39
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober - Desember 2020. Pengujian kadar gabah dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar, dan proses pengeringan gabah dilakukan di Laboratorium Tekhnik Mesin, Fakultas Tekhnik, Universitas Muhammadiyah Malang.
3.2 Skema Mesin Pengering Tipe Rotary
Gambar 3. 1 Skema Mesin Pengering Tipe Rotary
3.3 Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini dapat dikategorikan sebagai eksperimental sesungguhnya (true experimental research). gabah yang didapatkan langsung dari petani di desa Jati, kecamatan Karangan, kabupaten Trenggalek dikeringkan menggunakan mesin pengering tipe rotary. Tujuannya adalah untuk mengetahui pross perpindahan massa air terhadap udara
keringselama proses pengeringan berlangsung
Proses pengeringan gabah dilakukan dengan kapasitas 5000 gr. Sebelum proses pengeringan dilakukan pengukuran dan pencatatan tekanan udara sekitar (Pa) dan kecepatan aliran udara (v) yang masuk ke dalam bak pengeringan.
Sedangkan setiap kali prosesnya temperature bola basah (𝑇𝑤𝑏) , bola kering (𝑇𝑑𝑏), dan massa (Ma) diamati dan dicatat selama proses pengeringan gabah berlangsung.
3.4 Parameter Penelitian
Pada penelitian yang akan dilakukan terdapat beberapa parameter yang akan diamati sebagai berikut :
3.4.1 Temperature Bola Basah (Wet Bulb Temperature)
Termometer bola basah merupakan termometer yang sebelumnya sudah dibngkus oleh kain atau kasa basah pada ujung sensornya. Temperatur bola basah merupakan temperatur pengembunan campuran udara – uap air jika digunakan pada pengeirnagn (temperatur campuran udara dan uap air jenuh dengan RH maksimal 100 %).
3.4.2 Temperature Bola Kering (Dry Bulb Temperature)
Nilai temperature bola kering ditentukan oleh termometer analog. Tempertaure bola kering merupakan temperatur udara sebenarnya yang terjadi selama proses pengeringan.
3.4.3 Temperatur Titik embun (Dew Point Temperatur)
Temperature dimana uap air mulai mengalami pengembunan ketika udara didinginkan pada tekanan konstan atau temperatur jenuh pada tekanan parsial uap air.
3.4.4 Kelembaban Relatif (RH)
Ketika udara dipanaskan dengan temperature yang tinggi maka nilai kelembaban relative akan menurun. Ketika bahan basah mulai mengalami penguapan perlahan temperature bola kering (outdoor) pada bak pengeringan akan menurun sedangkan nilai kelembaban relatifnya akan meningkat.
Sedangkan temperature bola basah (indoor) akan mengalami kenaikan.
Kelembaban relative merupakan presentase perbandingan antar tekanan parsial uap air dengan tekanan uap air jenuh pada temperature bola kering yang sama.
3.4.5 Rasio Kelembaban (W)
Rasio kelembaban merupakan nilai perbandingan antara massa parsial uap air dan massa udara kering yang terdapat dalam udara pada bak pengering.
3.4.6 Kecepatan Aliran Udara
Kecepatan aliran udara yang masuk kedalam bak pengering nantinya juga akan dijaga konstan. Nilai kecepatan aliran udara yang masuk kedalam bak pengering dapat digunakan untuk mengetahui besarnya volume udara kering yang masuk ke dalam bak pengering.
3.4.7 Waktu Pengeringan
Total waktu pengeringan gabah akan terhitung selama satu batch pengeringan hingga mencapai penurunan berat yang diinginkan pada gabah. Waktu pengeringan yang didapat saat proses pengeringan nantinya akan mempengaruhi laju pengeringn gabah.
3.4.8 Massa Bahan
Penurunan massa bahan menunjukkan jumlah air yang menguap pada gabah basah atau dapat menunjukkan besarnya kadar air saat itu. Gabah akan ditimbang setiap satu batch pengeringan. Proses pengeringan akan dihentikan ketika massa gabah mencapai kadar air dibawah 14%-13%.
