besar, contoh: Odol, Jeli, beberapa jenis slurries.

D.    Pseudoplastic

Kebanyakan fluida non-Newtonian masuk ke dalam katagori ini. Viskositasnya menurun dengan meningkatnya velocity gradient, contoh: larutan polymer, darah.

Pseudoplastic fluids disebut juga  sebagai Shear thinning fluids, dimana pada tegangan geser (dV/dy) yang rendah fluida ini lebih kental dibandingkan fluida Newtonian, dan pada tegangan geser yang tinggi  akan berkurang viskositasnya.

E.     Dilatant

Viskositas fluida meningkat dengan meningkatnya velocity gradient. Fluida ini tidak umum ditemukan dalam industri pertanian , namun suspensi pati memiliki karakteristik seperti ini. Fluida ini juga disebut sebagai  shear thickening fluids.

F.     Bingham Pseudoplastic / Hersley-Buckley / Casson Type

Kombinasi antara fluida bingham dengan pseudoplastic dimana memerlukan tegangan geser awal  untuk mulai bergerak, dan setelah bergerak akan menurun viskositasnya sejalan dengan meningkatnya velocity gradient.

Tergantung dari bagaimana viskositasnya berubah karena waktu sejalan dengan diaplikasikannya tegangan geser, fluida ini mempunyai karakteristik, sebagai berikut:

1.      thixotropic    (time thinning, yaitu viskositasnya menurun terhadap waktu)

2.      rheopectic    (time thickening, yaitu viskositasnya meningkat terhadap waktu)

3.      Visco-elastic fluids  Beberapa jenis fluida mempunyai sifat elastis, yaitu akan kembali ke bentuk semula bila tegangan geser dihentikan.

G.    Karaginan

Karaginan adalah senyawa hidrokoloid yang diekstraksi dari rumput laut merah jenis Eucheuma cottonii. Karaginan dapat digunakan untuk meningkatkan kestabilan bahan pangan baik yang berbentuk suspensi (dispersi padatan dalam cairan), emulsi (dispersi gas dalam cairan). Selain itu dapat digunakan sebagai bahan penstabil karena mengandung gugus sulfat yang bermuatan negatif disepanjang rantai polimernya dan bersifat hidrofilik yang dapat mengikat air atau gugus hidroksil lainnya. Karena sifatnya yang hidrofilik maka penambahan karaginan dalam produk emulsi akan meningkatkan viskositas fase kontinyu sehingga emulsi menjadi stabil.

Karaginan dapat berfungsi dalam industri makanan sebagai bahan pengental, pengemulsi dan stabilisator suhu. Karaginan digunakan dalam industri makanan, kosmetik dan tekstil. Karaginan merupakan polisakarida yang diekstraksi dari rumput laut merah dari jenis Chondrus, Eucheuma, Gigartina, Hypnea, Iradea dan Phyllophora. Polisakarida ini merupakan galaktan yang mengandung ester asam sulfat antara 20 -30% dan saling berikatan dengan ikatan (1,3): B (1,4) D glikosidik secara berselang seling. Karaginan juga merupakan suatu campuran yang kompleks dari beberapa polisacharida. Lambda dan Kappa karaginan secara bersama-sama dapat diekstrak dari rumput laut jenis Chondrus crispus dan beberapa species dari Gigartina, sedangkan lota karaginan diekstrak dari Eucheuma cottinii .

Karaginan merupakan senyawa hidrokoloid yang terdiri atas ester kalium,natrium, magnesium dan kalium sulfat dengan galaktosa 3,6 anhidrogalaktosa kopolimer. Karaginan adalah suatu bentuk polisakarida linear dengan berat molekul di atas 100 kDa (Winarno 1996 ; WHO 1999). Karaginan tersusun dari perulangan unit-unit galaktosa dan 3,6-anhidro galaktosa (3,6-AG). Keduanya baik yang berikatan dengan sulfat atau tidak, dihubungkan dengan ikatan glikosidik  1,3 dan -1,4 secara bergantian.

