KARAKTERISTIK PENGERINGAN DAUN GAMBIR (Uncaria gambir Roxb) MENGGUNAKAN PENGERING KOMBINASI SURYA
DESIKAN
SKRIPSI
Oleh :
ARYA SAKA WICAKSONO 130405074
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
OKTOBER 2018
KARAKTERISTIK PENGERINGAN DAUN GAMBIR (Uncaria gambir Roxb) MENGGUNAKAN PENGERING KOMBINASI SURYA
DESIKAN
SKRIPSI
Oleh :
ARYA SAKA WICAKSONO 130405074
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
OKTOBER 2018
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
KARAKTERISTIK PENGERINGAN DAUN GAMBIR (Uncaria gambir Roxb) MENGGUNAKAN PENGERING KOMBINASI
SURYA DESIKAN
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Oktober 2018
Arya Saka Wicaksono NIM. 130405074
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Karakteristik Pengeringan Daun Gambir (Uncaria gambir Roxb) Menggunakan Pengering Kombinasi Surya Desikan”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini.
2. Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku Dosen Penguji I dan Koordinator Penelitian yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
3. Ir. Bambang Trisakti, M.Si selaku Dosen Penguji II dan Dosen Pembimbing Akademik penulis yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini serta membimbing penulis dalam hal akademik selama kuliah di Teknik Kimia USU
4. Ir. Maya Sarah, ST, MT, Ph.D, IPM selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh staf Dosen Teknik Kimia USU yang telah mendidik dan membagikan ilmu kepada penulis selama perkuliahan.
6. Pegawai Departemen Teknik Kimia USU, yang telah membantu penulis dalam hal administrasi selama perkuliahan.
7. Ivo Dian Sari Marbun, selaku partner penelitian penulis.
8. Keluarga tercinta, Dr. Minto Supeno, M.Sc, Dra. Dwitri Saulina, M.Si, Puspa Ayu Maretha, S.E, Jackson Titus Surbakti, S.Kom, dan Elkana B.T.
Surbakti yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis untuk melakukan penelitian.
9. Sahabat - sahabat tercinta, Joseph Osvaldo Ardiles Tambun, Ido Aprilian Arapen Tarigan, Trecy Kartika Pardede, Sarah Gita Aswara Sianturi, Jones Simajuntak, Mawar Indah Sinurat, Alri J. Tamba, Kevin G. Sitanggang, Egi Anjas Sitepu, Fransiskus Joanto Karo Sekali, Hans Martua Pardede, Alfonsus Hasugian, yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis untuk melakukan penelitian.
10. Bg Zul dan Bg Fatur, yang telah banyak membantu dalam pembuatan alat penelitian.
11. Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2013, dan adik-adik stambuk 2014 hingga 2017 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Oktober 2018 Penulis
Arya Saka Wicaksono
Didedikasikan kepada
kepada keluarga besar atas kasih sayang mereka, terutama kepada kedua orang tua,
Dr. Minto Supeno, M.Sc
&
Dra. Dwitri Saulina, M.Si
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Arya Saka Wicaksono NIM : 130405074
Tempat/Tgl. Lahir : Medan, 18 November 1995 Nama orang tua : Dr. Minto Supeno, M.Sc dan Dra. Dwitri Saulina. M.Si
Alamat orang tua :
Jalan Kopi Raya 5 No. 15 Perumnas Simalingkar, Medan
Asal sekolah:
SD Budi Murni 2 Medan, tahun 2001-2007
SMP Budi Murni 2 Medan, tahun 2007-2010
SMA Immanuel Medan, tahun 2010-2013 Pengalaman organisasi/kerja:
1. Kerja Praktek di PT. PERTAMINA RU II Dumai Riau Oktober - November 2016
2. Kerja di PT. United Carbon Industry Tanjung Morawa Sumatera Utara September 2018 - Sekarang
ABSTRAK
Daun gambir (Uncaria gambir Roxb) merupakan tanaman herbal yang banyak digunakan masyarakat Indonesia sebagai obat-obatan dan juga dijadikan sebagai teh herbal. Tujuan dari penelitian ini untuk mendapatkan jarak sumber panas ke bahan yang terbaik, kecepatan udara yang terbaik, kinetika pengeringan daun gambir, karakteristik pengeringan daun gambir, dan kualitas daun gambir kering. Daun gambir segar dikeringkan pada variasi jarak sumber panas ke bahan yang dikeringkan (20 cm, 40 cm, dan 60 cm) dan kecepatan udara (1 m/s, 2 m/s, dan 3 m/s) menggunakan pengering kombinasi surya-desikan. Hasil penelitian menunjukkan kecepatan udara dan jarak sumber panas terhadap bahan yang dikeringkan mempengaruhi laju pengeringan bahan. Jarak sumber panas terhadap bahan yang dikeringkan dan kecepatan udara yang terbaik berturut-turut 60 cm dan 3 m/s. Untuk menentukan model matematika yang paling sesuai untuk menjelaskan kinetika pengeringan dengan cara mencocokkan data penelitian ketiga persamaan model yaitu model Newton, model Page, dan model Handerson-Pabis. Selanjutnya kesesuaian ditentukan dengan koefisien determinasi (R2), chi square (χ2), dan Root Mean Square Error (RMSE). Diperoleh model pengeringan yang paling sesuai untuk menjelaskan pengeringan daun gambir model page. Pada pengeringan daun gambir diperoleh karakteristik pengeringan dengan dua periode, periode laju pengeringan menaik dan periode laju pengeringan menurun. Hasil mutu analisa daun gambir kering yang terbaik adalah pada pengeringan kecepatan 3 m/s dan jarak sumber panas terhadap bahan yang dikeringkan diperoleh kadar air 2,09%, kadar abu total 2,17%, dan kadar polifenol total 9,66%.
Kata Kunci : daun gambir, desikan, karakteristik pengeringan , kinetika pengeringan, polifenol total
DRYING CHARACTERISTIC OF GAMBIR LEAVES (Uncaria gambir Roxb) USING DRYER COMBINATION SOLAR
HEATING-DESSICANT ABSTRACT
Gambir leaves (Uncaria gambir Roxb) are herbal plants that are widely used by Indonesian people as medicines and many people have made them as herbal tea. The purpose of this study is to obtain the best distance from the source of heat to the dried material, the best air velocity, the drying kinetic of gambir leaves, the drying characteristic of gambir leaves, and the qualities of dry gambir leaves. Fresh gambir leaves were dried at various distance from the source of heat (20 cm, 40 cm, and 60 cm) and air velocity (1 m/s, 2 m/s, and 3 m/s) using dryer combination solar heating- dessicant. The results obtained, the distance of the heat source to the dried materials and air velocity affects drying rate of materials. The best distance of heat source on the dried materials was continued at 60 cm and 3 m/s. Determining mathematical model is most suitable to describe drying kinetic by matching research data with three equations, namely Newton model, Page model, and Handerson-Pabis Model. Next conformity is determined by coefficient of determination (R2), chi square (χ2), and Root Mean Square Error (RMSE). Obtaining the most the suitable model to explain the drying behavior of gambir leaves is Page model. At the drying of gambir leaves was obtained were two periods, i.e. the increasing and decreasing drying rate periods.
