Tempat dan Waktu Penelitian Flowchart Penelitian

16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Energi BaruTerbarukan Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yang terletak di Jalan Sisingamangaraja, Medan selama 2 bulan. 3.2 Bahan dan Peralatan yang Digunakan 3.2.1 Bahan yang Digunakan Buah kakao dikumpulkan dari Kabupaten Deli Serdang Provinsi Sumatera Utara Indonesia. Sebelum pengeringan, biji kakao segar yang difermentasi menggunakan kotak yang terbuat dari styrofoam. Biji kakao untuk satu batch pengeringan adalah 1 kg dengan isi lembab awal bervariasi dari 59 sampai 65 . Ini adalah konten lembab awal khas untuk biji kakao fermentasi di Indonesia dan LiCl sebagai absorben.

3.2.2 Peralatan yang Digunakan

Alat pengering surya telah dibuat dan digunakan dalam percobaan. Pengering surya ini terdiri dari tiga komponen utama: pengeringan ruang; kolektor surya; dan penyimpanan energi panas. Pengeringan ruang adalah ruang dengan dimensi 50 cm × 50 cm × 50 cm. Biji kakao kering yang tersebar di nampan pengeringan yang terbuat dari aluminium sheet berlubang dengan luas 49 cm × 49 cm. Penyimpanan panas ditempatkan di dalam wadah terbuka terbuat dari baja dengan dimensi 30 cm x 30 cm x 5 cm. Kolektor surya adalah jenis plat datar dengan dimensi 2 m × 0,5 m × 0,1 m. Absorber yang dicat hitam terbuat dari 1 mm lembaran baja galvanis. Dua jendela dipisahkan oleh celah udara 2 cm digunakan sebagai transparan penutup untuk mencegah hilangnya panas dari atas. Kolektor surya berorientasi ke utara dengan sudut kemiringan 60 °C. Universitas Sumatera Utara 17

3.2.3 Peralatan Pengukuran

Efektivitas pengering kakao diperoleh dari hasil perhitungan dengan menggunakan data-data yang diperoleh dari alat pengujian dan alat ukur seperti alat ukur intensitas radiasi matahari, alat ukur temperatur dan yang lainnya. 1. Laptop Digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah didapatkan dari Hobo Microstation data logger dan Agilient 34972 A. Gambar 3.1 Laptop 2. RH dan T Data Logger Alat ini dimasukkan ke dalam ruang yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran disimpan secara otomatis pada rentang waktu 10 menit. Gambar 3.2 RH dan T data logger Universitas Sumatera Utara 18 3. Hobo Microstation Data Logger Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke komputer untuk diolah datanya. Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Micro station data logger yaitu : Gambar 3.3 Hobo Microstation data logger Keterangan : a. Pyranometer, adalah alat untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi. Satuan alat ukur ini adalah Wm 2 . b. Wind Velocity Sensor, adalah alat untuk mengukur kecepatan angin. Satuan alat ukur ini adalah ms. c. Ambient Measurement Apparatus, adalah alat untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar. Satuan alat ukur ini adalah °C. d. T and RH Smart Sensor, adalah alat untuk mengukur kelembaban udara. Besarnya nilai yang diukur oleh alat ini dalam persen . 4. Load cell Load Cell akan mengukur massa bahan secara kontinu namun tidak tercatat secara otomatis. Data yang diberikan oleh load cell akan dicatat pada rentang waktu 10 menit. Tujuannya adalah untuk mengetahui seberapa besar pengurangan berat produk setelah mengalami proses pengeringan dengan alat pengering. a c b d Universitas Sumatera Utara 19 Gambar 3.4 Load Cell 5. Thermolaser Thermolaser akan mengukur temperatur suatu bahan dimana kita mengarahkan alat tersebut. Data temperature diambil per 10 menit sekali. Gambar 3.5 Thermolaser 3.3 Diagram Kerja Gambar 3.6 Diagram Kerja Pengeringan Kakao Energi Surya Menggunakan Absorben LiCl Biji Kakao Fermentasi Alat Pengering Ukur suhu, massa, dan kelembaban Ukur massa dan kelembaban awal Desikan absorben LiCl Malam hari Universitas Sumatera Utara 20 3.4 Prosedur Kerja 3.4.1 Efektivitas Pengeringan Siang Hari Efektivitas pengeringan siang hari merupakan perbandingan kondisi sistem di dalam box pengering dengan kondisi cuaca lingkungan setempat terhadap pengurangan massa kakao. Untuk mengetahui efektivitas pengeringan pada siang hari yang telah dilakukan maka pertama sekali perlu mengetahui berapa intensitas radiasi matahari yang diperoleh pada saat penelitian sedang berlangsung. Alat yang digunakan untuk memperoleh data tersebut adalah HOBO data logger yang akan secara otomatis mencatat besar intensitas radiasi matahari dan temperatur lingkungan setiap 1 menit sekali. Selain itu, perlu mengetahui kenaikan temperatur di dalam box pengering selama pengeringan berlangsung untuk kemudian dibandingkan dengan besarnya intensitas radiasi matahari yang diterima. Untuk memperoleh data tersebut, digunakan RH dan T data logger dengan mensetting alat terlebih dahulu sesuai dengan keperluan yang kita inginkan dengan menggunakan software EasyLog USB. RH dan T data logger akan merekam data setiap 10 menit sekali. Alat diletakkan di dalam box pengering selama proses pengeringan berlangsung dan apabila pengeringan telah selesai alat kembali di set off dan data yang diperoleh akan disimpan di laptop. Sedangkan pengurangan massa kakao diukur setiap 10 menit sekali menggunakan load cell yang dimasukkan kedalam box pengering.

