III.
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan september 2011 hingga desember 2011, yang bertempat di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor dan Laboratorium Wageningan.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak bintaro, minyak tanah, sumbu kompor minyak, dan air. 3.2.2 Alat Piknometer, viskometer brookfield, piknometer 10 ml, pencatat waktu digital, penangas air, termometer, timbangan digital, timbangan analitik, alat-alat gelas kimia, tiang statif, gelas kimia 500 ml dan 250 ml, kompor sumbu tunggal, termokopel, pencatat suhu, kalorimeter bomb, dan penggaris.
3.3 Prosedur Penelitian Penelitian dilakukan dalam 3 tahapan. Tahap 1 adalah persiapan bahan baku yang meliputi pengeringan, pengecilan ukuran, pengepresan, dan degumming minyak bintaro. Tahap 2 adalah penelitian pendahuluan yang bertujuan untuk mencari data mengenai sifat termofisik dari minyak bintaro dan daya kapilaritas dari minyak pada sumbu. Tahap 3 adalah penelitian utama yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan minyak bintaro pada kompor sumbu tunggal standar dan pada kompor sumbu tunggal modifikasi. Diagram alir penelitian disajikan pada Gambar 15 , sedangkan diagram alir tahapan pembuatan minyak bintaro disajikan pada Gambar 16.
18
Persiapan bahan baku
Pengujian sifat termofisik
Densitas
Nilai kalor
Viskositas
Uji kapilaritas sumbu
Pengujian kompor: - Uji temperatur api - Uji daya - Uji pemanasan air
Modifikasi desain kompor sumbu
Analisis data
Selesai
Gambar 15. Diagram alir prosedur penelitian
19
Biji Bintaro
Pengupasan Pengeringan biji pada suhu 550
Biji buah kering
Pengecilan ukuran biji bintaro Pengpresan biji bintaro Degumming
Minyak biji bintaro Gambar 16. Diagram alir tahapan pembuatan minyak bintaro 3.3.1 Persiapan Minyak Bintaro Persiapan bahan untuk ekstraksi minyak meliputi sortasi (pemilihan buah bintaro yang layak untuk dijadikan minyak), pemisahan biji buah dengan serat dan kulit buah, pengeringan biji buah pada suhu 55 °C. Biji diletakkan pada layer-layer bertingkat dalam ruang/oven yang dialiri udara panas. Pengeringan bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terdapat di dalam biji. Menurut Norris (1982), minyak yang diperoleh dengan pengempaan mekanis dipengaruhi oleh kandungan air, metode pemanasan, dan komposisi kimia biji. Menurut Hartanti (1995), pengeringan dimaksudkan untuk memudahkan pengeluaran minyak pada waktu ekstraksi sehingga waktu ekstraksi menjadi lebih singkat. Dengan adanya pemanasan, butiran – butiran lemak minyak dapat membentuk butiran – butiran yang lebih besar dan protein yang mengikat lemak akan terkoagulasi sehingga butiran ini akan lebih mudah keluar dari biji. Pemanasan juga dapat menurunkan afinitas minyak terhadap permukaan biji, sehingga minyak dapat diekstrak dengan pengepresan. Menurut Swern (1979), pemanasan dapat memberikan sifat plastis biji, mengurangi kelarutan fosfatida, destruksi kapang dan bakteri, serta dapat meningkatkan fluiditas minyak. Pemanasan yang terlalu lama pada suhu yang tinggi akan menurunkan mutu organoleptik minyak. Suhu oven yang digunakan pada penelitian ini adalah 55 °C. Pengepresan biji bisa dilakukan dengan dua macam mesin pres, yaitu: alat hotpress hidrolik manual dan alat press ekstruder (sistem ulir). Alat hotpress hidrolik memerlukan energi listrik ±1000 watt. Pada saat pengepresan dengan alat hotpress hidrolik, suhu pengepresan dipertahankan 80 0C, hal ini bertujuan untuk membantu meningkatkan rendemen minyak. Minyak yang keluar dari mesin pres berwarna kuning tua karena mengandung kotoran
