III. METODOLOGI PENELITIAN

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. WAKTU DAN TEMPAT Penelitian dilakukan di UPT F Technopark Fakultas Teknologi Pertanian (FATETA), Institut Pertanian Bogor (IPB), Bogor. Penelitian ini dilakukan selama bulan Maret - Mei 2009.

B. BAHAN DAN ALAT Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah kopi lampung jenis robusta grade 4b dengan kadar air 12–13 %. Sedangkan bahan tambahan yang digunakan adalah karung goni, seng gelombang, papan multiplek dan seng plat. Bahan tambahan ini nantinya akan digunakan untuk membuat model gudang penyimpanan kopi dan pengemasan kopi. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah thermo recorder mini wireless RTW-20S dan RTW-30S, Kamera digital dan komputer. Peralatan yang diperlukan untuk analisis diantaranya yaitu Oven Drying, timbangan analitik, cawan, dan desikator. Sedangkan peralatan yang digunakan untuk membuat model gudang penyimpanan dan kemasan kopi yaitu gergaji kayu, gunting seng, palu dan jarum jahit. Sebelum dilakukan penelitian ini perlu diadakan persiapan bahan. Bahan yang perlu disiapkan adalah kopi sebanyak 48 kg. Kopi tersebut dikemas kedalam karung goni dengan masing-masing kemasan berisi 300 g. Selanjutnya sebanyak 20 karung direndam ke dalam air selama 4 jam sebagai perumpamaan akibat banjir. Air yang digunakan adalah air irigasi sebagai pengganti air hujan.

C. MODEL PENYIMPANAN KOPI Dalam penelitian ini akan dikaji ada tidaknya kerusakan biji kopi yang disebabkan karena peningkatan kadar air pada saat penyimpanan. Dalam hal ini kerusakan yang disebabkan selain pengaruh kadar air biji kopi diabaikan. Perlakuan untuk penelitian ini dilakukan dengan cara meletakkan model gudang di dalam ruangan. Untuk menyederhanakan sistem, beberapa asumsi dibuat:

17

1. Kadar air awal bahan sebelum mengalami perlakuan perendaman air adalah sama. 2. Tumpukan biji kopi terbagi menjadi tiga bagian: bagian atas, tengah dan bawah. 3. Udara pada model gudang penyimpanan dibagi menjadi tiga yaitu bagian atas, tengah dan bawah. Asumsi ini mempertimbangkan dampak udara luar pada bagian atas karena ada fentilasi udara. 4. Persamaan lapisan (bagian) dengan faktor koreksi perubahan kadar air pada biji. Data yang diperoleh selanjutnya akan digunakan dalam pembutan simulasi dengan menggunakan vasilitas macro yang ada pada Microsoft Office Exel. Berdasarkan asumsi yang digunakan, dikembangkan subsistem model matematika yaitu: 1. Keseimbangan panas merata pada semua udara bagian bawah. Kesetimbangan panas pada model gudang berawal dari pindah panas secara konveksi, konduksi dan panas yang dihasilkan dari produk itu sendiri. Perpindahan konveksi dari udara kedinding, pindah panas secara konduksi udara antara bagian, dan pindah panas konveksi dari udara ke produk atau sebaliknya hingga keadaan setimbang. Kesetimbangan panas pada bagian bawah dapat dirumuskan menjadi: dTrb m c p ab Trtg Trb UA w Trb Tlingk hA pb Trb T pb dt 2. Keseimbangan panas merata pada semua udara bagian atas.

mc p

rb

(20)

Pada kesetimbangan panas bagian atas sama seperti kesetimbangan panas pada bagian bawah, namun ada pengaruh pindah panas konduksi dari udara lingkungan model gudang. Sehingga persamaannya adalah mc p

ra

dTra dt

m c p

lingk

Tlingk

Tra

m c p

ab

Trta

Trtg

UA

w

Tra

Tlingk

hA

pa

Tra

T pb

(21)