The best analysis of qualities results of dried gambir leaves at air velocity 3 m/s with distance 60 cm from heat source obtained moisture content 2,09%, total ash content 2,17%, and total polyphenol content 9,66%
Keywords: gambir leaf, desiccant, drying characteristics, drying kinetics, total polyphenols
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN SKRIPSI ii
LEMBAR PERSETUJUAN iii
PRAKATA iv
DEDIKASI vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS vii
ABSTRAK viii
ABSTRACT ix
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR xiii
DAFTAR TABEL xv
DAFTAR LAMPIRAN xvii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah Penelitian 5
1.3 Tujuan Penelitian 5
1.4 Manfaat Penelitian 6
1.5 Ruang Lingkup Penelitian 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 8
2.1 Pengeringan 8
2.1.1 Pengering Surya/Penjemuran 9
2.1.2 Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Pengeringan 12
2.2 Desikan 14
2.3 Kinetika Pengeringan 15
2.4 Daun Gambir 18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 20
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 20
3.2 Peralatan Penelitian 20
3.2.1 Alat Pengering 20
3.2.2 Peralatan Pengambilan Data dan Analisa 21
3.3 Diagram Kerja Penelitian 24
3.4 Prosedur Kerja Penelitian 24
3.4.1 Proses Pengeringan 24
3.4.2 Perhitungan Laju Pengeringan 25
3.4.3 Analisa Bahan Hasil Pengeringan 26
3.5 Flowchart Penelitian 27
3.5.1 Persiapan Bahan 27
3.5.2 Pengeringan Daun Gambir dengan Pengering
Kombinasi Surya-Desikan 28
3.6 Flowchart Analisa Hasil Pengeringan 29 3.6.1 Flowchart Prosedur Analisa Kadar Air
Daun Gambir Kering 30
3.6.2 Flowchart Penentuan Kadar Abu 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 32
4.1 Kondisi Kelembapan Udara pada Pengering Kombinasi
Surya-Desikan 32
4.2 Pengaruh Kondisi Reka Bentuk Pengering 37 4.2.1 Pengaruh Jarak Sumber Udara Panas ke Bahan
Yang Dikeringkan Terhadap Penurunan Moisture Content Menggunakan Pengering Kombinasi
Surya-Desikan 37
4.2.2 Pengaruh Jarak Sumber Udara Panas ke Bahan Yang Dikeringkan Terhadap Laju Pengeringan Menggunakan Pengering Kombinasi
Surya-Desikan 40
4.3 Pengaruh Kondisi Operasi Pengeringan 42 4.3.1 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Penurunan
Moisture Content Menggunakan Pengering
Kombinasi Surya-Desikan 42
4.3.2 Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Laju Pengeringan Menggunakan Pengering Kombinasi
Surya-Desikan 44 4.4 Karakteristik Pengeringan Terhadap Pengeringan
Surya-Desikan 46
4.5 Model Pengeringan Lapis Tipis Daun Gambir Dengan
Pengeringan Surya-Desikan 47
4.5.1 Kesesuaian Model Pengeringan 53
4.6 Analisa Kualitas Mutu Daun Gambir Kering 55
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 57
5.1 Kesimpulan 57
5.2 Saran 58
DAFTAR PUSTAKA 59
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Pengeringan Matahari Terbuka 9
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Pengeringan Matahari Terbuka 10
Gambar 2.3 Struktur Kabinet Dryer 11
Gambar 2.4 Jenis-jenis Adsorben (a) Silika Gel, (b) Zeolit, (c) Karbon
Aktif, dan (d) Alumina 15
Gambar 2.5 Daun Gambir (a) Cubadak dan (b) Udang 18 Gambar 3.1 Sketsa Alat Pengering Kombinasi Surya-Desikan 21
Gambar 3.2 Higrometer 22
Gambar 3.3 Neraca Elektrik 22
Gambar 3.4 Anemometer 22
Gambar 3.5 Oven 23
Gambar 3.6 Furnace 23
Gambar 3.7 Diagram Kerja Pengeringan Daun Gambir Menggunakan
Pengering Kombinasi Surya-Desikan 24
Gambar 3.8 Flowchart Persiapan Bahan Baku Penelitian Pengeringan Daun Gambir Menggunakan Pengering Kombinasi
Surya-Desikan 27
Gambar 3.9 Flowchart Penelitian Menggunakan Pengering Kombinasi
Surya-Desikan 29
Gambar 3.10 Flowchart Prosedur Analisa Kadar Air Daun Gambir Kering 30 Gambar 3.11 Flowchart Prosedur Analisa Kadar Abu Daun Gambir Kering 31 Gambar 4.1 Kelembapan Udara pada Kolektor Surya, Rak Desikan
dan Rak Bahan dengan Kecepatan Udara 1 m/s pada
Rak 1 (a), Rak 2 (b), dan Rak 3 (c) 33
Gambar 4.2 Kelembapan Udara pada Kolektor Surya, Rak Desikan dan Rak Bahan dengan Kecepatan Udara 2 m/s pada
Rak 1 (d), Rak 2 (e), dan Rak 3 (f) 34
Gambar 4.3 Kelembapan Udara pada Kolektor Surya, Rak Desikan dan Rak Bahan dengan Kecepatan Udara 3 m/s pada
Rak 1 (g), Rak 2 (h), dan Rak 3 (i) 35 Gambar 4.4 Hubungan Moisture Ratio terhadap Waktu pada Kecepatan
1 m/s (a), Kecepatan 2 m/s (b), dan, Kecepatan 3 m/s (c) 38 Gambar 4.5 Hubungan Laju Pengeringan terhadap Waktu pada Kecepatan
1 m/s (a), Kecepatan 2 m/s (b), dan, Kecepatan 3 m/s (c) 40 Gambar 4.6 Hubungan Moisture Ratio terhadap Waktu pada Rak ke-1,
Rak ke-2, dan Rak ke-3 43
Gambar 4.7 Hubungan Laju Pengeringan terhadap Waktu pada Rak ke-1,
Rak ke-2, dan Rak ke-3 45
Gambar 4.8 Hubungan Laju Pengeringan Terhadap Moisture Ratio 46 Gambar 4.9 Grafik Kesesuaian Model Kinetika dengan Kecepatan
3 m/s (a), Kecepatan 2 m/s (b), dan, Kecepatan 1 m/s (c);
pada rak 1, rak 2, dan rak 3 54
Gambar LB.1 Grafik ln MR vs t Model Newton dengan Rak ke-1 dan
kecepatan 3 m/s
74
Gambar LB.2 Grafik ln MR vs t Model Page dengan Rak ke-1 dan
Kecepatan 3 m/s 75
Gambar LB.3 Grafik ln MR vs t Model Handerson-Pabis dengan Rak ke-1
dan Kecepatan 3 m/s
76
Gambar LB.4 Grafik ln MR vs t Model Page pada Kecepatan 3 m/s 77 Gambar LC.1 Foto Alat Pengering Kombinasi Surya-Desikan
(Bagian Luar) 79
Gambar LC.2 Foto Alat Pengering Kombinasi Surya-Desikan
(Bagian Dalam) 79
Gambar LC.3 Foto Daun Gambir Kering 80
Gambar LC.4 Foto Scan Hasil Uji Kadar Polifenol Total 81
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Pengeringan Daun
Gambir dan Pengeringan Surya-Desikan 2
Tabel 2.1 Model Kinetika Pengeringan 17
Tabel 3.1 Pengujian Kualitas Daun Gambir 26
Tabel 4.1 Bentuk Linier Model Kinetika Pengeringan 48 Tabel 4.2 Nilai Konstanta dan Koefisien Model Kinetika Pengeringan 49
Tabel 4.3 Nilai R2, χ2, dan RMSE 50
Tabel 4.4 Persamaan Kinetika Page Pengeringan Daun Gambir 52 Tabel 4.5 Syarat Mutu Teh Kering Berdasarkan SNI 3836:2013 56 Tabel 4.6 Hasil Analisa Daun Gambir Kering pada Kecepatan Maksimum
dan Minimum pada berbagai Jarak Rak 56
Tabel LA.1 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 3 m/s pada
Rak 1 66
Tabel LA.2 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 3 m/s pada
Rak 2 67
Tabel LA.3 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 3 m/s pada