3.4.2 Efektivitas Pengeringan Malam Hari

Efektivitas pengeringan malam hari merupakan perbandingan kinerja absorben dengan massa yang berbeda dilihat dari Temperatur dan RH minimum di box pengering, kadar air akhir, pengurangan massa kakao pada malam hari, dan waktu pengeringan. Untuk mengetahui hal tersebut maka perlu diketahui bagaimana kondisi temperatur dan ratio humidifitas di dalam box pengering. Dimana digunakan alat RH dan T data logger dengan mensetting alat terlebih dahulu sesuai dengan keperluan yang kita inginkan. Alat akan merekam data setiap 10 menit sekali secara otomatis. Selain itu perlu diketahui bagaimana pengurangan massa kakao pada proses pengeringan. Pengurangan massa kakao pada malam hari ditentukan dari perubahan ratio humidifitas di box pengering. Kemudian kakao yang sudah merupakan hasil pengeringan diuji kadar air akhirnya ke Universitas Sumatera Utara 21 Balai Riset dan Standardisasi untuk memperoleh hasil yang lebih akurat. Waktu pengeringan dapat diperoleh dari menjumlah seluruh waktu yang digunakan selama pengeringan.

3.4.3 Difusivitas Efektif

Untuk memperoleh difusivitas efektif maka perlu menghitung molaritas relatif dari perubahan massa kakao yang ditimbang setiap 10 menit sekali kemudian mem-plot data Ln MR dan t detik. Slope dari grafik tersebut akan dimasukkan ke Persamaan 2 eff 2 r . .D π - = Slope Nilai jari-jari kakao diperoleh dengan mengukur panjang, lebar dan tebal dari masing – masing tiap run sepuluh sampel acak kakao hasil pengeringan dengan menggunakan penggaris kemudian dirata-ratakan. Setelah itu dicari volume kakao dengan rumus : Vol kakao = × × × × Setelah diperoleh volume kakao, jari – jari kakao dapat diperoleh dengan menggunakan rumus : Vol kakao = = × ×

