BIIIIII
PlioticlinB
IBMINA. NAIIONAL PB.'B'A
Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012 Malang, fmua Ti11lur,30November-2Dese11lber 2012
AMP-07
Penghematan Energi Pada Proses Pengeringan
dengan Gelombang Mikro
Energy Saving on Drying Process using Microwave
Edy Hartulistiyoso'
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian -Institut Pertanian Bogor
Kampus IPB Darmaga, POBOX 220 Bogar 16002
'Penulis Korespondensi, Email: edyhartulistiyoso@gmx.com
ABSTRAK
Berbeda dengan proses pemanasan konvensional, proses pemanasan dengan gelombang mikro (microwaves) terjadi melalui Inekanisme rotasi dipolar antara ion plus dan minus dalam bahan yang dipanaskan. Rotasi dipolar akibat gelombang elektromagnetik yang terjadi sesuai frekuensi wnumnya efektif terjadi pada material yang mengandung air seperti produk pertanian. Dengan mekanisme tersebut, maka pengeringan prod uk pertanian dengan menggunakan microwave perkirakan dapat berIangsung lebih cepat dari pengeringan konvensional, sehingga dapat menghemat penggunaan energi. Pada makalah ini akan didiskusikan penghematan energi pada pengeringan wortel, karet lateks dan lada. Dibandingkan dengan pengeringan konvensional menggunakan oven, pengeringan menggunakan microwave dapat menghemat energy hingga 80%.
Kata Kunci: microwave, pengeringan, penghematan energi
ABSTRACT
Unlike conventional heating process, the henting by microwaves takes place through tile mechanism of dipolar rotation between plus and lIIinns ions in the heated uwterial. Genemlly, dipolar rotation dne to electrolllagnetic waves that occnl' correspond to the freqnency occllrs effectively ill water-containing JIlnlerial such as agricultllml prodncts. With this lIIechanislll, the drying of agricultu ml products usingmicrowave is expected to take faster than convelltiollal drying, which conseqnently will save energy nse.Tn tltis paperitwill be disCllssed energy savings in drying of carrots, rubber latex and pepper. COlllpared nsing a conventional drying oven,
microwavedrying can save energy up to 80%.
Ke1jwords: microwave, drying, ellergy savings
PENDAHULUAN
Pengeringan udara panas atau dikenal dengan pengeringan konveksi 11l.erupakan metode pengeringan yang banyak digunakan unluk pengolahan produk pertanian. Metode ini secara umum memerlukan waktu yang lama dengan efisiensi energi yang rendah, terutama selama laju pengeringan 111enurun. Pengeringan prod uk pertanian yang mudah rusak dengan udara panas juga dapat merusak kandungan gizi dari produk yang dikeringkan. Selain itu pengeringan konveksi kurang efektif untuk dapat 11lenurunkan kandungan mikroba pada bahan.
ProsidingSeminar Nasional PERTETA 2012
Malal1g, Jawa Timur, 30November- 2Desember 2012
Penerapan pengeringan dielekh'ik, dengan menggunakan gelombang eleklTomagnetik langsung ke posisi molekul air dalam bahan dapat mengurangi kerusakan produk. Gelombang mikro yang merupakan spekh'um dari gelombang elekh'omagnetik dapat langsung mempengaruhi air bahan yang merupakan zat bersifat polar. Proses pengeringan menjadi lebih cepat dan cara tersebut mengurangi kemungkinan kerusakan atau penguapan zat lain yang bersifat non-polar. Oven gelombang mikro sebagai penerapan salah satu spektrum dari gelombang elektromagnetik dapat menjadi alternatif untuk proses pengeringan produk pertanian.
Gelombang mikro (Microwave), sebagaimana juga cahaya, adalah sualu bentuk gelombang elekb·omagnet. Dalam spekb'um frekuensi, microwave terletak antara 300 MHz dan 300 GHz, atau antara gelombang radio dan inframerah. Karena letak spektrum frekuensinya yang mendekati gelombang radio, maka agar tidak mengganggu frekuensi gelombang lainnya, hanya frekuensi tertentu yang diizinkan oleh Industrial, Science and Medical Frequences (ISM) untuk keperluan industri. Frekuensi 2450 MHz secara umum digunakan secara luas di seluruh dunia, di Amerika digunakan pula frekuensi 915 MHz dan di Inggris digunakan frekuensi 896 MHz. Panjang gelombang dari frekuensi-frekuensi tersebut masing-masing 12.24 em, 32.77 em, dan 33.46 em.
