18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Lokasi Penelitian
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Energi BaruTerbarukan Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan yang terletak di Jalan Sisingamangaraja, Medan selama
1 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 0,5 kg dengan isi lembab awal bervariasi 60 - 65. Ini adalah konten lembab awal khas
untuk biji kakao fermentasi di Indonesia dan Molecular Sieve 13X sebagai adsorben.
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
19
3.2.3 Peralatan Pengujian
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
20 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
21
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 Adsorben Molecular Sieve 13x Biji Kakao
Fermentasi Alat
Pengering Ukur suhu, massa,
dan kelembaban Ukur massa dan
kelembaban awal
Desikan adsorben Molecular Sieve 13x
Malam hari
Universitas Sumatera Utara
22
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 adsorben 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. Kemudian kakao yang
sudah merupakan hasil pengeringan diuji kadar air akhirnya ke Balai Riset dan
Universitas Sumatera Utara
23 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 dengan persamaan :
k k
k i
M M
- M
M Mk
- M
= MR
dimana Mi adalah massa kakao pada waktu tertentu, Mo adalah massa kakao awal, Mk adalam massa kering kakao. Difusivitas efektif diperoleh dengan 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 :
× × ×
×
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 [3-1] , 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
[3.2]
[3.4] [3.1]
[3.3]
Universitas Sumatera Utara
24 nilai R
2
, RMSE, x
2
yang dihitung dengan persamaan 2.12 s.d 2.14 dimana dipilih model kinetika dengan nilai R
2
terbesar dan nilai RMSE ,x
2
terkecil.
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. Data yang
dipakai dalam perhitungan merupakan data rata – rata. Data diselesaikan dengan persamaan 2.12 s.d 2.21.
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 : [3.5]
Universitas Sumatera Utara
25
Gambar 3.7 Prosedur Pengukuran
Thermolaser pada acrylic
Load cell RH dan T
data logger
Load cell display
Thermolaser pada kayu
Thermolaser pada plat
absorber HOBO
data logger
Universitas Sumatera Utara
26 Adapun dari gambar diatas, dapat diberikan table informasi pengukuran yang
dilakukan sebagai berikut:
Tabel 3.1 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 Radiasi Matahari
Wm
2
Pyranometer Lingkungan sekitar
Universitas Sumatera Utara
27
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 0,5 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
Adsorben molecular sieve 13X dimasukkan sebanyak 0,5 kg ke ruang pengering pada nampan adsorben
Proses pengeringan dengan adsorben dibiarkan terjadi selama 16 jam sampai keesokan paginya
Pengeringan dengan adsorben selesai Pengeringan dengan energi surya selesai
A B
C
Universitas Sumatera Utara
28
Gambar 3.8 Flowchart Penelitian Optimasi Penggunaan Adsorben Molecular Sieve
pada Pengering Surya Sistem Integrasi Matahari dan Desikan dengan Perbandingan Jumlah Adsorben dan Bahan Baku
Diukur pertambahan massa adsorben molecular sieve 13X
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
adsorben? B
Ya Tidak
C
Ya
Tidak
Universitas Sumatera Utara
29
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Efektifitas Pengeringan 4.1.1 Efektifitas Pengeringan Tenaga Surya
Nilai intensitas radiasi yang diterima oleh kolektor surya sangat mempengaruhi proses pengeringan pada siang hari. Hal ini disebabkan karena nilai intensitas radiasi akan
menentukan berapa besar kenaikan temperatur udara pengering yang masuk ke dalam box pengering. Semakin tinggi intensitas radiasi maka temperatur udara panas yang keluar
dari kolektor masuk akan semakin tinggi. Udara panas yang keluar dari kolektor masuk ke dasar ruang pengering kemudian bersirkulasi keatas melalui bahan yang dikeringkan.
Udara yang bergerak keatas ini akan mengeringkan bahan yang berada di dalam setiap box pengering, sehingga kadar kandungan air dari bahan akan berkurang [31][38].
Selama proses pengeringan berlangsung, kondisi cuaca selama pengambilan data berlangsung dicatat berada pada kisaran temperatur udara 29,2
° C – 34,6
° C, kelembaban
relatif RH 59,7 – 92,1 dan intensitas radiasi 89,1 Wm
2
– 758,9 Wm
2
. Berikut adalah data intensitas radiasi matahari, temperatur lingkungan dan kelembaban udara
RH sekitar pada saat melakukan proses pengeringan yang disajikan dalam bentuk grafik yang diukur menggunakan alat HOBO.
a
100 80
60 40
20 T
e m
p e
ra tu
r
o
C R
H
9:00 12:00
15:00 Waktu 29 Januari 2016
1000 800
600 400
200 In
te n
s ita
s R
a d
ia s
i W
m
2
Temperatur RH
Intensitas Radiasi 100
80 60
40 20
T e
m p
e ra
tu r
o
C R
H
9:00 10:00
11:00 12:00
13:00 14:00
15:00 Waktu 23 Januari 2016
1000 800
600 400
200 In
te n
s ita
s R
a d
ia s
i W
m
2
Temperatur RH
Intensitas Radiasi
100 80
60 40
20 T
e m
p e
ra tu
r
o
C R
H
9:00 12:00
15:00 Waktu 22 Januari 2016
1000 800
600 400
200 In
te n
s ita
s R
a d
ia s
i W
m
2
Temperatur RH
Intensitas Radiasi 100
80 60
40 20
T e
m p
e ra
tu r
o
C R
H
9:00 10:00
11:00 12:00
13:00 14:00
Waktu 30 Januari 2016 1000
800 600
400 200
In te
n s
ita s
R a
d ia
s i
W m
2
Temperatur RH
Intensitas Radiasi
b
Universitas Sumatera Utara