3. Kesetimbangan panas merata pada semua udara bagian tengah. Pada

kesetimbangan

panas

pada

bagian

tengah

sama

seperti

kesetimbangan panas bagian atas. Jika pada bagian atas terdapat pengaruh pindah

18

panas konduksi dari lingkungan, namun pada bagian tengah yang berpengaruh adalah pindah panas konduksi dari udara bagian bawah dan atas. mc p

ra

dTra dt

m c p

lingk

Trb

Trtg

m c p

ab

Tra

Trtg

UA

w

Tlink

Trtg

hA

ptg

Trtg

T ptg

(22)

4. Kesetimbangan panas biji kopi merata pada bagian bawah. Kesetimbangan panas biji kopi di dalam penyimpanan berasal dari pindah panas konduksi yang disebabkan karena perbedaan suhu biji kopi dengan suhu di sekitar biji kopi dan panas yang mengakibatkan penguapan. Sehingga kesetimbangan panas yang terjadi pada biji kopi bagian bawah adalah: dT pb

hA pb Trb T pb m vb h fg dt 5. Kesetimbangan panas biji kopi merata pada bagian atas. mc p

pb

(23)

Kesetimbangan panas biji kopi yang terjadi pada bagian atas sama dengan kesetimbangan panas biji kopi bagian bawah. Sehingga kesetimbangan panas yang terjadi pada biji kopi bagian atas adalah: mc p

dT pa pa

hA

dt

pa

Tra

T pa

m va h fg

(24)

6. Kesetimbangan panas biji kopi merata pada bagian tengah. Kesetimbangan panas biji kopi bagian tengah sama dengan kesetimbangan panas biji kopi pada bagian atas dan bawah. Sehingga kesetimbangan panas yang terjadi pada biji kopi bagian tengah adalah: mc p

dT ptg ptg

hA

dt

ptg

Tra

T ptg

m vtg h fg

(25)

7. Kesetimbangan kadar air biji kopi merata pada bagian bawah.

mdb

dM b dt

m vb

(26)

8. Kesetimbangan kadar air biji kopi merata pada bagian atas.

mda

dM a dt

m va

(27)

9. Kesetimbangan kadar air biji kopi merata pada bagian tengah. m dtg

dM tg dt

m vtg

(28)

19

10. Keseimbangan uap air merata pada semua udara bagian bawah. Kesetimbangan

uap

air

pada

bagian

bawah

dipengaruhi

oleh

kesetimbangan uap air yang ada pada udara sekitar biji kopi dengan laju penguapan yang terjadi pada biji. Sehingga kesetimbangan uap air pada bagian bawah dapat dihitung menggunakan persamaan : mr

dH rb dt

m ab H tg

m v b

H rb

(29)

11. Keseimbangan uap air merata pada semua udara bagian tengah. Kesetimbangan uap air pada lapisan tengah berasal dari uap air yang ada pada udara disekitar biji kopi bagian tengah dan bawah, uap air disekitar biji kopi bagian tengah dan atas, serta laju penguapan yang terjadi pada biji kopi bagian tengah. Sehingga kesetimbangan uap air pada bagian tengah dapat dihitung menggunakan persamaan: mr

dH rtg dt

m atg H r

H rtg

m atg H rb

H rtg

m v tg

(30)

12. Keseimbangan uap air merata pada semua udara bagian atas. Kesetimbangan uap air pada lapisan atas berasal dari uap air yang ada pada udara disekitar biji kopi bagian atas dan lingkungan, uap air disekitar biji kopi bagian tengah dan atas, serta laju penguapan yang terjadi pada biji kopi bagian atas. Sehingga kesetimbangan uap air pada bagian tengah dapat dihitung menggunakan persamaan: dH ra m aa H lingk H ra m aa H rtg H ra m va (31) dt Dalam penelitian ini digunakan metode Newton-Raphson untuk pencarian mr

akar dari persamaan. Dari semua metode yang ada, metode ini memiliki konvergensi yang paling cepat. Untuk mengetahui rumus metode NewtonRaphson dapat dilakukan dengan dua pendekatan yaitu pendekatan Geometri dan pendekatan menggunakan deret Taylor. Dalam penelitian ini menggunakan pendekatan deret Taylor. Langkah yang digunakan yaitu menguraikan kedalam deret Taylor sehingga

di sekitar


20

Apabila diambil dua persaman 25.1 maka akan menjadi (32.2) Untuk mencari nilai akar dari persamaan maka nilai