Rak 3 67
Tabel LA.4 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 2 m/s pada
Rak 1 68
Tabel LA.5 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 2 m/s pada
Rak 2 68
Tabel LA.6 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 2 m/s pada
Rak 3 69
Tabel LA.7 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 1 m/s pada
Rak 1 69
Tabel LA.8 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 1 m/s pada
Rak 2 70
Tabel LA.9 Data Kelembapan Udara pada Kecepatan Udara 1 m/s pada
Rak 3 70
Tabel LA.10 Data Hasil Pengeringan 71 Tabel LB.1 Bentuk Linier Model Kinetika Pengeringan 74
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN 66
LA.1 Data Kecepatan Udara Exhaust Fan 66
LA.2 Data Hasil Pengeringan 66
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 72
LB.1 Perhitungan Berat Kering 72
LB.1.1 Perhitungan Berat Kering Sampel dengan Rak 1
Kecepatan 3 m/s 72
LB.2 Perhitungan Kadar Air 72
LB.2.1 Perhitungan Kadar Air Sampel dengan Rak 1
Kecepatan 3 m/s 72
LB.3 Perhitungan Laju Pengeringan 72
LB.3.1 Perhitungan Laju Pengeringan Sampel dengan Rak 1
Kecepatan 3 m/s 73
LB.4 Perhitungan Moisture Ratio 73
LB.4.1 Perhitungan Moisture Ratio Sampel dengan Rak 1
Kecepatan 3 m/s 73
LB.5 Model Matematika Pengeringan 73
LB.5.1 Perhitungan R2 dan MRpre 73
LB.5.2 Perhitungan RMSE 77
LB.5.3 Perhitungan Chi Square (χ2) 78
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN 79
LC.1 Foto Alat Pengering Kombinasi Surya-Desikan 79
LC.2 Foto Hasil Pengeringan 80
LC.3 Foto Sertifikat Hasil Uji Kadar Polifenol Total 81
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teh merupakan bahan minuman yang secara universal dikonsumsi di berbagai negara serta di berbagai lapisan masyarakat. Kegunaannya banyak dijadikan sebagai pengganti obat-obatan karena berasal dari tanaman herbal [1]. Kandungan polifenol dalam teh berkhasiat dalam mencegah resiko kanker, jantung dan proses degrenatif penuaan [2].
Daun gambir merupakan tanaman yang banyak digunakan sebagai tanaman herbal yang tumbuh di Indonesia dan mempunyai komoditi yang sedikit dengan nilai ekonomi yang tinggi. Di Indonesia, tanaman gambir merupakan tanaman liar yang dapat ditemukan di hutan Sumatera, Kalimantan, dan Semenanjung Malaya [2-4].
Daun gambir pada masa sekarang dijadikan sebagai teh karena kandungan polifenolnya [1].
Pengeringan dengan menggunakan metode pengeringan dengan cahaya matahari merupakan pengeringan konvensional yang sudah biasa digunakan dan banyak digunakan pada umumnya. Dikarenakan pengeringan ini tidak memerlukan biaya yang cukup besar, akan tetapi menggunakan metode ini memiliki banyak kelemahan seperti dalam halya soal kebersihan bahan baku saat pengeringan yakni terkontaminasinya bahan baku terhadap serangga, unggas, debu, dan mikroorganisme lainnya. Dan pengeringan ini memerlukan waktu yang cukup lama untuk mengeringkan suatu bahan [5]. Bahan herbal merupakan bahan sensitif panas.[6, 7].
Sehingga pengeringan bahan herbal diupayakan dikeringkan tanpa terkena sinar matahari langsung agar tidak merusak bahan aktif di dalamnya [8].
Penelitian terdahulu mengatakan bahwa penggunaan desikan pada saat pengeringan dapat mempercepat laju pengeringan dikarenakan air pada udara dijerap oleh desikan sehingga udara yang dihasilkan adalah udara kering [9].
Adapun penelitian terdahulu mengenai pengeringan surya dan pengeringan surya kombinasi yaitu:
Tabel 1.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Pengeringan Daun Gambir dan Pengering Surya Desikan
No Nama Tahun Judul Penelitian Hasil Penelitian
1
Susanti, Devi Yuni [1]
2008 Efek Suhu Pengeringan Terhadap Kandungan Fenolik dan Kandungan Katekin Ekstrak Daun Kering Gambir
Suhu optimum yang didapatkan adalah 59,93oC. Rendemen ekstraksi daun kering tanaman gambir lebih besar daripada rendemen ekstraksi gambir secara tradisional. Kualitas yang diperoleh memenuhi standar gambir nomor satu dalam SNI 01- 3391-1994
2
Laeli Kurniasari, dkk [14]
2011 Aktivasi zeolit alam sebagai adsorben pada alat pengering bersuhu rendah
Daya adsorpsi pada aktivasi fisis/ pemanasan 300oC selama 3 jam sebesar 0,137 g uap air/gr adsorben. Daya adsorpsi berbanding lurus dengan nilai RH, akan tetapi berbanding terbalik dengan suhu.
3
Sari Farah Dina, Himsar Ambarita, Farel H
Napitupulu, dan Hideki Kawai [15]
2014 Study on Effectiveness of Continuous Solar Dryer Intergrated with Dessicant Thermal Storage for Drying Cocoa Beans
Pengeringan dengan menggunakan sinar matahari sebagai sumber panas dan dengan desikan membuat proses pengeringan lebih cepat dan efektif dalam segi waktu pengeringan dan konsumsi energi.
4 Tjukup Marnoto, 2014 Drying of Rosella (Hibiscus sabdariffa) Flower Petals
Pengeringan bunga rosella dilakukan pada cuaca berawan dan waktu pengeringan untuk sekali pengeringan adalah 2 hari untuk
et al [12] Using Solar Drying with Double Glass Cover Collector
mengeringkan 2300 gram rosella dengan moisture content awal 90,84% menjadi 7,63%. Efisiensi alat pengeringan pada hari pertama dan kedua adalah 14,93% dan 5,78%
5
S.R Navale, V.M.
Harpale, and K.C Mohite [11]
2015 Drying of Fenugreek Leaves by Cabinet Solar Dryer and Open Sun
Peningkatan suhu di dalam kabinet pengering surya lebih tinggi daripada menggunakan pengering langsung. Kecepatan pengeringan di dalam kabinet pengering surya 0,43 kg/jam dan pada pengering langsung 0,33 kg/jam. Nutrisi daun Kelabet (Fenugreek) kering dengan menggunakan kabinet pengering surya 1,1g/100g protein dan 4,1g/100g lemak sedangkan dengan menggunakan pengering langsung 0,9g/100g protein dan 3,7g/100g
6
Siregar, Fitri [10] 2016 Optimasi Penggunaan Adsorben Molecular Sieve 13x pada Pengering Surya Sistem Integrasi Matahari dan Desikan
Semakin besar massa adsorben yang digunakan maka efektifitas pengeringan pada malam hari meningkat. Kondisi optimum dicapai pada proses pengeringan kakao dengan perbandingan massa bahan dan adsorben 1:3 dimana diperoleh kadar air akhir 5,89%, jumlah air yang diuapkan pada malam hari sebesar 109 gram, dan waktu pengeringan 27,3 jam
7 R. Hasibuan dan M. A. Zamzami
2017 The Effect of Operating Conditions on Drying
Dengan menggunakan alat pengering kombinasi dapat mengurangi moisture content dari jahe hingga diperoleh moisture content 1,4%.
