HUBUNGAN MOISTURE RATIO TERHADAP WAKTU DENGAN VARIASI KETEBALAN BAHAN DIFUSIVITAS EFEKTIF

28 dibanding ukuran yang lebih tebal sehingga lebih mudah berdifusi. Selain itu, pada metode ISD suhu udara di dalam kabinet pengering lebih tinggi hingga mencapai 59 o C yang menyebabkan tingginya laju penguapan pada bahan yang dikeringkan.

4.3 HUBUNGAN MOISTURE RATIO TERHADAP WAKTU DENGAN VARIASI KETEBALAN BAHAN

Moisture Ratio merupakan jumlah perbandingan kadar air tiap selisih waktu. Moisture Ratio dipengaruhi oleh waktu pengeringan dimana semakin lama waktu pengeringan maka Moisture Ratio semakin rendah. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan terhadap pengeringan kentang dengan metode Indirect Solar Drying ISD dan Open Sun Drying OSD diperoleh hubungan Moisture Ratio terhadap waktu pada berbagai ukuran bahan yang dapat dilihat pada gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 berikut ini: Gambar 4.7 Hubungan Moisture Ratio terhadap Waktu Untuk Ketebalan Bahan 1 cm 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 5 10 15 20 25 MR Waktu jam ke- ISD OSD 29 Gambar 4.8 Hubungan Moisture Ratio terhadap Waktu Untuk Ketebalan Bahan 1,5 cm Gambar 4.9 Hubungan Moisture Ratio terhadap Waktu Untuk Ketebalan Bahan 2 cm Pengeringan kentang dilakukan pada waktu yang sama untuk tiga variasi ketebalan 1 cm, 1,5 cm, dan 2 cm dengan lama waktu pengeringan masing- masing untuk metode Open Sun Drying OSD adalah 22,67 jam ; 24 jam dan 24,67 jam dan untuk metode Indirect Solar Drying ISD adalah 21 jam ; 22 jam 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 5 10 15 20 25 MR Waktu jam ke- ISD OSD 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 5 10 15 20 25 MR Waktu jam ke- ISD OSD 30 dan 23,67 jam. Dari ketiga gambar grafik di atas dapat disimpulkan bahwa Moisture Ratio dari bahan akan terus menurun terhadap waktu. Menurut Garavand et al., 2011, ratio kelembaban mengalami penurunan selama proses pengeringan. Perubahan nilai Moisture Ratio ini dipengaruhi oleh kadar air basis basah. Nilai Moisture Ratio di atas, selanjutnya akan digunakan untuk menentukan model pengeringan terbaik untuk pengeringan kentang.

4.4 MODEL MATEMATIKA PENGERINGAN KENTANG

Model matematika pengeringan pada berbagai kondisi operasi sangat penting untuk diketahui agar diperoleh profil kurva pengeringan yang tepat untuk digunakan dalam pengendalian proses dan meningkatkan perbaikan menyeluruh terhadap kualitas produk akhir. Dalam proses pengeringan kentang ini digunakan model Logaritma, Newton, Page, dan Henderson- Pabis untuk mempelajari pengaruh variabel – variabel dalam proses, memprediksi kinetika pengeringan produk dan mengoptimumkan parameter - parameter dan kondisi operasi [24].

