C. Prosedur Penelitian
3. Pengeringan dan penyangraian
Pengeringan tanaman pangan dibagi ke dalam dua periode waktu, yaitu periode constant rate dan periode falling rate. Dalam periode
constant rate kadar air terdifusi dari permukaan dan periode ini akan terus
berlanjut sampai kadar air di permukaan hilang. Periode falling rate lebih umum digunakan untuk produk pertanian. Pengeringan berlanjut pada periode ini menghentikan proses difusi sampai kadar air mencapai kondisi ekuilibrium dengan lingkungan. Proses pengeringan yang tepat mempermudah proses pasca panen selanjutnya dan menjaga kualitas dari juwawut.
4. Pembersihan awal
Juwawut yang sudah kering pada umumnya masih bercampur dengan kotoran, kerikil, debu, dan benda asing lainnya. Maka dari itu, diperlukan pembersihan awal untuk membuang kotoran-kotoran dan benda asing dari juwawut sehingga hasil penyosohan akan lebih bersih karena tidak terdapat benda-benda asing. Prinsip dasar pembersihan awal adalah memisahkan dengan memanfaatkan perbedaan ukuran, dimana juwawut memiliki ukuran yang lebih besar dibandingkan benda asing. Pemisahan benda asing ringan dari juwawut dapat dilakukan dengan isapan udara atau ayakan. Benda asing yang berukuran besar dapat dipisahkan menggunakan prinsip gravitasi.
5. Penyosohan
Penyosohan bertujuan untuk melepaskan kulit juwawut dari bijinya dengan kerusakan biji sekecil mungkin (Patiwiri, 2006). Proses penyosohan mengunakan prinsip yang memanfaatkan gaya gesek pada biji sehingga kulit biji tersosoh dari dagingnya (Purwadaria, 1980). Pada proses penyosohan gabah terdapat proses pemutihan dan penyosohan.
Proses pemutihan untuk mengelupasi kulit dan lapisan dedak, sedangkan proses penyosohan memoles permukaan beras yang masih terdapat lapisan dedak yang tertinggal.
6. Penepungan
Penepungan merupakan proses pengecilan ukuran suatu bahan padat secara mekanis. Proses pengecilan ukuran butiran-butiran hasil pertanian dapat dilakukan melalui tiga cara, yaitu pemotongan, penggerusan, pengguntingan, dan kombinasi (Handerson dan Perry, 1978). Kualitas dari hasil penepungan tergantung dari sifat bahan yang digiling, seperti kadar air bahan.
C. Penyosohan
1. Faktor yang Mempengaruhi Penyosohan
Proses penyosohan melibatkan beberapa unit penting yang menentukan kualitas dari hasil sosoh, antara lain:
a. Bahan / komoditas
Kondisi bahan khususnya kadar air (KA) mempengaruhi kemudahan dalam penyosohan serta kualitas hasil sosoh. Beras disosoh pada KA 13-14% karena pada tingkat kadar air tersebut beras lebih mudah disosoh. Kadar air yang tinggi menyebabkan beras sulit disosoh dan mudah hancur, sedangkan tingkat kadar air rendah membuat beras sosoh mudah patah. Untuk mencapai kadar air yang sesuai pada umumnya dilakukan proses pengeringan terlebih dahulu, sehingga biji menjadi berkurang bobotnya (mengkerut) dan tercipta rongga antara biji dan kulit yang menyebabkan penyosohan lebih mudah.
Dari fakta tersebut, perlakuan pada bahan sebelum penyosohan juga perlu diperhatikan agar didapat kondisi bahan yang baik. Selain pengeringan secara manual dan pengeringan menggunakan mesin pengering, terdapat beberapa perlakuan lain seperti penyangraian, perebusan, dan perendaman.
b. Mesin penyosoh
b.1. Jenis unit penyosoh
Tipe mesin penyosoh yang sesuai dengan karakteristik bahan mempermudah penyosohan. Pada mesin penyosoh terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan, seperti bahan yang digunakan sebagai penyosoh, seperti karet atau batu gerinda.