[9] Characteristics and Quality of Ginger (Zingiber Officinale Roscoe) Using Combination of Solar Energy-Molecular Sieve Drying System
Pada kecepatan udara 1,3 m/s; 1,1 m/s dan 0,8 m/s diperoleh moisture content secara berturut 2,0%; 1,4%; dan 2,8% dengan waktu pengeringan secara berturut 360 menit, 300 menit, dan 420 menit.
8
Rosdanelli Hasibuan dan M.Bairuni [13]
2017 Mathematical Modeling of Drying kinetics of Ginger Slices
Laju pengeringan tertinggi terjadi pada menit ke-30 pada variasi suhu 53 oC dan kecepatan udara 3 m/s dengan kualitas jahe kering yang diperoleh memiliki kadar air maksimum sesuai SNI 01-3393- 1994 untuk suhu 43 oC dan 53 oC
9
Rosdanelli Hasibuan dan Ivo Dian Sari Marbun [16]
2018 Pengaruh Jenis Desikan dan Kecepatan Udara dalam Mengurangi Uap Air di Udara
Desikan yang paling banyak menjerap uap air adalah silica gel.
Dimana silica gel memiliki daya serap 0,266 dan 0,264 gram uap air/gram adsorben dengan kelembaban udara akhir 0,0194 dan 0,0198 kg uap air/kg udara kering.
Indonesia memiliki intensitas matahari yang tinggi serta, akan tetapi humiditas udara di Indonesia cukup tinggi. Sehingga pada penelitian dilakukan metode pengeringan surya-desikan, dimana fungsi daripada desikan untuk menurunkan humiditas udara pada saat udara panas yang masuk melewati alat pengering.
Sehingga udara yang berkontakkan dengan bahan baku merupakan udara kering panas.
1.2 Rumusan Masalah Penelitian
Bahan herbal merupakan bahan yang sangat sensitif terhadap panas, karena di dalamnya memiliki kandungan zat aditif. Daun gambir memiliki kandungan zat aditif yang cukup banyak seperti polifenol yang sangat sensitif terhadap panas.
Pengeringan berguna untuk mengolah hasil pascapanen agar dapat menjaga kualitas dari bahan. Indnoesia memiliki iklim dengan panas matahari yang tinggi dan memiliki humiditas yang tinggi, jika menggunakan metode pengeringan secara konvensional akan merusak kandungan aktif di tanaman herbal pada saat pengeringan. Sehingga pada saat pengeringan digunakan metode pengering kombinasi surya desikan untuk mengurangi humiditas udara pengeringnya dimana uap air udara yang masuk akan terjerap oleh desikan.
Oleh karena itu, penelitian ini diarahkan pada pembahasan mengenai pengaruh kondisi operasi yakni kecepatan udara, kondisi reka bentuk pengering yakni sumber udara panas ke bahan yang dikeringkan terhadap tempat meletakkan bahan, karakteristik pengeringan, penentuan model kinetika pengeringan paling sesuai pada pengeringan daun gambir, serta kualitas daun gambir yang dikeringkan dengan menggunakan pengering kombinasi surya-desikan.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun yang menjadi tujuan dilakukannya penelitian ini yaitu:
1. Mendapatkan jarak sumber udara panas ke bahan yang dikeringkan terhadap tempat meletakkan bahan menggunakan alat pengering kombinasi surya-desikan.
2. Mendapatkan kecepatan udara yang terbaik menggunakan alat pengering kombinasi surya-desikan.
3. Mendapatkan kinetika pengeringan daun gambir menggunakan alat pengering kombinasi surya-desikan.
4. Mendapatkan karakteristik pengeringan daun gambir menggunakan alat pengering kombinasi surya-desikan.
5. Mendapatkan kualitas daun gambir kering yang terbaik menggunakan alat pengering kombinasi surya desikan.
1.4 Manfaat Penelitan
Adapun yang menjadi manfaat dari penelitian ini yaitu:
1. Memberikan informasi kepada peneliti mengenai metode pengeringan kombinasi surya-desikan.
2. Memudahkan masyarakat khususnya petani tanaman herbal dalam mengolah hasil pascapanen dengan cara pengeringan surya-desikan untuk menjaga kualitas bahan pada saat pengeringan.
3. Meningkatkan nilai jual daun gambir di pasar.
1.5 Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di depan gedung Teknik Kimia, Universitas SUatera Utara, Medan yang terletak pada posisi 3,43oLU – 98,44oBT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut. Bahan baku yang digunakan pada penelitian ini adalah daun gambir yang diperoleh dari perkebunan gambir di Sidikalang. Desikan yang digunakan pada penelitian ini adalah silica gel.
Adapun variabel-variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
a. Variabel tetap yang dilakukan dalam penelitian ini adalah:
Massa daun gambir : 150 gram
Massa silica gel : 150 gram
b. Variabel bebas yang dilakukan dalam penelitian ini adalah:
Jarak desikan terhadap bahan baku: 20 cm, 40 cm, 60 cm
Kecepatan Udara: 1 PWM, 2 PWM, dan 3 PWM (PWM = Pulse Width Modulation)
Analisa-Analisa yang dilakukan pada penelitian ini adalah : - Kadar Air
- Kadar Abu Total - Kadar Polifenol Total
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengeringan
Pengeringan merupakan cara menghilangkan sebagian besar air dari suatu bahan dengan bantuan energi panas. Pengeringan bertujuan untuk mengurangi kandungan air sampai batas perkembangan mikroorganisme yang menyebabkan pembusukan terhambat, sehingga bahan yang dikeringkan tersebut dapat disimpan dalam waktu yang lebih lama. Teknik pengeringan mempunyai keuntungan dan kerugian. Keuntungannya antara lain bahan menjadi lebih tahan lama, volume bahan mengecil, mempermudah transport pengiriman barang. Sementara itu, kerugiannya yaitu memungkinkan sifat dasar bahan yang dikeringkan dapat berubah (bentuk, penampilan fisik, penurunan mutu). Pengeringan buatan menggunakan alat pengering dinilai lebih baik dikarenakan temperatur, kelembaban udara, kecepatan udara dan waktu dapat diatur. Proses pengeringan terjadi bila bahan yang dikeringkan kehilangan sebagian ataupun seluruh air yang dikandungnya . Proses utama yang terjadi pada pengeringan adalah penguapan, dimana penguapan terjadi apabila air yang dikandung oleh bahan teruap saat panas diberikan pada bahan tersebut. Pengeringan juga dapat berlangsung melalui proses pemecahan ikatan molekul-molekul air yang terdapat dalam bahan. Apabila ikatan molekul air yang terdiri dari unsur oksigen dan hydrogen dipecah, maka molekul tersebut akan keluar dari bahan dan mengakibatkan bahan tersebut kehilangan air yang dikandungnya . Sebelum proses pengeringan berlangsung, tekanan uap air pada bahan berada dalam keseimbangan dengan tekanan uap air di udara sekitarnya. [5,13]
Pada produk farmasi yang bernilai tinggi, pertimbangan akan kualitas akhir produk menjadi yang terpenting dibanding pertimbangan lain. Pada beberapa kasus, sebelum pengeringan dilakukan umpan terlebih dahulu dikondisikan atau disiapkan seperti pengecilan ukuran, pengelupasan, penghancuran dimana berguna untuk menjaga kualitas bahan tersebut pada saat akan diproses. [14].
