11
C. Metode Penelitian
a. Persiapan Penelitian
Persiapan penelitian merupakan kegiatan awal yang dilakukan agar proses penelitian dapat berjalan dengan lancar. Persiapan penelitian meliputi sterilisasi lahan, persiapan
media tanam, dan pemasangan thermocouple di beberapa titik di dalam greenhouse.
b. Pengukuran Sifat Fisik dan Termal Arang Sekam
1. Bulk density
Penentuan bulk density dilakukan dengan perbandingan massa arang sekam setiap 100 ml volume arang sekam, dengan langkah-langkah sebagi berikut:
1. Memasukkan 100 ml arang sekam ke dalam gelas ukur tanpa ketukan
Administratur Kebun Malabar, 2008. 2.
Mengukur massa arang sekam di dalam gelas ukur dengan timbangan digital. 3.
Mengukur massa gelas ukur kosong dengan timbangan digital. 4.
Menghitung massa arang sekam dengan mengurangi hasil pengukuran 2 dengan hasil pengukuran 1.
5. Membandingkan massa arang sekam dengan volume arang sekam
menggunakan persamaan 6. ………………………………………… 6
dimana, = Bulk density kgm
3
= Massa arang sekam kg = Volume arang sekam m
3
2. Porositas
Penentuan porositas arang sekam dilakukan dengan metode pencampuran, dengan membandingkan volume rongga udara dalam arang sekam dengan volume
arang sekam. Langkah-langkah pengukurannya adalah: 1.
Memasukkan 500 ml arang sekam ke dalam gelas ukur tanpa ketukan atau pemadatan Administratur Kebun Malabar, 2008.
2. Memasukan air sedikit demi sedikit kedalam gelas ukur berisi arang sekam.
3. Menghitung volume air yang tercampur bersama arang sekam, dengan cara
mengurangi volume awal air dengan volume air yang tersisa. 4.
Menghitung persentase porositas arang sekam dengan persamaan berikut,
3. Panas jenis
Untuk menghitung panas jenis bahan, digunakan metode pencampuran dengan persamaan keseimbangan panas Mohsenin 1980.
Q
Air
= Q
Sampel
+ Q
Calorimeter
………………………………………………………… 7 M
a
Cp
a
T
e
– T
a
= m
s
Cp
s
T
s
- T
e
+ m
c
Cp
c
T
c
- T
e
……………..…………...… 8 dimana,
Q
Air
: panas total air kJ Q
sampel
: panas total sampel kJ Q
calorimeter
: panas total calorimeter kJ
12
M
a
: massa air kg Cp
a
: panas spesifik air kJkg
o
K T
e
: suhu equilibrium
o
K T
a
: suhu air
o
K M
s
: massa sampel kg Cp
s
: panas spesifik sampel kJkg
o
K T
s
: suhu sampel
o
K M
c
: massa calorimeter kg T
c
: suhu calorimeter
o
K Cp
c
: panas spesifik calorimeter kJkg
o
K Langkah-langkahnya pengukurannya adalah :
a. Penentuan Q
Calorimeter
1. Siapkan 0.05 kg air dingin, ukur suhu dan tuangkan ke dalam calorimeter.
2. Aduk menggunakan agitator dan rekam suhu dengan thermocouple.
3. Tambahkan 0.05 kg air panas yang suhunya telah diukur sebelumnya.
4. Aduk menggunakan agitator. Catat suhu pencampuran hingga kesetimbangan
tercapai. 5.
Hitung Q
Calorimeter
dalam persamaan 5 dan 6 tanpa sampel. b. Penentuan panas jenis sampel
1. Ulangi langkah-langkah a.1 dan a.2.
2. Siapkan 0.001-0.002 kg spesimen sampel, dan masukkan ke dalam
calorimeter. 3.
Ulangi langkah a.4. 4.
Hitung panas spesifik sampel dengan menggunakan persamaan 6.