, sehingga

persamaannya menjadi 0=

(32.3)

Atau

(32.4) Kriteria berhentinya iterasi metode Newton-Raphson adalah atau

, dimana

dan

adalah toleransi galat.

Model simulasi pendugaan kadar air ini merupakan pengembangan model simulasi yang telah dibuat oleh Nelwan et al (2009). Pengembangan ini berupa 1. Tampilan lebih menarik Tampilan dari program yang dikembangkan lebih menarik karena didisain dengan paduan warna sehingga lebih mudah untuk dimengerti. Data masukan dan hasil yang diharapkan berupa kadar air biji kopi ditampilkan dalam satu halaman sehingga lebih mudah untuk dimengerti. Selain itu hasil dari program simulasi pendugaan kadar air biji kopi berupa tabel dan grafik sehingga mudah dipahami dalam menggambarkan hasil simulasi. 2. Data masukan yang digunakan di dalam program lebih sederhana Inputan data yang lebih sederhana dari program simulasi karena menyederhanakan beberapa variabel seperti mengganti variabel dimensi karung berupa panjang, lebar dan tebal menjadi volume karung. Mengubah beberapa variabel yang ada pada data masukan menjadi inputan data pada coding program seperti variabel properti berupa kerapatan udara, panas jenis udara, panas jenis biji kopi, perubahan waktu dan entalphi produk. Hal ini disebabkan data-data tersebut merupakan nilai tetap yang tidak perlu diubah-ubah. Menghapus beberapa variabel seperti massa udara, massa kering produk, volume udara bebas pada gudang, laju aliran udara dan aliran massa udara dalam ruang karena variabelvariabel tersebut langsung dihitung di dalam coding.

21

3. Komposisi setiap bagian dijadikan sebagai variabel Dalam pembuatan simulasi ini menggunakan asumsi pembagian tumpukan karung menjadi tiga bagian yang setiap bagiannya terdiri dari beberapa lapisan. Dalam simulasi yang dikembangkan ini dapat diubah-ubah jumlah lapisan pada setiap bagiannya. Hal ini dapat memudahkan pengguna apabila dalam kenyataannya jumlah lapisan pada setiap bagiannya tidak sama dengan jumlah lapisan pada setiap bagian dari model. 4.

Tampilan data hasil perhitungan lebih lengkap Dalam simulasi program ini tampilan data hasil perhitungan lebih banyak

dari pada data hasil perhitungan program sebelumnya seperti penambahan hasil perhitungan dari suhu bola basah pada bagian tengah dan atas yang program sebelumnya hanya suhu bola basah pada bagian bawah saja. 5. Fungsi yang digunakan di dalam coding berbeda Sebagian besar fungsi yang ada pada coding sama, namun ada perbedaan rumus fungsi seperti pada fungsi penghitungan tekanan uap jenuh. Dalam program yang dikembangkan ini fungsi penghitungan tekanan uap jenuh berdasarkan pada ASHRAE Handbook 1997.