Matahari 2.1.1 Pengering Surya/Penjemuran
Pengeringan dengan cara menjemur langsung merupakan metode yang paling banyak digunakan di negara berkembang. Metode ini memanfaatkan radiasi matahari dan panas udara lingkungan yang tersedia bebas, sehingga biaya yang dibutuhkan sangat sedikit. Namun, penggunaan metode ini memiliki banyak kekurangan, seperti mudahnya bahan terkontaminasi oleh burung, serangga, hujan, mikroorganisme, dan lain-lain. Selain itu waktu pengeringan juga menjadi masalah pada metode pengeringan ini [5]. Kekurangan ini dapat diatasi dengan menggunakan pengering surya buatan yang memiliki pemanas udara, ruang pengering, dan cerobong [16].
a. Pengeringan Matahari Terbuka
Pengeringan dengan metode tradisional menggunakan radiasi matahari untuk memanaskan produk secara langsung dengan aliran udara alami. Dalam metode pengeringan tradisional juga dikenal sebagai pengeringan matahari terbuka, produk disebarkan diatas lantai, dimana produk tersebut secara langsung terpapar cahaya matahari dan angin.
Meskipun pemakaian radiasi matahari yang bebas dilingkungan, serta sedikitnya pengeluaran dan sedikit tenaga kerja terpakai tetapi metode ini memproduksi produk kualitas rendah dan juga hasilnya akan dipengaruhi oleh serangan binatang, pengerumunan serangga dan hujan [17].
Gambar 2.1 Pengeringan matahari terbuka [17]
Permukaan
Pada pengeringan matahari terbuka sebagian dari energi dipantulkan kembali dan sebagian lagi diserap oleh permukaan bahan. Radiasi yang diserap dikonversi dalam bentuk energi panas sehingga meningkatkan suhu bahan. Panas radiasi hilang dari permukaan bahan menuju ke lingkungan.
Sebagai tambahan panjang gelombang radiasi yang hilang mengikuti mengikuti panas yang hilang dikarenakan hembusan udara melewati udara basah pada permukaan bahan.
Penguapan uap lembab menyebabkan hilangnya uap dan bahan menjadi kering. Lebih lanjut sebagian energi panas yang diserap dikonduksikan kedalam bagian bahan. Ini menyebabkan kenaikan temperatur dan pembentukan uap air didalam bahan dan kemudian berdifusi kearah permukaan bahan. Energi panas dari bahan berdifusi ke arah permukaan bahan dan akhirnya energi panas hilang dari bentuk penguapan [18].
Matahari
Kehilangan karena konduksi
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Pengeringan Matahari Terbuka [18]
Gelombang pendek radiasi matahari
Gelombang panjang
radiasi matahari Dipantulkan
Panas diserap
Konveksi ditambah panas penguapan hilang Bahan
pengeringan
b. Pengeringan dengan alat pengering surya
Alat pengering surya merupakan unit tertutup untuk menjaga makanan dari pengrusakan oleh burung, serangga, mikroorganisme dan tidak terkecuali dari hujan. Produksi bahan kering dengan memakai energi panas matahari termasuk bersih dan sehat [19].
Pengeringan surya sederhana yakni pengering kabin bisa dilihat pada gambar Karakteristik utama ditunjukkan oleh panas yang dibutuhkan untuk proses pengeringan material dengan radiasi langsung pada dinding transparant (kaca atau kertas perak). Dinding lainnya dari pengering terbuat dari bahan tidak tembus cahaya dan diisolasi dengan baik. Materi pengeringan disebarkan dalam lapisan tipis pada tray. Bagian bawah tray dipenuhi dengan lubang. Aliran udara masuk kelubang dengan konveksi alami menuju materi dan akhirnya meninggalkan bagian atas dari kabin.
Desain pengering ini simpel, dan biaya rendah. Ini cocok untuk pengeringan produk kecil dengan jumlah 10-20 kg pada materi berbentuk butiran kecil.
Produk yang dikeringkan pada pengering kabinet sebagian besar produk pertanian, sayuran, buah-buahan, rempah- rempah, dan obat-obatan alami.
Gambar 2.3 Struktur Kabinet Dryer
Variasi dari kabinet dryer adalah tent dryer, dimana terdiri atas kerangka segitiga. Orientasi pada dinding adalah transparant, dinding belakang
Selatan Udara
keluar
Udara masuk
mencakup lembaran hitam. Material ditebar pada tray panjang terbuat dari jaring atau kawat berlubang [19].
c. Pengeringan Kombinasi Surya-Desikan
Penggunaan energi surya adalah salah satu metode pengeringan dengan biaya murah dan paling banyak digunakan untuk produk pertanian dan kelautan.
Umumnya, pengering surya dapat dikategorikan menjadi tiga jenis: konveksi alami, konveksi paksa, dan pengering surya hibrida [5,9]. Salah satu pengering surya hibrida yang telah dibahas adalah sistem dehumidifikasi yang dibantu surya, yang efektif untuk produk sensitif panas karena dapat menghasilkan udara kering pada suhu yang lebih rendah. adsorben diperlukan untuk menghilangkan kadar air dari udara; adsorben yang umum digunakan adalah desikan [20].
Beberapa keuntungan menggunakan pengering desikan telah dibahas oleh Misha et al [20], yaitu dengan menggunakan desikan pada saat pengeringan (yaitu dengan menggunakan yang meliputi: pengeringan terus menerus bahkan selama tidak ada sinar surya, yang akan mengurangi waktu pengeringan karena udara panas dan kering, pengeringan yang lebih seragam, dan peningkatan kualitas produk terutama untuk produk yang sensitif panas.)
2.1.2 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Pengeringan
Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan ada dua golongan yaitu faktor yang berhubungan dengan udara pengering dan faktor yang berhubungan dengan sifat bahan yang dikeringkan. Faktor-faktor yang berhubungan dengan udara pengering adalah suhu, kecepatan volumetrik, aliran udara pengering dan kelembaban udara. Faktor-faktor yang berhubungan dengan sifat bahan yang dikeringkan adalah ukuran bahan, kadar air awal dan tekanan parsial di dalam bahan.
Faktor - faktor yang berpengaruh dalam kecepatan pengeringan tersebut adalah:
a. Luas Permukaan
Air menguap melalui permukaan bahan, sedangkan air yang ada di bagian tengah akan merembes ke bagian permukaan dan kemudian menguap. Untuk
mempercepat pengeringan umumnya bahan pangan yang akan dikeringkan dipotong- potong atau diiris - iris terlebih dulu. Hal ini terjadi karena:
(1) Pemotongan atau pengirisan tersebut akan memperluas permukaan bahan dan permukaan yang luas dapat berhubungan dengan medium pemanasan sehingga air mudah keluar.
