METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 III. METODOLOGI PENELITIAN A. WAKTU DAN LOKASI PENELITIAN Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Februari 2012 sampai dengan Juni 2012 di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. B. ALAT DAN BAHAN a. Alat 1) Osmotic Dehydrator Komponen dari osmotic dehydrator yang digunakan berupa dua panci terbuat dari stainless steel merupakan baja tahan karat. Panci utama yang berfungsi sebagai penyalur panas ke sampel telah dirangkai satu dengan elemen pemanas (heater). Sedangkan panci yang lain digunakan sebagai wadah sampel dan larutan osmotik ini dirangkai satu dengan elemen termostat dan pengaduk (stirer). Heater yang digunakan sebanyak 2 unit dengan daya masing-masing sebesar 1000 Watt. Termostat berfungsi mengontrol suhu larutan osmotik agar konstan selama pengukuran, selain itu untuk memastikan suhunya konstan digunakan satu buah termometer. Stirer digunakan untuk menggerakkan/mengaduk larutan osmotik agar panas yang diberikan merata ke dalam wadah sampel. Stirer digerakkan oleh motor DC yang disambungkan ke adaptor pengubah tegangan, sehingga kecepatan putar pengaduk dapat diubah menjadi 100 rpm, 300 rpm dan 500 rpm. Foto dan skema alat dapat dilihat pada Gambar 2 dan Lampiran 18. 2) Refraktometer merk Atago model N1 dan K Fuji ) Pisau 4) Kertas saring / tissue 5) Timbangan digital 6) Stopwatch 7) Gelas ukur 8) Jangka sorong/mistar 9) Drying oven, cawan, tray, dan penjepit cawan 10) Desikator 11) Termometer 12) Tachometer 13) Voltmeter 14) Ampermeter b. Bahan Bahan yang digunakan adalah buah mangga Indramayu yang didapatkan dari toko buah di daerah sekitar kampus Dramaga yang telah dipotong memanjang dengan ukuran yaitu 3 cm x 3 cm x 1 cm. Buah mangga yang akan digunakan memiliki tingkat kematangan yang sama dan dengan jenis yang sama untuk setiap perlakuan. Bahan tambahan yang lain adalah larutan osmotik berupa campuran dari larutan gula dan aquades. 13

2 C. PROSEDUR PENELITIAN 1. Pembuatan Larutan Osmotik Larutan osmotik yang digunakan adalah campuran dari larutan gula dan aquades. Konsentrasi larutan osmotik yang akan digunakan pada penelitian adalah 61 o Bx. Pembuatan konsentrasi larutan osmotik ini berdasarkan rasio perbandingan antara massa gula dengan massa pelarut (air). Untuk pembuatan larutan gula 61 o Bx, membutuhkan gula putih sebanyak 3.84 kg dilarutkan dalam 2500 ml air. Kemudian diukur kadar TPT (Total Padatan Terlarut) dengan menggunakan refraktometer. Meskipun dengan penggunaan rasio, konsentrasi larutan yang diinginkan tidak sesuai karena gula di pasaran tidak murni dan kadar air masih tinggi. Apabila angka refraktometer menunjukkan < 61 o Bx maka ditambahkan gula ke dalam larutan, dan sebaliknya ditambah aquades apabila angka menunjukkan > 61 o Bx. 2. Prosedur Penelitian Dehidrasi Osmotik Langkah kerja dalam dehidrasi osmotik adalah sebagai berikut: a. Mangga dicuci, dibersihkan, dikupas kulitnya, dan dipotong dengan ukuran 3 cm x 3 cm x 1 cm. b. Mengambil enam sampel secara acak untuk mengetahui berat awal dan kadar air awal c. Tiga sampel diambil untuk dimasukkan ke dalam osmotic dehydrator dan tiga lainnya dimasukkan ke dalam oven untuk pengukuran kadar air awal. d. Larutan osmotik dimasukkan ke dalam heater. Konsentrasi larutan osmotik diukur dengan menggunakan refraktometer sebesar 61 o Bx. Kemudian larutan osmotik dipanaskan di dalam heater sesuai dengan suhu perlakuan yaitu 30 o C, 40 o C dan 50 o C. e. Mengatur kecepatan pengadukan larutan osmotik yaitu dengan kecepatan 100 rpm (kecepatan rendah), 300 rpm (kecepatan sedang) atau 500 rpm (kecepatan tinggi). f. Wadah yang berisi sampel dimasukkan ke dalam heater yang telah terisi oleh larutan osmotik dengan perbandingan berat 1 : 3 (sampel : larutan), kisaran sampel 700 gram dan larutan osmotik sebanyak 2000 ml. g. Mengamati perubahan konsentrasi larutan osmotik menggunakan refraktometer dan mengamati perubahan kecepatan pengadukan selama 8 jam. Selang waktu yang digunakan adalah menit ke 0, 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 300, 360, 420, dan 480. h. Pada menit ke-0 diambil 3 sampel acak untuk dilakukan pengukuran berat awal sampel sebelum proses dehidrasi osmotik dan mengambil 3 sampel acak berbeda untuk menentukan kadar air awal. Pada menit ke-480 diambil sampel acak sebelumnya untuk dilakukan pengukuran berat akhir sampel setelah proses dehidrasi osmotik dan menentukan kadar air akhir. Setelah mengetahui berat sampel sebelum dan sesudah dehidrasi osmotik serta mengetahui kadar air awal dan akhir sampel maka dapat mengukur nilai water loss (WL) dan solid gain (SG). 14