3.4.4 Model Kinetika Pengeringan yang Sesuai

Untuk memperoleh model kinetika yang sesuai diperlukan data moisture ratio dan model kinetika yang ingin diuji kesesuaiannya. Dalam penelitian ini digunakan empat persamaan model kinetika untuk dibandingkan yaitu Newton, Exponensial, Page, dan Logarithmic. Setelah diperoleh nilai MR exp dari Persamaan k k k i M M - M M Mk - M = MR , maka dihitung MR pred dengan menggunakan persamaan model kinetika Newton, Eksponensial, Page, dan Logarithmic berdasarkan Tabel 2.1. Untuk menentukan yang paling sesuai, dilihat dari nilai R 2 , RMSE, x 2 yang dihitung dengan persamaan 2.7 s.d 2.9 dimana dipilih model kinetika dengan nilai R 2 terbesar dan nilai RMSE ,x 2 terkecil. [2] [2] Universitas Sumatera Utara 22

3.4.5 Konsumsi Energi Spesifik

Untuk menghitung konsumsi energi spesifik diperlukan data temperatur absorber yang terdiri dari plat, kayu, dan acrylic yang diambil dengan thermolaser di titik yang sudah ditentukan setiap 10 menit sekali, selain itu data temperatur lingkungan sekitar dan intensitas radiasi matahari yang direkam dengan alat HOBO data logger per menitnya. Kemudian untuk malam harinya, energi termokimia absorben diperoleh dengan menghitung panas reaksi LiCl.H 2 O terlebih dahulu, kemudian diselesaikan dengan persamaan 2.20 Data yang dipakai dalam perhitungan merupakan data rata – rata. Data diselesaikan dengan persamaan 2.11 s.d 2.19. Kemudian jumlah energy dalam MJ yang diperoleh nantinya ditotalkan dan dibagikan dengan total air yang diuapkan sesuai dengan definisi konsumsi energi spesifik yaitu MJair yang diuapkan.

3.4.6 Hubungan Laju Pengeringan dengan Waktu dan Kadar Air

Untuk menghitung laju pengeringan, maka perlu diketahui perubahan massa kakao pada waktu tertentu. Massa kakao ditimbang setiap 10 menit sekali dengan menggunakan load cell. Kemudian data diselesaikan dengan menggunakan persamaan = Setelah diperoleh data laju pengeringan, dibuat grafik laju pengeringan vs waktu dan laju pengeringan vs kadar air dan dilihat bagaimana hubungannya. Untuk lebih jelasnya disajikan set up penelitian dalam rupa gambar dibawah ini : Universitas Sumatera Utara 23 Thermolaser pada acrylic absorber Thermolaser pada plat absorber HOBO data logger Universitas Sumatera Utara 24 Gambar 3.6 Prosedur Pengukuran Load cell RH dan T data logger Load cell display Thermolaser pada kayu absorber Universitas Sumatera Utara 25 Adapun dari gambar diatas, dapat diberikan table informasi pengukuran yang dilakukan sebagai berikut: Tabel 3.5 Tabel Pengukuran yang Dilakukan dalam Penelitian Yang akan diukur Satuan pengukuran Alat yang digunakan Posisi Massa Kakao gr Load cell Rak sampel Massa Desikan gr Load cell Rak desikan Temperatur o C Thermolaser Plat kaca, kayu, baja, desika, kakao, box pengering Humidifitas Relatif T, RH Lingkungan sekitar, box pengering Kecepatan angin ms Wind Velocity Sensor Lingkungan sekitar Radiasi Matahari Wm 2 Pyranometer Lingkungan sekitar Universitas Sumatera Utara 26