4.4.1 Analisis Model Pengeringan

Dari hasil perhitungan nilai MR Moisture Ratio observasi, ada empat jenis model yang digunakan untuk gambaran penurunan nilai MR Moisture Ratio tersebut yaitu Model Logaritma, Page, Newton, dan Henderson and Pabis. Sebelum menghubungkan antara model tersebut dengan hasil perhitungan MR observasi dan menentukan model terbaik dari ketiga model tersebut, maka dilakukan analisis model pengeringan. dengan melinearkan persamaan dari ketiga model yang ada, yaitu Model Logaritma, Page, Newton, dan Henderson and Pabis. Bentuk linear keempat model tersebut sebagai berikut: Tabel 4.1 Bentuk Linear Model Kinetika Karakteristik Pengeringan [22] Model Pengeringan Bentuk Eksponensial Bentuk Linear Logaritma MR = a exp -kt + c ln MR = ln a – kt + ln c Page MR = exp -kt n ln -ln MR = ln k + n ln t Newton MR = exp -kt ln MR = -kt Henderson - Pabis MR = a exp -kt ln MR = ln a – kt 31 Selanjutnya, dari bentuk linear persamaan tersebut dalam Excel dimasukkan nilai MR observasi dalam setiap bentuk linear dari model di atas. Untuk mendapatkan nilai MR setiap model maka digunakan nilai ln MR vs t untuk model Newton dan Henderson - Pabis, nilai ln -ln MR vs ln t untuk Model Page dalam Ms.Excel dilakukan plot data ke dalam grafik. Garis linear akan ditunjukkan dalam grafik setelah ditambahkan trendline yang terdapat pada option box Ms. Excel. Hasil grafik ini ditunjukkan pada lampiran. Berdasarkan hasil pengujian trendline pada setiap grafik model pengeringan, diperoleh nilai konstanta dan R 2 yang ada pada masing-masing model seperti yang dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut ini: Tabel 4.2 Nilai Konstanta dan R 2 Model Pengeringan Bahan Tebal cm Konstanta Model Logaritma Model Page Model Newton Model Henderson - Pabis Kentang 1 R 2 0,875 0,989 0,868 0,915 k - 0,049 0,135 0,168 a - - - 1,58725 n - 1,336 - - 1,5 R 2 0,871 0,977 0,892 0,935 k - 0,066 0,136 0,167 a - - - 1,57602 n - 1,222 - - 2 R 2 0,830 0,972 0,801 0,850 k - 0,049 0,105 0,133 a - - - 1,54651 n - 1,221 - - Berdasarkan tabel di atas, persamaan Model Page untuk ketiga ukuran yang berbeda menunjukkan nilai R 2 yang lebih tinggi dibandingkan dengan dua persamaan model lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa Model Page memiliki nilai kesesuaian yang lebih mendekati terhadap karakteristik pengeringan kentang. Nilai R 2 Coefficient of Determinat , χ 2 chi square dan RMSE Root Mean Square Error yang terdapat pada tabel 4.3 digunakan untuk melihat tingkat kesesuaian model pengeringan dengan hasil observasi. Tingkat kesesuaian model pengeringan dengan hasil observasi ditunjukkan dengan nilai R 2 yang mendekati 1 32 serta nilai χ 2 dan RMSE yang mendekati nol [21]. Berdasarkan dari ketiga nilai kesesuaian tersebut, maka Model Page adalah model yang terbaik yang dapat merepresentasikan karakteristik pengeringan lapisan tipis kentang. Tabel 4.3 Nilai R 2 , χ 2 dan RMSE Model Ketebalan cm R 2 χ 2 RMSE Logaritma 1 0,875 0,00971 0,09695 Page 0,989 0,00474 0,06778 Newton 0,868 0,01823 0,13285 Henderson - Pabis 0,915 0,03105 0,17339 Logaritma 1,5 0,871 0,01057 0,10122 Page 0,977 0,00745 0,08500 Newton 0,892 0,02441 0,15385 Henderson - Pabis 0,935 0,01532 0,12190 Logaritma 2 0,830 0,00856 0,09024 Page 0,972 0,00535 0,07136 Newton 0,801 0,01996 0,13780 Henderson - Pabis 0,850 0,01436 0,11690