3.5 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3. 2 Diagram Alir Penelitian
3.6 Prosedur Penelitian
3.6.1 Alat Dan Bahan
Peralatan yang akan digunakan dipersiapkan terlebih dahulu sebelum melakukan proses penelitian. Peralatan yang digunakan pada penelitian ini dibagi menjadi tiga bagian, yaitu peralatan saat proses perendaman gabah, uji kadar air, dan pengeringan gabah. Saat uji kadar air gabah peralatan yang digunakan antara
lain adalah ; nampan, penjepit, cawan, desikator, timbangan analitik, dan oven Perendaman gabah ditempatkan pada karung goni yang kemudian di siram air dan di diamkan. Peralatan yang digunakan saat proses pengeringan adalah ; mesin pengering tipe rotary, timbangan digital, wadah gabah, kotak penampungan, dimmer, anemometer, thermometer digital, barometer, stopwatch, selang, regulator, dan gad LPG. Sedangkan bahan yang digunakan adalah gabah.
3.6.2 Perendaman Gabah
Untuk menaikan kadar air gabah yang akan dikeringkan, dilakukan proses perendaman gabah terlebih dahulu, dikarenakan gabah yang didapat ialah gabah kering bukan gabah basah atau gabah yang setelah pemanenan yg miliki kadar air sekitar 25%. Proses perendaman gabah dilakukan karena gabah yang di dapat gabah kering dan agar kadar air gabah naik menjadi sekitar 25%-27% gabah perlu direndam terlebih dahulu (Sfbd, 2019) . Proses tersebut dilakukan selama kurang lebih 24 jam dengan cara merendam gabah yang kemudian diitriskan dan setelah itu diukur kadar airnya, perendaman gabah ini cukup menggunakan alat yaitu karung goni dan gayung.
3.6.3 Uji Kadar Air Gabah
Pengujian kadar air gabah dapat dilakukan menggunakan metode oven (Air Oven Method). Setelah direndam ± 24jam gabah diambil sebanyak 5 sample dari
atas kemudian tengah lalu paling bawah. Pertama cawan dibersihkan kemudian di timbang menggunakan timbangan analitik (Ohaous PA224). Kemudian setiap sample gabah ditempatkan pada cawan dan ditimbang kembali dengan berat ± 5 gr, lalu ditempatkan pada nampan, dan di oven (Memmert UN30) selama ± 24 jam.
Setelah kering gabah diangkat untuk ditimbang kembali. Berat cawan, berat gabah sebelum dan sesudah dikeringkan dicatat, tujuannya adalah untuk menganalisa jumlah kadar air pada gabah setelah direndam. Kadar air gabah dapat dinyatakan dalam bentuk prsentase menggunakan persamaan sebagai berikut (Badan Standarisasi Indonesia) :
𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 (%) = (𝑀1− 𝑀2)
(𝑀1− 𝑀0 ) 𝑥 100 % ……….. (3.1) Dimana :
𝑀0 = berat cawan ( gr )
𝑀1 = berat cawan + berat gabah sebelum uji ( gr )
𝑀2 = berat cawan + berat gabah setelah uji ( gr )
Persamaan 3.1 digunakan untuk menyatakan kadar air setiap sample gabah.
Penentuan kadar air awal gabah yang akan dikeringkan didasarkan pada rata-rata sample yang di uji. Setelah diketahui kadar air awal gabah, maka dapat ditentukan jumlah massa air pada gabah yang akan dikeringkan hingga mencapai kadar air dibawah 14%-13%.
3.6.4 Pengujian Dan Pengumpulan Data
Gabah nantinya akan dikeringkan menggunakan mesin pengering tipe rotary. Mesin pengering tipe rotary memiliki dimensi keseluruhan 2 m x 0,5 m x 1 m (panjang x lebar x tinggi). Gambar 3.1 menunjukkan skema mesin pengering tipe rotary. Kotak pembakaran yang terdapat pipa besi (diameter 73 m) di dalamnya dipanaskan dengan sumber gas LPG (3 kg). Pipa ini nantinya akan terhubung
langsung pada bak pengering (diameter 42 cm dan panjang 150 cm), yang diputar dengan menggunakan motor listrik (1500 RPM) yang telah di reduksi dengan rasio 1:40. Pada ujung kotak pembakaran ditempatkan blower yang berfungsi menghembuskan udara. Kecepatan aliran udara dapat diatur menggunakan dimmer AC.
Gabah yang sudah direndam ditimbang menggunakan timbangan digital sebesar 5000 gr. Sebelum dilakukan pengeringan terhadap gabah maka terlebih dahulu ditentukan besarnya massa air yang akan diupkan pada gabah, sehingga nantinya kadar air gabah mencapai 13%-14%. Setelah diketahui jumlah massa air gabah yang akan diuapkan, kemudian dilakukan proses pengeringan. gabah baru akan dimasukkan secara perlahan pada lubang input bahan setelah udara di dalam bak pengeringan dipanaskan selama ± 10 menit.