Karaginan terdapat dalam dinding sel rumput laut atau matriks intraselulernya dan karaginan merupakan bagian penyusun yang besar dari berat kering rumput laut dibandingkan dengan komponen yang lain. Jumlah dan posisi sulfat membedakan macam-macam polisakarida Rhodophyceae, seperti yang tercantum dalam Federal Register, polisakarida tersebut harus mengandung 20 % sulfat berdasarkan berat kering untuk diklasifikasikan sebagai karaginan. Berat molekul karaginan tersebut cukup tinggi yaitu berkisar 100  800 ribu .

Karaginan merupakan getah rumput laut yang diperoleh dari hasil ekstraksi rumput laut merah dengan menggunakan air panas (hot water) atau larutan alkali pada temperatur tinggi.

III.       METODOLOGI PERCOBAAN

A.    Waktu dan Tempat

Percobaan pengukuran kekentatalan karaginan rumput laut Eucheuma cottonii dilakukan pada hari Senin, 14 Desember 2014, pukul 14.00-17.30 WITA di Gedung Teaching Industry, Universitas Hasanuddin, Makassar.

B.     Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah viscometer brookfield, water bath, hot plate, thermometer, gelas ukur, timbangan elektronik, magnet. Sedangkan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah aquades/ air gallon, karaginan rumput laut Eucheuma cottonii.

C.    Prosedur Percobaan

Prosedur percobaan pengukuran kekentalan karaginan rumput laut Eucheuma cottonii adalah:

1.      Menimbang karaginan masing-masing sampel sebanyak 1 gr hingga mencapai massa 18 gr. Berarti jenis karaginan yang digunakan adalah 18 jenis.

2.      Mencampurkan karaginan dengan air gallon ke dalam gelas ukur.

3.      Memasukkan magnet ke gelas ukur. Ini bertujuan untuk menghasilkan putaran air ketika campuran karaginan dan air dipanaskan.

4.      Memanaskan campuran air gallon dan karaginan menggunakan hot plate.

5.      Mengatur suhu dan putaran yang digunakan dalam hot plate. Putaran yang digunakan adalah 8 dan suhu yang digunakan disesuaikan.

6.      Menunggu fluida hinggamendidih.

7.   Mengukur suhu yang dicapai setelah mendidih. Suhu yang dicapai ketika mendidih adalah 95C.

8.   Menunggu suhu fluida menurun hingga mencapai suhu 75C.

9.      Mengukur Kekentalan Fluida Menggunakan Viscometer

a.       Memasang Viscometer dengan jenis spindle yang digunakan.

b.   Memasukkan fluida dengan suhu 75C yang telah dibuat tadi ke sample container  viscometer.

c.       Mengoperasikan viscometer dengan cara

1)      Select spindle, maka viscometer akan mengidentifikasi jenis spindle yang digunakan. Jenis spindle yang digunakan adalah S61.

2)      Memastikan waterpass pada viscometer sudah dalam keadaan center, hidupkan standby, pastikan tampilan dial “nol”, dan mengatur kecepatan putaran spindle dengan menekan tanda panah atas (up) untuk menaikkan kecepatan putarannya dan  tanda panah bawah (down) untuk mengurangi putarannya.

3)      Menurunkan spindle hingga tercelup pada cairan, pindahkan switch pada posisi on & menjalankan power motornya.

10.  Mengatur kecepatan putaran yang digunakan. Ada dua perlakuan dalam percobaan ini, yaitu ketika kecepatan putaran (rpm) naik, dan ketika kecepatan putaran turun. Untuk keduanya, rpm yang digunakan adalah 10, 20, 50, dan 100 rpm.

11.  Menuangkan fluida pada wadah kecil.

  

IV.             HASIL DAN PEMBAHASAN

A.    Hasil

Tabel 1. Kekentalan Karaginan Rumput Laut Eucheuma cottonii ketika Kecepatan Putaran Meningkat

RPM NAIK
RPM	% TORSI	VISKOSITAS
10	1,0	6,00
20	3,4	10,5
50	13,4	15,8
100	34,0	20,7

Sumber: Data Primer 2014.

