Sekilas Mata Kuliah di Teknik Kimia (semester 3)

SEMESTER 3

Di semester 3 ini, materi kuliah sudah mulai berbau engineering, walaupun belum sampai ke level perancangan..

Kimia Fisis 2
Lanjutan dari Kimia Fisis 1, masih sama abstraknya. Materi yang dibahas tentang spontanitas dan kesetimbangan, kesetimbangan kimia, aturan fasa, larutan ideal-non ideal. Rangkaian mata kuliah Kimia Fisis ini bakal jadi dasar buat mata kuliah berikutnya.
Pustaka : Moore, W.J., 1972, “ Physical Chemistry”, Prentice Hall, Inc., New York.

Azas Teknik Kimia 1
Salah satu mata kuliah yang paling tekkim. Sebenernya dulu mata kuliah ini bernama Azas Teknik Kimia yang membahas tentang neraca massa dan neraca panas. Tapi karena dirasa cukup berat, akhirnya sekarang dipecah menjadi ATK 1 dan 2. ATK 1 ini membahas tentang neraca massa, sedangkan ATK 2 membahas tentang neraca energi.
Apa itu neraca massa? Neraca massa dibuat berdasarkan prinsip hukum kekekalan massa, yang intinya tidak mungkin ada massa yang hilang dalam suatu sistem, yang ada hanyalah massa yang berubah menjadi wujud yang lain. Untuk suatu sistem dapat disimpulkan bahwa :

Massa masuk sistem - Massa keluar sistem = Massa akumulasi dalam sistem

ATK 1 menjadi sangat penting di Teknik Kimia, karena Neraca Massa merupakan salah satu dari  6 komponen Chemical Engineering Tools, yaitu alat-alat (ilmu) yang menjadi dasar bagi para insinyur Kimia. ChemEng Tools yang lainnya akan dibahas di mata kuliah berikutnya.

Selain pengenalan neraca massa, ATK 1 juga membahas materi tentang satuan dan dimensi, dasar-dasar transfer massa, dan transfer momentum.Selain itu akan dikenalkan istilah-istilah yang umum digunakan di industri kimia, seperti recycle, batch, kontinyu, steady-state, bypass, purge.

Pustaka : Himmelblau, D.F., 1996, “Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering”, Prentice-Hall International Inc., New Jersey.

Matematika Teknik Kimia

Mata kuliah yang menjadi momok bagi mahasiswa tekkim, namun kelak akan sangat berguna karena MTK merupakan konsep dasar dari Pemodelan Matematis. Pemodelan sendiri adalah kemampuan untuk memodelkan peristiwa-peristiwa di industri (dan kehidupan nyata) ke dalam bentuk persamaan matematis sehingga dapat dicari penyelesaiannya. Kemampuan pemodelan inilah yang membedakan Teknik Kimia dengan disiplin ilmu yangt lain.
Kalau boleh jujur, MTK memang cukup sulit. Butuh kemampuan logika analisis matematika yang kuat dan pengetahuan tentang penyelesaian differensial, integral, dan persamaan differensial yang sudah dibahas di Matematika 1 dan 2 plus pengetahuan tentang hukum-hukum dasar transfer (Hukum Ficks, Fourier,dll). Topik yang dibahas di sini adalah penyusunan persamaan differensial dan kondisi batasnya (jadi gampangnya, kalau Matematika 2 tinggal menyelesaikan PD, kalau disini harus membuat PDnya sendiri dan diselesaikan), fungsi Bessel, penyelesaian Persamaan Differensial parsial dengan analitis dan transformasi Laplace.
Pustaka : Mickley, H.S., Sherwood, T.S., and Reed, C.E., 1957, “Applied Mathematics in Chemical Engineering”, Mc Graw Hill Book, Co. New York.
Jenson, V.G., and Jeffreys, G.V.,1977, “Mathematical Methods in Chemical Engineering”, Academic Press, London.

