III. METODOLOGI PENELITIAN
A. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan, mulai bulan Maret 2009 dan berakhir pada bulan Juli 2009 dan dilakukan di Laboratorium Pindah Panas dan Massa Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, lnstitut Pertanian Bogor.
B. BAHAN DAN ALAT
Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampel daging sapi dengan ketebalan rata-rata 1 cm, berat rata-rata 40 gram, dan dimensi 6 cm x 8 cm. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Mesin pembeku dengan suhu bertingkat (Lampiran 1) 2. Hybrid recorder Yokogawa tipe HR-2500E 3. Electric oil bath model OSK 6401 Seiwa Riko Co. Ltd 4. Termokopel tipe T (C-C) 5. Timbangan digital 6. Kwh meter 7. Photo / contact tachometer tipe DT-2236
C. METODE PENELITIAN 1. Kerangka Pemikiran
Penelitian ini menerapkan model sistem pembekuan suhu bertingkat pada proses pembekuan sampel daging sapi. Kerangka pemikiran yang mendasari model tersebut adalah bahwa efisiensi eksergi pembekuan dapat ditingkatkan jika suhu media pembeku disesuaikan dengan kebutuhan suhu proses pada masing-masing tahap pembekuan. Pembekuan dibagi menjadi tiga tahap: tahap I adalah tahap pre-freezing, atau penurunan suhu awal bahan hingga mencapai titik bekunya, tahap II adalah tahap freezing, atau tahap perubahan fase bahan, dan tahap III adalah tahap sub-freezing, atau tahap
14
pembekuan lanjut, dimana terjadi penurunan suhu bahan di bawah titik beku. Profil penurunan suhu bahan dan suhu media pembeku pada model sistem pembekuan suhu bertingkat ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Profil Penurunan Suhu Bahan dan Suhu Media Pembeku Pada Model Sistem Pembekuan Suhu Bertingkat (Kamal, 2008). Alur proses penelitian ini tersaji dalam bagan sebagai berikut: Penentuan Suhu Media Pembekuan (Tma, Tmf, Tmb) Pengujian Pembekuan Dengan Tiga Macam
Perlakuan 1: Tahap1: Tma Tahap2: Tmf Tahap3: Tmb
Perlakuan 2: Tahap1: Tmf Tahap2: Tmf Tahap3: Tmb
Perhitungan energi, dan eksergi pembekuan
Perlakuan 3: Tahap1: Tmb Tahap2: Tmb Tahap3: Tmb
Perhitungan laju pembekuan Perhitungan laju pergerakan bahan
Perhitungan efisiensi pembekuan
Gambar 4. Bagan Proses Penelitian
15
Penentuan suhu media pembeku dilakukan dengan (Kamal, 2008): 1. Menentukan suhu akhir pembekuan yang diharapkan atau suhu penyimpanan sebagai suhu media pembeku tahap III (Tmb). 2. Menentukan suhu media pembeku tahap II (Tmf) berdasarkan laju pembekuan yang diharapkan menggunakan grafik pada Gambar 5.
Suhu Media Pembeku Tahap II (Tmf) dalam Celcius
Gambar 5. Grafik hubungan suhu media pembeku (Tmf) dengan laju pembekuan (Kamal, 2008). 3. Menentukan suhu media pembeku tahap I (Tma) berdasarkan efisiensi eksergi dengan persamaan suhu tak berdimensi (T’) pada Gambar 6.
Efisiensi eksergi (%) Kehilangan eksergi (kJ/kg)
70 60 50
y = 9.08x + 51.34
40 30 20
y = ‐9.06x + 26.44
10 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Rasio suhu (Tma-Tmf)/(Tma-Tmb) Rasio suhu (Tma-Tmf)/(Tma-Tmb)
Efisiensi eksergi total (%)
Kehilangan eksergi (kJ/kg)
Gambar 6. Grafik hubungan efisiensi eksergi (%) dan kehilangan eksergi (kJ/kg) terhadap T’ = (Tma-Tmf)/(Tma-Tmb) (Kamal, 2008).
16
Berdasarkan penentuan suhu media pembeku tersebut, maka beberapa suhu media pembeku yang digunakan pada penelitian kali ini adalah sebagai berikut: Tabel 2. Skenario suhu media pembeku Skenario
1
2
3
4
5
6
7
Tma
-5°C
-10°C
-15°C
-5°C
-10°C
-15°C
-20°C
Tmf
-15°C
-15°C
-15°C
-20°C
-20°C
-20°C
-20°C
Tmb
-20°C
-20°C
-20°C
-20°C
-20°C
-20°C
-20°C
2. Pengujian Alat Pengujian alat dilakukan pada subsistem lempeng sentuh. Pada pengujian dilakukan pengukuran suhu media dan produk, serta pengukuran waktu yang dibutuhkan pada tiap tahapan pembekuan. a. Profil Suhu Pembekuan Profil suhu pembekuan merupakan grafik penurunan suhu bahan yang tercatat setiap 5 menit menggunakan alat perekam data (Hybrid
recorder). Pengujian proses pembekuan menggunakan produk berupa daging sapi. Pengukuran suhu dilakukan pada titik-titik pengukuran: 1. Suhu evaporator tiap tahapan 2. Suhu lempeng sentuh tiap tahapan 3. Suhu wadah produk 4. Suhu produk Pengukuran suhu bahan yang dibekukan pada tiga titik meliputi bagian bawah bahan (Tb.bawah), tengah bahan (Tb.tengah), dan atas bahan (Tb.atas). Tb.atas Tb.tengah
x Tb.bawah
Gambar 7. Titik-titik pengukuran suhu pada bahan.
17
5. Suhu kondensor 6. Suhu lingkungan b. Perpindahan wadah Perpindahan wadah adalah kecepatan pergerakan wadah dari awal hingga akhir lempeng pembeku. c. Waktu Pembekuan Waktu pembekuan adalah lamanya waktu yang dibutuhkan mulai suhu permukaan bahan 0°C hingga suhu pusat termal bahan mencapai -5°C. Dalam pengujian ini, suhu permukaan bahan paling cepat mencapai 0°C adalah suhu permukaan bawah, sedangkan suhu pusat termal bahan adalah suhu permukaan atas.
18