3 D. RANCANGAN PENELITIAN Rancangan penelitian ini dilakukan menggunakan rancangan faktorial dengan 2 perlakuan yang masing-masing memiliki 3 taraf perlakuan. Jadi, dari kedua jenis perlakuan yang berbeda diperoleh 9 kombinasi perlakuan yang terdapat pada Tabel 3. Sedangkan diagram alir dapat dilihat pada Gambar 9. Perlakuan yang digunakan dalam penelitian terdiri dari : Perlakuan 1 : T1 = suhu larutan osmotik 30 o C T2 = suhu larutan osmotik 40 o C T3 = suhu larutan osmotik 50 o C Perlakuan 2 : K1 = kecepatan pengadukan rendah (100 rpm) K2 = kecepatan pengadukan sedang (300 rpm) K3 = kecepatan pengadukan tinggi (500 rpm) Tabel 3. Jenis dan kombinasi perlakuan Perlakuan Suhu Larutan Kecepatan Pengadukan Notasi Perlakuan 30 o C Rendah (100 rpm) T1K1 Sedang (300 rpm) T1K2 Tinggi (500 rpm) T1K3 40 o C Rendah (100 rpm) T2K1 Sedang (300 rpm) T2K2 Tinggi (500 rpm) T2K3 50 o C Rendah (100 rpm) T3K1 Sedang (300 rpm) T3K2 Tinggi (500 rpm) T3K3 Gambar 8. Osmotic dehydrator 15

4 Mulai Penentuan sample buah mangga Indramayu Persiapan alat dan bahan penelitian Penentuan potongan mangga dengan ukuran 3cm x 3cm x 1cm Penentuan perbandingan larutan osmotik dengan berat sampel (1:3) Pembuatan larutan gula 61 o Bx Pengambilan 6 sampel acak 3 sampel untuk pengukuran kadar air awal 3 sampel untuk pengukuran berat awal (Dehidrasi Osmotik) Penentuan suhu dan kecepatan pengadukan 30ºC, 61 ºBx Kecepatan pengadukan rendah, sedang dan Tinggi 40ºC, 61 ºBx Kecepatan pengadukan rendah, sedang dan tinggi 50ºC, 61 ºBx Kecepatan pengadukan rendah, sedang dan tinggi Pengukuran konsentrasi larutan osmotik selang waktu tertentu Perhitungan WL dan SG berdasarkan pengukuran Pengukuran setelah perlakuan 1. Berat akhir sampel 2. Kadar air akhir. Perhitungan bilangan Reynolds dan bilangan Power Analisis data penelitian Selesai o Gambar 9. Diagram alir rancangan penelitian 16

5 E. PENGAMATAN Pengamatan yang dilakukan terdiri atas: 1. Kadar Air Metode Oven Langkah awal dalam pengukuran kadar air sampel (potongan buah mangga) yaitu dengan mengeringkan cawan kosong di dalam oven bersuhu 105 o C selama ±15 menit kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Sampel sejumlah a gram dimasukkan ke dalam cawan tersebut dan dikeringkan di dalam oven bersuhu 105 o C sampai perubahan massa tidak terjadi lagi. Setelah perubahan massa tidak terjadi lagi sampel dikeluarkan dari oven dan didinginkan di dalam desikator dan ditimbang. Perbedaan berat sampel sebelum dan sesudah dehidrasi osmotik dihitung sebagai persen kadar air dapat dilihat pada persamaan (5) Kadar air %bb = a b a x 100% (5) Dimana: a = berat sampel sebelum dikeringkan (g) b = berat sampel setelah dikeringkan (g) 2. Water Loss (WL) dan Solid Gain (SG) Water loss didefinisikan sebagai pengurangan jumlah air yang terdapat di dalam sampel setelah dilakukan proses dehidrasi osmotik. Sedangkan solid gain merupakan penambahan berat sampel setelah dehidrasi osmotik berdasarkan berat sampel awal atau banyaknya sampel yang masuk ke dalam sampel. Berdasarkan Souza et al. (2007) untuk mengetahui besarnya WL dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (6), sedangkan untuk mengetahui SG dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (7). Perhitungan water loss dan solid gain dilakukan sebanyak tiga kali ulangan. Untuk mendapatkan nilai water loss dan solid gain sampel yang akan diukur adalah massa sampel sebelum dan sesudah proses dehidrasi osmotik selama 8 jam serta nilai kadar air awal dan kadar air akhir sampel. Dimana: WLt = (m 0- mt Wt W0 ) (6) SG t = W t 100 m t W 0 (100 m 0 ) W 0 (7) W 0 = berat awal sampel (g) W t = berat sampel pada waktu t (g) m 0 = Kadar air awal sampel (%bb) m t = Kadar air sampel pada waktu t (%bb) 3. Bilangan Reynolds dan Bilangan Power Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perbandingan antara gaya inersia dan gaya viskos yang terjadi pada fluida. Sistem pengadukan yang terjadi bisa diketahui bilangan Reynolds-nya. Menentukan bilangan Reynolds dilakukan pada tiga kali kecepatan putar pengadukan yang berbeda dan dilakukan setiap penurunan konsentrasi larutan pada waktu yang ditentukan selama 8 jam. Berdasarkan persamaan (8) bilangan Reynolds pada pengadukan larutan osmotik dipengaruhi beberapa parameter yaitu viskositas larutan, densitas, diameter impeler dan kecepatan putar pengaduk (Mc Cabe 1994). 17