Termodinamika Teknik Kimia 1
Termodinamika ini mempelajari sesuatu yang abstrak, sulit dibayangkan dan diimajinasikan,tapi berguna. Topik yang dibahas yaitu : tentang equation of state ( persamaan yang menghubungkan tekanan, suhu, volume), Hukum-hukum termodinamika (beberapa konsep seperti internal energy, entalpi, entropi, dll), dan tentang efek panas yang akan dipakai lebih lanjut nantinya untuk penyusunan neraca panas. Cara survivenya, rajin-rajin baca pustakanya, dan sering latihan soal karena dosen di sini benar-benar mengacu ke pustaka ini.
Pustaka : Smith, J.M., Van Ness, H.C., and Abbott, M.M., 2004, “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, 6ed., McGraw Hill Book Company, New York.

Ekonomi Teknik
Ekotek ini salah satu mata kuliah yang cukup mengasyikkan karena mempelajari tentang uang, bukan sains lagi. Ada dua bagian besar di mata kuliah ini, yaitu separuh pertama adalah ilmu ekonomi umum yang dibahas di jurusan lain juga yaitu  konsep time value of money (gampangnya, nilai uang yang akan berbeda-beda tiap tahunnya), analisis cash flow, depresiasi, jenis-jenis modal dan biaya. Nah separuh kedua lebih cocok disebut ekonomi teknik kimia, karena ada pertimbangan teknik kimia di sini walaupun secara konsep sama seperti ekonomi umumnya, yaitu tentang analisis keuntungan (analisis ini membahas tentang kira-kira berapa sih biaya buruh, listrik, bahan baku, pengiriman bahan baku, dll sampai akhirnya menghitung keuntungan pabrik), proses pengambilan keputusan untuk memilih alternatif investasi (misal suatu pabrik butuh pompa, ada beberapa pilihan tergantung dari harga, umur alat, kualitasnya. nah itu semua dipertimbangkan buat dipilih yang terbaik secara ekonomi dan engineering), dan tentang analisis kelayakan suatu pabrik (RoI, POT, BEP, DCFRR). Pustakanya juga ada dua, masing-masing untuk bagian pertama dan kedua
Pustaka : 1. Sullivan, W.G., Wicks, E.M., and Luxhoj, J.T., 2003,“Engineering Economy”, 12 ed., Pearson Education, Inc.,New Jersey.
2. Peters, M.S. and Timmerhaus, K.D., 2003, “Plant Design and Economics for Chemical Engineers”, 5 ed., McGraw-Hill, Inc.,New York.

Analisis dengan Instrumen dalam Teknik Kimia
Mata kuliah ini di sini populer dengan singkatan ADIN. Sebenarnya ADIN ini boleh dibilang Kimia Analisis 2, karena prinsipnya sama yaitu untuk menganalisis senyawa kimia, namun dengan menggunakan alat-alat modern bukan dengan metode konvensional seperti titrasi dan gravimetri lagi. Materi yang dibahas semuanya tentang pengenalan alat dan prinsip kerjanya yaitu : Konsep dasar radiasi elektromagnetik (Hukum Lambert-Beer) buat bekal memahami cara kerja alat nantinya, Spektrofotometri UV-Vis, FTIR, AAS, Chromatography (GC dan HPLC), dan terakhir GC-MS. Mungkin singkatan-singkatan tadi jarang didengar, tapi mempelajarinya ga terlalu susah kok. Ilmu di ADIN ini nantinya akan berguna buat penelitian untuk analisis hasil, jadi jangan dianggap remeh.
Pustaka : Ewing, G.W., 1985, Instrumental Methods of Chemical Analysis, 5Ed., McGraw-Hill Book Company, New York.

