Pemanfaatan Load Cell CZL601 untuk Pengukuran Derajat Layu Pada Pengolahan Teh Hitam Iwan Sugriwan1), Melania Suweni Muntini2) dan Yono Hadi Pramono2)
Abstract: This paper describes result of research about measurement of degree of wilting in black tea processing. Degree of wilting was observed by measuring of tea leaves mass loss because the loss of water content. Mass sensor used is single point load cell type CZL 601 that can measure up to 20 kg. Results of calibration of load cell gives the characteristic equation V = 0.0001 m + 0.2014 volts. Output of sensor is connected with instrumentation amplifier which with applying three IC OP-07 which subsequently became data process for mirokontroller ATMega8. Data measurement result interfaced on the LCD. Instrumentation system was implemented in mini process factory at Indonesian Research for Tea and Cinchona Gambung, Bandung. Results of measurement of mass loss in a trough of 48.39%, whereas in the sample basket was 49.33%. Measuring the degree of wilting during the withering of the production process is 37.00%. Keywords: load cell, withering, black tea, mass sensor
PENDAHULUAN
dengan aliran udara panas selama
Pelayuan merupakan langkah pertama
dan
pengolahan
teh
terpenting hitam
sekitar 20 jam (Ningrat, 2006). Untuk
dalam
menentukan apakah daun teh telah
(Muthumani
cukup layu, diperiksa oleh para pekerja
et.al., 2006). Pelayuan adalah proses
teknis
menguapnya
terkandung
meraba. Segenggam daun teh dikepal
dalam daun teh karena perbedaan
sambil digulung lalu dilemparkan, jika
tekanan antara air dalam daun dan
kepalan tidak terhambur maka daun
bagian permukaan daun teh (Santoso
teh dianggap telah layu. Masalahnya
dkk, 2008). Proses pelayuan di Pusat
penentuan
Penelitian
(PPTK)
menggunakan peraba tidak konsisten
Gambung, Bandung, dilakukan dengan
dan bersifat subyektif yang berakibat
menggunakan mesin palung pelayuan
pada
(withering trough) sebagai tempat daun
mutu teh hitam (Sugriwan, 2010).
air
Teh
yang
dan
Kina
di
pelayuan
kelayuan
dengan
teh
ketidakkonsistenan
cara
dengan
terhadap
teh dihamparkan. Daun teh segar
Petunjuk teknis pengolahan teh
dihamparkan pada mesin withering
hitam menyatakan bahwa pada proses
trough dengan ketebalan 30 cm untuk
pelayuan daun teh kehilangan kadar air
dilayukan
sebanyak 47 s.d. 50%. Kehilangan
1) 2)
oleh
udara
kering
atau
Staf Pengajar Program Studi Fisika FMIPA, Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru. Staf Pengajar Jurusan Fisika FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
49
50
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (49 – 58)
masa yang disebabkan oleh kehilangan
Kehilangan massa yang diindera oleh
kadar air ini dapat digunakan untuk
load cell diantarmuka (interfaced) ke
menentukan kelayuan daun teh yang
komputer
secara kuantitatif dinyatakan dalam
menggunakan liquid christal display
persentase
(LCD).
layu dan derajat layu.
pribadi
dan
peraga
Pengembangan
sistem
Persentase layu didefinisikan sebagai
instrumentasi seperti ini memungkinkan
perbandingan antara bobot pucuk teh
supervisor
segar dengan bobot layu. Derajat layu
kepala
didefinisikan
perbandingan
kelayuan daun teh lebih terukur dan
berat hasil teh kering dengan pucuk
dapat menghindari faktor inkonsistensi
layu (Santoso, 2008).
dan subyektivitas (Sugriwan, 2010).
sebagai
pelayuan
pabrik)
(mandor
dapat
atau
menentukan
Pada penelitian ini kehilangan massa pada proses pelayuan diindera
METODOLOGI PENELITIAN
dengan sensor massa menggunakan load
cell
CZL601
yang
mampu
Sensor massa yang digunakan dalam penelitian ini adalah load cell
mengukur beban sampai dengan 20
single
kg.