4.4.2 Kesesuaian Model Pengeringan

Berdasarkan hasil analisis model pengeringan yang telah diuraikan sebelumnya diperoleh bahwa Model Page memiliki tingkat kesesuaian terbaik berdasarkan nilai RMSE, R 2 dan χ 2 masing- masing yang diperoleh dari Model Logaritma, Model Page, Model Newton, dan Model Henderson – Pabis. Oleh sebab itu, untuk lebih memperjelas kesesuaian Model Page dengan hasil eksperimen, MR masing - masing model matematika dan eksperimen dibuat dalam bentuk grafik. Grafik MR Model Logaritma, Model Page, Model Newton, Model Henderson – Pabis dan MR eksperimen seperti yang ditunjukan pada gambar 4.10, 4.11, dan 4.12 berikut: 33 Gambar 4.10 Grafik Nilai MR Moisture Ratio Model Logaritmic, Page, Newton, dan Henderson - Pabis dengan MR Observasi Untuk Ketebalan Bahan 1 cm Gambar 4.11 Grafik Nilai MR Moisture Ratio Model Logaritmic, Page, Newton, dan Henderson - Pabis dengan MR Observasi Untuk Ketebalan Bahan 1,5 cm 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 M R Waktu jam ke- MR Exp MR Logaritmic MR Page MR Newton MR Henderson Pabis 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 MR Waktu jam ke- MR Exp MR Logaritmic MR Page MR Newton MR Henderson Pabis 34 Gambar 4.12 Grafik Nilai MR Moisture Ratio Model Logaritmic, Page, Newton, dan Henderson - Pabis dengan MR Observasi Untuk Ketebalan Bahan 2 cm Berdasarkan ketiga gambar di atas tampak bahwa kecenderungan nilai prediksi model Page terhadap nilai hasil observasi yang semakin dekat. Gambar ini semakin menunjukkan bahwa model pengeringan yang sesuai dengan karakteristik pengeringan kentang dalam penelitian ini adalah Model Page. Berikut ini adalah persamaan MR Model Page yang diperoleh: • MR = exp -0,049 t 1,336 untuk sampel dengan ketebalan 1 cm • MR = exp -0,066 t 1,222 untuk sampel dengan ketebalan 1,5 cm • MR = exp -0,049 t 1,221 untuk sampel dengan ketebalan 2 cm