Menggambar Teknik
Menggambar teknik (Gamtek) ini sebenarnya dipelajari hampir di semua jurusan di Fakultas Teknik. Materinya pun semua sama, intinya bisa menggambar dan memahami gambar teknik (terutama mengubah bentuk 3 dimensi menjadi 2 dimensi dan sebaliknya), plus pengenalan software AutoCad. Nantinya, di akhir kuliah mahasiswa akan mendapat tugas besar untuk menggambar alat-alat di teknik kimia.
Pustaka : -

Teknik Tenaga Listrik
Target utama mata kuliah ini adalah mahasiswa tekkim bisa nyambung dikit-dikit kalau membahas kelistrikan sama jurusan lain, terutama elektro. Materi yang dibahas : tentang generator, trafo, motor listrik, arus AC-DC, dan tentang safety dalam kelistrikan.
Pustaka : Wildi, T., 2002., “Electrical Machines, Drives and Power Systems”., Prentice Hall.

Praktikun Dasar-dasar Proses
Praktikum lanjutan dari PAB. Di sini praktikan bakal mempelajari ilmu-ilmu praktikum dengan bekal dari praktikum sebelumnya. Mata praktikum di sini sedikit lebih sulit dibanding PAB, karena target di sini bukan tentang mengenalkan alat dan laboratorium lagi, tapi tentang mengamati proses yang terjadi, analisis hasilnya, dan pembiasaan safety. Mata praktikum di sini adalah pengenalan beberapa proses yang nantinya akan dipelajari lebih lanjut di mata kuliah tahun-tahun berikutnya.
Mata praktikum : Hidrolisis Pati, Esterifikasi Asam Asetat, Pemungutan Pektin, Analisis Minyak Nabati, Distilasi Campuran Immiscible, Pengambilan Minyak Atsiri, Analisis Kadar Protein, Rekristalisasi Asam Oksalat. Mata praktikum yang pernah muncul juga di tahun-tahun sebelumnya antara lain Adsorpsi Asam Asetat dengan Arang Aktif, Pengambilan Asam Sitrat dari Kulit Jeruk, dan Ekstraksi Eugenol dari Minyak Cengkeh.

Penelitian (part 1)

Akhirnya sempet ngeblog lagi, setelah lama sibuk dengan macam2 deadline. Postingan kali ini akan sedikit membahas tentang penelitianku di Teknik Kimia UGM. Sedikit info, di sini tiap mahasiswa akan mendapatkan 4 "tugas mulia" untuk dapat menyandang gelar Sarjana Teknik (Kimia), yaitu KKN (Kuliah Kerja Nyata), Penelitian dan Seminar, Kerja Praktek, dan terakhir Tugas Akhir Prarancangan Pabrik Kimia yang ditutup dengan ujian pendadaran.

Syarat untuk dapat mengambil penelitian adalah telah menyelesaikan rangkaian praktikum di semester-semester sebelumnya, yaitu Praktikum Analisis Bahan, Praktikum Dasar Proses, dan terakhir Praktikum Operasi Teknik Kimia + mengambil mata kuliah Pengantar Penelitian satu semester sebelum mengambil penelitian. Normalnya penelitian diambil di akhir semester 6, tapi bisa dipercepat satu semester jadi aku ambil di akhir semester 5. Penelitian ini deadlinenya adalah satu tahun sejak penentuan judul + sudah harus diseminarkan juga. Dan.... judul penelitian yang aku pilih waktu itu berjudul "Ekstraksi Minyak Biji Alpukat dengan berbagai Metode"

Awal cerita....

Setiap mahasiswa bebas memilih dosen pembimbingnya masing-masing dan waktu itu aku tertarik dengan salah satu dosen , ibu Dr. Aswati. Kenapa beliau? karena penelitian adalah sesuatu yang panjang dan perlu bimbingan ekstra, jadi perlu dosen yang care, bisa sering konsultasi, dan enak diajak ngobrol.. dan yang memenuhi kriteria itu menurutku adalah bu Aswati. Dan karena beliau adalah dosen di Lab. Proses Pemisahan (Operasi Teknik Kimia), otomatis penelitianku bakal berbau proses pemisahan. Di awal semester 5, karena saking semangatnya aku udah mulai ke ruang bu Aswati buat menyatakan ketertarikan dibimbing dan saat itu juga, beliau langsung meminta mencari topik sendiri yang bagus, layak sebagai penelitian, dan menarik beliau supaya bersedia membimbing. Dan pertama kali yang ada di pikiranku adalah mengolah limbah. Besoknya ke perpustakaan cari-cari informasi + browsing internet akhirnya dapat topik yang menurutku waktu itu bagus.. biodiesel.

