III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 TEMPAT DAN WAKTU Penelitian dilaksanakan di laboratorium Teknik Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian (TPPHP) dan Laboratorium Lingkungan dan Bangunan Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian pada bulan Juni sampai dengan September 2009. 3.2 BAHAN DAN ALAT Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah gas etilen, gas oksigen, kalium permanganat, asam askorbat, dan arang aktif. Sedangkan alat yang diperlukan adalah balok kaca ukuran 50x20x20 cm 3 dan tebal 8 mm, paralon diameter 4 inci dan panjang 35 cm, selang plastik diamter 4 mm, kipas, syringe, gas kromatografi, gas analyzer, potensiometer, transistor, dan tachometer. 3.3 METODE PENELITIAN 3.3.1 Prosedur 3.3.1.1 Persiapan Bahan Penyerap Etilen dan Oksigen Konsentrasi larutan KMnO 4 sebagai bahan penyerap etilen yang digunakan adalah KMnO 4 75% dan KMnO 4 10% sedangkan konsentrasi asam askorbat yang digunakan sebagai bahan penyerap oksigen adalah asam askorbat 40% dan asam askorbat 60%. Larutan KMnO 4 10% dibuat dengan cara melarutkan 10 gr KMnO 4 serbuk kedalam 100 ml larutan. KMnO 4 75% diperoleh dari pelarutan 75 gr serbuk KMnO 4 kedalam 100 ml larutan dan dipanaskan pada suhu ± 60 C. Asam askorbat 40% atau 60% diperoleh dengan melarutkan serbuk asam askorbat sebanyak 40 gr atau 60 gr kedalam 100 ml larutan. Arang aktif sebanyak 10 gram, yang berfungsi sebagai media penyerap dimasukan kedalam masing-masing 5 ml larutan KMnO 4 dan asam askorbat. Penggunaan kipas dilakukan untuk mempercepat proses adsorpsi KMnO 4 dan asam askorbat kedalam arang aktif. Waktu yang diperlukan dalam proses adsorpsi ini adalah 30-45 menit. Larutan KMnO 4 dan asam askorbat yang telah terserap kedalam arang aktif selanjutnya dimasukkan kedalam sachet yang terbuat dari kain kasa (Lampiran 10). Proses persiapan bahan penyerap ini tersaji pada Gambar 6.
75 gr KMnO 4 10 gr KMnO 4 40 gr C 6 H 8 0 6 60 gr C 6 H 8 0 6 100 ml larutan 100 ml larutan 100 ml larutan 100 ml larutan KMnO 4 75% KMnO 4 10% C 6 H 8 0 6 40% C 6 H 8 0 6 60% Diberikan masingmasing 5 ml larutan Dikeringkan menggunakan kipas selama 30-45 menit 10 gr arang aktif Bahan penyerap etilen atau oksigen Dimasukkan dalam kain kasa Sachet bahan penyerap Gambar 6. Proses persiapan bahan dan media penyerap
3.3.1.2 Persiapan Rangkaian Pengatur Kecepatan Kipas Rangkaian digunakan untuk mengatur kecepatan kipas dengan dua putaran yang berbeda, yaitu 700 rpm dan 1800 rpm. Pada rangkaian digunakan power supply untuk mengubah tegangan AC yang berasal dari PLN menjadi DC yang disesuaikan dengan tegangan kipas. Skema rangkaian disajikan pada Gambar 7. Sumber: hhtp://www.belajar-elektronika.com Gambar 7. Rangkaian pengatur kecepatan kipas Rangkaian pengatur kecepatan kipas terdiri dari beberapa komponen elekronika seperti resistor, kapasitor, IC LM317, dan potensiometer. Resistor berfungsi untuk mengatur atau membatasi besarnya kuat arus yang melewati suatu rangkaian dan membagi tegangan pada suatu rangkaian sehingga diperoleh suatu tegangan yang besarnya sesuai dengan kebutuhan. Potensiometer merupakan salah satu jenis resistor variabel yang sering digunakan untuk aplikasi-aplikasi pengaturan volume suara pada perangkat-perangkat audio (Bishop, 2002). Potensiometer yang digunakan pada penelitian adalah potensiometer putar. Cara kerja potensiometer ini dalam mengasilkan kecepatan putar yang diinginkan adalah dengan memutar tangkai putar yang ada pada potensiometer. Arus dan tegangan yang dihasilkan dapat disesuaikan dengan penggunaan potensiometer. Berdasarkan Hukum Ohm, semakin besarnya tahanan komponen akan memperkecil arus dan tegangan yang dihasilkan. Penggunaan IC LM317 dipilih karena fungsinya sebagai regulator tegangan DC (tegangan outputnya tergantung dengan potensiometer yang dipasang). Kipas yang digunakan adalah kipas DC 12 volt ukuran (80 x 80 x 25) mm dengan jumlah sudu 7 buah dan kecepatan maksimal 1800 rpm seperti yang terlihat pada Gambar 8. Gambar 8. Kipas dalam paralon
