Analisis Eksergi Pengeringan Irisan Temulawak | Manalu | Agritech 10689 20445 2 PB
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
ANALISIS EKSERGI PENGERINGAN IRISAN TEMULAWAK
([HUJ\$QDO\VLVRI'U\LQJ3URFHVVRICurcuma xanthorrhiza6OLFHV
Lamhot Parulian Manalu1, Armansyah Halomoan Tambunan2
Pusat Teknologi Agroindustri, Badan Pengkajian dan Penera an Teknologi, Gd. 2 t. 10,
Jl. M. . Thamrin 8 Jakarta 103 0
2
De artemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor, Kam us IPB Darmaga, Bogor 16002
Email: l manalu ahoo.com, ahtambun i b.ac.id
1
ABSTRAK
Temulawak Curcuma xanthorrhiza o b.) meru akan tanaman obat ang sim lisian a digunakan sebagai bahan baku
embuatan jamu atau obat tradisional. Pengeringan meru akan roses utama dalam mem roduksi sim lisia. Untuk
menganalisis e siensi energi suatu roses engeringan umumn a digunakan hukum termodinamika ertama ang
menjelaskan tentang rinsi kekekalan energi. Akan teta i teori ini mem un ai keterbatasan dalam mengukur enurunan
kualitas energi. Untuk mengetahui a akah energi ang digunakan ada roses engeringan sudah digunakan secara
o timal dari sisi kualitas, digunakan hukum termodinamika kedua atau ang dikenal dengan analisis eksergi. Tujuan
enelitian ini adalah menentukan e siensi roses engeringan la isan ti is irisan temulawak dengan metode analisis
energi dan eksergi. Dalam studi ini, metode analisis energi dan eksergi berdasarkan hukum termodinamika ertama
dan kedua telah digunakan untuk menghitung rasio enggunaan energi dan besaran eksergi ang musnah exergy loss),
sehingga e siensi roses engeringan irisan temulawak da at ditentukan secara akurat. asil enelitian menunjukkan
bahwa kondisi roses engeringan mem engaruhi rasio enggunaan energi dan e siensi eksergi engeringan. Semakin
tinggi suhu dan
engeringan maka rasio enggunaan energi semakin rendah dan e siensi eksergi semakin tinggi.
E siensi eksergi engeringan temulawak ber ariasi antara 96,5 -100 untuk selang suhu 50 o hingga 70 o ada
0 serta 82,3 - 100 untuk selang
20 hingga 0
ada suhu 50 o .
Kata kunci: Pengeringan, energi, e siensi eksergi, temulawak
ABSTRACT
Ja a turmeric Curcuma xanthorrhiza o b.) is a medicinal lant used as raw material for making herbal medicine, its
rhi ome cut into slices and dried so called sim licia. urcuma has a har est moisture content is high enough to need a
great energ for dr ing. Generall , the theor used to anal e the energ ef cienc is the rst law of thermod namics
that describes the rinci le of conser ation of energ . owe er, this theor has limitations in measuring the loss of
energ ualit . To determine whether the energ used in the dr ing rocess has been used o timall in terms of ualit ,
the second law of thermod namics -known as e erg anal sis- is used. The ur ose of this stud is to determine the
ef cienc of the thin la er dr ing of curcuma slices with e erg anal sis. The results show that the rocess conditions
affect the energ utili ation ratio and e erg ef cienc of dr ing. E erg anal sis method based on the second law of
thermod namics has been used to determine the amount of e erg destro ed so that the ef cienc of the dr ing rocess
can be determined more accuratel . E erg ef cienc aries between 96.5 -100 for tem eratures of 50
to 70
at 0
and 82.3 - 100 for 20 to 0
at 50 .
Keywords: Dr ing, energ , e erg ef cienc , curcuma slices
PENDAHULUAN
Pengeringan adalah roses ang memerlukan ban ak
energi Dincer dan Sahin 200 ). Tinggin a harga energi
ada saat ini membuat u a a untuk meningkatkan e siensi
96
enggunaan energi ada suatu roses semakin dibutuhkan.
Umumn a teori ang digunakan untuk menganalisis
e siensi energi adalah hukum termodinamika ertama ang
menjelaskan konse kekekalan energi. Akan teta i teori
ini mem un ai keterbatasan dalam mengukur enurunan
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
kualitas energi akibat embentukan entro i selama roses
Gra eland dan Gisolf, 1998). Dalam menentukan e siensi
roses engeringan utaman a la isan ti is ang rosesn a
diasumsikan bersifat adiabatis, nilai e siensi ang dihitung
bukanlah nilai e siensi roses engeringann a melainkan
nilai e siensi dari alat engering.
Untuk mengetahui a akah energi ang masuk ke dalam
suatu sistem engering sudah digunakan secara o timal dari
sisi kualitas, digunakan metode analisis berdasarkan hukum
termodinamika kedua. Kaidah ini men atakan bahwa selain
memiliki kuantitas, energi juga memiliki kualitas. Besaran
dari kualitas energi ini disebut eksergi Ahern, 1980). engel
dan Boles 2002) men atakan bahwa eksergi ang meru akan
suatu ukuran mutu atau nilai energi.
Analisis
eksergi
berdasarkan
hukum
kedua
termodinamika memiliki dua kelebihan dibandingkan
dengan metode keseimbangan anas dalam suatu sistem
ang berhubungan dengan energi energy-related system).
Pertama, analisis eksergi memberikan engukuran ang lebih
akurat dari ketidake sienan aktual suatu sistem serta lokasi
terjadin a ketidake sienan tersebut.
al ini berlaku baik
untuk sistem ang sederhana mau un ang rumit. Analisis
eksergi juga memberikan ukuran e siensi sistem sebenarn a
untuk suatu sistem siklus kombinasi ang rumit atau sistem
terbuka dimana metode keseimbangan anas memberikan
nilai e siensi ang tidak akurat Ahern, 1980). Pada bebera a
tahun terakhir ini analisis eksergi telah menjadi metode
enting ang kom rehensif dan mutakhir dalam studi tentang
desain, analisis dan o timasi suatu sistem termal termasuk
roses engeringan roduk ertanian Dincer dan Sahin,
200 ).
Bebera a studi mengenai as ek termodinamika dari
sistem engeringan telah dilakukan. Midilli dan Kucuk 2003)
melakukan analisis energi dan eksergi roses engeringan dari
biji kenari pistachio) dengan menggunakan lemari engering
bertenaga sur a. Dincer dan Sahin 200 ) mengembangkan
model baru untuk analisis eksergi ada roses engeringan.
Ak inar 200 ) melakukan analisis energi dan eksergi roses
engeringan dari irisan a rika merah dalam engering ti e
kon eksi. Ak inar dkk. 2005, 2006) men ajikan analisis
energi dan eksergi roses engeringan kentang dan labu
dengan engering ti e siklon cyclone type dryer). olak
dan e basli 2007) men ajikan analisis eksergi roses
engeringan la isan ti is buah aitun green olive) dengan
engering rak. or o dkk. 2008) mem elajari analisis eksergi
dan o timasi engeringan la isan ti is irisan buah coroba,
sedangkan Aghbashlo dkk. 2008) tentang engeringan skala
semi-industri roduk kentang. Akbulut dan Durmus 2010)
dan a ghelichi dkk. 2010) masing-masing mem elajari
termodinamika engeringan murbai dan wortel.
Temulawak Curcuma xanthorrhiza o b.) termasuk
tanaman dalam suku ingiberaceae, dikenal dan ban ak
digunakan sebagai sebagai tanaman obat. Bebera a hasil
enelitian men atakan khasiat temulawak antara lain
antimikroba, antidiare, kontraksi usus, imnostimulan,
antioksidan dan juga antitumor Masuda dkk., 1992
wang dkk., 2000 hoi dkk., 2005). Bagian tanaman ang
dimanfaatkan adalah umbi akarn a rhi ome). Untuk menjadi
bahan baku tanaman obat atau sim lisia, umbi temulawak
diiris dengan ketebalan 3- mm kemudian dikeringkan.
sebagai sim lisia. Kadar air rim ang temulawak saat di anen
berkisar 80-90 sehingga dibutuhkan ban ak energi untuk
roses engeringann a mengingat kadar air akhir ang
dis aratkan adalah 10
Manalu dkk., 2009 De kes,
2008). Untuk itu karakteristik engeringan temulawak erlu
di elajari agar dida atkan roses ang e sien.
Tujuan
enelitian ini adalah mengkaji sistem
termodinamika engeringan la isan ti is, melakukan analisis
energi dan eksergi engeringan serta menentukan e siensi
roses engeringan la isan ti is sim lisia temulawak.
METODE PENELITIAN
Bahan
Bahan ang di akai dalam enelitian ini adalah rim ang
temulawak ang di eroleh dari Balai Penelitian Tanaman
em ah dan bat di Bogor. Setelah dibersihkan dan dicuci,
rim ang temulawak diiris dengan ketebalan 3- mm. Sebelum
dikeringkan, irisan temulawak terlebih dulu direndam dalam
air dengan suhu 95 o diblansir) selama 5 menit Ertekin dan
aldi 200 ) kemudian ditiriskan.
