III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 TEMPAT DAN WAKTU
Penelitian dilaksanakan di laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian TPPHP dan Laboratorium Lingkungan dan Bangunan Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian pada
bulan Juni sampai dengan September 2009.
3.2 BAHAN DAN ALAT
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah gas etilen, gas oksigen, kalium permanganat, asam askorbat, dan arang aktif. Sedangkan alat yang diperlukan adalah balok kaca ukuran 50x20x20
cm
3
dan tebal 8 mm, paralon diameter 4 inci dan panjang 35 cm, selang plastik diamter 4 mm, kipas, syringe, gas kromatografi, gas analyzer, potensiometer, transistor, dan tachometer.
3.3 METODE PENELITIAN
3.3.1 Prosedur
3.3.1.1 Persiapan Bahan Penyerap Etilen dan Oksigen
Konsentrasi larutan KMnO
4
sebagai bahan penyerap etilen yang digunakan adalah KMnO
4
75 dan KMnO
4
10 sedangkan konsentrasi asam askorbat yang digunakan sebagai bahan penyerap oksigen adalah asam askorbat 40 dan asam askorbat 60. Larutan KMnO
4
10 dibuat dengan cara melarutkan 10 gr KMnO
4
serbuk kedalam 100 ml larutan. KMnO
4
75 diperoleh dari pelarutan 75 gr serbuk KMnO
4
kedalam 100 ml larutan dan dipanaskan pada suhu ± 60 °C. Asam askorbat 40 atau 60 diperoleh dengan melarutkan serbuk asam askorbat sebanyak 40 gr atau 60 gr kedalam 100 ml
larutan. Arang aktif sebanyak 10 gram, yang berfungsi sebagai media penyerap dimasukan kedalam
masing-masing 5 ml larutan KMnO
4
dan asam askorbat. Penggunaan kipas dilakukan untuk mempercepat proses adsorpsi KMnO
4
dan asam askorbat kedalam arang aktif. Waktu yang diperlukan dalam proses adsorpsi ini adalah 30-45 menit. Larutan KMnO
4
dan asam askorbat yang telah terserap kedalam arang aktif selanjutnya dimasukkan kedalam sachet yang terbuat dari kain kasa
Lampiran 10. Proses persiapan bahan penyerap ini tersaji pada Gambar 6.
Gambar 6. Proses persiapan bahan dan media penyerap 75 gr KMnO
4
10 gr KMnO
4
40 gr C
6
H
8 6
60 gr C
6
H
8 6
100 ml larutan 100 ml larutan
100 ml larutan 100 ml larutan
KMnO
4
75 KMnO
4
10 C
6
H
8 6
40 C
6
H
8 6
60
Bahan penyerap etilen atau oksigen
Dikeringkan menggunakan
kipas selama 30- 45 menit
10 gr arang aktif Diberikan masing-
masing 5 ml larutan
Dimasukkan dalam kain kasa
Sachet bahan penyerap
3.3.1.2 Persiapan Rangkaian Pengatur Kecepatan Kipas
Rangkaian digunakan untuk mengatur kecepatan kipas dengan dua putaran yang berbeda, yaitu 700 rpm dan 1800 rpm. Pada rangkaian digunakan power supply untuk mengubah tegangan AC yang
berasal dari PLN menjadi DC yang disesuaikan dengan tegangan kipas. Skema rangkaian disajikan pada Gambar 7.