Konsultasi kedua, aku mengajukan topik dan komentar bu Aswati waktu itu... "Biodiesel ini sudah biasa. Punya Pak Arief (dosen tekkim juga) malah sudah banyak dan bagus-bagus."  Lalu ibunya menawarkan beberapa topik tentang enhancement dalam proses teknik kimia, seperti distilasi reaktif, absorpsi reaktif, dan sejenis itu. Akhirnya aku cari-cari lagi. Waktu itu ketemu berita tentang mobil di Amerika yang menempuh jarak cukup jauh dengan bahan bakar biodiesel dari minyak biji alpukat. Kebetulan biodiesel itu bisa dibuat dengan proses distilasi reaktif..

Biji alpukat yang menemaniku selema setahun (foto nyomot dari Google)

 

Konsultasi berikutnya, akhirnya judulku itu berhasil menarik perhatian beliau, karena selama ini minyak biji alpukat jarang didengar. Tapi masalahnya, saat ini yang jual minyak biji alpukat sangat sedikit, susah nyari bahan bakunya jadi harus diekstraksi sendiri. Dan kalau harus ngekstrak terus baru dibuat jadi biodiesel, dijamin setahun belum selesai. Jadi setelah dipertimbangkan, akhirnya diputuskan topik penelitian kali ini ekstraksi minyak dari biji alpukat dulu saja dengan variasi suhu ekstraksi dan diameter serbuk. Pertanyaan selanjutnya, pelarut untuk mengekstraknya apa? di buku yang aku baca, pelarut terbaik adalah campuran heksana dan etanol. Pertanyaan berikutnya, analisis hasil (minyak dalam pelarut) pakai cara apa? Berbekal laporan penelitian kakak angkatan tentang ekstraksi rice bran dari bekatul yang pakai metode spektrofotometri, aku juga ngikut mau pakai cara itu.  Ketiga, perbandingan pelarut dan serbuknya berapa? Dengan sedikit ilmu kira-kira didapat 3 : 1. Keempat, pengambilan sampel gimana? Gampang, buka sumbat karet, ambil pakai pipet tetes sambil disaring pakai kertas saring. Terakhir, pengambilan sampelnya di waktu berapa aja? Sotoy aja tiap 5 menit sekali. Case closed !

Setelah topiknya fix langsung nyusun draft proposal penelitian dan sesuai dengan labortoriumnya, penelitian kali ini harus berbau OTK. Topik yang ada di kepalaku waktu itu ya mencari nilai kinetika transfer massanya, yaitu diffusivitas efektif + koefisien transfer massa. Sebenernya agak takut juga karena modelling ekstraksi lumayan ruwet dan pemrogramannya lumayan menyiksa. Tapi ya udah, asal nyemplung dulu aja... Akhirnya berbekal surat rekomendasi dari bu Aswati di tangan, pemilihan dosen pembimbing berjalan lancar. Saat itu juga bagi kurang lebih 30an mahasiswa yang waktu itu ngambil percepatan penelitian seakan-akan ada jam besar yang berjalan mundur dan bunyi detaknya menghantui setiap saat.  Di saat yang sama padahal Praksus (di praktikum OTK) kelompokku belum selesai + ujian sudah dekat.. semua deadline saling tumpuk.. indahnya Teknik Kimia~  Waktu pengundian itu juga, kebetulan dapat partner yang sama-sama memilih bu Aswati sebagai dosen Pembimbing, yaitu Unggul yang juga teman kelompok Praksusku. Lumayan, besok-besok jadi ga botak sendirian.  Tapi Unggul ini beda jenis pelarut (pakai etil asetat) dan variasi suhu + kecepatan pengadukan.