Deskripsi Alat Pengering
Penelitian engeringan dilakukan dengan menggunakan
alat engering terkontrol-terakuisisi Gambar 1). Alat
engering ini da at diatur ada kondisi suhu dan kelembaban
nisbi
) ang diinginkan aitu ada selang suhu 3020-90 . Pengontrolan kondisi engeringan
80 o dan
dilakukan dengan kontrol PID dengan akurasi suhu ± 1o dan
± 2 sesuai dengan standar ASABE, 2006). Sensor suhu
dan
menggunakan S T15 Sensirion. Secara keseluruhan
alat engering dikontrol oleh mikro rosesor A Atmel. Alat
ini dilengka i juga dengan sistim humidi er 2000 , sistem
emanas 2000 , ki as elektrik dan dehumidi er. Kece atan
udara engering ang melalui ruang engering dikontrol
secara manual dan diukur dengan menggunakan anemometer
digital Kanoma dengan akurasi ± 0.1 m s.
97
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
Gambar 1. Skema kiri) dan gambar eralatan engeringan laboratorium kanan)
Prosedur Percobaan
Percobaan engeringan dilakukan ada tiga le el suhu
dan
, aitu suhu 50, 60 dan 70 o ada
konstan 20
dan ada
20 , 30 , dan 0 dengan suhu konstan 50 o .
Kece atan aliran udara engeringan dijaga konstan sekitar 0,9
m detik. Kombinasi kondisi engeringan ini menghasilkan
laju massa udara PDVVÀRZUDWH) ada selang 0,050 hingga
0,060 kg detik. Berat awal sam el 150 gram.
Sebelum
ercobaan dimulai, alat engering sudah
dihidu kan satu jam sebelumn a untuk menstabilkan suhu
dan kelembaban di ruang engering drying chamber) sesuai
dengan kondisi ercobaan ang diinginkan Manalu dkk.,
2009). Berat dan suhu bahan serta suhu dan kelembaban udara
engering dimonitor secara kontinu dan direkam datan a
setia 5 menit selama ercobaan. Perubahan berat sam el
diukur langsung secara otomatis dengan menggunakan
timbangan merek AandD ti e G -3000 ka asitas 0-3000
g dan akurasi 0,01 g). Percobaan dihentikan setelah berat
sam el konstan. Kadar air akhir ercobaan ditentukan dengan
mengeringkan sam el selama 2 jam ada suhu 103 ± 2 o
dengan memakai oven Kashaninejad dkk., 2007).
Metode Analisis Energi dan Eksergi
Gambar 2 meru akan diagram atau skema sistem
termodinamika ercobaan engeringan ang dilakukan.
Proses engeringan sam el temulawak sebagai bahan adat
lembab moist solid) ada enelitian ini da at dikategorikan
sebagai sistem terbuka open system) atau disebut juga control
volume system Dincer dan Sahin 200 ). Pada sistem tersebut,
baik massa mau un energi da at melewati batas boundary)
sistem engel dan Boles 2002).
Sistem termodinamika engeringan ada diatas da at
diuraikan dan dijelaskan secara lebih rinci dalam em at
kondisi berikut Gambar 3):
98
Gambar 2. Skema sistem engeringan dengan control volume system
a.
b.
c.
d.
Kondisi 1, berhubungan dengan masukan in ut) udara
engering ke dalam sistem untuk mengeringkan sam el
roduk.
Kondisi 2, berhubungan dengan
roduk
ang
dikeringkan dan air di dalam roduk ada kondisi awal.
Kondisi 3, berhubungan dengan luaran out ut) udara
lembab ang keluar dari sistem.
Kondisi
, berhubungan dengan
roduk
ang
dikeringkan dan air di dalam roduk ada kondisi akhir.
Analisis termodinamika engeringan ini dilakukan
berdasarkan hukum termodinamika ertama dan kedua ang
mencaku rinsi keseimbangan massa, energi dan eksergi.
Selain itu karena roses ini berlangsung secara sikrometrik
olume kontrol Burghardt dan arbach 1993), maka
ersamaan- ersamaan sikrometrik juga digunakan dalam
erhitungan sifat-sifat udara engeringan).
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
x
Besarn a laju aliran masa
engua an air sim lisia
m v ) selama selang waktu t dihitung dengan membagi
selisih bobot dengan selang waktu tersebut.
Pada sistem engeringan la isan ti is ini, besaran
enggunaan energi energy utilization, EU) adalah sama
dengan energi engua an:
ܷܧൌ ܳሶ௩
Gambar 3. Skema in ut-out ut
Sahin 200 )
roses
engeringan Dincer dan
Neraca Massa
Persamaan keseimbangan massa dalam ruang engering
sebagai suatu sistem olume terkontrol control volume
system) mencaku tiga kom onen berikut aitu roduk
ang dikeringkan, udara dan air ua air ang ada di dalam
uida engering dan roduk. Selanjutn a, neraca massa
ada kondisi steady-state dari tiga kom onen tersebut adalah
Dincer dan Sahin 200 ):
x
Produk : m p ) 2
x
Udara : m a )1
x
.
x
.
mp)
m a )3
Air
1)
x
ma
: Z1 m a m w ) 2
x.
x
mp
2)
Z3 m a m w )
x
x
.
x
3)
Neraca Energi
eraca energi ada kondisi steady-state untuk seluruh
sistem dirumuskan berdasarkan kaidah energi ang masuk
sama dengan energi ang keluar:
x
x
x
m a h1 m p h p ) 2 m w ) 2 hw ) 2
x
x
x
x
m a h3 m p h p ) m w ) hw ) Ql
)
dimana
h1
h3
ha )1 Z1 hv )1 | ha )1 Z1 hg )1
ha )3 Z3 hg )3
Ental i udara engering dihitung dengan
berikut eldman dan Singh, 1981):
ha
ha
c pa T Tref ) Zh fg
1.00 1.88Z ) T Tref ) Zh fg
5)
6)
ersamaan
7)
aju indah anas karena engua an mengikuti
ersamaan S ahrul dkk., 2002) berikut:
x
Q ev
x
m v h fg
8)
9)
asio enggunaan energi energy utilization ratio,
EU ) dihitung berdasarkan rasio energi engua an terhada
energi untuk emanasan udara engering selisih ental i udara
masuk dan keluar sistem, lihat Gambar 2) sebagai berikut:
ܴܷܧൌ
ܳሶ௩
10)
݉ሶ ሺ݄ െ ݄ ሻ
Neraca Eksergi
Eksergi masuk, keluar dan ang hilang ke dari
ruang engering dianalisis berdasarkan hukum kedua
termodinamika. Dasar erhitungan untuk analisis eksergi
ruang engering adalah menghitung nilai eksergi dalam
keadaan manta steady state) Ak inar dkk., 2006 or o
dkk., 2008 Midili dan Kucuk 2003). Dincer dan Sahin 200 )
men usun ersamaan keseimbangan eksergi sebagaimana
ersamaan in ut-out ut untuk energy balance sebagai berikut:
x
x
x
m a e1 m p e p ) 2 m w ) 2 ew ) 2
x
x
x
x
x
m a e3 m p e p ) m w ) e w ) E q E d
11)
Untuk menentukan eksergi s esi k ada kondisi 1
digunakan endekatan dengan melihat sifat termodinamika
udara lembab humid air) engeringan sebagai cam uran
gas ideal antara udara kering dan ua air Shuku a dan
ammache 2002). Dengan demikian eksergi s esi k e1)
udara engeringan -as a humid air mixture- ada kondisi 3
adalah,
݁ଵ ൌ ൫ܥ ߱ଵ ܥ௩ ൯ሺܶଵ െ ܶ െ ܶ ݈݊
ܶଵ
ሻ
ܶ
ͳ ͳǤͲͺ߱
൰
ܴ ܶ ൜ሺͳ ͳǤͲͺ߱ଵ ሻ݈݊ ൬
12)
ͳ ͳǤͲͺ߱ଵ
߱ଵ
ͳǤͲͺ߱ଵ ݈݊ ൬ ൰ൠ
߱
Sedangkan eksergi s esi k ada kondisi 3 adalah,
݁ଷ ൌ ൫ܥ ߱ଷ ܥ௩ ൯ ൬ܶଷ െ ܶ െ ܶ ݈݊
ܶଷ
൰
ܶ
ܴ ܶ ൜ሺͳ ͳǤͲͺ߱ଷ ሻ݈݊ ൬
ͳǤͲͺ߱ଷ ݈݊ ൬
ͳ ͳǤͲͺ߱
൰
ͳ ͳǤͲͺ߱ଷ
߱ଷ
൰ൠ 13)
߱
99
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
E siensi eksergi dide nisikan sebagai rasio eksergi
ang da at dimanfaatkan e erg in estment) dari sistem
engeringan terhada eksergi ang masuk kedalam sistem
or o dkk., 2008):
ߟ௫ ൌ
ݓ݈݂݊݅ݕ݃ݎ݁ݔܧെ ݏݏ݈ݕ݃ݎ݁ݔܧ
ݓ݈݂݊݅ݕ݃ݎ݁ݔܧ
16)
17)
([HUJ\ORVV ([HUJ\LQÀRZ([HUJ\RXWÀRZ
Pada studi ini analisis termodinamika sistem
engeringan temulawak dilakukan dengan mengacu ada
kondisi lingkungan T0 303 K 30 o ) dan RH0 70 sebagai
kondisi referensi dead state).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kinetika Pengeringan
Kinetika engeringan la isan ti is irisan temulawak
dalam tam ilan kur a erubahan massa terhada waktu ada
berbagai le el suhu dan
udara engeringan disajikan
dilihat ada Gambar . Berat awal irisan temulawak 150
gram dan berat sam el hingga akhir engeringan berkisar
20,19-16,88 gram. Penurunan berat bahan terjadi secara ce at
ada saat awal engeringan kemudian semakin melambat
mendekati akhir engeringan. Dari gambar tersebut terlihat
bahwa enurunan massa temulawak semakin ce at dengan
meningkatn a suhu dan menurunn a
engeringan. aju
engeringan ang berlangsung ce at di saat awal engeringan
disebabkan masih tinggin a kadar air bahan ang membuat
gradien tekanan ua air bahan terhada lingkungann a
cuku besar sehingga migrasi air dari dalam bahan ke luar
juga tinggi, dan kemudian semakin melambat ada akhir
150
120
90
Massa temu lawak g)
Massa temu lawak g)
150
70 ,
0
60 ,
0
60
30
0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
300
360
120
90
30
0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
Gambar . Perubahan massa temulawak terhada
berbagai suhu dan
100
waktu
300
80
70
70
60
50
0
70 , 0
60 , 0
50 , 0
30
20
0
360
ada
60
120
180 2 0
aktu menit)
300
60
50
0
50 , 0
50 , 30
50 , 20
30
20
360
0
60
120
Gambar 5. Perubahan suhu temulawak selama
berbagai suhu dan
180 2 0
aktu menit)
300
engeringan
360
ada
Gambar 6 mem erlihatkan data engukuran suhu dan
udara ang keluar dari sistem engeringan, data tersebut
digunakan untuk menghitung nilai energi dan eksergi RXWÀRZ.