Gelombang elekh-omagnetik bergerak di udara setara dengan kecepatan cahaya c (c=2.9979x108 m/ s). Antara frekuensi
f
panjang gelombang A, dan kecepatan cahaya c terdapat hubungan :c
A,= - (1)
.f
Dari persamaan di atas, dengan frekuensi sebesar 2450 MHz panjang gelombang microwave di dalam vakum adalah 12.25 em
Besarnya energi W dapat diketahui dari hubungannya dengan frekuensi
f
dan angka kuantum Planckh (h=6.625x10-34Ws2).w
= h.j (2)Dari persamaan di atas, maka pada kisaran frekuensi microwave mempunyai energi sebesar 10-6sampai 10-5eV dan tidak termasuk merupakan radiasi ion(ionizing radiation, sekitar 34 eV).
Microwave sebagaimana juga gelombang elekb'omagnetik yang lain dipancarkan dari sahl sumber ke segala arah dan dapat dipantulkan atau diserap oleh benda. Untuk penggunaan prakhs perlu diperhatikan bahwa microwave direfleksikan oleh bahan metal, menembus bahan-bahan seperti udara, pOl-selin, plastik, dan dapat diserap oleh air, bahan pangan dan pertanian yang kemudian melepaskan panas.
Oven gelombang mikro merupakan salah satu pil-anh dalam proses pengolahan pangan. Aplikasi penggunaan energi oven gelombang mikro ini telah dikenal pada awal tahun 1969-an (Huxsoll, 1966). Energi panas yang dihasilkan memiliki beberapa keuntungan diantaranya daya peneb-asi yang dihasilkan relatif hnggi, molekul-molekul air pada bahan makanan dapal berfungsi sebagai penyerap energi dan energi yang dihasilkan lebih efektif (Rockwell, 1967)
Pada makalah ini akan didiskusikan penghematan energi pada pengeringan menggunakan gelombang mikro dari beberapa produk pertanian, yaitu lada, wortel dan karet. Penghematan energi ini dapat dilihat dengan membandingkan penegringan produk yang sama menggunakan pengeringan konveksi menggunakan pengering oven. Hasil diskusi diharapkan dapat memberi gambaran tentang penggunaan energi pada pengeringan gelombang mikro dan menjadi informasi penting bagi pemanfaatan dan pengembangan energi gelombang mikro untuk pengeringan produk pertanian.
r
Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012
Mnlnng, fnwn Timur, 30November- 2Desember 2012
BAHAN DAN METODE
Penghematan energi pada proses pengeringan dengan microwave dilihat pada tiga percobaan pengeringan dengan produk sebagai berikut:
1. Wortel segar yang dipotong setebal 1.5 mm, di-blanching dengan uap selama 10 menit kemudian ditiriskan dalam suhu ruang selama 15 menit (D.A. Nasution, 2001).
2. Karet busa alam berdimensi
q)
= 8.5 cm dengan tebal1.5 cm, dibuat dari lateks pekat berkadar karet = 60%. Dua perlakuan dilakukan pada karet busa yang akan dikeringkan yaitu pengukusan dan tanpa pengukusan. Karet busa dikeringkan di dalam oven microwave 1.2 kW dan di dalam oven udara panas pada suhu tetap 70 oC (kontrol). Mutu hasil karet busa kering diuji dan dibandingkan dengan standar mutu karet busa menurut SNI 1241.85(D.Maspanger, 2001).3. Lada putih yang diproses dari lada petik dengan perendaman selama 9 hari
(K.Sudarmaji, 2003). Pemanasan dengan oven berlangsung pada 40 oC sedangkan microwave diatur pada daya 80 Watt. Berat bahan yang dikeringkan adalah 150 gram.
Alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain:
1. Oven gelombang mikro (microwaveoven)merkElektroluxtipe EMC 1920 dengan kisaran daya 80-800 Watt, dan input Voltase 220-230V.
