METODOLOGI PENELITIAN

(1)

16

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Lab. TET, Lab. Egrotronika dan Lab. Surya Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB, Bogor. Waktu penelitian dimulai pada bulan April 2011 sampai dengan Oktober 2011.

B. ALAT DAN BAHAN

ALAT

Adapun peralatan yang digunakan dalam pengeringan jagung pipilan tipe tumpukan ini adalah sebagai berikut:

¾ Satu unik alat pengering tipe Deep Bed Dyer (diameter x tinggi = 19.5 cm x 100cm) ¾ Blower 1 phase dengan daya 90Watt dan laju udara 410m3_/jam

¾ Satu unik rangkaian sistem kendali strategi pengendalian kipas

¾ Hybrid Rekorder Yokogawa

¾ Termokopel tipe CC (Copper Costanta) ¾ Digital Grain Moisture Meter model TD-3 ¾ Timbangan digital EK-1200 A

¾ Watt Meter DW-6091

¾ Anemometer Kanomax tipe 6011

BAHAN

Bahan yang digunakan dalam penelitian mengenai pengeringan jagung pipilan ini adalah jagung pipilan varietas hybrida dengan kadar air rata-rata 23%b.b dengan beban sebanyak ± 22.5kg yang diperoleh dari BALITRO dan kelompok tani di desa iwul kecamatan parung, Bogor.

C. PROSEDUR PENELITIAN

Prosedur penelitian yang akan dilakukan meliputi perancangan, pembuatan dan pengujian alat pengering, merancang perangkat keras dan perangkat lunak sistem kendali, perancangan strategi pengendalian, pengujian sistem kendali pada alat pengering dan pengambilan data pengeringan jagung pipilan. Gambar 10 dibawah menunjukkan prosedur penelitian yang dilakukan.

(2)

17 Gambar 10. Prosedur Penelitian

D. DESAIN ALAT PENGERING

Pada penelitian ini alat pengering yang digunakan adalah pengering tipe tumpukan yang berbentuk silinder dengan kapasitas penampungan sebesar ± 22.5 kg jagung pipilan. Adapun bagian – bagian dari alat pengering tipe tumpukan ini adalah sebagai berikut:

¾ Bak penampung

Bak penampung berfungsi untuk menampung jagung yang akan dikeringkan. Bak penampung yang akan didesain mengunakan pipa paralon yang berbentuk silinder dengan diameter x tinggi yaitu 19.5cm x 100cm dan ketebalan dinding 4mm. Bagian bawah bak penampung dipasang kawat kasa sebagai dasar bak penampung dengan kerengangan kasa lebih kecil dibandingkan dengan biji jagung sehinga jagung tidak jatuh. Dinding bak penampung diinsulasi dengan glasswool sebagai insolator agar tidak terjadi pemanasan oleh

radiasi matahari sehingga dapat mempengaruhi kondisi suhu di dalam dalam bak penampung saat proses pengeringan berlangsung. Pada dinding bak penampung ini dibuat lima lubang dengan jarak 18 cm antar lubang dan berfungsi sebagai lubang pengukuran suhu dengan diameter 4 mm dan tiga lubang yang berfungsi sebagai lubang pengambilan sampel kadar air

Pengujian alat pengering Mulai

Merancang alat pengering jagung pipilan

Merancang perangkat keras kendali Suhu dan kelembaban relatif (RH) Merancang perangkat lunak sistem

kendali

Pengujian sistem kendali pada alat pengering

Bekerja dengan baik?

Pengambilan data pengeringan jagung pipilan menggunakan sistem kendali

Selesai T Y Bekerja dengan baik? T Pengambilan data pengeringan jagung pipilan

tanpa sistem kendali Y

(3)

18 yang terletak pada bagian bawah, tengah dan atas dinding dengan diameter ± 1 cm seperti terlihat pada Gambar 11.

¾ Penyangga/Dudukan

Penyangga/Dudukan berfungsi sebagai penyangga/dudukan alat pengering sehingga alat pengering dapat berdiri kokoh. Penyangga/dudukan ini akan didesain menggunakan tiga kaki yang terbuat dari besi tulangan dengan diameter 1.5cm dengan tinggi 70cm.