Sumber: hhtp:www.belajar-elektronika.com
Gambar 7. Rangkaian pengatur kecepatan kipas Rangkaian pengatur kecepatan kipas terdiri dari beberapa komponen elekronika seperti resistor,
kapasitor, IC LM317, dan potensiometer. Resistor berfungsi untuk mengatur atau membatasi besarnya kuat arus yang melewati suatu rangkaian dan membagi tegangan pada suatu rangkaian
sehingga diperoleh suatu tegangan yang besarnya sesuai dengan kebutuhan. Potensiometer merupakan salah satu jenis resistor variabel yang sering digunakan untuk aplikasi-aplikasi pengaturan volume
suara pada perangkat-perangkat audio Bishop, 2002. Potensiometer yang digunakan pada penelitian adalah potensiometer putar. Cara kerja potensiometer ini dalam mengasilkan kecepatan putar yang
diinginkan adalah dengan memutar tangkai putar yang ada pada potensiometer. Arus dan tegangan yang dihasilkan dapat disesuaikan dengan penggunaan potensiometer. Berdasarkan Hukum Ohm,
semakin besarnya tahanan komponen akan memperkecil arus dan tegangan yang dihasilkan. Penggunaan IC LM317 dipilih karena fungsinya sebagai regulator tegangan DC tegangan outputnya
tergantung dengan potensiometer yang dipasang. Kipas yang digunakan adalah kipas DC 12 volt ukuran
80 x 80 x 25
mm dengan jumlah sudu 7 buah dan kecepatan maksimal 1800 rpm seperti yang
terlihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Kipas dalam paralon
Kipas bertujuan untuk mengumpankan udara di sekitar ruang penyerapan kedalam paralon yang berisi bahan penyerap etilen dan penyerap oksigen. Selanjutnya, putaran kipas diukur dengan
menggunakan tachometer. Hasil putaran kipas ini berupa putaranmenit rpm yang selanjuntnya dapat dikonversi menjadi kecepatan angular kipas. Tipler 1991 dalam bukunya Fisika untuk Sains dan
Teknik menyatakan hubungan antara putaran kipas dengan kecepatan angular kipas seperti yang terlihat pada persamaan berikut:
ω rads = 3
Sedangkan hubungan antara kecepatan linier, v ms dengan kecepatan anguler, ω rads adalah 4
Henderson dan Perry 1997 menyatakan bahwa kecepatan udara yang dihembuskan kipas merupakan hasil bagi antara laju aliran udara kipas dan luas outlet kipas, seperti yang terlihat pada
persamaan berikut: ⟶
5 Keterangan :
Q = laju aliran udara yang dihasilkan kipas m
3
s v = kecepatan udara pada kipas ms
A= luas outlet kipas, total luasan 7 buah sudu kipas m
2
n = putaran kipas rpm r = jari- jari sudu kipas m
3.3.1.3 Persiapan Ruang Penyerapan Etilen dan Oksigen
Ruang penyerap etilen dan oksigen terbuat dari lembaran-lembaran kaca yang dipotong sesuai dengan ukuran balok kaca yang akan dibuat. Lembaran-lembaran kaca tersebut kemudian direkatkan
dengan menggunakan lem kaca sehingga berbentuk balok dengan ukuran 50x20x20 cm
3
dan tebal 8 mm. Pada bagian sisi atas balok kaca dibuat empat lubang dengan diameter yang disesuaikan dengan
diameter selang yang akan dimasukan kedalam balok kaca. Keempat lubang ini berfungsi sebagai saluran pemasukan dan pengeluaran etilen dan saluran pemasukan dan pengeluaran oksigen. Kolom
penyerap etilen dan oksigen terbuat dari pipa paralon dengan panjang 35 cm dan diameter 4 inci digunakan untuk meletakkan arang aktif sebagai bahan penyerap etilen dan oksigen. Di dalam
paralon ini juga terdapat kipas dengan ukuran yang disesuaikan dengan lebar paralon Gambar 8. Arang aktif yang telah dicelupkan kedalam kalium permanganat dan asam askorbat dimasukkan
kedalam sachet dan kemudian diletakkan di dalam paralon. Kemudian pipa paralon diletakkan dalam balok kaca. Sistem ini memerlukan etilen dari luar sehingga perlu adanya etilen yang diinjeksikan ke
dalam ruang penyerapan etilen dan oksigen.
Gambar 9. Ruang penyerapan etilen dan oksigen
Gambar 10. Skema ruang penyerapan etilen dan oksigen Keterangan :
A = balok kaca sebagai ruang penyerapan B = kipas seperti pada Gambar 8
C = penyerap etilen dan oksigen D, E, F, dan G = lubang injeksi etilen dan lubang pengambilan sample etilen dan oksigen
Etilen yang diinjeksikan berasal dari tabung etilen yang tersedia di laboratorium sedangkan oksigen berasal dari oksigen ruangan, sebesar 21 . Etilen awal yang diinjeksikan adalah 500 ppm.
Selanjutnya kipas pengatur kecepatan disimpan di dalam paralon dan mulai dioperasikan untuk mengumpankan udara di dalam balok kaca ke dalam paralon yang telah berisi penyerap etilen dan
penyerap oksigen dengan cara mengubah resistensi pada potensiometer sehingga dihasilkan dua putaran kipas yang berbeda.
3.3.2 Rancangan Penelitian
Rancangan penelitian yang digunakan adalah rancangan penelitian eksperimental dimana dilakukan eksperimen terlebih dahulu yang berupa simulasi penyerapan etilen dan oksigen. Adapun
prosedur yang perlu dilakukan untuk tahap simulasi ini adalah dengan melakukan persiapan kolom penyerap, bahan penyerap, rangkaian pengatur kecepatan dan ruang penyerapan.