merupakan
Rangkaian
sensor
massa
point
model sensor
CZL601 dengan
yang ukuran
berikutnya akan dihubungkan dengan
yang kecil namun dengan akurasi yang
pengkondisi
dengan
tinggi. Jangkauan beban yang dapat
mengaplikasikan penguat instrumentasi
diukur adalah antara 3 sampai dengan
sebagai
blok
20 kg. Secara fisik load cell ini
yaitu
ditunjukkan pada Gambar 1 di bawah
data
rangkaian mikrokontroler
sinyal
proses
untuk
berikutnya AVR
Atmega8.
ini.
Gambar 1. Load cell single point (Tadea Inc., 2009)
Sugriwan, I., Muntini, M. S. dan Pramono, Y. H., Pemanfaatan Load Cell ..............
Load
cell
model
CZL601
keluaran
melalui
dua
kabel
51
yang
dilengkapi dengan empat buah kabel
masing-masing berwarna hijau untuk
yang masing-masing kabel diberi kode
sinyal positif dan putih untuk sinyal
warna (color code) tertentu, seperti
negatif. Keluaran dari kabel warna hijau
ditunjukkan pada Gambar 2. Tegangan
dan putih memiliki selisih tegangan
+10 volt dari catu daya dihubungkan
yang akan dihubungkan dengan blok
dengan kabel warna merah sebagai
rangkaian berikutnya yaitu penguat
eksitasi
ground
instrumentasi. Sedangkan satu kabel
hitam
lagi yang berwarna hitam, shield, tidak
Sinyal
dihubungkan.
positif,
dihubungkan sebagai
sedagkan
dengan
eksitasi
warna
negatif.
Gambar 2. Kode warna kabel pada load cell (Transducer Tech., 2009) Mengkalibrasi
sensor
massa
menambahkan pembeban 0.5 kg lagi
dilakukan dengan cara, mula-mula,
dan
keluaran dari load cell (kabel warna
sebagai
hijau dan putih) dihubungkan dengan
dilanjutkan
masukan selisih tegangan penguat
pembebanan seberat sekitar 4 kg
instrumentasi,
output
hingga dihasilkan tegangan keluaran
dihubungkan
V8. Hasil dari proses kalibrasi diplot ke
pada
bagian
penguat
instrumentasi
dengan
multitester
tanpa
beban
tegangan
diset
terbaca
menunjukkan
digital.
nilai
Kondisi
supaya
oleh
nilai
multitester
tegangan
Vo.
dalam
tegangan
keluarannya
V2.
Proses
karakteristik
yang
sampai
sebuah
grafik.
ini
persamaan
dicatat sama dengan
Dari
akan
grafik
diperoleh
karakteristik
yang
menyatakan hubungan antara massa
Selanjutnya, load cell dibebani dengan
dan
tegangan
pada
load
cell.
penambahan beban sekitar 0.5 kg dan
Pembeban, timbel, dibuat dari bahan
tegangan keluaran dari load cell dicatat
logam yang diset memiliki beban 0,5 kg
sebagai V1. Proses dilanjutkan dengan
yang dibuat di Laboratorium Fisika
52
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (49 – 58)
Dasar
Jurusan
Fisika
FMIPA
ITS
Penguat
instrumentasi
yang
Surabaya. Untuk mengetahui beban
akan
sebenarnya
penelitian ini ditunjukkan pada Gambar
dengan
dari
alat
bersertifikat Pengamanan
timbel,
ukur
dikalibrasi
massa
tertelusur
di
Fasilitas
dimplementasikan
yang
3,
tiga
buah
Balai
dikonfigurasi
IC
dalam
OP-07
sebagai
yang
penguat
Kesehatan
instrumentasi. Dua op-amp sebagai
(BPFK) Depkes Surabaya (Sugriwan,
penguat selisih tegangan dan satu op-
2010).
amp sebagai penguat non-inverting.