D. RANCANGAN MODEL BANGUNAN PENYIMPANAN Pembuatan model gudang disesuaikan dengan kapasitas karung yang dapat ditampung. Model gudang yang dibuat memiliki dimensi panjang, lebar dan tinggi adalah 60 cm x 40 cm x 100 (120) cm. Model gudang ini memiliki empat buah pintu, dua pintu ada pada bagian bawah dan dua pintu pada bagian atas. Pintu tersebut memiliki dimesi lebar dan tinggi 20 cm x 25 cm. Pintu ini berfungsi sebagai jalan masuknya karung kopi dan pengambilan sempel kopi. Pintu pada bagian atas terletak pada ketinggian 60 cm. Pada dinding-dinding gudang dilapisi dengan seng untuk menghindari penyerapan air pada dinding. Atap dari model gudang dibuat dengan menggunakan seng gelombang. Atap seng ditahan dengan menggunakan dinding gudang hingga membentuk segitiga sama kaki. Pada bagian atap terdapat ventilasi udara yang berasal dari celah seng gelombang. Ventilasi udara berfungsi sebagai sirkulasi udara baik dari

22

dalam maupun dari luar. Gambar model gudang dapat dilihat pada Gambar 2. Sedangkan dimensi dari denah dapat dlihat pada Lampiran 2.

Gambar 2. Model gudang penyimpanan

Model gudang yang dibuat selanjutnya diisi dengan karung goni yang telah terisi biji kopi. Penyusunan karung goni dapat dilihat pada Gambar 3.

23

Udara

Gambar 3. Model gudang dan tumpukan karung goni Keterangan: Bagian atas (lapisan 9-16) Bagian tengah (lapisan 3-8) Bagian bawah (lapisan 1-2) Sempel atas pengukuran kadar air (lapisan 16). Sempel tengah pengukuran kadar air (lapisan 5). Sempel bawah pengukuran kadar air (lapisan 2).

24

E. PROSEDUR PENELITIAN Pelaksanaan penelitian dilakukan dalam tiga tahap. Tahap pertama yaitu pembuatan kemasan kopi yang akan disimpan di dalam model gudang penyimpanan dan pembuatan model gudang penyimpanan. Biji kopi yang digunakan sebanyak 48 kg. Biji kopi ini selanjutnya akan dikemas dengan mengunakan karung goni. Setiap kemasan berisi 300 g biji kopi. Karung goni yang digunakan memiliki ukuran 18 cm x 16 cm. Biji kopi harus diukur kadar airnya terlebih dahulu sebelum dimasukkan kedalam karung untuk mengetahui kadar air awal dari biji kopi tersebut. Selanjutnya karung goni yang telah berisi biji kopi dijahit menggunkan benang kasur. Karung goni yang telah berisi kopi memiliki dimensi rata-rata 16 cm x 13 cm x 4 cm dengan jumlah 160 karung. Sebagian karung direndam didalam air selama 4 jam. Setelah itu ditiriskan dan disimpan di dalam gudang besama dengan sisa karung lainnya. Diagram alir dari proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.

25

Mulai

Siapkan biji kopi

Ukur kadar air awal

Kemas di dalam karung (300gr)

Jahit karung

Rendam 20 karung, t = 4 jam

Simpan karung di dalam gudang

Ukur T, Rh, dan Kadar air

Selesai Gambar 4. Diagram alir proses pengemasan kopi dan penyimpanan di dalam model gudang Pembuatan model gudang disesuaikan dengan kapasitas karung yang dapat ditampung. Model gudang yang dibuat memiliki dimensi panjang, lebar dan tinggi adalah 60 cm x 40 cm x 100 (120) cm. Model gudang ini memiliki empat buah pintu, dua pintu ada pada bagian bawah dan dua pintu pada bagian atas. Pintu tersebut memiliki dimesi lebar 20 cm dan tinggi 25 cm. Pintu ini berfungsi sebagai jalan masuknya karung kopi dan pengambilan sempel kopi. Pintu pada bagian atas terletak pada ketinggian 60 cm. Pada dinding-dinding gudang dilapisi dengan seng untuk menghindari penyerapan air pada dinding.