Tabel 1 menam ilkan besaran energi dan eksergi udara
engeringan ang masuk LQÀRZ) ke dalam sistem Karena
energi dan eksergi LQÀRZ besarn a konstan karena suhu dan
udara masuk konstan) maka erubahan besaran energi dan
eksergi di dalam sistem selama engeringan da at dihitung.
80
100
70
80
60
50
0
70 , 0
60 , 0
50 , 0
30
20
50 , 0
50 , 30
50 , 20
60
0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
300
20
360
0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
Gambar 6. Suhu udara keluar dari ruang engeringan ada
suhu masuk teta
300
360
dan
Tabel 1. Besaran energy dan H[HUJ\ LQÀRZ ada berbagai
kombinasi suhu dan
T
50 ,
0
50 ,
30
60
80
)
15)
Untuk menghitung ersamaan keseimbangan energi
ada sistem termodinamika engeringan ini erlu diketahui
erubahan suhu bahan serta suhu dan
udara ang keluar
dari sistem. Gambar 5 mem erlihatkan erubahan suhu bahan
selama engeringan.
)
݁௩
ܶ
൰
ൌ ܳሶ௩ ൬ͳ െ
ܶ௩
Suhu bahan
Eksergi s esi k engua an:
Analisis Energi dan Eksergi Pengeringan Temulawak
keluar
1 )
)
ܶ
ቇܶ
ܶ
Suhu keluar
݁ ൌ ܥ ቆͳ െ
roses engeringan. Suhu dan
engeringan ber engaruh
terhada laju engeringan dan kadar air keseimbangan
temulawak Manalu dkk., 2012).
Suhu bahan
Eksergi s esi k untuk roduk dan air di dalam roduk
dihitung dengan mengacu ada ersamaan berikut:
o
50
60
70
50
50
50
)
)
0
0
0
20
30
0
Energy J s)
7 832
11 119
15 633
5 28
6 630
7 832
Exergy J s)
68,08
235,90
581,13
0,7
3,03
68,08
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
Tabel 2. Penggunaan energi dan eksergi untuk engua an selama dan 6 jam engeringan
Evaporation exergy kJ)
27,33
19,68
12,11
10,87
1 ,06
2.0
Energ utili ation ratio EU )
Energ utili ation ratio EU )
1.6
1.2
50 , 0
0.8
60 , 0
70 , 0
0.
0.0
0
60
Gambar 7.
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
12
Evaporation exergy kJ)
28,08
20,71
13,13
11,55
1 ,
Selisih antara eksergi masuk dengan keluar adalah
meru akan besaran eksergi musnah exergy loss), kur an a
di lotkan ada Gambar 9, Shuku a dan ammache 2002)
men ebutn a dengan exergy destruction atau exergy
consumed. Pada gambar tersebut terlihat bahwa konsumsi
eksergi tinggi ada awal engeringan dan semakin turun
dengan bertambahn a waktu engeringan. al ini dilarenakan
ada awal engeringan kadar air bahan masih tinggi sehingga
di erlukan eksergi lebih ban ak untuk engua an air
dan emanasan bahan, kecenderungan ini sejalan dengan
enggunaan energi.
0.8
0.08
E erg outflow kJ s)
Pada Tabel 2 disajikan besaran enggunaan energi
dan eksergi untuk engua an air bahan evaporation heat
dan evaporation exergy) ang dihitung dengan metode
enjumlahan langsung selama
dan 6 jam engeringan
temulawak.
Kur a rasio enggunaan energi EU ) ada Gambar 7
mem erlihatkan bahwa e siensi enggunaan energi semakin
menurun seiring bertambahn a waktu hingga mendekati nol.
al ini sejalan dengan kinetika laju engeringan dimana
jumlah air ang diua kan ada awal roses engeringan masih
ban ak dan semakin sedikit menjelang rasio enggunaan
energi juga di engaruhi oleh kondisi suhu dan
engeringan, semakin tinggi suhu dan
engeringan, maka
rasio enggunaan energi semakin rendah dan sebalikn a, atau
dikatakan bahwa EU berbanding terbalik dengan tingkat
suhu dan
engeringan. asil ang sama dila orkan oleh
Ak inar 200 ) dan Ak inar dkk. 2005) dalam studi tentang
engaruh suhu engeringan terhada rasio enggunaan
energi.
Evaporation heat kJ)
310,08
313,50
31 ,30
309,52
310,98
0.6
70 , 0
60 , 0
50 , 0
0.
0.2
0.0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
300
0.06
0.0
50 , 0
50 , 30
50 , 20
0.02
0.00
360
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
Gambar 8. ([HUJ\RXWÀRZ sebagai fungsi dari waktu engeringan
10
8
6
50 , 20
50 , 30
50 , 0
2
0
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
asio enggunaan energi terhada waktu engeringan
ada
dan suhu teta
0.005
0.010
0.00
0.008
E erg loss kJ s)
, 0
, 0
, 0
, 30
, 20
Evaporation heat kJ)
303,63
301,58
296,9
298,00
30 ,76
Selama 6 jam engeringan
E erg loss kJ s)
70
60 o
50 o
50 o
50 o
o
jam engeringan
E erg outflow kJ s)
Selama
Suhu,
0.003
70 , 0
0.002
60 , 0
50 , 0
0.001
0.000
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
0.006
50 , 20
0.00
50 , 30
50 , 0
0.002
0.000
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
Exergy Loss
Eksergi ang meninggalkan sistem H[HUJ\ RXWÀRZ)
da at dilihat ada Gambar 8. Kur a eksergi keluar semakin
tinggi dengan meningkatn a waktu engeringan, nilain a
mendekati besarn a eksergi masuk.
al ini menunjukkan
bahwa beban engeringan dalam sistem semakin kecil.
Eksergi ang keluar dari sistem masih cuku tinggi sehingga
masih da at dimanfaatkan, hal ini da at dia likasikan untuk
engeringan rak ang terdiri dari bebera a la isan.