Gambar 3. Rangkaian penguat instrumentasi dengan OP-07 (Sugriwan, 2010)
Rangkaian penguat instrumenta-
Data keluaran dari sensor yang
si dapat masukan dari load cell. Untuk
dihubungkan
pengukuran massa, tegangan keluaran
instrumentasi, berikutnya menjadi data
dari load cell, kabel warna hijau, sinyal
proses bagi rangkaian mikrokontroler.
positif, dan kabel warna putih, sinyal
Mikrokontroler yang digunakan adalah
negatif,
kaki
mikrokontroler AVR jenis ATmega8
masukan non-inverting (kaki 3 OP-07)
yang telah tersedia di pasaran secara
dari kedua op-amp sebagai penguat
luas
selisih
Ketersediaan
dihubungkan
tegangan.
dengan
Hasil
penguatan
sebagai
dengan
penguat
minimum ini
sistem.
tentu
lebih
berupa tegangan keluar dari kaki 6 op-
menyederhanakan pekerjaan teknis lay
amp ketiga. Ketiga OP-07 mendapat
out
catu tegangan +10 volt pada kaki 7 dan
penyolderan. Modul minimum sistem
-10 volt pada kaki 4.
didesain
komponen,
oleh
etsa
pabrik
PCB
dan
pembuat
Sugriwan, I., Muntini, M. S. dan Pramono, Y. H., Pemanfaatan Load Cell ..............
53
mengakomodasi berbagai konfigurasi
Realisasi Sistem Instrumentasi
yang mungkin untuk dikembangkan
Realisasi sistem instrumentasi untuk
dari
pengukuran
minimum
sistemnya.
Port
derajat
layu
pada
input/output telah disediakan dengan
pengolahan teh hitam terdiri dari blok
jumper yang lebih memudahkan ketika
sensor massa yang menggunakan load
akan
dengan
cell tipe CZL601, blok catu daya (power
antarmuka
supply), blok penguat instrumentasi,
mengantarmuka
masukan
dari
sensor,
dengan peraga seven segment dan
blok
mikrokontroler
LCD serta komunikasi secara serial
(display). Load cell dipasang pada
dengan PC juga telah disediakan.
rangka mekanis dan dirancang untuk ditempatkan
HASIL DAN PEMBAHASAN Desain
sistem
pada
dan
mesin
peraga
palung
pelayuan. Salah satu ujung dari load
instrumentasi
cell
dipasang
statis
pada
rangka
untuk pengukuran derajat layu dimple-
mekanis, seperti pada Gambar 5. Pada
mentasikan di Pusat Penelitian Teh
ujung yang lain digantungkan sebuah
dan Kina (PPTK) Gambung, Bandung.
rangka
Dalam bagian ini akan dipaparkan
keranjang tempat menyimpan objek
realisasi system instrumentasi, kalibrasi
sampel yang diukur massanya seperti
load cell sebagai sensor massa, dan
yang ditunjukkan pada Gambar 5.
pengukuran
derajat
layu
besi
segi
pada
pengolahan teh hitam
Gambar 4. Rangkaian elektronis (Sugriwan, 2010)
empat
sebagai
54
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (49 – 58)
Sinyal keluaran dari load cell dengan
kode
pengkabelan
premium di PPTK Gambung, Bandung,
rangkaian
keseluruhan perangkat akuisisi data
penguat instrumentasi melalui sebuah
ditempatkan di atas palung pelayuan.
kabel
ujung
Palung pelayuan di pabrik mini proses
dilindungi dengan pasangan konektor
berbeda dengan palung pelayuan di
DB 9 pin male-female yang dipasang
pabrik
pada sebuah cassing box. Blok-blok
kapasitas
rangkaian elektronik yang terdiri dari
dikatakan bahwa pabrik mini proses
rangkaian
penguat
adalah miniatur dari pabrik utama.
instrumentasi dan kit mikrokontroler
Gambar 5 berikut menunjukkan palung
ditempatkan di dalam cassing box yang
pelayuan di pabrik mini proses dan
selanjutnya disimpan di bagian atas
penempatan perangkat akuisi di atas
dari rangka mekanis, ditunjukkan pada
palung
Gambar 5. Pada implementasi di pabrik
mekanis tempat load cell.
