Lokasi Penelitian Flowchart Penelitian

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