Unit penyosoh menggunakan rol karet harus memiliki derajat sosoh yang tinggi yaitu 90o – 92o. Dan beda putaran untuk unit penyosoh dengan dua rol karet menentukan persentase dari biji yang tersosoh. Untuk pengupasan sekam gabah, pada beda putaran 22 – 23% menunjukkan efisiensi terbaik.
Kelebihan karet sebagai bahan untuk rol penyosoh dibandingkan besi dan batu, adalah: (a). elastis, sehingga biji tidak mudah rusak atau pecah, (b). tidak cepat panas, (c). menghasilkan tekanan yang terlalu tinggi, (d). kontak dengan biji lebih lama sehingga kemungkinan biji tidak loss kecil.
b.2. Unjuk kerja mesin
Kecepatan penyosoh, jarak ruang penyosohan harus disesuaikan dengan ukuran komoditas, dan tekanan serta gaya yang dihasilkan penyosoh karena memiliki pengaruh pada hasil penyosohan. Umur mesin penyosoh juga dapat dipertimbangkan dalam pemberian perawatan. Mesin yang sering dipakai akan lebih cepat rusak sehingga penggantian komponen perlu dilakukan sehingga kinerja mesin penyosoh tetap baik.
c. Tenaga penggerak
Sumber tenaga penggerak yang digunakan dalam bidang pertanian ada enam, yaitu manusia, ternak, air, angin, listrik, dan motor bakar (Daywin et. al, 1982). Pemilihan tenaga gerak akan mempengaruhi kualitas penyosohan maupun kapasitas.
2. Prinsip Pemecahan Kulit
Pengupasan sekam secara manual menunjukkan prinsip pemecahan kulit (sekam) yang sudah dimanfaatkan sejak dulu untuk komoditas gabah. Alat yang digunakan, yaitu alu dan lesung (handmill). Gerakan alu memberikan tegangan geser pada sisi-sisi gabah dengan menumbuk-numbuk butiran gabah sehingga sekam tersobek dan terkupas. Gabah yang tertumbuk akan tergesek permukaan lesung dan gabah lain pada satu sisi, sedangkan sisi gabah yang lain tergesek gerakan ke bawah alu. Dengan demikian, gaya yang diterima butiran padi berupa dua gaya gesekan yang berlawanan arah yang menyebabkan sekam terpuntir ke dua arah berlawanan sampai sobek.
Prinsip pengupasan yang lain adalah dengan pemberian tegangan geser hanya pada satu sisi butiran gabah.
(a) (b)
Gambar 2. Prinsip pengupasan dengan pemberian tegangan: a. Dua tegangan geser yang berlawanan arah; b. Satu tegangan geser
Tegangan geser pada satu sisi butiran gabah diberikan dengan benturan butiran biji berkecepatan tinggi pada permukaan gesek. Akibat adanya benturan terdapat gaya normal N yang menekan gabah pada permukaan gesek dan gaya gesekan Fr yang menahan gabah (Patiwiri, 2006). Gaya Fs akibat adanya kelembaman tertahan gaya Fr sehingga terjadi gesekan pada satu sisi butiran biji yang menyebabkan sekam sobek.
Dengan adanya kedua prinsip ini, Patiwiri (2006) mengkategorikan mesin pemecah kulit menjadi dua, yaitu mesin dengan
prinsip dua tegangan geser berlawanan (kelompok friksional) dan prinsip satu tegangan (kelompok sentrifugal).
1. Kelompok friksional a. Engelberg husker
Mesin Engelberg dapat melakukan dua jenis pekerjaan, yaitu pemecahan kulit dan penyosohan. Tegangan dihasilkan dari gesekan silinder yang berputar, yaitu tonjolan-tonjolan besi pada sisi luar silinder dengan pisau pengupas yang menjepit dan menggesek butiran biji. Tonjolan-tonjolan besi sebanyak 5 sampai 6 buah terletak membujur di sepanjang sisi luar silinder.
b. Under-runner disc husker
Pemecahan sekam dilakukan dengan menggunakan dua buah piringan yang bersusun satu di atas yang lain dan memiliki permukaan gesek dari batu. Piringan yang terletak di atas dalam kondisi diam sedangkan piringan yang di bawah berputar. c. Rubber roll husker
Tipe rol karet memecahkan sekam dengan dua buah rol karet yang memiliki diameter yang sama. Kedua rol karet berputar berlawanan arah dan memiliki kecepatan yang berbeda, rol pembantu berputar 24% lebih lambat daripada rol utama.