dihubungkan
yang
warna
mini proses pengolahan teh hitam
dengan
pada
catu
bagian
daya,
utama
pengolahan.
beberan
pelayuan
pucuk,
dengan
Selain dapat
rangka
Gambar 5. Perangkat keras akuisisi pada palung pelayuan
Kalibrasi Load cell sebagai Sensor Massa Sebelum diimplementasikan di industri pengolahan teh hitam, terlebih dahulu load cell harus dikalibrasi untuk mengetahui
hubungan
karakteristik
antara
massa
dengan
tegangan.
Kalibrasi dilakukan dengan non-zero calibration pada tegangan, di mana tegangan keluaran tidak menunjukkan nol ketika belum diberi anak timbangan
Sugriwan, I., Muntini, M. S. dan Pramono, Y. H., Pemanfaatan Load Cell ..............
55
sebagai pembeban (tanpa pengaturan
daun teh kering dengan daun teh layu.
offset).
pembeban
Untuk mendapatkan ukuran derajat
dikalibrasi di Laboratorium Gaya dan
layu harus melalui semua tahapan
Massa Balai Pengamanan Fasilitas
proses pengolahan teh hitam sejak
Kesehatan (BPFK)
pada
pembeberan pucuk segar pada palung
tanggal 7 April 2010. Anak timbangan
pelayuan hingga pengeringan pada
bersertifikat
mesin pengering. Tahap terpenting
Timbal
sebagai
yaitu
Surabaya
merk
sartorius,
model/tipe YCW 553-00, nomor seri
pada
15929662, kelas F1 dengan nominal
menentukan
500 gram. Massa konvensional anak
Dalam bagian ini, sensor massa load
timbangan standar adalah 499,9996
cell
gram
0,63
mengukur kehilangan massa karena
gram. Anak timbangan yang dikalibrasi
kehilangan kadar air digunakan untuk
ditunjukkan pada Gambar 4.5 yang
menentukan kelayuan teh.
dengan
ketidakpastian
proses
yang
dibuat di Laboratorium Fisika Dasar
pelayuan
kelayuan
telah
Tabel
1
adalah
pucuk
dirancang
merupakan
teh.
untuk
data
Jurusan Fisika FMIPA ITS Surabaya.
pengolahan teh hitam di pabrik mini
Pada
proses
waktu
dilakukan
kalibrasi,
PPTK
Gambung,
Bandung,
densitas udara adalah 7390 kg/m3.
pada tanggal 5-6 Mei 2010. Jenis
Timbangan
untuk
pengolahan yang dilakukan adalah
merk
sistem
yang
mengkalibrasi
digunakan
timbal
yaitu
orthodox
murni
yaitu
sartorius, model/tipe CP12001S, nomor
pengolahan teh dengan ukuran bubuk
seri 161108413, dengan kapasitas 12,1
lebih
kilogram. Metode kerja mengacu ke
rotorvane.
OIML R111-1 Part-1 & Part-2 Edition
pengolahan
2004 (E). Hasil kalibrasi load cell
dengan
memberikan persamaan karakteristik V
setelah pucuk layu teh digulung dan
= 0,0001m + 0,2014 volt (Sugriwan,
digiling
pada
2010).
melalui
penggilingan
besar
dari
sistem
Yang
orthodox-
membedakan
sistem orthodox
orthodox-rotorvane
mesin
murni adalah
rolling
tanpa
pada
mesin
rotorvane. Pada pengolahan teh hitam Pengukuran Derajat Layu Pengolahan Teh Hitam Derajat pengolahan
layu teh
teh
hitam
premium dengan pucuk segar disortasi hanya P+2, pengolahan dengan sistem pada diperoleh
dengan cara membandingkan berat
orthodox
murni
dimungkinkan
memperoleh hasil giling dengan ukuran bubuk yang mirip dengan orthodox-
56
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (49 – 58)
rotorvane dengan pucuk kasar (P+5).