Singkat cerita pas ujian dan praksus udah kelar semua, langkah pertama yang harus dikerjakan adalah mengumpulkan biji alpukat. Waktu itu bu Aswati minta supaya disediakan yang banyak supaya kualitas biji alpukatnya sama. Untungnya ada mbak-mbak jualan jus di Jalan Pandega Marta (depan warung nasi goreng bu Ita) setiap harinya bisa menghasilkan limbah kurang lebih satu kg biji alpukat. Sekitar dua minggu sekitar 12 kg-an biji alpukat sudah tersedia dan perjuangan dimulai... Biji alpukat dikupas kulit arinya, trus diiris tipis-tipis..  Habis diiris, potongan biji alpukat dijemur dan parahnya waktu itu musim hujan. Jadi buat ngeringin butuh waktu berhari-hari, itu aja kadang-kadang ada yang berjamur jadi harus dibuang. Setelah kering, potongan biji itu diblender (sampai korban satu blender rumah rusak) dan diayak. Karena ada variasi diameter serbuk dalam penelitianku, akhirnya pakai 6 ayakan yang beda ukuran. Tiap hari ke kampus cuma ke lab, ngayak, keringetan, pulang, besoknya ke kampus cuma ke lab, dst. sampai dua minggu. Di akhir tahap ini, berhasil menghasilkan 4 toples beda ukuran serbuk + 1 toples ukuran yang ga masuk range + 1 plastik serbuk yang belum diayak.

Irisan biji alpukat (foto nyomot dari Google lagi)

Setelah itu, mulai timbul kendala-kendala penelitian yang lain. Pertama, buat kurva standard spektrofotomer. Yaitu dengan cara melarutkan minyak biji alpukat dengan solven dengan berbagai konsentrasi. Nah masalahnya, harus perbandingan berapa aja? Akhirnya pakai ilmu kira-kira lagi. Tapi sebelum itu, masalah yang muncul adalah minyaknya dapat darimana?? Muter-muter supermarket jogja ga ada yang jual, di internet yang jual cuma di luar negeri. Akhirnya terpaksa diekstrak sendiri beberapa kali sampai agak banyak, terus didistilasi sendiri buat misahin pelarutnya. Pas distilasi itu sempet juga aku mecahin pendingin balik, jadinya harus off beberapa hari karena harus diperbaiki dulu di Jalan Magelang KM. 17 dan mblusuk ke desa.

Masalah kedua, buat ngetes ekstraksinya aku coba pakai rumus awalku tadi itu dan ternyata hasilnya lumayan. Solvennya terlihat jadi coklat dan melarutkan minyak. Tapi... heksana dan etanol itu ga bercampur ! Dan setelah dicoba analisis pakai spektrofotmeter ga bisa karena ada dua fase dan ketinggian interface fase itu di tiap kuvetnya beda-beda, alhasil datanya kacau. Tapi aku belum menyerah, dicoba lagi dan gagal lagi, sekali lagi dan gagal lagi. Belum menyerah juga, aku ganti metode analisis pakai refraktometer juga gagal lagi. Sebelum tambah gagal, aku langsung konsultasi ke bu Aswati dan setelah dinego-nego akhirnya heksana dihapus dan pakai etanol aja. Setelah dicoba, hasilnya tetap jelek tapi agak lebih bagus dibanding yang dulu. Punya Unggul juga kurang bagus dan akhirnya kami menyimpulkan kalau itu karena ada padatan yang ikut terbawa di sampel analisisnya jadi mengganggu lewatnya sinar UV melalui kuvet. Akhirnya kami menemukan metode baru yaitu : ambil sampel pakai pipet tetes, diamkan dulu beberapa saat sampai padatan mengendap di bawah, ambil pakai pipet tetes bersih bagian atasnya, saring pakai kertas saring. Jadi kerja dua kali, tapi hasilnya lumayan ada trennya walau ada beberapa yang menyimpang. Tapi masalahnya range konsentrasi ekstraksi ini ga sesuai dengan range konsentrasi yang ada di kurva standard, jadinya cara tadi direvisi jadi : ambil sampel pakai pipet tetes, diamkan dulu beberapa saat sampai padatan mengendap di bawah, ambil pakai pipet tetes bersih bagian atasnya, saring pakai kertas saring + diencerkan. Sampai berapa banyak pengencerannya? Kalau yang ini bukan masalah, pakai rumus kimia analisis SMA biasa. Thanks to Vero, sudah jadi korban mengencerkan larutanku..