20
dari kulit dan senyawa kimia seperti: alkanoid, fosfatida, karotenoid, khlorofil, dan lain-lain. Proses selanjutnya adalah pemisahan getah (degumming terhadap minyak bintaro yang dihasilkan oleh mesin). Degumming minyak merupakan proses pemisahan getah atau lendir yang terdir dari fosfatida, protein, karbohidrat, residu, air, dan resin, tanpa mengurangi jumlah asam lemak bebas dalam minyak. Proses degumming dilakukan dengan memanaskan minyak di dalam labu pemisah mencapai suhu 80 0C. Air panas suhu 95-100 0C dan larutan asam fosfat (H3PO4) 20% sebanyak 0,2-0,3% (v/b), kemudian dicampurkan ke dalam minyak dan dilakukan pengadukan secara konstan selama 15 menit. Selanjutnya didiamkan hingga terjadi perubahan dengan munculnya warna hitam diantara lapisan minyak dan air (warna hitam ini disebut gum). Setelah terbentuk gum diantara lapisan minyak dan air, kemudian air dan gum dibuang selanjutnya lakukan water washing dengan menambahkan air panas. Water washing dilakukan berulangulang sampai dengan air buangan mencapai pH netral dan gum tersebut hilang. 3.3.2 Penelitian Pendahuluan Pengujian termofisik meliputi densitas, viskositas, dan kapilarisasi minyak nabati. Pengujian termofisik minyak dilakukan dengan metode sebagai berikut: 1.
Densitas (ASTM D-1298)
Densitas merupakan perbandingan berat suatu sampel dengan volumenya pada suhu pengujiannya. Prosedur : Piknometer 10 ml ditimbang bobot kosongnya, kemudian sampel yang akan diuji masukkan ke dalam piknometer hingga tanda batas. Selanjutnya piknometer didiamkan selama 1 jam dalam waterbath pada suhu 30, 50, dan 70oC, kemudian ditimbang menggunakan timbangan analitik. Pengukuran dilakukan menggunakan 3 kali ulangan. Densitas minyak dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : ..................................................................................................(8) dimana : ρt = densitas (g/ml) mi = masa piknometer dan sampel (g) mo = masa piknometer kosong (g) vt = volume piknometer (ml) 2.
Viskositas Metode Brookfield (AOAC 1995)
Viskositas bahan bakar diartikan sebagai ukuran ketahanan bahan bakar untuk mengalir. Pengukuran viskositas dilakukan dengan menggunakan alat Viskometer Brookfield. Prosedur : Bahan sebanyak ± 600 ml (jumlah yang diperlukan untuk merendamkan tanda tera pada beban) dimasukan ke dalam gelas piala, dan diatur suhunya agar tetap 30 °C, 50 °C, dan 70 °C. Beban dan putaran per menit (rpm) yang akan digunakan (bernomor) diatur terlebih dahulu untuk menentukan angka konversinya yang terdapat pada tabel bagian atas alat. Contoh dimasukkan ke dalam wadah hingga tanda tera pada beban terendam. Motor penggerak dijalankan setelah jarum menunjukan angka nol. Motor dimatikan setelah satu menit, dan tombol
21
penekan jarum ditekan, kemudian dibaca angka yang ditunjukkan oleh jarum tersebut (A). Pada Gambar 10 dapat dilihat proses pengujian viskositas dengan menggunakan viskometerBrookfield. Rumus viskositas adalah sebagai berikut. ................................................................ ...........(18) 3.