Gambar
9. Exergy loss sebagai fungsi dari waktu engeringan
E siensi Eksergi Pengeringan
E siensi eksergi engeringan temulawak ang dihitung
berdasarkan ersamaan 16 disajikan ada Gambar 10. Dari
gambar tersebut da at dilihat bahwa e siensi eksergi semakin
tinggi ada suhu dan
ang lebih tinggi. Mendekati akhir
engeringan, e siensi eksergi mendekati nilai satu ang
berarti eksergi ang keluar dari sistem ham ir sama dengan
101
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
0.005
0.010
0.00
0.008
E erg loss kJ s)
E erg loss kJ s)
eksergi ang masuk ke dalam sisitem. Ini da at terjadi karena
tidak ada ada lagi air ang diua kan dari bahan akibat telah
dica ain a kadar air keseimbangan roduk. al ang sama
disam aikan oleh Ak inar dkk. 2006) ada studi engeringan
buah a el, demikian juga Ak inar 200 ) untuk a rika
merah dan Midili dan Kucuk 2003) untuk buah kenari.
ilai e siensi eksergi selama roses engeringan
ber ariasi antara 96,5 -100
ada selang suhu 50 hingga
70 o
0 ) serta 82,3 - 100
ada selang
20
hingga 0
suhu 50o ). Sedangkan e siensi eksergi ratarata selama em at dan enam jam engeringan da at dilihat
ada Tabel 3. Selama waktu engeringan tersebut e siensi
eksergi ber ariasi antara 95,1 - 99,9 dan 96,6 - 100
masing-masing untuk dan 6 jam engeringan.
0.003
70 , 0
0.002
60 , 0
50 , 0
0.001
0.000
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
0.006
50 , 30
50 , 0
0.002
0.000
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
Gambar 10. Kur a e siensi eksergi ada berbagai suhu kiri) dan
kanan)
Tabel 3. E siensi eksergi rata-rata selama
engeringan
Suhu,
dan 6 jam
E siensi eksergi
ata-rata dalam
jam
ata-rata dalam 6 jam
70
o
, 0
99,9
100,0
60
o
, 0
99,6
99,7
50 o , 0
98,7
99,1
50
, 30
96,9
97,8
50 o , 20
95,1
96,6
o
KESIMPULAN
Analisis energi dan eksergi berbasis sistem terbuka
telah digunakan untuk menghitung rasio enggunaan
energi, eksergi musnah exergy loss) dan e siensi eksergi
engeringan irisan temulawak. Kondisi roses engeringan
mem engaruhi rasio enggunaan energi dan e siensi eksergi
engeringan. Semakin tinggi suhu dan
engeringan maka
maka rasio enggunaan energi semakin rendah dan e siensi
eksergi semakin tinggi.
E siensi eksergi engeringan temulawak ber ariasi
antara 96,5 -100 untuk selang suhu 50 hingga 70 o ada
0 serta 82,3 - 100 untuk selang
20 hingga
0
ada suhu 50o . Ada un e siensi eksergi rata-rata
102
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis men am aikan terima kasih ke ada Badan
Pengkajian dan Penera an Teknologi, Institut Pertanian
Bogor dan iset ibah Kom etensi Kementerian Pendidikan
asional Indonesia atas bantuan dana dan fasilitas enelitian.
DAFTAR PUSTAKA
Aghbashlo, M., Kianmehr, M. . dan Arabhosseini, A. 2008).
Energ and e erg anal ses of thin-la er dr ing of
otato slices in a semi-industrial continuous band dr er.
Drying Technology 26: 1501-1508.
Ahern, J.E. 1980). The Exergy Method of Energy Systems
Analysis. John ile and Son, ew ork.
50 , 20
0.00
selama em at dan enam jam engeringan ber ariasi antara
95,1 - 99,9 dan 96,6 - 100 , untuk masing-masing lama
engeringan.
Akbulut, A. dan Durmus, A. 2010). Energ and e erg
anal ses of thin la er dr ing of mulberr in a forced
solar dr er. Energy 35: 175 -1763.
Ak inar, E.K. 200 ). Energ and e erg anal ses of dr ing of
red e er slices in con ecti e t e dr er. International
Journal of Heat and Mass Transfer 31 8): 1165-1176.
Ak inar, E.K., Midilli, A. dan Bicer, . 2006). The rst and
second law anal ses of thermod namic of um kin
dr ing rocess. Journal of Food Engineering 72 ):
320-331.
Ak inar, E.K., Midilli, A. dan Bicer, . 2005). Energ and
e erg of otato dr ing rocess ia c clone t e dr er.
Energy Conversion and Management 46 15 16): 25302552.
ASABE American Societ of Agricultural and Biological
Engineers) 2006). ASABE Standard: Thin-Layer
Drying of Agricultural Crops. ASABE, St. Jose h,
Michigan.
Burghardt, M.D. dan
arbach, J.A. 1993). Engineering
Thermodynamics, th edn. ornell Maritime Press,
entre ille, Mar land.
engel, .A. dan Boles M.A. 2002). Thermodynamics: an
Engineering Approach, th edn. Mc-Graw ill, Boston.
hoi, M.A., Kim, S. ., hung, . ., wang, J.K. dan Park,
K.K. 2005). anthorrhi ol, a natural ses uiter enoid
from Curcuma xanthorrhiza, has an anti-metastatic
otential in e erimental mouse lung metastasis
model. Biochemical and Biophysical Research
Communications 326: 210-217.
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
olak, . dan e basli, A. 2007). Performance anal sis of
dr ing of green oli e in a tra dr er. Journal of Food
Engineering 80 ): 1188-1193.
a ghelichi, T., Kianmehr, M. . dan Aghbashlo, M. 2010).
Thermod namic anal sis of uidi ed bed dr ing of
carrot cubes. Energy 35: 679- 68 .
or o, ., Bracho, ., as ue , A. dan Pereira, A. 2008).
Energ and e erg anal ses of thin la er dr ing of
coroba slices. Journal of Food Engineering 86: 151161.
Shuku a, M. dan ammache, A. 2002). Introduction of
the conce t of e erg . Paper Presented in The Low
Exergy Systems For Heating And Cooling of Buildings,
Finland: IEA, Supl 37: 1- 1.
De kes De artemen Kesehatan) 2008). Farmakope Herbal
Indonesia, Edisi I. De artemen Kesehatan e ublik
Indonesia, Jakarta.
S ahrul, S., amdullah ur, . dan Dincer, I. 2002). E erg
anal sis of uidi ed bed dr ing of moist articles.
Exergy 2: 87-98.
Dincer, I. dan Sahin, A. . 200 ). A new model for
thermod namic anal sis of a dr ing
rocess.
International Journal of Heat and Mass Transfer 47 ):
6 5-652.
Ertekin, . dan aldi , . 200 ). Dr ing of egg lant and
selection of a suitable thin la er dr ing model. Journal
of Food Engineering 63: 3 9-359.
Gra eland, A.J.G.G. dan Gisolf, E. 1998). E erg anal sis:
an ef cient tool rocess o timi ation and understanding.
Computers Chemical Engineering 22: 55 5-5552.
eldman, D. . dan Singh, .P. 1981). Food Process
est ort
Engineering, 2nd edn. The A I Pub.,
onnecticut.
wang, J.K., Shim J.S. dan P un, . . 2000). Antibacterial
acti it of anthorrhi ol from Curcuma xanthorrhiza
against oral athogens. Fitoterapia 71: 321-323.
Kashaninejad, M., Morta a i, A., Safekordi, A. dan Tabil, .G.
2007). Thin-la er dr ing characteristics and modeling
of istachio nuts. Journal of Food Engineering 78: 98108.
Manalu, .P., Tambunan, A. . dan elwan, . . 2012).
Penentuan kondisi roses engeringan temu lawak
untuk menghasilkan sim lisia standar. Jurnal Dinamika
Penelitian Industri BIPA 23 2): 99-106.
Manalu, .P., Tambunan, A. ., elwan, . . dan oetman,
A. . 2009). The thin la er dr ing of temu utih herb.
Proceedings of The 6th $VLD3DFL¿F'U\LQJ&RQIHUHQFH
(ADC2009), Bangkok, Thailand, October 19-21: 0209.
Masuda, T., Isobe, J., Jitoe, A. dan akatani, . 1992).
Antio idati e curcuminoids from rhi omes of Curcuma
xanthorrhiza. Phytochemistry 13: 36 5-36 7.
Midilli, A. dan Kucuk, . 2003). Energ and e erg anal ses
of solar dr ing rocess of istachio. Energy 28 6): 539556.