D E
F G
o10.2 cm B C
20 cm
50 cm 35 cm
A
Kalium permanganat sebagai penyerap etilen yang digunakan adalah KMnO
4
10 dan KMnO
4
75. Konsentrasi asam askorbat sebagai penyerap oksigen yang digunakan adalah C
6
H
8
O
6
40, dan C
6
H
8
O
6
60. Tabel 4. Perlakuan Bahan Penyerap KMnO
4
dan C
6
H
8
O
6
Kecepatan KMnO
4
C
6
H
8
O
6
Simbol 1800 rpm
75 60
R1K1A2 10
40 R1K2A1
10 60
R1K2A2 700
rpm 75
40 R2K1A1
75 60
R2K1A2 10
40 R2K2A1
10 60
R2K2A2
Pengukuran sampel etilen dilakukan setiap 2 jam sekali selama 8 jam sedangkan oksigen diukur setiap 4 jam sekali selama 24 jam untuk setiap kombinasi penyerap etilen dan oksigen yang
digunakan. Selanjutnya dilakukan penyusunan pola penyerapan etilen dan oksigen berdasarkan hasil eksperimen. Pola penyerapan etilen dan oksigen yang akan dirancang merupakan fungsi dari waktu,
kecepatan kipas, dan konsentrasi penyerap etilen dan oksigen. Diagram alir penelitian secara umum disajikan pada Gambar 10.
3.3.3 Pengamatan dan Analisa Sampel Etilen dan Oksigen
Analisis oksigen dapat dilakukan dengan menggunakan Gas Analyzer GA. GA dinyalakan dan dibiarkan selama kurang lebih 45 menit sampai lampu petunjuk ready berkedip-kedip, GA siap
digunakan. Pada saat running selang penyaluran oksigen dari ruang penyerapan etilen dan oksigen ke GA dijepit oleh klip agar oksigen yang ada pada ruang penyerapan tidak bocor tidak ada sirkulasi
udara. Pada saat pengamatan oksigen, klip ini dilepas sehingga oksigen yang ada pada ruang penyerapan terhubung dengan GA untuk dilakukan pembacaan nilai oksigen.
Analisa sampel etilen dilakukan dengan menggunakan gas kromatografi jenis FID Flame Ionization Detektor. Pengukuran tersebut dilakukan di Laboratorium Lingkungan dan Bangunan
Pertanian dengan menggunakan GC tipe D-263-50 Hitachi. Penginjeksian etilen dilakukan dengan cara mengambil sampel etilen dari ruang penyerapan dengan menggunakan syringe dan kemudian
sampel diijneksikan kedalam kolom yang terdapat pada gas kromatografi. Kolom yang digunakan untuk etilen analisa didorong dengan gas pendorong N
2
tekanan 0.5 kgf menit dan gas kromatografi dihubungkan dengan rekorder grafik yang diberi kertas. Maicardinal, 1999.
Gambar 11. Skema gas kromatografi Sebelum dilakukan pengukuran, gas kromatografi harus dikalibrasi dengan standar etilen murni
misalnya 50 ppm, 100 ppm, dan 200 ppm. Sampel dimasukan ke dalam gas kromatografi dan nilai konsentrasi ditunjukan dengan gambar peak puncak yang menunjukan luasan area dengan melihat
recorder time sample berdasarkan standar gas etilen. Konsentrasi etilen y =
xCs As
Ac
4 Keterangan:
y = produksi etilen ppm Ac = luasan area konsentrasi sampel
As = luasan area konsntrasi standar V
etilen
mlgramjam x i
ρ
etilen
] [m
absorber
x Δt] 5 Keterangan:
V
etilen
= laju penyerapan etilen mlgramjam C
= konsentrasi etilen awal ppm Ct
= konsentrasi etilen pada jam ke-t ppm i
= volume ruang penyerapan ml ρ
etilen
= 1.178 kgm
3
= 1.178 x 10
-3
grcm
3
m
arang
= massa arang aktif sebagai absorber gram Δt
= selang waktu pengukuran ke-n dengan pengukuran selanjutnya jam V
oksigen
mlgramjam = 6
Keterangan: V
oksigen
= laju penyerapan etilen mlgramjam C
= konsentrasi etilen awal ppm Ct
= konsentrasi etilen pada jam ke-t ppm i
= volume ruang penyerapan ml m
arang
= massa arang aktif sebagai absorber gram Δt
= selang waktu pengukuran ke-n dengan pengukuran selanjutnya jam \
Gambar 12. Diagram alir penelitian [75]
[10]
C
2
H
4
KMnO
4
KMnO
4
Analisis: 1.