2. Oven pengering merkII<EDA RlKA tipe SS-2040 (220 V,8A).
3. Thermo recordeJjchino recordermerk YokogawatipeHI\.2500E.
4. Timbangan digital merkANDlipe EK 1200A kapasitas 1200 g x0.1 g. 5. Multimeter merk APPA-101.
6. Termometer standar.
Pengeringan dilakukan dengan microwave dan pengering oven untuk masing-masing produk sesuai karateristik dan mutu produk yang diharapkan. Kadar air awal ditentukan dengan menggunakan metode oven.
Energi yang digunakan pada proses pengeringan microwave dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
QiV/W
=
n.V.l.t (3)dimana:
QiV/W= Energi untuk pengeringan (kWh) n = Intensitas magnetron bekerja per jam V= Tegangan terpasang (Volt)
I = Kuat arus (Ampere) t = Waktu pengeringan Gam)
Sedangkan energi yang digunakan pada proses pengeringan menggunakan oven pengering dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
QJV
=
(ml')(Cp/,)(t/J - fa)+
(mJHfg ·.. · · (4) dimana:294
= Energi untuk pengeringan (kJ)
= massa bahan (kg)
= panas jenis bahan (kJ/ kgoC) = suhu udara pengering (oC)
Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012
Mnlnng, lnwn TinLUr, 30November- 2Desember 2012
ta = suhu udara lingkungan(oC) mp = massa bahan (kg)
Hfg = panas laten penguapan (J/kg)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Profil Tegangan, Kuat Arus dan Suhu Bahan
Pada pemanasan dengan microwave, energi merupakan perkalian antara daya dan waktu. Sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 1, proHI voltase dan arus ll1enunjukkan kapan gelombang elektromagnelik dipancarkan jika daya tidak diaplikasikan pada kapasitas penuh. Dengan demikian pada saat nilai voltase dan arus sama dengan nol, tidak ada gelombang yang dipancarkan. Keadaan ini dimanfaatkan untuk mengambil data suhu, mengingat pengukuran suhu bersamaan dengan pancaran gelombang tidak dapat dilakukan, atau error, mengingat thermo-couple yang runcing berlaku sebagai antena.
--v • T A
7
r---1
n
r
I-I
I
I
I
(I I ; I
I
I ,I r
!
! I..
,I
.
.
I
I
.
.
.
.
.
I.
.
• II
.
.
i
.
, I-ｾ
L.J,
; , , , , , , ,°u
200 > . ｾ 0) c Q) 150 roTI ｏＩｾ c :> ro£ 0):> Q)(f) 100 l-SO Q) 6 Qj 0.. 5 E ｾ 4 <n 2 3 (1) iU 2 ｾ 1o
0 [image:5.599.117.496.297.487.2]o 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96
Gambar 1. Profil tegangan dan kuat arus listrik serta suhu karet busa yang dikeringkan di dalam oven microwave (Maspanger, 2001).
Pada Gambar 1 terlihat bahwa kuat arus tidak langsung mencapai puncaknya (5,5 A) tapi berhenti pada posisi 1 A selama sekitar 3 detik, selanjub1ya 3 detik pada posisi puncak. Hal ini kemungkinan arus listrik terlebih dulu digunakan untuk mengisi kapasitor sepelum dipakai oleh b-ansformer-magneb-on. Tampak pula terdapat time-lag sekitar 17 detik sebelum magnetron kembali bekerja. Dengan demikian untuk setiap menitnya, magneh-on hanya bekerja sekitar 3 kali, atau dalam 1 jam bekerja 180 kali, dimana setiap kalinya mensuplai daya sebesar 180x[(lAx220Vx3det) +
(5,5Ax220Vx3det)]= 257.4 kW.det = 257.4 kW.(1/3600 jam) = 0.0715 kWh. Jika arus lish-ik terus bekerja (kontinu), diperlukan daya listrik 1.2 kWh. Dengan demikian konsumsi daya lisb-ik pada posisi warm sesungguhnya sangat rendah, sekitar 6% dari daya terpasang (Maspanger, 2001).
Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012
Mnlnng, lnwn Tinlllr,30November-2Oese11lber 2012
Penurunan Kadar Air
Proses pengeringan lada, wortel dan karet lateks dilakukan dengan tujuan pengeringan dengan kadar air dan mu tu sesuai standar. Dalam tulisan ini hanya akan dibahas proses penurunan kadar air, kaitannya dengan penggunaan energi yang diperlukan.