NOMENKLATUR
anas jenis s eci c heat, kJ kg.K)
Energy kJ)
Energy rate kJ s)
Energy Utilization kJ s)
Energy Utilization Ratio
eksergi s esi k s eci c e erg , kJ kg)
ental i s eci c enthal , kJ kg)
x
m
laju aliran massa mass ow rate, kg s)
x
Q
laju indah anas rate of heat transfer, kJ s)
R
konstanta gas gas constant, kJ kg.K)
RH kelembaban nisbi relati e humidit )
T
suhu tem erature, K)
t
waktu detik)
e siensi
rasio kelembaban humidit ratio of air, kg kg dr air)
Cp
Ex
Eq
EU
EUR
e
h
Subskrip
0
kondisi lingkungan reference, dead state)
1,2,3,4 kondisi 1, 2, 3, Gambar 3)
a
udara air)
d
musnah destruction)
ev
engua an e a oration)
ex eksergi e erg )
fg vaporization
g
saturated vapor state
i
masuk in)
l
hilang loss)
o
keluar out)
p
roduk roduct)
q
heat transfer related
ref reference, dead state
v
ua
a or)
w
air water)
103
ANALISIS EKSERGI PENGERINGAN IRISAN TEMULAWAK
([HUJ\$QDO\VLVRI'U\LQJ3URFHVVRICurcuma xanthorrhiza6OLFHV
Lamhot Parulian Manalu1, Armansyah Halomoan Tambunan2
Pusat Teknologi Agroindustri, Badan Pengkajian dan Penera an Teknologi, Gd. 2 t. 10,
Jl. M. . Thamrin 8 Jakarta 103 0
2
De artemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor, Kam us IPB Darmaga, Bogor 16002
Email: l manalu ahoo.com, ahtambun i b.ac.id
1
ABSTRAK
Temulawak Curcuma xanthorrhiza o b.) meru akan tanaman obat ang sim lisian a digunakan sebagai bahan baku
embuatan jamu atau obat tradisional. Pengeringan meru akan roses utama dalam mem roduksi sim lisia. Untuk
menganalisis e siensi energi suatu roses engeringan umumn a digunakan hukum termodinamika ertama ang
menjelaskan tentang rinsi kekekalan energi. Akan teta i teori ini mem un ai keterbatasan dalam mengukur enurunan
kualitas energi. Untuk mengetahui a akah energi ang digunakan ada roses engeringan sudah digunakan secara
o timal dari sisi kualitas, digunakan hukum termodinamika kedua atau ang dikenal dengan analisis eksergi. Tujuan
enelitian ini adalah menentukan e siensi roses engeringan la isan ti is irisan temulawak dengan metode analisis
energi dan eksergi. Dalam studi ini, metode analisis energi dan eksergi berdasarkan hukum termodinamika ertama
dan kedua telah digunakan untuk menghitung rasio enggunaan energi dan besaran eksergi ang musnah exergy loss),
sehingga e siensi roses engeringan irisan temulawak da at ditentukan secara akurat. asil enelitian menunjukkan
bahwa kondisi roses engeringan mem engaruhi rasio enggunaan energi dan e siensi eksergi engeringan. Semakin
tinggi suhu dan
engeringan maka rasio enggunaan energi semakin rendah dan e siensi eksergi semakin tinggi.
E siensi eksergi engeringan temulawak ber ariasi antara 96,5 -100 untuk selang suhu 50 o hingga 70 o ada
0 serta 82,3 - 100 untuk selang
20 hingga 0
ada suhu 50 o .
Kata kunci: Pengeringan, energi, e siensi eksergi, temulawak
ABSTRACT
Ja a turmeric Curcuma xanthorrhiza o b.) is a medicinal lant used as raw material for making herbal medicine, its
rhi ome cut into slices and dried so called sim licia. urcuma has a har est moisture content is high enough to need a
great energ for dr ing. Generall , the theor used to anal e the energ ef cienc is the rst law of thermod namics
that describes the rinci le of conser ation of energ . owe er, this theor has limitations in measuring the loss of
energ ualit . To determine whether the energ used in the dr ing rocess has been used o timall in terms of ualit ,
the second law of thermod namics -known as e erg anal sis- is used. The ur ose of this stud is to determine the
ef cienc of the thin la er dr ing of curcuma slices with e erg anal sis. The results show that the rocess conditions
affect the energ utili ation ratio and e erg ef cienc of dr ing. E erg anal sis method based on the second law of
thermod namics has been used to determine the amount of e erg destro ed so that the ef cienc of the dr ing rocess
can be determined more accuratel . E erg ef cienc aries between 96.5 -100 for tem eratures of 50
to 70
at 0
and 82.3 - 100 for 20 to 0
at 50 .
Keywords: Dr ing, energ , e erg ef cienc , curcuma slices
PENDAHULUAN
Pengeringan adalah roses ang memerlukan ban ak
energi Dincer dan Sahin 200 ). Tinggin a harga energi
ada saat ini membuat u a a untuk meningkatkan e siensi
96
enggunaan energi ada suatu roses semakin dibutuhkan.
Umumn a teori ang digunakan untuk menganalisis
e siensi energi adalah hukum termodinamika ertama ang
menjelaskan konse kekekalan energi. Akan teta i teori
ini mem un ai keterbatasan dalam mengukur enurunan
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
kualitas energi akibat embentukan entro i selama roses
Gra eland dan Gisolf, 1998). Dalam menentukan e siensi
roses engeringan utaman a la isan ti is ang rosesn a
diasumsikan bersifat adiabatis, nilai e siensi ang dihitung
bukanlah nilai e siensi roses engeringann a melainkan
nilai e siensi dari alat engering.
Untuk mengetahui a akah energi ang masuk ke dalam
suatu sistem engering sudah digunakan secara o timal dari
sisi kualitas, digunakan metode analisis berdasarkan hukum
termodinamika kedua. Kaidah ini men atakan bahwa selain
memiliki kuantitas, energi juga memiliki kualitas. Besaran
dari kualitas energi ini disebut eksergi Ahern, 1980). engel
dan Boles 2002) men atakan bahwa eksergi ang meru akan
suatu ukuran mutu atau nilai energi.
Analisis
eksergi
berdasarkan
hukum
kedua
termodinamika memiliki dua kelebihan dibandingkan
dengan metode keseimbangan anas dalam suatu sistem
ang berhubungan dengan energi energy-related system).
Pertama, analisis eksergi memberikan engukuran ang lebih
akurat dari ketidake sienan aktual suatu sistem serta lokasi
terjadin a ketidake sienan tersebut.
al ini berlaku baik
untuk sistem ang sederhana mau un ang rumit. Analisis
eksergi juga memberikan ukuran e siensi sistem sebenarn a
untuk suatu sistem siklus kombinasi ang rumit atau sistem
terbuka dimana metode keseimbangan anas memberikan
nilai e siensi ang tidak akurat Ahern, 1980). Pada bebera a
tahun terakhir ini analisis eksergi telah menjadi metode
enting ang kom rehensif dan mutakhir dalam studi tentang
desain, analisis dan o timasi suatu sistem termal termasuk
roses engeringan roduk ertanian Dincer dan Sahin,
200 ).
Bebera a studi mengenai as ek termodinamika dari
sistem engeringan telah dilakukan. Midilli dan Kucuk 2003)
melakukan analisis energi dan eksergi roses engeringan dari
biji kenari pistachio) dengan menggunakan lemari engering
bertenaga sur a. Dincer dan Sahin 200 ) mengembangkan
model baru untuk analisis eksergi ada roses engeringan.
Ak inar 200 ) melakukan analisis energi dan eksergi roses
engeringan dari irisan a rika merah dalam engering ti e
kon eksi. Ak inar dkk. 2005, 2006) men ajikan analisis
energi dan eksergi roses engeringan kentang dan labu
dengan engering ti e siklon cyclone type dryer). olak
dan e basli 2007) men ajikan analisis eksergi roses
engeringan la isan ti is buah aitun green olive) dengan
engering rak. or o dkk. 2008) mem elajari analisis eksergi
dan o timasi engeringan la isan ti is irisan buah coroba,
sedangkan Aghbashlo dkk. 2008) tentang engeringan skala
semi-industri roduk kentang. Akbulut dan Durmus 2010)
dan a ghelichi dkk. 2010) masing-masing mem elajari
termodinamika engeringan murbai dan wortel.
Temulawak Curcuma xanthorrhiza o b.) termasuk
tanaman dalam suku ingiberaceae, dikenal dan ban ak
digunakan sebagai sebagai tanaman obat. Bebera a hasil
enelitian men atakan khasiat temulawak antara lain
antimikroba, antidiare, kontraksi usus, imnostimulan,
antioksidan dan juga antitumor Masuda dkk., 1992
wang dkk., 2000 hoi dkk., 2005). Bagian tanaman ang
dimanfaatkan adalah umbi akarn a rhi ome). Untuk menjadi
bahan baku tanaman obat atau sim lisia, umbi temulawak
diiris dengan ketebalan 3- mm kemudian dikeringkan.
sebagai sim lisia. Kadar air rim ang temulawak saat di anen
berkisar 80-90 sehingga dibutuhkan ban ak energi untuk
roses engeringann a mengingat kadar air akhir ang
dis aratkan adalah 10
Manalu dkk., 2009 De kes,
2008). Untuk itu karakteristik engeringan temulawak erlu
di elajari agar dida atkan roses ang e sien.
Tujuan
enelitian ini adalah mengkaji sistem
termodinamika engeringan la isan ti is, melakukan analisis
energi dan eksergi engeringan serta menentukan e siensi
roses engeringan la isan ti is sim lisia temulawak.
METODE PENELITIAN
Bahan
Bahan ang di akai dalam enelitian ini adalah rim ang
temulawak ang di eroleh dari Balai Penelitian Tanaman
em ah dan bat di Bogor. Setelah dibersihkan dan dicuci,
rim ang temulawak diiris dengan ketebalan 3- mm. Sebelum
dikeringkan, irisan temulawak terlebih dulu direndam dalam
air dengan suhu 95 o diblansir) selama 5 menit Ertekin dan
aldi 200 ) kemudian ditiriskan.