Pengaruh kecepatan kipas terhadap penyerapan etilen dan oksigen 2.
Konsentrasi bahan penyerap etilenoksigen yang memberikan hasil penyerapan paling baik
3. Pola penyerapan etilen dan oksigen
[60] [40]
O
2
Persiapan sistem penyerap etilen dan oksigen
Penginjeksian etilen 500 ppm dan oksigen
1800 rpm 700 rpm
C
6
H
8
O
6
[60] [40]
O
2
C
6
H
8
O
6
[10]
C
2
H
4
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Aliran Udara Kipas terhadap Penyerapan Etilen dan Oksigen
Pada ruang penyerapan digunakan kipas yang dihubungkan dengan rangkaian sederhana seperti pada gambar 7. Kecepatan kipas dapat diatur dengan cara mengubah resistansi potensiometer yang
ada pada rangkaian. Pengukuran kecepatan kipas dilakukan dengan menggunakan tachometer. Adapun kecepatan kipas yang digunakan adalah 700 rpm dan 1800 rpm yang menghasilkan laju aliran
udara 0.159 m
3
s dan 0.408 m
3
s. Perhitungan performansi kipas dapat dilihat pada Lampiran 3. Kipas mulai digunakan sekitar 15 menit sebelum pengambilan sampel. Hal ini dilakukan
untuk menghomogenisasikan udara yang ada pada ruang penyerapan. Data hasil penyerapan etilen dan oksigen untuk masing-masing kecepatan kipas dapat dilihat pada Lampiran 1. Gambar 12
menyajikan perbandingan penyerapan etilen untuk penggunaan kalium permanganat dan asam askorbat yang sama dalam dua kecepatan kipas yang berbeda. Gambar 13 memperlihatkan hasil
penyerapan oksigen untuk penggunaan kalium permanganat dan asam askorbat yang sama dalam dua kecepatan kipas yang berbeda. Dari Gambar 13 terlihat bahwa putaran kipas mempengaruhi
kecepatan reaksi kimia antara kalium permanganat dan etilen di dalam ruang penyerapan. Berdasarkan cepatnya etilen terserap oleh kalium permanganat, penggunaan kipas 700 rpm memberikan hasil
penyerapan yang lebih baik dibanding dengan kipas 1800 rpm. Pada dasarnya kecepatan putaran kipas tidak mempengaruhi langsung reaksi kalium permanganat dan etilen. Dari hasil pengamatan, jika
kecepatan udara diperbesar maka suhu berkurang dan kelembaban udaranya pun berkurang. Dalam hal ini kipas 1800 rpm menghasilkan suhu dan kelembaban udara lebih rendah dibanding dengan
penggunaan kipas 700 rpm walaupun perbedaannya tidak terlalu signifikan Lampiran 2. Suhu merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi laju reaksi kimia. Umumnya kenaikan suhu
mempercepat laju reaksi dan sebaliknya penurunan suhu akan memperlambat reaksi. Pada kipas 700 rpm untuk kombinasi penyerapan etilen dan oksigen yang sama, suhu di ruang penyerapan lebih tinggi
dibanding dengan kipas 1800 rpm. Tingginya suhu pada akhirnya akan mempercepat reaksi kalium permanganat dan etilen sehingga etilen mampu terserap dalam waktu yang relatif singkat.
a 200
400 600
2 4
6 8
K o
n sen
tr a
si E
ti len
ppm
Waktu jam
KMnO4 Jenuh, C6H8O6 60, 1800 rpm R1K1A2 KMnO4 Jenuh, C6H8O6 60, 700 rpm R2K1A2
b
c Gambar 13. Konsentrasi etilen pada kecepatan 1800 rpm dan 700 rpm untuk perlakuan, a R1K1A2
dan R2K1A2, b R1K2A1 dan R2K2A2, dan c R1K2A2 dan R2K2A2.
Kecepatan kipas pun turut memberikan pengaruh secara tidak langsung terhadap penyerapan oksigen Gambar 14. Penggunaan kipas 700 rpm memperlihatkan hasil yang lebih baik dalam
menyerap oksigen. Dalam waktu pengukuran yang sama, konsentrasi oksigen dengan menggunakan kipas 700 rpm cenderung lebih rendah dibanding dengan kipas 1800 rpm. Namun, kelembaban di
ruang penyerapan lebih tinggi. Hal ini disebabakn oleh reaksi asam askorbat dan oksigen menghasilkan H
2
O lebih cepat dari penggunaan kipas 1800 rpm sehingga menyebabkan ruangan menjadi lebih lembab.
