BAB III METODE PENELITIAN

34

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober - Desember 2020. Pengujian kadar air biji kakao dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar, dan proses pengeringan biji kakao 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). Biji kakao yang

didapatkan langsung dari petani di desa Djati, kecamatan Karangan, kabupaten Trenggalek dikeringkan menggunakan mesin pengering tipe rotary. Tujuannya adalah untuk menganalisa proses perpindahan massa air terhadap udara keringselama proses pengeringan berlangsung.

Proses pengeringan biji kakao dilakukan dengan kapasitas 3500 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 biji kakao berlangsung.

3.4 Parameter Penelitian

Pada penelitian yang akan dilakukan terdapat beberapa parameter yang akan diamati sebagai berikut :

3.4.1 Temperature Bola Basah (Twb)

Temperature bola basah dapat diukur menggunakan thermometer analog yang seblumnya sudah dilapisi dengan kasa basah. Pada proses pengeringan, temperature bola basah merupakan temperature gabungan antara udara dan uap air dalam keadaan jenuh. Nilai temperature bola basah akan lebih kecil dibandingkan dengan temperature bola kering.

3.4.2 Temperature Bola Kering (Tdb)

Temperature bola kering di ukur menggunakan thermometer analog biasa. Temperature bola kering merupakan temperature sebenarnya yang terdapat pada bak pengering selama proses pengeringan terjadi.

3.4.3 Kelembaban Spesifik (AW)

Kelembaban spesifik atau biasa disebut kelembaban mutlak merupakan nilai jumlah massa air yang terdapat pada udara kering. Ketika udara dipanaskan maka nilai massa air yang terdapat pada udara akan sedikit. Begitupun sebaliknya ketika udara kering bersentuhan dengan biji kakao basah maka nilai massa air pada udara kering akan meningkat. Hal ini disebabkan adanya perpindahan massa air dari biji kakao terhadap udara kering.

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 pada bak pengeringan akan menurun sedangkan nilai kelembaban relatifnya akan meningkat. Sedangkan temperature bola basah 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. Besarnya nilai rasio kelembaban yakni jumlah uap air per 1000 gr udara kering.

3.4.6 Kecepatan Aliran Udara (v)

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 (t)

Total waktu pengeringan biji kakao terhitung selama satu batch pengeringan hingga mencapai penurunan berat yang diinginkan pada biji kakao. Waktu pengeringan yang didapat saat proses pengeringan nantinya akan mempengaruhi laju pengeringn biji kakao.

3.4.8 Massa Bahan (Ma)

Penurunan massa bahan menunjukkan jumlah air yang menguap pada biji kakao basah atau dapat menunjukkan besarnya kadar air saat itu. Biji kakao akan ditimbang setiap satu batch pengeringan. Proses pengeringan akan dihentikan ketika massa biji kakao mencapai kadar air dibawah 10%.

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 fermentasi, uji kadar air, dan pengeringan biji kakao. Saat uji kadar air biji kako peralatan yang digunakan antara lain adalah ; nampan, penjepit, cawan, desikator, timbangan analitik, dan oven. Fermentasi biji kakao ditempatkan pada kotak kayu. Peralatan yang digunakan saat proses pengeringan adalah ; mesin pengering tipe rotary, timbangan digital, wadah biji kakao, kotak penampungan, dimmer, anemometer, thermometer digital, barometer, stopwatch, selang, regulator, dan gad LPG. Sedangkan bahan yang digunakan adalah biji kakao.

3.6.2 Fermentasi Biji Kakao

Buah kakao segar dikupas terlebih dahulu untuk kemudian diambil bagian bijinya. Kemudian biji kakao ditimbang dengan berat ± 5000 gr. Fermentasi biji kakao menggunakan kotak kayu berukuran (0,4 m x 0,3 m x 0,3 m). Terdapat 5 susunan pada kotak kayu, biji kakao diletakkan merata pada setiap susunanya, lalu didiamkan selama 4 hari.. Setiap 48 jam sekali biji kakao dibalik untuk menjaga kesegaran selama proses fermentasi.

3.6.3 Uji Kadar Air Biji Kakao

Pengujian kadar air biji kakao dapat dilakukan menggunakan metode oven

(Air Oven Method). Setelah difermentasi biji kakao diambil sebanyak satu sample

pada setiap susunannya. Pertama cawan dibersihkan kemudian di timbang menggunakan timbangan analitik (Ohaous PA224). Kemudian setiap sample biji kakao ditempatkan pada cawan dan ditimbang kembali dengan berat ± 10 gr, lalu ditempatkan pada nampan, dan di oven (Memmert UN30) selama ± 24 jam. Setelah kering biji kakao diangkat, didinginkan didalam desikator lalu ditimbang kembali.