Tabel 2. Kekentalan Karaginan Rumput Laut Eucheuma cottonii ketika Kecepatan Putaran Menurun

RPM TURUN
RPM	% TORSI	VISKOSITAS
100	34,4	20,6
50	14,0	16,7
20	4,5	13.,5
10	1,2	7,20

Sumber: Data Primer, 2014.

B.     Pembahasan

Pengukuran viskositas (kekentalan) suatu bahan, dalam hal ini karaginan rumput laut Eucheuma cottonii, menggunakan Viscometer Brookfield. Jenis spindle  yang digunakan adalah S61 dan viskositas bahan yang digunakan yaitu 3 %.

Terdapat dua perlakuan pada percobaan ini, yaitu pada saat kecepatan putaran  meningkat (rpm naik) dan saat kecepatan putaran menurun (rpm turun). Jumlah putaran per menit yang digunakan dalam percobaan ini adalah 10, 20, 50, dan 100 rpm.

Berdasarkan hasil yang telah didapatkan, yaitu pada saat kecepatan rotasi 10 rpm, persen torsi yang didapatkan adalah 1,0 % dan viskositas yang didapatkan adalah 6,00 Pa.s. Kecepatan rotasi 20, 50, dan 100, menghasilkan persen torsi yaitu berturt-turut 3,4%, 13,4%, dan 34,0% dan nilai viskositas yang didapatkan yaitu 10,5 Pa.s, 15,8 Pa.s, dan 20,7 Pa.s.

Hasil yang didapatkan ketika kecepatan putaran menurun, yaitu pada saat kecepatan rotasi adalah 100 rpm, torsi yang terbaca 34,3% dan viskositas yang trukur adalah 20,6 Pa.s, pada saat kecepatan rotasi 50 rpm, torsi yang terukur dalam viskometer yaiu 14,0 % dengan viskositas 16,7 Pa.s. Saat 20 rpm, torsi  yang terukur pada viscometer adalah 4,5 % dengan viskositas 13,5 Pa.s, dan saat 10 rpm, persen torsi yang didapatkan 1,2 % dengan viskositas 7,20 Pa.s.

Torsi menunjukkan persen terhadap maksimum kecepatan rotasi dari spindle sekaligus menunjukkan tegangan geser (shear stress). Berdasarkan hasil yang telah didapatkan, setiap kenaikan rpm, persen torsi  dan nilai viskositas juga meningkat. Sebaliknya, setiap penurunan rpm, persen torsi dan nilai viskositas juga menurun.

Hal ini menunjukkan hubungan antara tegangan geser (shear stress), kecepatan putaran, dan viskositas yang dihasilkan. Sesuai dengan pendapat Sinko (2011) bahwa semakin besar viskositas suatu cairan, makin besar pula gaya per satuan luas (tegangan geser ) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu laju geser tertentu. Oleh sebab itu laju geser harus berbanding langsung dengan tegangan geser.

V.                PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang terdapat dalam laporan ini adalah:

1.      Semakin besar viskositas suatu cairan, makin besar pula gaya per satuan luas (tegangan geser ) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu laju geser tertentu.

2.      Semakin tinggi nilai kecepatan putar (rpm), maka viskositas semakin besar.

5.2 Saran

Dalam percobaan ini, perlu kehati-hatian pada saat memanaskan karagenan.

DAFTAR PUSTAKA

R., Dadi, Sudaryanto dan dkk. Penuntun Praktikum Satuan Operasi Industri, 2007, FTIP UNPAD

Anonim. 2010. Indeks Viskositas. http://id.wikipedia.org/wiki/Indeks_viskositas diakses pada tanggal 15 Desember 2014 pukul 21.10.

Sinko, Patrick J. 2011.Farmasi Fisika dan Ilmu Farmasetika Martin Edisi 5. EGC: Jakarta.