Deskripsi Alat Pengering
Penelitian engeringan dilakukan dengan menggunakan
alat engering terkontrol-terakuisisi Gambar 1). Alat
engering ini da at diatur ada kondisi suhu dan kelembaban
nisbi
) ang diinginkan aitu ada selang suhu 3020-90 . Pengontrolan kondisi engeringan
80 o dan
dilakukan dengan kontrol PID dengan akurasi suhu ± 1o dan
± 2 sesuai dengan standar ASABE, 2006). Sensor suhu
dan
menggunakan S T15 Sensirion. Secara keseluruhan
alat engering dikontrol oleh mikro rosesor A Atmel. Alat
ini dilengka i juga dengan sistim humidi er 2000 , sistem
emanas 2000 , ki as elektrik dan dehumidi er. Kece atan
udara engering ang melalui ruang engering dikontrol
secara manual dan diukur dengan menggunakan anemometer
digital Kanoma dengan akurasi ± 0.1 m s.
97
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
Gambar 1. Skema kiri) dan gambar eralatan engeringan laboratorium kanan)
Prosedur Percobaan
Percobaan engeringan dilakukan ada tiga le el suhu
dan
, aitu suhu 50, 60 dan 70 o ada
konstan 20
dan ada
20 , 30 , dan 0 dengan suhu konstan 50 o .
Kece atan aliran udara engeringan dijaga konstan sekitar 0,9
m detik. Kombinasi kondisi engeringan ini menghasilkan
laju massa udara PDVVÀRZUDWH) ada selang 0,050 hingga
0,060 kg detik. Berat awal sam el 150 gram.
Sebelum
ercobaan dimulai, alat engering sudah
dihidu kan satu jam sebelumn a untuk menstabilkan suhu
dan kelembaban di ruang engering drying chamber) sesuai
dengan kondisi ercobaan ang diinginkan Manalu dkk.,
2009). Berat dan suhu bahan serta suhu dan kelembaban udara
engering dimonitor secara kontinu dan direkam datan a
setia 5 menit selama ercobaan. Perubahan berat sam el
diukur langsung secara otomatis dengan menggunakan
timbangan merek AandD ti e G -3000 ka asitas 0-3000
g dan akurasi 0,01 g). Percobaan dihentikan setelah berat
sam el konstan. Kadar air akhir ercobaan ditentukan dengan
mengeringkan sam el selama 2 jam ada suhu 103 ± 2 o
dengan memakai oven Kashaninejad dkk., 2007).
Metode Analisis Energi dan Eksergi
Gambar 2 meru akan diagram atau skema sistem
termodinamika ercobaan engeringan ang dilakukan.
Proses engeringan sam el temulawak sebagai bahan adat
lembab moist solid) ada enelitian ini da at dikategorikan
sebagai sistem terbuka open system) atau disebut juga control
volume system Dincer dan Sahin 200 ). Pada sistem tersebut,
baik massa mau un energi da at melewati batas boundary)
sistem engel dan Boles 2002).
Sistem termodinamika engeringan ada diatas da at
diuraikan dan dijelaskan secara lebih rinci dalam em at
kondisi berikut Gambar 3):
98
Gambar 2. Skema sistem engeringan dengan control volume system
a.
b.
c.
d.
Kondisi 1, berhubungan dengan masukan in ut) udara
engering ke dalam sistem untuk mengeringkan sam el
roduk.
Kondisi 2, berhubungan dengan
roduk
ang
dikeringkan dan air di dalam roduk ada kondisi awal.
Kondisi 3, berhubungan dengan luaran out ut) udara
lembab ang keluar dari sistem.
Kondisi
, berhubungan dengan
roduk
ang
dikeringkan dan air di dalam roduk ada kondisi akhir.
Analisis termodinamika engeringan ini dilakukan
berdasarkan hukum termodinamika ertama dan kedua ang
mencaku rinsi keseimbangan massa, energi dan eksergi.
Selain itu karena roses ini berlangsung secara sikrometrik
olume kontrol Burghardt dan arbach 1993), maka
ersamaan- ersamaan sikrometrik juga digunakan dalam
erhitungan sifat-sifat udara engeringan).
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
x
Besarn a laju aliran masa
engua an air sim lisia
m v ) selama selang waktu t dihitung dengan membagi
selisih bobot dengan selang waktu tersebut.
Pada sistem engeringan la isan ti is ini, besaran
enggunaan energi energy utilization, EU) adalah sama
dengan energi engua an:
ܷܧൌ ܳሶ௩
Gambar 3. Skema in ut-out ut
Sahin 200 )
roses
engeringan Dincer dan
Neraca Massa
Persamaan keseimbangan massa dalam ruang engering
sebagai suatu sistem olume terkontrol control volume
system) mencaku tiga kom onen berikut aitu roduk
ang dikeringkan, udara dan air ua air ang ada di dalam
uida engering dan roduk. Selanjutn a, neraca massa
ada kondisi steady-state dari tiga kom onen tersebut adalah
Dincer dan Sahin 200 ):
x
Produk : m p ) 2
x
Udara : m a )1
x
.
x
.
mp)
m a )3
Air
1)
x
ma
: Z1 m a m w ) 2
x.
x
mp
2)
Z3 m a m w )
x
x
.
x
3)
Neraca Energi
eraca energi ada kondisi steady-state untuk seluruh
sistem dirumuskan berdasarkan kaidah energi ang masuk
sama dengan energi ang keluar:
x
x
x
m a h1 m p h p ) 2 m w ) 2 hw ) 2
x
x
x
x
m a h3 m p h p ) m w ) hw ) Ql
)
dimana
h1
h3
ha )1 Z1 hv )1 | ha )1 Z1 hg )1
ha )3 Z3 hg )3
Ental i udara engering dihitung dengan
berikut eldman dan Singh, 1981):
ha
ha
c pa T Tref ) Zh fg
1.00 1.88Z ) T Tref ) Zh fg
5)
6)
ersamaan
7)
aju indah anas karena engua an mengikuti
ersamaan S ahrul dkk., 2002) berikut:
x
Q ev
x
m v h fg
8)
9)
asio enggunaan energi energy utilization ratio,
EU ) dihitung berdasarkan rasio energi engua an terhada
energi untuk emanasan udara engering selisih ental i udara
masuk dan keluar sistem, lihat Gambar 2) sebagai berikut:
ܴܷܧൌ
ܳሶ௩
10)
݉ሶ ሺ݄ െ ݄ ሻ
Neraca Eksergi
Eksergi masuk, keluar dan ang hilang ke dari
ruang engering dianalisis berdasarkan hukum kedua
termodinamika. Dasar erhitungan untuk analisis eksergi
ruang engering adalah menghitung nilai eksergi dalam
keadaan manta steady state) Ak inar dkk., 2006 or o
dkk., 2008 Midili dan Kucuk 2003). Dincer dan Sahin 200 )
men usun ersamaan keseimbangan eksergi sebagaimana
ersamaan in ut-out ut untuk energy balance sebagai berikut:
x
x
x
m a e1 m p e p ) 2 m w ) 2 ew ) 2
x
x
x
x
x
m a e3 m p e p ) m w ) e w ) E q E d
11)
Untuk menentukan eksergi s esi k ada kondisi 1
digunakan endekatan dengan melihat sifat termodinamika
udara lembab humid air) engeringan sebagai cam uran
gas ideal antara udara kering dan ua air Shuku a dan
ammache 2002). Dengan demikian eksergi s esi k e1)
udara engeringan -as a humid air mixture- ada kondisi 3
adalah,
݁ଵ ൌ ൫ܥ ߱ଵ ܥ௩ ൯ሺܶଵ െ ܶ െ ܶ ݈݊
ܶଵ
ሻ
ܶ
ͳ ͳǤͲͺ߱
൰
ܴ ܶ ൜ሺͳ ͳǤͲͺ߱ଵ ሻ݈݊ ൬
12)
ͳ ͳǤͲͺ߱ଵ
߱ଵ
ͳǤͲͺ߱ଵ ݈݊ ൬ ൰ൠ
߱
Sedangkan eksergi s esi k ada kondisi 3 adalah,
݁ଷ ൌ ൫ܥ ߱ଷ ܥ௩ ൯ ൬ܶଷ െ ܶ െ ܶ ݈݊
ܶଷ
൰
ܶ
ܴ ܶ ൜ሺͳ ͳǤͲͺ߱ଷ ሻ݈݊ ൬
ͳǤͲͺ߱ଷ ݈݊ ൬
ͳ ͳǤͲͺ߱
൰
ͳ ͳǤͲͺ߱ଷ
߱ଷ
൰ൠ 13)
߱
99
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
E siensi eksergi dide nisikan sebagai rasio eksergi
ang da at dimanfaatkan e erg in estment) dari sistem
engeringan terhada eksergi ang masuk kedalam sistem
or o dkk., 2008):
ߟ௫ ൌ
ݓ݈݂݊݅ݕ݃ݎ݁ݔܧെ ݏݏ݈ݕ݃ݎ݁ݔܧ
ݓ݈݂݊݅ݕ݃ݎ݁ݔܧ
16)
17)
([HUJ\ORVV ([HUJ\LQÀRZ([HUJ\RXWÀRZ
Pada studi ini analisis termodinamika sistem
engeringan temulawak dilakukan dengan mengacu ada
kondisi lingkungan T0 303 K 30 o ) dan RH0 70 sebagai
kondisi referensi dead state).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kinetika Pengeringan
Kinetika engeringan la isan ti is irisan temulawak
dalam tam ilan kur a erubahan massa terhada waktu ada
berbagai le el suhu dan
udara engeringan disajikan
dilihat ada Gambar . Berat awal irisan temulawak 150
gram dan berat sam el hingga akhir engeringan berkisar
20,19-16,88 gram. Penurunan berat bahan terjadi secara ce at
ada saat awal engeringan kemudian semakin melambat
mendekati akhir engeringan. Dari gambar tersebut terlihat
bahwa enurunan massa temulawak semakin ce at dengan
meningkatn a suhu dan menurunn a
engeringan. aju
engeringan ang berlangsung ce at di saat awal engeringan
disebabkan masih tinggin a kadar air bahan ang membuat
gradien tekanan ua air bahan terhada lingkungann a
cuku besar sehingga migrasi air dari dalam bahan ke luar
juga tinggi, dan kemudian semakin melambat ada akhir
150
120
90
Massa temu lawak g)
Massa temu lawak g)
150
70 ,
0
60 ,
0
60
30
0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
300
360
120
90
30
0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
Gambar . Perubahan massa temulawak terhada
berbagai suhu dan
100
waktu
300
80
70
70
60
50
0
70 , 0
60 , 0
50 , 0
30
20
0
360
ada
60
120
180 2 0
aktu menit)
300
60
50
0
50 , 0
50 , 30
50 , 20
30
20
360
0
60
120
Gambar 5. Perubahan suhu temulawak selama
berbagai suhu dan
180 2 0
aktu menit)
300
engeringan
360
ada
Gambar 6 mem erlihatkan data engukuran suhu dan
udara ang keluar dari sistem engeringan, data tersebut
digunakan untuk menghitung nilai energi dan eksergi RXWÀRZ.