Uji Kapilaritas Sumbu
Uji daya kapilarisasi dilakukan dengan menggunakan sumbu kompor yang dijahit diujungnya agar dapat menyatu dan berbentuk bulat. Kemudian dibuat kaitan untuk menggantung sumbu dengan tiang statif, sumbu tersebut di masukkan ke dalam kolom kaca yang berisikan minyak bintaro. Sumbu setinggi 0.5 cm tercelup dalam 250 ml minyak ditempatkan dalam gelas kimia berukuran 1000 ml. Sumbu diberi ukuran atau skala dari 0.5 sampai 2 cm dan pencatatan waktu dilakukan untuk setiap kenaikan minyak 0.5 cm. Percobaan dilakukan pada tiga titik suhu, yaitu 30, 50, dan 70oC, dengan tiga kali pengulangan (Sunandar 2010). 3.3.3 Penelitian Utama 1.Pengujian Kompor a.
Pengujian temperatur api
Pengujian temperatur api bertujuan untuk menentukan temperatur optimum dari profil api biru. Prosedur: 1. Kompor dinyalakan untuk pemanasan awal pada bukaan katup tertentu yang bisa menghasilkan api biru atau api terbaik yang mendekati api biru, pemanasan awal dilakukan dalam waktu 10 sampai 15 menit hingga nyala api stabil. 2. Apabila nyala api yang stabil sudah dicapai, dilakukan pengukuran temperatur api dengan termokopel pada titik-titik tertentu secara bersamaan, yaitu: Termokopel diletakkan diatas kompor pada ketinggian 2cm dan dilakukan pengukuran temperatur. Termokopel dinaikkan terus tiap ketinggian 2 cm, hingga mencapai ketinggian 18 cm dan pada tiap-tiap ketinggian dilakukan pengukuran temperatur. 3. Langkah no(1) dan no(2) dilakukan untuk beberapa bukaan katup yang mampu menghasilkan nyala api biru atau nyala api terbaik yang mendekati api biru. 4. Temperatur optimum tertinggi dari beberapa ketinggian pada api yang dihasilkan kompor kemudian kita gunakan sebagai acuan dalam pengujian daya kompor dan pengujian efisiensi. Berikut contoh tabel yang digunakan dalam pencatatan data temperatur api.
22
Tabel 6. Contoh tabel data pengujian temperatur api Tangal Jenis kompor Jenis bahan bakar
: : :
Bukaan
Tinggi
Katup (derajat)
Pengukuran (mm)
Temperatur termokopel 1
2
RataRata
20 40 45
60 80 100 120
b.
Pelaksanaan uji daya
Pengujian ini dilakukan untuk menentukan tingkat daya kompor, yaitu konsumsi bahan bakar tiap satuan waktu. Pengujian daya dilakukan pada bukaan katup bahan bakar dengan temperatur api tertinggi. Variabel yang dicari dalam pengujian daya yaitu massa bahan bakar yang terbakar dalam 30 menit. Prosedur: 1. Mengukur temperatur ruangan dan temperatur awal bahan bakar. 2. Menimbang berat kompor dalam keadaan kosong 3. Menimbang berat kompor dalam keadaan terisi bahan bakar 4. Kompor dinyalakan dengan bukaan katup yang telah ditentukan selama ±5 menit, hal ini untuk pemanasan awal sampai mencapai api biru yang stabil 5. Timbang diatur ulang dan stopwatch dinyalakan 6. Setelah mencapai 30 menit, timbangan diatur ulang, dan berat setelah diatur ulang ini digunakan sebagai pengganti berat minyak terpakai. 7. Timbangan diatur ulang tiap 30 menit dan mencatat berat minyak terpakai dan temperatur bahan bakar, dilakukan sampai lima kali pengambilan data. 8. Berat pengatur ulang (berat minyak terpakai) ditimbang dengan timbangan digital. Data-data yang diperoleh dari langkah-langkah diatas dicatat dalam suatu tabel. Berikut contoh tabel yang digunakan pencatat saat pengambilan data daya kompor.
23
Tabel 7. Contoh tabel pengujian daya kompor Tanggal Uji : Jenis Kompor : Jenis Bahan Bakar : Percobaan
Waktu (Menit)
Temperatur Minyak Minyak
1
30
2
30
3
30
4
30
5
c.