3.5 Flowchart Penelitian

Untuk lebih jelasnya prosedur penelitian disajikan dalam bentuk flowchart sebagai berikut : Mulai Load cell dimasukkan ke dalam ruang pengering tepat dibawah nampan pengering Alat pengering disiapkan Biji kakao hasil fermentasi ditebarkan di dalam nampan sebanyak 1 kg Pengukuran suhu, kelembaban relatif, radiasi matahari, akan dilakukan setiap 10 menit dengan data logging dengan menekan tombol start Pengukuran massa kakao, suhu plat, kayu dan acrylic dicatat setiap 10 menit secara manual dengan menggunakan thermolaser Pengeringan dengan energi surya dilakukan Absorben LiCl dimasukkan sebanyak 1 kg ke ruang pengering pada nampan absorben Proses pengeringan dengan absorben dibiarkan terjadi selama 16 jam sambil menimbang massa kakao per 10 menit Pengeringan dengan absorben selesai Pengeringan dengan energi surya selesai A B C Universitas Sumatera Utara 27 Gambar 3.7 Flowchart Penelitian Optimasi Penggunaan Absorben Pada Pengering Sistem Integrasi Energi Surya dan Desikan Diukur pertambahan massa absorben LiCl RH dan T data logger serta HOBO data logger di stop dan data yang terekam di masukkan ke laptop Diperoleh data Selesai A Diukur pengurangan massa kakao Dilakukan perhitungan dengan Microsoft Excel Dilakukan pengeringan dengan energi surya kembali untuk mendapatkan massa konstan Apakah massa kakao sudah konstan? Apakah ada variasi massa absorben? B Ya Tidak C Ya Tidak Universitas Sumatera Utara 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 EFEKTIVITAS PENGERINGAN PADA SIANG HARI PERTAMA UNTUK KETIGA SAMPEL

Efektivitas pengeringan pada siang hari pertama dapat dilihat dari besarnya intensitas radiasi matahari yang diukur setiap menitnya. Proses pengeringan pada siang hari dipengaruhi oleh nilai intensitas radiasi yang diterima oleh kolektor surya sehingga menentukan kenaikan temperatur media pengering udara yang memasuki ruang pengering. Makin tinggi intensitas radiasi, temperatur udara pengering yang memasuki kotak pengering akan makin tinggi [26]. Selama proses pengeringan kakao dengan perbandingan massa bahan dan absorben 1:1 berlangsung, diperoleh data temperatur udara lingkungan berkisar dari 27 o C - 36 o C, kelembaban relatif RH berkisar dari 59 - 86 , dan intensitas radiasi matahari berkisar dari 41 Wattm 2 - 871 Wattm 2 . Pada proses pengeringan kakao dengan perbandingan massa bahan dan absorben 1:2, diperoleh data temperatur udara lingkungan berkisar dari 23 o C - 35 o C, kelembaban relatif RH berkisar dari 60 - 100 , dan intensitas radiasi matahari berkisar dari 4 Wattm 2 – 913 Wattm 2 . Pada pengeringan kakao dengan perbandingan massa bahan dan absorben 1:3, diperoleh data temperatur udara lingkungan berkisar dari 28 o C - 34 o C, kelembaban relatif RH berkisar dari 62 - 86 , dan intensitas radiasi matahari berkisar dari 66 Wattm 2 – 841 Wattm 2 . Berikut adalah data intensitas radiasi matahari, temperatur lingkungan dan kelembaban udara RH sekitar pada saat melakukan proses pengeringan hari pertama yaitu pada 25 November 2015, 27 November 2015, dan 17 Desember 2015 yang disajikan dalam bentuk grafik yang diukur menggunakan alat HOBO. ` a b 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 In te n s it a s R a d ia s i M a ta h a ri 08:00 11252015 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Waktu 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 R H d a n T Intensitas Radiasi Matahari, Wattm2 RH, Temperatur, C 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 In te n s it a s R a d ia s i M a ta h a ri 08:00 11272015 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 Waktu 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 R H d a n T Intensitas Radiasi Matahari, Wattm2 RH, Temperatur, C Universitas Sumatera Utara