Tabel 1 menam ilkan besaran energi dan eksergi udara
engeringan ang masuk LQÀRZ) ke dalam sistem Karena
energi dan eksergi LQÀRZ besarn a konstan karena suhu dan
udara masuk konstan) maka erubahan besaran energi dan
eksergi di dalam sistem selama engeringan da at dihitung.
80
100
70
80
60
50
0
70 , 0
60 , 0
50 , 0
30
20
50 , 0
50 , 30
50 , 20
60
0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
300
20
360
0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
Gambar 6. Suhu udara keluar dari ruang engeringan ada
suhu masuk teta
300
360
dan
Tabel 1. Besaran energy dan H[HUJ\ LQÀRZ ada berbagai
kombinasi suhu dan
T
50 ,
0
50 ,
30
60
80
)
15)
Untuk menghitung ersamaan keseimbangan energi
ada sistem termodinamika engeringan ini erlu diketahui
erubahan suhu bahan serta suhu dan
udara ang keluar
dari sistem. Gambar 5 mem erlihatkan erubahan suhu bahan
selama engeringan.
)
݁௩
ܶ
൰
ൌ ܳሶ௩ ൬ͳ െ
ܶ௩
Suhu bahan
Eksergi s esi k engua an:
Analisis Energi dan Eksergi Pengeringan Temulawak
keluar
1 )
)
ܶ
ቇܶ
ܶ
Suhu keluar
݁ ൌ ܥ ቆͳ െ
roses engeringan. Suhu dan
engeringan ber engaruh
terhada laju engeringan dan kadar air keseimbangan
temulawak Manalu dkk., 2012).
Suhu bahan
Eksergi s esi k untuk roduk dan air di dalam roduk
dihitung dengan mengacu ada ersamaan berikut:
o
50
60
70
50
50
50
)
)
0
0
0
20
30
0
Energy J s)
7 832
11 119
15 633
5 28
6 630
7 832
Exergy J s)
68,08
235,90
581,13
0,7
3,03
68,08
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
Tabel 2. Penggunaan energi dan eksergi untuk engua an selama dan 6 jam engeringan
Evaporation exergy kJ)
27,33
19,68
12,11
10,87
1 ,06
2.0
Energ utili ation ratio EU )
Energ utili ation ratio EU )
1.6
1.2
50 , 0
0.8
60 , 0
70 , 0
0.
0.0
0
60
Gambar 7.
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
12
Evaporation exergy kJ)
28,08
20,71
13,13
11,55
1 ,
Selisih antara eksergi masuk dengan keluar adalah
meru akan besaran eksergi musnah exergy loss), kur an a
di lotkan ada Gambar 9, Shuku a dan ammache 2002)
men ebutn a dengan exergy destruction atau exergy
consumed. Pada gambar tersebut terlihat bahwa konsumsi
eksergi tinggi ada awal engeringan dan semakin turun
dengan bertambahn a waktu engeringan. al ini dilarenakan
ada awal engeringan kadar air bahan masih tinggi sehingga
di erlukan eksergi lebih ban ak untuk engua an air
dan emanasan bahan, kecenderungan ini sejalan dengan
enggunaan energi.
0.8
0.08
E erg outflow kJ s)
Pada Tabel 2 disajikan besaran enggunaan energi
dan eksergi untuk engua an air bahan evaporation heat
dan evaporation exergy) ang dihitung dengan metode
enjumlahan langsung selama
dan 6 jam engeringan
temulawak.
Kur a rasio enggunaan energi EU ) ada Gambar 7
mem erlihatkan bahwa e siensi enggunaan energi semakin
menurun seiring bertambahn a waktu hingga mendekati nol.
al ini sejalan dengan kinetika laju engeringan dimana
jumlah air ang diua kan ada awal roses engeringan masih
ban ak dan semakin sedikit menjelang rasio enggunaan
energi juga di engaruhi oleh kondisi suhu dan
engeringan, semakin tinggi suhu dan
engeringan, maka
rasio enggunaan energi semakin rendah dan sebalikn a, atau
dikatakan bahwa EU berbanding terbalik dengan tingkat
suhu dan
engeringan. asil ang sama dila orkan oleh
Ak inar 200 ) dan Ak inar dkk. 2005) dalam studi tentang
engaruh suhu engeringan terhada rasio enggunaan
energi.
Evaporation heat kJ)
310,08
313,50
31 ,30
309,52
310,98
0.6
70 , 0
60 , 0
50 , 0
0.
0.2
0.0
0
60
120
180 2 0
aktu menit)
300
0.06
0.0
50 , 0
50 , 30
50 , 20
0.02
0.00
360
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
Gambar 8. ([HUJ\RXWÀRZ sebagai fungsi dari waktu engeringan
10
8
6
50 , 20
50 , 30
50 , 0
2
0
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
asio enggunaan energi terhada waktu engeringan
ada
dan suhu teta
0.005
0.010
0.00
0.008
E erg loss kJ s)
, 0
, 0
, 0
, 30
, 20
Evaporation heat kJ)
303,63
301,58
296,9
298,00
30 ,76
Selama 6 jam engeringan
E erg loss kJ s)
70
60 o
50 o
50 o
50 o
o
jam engeringan
E erg outflow kJ s)
Selama
Suhu,
0.003
70 , 0
0.002
60 , 0
50 , 0
0.001
0.000
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
0.006
50 , 20
0.00
50 , 30
50 , 0
0.002
0.000
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
Exergy Loss
Eksergi ang meninggalkan sistem H[HUJ\ RXWÀRZ)
da at dilihat ada Gambar 8. Kur a eksergi keluar semakin
tinggi dengan meningkatn a waktu engeringan, nilain a
mendekati besarn a eksergi masuk.
al ini menunjukkan
bahwa beban engeringan dalam sistem semakin kecil.
Eksergi ang keluar dari sistem masih cuku tinggi sehingga
masih da at dimanfaatkan, hal ini da at dia likasikan untuk
engeringan rak ang terdiri dari bebera a la isan.
Gambar
9. Exergy loss sebagai fungsi dari waktu engeringan
E siensi Eksergi Pengeringan
E siensi eksergi engeringan temulawak ang dihitung
berdasarkan ersamaan 16 disajikan ada Gambar 10. Dari
gambar tersebut da at dilihat bahwa e siensi eksergi semakin
tinggi ada suhu dan
ang lebih tinggi. Mendekati akhir
engeringan, e siensi eksergi mendekati nilai satu ang
berarti eksergi ang keluar dari sistem ham ir sama dengan
101
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
0.005
0.010
0.00
0.008
E erg loss kJ s)
E erg loss kJ s)
eksergi ang masuk ke dalam sisitem. Ini da at terjadi karena
tidak ada ada lagi air ang diua kan dari bahan akibat telah
dica ain a kadar air keseimbangan roduk. al ang sama
disam aikan oleh Ak inar dkk. 2006) ada studi engeringan
buah a el, demikian juga Ak inar 200 ) untuk a rika
merah dan Midili dan Kucuk 2003) untuk buah kenari.
ilai e siensi eksergi selama roses engeringan
ber ariasi antara 96,5 -100
ada selang suhu 50 hingga
70 o
0 ) serta 82,3 - 100
ada selang
20
hingga 0
suhu 50o ). Sedangkan e siensi eksergi ratarata selama em at dan enam jam engeringan da at dilihat
ada Tabel 3. Selama waktu engeringan tersebut e siensi
eksergi ber ariasi antara 95,1 - 99,9 dan 96,6 - 100
masing-masing untuk dan 6 jam engeringan.