4.5 DIFUSIVITAS EFEKTIF

Difusivitas efektif merupakan suatu sifat perpindahan massa air secara keseluruhan pada pengeringan bahan, didalamnya termasuk difusi larutan, difusi uap, aliran hidrodinamik dan kemungkinan mekanisme perpindahan massa lainnya. Pada umumnya studi pengeringan menggunakan penyelesaian analitik melalui model persamaan difusi dari Hukum Fick’s kedua. Sehingga dapat digunakan persamaan difusivitas fick untuk perhitungan difusivitas efektif. Sehingga persamaan dapat dinyatakan sebagai berikut: 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 M R Waktu jam ke- MR Exp MR Logaritmic MR Page MR Newton MR Henderson-Pabis 35       2 eff 2 2 ∞ 1 = n 2 4L .t D π 1 - 2n - exp 1 - 2n 1 π 8 = MR ∑ 4.1 Koefisien difusivitas dapat dihitung dengan memplotkan data pengeringan eksperimental dalam Ln MR terhadap waktu pengeringan. Sehingga persamaan menjadi:             4L .t D π - π 8 Ln = MR Ln eff 2 2 4.2 Keterangan : DR = Drying Rate kg airkg kering.menit n = Banyak data t = Waktu detik L = Ketebalan bahan cm D eff = Difusivitas efektif m 2 s Sesuai dengan persamaan 4.2, Ln MR hasil penelitian diplotkan terhadap waktu. Berikut nilai persamaan difusivitas untuk berbagai ketebalan sampel dengan Metode Indirect Solar Drying ISD, Open Sun Drying OSD, dan Model Page seperti terlihat pada gambar 4.13, 4.14, 4.15 4.16, 4.17, 4.18, 4.19, 4.20 dan 4.21 berikut: Gambar 4.13 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan 1 cm dengan Metode Indirect Solar Drying ISD y = -5E-05x + 0,462 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 20000 40000 60000 80000 100000 L n M R Waktu menit 36 Gambar 4.14 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan 1 cm dengan Metode Open Sun Drying OSD Gambar 4.15 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan 1 cm Model Page Gambar 4.16 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan 1,5 cm dengan Metode Indirect Solar Drying ISD Gambar 4.17 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan1,5 cm dengan Metode Open Sun Drying OSD y = -3E-05x + 0,219 -4.0 -2.0 0.0 2.0 20000 40000 60000 80000 L n M R Waktu menit y = -4E-05x + 0.2448 -4.0 -2.0 0.0 2.0 20000 40000 60000 80000 L n M R Waktu menit y = -5E-05x + 0,459 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 20000 40000 60000 80000 100000 L n M R Waktu detik y = -4E-05x + 0,442 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 20000 40000 60000 80000 100000 L n M R Waktu detik 37 Gambar 4.18 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan 1,5 cm Model Page Gambar 4.19 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan 2 cm dengan Metode Indirect Solar Drying ISD Gambar 4.20 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan 2 cm dengan Metode Open Sun Drying OSD Gambar 4.21 Grafik Difusivitas Efektif Ketebalan Bahan 2 cm Model Page y = -4E-05x + 0.1757 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 20000 40000 60000 80000 100000 L n M R Waktu detik y = -4E-05x + 0,436 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 20000 40000 60000 80000 100000 L n M R Waktu detik y = -3E-05x + 0,417 -4.0 -2.0 0.0 2.0 20000 40000 60000 80000 100000 L n M R Waktu detik y = -3E-05x + 0.1414 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 20000 40000 60000 80000 100000 L n M R Waktu detik 38 Dari gambar di atas ditentukan nilai dari difusivitas efektif dari kentang dengan rumus berikut : 2 2 eff 4L . D Slope π = → 2 2 eff 4L Slope. D π = Nilai difusivitas efektif dari kentang untuk Indirect Solar Drying ISD dan Open Sun Drying OSD masing-masing ukuran dapat dilihat pada tabel 4.4 berikut ini: Tabel 4.4 Nilai Difusivitas Efektif Pengeringan Kentang Metode Ketebalan cm Difusivitas Efektif m 2 detik Indirect Solar Drying ISD 1 5,07 x 10 -10 1,5 1,14 x 10 -9 2 1,62 x 10 -9 Open Sun Drying OSD 1 3,04 x 10 -10 1,5 9,12 x 10 -10 2 1,22 x 10 -9 Model Page 1 4,06 x 10 -10 1,5 9,12 x 10 -10 2 1,22 x 10 -9 Difusivitas efektif kentang pada umumnya berbeda-beda karena dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya adalah luas permukaan bahan yang dikeringkan. Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan model matematika yang paling tepat adalah Model Page, sehingga model ini dijadikan acuan dalam menetukan nilai difusivitas efektif kentang yang paling mendekati nilai realnya. Tabel 4.4 menunjukkan bahwa nilai difusivitas efektif yang diperoleh dengan metode Indirect Solar Drying ISD dan Open Sun Drying OSD telah mendekati nilai difusivitas efektif Model Page. Difusivitas efektif pengeringan kentang pada tabel 4.4 berada pada rentang nilai diffusivitas efektif yang dilaporkan oleh Jangam and Mujumdar, 2010 yakni 2,8 x 10 -10 m 2 detik – 5,3x 10 -9 m 2 detik untuk suhu pengeringan 60-100 o C. Berikut nilai difusivitas efektif dari penelitian kentang terdahulu sebagai pembanding yang dapat dilihat pada tabel 4.5. 