adalah
Kelebihan
murni
sehingga sifat cepat seduh (quick
adalah produk teh kering memiliki
brewing) tidak lebih baik dari hasil
aroma
orthodox-rotorvane.
sistem
yang
kuat.
orthodox
Kekurangannya
ukuran
bubuk
lebih
besar
Tabel 1. Data pengolahan teh hitam di pabrik mini proses PPTK Gambung, Bandung Informasi Umum Jenis Pengolahan Tanggal Pengolahan Tempat Pengolahan Data Pucuk Segar Berat pucuk segar dalam trough Jenis Pucuk Berat sample pucuk segar pada keranjang Kadar air pucuk Sampel 1 Sampel 2 segar 76.99 % 74.99 % Proses Pelayuan Nama Proses Pembeberan daun segar pada trough Pelayuan dengan Udara ruang Pelayuan dengan udara kering (panas) Pembalikan 1 Pembalikan 2 Turun layu Data Pucuk Layu Berat layu dari trough Berat pucuk layu dalam keranjang Berat pucuk layu yang diolah Kadar air Sampel 1 Sampel 2 Pucuk Layu 66.65 % 66.60 % Penggulungan dan penggilingan Nama proses Penggulungan dan penggilingan Press Kirab Press Kadar Air seteSampel 1 Sampel 2 lah penggilingan 59.28 % 59.18 % Oksidasi Enzimatis Nama proses Masuk ruang Oksidasi Enzimatis Pengeringan Nama Proses Pengeringan di mesin pengering (oven) Kadar Air bubuk Sampel 1 Sampel 2 kering 1.80 % 2.00 % Berat kering Derajat Layu
: Premium tea dengan orthodox murni : 5-6 Mei 2010 : Pabrik mini proses PPTK Gambung, Bandung : 31 kg : Pucuk kasar : 4100 gr Sampel 3 Sample 4 75.29 % 75.69 %
Sampel 5 76.29 %
Rata-rata 75.85 %
Waktu Mulai (jam) 12.30 12.45 18.00 19.00 23.00 03.45
Selesai (jam) 12.45 18.00 03.45 19.10 23.10 04.25
: 16 kg : 2100 gr : 10 kg (yang 6 kg dikembalikan ke pabrik utama) Sampel 3 Sample 4 Sampel 5 Rata-rata 66.70 % 66.65 % Waktu Mulai (jam) 04.25 05.00 05.15 05.20 Sampel 3 Sample 4 59.177 % -
Selesai (jam) 05.00 05.15 05.20 05.30 Sampel 5 Rata-rata 59.21 % Waktu
Mulai (jam) (04.25) 05.30
Selesai (jam) 06.25 Waktu
Mulai (jam) 06.25 Sampel 3 Sample 4 1.99 % : 3.7 kg : 3.7 kg/10 kg : 0.37
Selesai (jam) 07.50 Sampel 5 Rata-rata 1.93 %
Sugriwan, I., Muntini, M. S. dan Pramono, Y. H., Pemanfaatan Load Cell ..............
57
Namun demikian, karena sortasi
dengan kelembaban sekurang-kurang
basah pada pengolahan teh premium
75% dan optimum pada kelembaban
hanya pucuk segar P+2, maka hasil teh
90%. Lama waktu oksidasi enzimatis
kering diharapkan memiliki sifat quick
adalah selama 2 jam setelah turun
brewing dan aroma yang kuat.
layu. Jadi waktu pengkabutan bubuk
Pelayuan dilakukan pada mulai
teh di ruang humiditifier adalah dua jam
pukul 12.45 dan berakhir pada pukul
dikurangi lama proses penggilingan.
04.45 atau dilayukan selama 14 jam.