Temperatur Awal Minyak : Temperatur Ruang : Nilai Kalor Bawah : Berat Minyak Terpakai (gram)
Daya (kilo watt)
Ruang
30 Rata-Rata
Pemilihan diameter panci/bejana
Panci digunakan untuk pengujian efisiensi. Panci yang digunakan adalah panci masak yang banyak dijual dipasaran. Penentuan/pemilihan diameter panci dapat dilakukan setelah melakukan pengujian daya kompor. Panci ditentukan sesuai dengan daya kompor yang telah ditentukan. d.
Uji coba pemanasan air kompor sumbu
Uji coba pemanasan air pada kompor sumbu termodifikasi ini bertujuan untuk mengetahui waktu dan jumlah bahan bakar yang terpakai yang dibutuhkan untuk memanaskan air hingga mendidih dengan menggunakan kompor sumbu termodifikasi berbahan bakar minyak bintaro. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali percobaan pada kompor yang diuji. Seperti halnya pada pengujian daya, uji coba pemanasan air ini juga dilakukan pada bukaan katup bahan bakar yang menghasilkan api terbaik dengan temperatur tertinggi. Prosedur: 1. Mencatat temperatur awal air, bahan bakar, dan temperatur ruangan. 2. Menimbang panci kosong beserta tutupnya. 3. Menimbang berat awal panci yang sudah terisi air sebanyak 2200 ml yang telah dipasang termometer. 4. Kompor yang telah berisi minyak dan telah dipasang termometer diletakkan di atas timbangan duduk. Kemudian dinyalakan untuk pemanasan awal sampai mencapai api yang stabil. 5. Kompor dengan api yang stabil timbangan diatur ulang, kemudian panci yang sudah terisi air dan telah dipasang termometer diletakkan di atas kompor. Bersamaan dengan itu stopwatch dinyalakan dan pengukuran dimulai. 6. Termokopel tipe K dipasang antara lain berada pada posisi-posisi yang dapat mewakili suhu air (T1), uap air (T2), permukaan dinding luar panci (T3), ruangan (T4), suhu bahan bakar (T5)serta pemanas (T6) seperti digambarkan pada gambar.
24
T2 T3 T4
T1 T6
T5
7.
Termokopel lalu dihubungkan dengan pencatat suhu jenis hybrid recorder Yokogawa. 8. Amati dan catat secara periodik setiap 3 menit sampai air mendidih pertama kali. 9. Mengamati dan mencatat waktu saat pertama kali air mendidih. 10. Setelah air mendidih, kompor dimatikan dan dilakukan pengukuran bahan bakar dan uap air yang terpakai. Pengukuran bahan bakar yang terpakai yaitu dengan mengangkat panci dari atas kompor kemudian timbangan diatur ulang. Berat yang terbaca setelah diatur ulang merupakan berat dari konsumsi bahan bakar yang terpakai. Pengukuran berat uap yang tepakai yaitu dengan menimbang panci beserta termometer. Kemudian selisih antara berat panci setelah pengujian dengan berat awal panci merupakan berat uap yang hilang. Data yang diperoleh dari langkah-langkah diatas dicatat dalam suatu tabel. Berikut adalah contoh tabel yang digunakan dalam uji coba pemanasan air. Tabel 8. Contoh tabel pengujian pemanasan air Percobaan
Tanggal Uji Waktu
TA
TM
Percobaan TR
Waktu
TA = Temperatur Air
0
0
TM = Temperatur Minyak
3
3
TR = Temperatur Ruang
6
6
Massa panci =
9
9
Ukuran Panci =
12
12
Massa panci + Air +Termokopel =
15
15
Jenis Kompor =
18
18
Jenis Bahan Bakar =
21
21
24
24
27
27
30
30
33
33
36
36
TA
TM
TR
Waktu Pendidihan Awal Massa Uap (gram) Massa Minyak terpakai (gram) Effisiensi (%)
25