6 Re = ρ D2 N μ (8) Dimana : Re = bilangan Reynolds ρ = densitas fluida (kg/m 3 ) μ = visikositas fluida (kg/ms) D = diameter impeler (m) N = kecepatan pengadukan (putaran/detik) Viskositas dan densitas larutan osmotik ditentukan berdasarkan suhu yang diberikan dan setiap penurunan konsentrasi larutan osmotik pada kecepatan putar pengadukan yang berbeda. Viskositas dan densitas larutan osmotik didapatkan dengan menggunakan aplikasi online Sugar Engineers. Menurut Foucault 2012, bilangan tidak berdimensi yang biasa digunakan untuk menghitung power (daya) atau tenaga yang dibutuhkan pada percobaan yang akan dilaksanakan yaitu bilangan power. Secara matematis dapat ditulis pada persamaan (9) N P0 = P ρ n 3 D 5 (9) Dimana : N Po = bilangan power P = daya masukan motor D = diameter pengaduk n = kecepatan putaran pengaduk ρ = densitas Pada persamaan (9), seharusnya daya yang digunakan adalah daya keluaran atau daya mekanik dari motor, akan tetapi pada penelitian ini daya yang digunakan adalah daya masukan atau daya listrik motor, karena pada penelitian ini daya keluaran dari motor DC tidak dilakukan pengukuran. Berdasarkan Gambar 7 saat rpm rendah di atas torsi tertentu, efisiensi motor DC tidak berubah terhadap kecepatan putar motor, sehingga hubungan antara daya keluaran dengan daya masukan motor DC adalah linier. 4. Daya Listrik Pengukuran tegangan listrik dan arus listrik dilakukan pada tiga kali kecepatan putar pengaduk yang berbeda (100 rpm, 300 rpm dan 500 rpm). Setiap penurunan konsentrasi larutan osmotik dilakukan pengukuran menggunakan voltmeter dan ampermeter sebanyak tiga kali ulangan, daya listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (10). P = V I (10) Dimana : P = daya listrik dalam satuan Watt (W) V = tegangan listrik dalam satuan Volt (V) I = arus listrik dalam satuan Ampere (A) Tenaga pengaduk larutan osmotik menggunakan motor listrik arus DC. Untuk menghitung daya listrik motor DC dengan cara mengukur tegangan motor listrik menggunakan voltmeter dan mengukur arus motor listrik menggunakan ampermeter (Gambar 10). Kabel positif dari motor listrik dirangkai 18

7 secara seri ke ampermeter, sedangkan kabel negatif disambungkan langsung ke adaptor AC-DC Adaptor AC-DC (Gambar 11b) ini berfungsi sebagai pengubah arus bolak-balik (AC) dari sumber PLN menjadi arus searah (DC). Tujuan dari mengubah jenis arus ini agar mempermudah dalam mengatur tegangan listrik yang diinginkan, sehingga kecepatan pengadukan dapat diatur putarannya (putaran rendah, sedang dan tinggi). Untuk pengukuran tegangan listrik dengan menyambungkan langsung kabel postif dan negatif dari voltmeter ke adaptor AC-DC. Pengukuran akan dilakukan saat pengaduk berputar, sehingga arus listrik akan terbaca pada ampermeter dan tegangan akan terbaca pada voltmeter. Untuk pengukuran daya listrik saat proses dehidrasi osmotik selama 8 jam menggunakan model persamaan yang paling baik (power fit model) dengan menggunakan software curve expert 1.4. Model persamaan tersebut berdasarkan pendekatan rumus dari persamaan 6, dimana nilai bilangan Reynolds dan bilangan Power diperoleh saat pengukuran daya saja dengan menggunakan sampel mangga tanpa memperhitungkan waktu selama proses dehidrasi osmotik. Persamaan tersebut dapat dilihat pada persamaan (11). N Po = a Re b (11) Dimana : a dan b = konstanta N po = bilangan Power Re = bilangan Reynolds Adaptor AC-DC Voltmeter Pengaduk Ampermeter Gambar 10. Skema pengukuran arus dan tegangan listrik motor DC (a) (b) Gambar 11. (a). Multimeter (b) Adaptor AC-DC 19