Untuk menghentikan proses oksidasi
Untuk mendapatkan kuantitas derajat
enzimatis, maka dikeringkan dengan
layu, maka diperlukan berat pucuk
oven pada temperatur 90 - 110oC
kering
(Sugriwan, 2010).
dibandingkan
dengan
berat
pucuk layu. Mendapatkan berat kering berarti
harus
melalui
tahapan
Kehilangan
kadar
air
yang
dindera oleh sensor load cell dengan
pengolahan secara benar dan tepat,
mengukur
karena muara akhir dari semua proses
didasarkan pada kehilangan kadar air
pengolahan
meningkatkan
selama proses pelayuan yaitu antara
kualitas mutu teh hitam yang diuji
47 sampai dengan 50%. Dari Tabel 9
sensoris (indrawi) oleh tester. Proses
(data produksi tanggal 5-6 Mei 2010)
pengolahan setelah turun layu adalah
diketahui
penggilingan, oksidasi enzimatis dan
pembeberan pucuk segar, berat dalam
pengeringan.
penggulungan
keranjang sampel adalah 4145 gr.
dan penggilingan dilakukan sekitar 1
Setelah dilayukan selama 14 jam, berat
jam 15 menit. Selama proses ini
dalam sampel keranjang menjadi 2045
dilakukan dua kali press dan kirab
gr. Berarti selama proses pelayuan ini
masing-masing sekitar 10 – 15 menit
telah kehilangan kadar air sebanyak
untuk press dan 5 menit untuk kirab.
49,33%. Jika dibandingkan dengan
Proses penggulungan dan penggiling-
kehilangan massa dalam pucuk segar
an ini perlu memperhatikan waktu giling
dalam satu trough, di mana diketahui
karena akan berpengaruh pada proses
berat pucuk segar total
berikutnya yaitu oksidasi enzimatis.
berat layu adalah 16 kg, berarti telah
Proses
oksidasi
kehilangan
adalah
proses
mengeluarkan
adalah
Proses
enzimatis
sendiri
eksotermal
dengan
(perubahan)
enzim-
enzim dari bubuk teh dalam ruang
sensor
pengurangan
bahwa
massa
massa
pada
saat
31 kg dan
48,39%.
load
massa
cell
Hasil telah
menunjukkan kinerja yang baik untuk menentukan kelayuan daun teh.
58
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (49 – 58)
KESIMPULAN Sensor load cell CZL601 dapat menentukan kelayuan dengan lebih terukur dan konsisten dalam pengolahan teh hitam premium. Proses pelayuan telah dilakukan dengan baik sehingga sensor load cell telah berhasil menentukan kelayuan daun teh. Hasil pengukuran kehilangan massa dalam satu trough sebanyak sebesar 48,39%, sedangkan dalam keranjang sampel adalah 49,33%. Pengukuran derajat layu selama proses pelayuan dari ketiga proses produksi adalah 37,00%.
DAFTAR PUSTAKA Danoe Ningrat, R.G.S Soeria. 2006. Teknologi Pengolahan Teh Hitam. Penerbit ITB. Bandung. Muthumani, Thomas., Kumar, R.S. Senthil. 2006. Studies on Freeze-withering in Black Tea Manufacturing. Journal of Food Chemistry. ScienceDirect. Elsevier: 103 – 106
Santoso J, Suprihatini R, Abas T, Rohdiana D, Shabri. 2008. Petunjuk Teknis Pengolahan Teh. Pusat Penelitian Teh dan Kina (PPTK) Gambung. Bandung. Soedrajat, Rulan R. 2010. Pelayuan Pucuk Teh. Balai Penelitian Teh Kina, Bandung. Sugriwan I., Muntini MS, Pramono YH. 2010. Desain dan Karakterisasi Load Cell Tipe CZL601 sebagai Sensor Massa untuk Mengukur Derajat Layu pada Pengolahan The Hitam. Seminar Nasional Fisika II. Surabaya: D55 – D57. Sugriwan I., Muntini,MS., Pramono, YH. 2010. Perancangan Sistem Instrumentasi untuk Pengukuran Derajat Layu pada Pengolahan Teh Hitam. Tesis. Surabaya: Pasca Sarjana ITS. Tadea Inc. 2009. Single Point Load Cell. Data Sheet: 1 – 4 Transducer Techniques, Inc. 2009. Data Sheet: 1 – 5