(2) Potongan - potongan kecil atau lapisan yang tipis mengurangi jarak dimana panas harus bergerak sampai ke pusat bahan pangan. Potongan kecil juga akan mengurangi jarak melalui massa air dari pusat bahan yang harus keluar ke permukaan bahan dan kemudian keluar dari bahan tersebut [21]
b. Perbedaan Suhu dan Udara Sekitarnya
Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan pangan makin cepat pemindahan panas ke dalam bahan dan makin cepat pula penghilangan air dari bahan. Air yang keluar dari bahan yang dikeringkan akan menjenuhkan udara sehingga kemampuannya untuk menyingkirkan air berkurang. Jadi dengan semakin tinggi suhu pengeringan maka proses pengeringan akan semakin cepat. Akan tetapi bila tidak sesuai dengan bahan yang dikeringkan, akibatnya akan terjadi suatu peristiwa yang disebut case hardening, yaitu suatu keadaan dimana bagian luar bahan sudah kering sedangkan bagian dalamnya masih basah [21].
c. Kecepatan Aliran Udara
Udara yang bergerak dan mempunyai gerakan yang tinggi selain dapat mengambil uap air juga akan menghilangkan uap air tersebut dari permukaan bahan pangan, sehingga akan mencegah terjadinya atmosfir jenuh yang akan memperlambat penghilangan air. Apabila aliran udara disekitar tempat pengeringan berjalan dengan baik, proses pengeringan akan semakin cepat, yaitu semakin mudah dan semakin cepat uap air terbawa dan teruapkan [21]
d. Tekanan Udara
Semakin kecil tekanan udara akan semakin besar kemampuan udara untuk mengangkut air selama pengeringan, karena dengan semakin kecilnya tekanan berarti
kerapatan udara makin berkurang sehingga uap air dapat lebih banyak tertampung dan disingkirkan dari bahan pangan. Sebaliknya jika tekanan udara semakin besar maka udara di sekitar pengeringan akan lembab, sehingga kemampuan menampung uap air terbatas dan menghambat proses atau laju pengeringan [21].
2.2 Desikan
Desikan merupakan bahan atau zat yang biasa digunakan untuk penyerapan air yang dikandung sesuatu zat oleh zat lain. Zat-zat yang digunakan untuk penyerapan air disebut zat pengering atau desikan [20]. Desikan berbentuk padatan disebut adsorben. Adsorben adalah bahan padat dengan luas permukaan dalam yang sangat besar. Permukaan yang sangat luas ini terbentuk karena banyaknya pori yang halus pada padatan tersebut. Kebanyakan adsorben adalah bahan-bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau pada letak – letak tertentu didalam partikel. Biasanya luasnya berada dalam orde 200 – 1000 m2/g adsorben. Diameter pori sebesar 0,0003 – 0,02 μm. Beberapa jenis adsorben komersial memiliki standar luas permukaan yaitu alumina aktif 200-500 m2/g; silika gel 400-800 m2/g; karbon aktif 300-1.200 m2/g; karbon molecular sieve 400 m2/g;
dan zeolit 200-600 m2/g [21].
Berikut dibawah ini merupakan jenis-jenis desikan yang biasa digunakan:
1. Activated Carbon merupakan bahan microcrystalline yang dibuat dengan cara penguraian termal dari kayu, tumbuhan, cangkang, batubara, dsb.
mempunyai luas area 300-1200 m2/g dengan diameter pori rata-rata 10 sampai 60 A.
2. Silica Gel dibuat dari sodium silicate dengan luas permukaan 400-800 m2/g dengan diameter pori rata-rata 20-50 A.
3. Activated Alumina mempunyai luas permukaan 200-500 m2/g dengan pori rata-rata 20-140 A.
4. Molecular Sieve Zeolite digunakan untuk memisahkan hidrokarbon dan campurannya. Memiliki ukuran pori 3-10 A.
(a) Silika gel (b) Zeolit
(c) Karbon Aktif (d) Alumina
Gambar 2.4. Jenis-jenis adsorben (a) Silika gel, (b) Zeolit, (c) Karbon Aktif dan (d) Alumina [23].
2.3 Kinetika Pengeringan
Pengeringan suatu bahan dapat ditentukan model matematika sehingga dapat dihitung berapa kelembapannya, massa dan kadar air bahan setelah pengeringan.
Beberapa dari model di bawah ini merupakan model matematika yang sering digunakan, yaitu:
1. Model Newton
Model Newton merupakan sebuah model matematika pengeringan lapisan tipis yang juga disebut Model Lewis. Lewis mendeskripsikan bahwa perpindahan air dari makanan dan bahan pangan dapat ditunjukkan dengan analogi aliran panas dari tubuh ketika tubuh direndam dalam cairan dingin. Model ini digunakan terutama karena sederhana. Dianalogikan dengan hukum Newton tentang pendinginan dimana laju hilangnya uap air dari produk pertanian yang dikelilingi oleh udara pada suhu konstan (kesetimbangan termal).
MR = exp (-kt)
Dimana MR Newton merupakan rasio kelembaban (moisture ratio) dari Model Newton, k ialah konstanta pengeringan dan t merupakan waktu pengeringan (jam) [24,25].
2. Model Henderson dan Pabis
Ada berbagai model pendekatan yang telah digunakan oleh para peneliti dalam pemodelan pengeringan terkait karakteristik produk makanan dan bahan pertanian. Bentuk paling sederhana dari berbagai model pendekatan tersebut direpresentasikan sebagai Model Henderson dan Pabis sebagai bentuk sederhana dari serangkaian bentuk penyelesaian umum hukum Fick II.
MR = a exp (-kt)
Dimana MR Henderson-Page merupakan rasio kelembaban (moisture ratio) dari model Henderson-Pabis, a dan k merupakan konstanta pengeringan serta t merupakan waktu pengeringan (jam) [24,25].
3. Model Page
Model Page merupakan model yang dimodifikasi dari Model Lewis. Page menyarankan model ini dengan tujuan untuk mengoreksi kekurangan-kurangan dari Model Lewis. Model Page telah menghasilkan simulasi yang sesuai untuk menjelaskan pengeringan produk pertanian yang banyak dan juga lebih mudah digunakan dibandingkan dengan persamaan lainnya dimana perpindahan uap air
secara difusi yang lebih sulit secara teoritis serta yang memerlukan waktu komputasi dalam proses pemasangan data.
MR = exp(-ktn)
Dimana MR Page merupakan rasio kelembaban (moisture ratio) dari Model Page, k merupakan konstanta pengeringan, n merupakan konstanta pengeringan, nilai n bervariasi tergantung pada materi yang digunakan dan t merupakan waktu pengeringan (jam) [24,25].
Dari persamaan matematika model Newton, model Page, dan model Handerson-Pabis di atas, kemudian diubah ke dalam bentuk linier. Berikut di bawah ini merupakan bentuk linier model matematika: [15,16]
Tabel 2.1 Model Kinetika Pengeringan
Nama Model Persamaan Model Bentuk Linier
Newton MR= exp(-kt) ln MR = -kt
Page MR= exp(-ktn) ln (-ln MR) = ln k +n ln t Henderson-Pabis MR= a exp(-kt) ln MR = ln a – kt
Koefisien determinasi (R2), chi-square (χ2) dan Root Mean Square Error (RMSE) dihitung melalui persamaan berikut.
RMSE = √N∑ (M Ni exp,i-M pre,i 2 [15]
Keterangan :
RMSE = Root Mean Square Error
N = Jumlah Data
MRpre = MR prediksi model MRexp = MR hasil percobaan
χ2 = ∑ (M exp,i-M pre,i
N 2 i
N-z [16]
Keterangan :
χ2 = chi square
N = jumlah data
MRpred = MR prediksi model MRexp = MR hasil percobaan
z = jumlah konstanta pada persamaan model
Model matematika yang memiliki nilai R2 mendekati 1, RSME dan χ2 yang terkecil menunjukan tingkat keseuaian yang paling tinggi.