¾ Blower

Blower berfungsi untuk mengambil udara dari lingkungan yang kemudian mengalirkan udara tersebut ke tumpukan jagung pipilan yang akan dikeringkan. Spesifikasi blower yang digunakan adalah sebagai berikut:

Blower = 1 phase laju udara = 410 m3_/jam RPM = 2800

Daya = 90 Watt Tegagan =220Volt

0.2m

Karton (0.5m)

Lubang pengukuran suhu Lubang pengambilan sampel Kadar air Bak penampung (1m) Insulasi (glasswool)

Penyambung pipa paralon

Gambar 11. Desain alat pengering tipe tumpukan (batch)

E. DESAIN SISTEM KENDALI

Sistem kendali yang akan didisain berfungsi sebagai pengontrolan putaran kipas selama proses pengeringan berdasarkan kondisi suhu dan RH yang dideteksi sensor. Adapun bagian-bagian dari sistem kendali adalah sebagai berikut:

¾ Mikrokontroler DT51 Petrafuz ver.3.3

Program yang digunakan untuk sistem pengendalian akan di input ke dalam mikrokontroler DT51 Petrafuz. Selain itu, mikrokontroler ini akan mengolah nilai suhu dan RH yang dideteksi sensor menjadi nilai suhu dan RH yang sebenarnya dengan menggunakan persamaan (6) dan (7) serta mengolah nilai suhu dan RH tersebut menjadi nilai kadar air kesetimbangan (Me).

(4)

19

¾ Rangkaian LCD

Nilai suhu dan RH sebenarnya yang telah diolah dalam mikrokontroler akan ditampilkan dalam LCD untuk proses pengambilan data nilai suhu dan RH yang dideteksi sensor selama proses pengeringan. Rangkaian LCD terhubung dengan mikrokontroler DT51 Petrafuz ver. 3.3 pada port LCD.

¾ Rangkaian Catu daya dan Power supplay

Catu daya yang akan digunakan adalaha trafo CT 2A yang kemudian dihubungkan pada rangkaian power supplay untuk mensupplay tegangan yang dibutuhkan untuk rangkaian lain.

¾ Rangkaian pengaturan kecepatan putar kipas (zero crossing).

Rangkaian pengaturan kecepatan putar kipas AC terdiri dari IC LM339, BTA41, IC MOC 3021 yang berfungi untuk medeteksi zero crossing (kondisi dimana terjadi perubahan dari ‘1’ ke ‘0’ atau sebaliknya pada gelombang pulsa), pembangkit gelombang segiempat dan waktu delay.

¾ Mikrokontroler DT-51 Low cost micro sistem ver. 2.2

Mikrokontroler ini bertugas untuk mendeteksi terjadinya zero crossing dimana tegangannya ditahan dengan nilai ‘0’ atau ‘1’ selama waktu tertentu tergantung keluaran yang diinginkan.

¾ Sensor

Pada sistem kendali untuk pengeringan jagung pipilan ini, digunakan dua sensor yang memiliki keakurasian yang tinggi dalam pembacaan suhu dan kelembaban yaitu Sensor SHT11 dan SHT75.

F. STRATEGI PENGENDALIAN

Strategi pengendalian pada proses pengeringan jagung pipilan dengan tipe tumpukan

dilakukan dengan cara mengatur tingkat kecepatan putar kipas berdasarkan perbandingan nilai Me

lingkungan dengan Me di dalam tumpukan pada lapisan bawah dan diatas tumpukan paling atas.

Terdapat tujuh tingkatan kecepatan putar kipas yaitu kecepatan maksimal, kecepatan tingkat 1, kecepatan tingkat 2, kecepatan tingkat 3, kecepatan tingkat 4, kecepatan tingkat 5 dan tidak berputar (mati). Jika Me lingkungan < Me tumpukan jagung lapisan bawah maka kipas akan

berputar maksimal, sebaliknya jika Me lingkungan > Me tumpukan jagung lapisan atas maka kipas

tidak akan berputar. Sedangkan jika Me tumpukan jagung lapisan bawah < Me lingkungan < Me

tumpukan jagung lapisan atas maka kipas akan berputar pada tingkat kecepatan 1 sampai kecepatan 5 sesuai dengan hasil perbandingan dari ketiga Me tersebut (terlihat pada Gambar 12).

Nilai kadar air keseimbangan diperoleh dari persamaan (4) dimana nilai suhu dan kelembaban relatif yang digunakan diperoleh dari pembacaan oleh sensor SHT11 dan SHT75.

Penulisan program sistem kendali disusun dalam bahasa C yang terdiri dari tiga modul

(subprogram). Modul pertama adalah modul akuisisi data, dimana modul ini digunakan untuk penulisan dan pembacaan sensor SHT11 dan SHT75. Modul kedua adalah modul yang digunakan untuk menghitung Me berdasarkan persamaan (4) dan penentuan lebar pulsa sebagai tingkat

kecepatan putar kipas. Sedangkan modul yang ketiga adalah modul yang digunakan untuk sistem pengendalian kipas berdasarkan lebar pulsa yang telah ditentukan pada modul kedua. Secara umum modul pertama dan kedua disebut bagian akuisisi data sedangkan modul ketiga disebut bagian pengendalian.