[image:6.597.32.590.106.797.2]Gambar 2 menunjukkan penurunan kadar air pengeringan wortel menggunakan microwave, konvensional (udara panas) dan pengering vakum. Terlihat jelas bahwa dengan microwave proses penurunan kadar air berlangsung cepat. Untuk mencapai kadar air akhir yang sarna, dengan microwave dibuhthkan wakht 180 menit kurang dari setengah wakht yang dibuhthkan dengan pengeringan konvensional maupun vakum (400 menit). D
420
2130
300
VOCUlJln240
Conventionalr\'le rOl/vave
180
120
oLl\
ｾ
100
90
80
70
..060
..0'*
50
-
....
ttl40
....
ttl30
"'0 ttl ｾ20
10
o
I0
Waktu (menit)Gambar 2. Penurunan kadar air wortel selama pengeringan dengan microwave, udara panas dan vakum (Naution, 2001).
Karel busa alam 20 cmx8cm, lebal 5cm
ｾ
\,
...e-Oven udara panas 70C\ ｾ
- . -Oven microwave 2,45GHz-1 ,2kW
1-"••• ｾＧＮ "%
""'-1---.\
ｾ ｾ'.
ｾ ｾ...•
• ....· · , · · · · ·••• tt . . . .
"
'$. Ｎｾﾭ C1l 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 o
o 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Waklu pengeringan, menil
Gambar 3. Penurunan kadar air karet busa selama pengeringan dengan oven udara panas dan oven microwave (Maspanger,2001).
[image:6.597.140.501.225.468.2]Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012 Mnlnng, Jawn Timur, 30November- 2Desember 2012
Pada GambaI' 3 disajikan grafik penurunan kadar air pengeringan karet lateks menggunakan microwave dan konvensional (udara panas). Sama dengan pada proses pengeringan wortel, pada pengeringan karet lateks dengan microwave juga menunjukan proses penurunan kadar air yang lebih cepat dibandingkan dengan konvensional. Jika pada pengeringan dengan udara panas membutuhkan waktu hingga 670 menit untuk mencapai kadar air akhir, dengan microwave hanya dibutuhkan waktu250menit. Selanjutnya pada GambaI' 4 dan 5 disajikan grafik penurunan kadar air pengeringan lada menggunakan konvensional (udara panas) dan microwave yang disajikan secara terpisah. Terlihat bahwa penurunan kadar air pada pengeringan microwave berlangsung tidak stabil. Hal ini dipengaruhi oleh pancaran gelombang mikro yang kurang berfluktuasi. Meskipun demikian, tampak kecenderungan yang sama, bahwa proses pengeringan dengan microwave berlangsung lebih cepat dibandingkan dengan pengeringan konvensional. Untuk mencapai kadar air akhir, pengeringan lada dengan udara panas membutuhkan waktu hingga 2400 menit, sedangkan dengan microwave dibutuhkan waktu hanya800 menit.
3500 3000
2500
90 . 1 -80ｾｴｾＬＬ｟｟｟｟ＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭ
li ::
ｾＧ［［ＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭＭﾭ
ｾ Ｚｾ ｾｾｾｾＬ］ＭＬｾＭＬ
-ｾ
ｾＭＭＭＭＭ
{2
ｾｾＮＬ
ｾＷｩｩｩｭ｟ｾ
....ＺＮＺＺＺＺＮＺＺＬＮ｟］］Ｎ］Ｎ］ＺｾＭｾ［［［［［Ｚ［ＭＭＭＭ
10 1
-0-1---,---,---,,.---,---,---.---,
o 500 1000 1500 2000
Waktu Pengeringan (menit)
1ｾ Ulangan 1ｾｾＢＮ Ulangan 2 Ulangan
31
Gambar4. Grafik Penurunan Kadar Air Lada pada3Lapis Tumpukan dengan Pengering Oven Udara Panas
120 100
:?