2.4 Daun Gambir
Daun gambir (Uncaria gambir Roxb.) merupakan tanaman yang sangat banyak digunakan masyarakat, dan sekarang ini untuk dijadikan teh karena khasiatnya serta senyawa-senyawa yang terkandung dalam daun gambir. Di Indonesia, ada tiga varietas daun gambir yang dikenal di Indonesia, yaitu Cubadak, Udang, dan Riau, dan pada umumnya di Sumatera Utara lebih banyak tanaman gambir dengan varietas Cubadak dan Udang. Cubadak memiliki daun yang agak bundar dan kasar pada bagian permukaan, sedangkan varietas udang mempunyai daun yang lebih panjang, lembut, dan permukaan bawah daun berwarna merah.
(a) (b)
Gambar 2.5 Daun Gambir (a) Cubadak dan (b) Udang [26]
Daun gambir mengandung senyawa kimia yang cukup penting, antara lain triterpen, flavonoid (terutama gambirin), katekin, zat penyamak, kumarin, dan sejumlah alkaloid [1]. Katekin merupakan senyawa yang tidak berwarna dan membuat rasa kepahitan dan astringency dalam seduhan teh [27]. Di dalam daun gambir mengandung polifenol, yang dimana polifenol baik untuk tubuh yang berkhasiat untuk menurunkan resiko terkena penyakit kanker, jantung, dan proses degrenatif penuaan dan biasanya disajikan dalam bentuk seduhan teh, sedangkan daun gambir muda yang masih segar, biasanya digunakan untuk mengobati luka, demam, diare, disentri, sakit kepala, serta obat kumur untuk mengobati sakit tenggorokan [26].
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.
3.2 Peralatan Penelitian 3.2.1 Alat Pengering
Alat pengering surya terdiri dari dua komponen utama: ruang pengering dan kolektor surya. Ruang pengering adalah ruang dengan dimensi 50 cm x 50 cm dengan tinggi 150 cm dan memiliki cerobong sebagai keluarnya udara dan uap air.
Ruang pengering dilengkapi dengan kipas yang dapat divariasikan kecepatannya, dan juga rak untuk meletakkan bahan yang dikeringkan dan di bagian bawah rak bahan terdapat rak khusus untuk desikan. Kolektor surya yang digunakan jenis plat datar bersirip dengan dimensi 2 m × 0,5 m × 0,1 m yang dilapisi dengan isolator rockwoll, Styrofoam dan kayu triplek. Kolektor surya berorientasi ke utara dengan sudut kemiringan 60°.
Berikut di bawah ini merupakan sketsa alat pengering yang akan digunakan pada penelitian ini.
Gambar 3.1 Sketsa Alat Pengering Kombinasi Surya-Desikan Keterangan:
Kolektor Surya (1).
Higrometer: Higrometer pada Kolektor Surya (7), Higrometer pada Rak Desikan (2), dan Higrometer pada Rak Bahan(8, 9, 10).
Rak Bahan Baku (3, 4, 5)
Exhaust Fan (6)
3.2.2 Peralatan Pengambilan Data dan Analisa
Pengambilan data kondisi operasi pengeringan digunakan higrometer dan data perbedaan massa daun gambir menggunakan neraca elektrik. Untuk menentukan kecepatan udara pada kipas digunakan anemometer. Peralatan analisa yang digunakan untuk menentukan kadar air mula-mula daun gambir, kadar air daun gambir kering menggunakan oven dan kadar abu menggunakan furnace.
2
1. Higrometer adalah alat untuk mengukur kondisi kelembapan udara pada alat pengering pada bagian udara masuk ke kolektor surya, pada bagian desikan, dan pada ruang bahan.
Gambar 3.2 Higrometer
2. Neraca elektrik adalah alat untuk mengukur/menimbang berat dari sampel yang dikeringkan. Pengambilan data dilakukan setiap 1 jam sekali.
Gambar 3.3 Neraca Elektrik
3. Anemometer adalah alat untuk mengukur kecepatan udara pada kipas exchaust fan.
Gambar 3.4 Anemometer
4. Oven adalah alat yang digunakan untuk dapat menentukan kadar air sampel sebelum dan sesudah pengeringan
Gambar 3.5 Oven
5. Furnace adalah alat yang digunakan untuk mengabukan suatu bahan.
Gambar 3.6 Furnace
3.3 Diagram Kerja Penelitian
Persiapan bahan baku
Pembagian Bahan Baku
Pengeringan Bahan Baku menggunakan
oven
Initial Moisture Content
Pengeringan Bahan Baku menggunakan Pengering Surya-
Desikan
Analisa Bahan Baku Kering
Analisa Polifenol Total
Analisa Kadar Abu Analisa Kadar Air
Gambar 3.7 Diagram Kerja Pengeringan Daun Gambir Menggunakan Pengering Kombinasi Surya Desikan
3.4 Prosedur Kerja Penelitian 3.4.1 Proses Pengeringan
Adapun prosedur yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:d
1. Pengering dioperasikan pada pukul 09.00-17.00 WIB
2. Penlitian dilakukan dengan memvariasikan jarak rak pengering, yaitu rak 1 = 20 cm, rak 2 = 40 cm, rak 3 = 60 cm dan kecepatan udara pengering, yaitu PWM maksimum, PWM medium, dan PWM minimum dimana signifikan dengan 3 m/s;
2 m/s; dan 1 m/s.
3. Berat bahan yang dikeringkan diukur menggunakan neraca setiap selang waktu 1 jam.
4. Setiap data yang diperoleh digunakan dalam perhitungan untuk memperoleh moisture ratio, laju pengeringan, kinetika pengeringan serta karakteristik pengeringan. Daun gambir kering dikirim ke PT. Angler BioChemlab untuk diuji
kadar polifenol, sedangkan kadar air dan kadar abu diuji di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.
3.4.2 Perhitungan Laju Pengeringan
Laju pengeringan merupakan perubahan moisture content terhadap waktu dibagi dengan luas permukaan baki [15]. Massa daun gambir ditimbang setiap 1 jam sekali dengan menggunakan neraca elektrik. Untuk menghitung moisture content digunakan persamaan:
Moisture Content (%) =
3.1 [15]
Moisture Ratio ditentukan dengan menggunakan persamaan :
Moisture Ratio =
3.2 [15]
Laju pengeringan ditentukan dengan menggunakan persamaan:
3.3 [15]
Keterangan:
= Laju pengeringan (g/m2.s) M0 = Moisture Content mula-mula
Mt = Moisture Content pada setiap selang waktu tt = Waktu pada setiap selang waktu
to = Waktu pengeringan mula-mula
A = Luas Permukaan baki
3.4.3 Analisa Bahan Hasil Pengeringan
Analisa bahan hasil pengeringan dengan mengetahui kualitas yang ada pada daun gambir yaitu :
Tabel 3.1 Pengujian Kualitas Daun Gambir Karakteristik
Kadar Air, (%) (bobot/bobot), maks Kadar Abu Total, (%) (bobot/bobot), maks Kadar Polifenol Total (%)
Daun Gambir hasil pengeringan diuji kadar air dan kadar abu akan diuji di Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dan untuk kadar polifenol total akan dilakukan di PT.
Angler BioChemlab di Surabaya untuk memperoleh hasil yang lebih akurat.