(5)

20 Gambar 12. Strategi pengendalian

Mulai

0.6 M_M M_M 0.8 TLingk,RHLingk,TAtas,RHAtas

TBawah,RHBawah Hitung

MAmbien,MBawah,MAtas

Mambien>Matas Mambien<Mbawah 0.8 M M M M 1 0.4 M_M M_M 0.6 0.2 M_M M_M 0.4 0 M M M M 0.2 Kadar air ≤ 14% Kipas On (V1) Kipas On (V5) Kipas On (V4) Kipas On (V3) Kipas On (V2) Kipas On (max) Kipas Off Sistem pengendalian diteruskan Kipas Off Selesai Y Y Y Y Y Y Y Y T T T T T T T T Y T

(6)

21

G. METODE PENGAMBILAN DATA

Pada penelitian ini, jagung pipilan yang ingin dikeringkan dicurah ke dalam bak pengering (diameter x tinggi yaitu 19.5 cm x 100 cm) dengan beban ±22.5kg. Adapun data yang diukur selama proses pengeringan meliputi:

1. Suhu Udara

Titik pengukuran suhu udara meliputi suhu lingkungan dan suhu tumpukan jagung pipilan seperti terlihat pada Gambar 13. Pengukuran suhu udara dilakukan dengan termokopel tipe CC setiap 30 menit.

2. Kelembaban Relatif (RH) Udara

Pada penelitian ini terdapat dua titik pengukuran RH yaitu RH lingkungan dan RH tumpukan jagung paling atas seperti terlihat pada Gambar 13. Pengukuran RH dilakukan dengan menggunakan termokopel bola basah dan termokopel bola kering tipe CC setiap 30 menit.

3. Daya, Tegangan dan Arus Listrik

Pengukuran daya, tegangan dan arus yang digunakan untuk memutar kipas selama proses pengeringan diukur dengan menggunakan Watt meter. Waktu pengukuran daya, tegangan dan

arus dilakukan setiap 30menit hingga pengeringan selesai. 4. Kecepatan aliran udara

Terdapat dua titik pengukuran kecepatan aliran udara yaitu pada aliran udara masuk (inlet) dan pada aliran udara setelah melewati tumpukan jagung lapisan atas seperti terlihat pada Gambar 13. Adapun pengukuran kecepatan aliran udara tersebut dilakukan dengan menggunakan anemometer setiap 30menit.

5. Kadar air bahan

Terdapat tiga titik pengukuran kadar air bahan yaitu bagian bawah, tengah dan atas (Gambar 13). Pengukuran kadar air bahan dilakukan dengan menggunakan Grain Moisture Meter dengan interval waktu 1.5 jam hingga kadar air akhir mencapai 12-14%b.b.

Gambar 13. Letak titik-titik pengukuran data

Titik pengambilan sample kadar air Titik pengukuran suhu tumpukan Titik pengukuran kecepatan angin setelah melewati tumpukan (outlet) Titik pengukuran kecepatan angin yang

masuk (intlet) Udara masuk

Titik pengukuran termokopel bola basah dan bola kering Titik pengukuran

termokopel bola basah dan bola kering

Titik pengukuran SHT11 Titik pengukuran SHT75 Titik pengukuran SHT75

(7)

22

H. PENGOLAHAN DATA

1. Kadar Air Jagung

Kadar air jagung selama proses pengeringan dihitung dengan menggunakan persamaan (1) dan (2).

2. Kadar air keseimbangan

Nilai kadar air keseimbangan dihitung dengan menggunakan persamaan (4) 3. Kelembaban Mutlak

.

……… (8)

keterangan:

H = Kelembaban mutlak (g uap/ kg u.k) Pv = Tekanan uap

Patm = Tekanan atmosfir 4. Laju pengeringan

Laju pengeringan dapat dihitung menggunakan persamaan (5) 5. Energi listrik

Q = P x t Keterangan :

Q = Energi listrik untuk mengerakan kipas (mJ) P = Daya listrik (Watt)

t = Waktu pengeringan 6. Konsumsi energi spesifik

KES = ………. (9) Keterangan :

KES = Konsumsi energi spesifik (kJ/kg uap air) Q = Energi listrik untuk menggerakan kipas (Watt) muap = Massa air jagung yang menguap (kg)