4. Konduktifitas panas
Metode yang digunakan untuk menentukan konduktivitas panas adalah metode Probe. Metode ini merupakan pengembangan dari metode kawat panas yang
memasukkan kawat pemanasan di antara dua potong yang simetris. Dalam metode Probe, sampel material overlay dengan material lain yang dikenal sebagai k dan
bahan terakhir ini terisolasi. Nilai k ditentukan oleh rumus berikut:
……………………...……..... 9 dimana,
I : arus konstan A
K and H : konstanta Probe
t
1
and t
2
: waktu sampel detik V
1
and V
2
: tegangan keluaran dari termokopel Probe K mV
13
c. Perlakuan Penelitian
Perlakuan yang dilakukan pada penelitian ini adalah pengkajian pola aliran suhu pada dua ukuran polybag berbeda ukuran yang masing-masing berisi arang sekam yang
sama. Dimensi dari kedua jenis polybag tersebut tersaji dalam Tabel 1. Tabel 1. Dimensi polybag yang digunakan dalam penelitian.
Jenis Polybag
Ukuran standar Polybag keadaan
terlipat Jumlah
lubang udara
pada polybag
Diameter lubang
mm Setelah diisi Arang Sekam
Diameter cm
Tinggi Polybag
cm Tinggi arang
sekam cm
A 30 x 30 x 0.07 mm
28 0.7
19.5 21
20 B
20 x 20 x 0.07 mm 12
0.7 15
18 12
d. Pengamatan dan Pengukuran
Pengamatan dilakukan setiap hari selama proses pengambilan data berlangsung selama tiga hari. Parameter yang diukur meliputi suhu arang sekam dalam polybag, dan
suhu lingkungan di dalam greenhouse. Pengukuran suhu arang sekam dilakukan pada sembilan titik pengukuran pada masing-masing ukuran polybag seperti terlihat pada
Gambar 4.A dan 4.B. Pencatatan data suhu dilakukan pada masing-masing polybag menggunakan hybrid
recorder yang dihubungkan pada titik pengukuran menggunakan thermocouple. Pencatatan data dilakukan selama 3 x 24 jam per 30 menit.
Hasil pengamatan mengenai distribusi suhu memberikan gambaran mengenai suhu media tanam di sekitar daerah perakaran tanaman. Skema titik-titik pengukuran suhu
arang sekam dan lingkungan sekitar ditunjukkan pada Gambar 4. Penentuan titik-titik pengukuran ini diambil berdasarkan penelitian terdahulu mengenai sebaran kadar air
pada arang sekam di dalam polybag yang dilakukan oleh Sapei 2008
Gambar 4. Skema titik pengukuran suhu arang sekam di dalam polybag tampak depan
A Polybag A dan B Polybag B
B A
19,5
7,5
5 20
3 12
4 15
14
Gradien suhu dalam sistem menyebabkan perubahan suhu media tanam selama interval waktu pengukuran. Fluktuasi suhu arang sekam ini dipengaruhi oleh proses-
proses perpindahan panas. Analisis pindah panas yang terjadi dalam sistem secara umum antara lain pindah panas secara konveksi dari fluida ke arang sekam, dan secara konduksi
dari pertukaran energi antar medium-medium berlainan yang bersinggungan secara langsung dan berbeda suhu, yaitu antara dinding polybag dan arang sekam, serta antar
arang sekam. Skema pindah panas yang terjadi dari lingkungan ke arang sekam, dapat dilihat pada Gambar 5.
Keterangan: Q
: pindah panas kJ T
: suhu
o
C Untuk mengetahui pindah panas yang terjadi pada polybag, dapat menggunakan rumus
berdasarkan pindah panas konveksi dan konduksi yang terjadi dari udara ke arang sekam melewati polybag dan pindah panas secara konveksi dan konduksi dari lantai ke arang sekam
melewati polybag. Adapun persamaan yang digunakan sebagai berikut: 1.
Bagian bawah polybag: ………………………………….10
2. Bagian kiri dan kanan polybag:
………………………………...…11
dimana, T
udara
T
udara
T
udara
Q
polybag
T
media tanam
Q
polybag
T
lantai
Q
lantai
+ Q
polybag
Gambar 5. Skema pindah panas pada polybag tampak samping
15
: tebal polybag m : koefisien konveksi udara dalam rumah tanaman Wm
2
.
o
C : konduktivitas termal polybag Wm
2
.
o
C : koefisien konveksi media tanam Wm
2
.
o
C : koefisien konveksi lantai Wm
2
.
o
C U
: energi dalam kJ
e. Simulasi dengan CFD
Kategori