rangkaian alat ekstraksi

Masalah ketiga, hasil dari kesimpulan metode terakhir tadi udah lumayan bagus, tapi sayangnya data ekstraksi terlalu cepat konstan.  Jadi langkah yang harus dilakukan adalah... mengubah range waktu pengambilan data jadi waktu 3, 6, 9, 15, 25, dan 40 menit. Setelah dicoba lagi masih sama juga, akhirnya dikecilkan lagi jadi 1, 2, 3, 6, 15, 30 menit plus saran dari bu Aswati dicoba perbandingan pelarutnya dikurangi lagi. Akhirnya setelah ditrial beberapa kali didapat perbandingan yang baik ternyata hanya 10 gram serbuk : 200 mL pelarut. Udah ga keitung lagi, jumlah serbuk yang kebuang karena kegagalan berapa banyak. Setelah metodenya fix ini aja, grafiknya masih banyak yang perlu diulang karena belum sesuai teori.

Masalah berikutnya, untuk modellingnya perlu data konsentrasi minyak awal di biji alpukat berapa banyak. Jadi harus pakai ekstraksi soxhlet. Berbekal ilmu praktikum  Dasar Proses, aku pakai cara kerja yang sama persis dan bisa ditebak hasilnya.. gagal lagi. Waktu dimasukkan ke perhitungan neraca massa hasilnya negatif, jadi hipotesis penyebab kegagalannya adalah minyak belum terambil semua. Setelah trial berkali-kali baru didapat hasil yang bagus. Sedikit info, satu kali proses ekstraksi soxhlet adalah 1 jam merangkai dan mempersiapkan alat dan bahan, 6 jam ekstraski, 1,5 jam oven dan membereskan alat-alat. Total butuh 8,5 jam ! itu aja kalau semuanya lancar. Padahal lab buka kurang lebih 8.30-16.00 jadi beberapa kali harus nglembur pulang paling sore.

Masalah terakhir (tapi bukan perjuangan terakhir) adalah mencari konstanta Henry. Bu Aswati minta melakukan percobaan ekstraksi shakerwaterbath dengan berbagai perbandingan serbuk : jumlah pelarut. Sedikit info lagi, satu kali proses ekstraksi shakerwaterbath adalah 1 jam merangkai dan mempersiapkan alat dan bahan, 3 jam ekstraksi, 2 jam menyaring, mendiamkan, dan mengencerkan + membereskan alat-alat. Total butuh 6 jam ! itu aja kalau semuanya lancar. Padahal harus dibarengi ngambil data soxhlet dan ekstraksi biasa... Udah gitu, sering (hampir 90%) ada aja sampel yang kemasukkan air dari waterbath atau solven menguap. Jadi harus ngulang berkali-kali juga.

shakerwaterbath

Akhirnya setelah berbulan-bulan (lebih dari setengah periode) pengambilan data selesai. terlihat gampang, tapi kenyataannya tidak. Masih terlalu banyak cerita lain yang lumayan panjang kalau harus ditulis di sini.

Selanjutnya penelitian dipotong karena harus KKN ke Bali.....(kalau penasaran cerita KKN, silakan dikepo di blog yang ditulis Vero : http://fendyveronica.blogspot.com)

(bersambung)