39 Tabel 4.5 Difusivitas Efektif Pengeringan Kentang pada Penelitian Terdahulu Ukuran Bahan mm 3 Alat Pengering yang Digunakan Suhu Pengeringan o C Difusivitas Efektif m 2 detik Referensi 3 x 3 x 3 Fixed, Semifluidized, Fluidized Bed Dryer 40-70 1,57×10 -8 [6] 5 x 5 x 5 Microwave 102-104 1,013×10 -8 - 3,799 ×10 -8 [8] 4.6 PERBANDINGAN KUALITAS KENTANG DENGAN METODE INDIRECT SOLAR DRYING ISD DAN METODE OPEN SUN DRYING OSD Pengeringan dengan Metode Open Sun Drying OSD masih menjadi pilihan petani Indonesia untuk mengeringkan hasil pertanian dibandingkan dengan Metode Indirect Solar Drying ISD padahal pengeringan dengan metode OSD memiliki banyak kekurangan, salah satunya adalah penurunan kualitas hasil produksi. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, hasil dari pengeringan kentang dengan metode Open Sun Drying OSD memiliki tekstur yang lebih keras dibandingkan dengan metode Indirect Solar Drying ISD. Hal ini disebabkan karena terjadinya case hardening. Case hardening adalah suatu keadaan yang terjadi saat proses pengeringan dimana bagian luar bahan yang dikeringkan sudah kering namun di bagian dalam bahan masih basah [29,30]. Pada metode OSD, intensitas radiasi matahari langsung menuju permukaan bahan, sehingga permukaan bahan menjadi kering dan pori-pori bahan tertutup. Hal ini menyebabkan air yang terdapat dalam bahan sulit berdifusi ke permukaan. Selain itu hasil pengeringan kentang dengan metode OSD dan ISD mengalami penciutan yang disebabkan oleh penurunan kadar air. Selain itu, hasil pengeringan kentang dengan metode ISD memiliki warna yang lebih baik dibandingkan dengan metode OSD. Warna dari hasil pengeringan juga mempengaruhi kualitas. Hasil pengeringan kentang dengan metode ISD berwarna cokelat muda sedangkan dengan metode OSD berwarna hitam. Warna 40 cokelat pada hasil pengeringan dengan metode ISD telah sesuai dengan standard warna pada olahan hasil pengeringan kentang pada umumnya. Perubahan warna pada hasil pengeringan ini disebut dengan efek pencoklatan browning effect. Efek ini disebabkan oleh reaksi oksidasi enzimatik dan reaksi non enzimatik. Reaksi oksidasi enzimatik terjadi apabila temperatur pengeringan tidak mencukupi sehingga dapat mengaktifkan enzim oksidasi seperti polyphenol. Temperatur pengeringan yang tidak mencukupi disebabkan adanya efek pendinginan yang terjadi akibat penguapan air dalam bahan [25]. Hasil pengeringan kentang dapat dilihat pada gambar 4.22 dan 4.23 berikut: Gambar 4.22 Hasil Pengeringan Kentang dengan Metode Indirect Solar Drying ISD Gambar 4.23 Hasil Pengeringan Kentang dengan Metode Open Sun Drying OSD Sementara itu, kandungan bahan seperti karbohidrat, protein, dan lemak dari uji hasil pengeringan kentang disajikan pada tabel. 4.6 sebagai berikut: Tabel 4.6 Hasil Uji Komponen Kimia Pengeringan Kentang Metode Parameter Satuan Hasil Metode Open Sun Drying OSD Lemak bb 0,41 SNI 01-2891-1992 Protein bb 11,6 SNI 01-2891-1992 Karbohidrat bb 77,9 SNI 01-2891-1992 Indirect Solar Drying ISD Lemak bb 0,36 SNI 01-2891-1992 Protein bb 11,8 SNI 01-2891-1992 Karbohidrat bb 76,6 SNI 01-2891-1992 41 Hasil uji ini menunjukkan bahwa proses pengeringan tidak mempengaruhi kandungan protein, karbohidrat, dan lemak dalam bahan namun mempengaruhi persentase komposisinya. Persentase protein, karbohidrat, dan lemak mengalami peningkatan yang disebabkan oleh menurunnya kadar air dalam bahan [31]. 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian yang telah dilakukan adalah: 1. Ketebalan bahan berpengaruh pada hubungan laju pangeringan terhadap kadar air, semakin kecil ketebalan bahan maka laju pengeringannya semakin tinggi dan menurun seiring dengan berkurangnya kadar air bahan. Kadar air paling kecil dicapai pada pengeringan kentang dengan ketebalan bahan 1 cm dengan metode Indirect Solar Drying ISD yaitu 5,02 2. Ketebalan bahan berpengaruh pada hubungan laju pangeringan terhadap waktu, semakin kecil ketebalan bahan maka laju pengeringannya semakin tinggi sehingga waktu yang diperlukan untuk pengeringan semakin singkat. Waktu paling singkat dicapai pada pengeringan kentang dengan ketebalan bahan 1 cm pada metode Indirect Solar Drying ISD yaitu 21 jam 3. Moisture Ratio terus menurun seiring dengan berjalannya waktu hingga akhirnya konstan dengan waktu konstan metode Indirect Solar Drying ISD lebih cepat dari pada metode Open Sun Drying OSD. 4. Model matematika yang paling sesuai untuk pengeringan kentang dengan variasi ketebalan bahan ini adalah Model Page. 5. Difusivitas efektif dari hasil pengeringan kentang dengan metode Indirect Solar Drying ISD berada pada rentang 1,14 x 10 -9 - 5,07 x 10 -10 m 2 detik sedangkan dengan metode Open Sun Drying OSD berada pada rentang 1,22 x 10 -9 - 3,04 x 10 -10 m 2 detik. 6. Hasil pengeringan kentang dengan metode Indirect Solar Drying ISD memiliki warna dan tekstur yang lebih baik dibandingkan dengan dengan metode Open Sun Drying OSD. 7. Persentase komposisi karbohidrat, protein, dan lemak dari hasil pengeringan kentang dengan metode Indirect Solar Drying ISD dan Open Sun Drying