Berat cawan, berat biji kakao sebelum dan sesudah dikeringkan dicatat, tujuannya adalah untuk menganalisa jumlah kadar air pada biji kakao setelah difermentasi. Kadar air biji kakao dapat dinyatakan dalam bentuk prsentase menggunakan persamaan sebagai berikut (Statistik Kakao Indonesia, 2018) :

𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 (%) = (𝑀1− 𝑀2)

(𝑀1− 𝑀0 ) 𝑥 100 % ……….. (3.1)

Dimana :

𝑀₀ = berat cawan ( gr )

𝑀₁ = berat cawan + berat biji kakao sebelum uji ( gr ) 𝑀₂ = berat cawan + berat biji kakao setelah uji ( gr )

Persamaan 3.1 digunakan untuk menyatakan kadar air setiap sample biji kakao. Penentuan kadar air awal biji kakao yang akan dikeringkan didasarkan pada rata-rata sample yang di uji. Setelah diketahui kadar air awal biji kakao, maka dapat ditentukan jumlah massa air pada biji kakao yang akan dikeringkan hingga mencapai kadar air dibawah 10%.

3.6.4 Pengujian dan Pengumpulan Data

Biji kakao 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.

Biji kakao yang sudah difermentasi ditimbang menggunakan timbangan digital sebesar 3500 gr. Sebelum dilakukan pengeringan terhadap biji kakao maka terlebih dahulu ditentukan besarnya massa air yang akan diupkan pada biji kakao, sehingga nantinya kadar air biji kakao mencapai dibawah 10 %. Setelah diketahui jumlah massa air biji kakao yang akan diuapkan, kemudian dilakukan proses pengeringan. Biji kakao baru akan dimasukkan secara perlahan pada lubang input bahan setelah udara di dalam bak pengeringan dipanaskan selama ± 10 menit.

Untuk mengetahui jumlah massa air biji kakao yang akan diuapkan dapat digunakan persamaan sebagai berikut ;

𝑐 = ( 𝑏𝑎. 𝑥1 ) − ( 𝑏𝑎. 𝑥2 ) ……….……… (3.2)

Dimana :

c = massa air yang akan diuapkan (kg 𝐻2𝑂)

ba = berat awal biji kakao 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 pengurkuran 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 (𝑇_𝑤𝑏) dan bola kering (𝑇_𝑑𝑏) diukur menggunakan thermometer analog pada sisi input dan output bak pengeringan.Perubahan massa (Ma) biji kakao ditimbang menggunakan timbangan digital.

3.6.5 Analisa Data

Analisa data pada penelitian ini dilakukan dengan melihat karakterisitik pengeringan bii kakao. Data yang di analisa berupa data udara pengering dan perubahan massa biji kakao. 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

Pada penelitian ini analisa dilakukan dengan cara memplotkan temperature bola basah (𝑇_𝑤𝑏) dan bola kering (𝑇_𝑑𝑏) 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 biji kakao terhadap udara kering didalam bak pengeringan. Kadar air biji kakao ditentukan selama proses pengeringan dengan mengacu pada basis berat basah (wet basic) pada setiap prosesnya.

3.7 Laju Pengeringan

Kecepatan pengeringan biji kakao dapat diketahu melalu diagram laju pengeringan biji kakao. Laju pengeringan adalah banyaknya jumlah air yang di uapkan tiap satuan waktu atau penurunan kadar air suatu bahan tiap waktu pada proses pengeringan biji kakao 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,b/menit)

𝑥2 = kadar air akhir (%)

c = total berat air yang diuapkan (gr 𝐻₂𝑂) t = waktu pengeringan (menit)

3.8 Perpindahan Massa Air

Pada dasarnya proses pengeringan yang dilakukan merupakan proses perpindahan massa air yang ada didalam biji kakao terhadap udara kering pada bak pengeringan. Pada penelitian ini dilakukan analisa bagaimana mengetahui besarnya massa air yang berpindah dari biji kakao terhadap udara kering serta membuktikan dengan nilai penurunan massa biji kakao setelah dikeringkan. Untuk dapat mengetahui terjadinya perubahan nilai kelembaban mutlak pada udara kering setelah dilakukan proses pengeringan dapat diketahui dengan persamaan berikut :

𝑚 = 𝑎. 𝑣. 𝑡. ( 𝐴𝑊2− 𝐴𝑊1 )

Dimana :

𝑚 = jumlah perpindahan massa air yang ada pada udara kering ( kg ) 𝑎 = luas penampang pipa saluran udara ( 𝑚2 )

𝑣 = kecepatan aliran udara ( m/s ) 𝑡 = waktu pengeringan ( detik )

𝐴𝑊2 = udara lembab/air pada output bak pengering ( 𝑘𝑔/𝑚3 )