0.003
70 , 0
0.002
60 , 0
50 , 0
0.001
0.000
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
0.006
50 , 30
50 , 0
0.002
0.000
0
60
120 180 2 0
aktu menit)
300
360
Gambar 10. Kur a e siensi eksergi ada berbagai suhu kiri) dan
kanan)
Tabel 3. E siensi eksergi rata-rata selama
engeringan
Suhu,
dan 6 jam
E siensi eksergi
ata-rata dalam
jam
ata-rata dalam 6 jam
70
o
, 0
99,9
100,0
60
o
, 0
99,6
99,7
50 o , 0
98,7
99,1
50
, 30
96,9
97,8
50 o , 20
95,1
96,6
o
KESIMPULAN
Analisis energi dan eksergi berbasis sistem terbuka
telah digunakan untuk menghitung rasio enggunaan
energi, eksergi musnah exergy loss) dan e siensi eksergi
engeringan irisan temulawak. Kondisi roses engeringan
mem engaruhi rasio enggunaan energi dan e siensi eksergi
engeringan. Semakin tinggi suhu dan
engeringan maka
maka rasio enggunaan energi semakin rendah dan e siensi
eksergi semakin tinggi.
E siensi eksergi engeringan temulawak ber ariasi
antara 96,5 -100 untuk selang suhu 50 hingga 70 o ada
0 serta 82,3 - 100 untuk selang
20 hingga
0
ada suhu 50o . Ada un e siensi eksergi rata-rata
102
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis men am aikan terima kasih ke ada Badan
Pengkajian dan Penera an Teknologi, Institut Pertanian
Bogor dan iset ibah Kom etensi Kementerian Pendidikan
asional Indonesia atas bantuan dana dan fasilitas enelitian.
DAFTAR PUSTAKA
Aghbashlo, M., Kianmehr, M. . dan Arabhosseini, A. 2008).
Energ and e erg anal ses of thin-la er dr ing of
otato slices in a semi-industrial continuous band dr er.
Drying Technology 26: 1501-1508.
Ahern, J.E. 1980). The Exergy Method of Energy Systems
Analysis. John ile and Son, ew ork.
50 , 20
0.00
selama em at dan enam jam engeringan ber ariasi antara
95,1 - 99,9 dan 96,6 - 100 , untuk masing-masing lama
engeringan.
Akbulut, A. dan Durmus, A. 2010). Energ and e erg
anal ses of thin la er dr ing of mulberr in a forced
solar dr er. Energy 35: 175 -1763.
Ak inar, E.K. 200 ). Energ and e erg anal ses of dr ing of
red e er slices in con ecti e t e dr er. International
Journal of Heat and Mass Transfer 31 8): 1165-1176.
Ak inar, E.K., Midilli, A. dan Bicer, . 2006). The rst and
second law anal ses of thermod namic of um kin
dr ing rocess. Journal of Food Engineering 72 ):
320-331.
Ak inar, E.K., Midilli, A. dan Bicer, . 2005). Energ and
e erg of otato dr ing rocess ia c clone t e dr er.
Energy Conversion and Management 46 15 16): 25302552.
ASABE American Societ of Agricultural and Biological
Engineers) 2006). ASABE Standard: Thin-Layer
Drying of Agricultural Crops. ASABE, St. Jose h,
Michigan.
Burghardt, M.D. dan
arbach, J.A. 1993). Engineering
Thermodynamics, th edn. ornell Maritime Press,
entre ille, Mar land.
engel, .A. dan Boles M.A. 2002). Thermodynamics: an
Engineering Approach, th edn. Mc-Graw ill, Boston.
hoi, M.A., Kim, S. ., hung, . ., wang, J.K. dan Park,
K.K. 2005). anthorrhi ol, a natural ses uiter enoid
from Curcuma xanthorrhiza, has an anti-metastatic
otential in e erimental mouse lung metastasis
model. Biochemical and Biophysical Research
Communications 326: 210-217.
AGRITECH, Vol. 36, No. 1, Februari 2016
olak, . dan e basli, A. 2007). Performance anal sis of
dr ing of green oli e in a tra dr er. Journal of Food
Engineering 80 ): 1188-1193.
a ghelichi, T., Kianmehr, M. . dan Aghbashlo, M. 2010).
Thermod namic anal sis of uidi ed bed dr ing of
carrot cubes. Energy 35: 679- 68 .
or o, ., Bracho, ., as ue , A. dan Pereira, A. 2008).
Energ and e erg anal ses of thin la er dr ing of
coroba slices. Journal of Food Engineering 86: 151161.
Shuku a, M. dan ammache, A. 2002). Introduction of
the conce t of e erg . Paper Presented in The Low
Exergy Systems For Heating And Cooling of Buildings,
Finland: IEA, Supl 37: 1- 1.
De kes De artemen Kesehatan) 2008). Farmakope Herbal
Indonesia, Edisi I. De artemen Kesehatan e ublik
Indonesia, Jakarta.
S ahrul, S., amdullah ur, . dan Dincer, I. 2002). E erg
anal sis of uidi ed bed dr ing of moist articles.
Exergy 2: 87-98.
Dincer, I. dan Sahin, A. . 200 ). A new model for
thermod namic anal sis of a dr ing
rocess.
International Journal of Heat and Mass Transfer 47 ):
6 5-652.
Ertekin, . dan aldi , . 200 ). Dr ing of egg lant and
selection of a suitable thin la er dr ing model. Journal
of Food Engineering 63: 3 9-359.
Gra eland, A.J.G.G. dan Gisolf, E. 1998). E erg anal sis:
an ef cient tool rocess o timi ation and understanding.
Computers Chemical Engineering 22: 55 5-5552.
eldman, D. . dan Singh, .P. 1981). Food Process
est ort
Engineering, 2nd edn. The A I Pub.,
onnecticut.
wang, J.K., Shim J.S. dan P un, . . 2000). Antibacterial
acti it of anthorrhi ol from Curcuma xanthorrhiza
against oral athogens. Fitoterapia 71: 321-323.
Kashaninejad, M., Morta a i, A., Safekordi, A. dan Tabil, .G.
2007). Thin-la er dr ing characteristics and modeling
of istachio nuts. Journal of Food Engineering 78: 98108.
Manalu, .P., Tambunan, A. . dan elwan, . . 2012).
Penentuan kondisi roses engeringan temu lawak
untuk menghasilkan sim lisia standar. Jurnal Dinamika
Penelitian Industri BIPA 23 2): 99-106.
Manalu, .P., Tambunan, A. ., elwan, . . dan oetman,
A. . 2009). The thin la er dr ing of temu utih herb.
Proceedings of The 6th $VLD3DFL¿F'U\LQJ&RQIHUHQFH
(ADC2009), Bangkok, Thailand, October 19-21: 0209.
Masuda, T., Isobe, J., Jitoe, A. dan akatani, . 1992).
Antio idati e curcuminoids from rhi omes of Curcuma
xanthorrhiza. Phytochemistry 13: 36 5-36 7.
Midilli, A. dan Kucuk, . 2003). Energ and e erg anal ses
of solar dr ing rocess of istachio. Energy 28 6): 539556.
NOMENKLATUR
anas jenis s eci c heat, kJ kg.K)
Energy kJ)
Energy rate kJ s)
Energy Utilization kJ s)
Energy Utilization Ratio
eksergi s esi k s eci c e erg , kJ kg)
ental i s eci c enthal , kJ kg)
x
m
laju aliran massa mass ow rate, kg s)
x
Q
laju indah anas rate of heat transfer, kJ s)
R
konstanta gas gas constant, kJ kg.K)
RH kelembaban nisbi relati e humidit )
T
suhu tem erature, K)
t
waktu detik)
e siensi
rasio kelembaban humidit ratio of air, kg kg dr air)
Cp
Ex
Eq
EU
EUR
e
h
Subskrip
0
kondisi lingkungan reference, dead state)
1,2,3,4 kondisi 1, 2, 3, Gambar 3)
a
udara air)
d
musnah destruction)
ev
engua an e a oration)
ex eksergi e erg )
fg vaporization
g
saturated vapor state
i
masuk in)
l
hilang loss)
o
keluar out)
p
roduk roduct)
q
heat transfer related
ref reference, dead state
v
ua
a or)
w
air water)
103