Gambar 3. Mekanisme pemecahan kulit dengan rol karet 2. Kelompok sentrifugal
a. Impact husker
Pemecahan sekam dengan impact husker memanfaatkan piringan lingkaran untuk memutar butiran biji sehingga memberikan gerakan cepat pada biji. Blade-blade karet di luar sisi
piringan dipasang miring dengan sudut 45° berfungsi sebagai permukaan gesek.
b. Impeller husker
Cara kerja mesin ini merupakan penyempurnaan dari tipe benturan. Perbedaannya terletak pada permukaan gesek yang digunakan. Tipe impeller husker memiliki blade-blade yang berputar (impeller) sebagai permukaan gesek.
c. Vacuum husker
Tipe ini menggunakan piringan untuk memutar butiran biji dengan kecepatan tinggi dan membenturkannya pada dinding karet di pinggiran sisi piringan. Sekam terkelupas karena gesekan dan biji diisap keluar, sekam yang belum terlepas dari biji akan lepas karena pengaruh isapan yang sangat kuat.
D. Mesin Penyosoh Biji-bijian
Prinsip penyosohan ada dua cara, yaitu menggerinda dengan suatu permukaan kasar dan menekan serta menggesek dengan permukaan rata (Patiwiri, 2006). Pada tahap penyosohan awal diterapkan prinsip menggerinda untuk mengikis lapisan luar butiran beras agar lapisan bekatul terbuang. Prinsip menekan dan menggesek diterapkan untuk melakukan proses penyosohan tahap pertengahan dan akhir. Dengan tujuan untuk melepaskan sisa lapisan dan membuat permukaan beras menjadi rata. Berdasarkan prinsip kerjanya, tipe penyosoh dikelompokkan menjadi tipe gerinda (abrasif) dan tipe besi (gesekan) (Patiwiri, 2006). Mesin-mesin tipe gerinda, antara lain tipe engelberg, tipe kerucut abrasif vertikal, dan tipe silinder abrasif horizontal. Tipe besi terdiri dari tipe kerucut besi dan tipe silinder besi horizontal. Selain itu masih terdapat mesin-mesin tipe lain yang digunakan untuk penyosohan. Mesin yang umum digunakan untuk penyosohan menurut Araullo, et.al (1976):
1. Vertical abrasive whitening cone
Pada dasarnya mesin terdiri atas silinder besi berbentuk kerucut dengan permukaan abrasif. Saringan pada mesin ini memiliki ukuran mesh yang bervariasi tergantung dari ukuran butiran biji. Jarak rata-rata antara permukaan silinder dengan saringan 10 mm. Bantalan karet yang menjadi sekat pada saringan berfungsi menahan gerakan putaran beras. Butiran-butiran beras yang tertahan oleh bantalan karet akan terkikis oleh permukaan kerucut yang kasar sehingga lapisan bekatulnya terlepas.
1. Bak penampungan 2. Pengatur pengumpanan 3. Pengatur posisi kerucut 4. Rol besi
5. Permukaan abrasif 6. Wadah saringan 7. Rem karet 8. Wadah rem karet 9. Pengatur rem karet 10. Wadah pengatur berputar 11. Rangka 12. Poros kerucut 13. Bearing atas 14. Sabuk penggerak 15. Puli penggerak 16. Bearing bawah
17. Pengatur jarak kerucut dan saringan 18. Lengan penyangga poros
19. Konveyor beras sosoh 20. Saluran pengeluaran beras sosoh 21. Puli penggerak konveyor katul 22. Pengumpul katul
23. Saliran pengeluaran katul 24. Saluran pengeluaran udara Gambar 4. Vertical abrasive whitening cone 2. Horizontal abrasive whitening machine
Perbedaan mendasar dari horizontal whitening dengan verrtical
whitening adalah pada posisi pemasangan silinder abrasive. Mesin ini
memiliki rol silinder abrasive yang dipasang secara horizontal yang berputar pada kecepatan tinggi, yaitu sekitar 1000 rpm. Beras diarahkan oleh feeding screw menuju ruang penyosoh yang merupakan ruang antara rol abrasif dengan lapisan yang beralur. Pada saluran pengeluaran berasa ditahan oleh katup penahan sehingga terjadi gaya balasan terhadap gaya dorong yang diberikan oleh sekrup pengumpan. Gaya tekan yang terjadi
di dalam ruang penyosoh, tekanan dari sosohan silinder, dan gesekan antar butiran beras menyebabkan beras tersosoh.