Kipas bertujuan untuk mengumpankan udara di sekitar ruang penyerapan kedalam paralon yang berisi bahan penyerap etilen dan penyerap oksigen. Selanjutnya, putaran kipas diukur dengan menggunakan tachometer. Hasil putaran kipas ini berupa putaran/menit (rpm) yang selanjuntnya dapat dikonversi menjadi kecepatan angular kipas. Tipler (1991) dalam bukunya Fisika untuk Sains dan Teknik menyatakan hubungan antara putaran kipas dengan kecepatan angular kipas seperti yang terlihat pada persamaan berikut: ω (rad/s) = (3) Sedangkan hubungan antara kecepatan linier, v (m/s) dengan kecepatan anguler, ω (rad/s) adalah (4) Henderson dan Perry (1997) menyatakan bahwa kecepatan udara yang dihembuskan kipas merupakan hasil bagi antara laju aliran udara kipas dan luas outlet kipas, seperti yang terlihat pada persamaan berikut: (5) Keterangan : Q = laju aliran udara yang dihasilkan kipas (m 3 /s) v = kecepatan udara pada kipas (m/s) A= luas outlet kipas, (total luasan 7 buah sudu kipas) (m 2 ) n = putaran kipas (rpm) r = jari- jari sudu kipas (m) 3.3.1.3 Persiapan Ruang Penyerapan Etilen dan Oksigen Ruang penyerap etilen dan oksigen terbuat dari lembaran-lembaran kaca yang dipotong sesuai dengan ukuran balok kaca yang akan dibuat. Lembaran-lembaran kaca tersebut kemudian direkatkan dengan menggunakan lem kaca sehingga berbentuk balok dengan ukuran 50x20x20 cm 3 dan tebal 8 mm. Pada bagian sisi atas balok kaca dibuat empat lubang dengan diameter yang disesuaikan dengan diameter selang yang akan dimasukan kedalam balok kaca. Keempat lubang ini berfungsi sebagai saluran pemasukan dan pengeluaran etilen dan saluran pemasukan dan pengeluaran oksigen. Kolom penyerap etilen dan oksigen terbuat dari pipa paralon dengan panjang 35 cm dan diameter 4 inci digunakan untuk meletakkan arang aktif sebagai bahan penyerap etilen dan oksigen. Di dalam paralon ini juga terdapat kipas dengan ukuran yang disesuaikan dengan lebar paralon (Gambar 8). Arang aktif yang telah dicelupkan kedalam kalium permanganat dan asam askorbat dimasukkan kedalam sachet dan kemudian diletakkan di dalam paralon. Kemudian pipa paralon diletakkan dalam balok kaca. Sistem ini memerlukan etilen dari luar sehingga perlu adanya etilen yang diinjeksikan ke dalam ruang penyerapan etilen dan oksigen.
Gambar 9. Ruang penyerapan etilen dan oksigen D E F G o10.2 cm B C A 20 cm 35 cm 50 cm Gambar 10. Skema ruang penyerapan etilen dan oksigen Keterangan : A = balok kaca sebagai ruang penyerapan B = kipas seperti pada Gambar 8 C = penyerap etilen dan oksigen D, E, F, dan G = lubang injeksi etilen dan lubang pengambilan sample etilen dan oksigen Etilen yang diinjeksikan berasal dari tabung etilen yang tersedia di laboratorium sedangkan oksigen berasal dari oksigen ruangan, sebesar 21 %. Etilen awal yang diinjeksikan adalah 500 ppm. Selanjutnya kipas pengatur kecepatan disimpan di dalam paralon dan mulai dioperasikan untuk mengumpankan udara di dalam balok kaca ke dalam paralon yang telah berisi penyerap etilen dan penyerap oksigen dengan cara mengubah resistensi pada potensiometer sehingga dihasilkan dua putaran kipas yang berbeda. 3.3.2 Rancangan Penelitian Rancangan penelitian yang digunakan adalah rancangan penelitian eksperimental dimana dilakukan eksperimen terlebih dahulu yang berupa simulasi penyerapan etilen dan oksigen. Adapun prosedur yang perlu dilakukan untuk tahap simulasi ini adalah dengan melakukan persiapan kolom penyerap, bahan penyerap, rangkaian pengatur kecepatan dan ruang penyerapan.