26

Setelah kemasan biji kopi dan gudang penyimpanan siap, karung biji kopi selanjutnya ditumpuk di dalam gudang dengan model tumpukan lapisan pertama 8 karung (4 x 2), lampisan kedua 12 karung (4 x 3) dan selanjutnya berselang-seling hingga 16 lapisan (tumpukan). Pada tumpukan pertama dan kedua karung telah direndam dengan air irigasi selama 4 jam. Selanjutnya karung disimpan dalam gudang selama satu bulan untuk mengamati kerusakan yang terjadi akibat terjadinya peningkatan kadar air. Tahap yang kedua yaitu selama penyimpanan dilakukan pengamatan dan pengukuran parameter yang diinginkan pada produk. Tumpukan biji kopi dibagi menjadi tiga bagian yaitu bagian atas, tengah dan bawah. Masing-masing bagian mengalami pengukuran suhu dan kelembaban relatif sebanyak dua tempat dengan pengukuran yang dilakukan setiap jam 09.00, 13.00 dan 16.00 WIB. Pengukuran suhu gudang dilakukan pada bagian bawah terletak pada jarak 5 cm dari dasar gudang, pada bagian tengah terletak pada ketinggian 30 cm dari dasar, sedangkan pada bagian atas terletak pada ketinggian 100 cm dari dasar. Masing-masing bagian dua titik yang bersebrangan. Pengukuran kelembaban relatif gudang dilakukan pada bagian bawah terletak pada jarak 5 cm dari dasar, pada bagian tengah terletak pada ketinggian 25 cm dari dasar dan pada bagian atas teletak pada ketinggian 100 cm dari dasar. Masing-masing bagian diambil dua titik yang bersebrangan. Pengukuran suhu udara dan kelembaban relatif lingkungan diambil disekitar gudang dengan waktu pengukuran menyesuaikan waktu pengukuran suhu dan kelembaban relatif di dalam gudang. Pengukuran kadar air dilakukan pada bagian atas, tengah dan bawah. Masing-masing bagian sebanyak dua sampel yang diambil dari dua tempat yang bersebrangan. Pengambillan pengkukuran kadar air dilakukan setiap hari pada jam 14.00 WIB. Kopi sebanyak 10 gram ditempatkan pada wadah kemudian dimasukkan ke dalam oven pada suhu 100-105oC. Setelah 24 jam dikeluarkan dari oven lalu dimasukkan ke dalam desikator sampai mencapai suhu kamar, lalu ditimbang. Diagram alir dari pengukuran kadar air dapat dilihat pada Gambar 5.

27

Mulai

Ambil sampel biji kopi

Oven cawan, t = 1 jam

Masukkan cawan dalam desikator

Timbang cawan

Timbang cawan + biji kopi

Oven, T=105oC dan t= 24 jam

Masukkan ke dalam desikator

Timbang

Selesai Gambar 5. Diagram alir pengukuran kadar air Pengukuran kadar air awal dihitung dengan menggunakan persamaan 6.

28

Tahap yang ketiga yaitu pendugaan peningkatan kadar air dengan menggunakan program simulasi pendugaan kadar air dan membandingkannya dengan data yang diperoleh pada saat pengukuran. Input data dari program simulasi pendugaan kadar air tersebut adalah suhu udara baik lingkungan di luar model gudang dan lingkungan di dalam model gudang. Selain itu inputan data yang lain yaitu kadar air dari produk.

F. PENGUJIAN KETEPATAN HASIL Ketepatan hasil pengukuran kadar air dari percobaan dengan hasil simulasi digunakan modulus deviasi (P) dengan persamaan sebagai berikut

*

(33)

Menurut Lomauro et al (1985) dalam Irwanto et al (1991), jika nilai P kurang dari 5, maka pendugaan hasil yang didapatkan dari simulasi sangat tepat. Jika P memiliki nilai antara 5 hingga 10, maka hasil yang didapatkan dari simulasi agak tepat dan jika nilai P lebih besar dari 10, maka hasil pendugaan dari simulasi yang dilakukan tidak menggambarkan keadaan dari hasil pengukuran.

29