80
.D
""
<t 60ro
Dro 40
ｾ
20 0
0 200 400 600 800 1000 1200
Waktu Pengeringan (menit)
--;>-Ulangan 1" 0 Ulangan 2 -Ulangan
31
GambaI'5. Grafik Penurunan Kadar Air pada3Lapis Tumpukan denganPengering Oven Gelombang Mikro
[image:7.595.51.564.286.789.2]Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2012
Mnlnllg, Jnwn Timur, 30November- 2Desember 2012
Penggunaan dan Penghematan Energi
Dengan waktu pengeringan yang relatif singkat, maka penggunaan energi gelombang mikro untuk pengeringan juga relatif lebih kecil. Untuk melihat perbandingan pada Tabel1 disajikan perhitungan penggunaan energi pada pengeringan lada putih.
Tabel1. Total penggunaan energi pada pengeringan lada putih
Pengeringan Konsumsi Jumlah air Total
Waktu (menit) yang diuapkan (gr) Penggunaan Energi (kJ)
microwave 3 lapis
drying oven 3 lapis
840
2500
196.6
168.6
55440
264000
Jika dibandingkan maka energi rata-rata yang digunakan oleh oven gelombang mikro hanya sebesar 282 kJf gr air yang diuapkan, sedangkan oven udara panas membutuhkan 1565.8 kJf gr air untuk proses pengeringan. Penghematan energi yang dapat dilakukan
rata-rata per gram air yang diuapkan adalah sebesar 81.9 %.
SIMPULAN
Gelombang mikro (microwave) dapat digunakan untuk pengeringan produk pertanian, karena gelombang mikro yang merupakan spektrum dari gelombang elekh'omagnetik dapat langsung mempengaruhi air bahan yang merupakan zat bersifat polar. Proses pengeringan menjadi lebih cepat dan cara tersebut mengurangi kemungkinan kerusakan atau penguapan zat lain yang bersifat nonpolar. Dengan proses pengeringan yang cepat, maka penggunaan energi lebih hemat dibandingkan dengan pengeringan konvensional menggunakan udara panas.
DAFTAR PUSTAKA
Buffler, C R 1993. Microwave Cooking and Processing. The AVI Publ.Co. New York.
Decareau. 1985. Microwave Energy in Food Processing. Encyclopedia of Food Science. Vol
3. M. S. Peterson and A. H. Johnson (ed.).The AVI Publ. Co., Inc. Westport,
Connecticu t.
Gallawa, J.C 2000. The Complete Microwave Oven Service Handbook. Gonzalez Florida.
Hartulistiyoso,E. 2000. Penghematan Energi pada Proses Pengolahan Rempah-Rempah
dengan Energi Gelombang Mikro. Prosiding Seminar Nasional Teknik Pertanian AE
2000. Bogor.
Harhtlistiyoso, E. 2001. The Use of Microwave Energy for Decontaminating of
Agriculhtral Products. Proceeding, ISAE, Indonesian Society of Agricultural
Engineers, Jakarta, 10-11 July 2001, Vol. II, p. 165-169
Hartulistiyoso, E. 2002. Current Status of Drying Technology in lndonsia. Regional
Seminar and Workshop on Drying Technology, Bangkok, 22-26 April 2002.
Heldman, D.R dan RL. Perry. 1976.Agricultural Process Engineering. A VI Pub., C Inc.
Westport, Connecticut
Henderson, S.M. dan R L. Perry. 1982. Agriculhtral Process Engineering. AVI Pub. Co.
Inc. Connecticut.
Jones, P. L. dan Andrew, T.R 1996. Dielech'ic Drying. Dnjing Technology 14 (5):
1063-1098. Chester.
Putih (Pipper ningrum L.) menggunakan
Skripsi, Institut Pertanian Bogar. Tidak ProsidingSeminar Nasional PERTETA 2012
Mlllllng, Illwll Timur, 30November- 2Desember 2012 Maspanger, D. 2001. Karakteristik Pengeringan Karet Busa eli Oalam Oven Microwave.
Tugas Makalah TEP780 - Aplikasi Energi Gelombang Elekhomagnetik. Sekolah Pasca Sarjana - IPB. Tidak dipubilkasikan.
Nasution, D.A. 2001. Pengeringan Wortel elengan Microwave. Tugas Makalah TEP780 -Aplikasi Energi Gelombang Elekh'omagnetik. Sekolah Pasca Sarjana - IPB. Tidak dipubilkasikan.
Sudarmaji, K. 2003. Pengeringan Lada Gelombang Mikro (Microwave). di publikasikan.