Untuk mengetahui jumlah massa air gabah yang akan diuapkan dapat digunakan persamaan sebagai berikut ;
𝑐 = ( 𝑎. 𝑥1 ) − ( 𝑎. 𝑥2 ) ……… (3.2)
Dimana :
c = massa air yang akan diuapkan (kg 𝐻2𝑂) a = berat awal gabah yang akan dikeringkan (kg) 𝑥1 = kadar air awal (%)
𝑥2 = kadar air akhir (%)
Metode pengambilan data dilakukan dengan metode primer atau didapatkan secara langsung selama proses penelitian dilakukan. Sebelum dilakukan pengeringan dilakukan pengukuran tekanan aliran udara sekitar menggunakan barometer, dan kecepatan aliran udara yang masuk ke dalam bak pengeringan menggunakan anemometer digital (Krisbow KW06-562). Kemudian selama proses pengeringan berlangsung temperature bola basah (𝑇𝑤𝑏) dan bola kering (𝑇𝑑𝑏) diukur menggunakan thermometer analog pada sisi input dan output bak pengeringan.Perubahan massa (Ma) gabah ditimbang menggunakan timbangan digital.
3.6.5 Analisa Data
Analisa data pada penelitian ini dilakukan dengan melihat karakterisitik pengeringan gabah. Data yang di analisa berupa data udara pengering dan perubahan massa air gabah. Analisa data dari udara pengering menggunakan diagram psikometrik seperti yang sudah dijelaskan pada Gambar 3.2. Diagram psikometrik dapat mengilustrasikan bagaimana kondisi suatu udara dalam ruangan melalui persilangan dua garis properties untuk menentukan properti lainnya.
Gambar 3. 3 Ilustrasi Diagram Psikometrik
(Sumber : Mujumdar, 2006 )
Pada penelitian ini analisa dilakukan dengan cara memplotkan temperature bola basah (𝑇𝑤𝑏) dan bola kering (𝑇𝑑𝑏) baik sisi input dan output bak pengeringan untuk setiap prosesnya. Hasil analisa dengan diagram psikomtrik akan menunjukkan nilai kelembaban reatif (RH), rasio kelembaban (W), dan kelembaban mutlak (AW) pada udara didalam bak pengeringan. Selisih nilai antara sisi input dan output inilah yang akan menunjukkan terjadinya perpindahan massa air gabah terhadap udara kering didalam bak pengeringan. Kadar air gabah ditentukan selama proses pengeringan dengan mengacu pada berat kering pada setiap prosesnya.
3.7 Laju Pengeringan
Kecepatan pengeringan gabah dapat diketahu melalu diagram laju pengeringan gabah. Laju pengeringan adalah banyaknya jumlah air yang di uapkan tiap satuan waktu atau penurunan kadar air suatu bahan tiap waktu pada proses pengeringan gabah Untuk mengetahui diagram laju pengeringan, maka harus
diketahui laju perpindahan air yang terjadi selama proses pengeringan dengan menggunakan dua persamaan sebagai berikut:
𝑤1 = 𝑐
𝑡 dan 𝑤2 = 𝑥1−𝑥2
𝑡
Dimana :
𝑤1 = laju perpindahan air ( gr.𝐻2𝑂/menit) 𝑤2 = laju perubahan kadar air ( % b,k/menit) 𝑥1 = kadar air awal (%)
𝑥2 = kadar air akhir (%)
c = total berat air yang diuapkan (gr 𝐻2𝑂) t = waktu pengeringan (menit)
3.8 Perpindahan Massa Air
Saat proses pengeringan gabah, maka akan terjadi proses perpindahan massa air dari gabah terhadap udara kering pada bak pengeringan. Hal ini yang menyebabkan kadar air pada gabah menjadi semakin kecil hingga mencapai kadar air yang ditentukan. Untuk mengetahui besarnya massa air dari gabah yang terdapat pada udara kering, maka dapat digunakan persamaan sebagai berikut ;
𝑚 = 𝑎. 𝑣. ( 𝐴𝑊2− 𝐴𝑊1 )
Dimana :
𝑚 = jumlah air yang ada pada udara kering ( kg )
𝑎 = luas penampang pipa saluran udara ( 𝑚2 )
𝑣 = kecepatan aliran udara ( m/s )
𝐴𝑊2 = udara lembab/air pada output bak pengering ( 𝑘𝑔/𝑚3 )
𝐴𝑊1 = udara lembab/air pada input bak pengering ( 𝑘𝑔/𝑚3 )