3.5 Flowchart Penelitian
Untuk lebih jelasnya prosedur penelitian disajikan dalam bentuk flowchart sebagai berikut :
3.5.1 Persiapan Bahan
Gambar 3.8 Flowchart Persiapan Bahan Baku Penelitian Pengeringan Daun Gambir Menggunakan Pengering Kombinasi Surya Desikan
Mulai
Disiapkan daun gambir segar sebanyak 200 g
Sebanyak 50 g dimasukkan ke dalam oven untuk menghitung kadar air
bahan/sampel
Sebanyak 150 g dimasukkan ke dalam rak pengering sebagai bahan yang akan
dikeringkan dengan pengering Kombinasi Surya Desikan Dikeringkan dengan oven pada suhu
110oC selama 24 jam Dihitung kadar air sampel
Selesai
Selesai
3.6.2 Pengeringan Daun Gambir dengan Pengering Surya-Desikan
Alat pengering disiapkan juga arah/letaknya searah utara dan selatan
Diletakkan Daun Gambir 150g pada rak dan diratakan
Atur kecepatan udara dan ukur kecepatan udara pada exhaust fan dengan Anemometer dan atur jarak bahan terhadap desikan pada rak pengeringan
Desikan dimasukkan ke ruang pengering pada rak desikan
Pengeringan dengan energi surya-desikan berlangsung dari pukul 09.00-17.00
Diambil data pengurangan berat setiap 1 jam sekali menggunakan
neraca elektrik Mulai
A
B Higrometer diletakan pada kolektor surya, rak desikan,
dan pada rak daun gambir
Gambar 3.9 Flowchart Penelitian menggunakan Pengering Kombinasi Surya-Desikan
Data pengeringan hingga selesai waktu operasi
Dilakukan perhitungan dengan Microsoft Excel
Apakah ada variasi kecepatan udara dan jarak ?
Selesai
Tidak
Ya
A B
3.6 Flowchart Analisa Hasil Pengeringan
3.6.1 Flowchart Prosedur Analisa Kadar Air Daun Gambir Kering
Gambar 3.10 Flowchart Prosedur Analisa Kadar Air Daun Gambir Kering
Selesai
Dihitung kadar air Daun Gambir Kering
Dikeringkan dengan oven pada suhu 110 oC selama 1 jam
Didinginkan di dalam desikator dengan udara luar dan ditimbang massanya dalam interval waktu 5 menit hingga konstan
Daun Gambir Kering diletakkan di aluminium foil Daun Gambir Kering ditimbang sebanyak 5 gram
Mulai
3.6.2 Flowchart Penentuan Kadar Abu
Gambar 3.11 Flowchart Prosedur Analisa Kadar Abu Dihitung kadar abu
Daun Gambir kering dimasukkan kedalam furnace selama 3 jam suhu 500oC
Didinginkan di dalam desikator dengan udara luar dan ditimbang massanya
Daun Gambir kering dimasukkan ke dalam cawan porselin
Mulai
Daun Gambir kering ditimbang sebanyak 5 gram
Selesai
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengeringan daun gambir yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan alat pengering kombinasi surya-desikan. Variabel bebas pada penelitian ini adalah:
1)
Reka bentuk alat yakni perbedaan jarak keluarnya udara panas dari kolektor surya ke bahan yang dikeringkan.2)
Kondisi operasi pengeringan yaitu kecepatan udara sampai ke bahan yang dikeringkan.4.1 Kondisi Kelembapan Udara pada Pengering Kombinasi Surya-Desikan Berikut di bawah ini merupakan grafik menunjukkan kondisi kelembapan udara pada saat proses pengeringan terjadi dimulai pada pukul 09.00 hingga 17.00 pada alat pengering kombinasi surya-desikan dimana sketsa dapat dilihat pada gambar 3.1. RH pada kolektor surya merupakan kondisi kelembapan udara saat memasuki alat pengering, RH pada rak desikan merupakan kondisi kelembapan udara pada saat udara yang masuk dari kolektor surya melewati desikan, sedangkan RH pada rak bahan merupakan kondisi kelembapan udara pada area rak bahan yang akan dikeringkan.
Gambar 4.1 Kelembapan Udara pada Kolektor Surya, Rak Desikan dan Rak Bahan dengan Kecepatan Udara 1 m/s pada Rak 1 (a), Rak 2 (b), dan Rak 3 (c)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
a
b
c
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
Gambar 4.2 Kelembapan Udara pada Kolektor Surya, Rak Desikan dan Rak Bahan dengan Kecepatan Udara 2 m/s pada Rak 1 (d), Rak 2 (e), dan Rak 3 (f)
0 10 20 30 40 50
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
0 10 20 30 40 50
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
d
e
f
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
Gambar 4.3 Kelembapan Udara pada Kolektor Surya, Rak Desikan dan Rak Bahan dengan Kecepatan Udara 3 m/s pada Rak 1 (g), Rak 2 (h), dan Rak 3 (i)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
0 10 20 30 40 50
0 2 4 6 8 10
Relative Humidity %
Waktu
RH pada Kolektor Surya RH pada Rak Desikan RH pada Rak Bahan
g
h
i
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
Dari gambar 4.1 hingga 4.3 terjadi penurunan kelembapan udara pada saat pukul 10.00 hingga pukul 14.00, yang kemudian terjadi kenaikan kelembapan udara dari pukul 15.00 hingga 17.00. Dapat dilihat pada grafik 4.1 hingga 4.9 bahwa silica gel dapat mengurangi kelembapan udara walaupun intensitas matahari sudah berkurang. Perbedaan intensitas matahari untuk peningkatan suhu kolektor yang berbeda tiap waktunya membuat fluktuasi pada perolehan RH masing-masing pengujian, sesuai dari Fithriani (2016) yang menyatakan suhu berbanding terbalik dengan kelembaban [27].
4.2 Pengaruh Kondisi Reka Bentuk Pengering
4.2.1 Pengaruh Jarak Sumber Udara Panas ke Bahan yang Dikeringkan Terhadap Penurunan Moisture Content Menggunakan Pengering Kombinasi Surya-Desikan
Untuk menentukan kondisi suatu bahan yang sudah dikeringkan, ditentukan dengan menghitung moisture content dari bahan tersebut setiap selang waktu.
Moisture Content merupakan perubahan berat suatu bahan terhadap berat kering bahan tersebut dibagi berat awal bahan (wet base/basis basah) dan moisture ratio merupakan moisture content pada saat mula-mula dibagi moisture content yang lebih besar [17].
Pengaruh jarak sumber udara panas ke bahan yang dikeringkan pada proses pengeringan dapat digambarkan melalui grafik penurunan moisture ratio terhadap waktu. Berikut grafik pengaruh jarak rak pada proses pengeringan dimana waktu penelitian dimulai dari jam 09.00 hingga 17.00.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.4 Hubungan Moisture Ratio terhadap Waktu pada Kecepatan 1 m/s (a), Kecepatan 2 m/s (b), dan, Kecepatan 3 m/s (c)
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
0 2 4 6 8 10
Moisture Ratio
Waktu, Jam
Jarak 20 cm Jarak 40 cm Jarak 60 cm
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
0 2 4 6 8 10
Moisture Ratio
Waktu, Jam
Jarak 20 cm Jarak 40 cm Jarak 60 cm
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
0 2 4 6 8 10
Moisture Ratio
Waktu, Jam
Jarak 20 cm Jarak 40 cm Jarak 60 cm 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00
![Gambar 2.5 Daun Gambir (a) Cubadak dan (b) Udang [26]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2399783.4084040/37.893.231.740.834.1011/gambar-daun-gambir-a-cubadak-dan-b-udang.webp)