Kalium permanganat sebagai penyerap etilen yang digunakan adalah KMnO 4 10% dan KMnO 4 75%. Konsentrasi asam askorbat sebagai penyerap oksigen yang digunakan adalah C 6 H 8 O 6 40%, dan C 6 H 8 O 6 60%. Tabel 4. Perlakuan Bahan Penyerap (KMnO 4 dan C 6 H 8 O 6 ) Kecepatan KMnO 4 C 6 H 8 O 6 Simbol 1800 rpm 75% 60% R1K1A2 10% 40% R1K2A1 10% 60% R1K2A2 75% 40% R2K1A1 700 75% 60% R2K1A2 rpm 10% 40% R2K2A1 10% 60% R2K2A2 Pengukuran sampel etilen dilakukan setiap 2 jam sekali selama 8 jam sedangkan oksigen diukur setiap 4 jam sekali selama 24 jam untuk setiap kombinasi penyerap etilen dan oksigen yang digunakan. Selanjutnya dilakukan penyusunan pola penyerapan etilen dan oksigen berdasarkan hasil eksperimen. Pola penyerapan etilen dan oksigen yang akan dirancang merupakan fungsi dari waktu, kecepatan kipas, dan konsentrasi penyerap etilen dan oksigen. Diagram alir penelitian secara umum disajikan pada Gambar 10. 3.3.3 Pengamatan dan Analisa Sampel Etilen dan Oksigen Analisis oksigen dapat dilakukan dengan menggunakan Gas Analyzer (GA). GA dinyalakan dan dibiarkan selama kurang lebih 45 menit sampai lampu petunjuk ready berkedip-kedip, GA siap digunakan. Pada saat running selang penyaluran oksigen dari ruang penyerapan etilen dan oksigen ke GA dijepit oleh klip agar oksigen yang ada pada ruang penyerapan tidak bocor (tidak ada sirkulasi udara). Pada saat pengamatan oksigen, klip ini dilepas sehingga oksigen yang ada pada ruang penyerapan terhubung dengan GA untuk dilakukan pembacaan nilai oksigen. Analisa sampel etilen dilakukan dengan menggunakan gas kromatografi jenis FID (Flame Ionization Detektor). Pengukuran tersebut dilakukan di Laboratorium Lingkungan dan Bangunan Pertanian dengan menggunakan GC tipe D-263-50 Hitachi. Penginjeksian etilen dilakukan dengan cara mengambil sampel etilen dari ruang penyerapan dengan menggunakan syringe dan kemudian sampel diijneksikan kedalam kolom yang terdapat pada gas kromatografi. Kolom yang digunakan untuk etilen analisa didorong dengan gas pendorong N 2 tekanan 0.5 kgf/ menit dan gas kromatografi dihubungkan dengan rekorder grafik yang diberi kertas. (Maicardinal, 1999).
Gambar 11. Skema gas kromatografi Sebelum dilakukan pengukuran, gas kromatografi harus dikalibrasi dengan standar etilen murni misalnya 50 ppm, 100 ppm, dan 200 ppm. Sampel dimasukan ke dalam gas kromatografi dan nilai konsentrasi ditunjukan dengan gambar peak (puncak) yang menunjukan luasan area dengan melihat recorder time sample berdasarkan standar gas etilen. Ac Konsentrasi etilen (y) = xcs (4) As Keterangan: y = produksi etilen (ppm) Ac = luasan area konsentrasi sampel As = luasan area konsntrasi standar V etilen (ml/gram/jam) )x i / (ρ etilen )] / [m absorber x Δt] (5) Keterangan: V etilen = laju penyerapan etilen (ml/gram/jam) C 0 = konsentrasi etilen awal (ppm) Ct = konsentrasi etilen pada jam ke-t (ppm) i = volume ruang penyerapan (ml) ρ etilen = 1.178 kg/m 3 = 1.178 x 10-3 gr/cm 3 m arang Δt = massa arang aktif sebagai absorber (gram) = selang waktu pengukuran ke-n dengan pengukuran selanjutnya (jam) V oksigen (ml/gram/jam) = (6) Keterangan: V oksigen = laju penyerapan etilen (ml/gram/jam) C 0 = konsentrasi etilen awal (ppm) Ct = konsentrasi etilen pada jam ke-t (ppm) i = volume ruang penyerapan (ml) m arang = massa arang aktif sebagai absorber (gram) Δt = selang waktu pengukuran ke-n dengan pengukuran selanjutnya (jam) \
Persiapan sistem penyerap etilen dan oksigen Penginjeksian etilen 500 ppm dan oksigen 1800 rpm 700 rpm KMnO 4 C 6 H 8 O 6 KMnO 4 C 6 H 8 O 6 [10%] [60%] [40%] [75%] [10%] [60%] [40%] C 2 H 4 O 2 C 2 H 4 O 2 Analisis: 1. Pengaruh kecepatan kipas terhadap penyerapan etilen dan oksigen 2. Konsentrasi bahan penyerap etilen/oksigen yang memberikan hasil penyerapan paling baik 3. Pola penyerapan etilen dan oksigen Gambar 12. Diagram alir penelitian