Gambar 5. Horizontal abrasive whitening machine 3. Horizontal jet pearler
Mesin penyosoh tipe jet pearler berfungsi untuk melepaskan lapisan terakhir dan mendinginkan butiran biji melalui hembusan udara. Bagian utama mesin adalah silinder penyosoh baja yang memiliki dua juring pada permukaannya. Ruang penyosohan memiliki dinding berbentuk segi enam yang terdiri dari dua belahan. Di dalam ruang penyosohan, beras didorong sekrup pengumpan tertahan oleh katup penahan, selain itu hembusan udara dari blower mendinginkan beras sekaligus menghembus kulit ari yang telah lepas akibat penyosohan.
4. Vertical cone polisher
Mesin ini serupa dengan vertical whitening, namun memiliki perbedaan pada lapisan silinder dan tekanannya. Permukaan silinder kerucut yang dilapisi lembaran kulit bertujuan untuk menggosok permukaan beras agar mengkilat. Di dalam ruang penyosoh tekanan dan putaran kerucut relatif rendah, yaitu 25% lebih rendah daripada vertical
whitening. Lembaran kulit dipasang dengan cara memaku salah satu
sisinya saja sehingga sisi lainnya bebas seperti rumbai-rumbai. Rumbai-rumbai yang berputar berfungsi untuk menghasilkan gerakan udara sehingga katul keluar melalui saringan pada dinding ruang penyosohan.
Gambar 7. Vertical cone polisher 5. Horizontal polisher
Dasar rancangan dari horizontal polisher memiliki prinsip yang sama dengan vertical cone polisher. Untuk mendorong beras masuk ke dalam ruang penyosohan terdapat sekrup pengumpan dan pada poros yang sama dengam sekrup pengumpan terdapat lubang-lubang untuk mengalirkan udara. Beras ditekan lembaran kulit ke arah saringan sehingga terjadi gesekan antara beras dengan saringan, lembaran kulit, dan butiran beras lain. Pada saluran pengeluaran dipasang pemberat untuk mengatur tekanan di dalam ruang penyosohan.
Gambar 8. Horizontal polisher
E. Kinerja Mesin Penggiling Biji-bijian
Mesin yang digunakan untuk melepas sekam dari butiran biji terdapat dalam bermacam-macam tipe. Pada mesin penyosoh pun dapat berfungsi sama seperti pengupas, yaitu melepas sekam butiran biji. Mesin dioperasikan untuk tanaman biji-bijian, seperti gabah, sorgum, hotong, juwawut. Dengan mesin yang sama dapat dipergunakan untuk tanaman yang berbeda dengan pengaturan mesin yang disesuaikan dengan jenis tanaman.
Kondisi mesin penyosoh dilihat dari kinerjanya dan dapat merujuk pada standar unjuk kerja mesin penggiling gabah sekali umpan (one pass rice
milling), dengan rendemen min. 65%, butir utuh min. 3.5%, derajat sosoh
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian dilaksanakan dari tanggal 22 Februari 2008 sampai dengan 3 Mei 2008 dan bertempat di CV. Daud Teknik Maju, Cibeureum.
B. Bahan dan Alat 1. Bahan
Biji juwawut (Setaria italica) merupakan bahan yang digunakan dalam pengujian kinerja mesin penyosoh.