Analisa sidik ragam menunjukkan adanya perbedaan rata-rata konsentrasi etilen atau oksigen yang terserap akibat dari perbedaan waktu, namun tidak ada perbedaan nyata rata-rata konsentrasi
etilen atau oksigen akibat dari perbedaan penggunaan kecepatan kipas yang berbeda dan juga tidak ada perbedaan nyata rata-rata konsentrasi eilen atau oksigen akibat dari interaksi waktu dengan
kecepatan kipas Lampiran 5. 200
400 600
2 4
6 8
K o
n sen
tr a
si E
ti len
ppm
Waktu jam KMnO4 10, C6H8O6 40, 1800 rpm R1K2A1
KMnO4 10, C6H8O6 40, 700 rpm R2K2A1
200 400
600
2 4
6 8
K o
n sen
tr a
si E
ti len
ppm
Waktu jam
KMnO4 10, C6H8O6 60, 1800 rpm R1K2A2 KMnO4 10, C6H8O6 60, 700 rpm R2K2A2
a
b
c
d Gambar 14. Konsentrasi okisgen pada kecepatan 1800 rpm dan 700 rpm untuk perlakuan, a
R1K1A1 dan R2K1A1, b R1K1A2 dan R2K1A2, c R1K2A1 dan R2K2A1, dan d R1K2A2 dan R2K2A2.
20 20,5
21 21,5
4 8
12 16
20 24
K o
nse nt
ra si
O k
si g
e n
Waktu jam
KMnO4 Jenuh, C6H8O6 40, 1800 rpm R1K1A1 KMnO4 Jenuh, C6H8O6 40, 700 rpm R2K1A1
20 20,5
21 21,5
4 8
12 16
20 24
K o
nse nt
ra si
O k
si g
e n
Waktu jam
KMnO4 Jenuh, C6H8O6 60, 1800 rpm R1K1A2 KMnO4 Jenuh, C6H8O6 60, 700 rpm R2K1A2
20 20,5
21 21,5
4 8
12 16
20 24
K o
nse nt
ra si
O k
si g
e n
Waktu jam
KMnO4 10, C6H8O6 40, 1800 rpm R1K2A1 KMno4 10, C6H8O6 40, 700 rpm R2K2A1
20 20,5
21 21,5
4 8
12 16
20 24
K o
nse nt
ra si
O k
si g
e n
Waktu jam
KMnO4 10, C6H8O6 60, 1800 rpm R1K2A2 KMnO4 10, C6H8O6 60, 700 rpm R2K2A2
Konsentrasi etilen dan oksigen dari setiap perlakuan mengikuti persamaan-persamaan seperti yang terdapat pada Tabel 5 dan Tabel 6. Dari kedua tabel tersebut terlihat bahwa perlakuan penyerap
etilen yang paling mendekati model linier adalah R2K2A1 dengan nilai koefisien determinsai R
2
tertinggi yaitu 84.1. Pada penyerapan oksigen, perlakuan yang paling mendekati persamaan linier adalah R1K1A2 dengan nilai koefisien determinsai R
2
tertinggi yaitu 89.9. Tabel 5. Persamaan regresi linier perlakuan penyerapan etilen
Perlakuan Persamaan
R
2
R1K1A2 y = -112.14x + 460.69
0.671 R1K2A1
y = -98.570x + 401.33 0.507
R1K2A2 y = -107.09x + 444.27
0.623 R2K1A1
y = -127.12x + 535.83 0.791
R2K1A2 y = -105.18x + 426.97
0.580 R2K2A1
y = -126.33x + 541.46 0.841
R2K2A2 y = -101.90x + 409.52
0.529 Tabel 6. Persamaan regresi linier perlakuan penyerapan oksigen
Perlakuan Persamaan
R
2
R1K1A1 y = -0.036x + 21.086
0.625 R1K1A2
y = -0.088x + 21.143 0.899
R1K2A1 y = -0.036x + 21.000
0.625 R1K2A2
y = -0.079x + 21.086 0.890
R2K1A1 y = -0.057x + 21.057
0.800 R2K1A2
y = -0.107x + 21.214 0.750
R2K2A1 y = -0.079x + 21.143
0.890 R2K2A2
y = -0.046x + 21.027 0.686
4.2 Pengaruh Konsentrasi Kalium Permanganat terhadap Penyerapan Etilen