2. Alat a. Mesin
Mesin yang diuji kinerjanya adalah mesin penyosoh juwawut tipe rubber roll dengan rol tunggal dan roll ganda dengan dimensi pada lampiran 4.
permukaan gesek (karet)
rol karet
poros
Gambar 9. Mesin penyosoh rol tunggal dan prinsip pengupasannya
rol karet
poros
Tabel 3. Spesifikasi mesin penyosoh tipe rol tunggal dan tipe rol ganda
Spesifikasi Mesin tipe rol tunggal Mesin tipe rol ganda Kecepatan putar rol
penyosoh 750 rpm 1028 rpm (rol utama)
583 rpm (rol pembantu Kemiringan dinding
hopper 70o 45o
Komponen penyosoh Satu rol karet + permukaan gesek karet Dua rol karet Luas permukaan
penyosohan 97020 mm2 14327 mm2
Komponen pemisah
sekam Selang + blower 3” Blower 3” + siklon
Tenaga penggerak
Motor listrik 1 hp, 3 fasa Motor listrik 1 hp, 1 fasa b. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengetahui waktu yang
dibutuhkan mesin untuk menyosoh dalam satu kali proses penyosohan.
c. Timbangan
Timbangan berfungsi untuk mengukur berat biji juwawut sebelum dan sesudah penyosoh, dan juga berat biji pada saat pengukuran kadar air.
d. Jangka sorong dan gelas ukur
Jangka sorong digunakan untuk mengukur dimensi dari biji juwawut dan volume diukur dengan menggunakan perbandingan berat biji dengan volume air di dalam gelas ukur.
e. Oven
Oven digunakan untuk mengatur kadar air biji juwawut dan untuk menghasilkan kadar air yang berbeda pada pengujian, biji juwawut disangrai terlebih dahulu.
f. Tachometer
Penggunaan alat ini bertujuan untuk mengukur kecepatan putar dari puli motor dan puli rol penyosoh pada saat tanpa beban maupun dengan beban.
g. Clampmeter
Clampmeter berfungsi untuk mengukur besarnya arus dan tegangan yang masuk pada motor penggerak.
C. Prosedur Penelitian
Rancangan penelitian untuk melakukan uji unjuk kerja mesin penyosoh juwawut dijelaskan pada gambar 11.
1. Pengukuran sifat fisik a. Dimensi
Menurut Mohsenin (1970), rata-rata geometris dari tiga dimensi aksial adalah pendekatan yang baik untuk menentukan diemeter sepadan bola (volumenya) dengan memasukkan faktor bentuk. Biji-bijian yang tidak beraturan dapat ditentukan dimensi partikel rata-ratanya, yaitu dengan menggunakan panjang ketiga dimensi aksialnya (Curay dalam Mohsenin, 1970). Secara matematis dimeter geometris rata-rata biji juwawut dirumuskan sebagai berikut: d = (a x b x c) 1/3...(1) Dimana: d = diameter geometris rata-rata biji juwawut, (mm)
a, b, c = rata-rata proyeksi panjang, lebar, dan tebal biji dengan pengambilan sampel sebanyak sepuluh biji, (mm)
b. Massa Jenis
Penentuan massa jenis biji juwawut menggunakan perbandingan antara massa dengan volume biji juwawut. Yaitu membandingkan massa dari 1000 ml biji juwawut dengan volume sebesar 1000 ml, dengan pengulangan sebanyak lima kali.
ρ = m ...(2) v
Dimana: ρ = massa jenis (g/ml) m = massa (g)
v = volume (ml) c. Kadar Air
Kadar air biji juwawut dicari dengan metode oven, 10 g biji juwawut dimasukkan ke dalam oven selama 24 jam dengan suhu sebesar 105ºC.
Ka (%bb)= Wa – Wb x 100% ...(3) Wa
Dimana: Ka = kadar air (%)
Wa = berat awal sampel (gram) Wb = berat akhir sampel (gram)
2. Pembersihan
Untuk mempermudah proses penyosohan juwawut dibersihkan dari kotoran berupa debu dan kerikil. Pembersihan dilakukan secara manual, yaitu dengan menaruh sekitar 1 kg juwawut di tampah yang digoyangkan agar debu terbawa angin, dan kerikil mudah terlihat untuk dipisahkan.
3. Pengeringan dan penyangraian
Juwawut mengalami proses pengeringan terlebih dahulu, dengan cara dijemur lebih kurang selama 1 jam. Biji juwawut hasil dari pengeringan memiliki kadar air (KA) 11.35% dan biji juwawut yang disangrai setelah proses pengeringan kadar airnya sebesar 7.67%. Penyangraian dilakukan selama 5 menit dengan besar api sedang.