## KAJIAN KINETIKA, ANALISIS ENERGI, DAN ANALISIS EKSERGI PENGERINGAN UBI JALAR CILEMBU DENGAN TRAY DRYER
Tifa Paramitha 1 *, Dhyna Analyes Trirahayu 1 , Ahmad Fauzan 1 , Ghusrina Prihandini 1 , Retno Dwi Jayanti 1 , Sudrajat Harris Abdulloh 1 , Robby Sudarman 1 , Tika Paramitha 2
1 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Bandung 2 Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sebelas Maret
Email: tifa.paramitha@polban.ac.id

## ABSTRAK
Proses  pengeringan  ubi  jalar  ( Ipomoea  batatas )  varietas  cilembu  dilakukan dengan  tujuan  untuk  meningkatkan  daya  simpan  bahan.  Proses  pengeringan  ubi jalar  cilembu  dikerjakan  dengan  menggunakan  alat  pengering  jenis  tray  dryer pada suhu 50 °C dan laju alir 2 m/s. Kajian kinetika diperoleh bahwa model yang paling  akurat  dalam  mereprentasikan  kinetika  pengeringan  ubi  jalar  cilembu adalah model Page dengan persamaan kinetika adalah MR = exp (-0,0033t 1,3894 ). Hasil  analisis  energi  diketahui  bahwa  penggunaan  energi  dan  rasio  penggunaan energi mengalami kenaikan pada awal proses hingga menit ke-40 dan selanjutnya mengalami  penurunan  karena  kadar  air  dalam  sampel  rendah.  Nilai  penggunaan energi dan rasio penggunaan energi berturut-turut pada rentang 7,96-9,19 kJ/s dan 0,51-0,61.  Sementara  itu,  efisiensi  eksergi  berada  pada  rentang  28-31%.  Hal tersebut  menunjukkan  bahwa  efisiensi  eksergi  relatif  rendah  karena  sebagian besar eksergi yang disediakan terbawa oleh udara keluar tray dryer.
Kata kunci : ubi jalar cilembu, kinetika, energi, eksergi, pengeringan

## ABSTRACT
The drying of sweet potato (Ipomoea batatas) cilembu varieties was done with the aim of increasing the shelf life. Drying process of cilembu sweet potato was done using  a  tray  dryer  at  a  temperature  of  50  °C  and  flow  rate  of  2  m/s.  Kinetics studies were obtained that the most accurate model that representing the kinetics of drying of cilembu sweet potato was Page Model with the kinetic equation was MR  =  exp  (-0,0033t 1,3894 ).  The  results  of  the  energy  analysis  were  known  that energy  utilization  and  energy  utilization  ratio  increase  at  the  beginning  of  the process until the 40th minutes and subsequently decrease due to low water content in the sample. The value of energy utilization and energy utilization ratio  were in the  range  of  7,96-9,19  kJ/s  and  0,51-0,61,  respectively.  Meanwhile,  the  exergy efficiency  was  in  the  range  of  28-31%.  This  result  showed  that  the  exergy efficiency was relatively low because most of the energy provided was lost in the air outflow the tray dryer.
Key words : cilembu sweet potato, kinetic, energy, exergy, drying

## PENDAHULUAN
Sebagai negara tropis, Indonesia  merupakan  negara  yang kaya  dengan  aneka  komoditas pertanian.  Salah  satu  komoditas pertanian  yaitu  ubi  jalar ( Ipomoea batatas ) . Ubi jalar termasuk tanaman yang mengandung karbohidrat  yang  tinggi  (Suharyon dan  Edi,  2020).  Terdapat  beberapa daerah sebagai tempat penghasil ubi jalar  yaitu  provinsi  Sumatera  Utara,
Irian  Jaya,  Jawa  Timur,  Jawa
Tengah, dan Jawa Barat
(Mahmudatussa’adah, 2014). Ubi jalar cilembu adalah salah
satu  jenis  ubi  jalar  yang  banyak diminati  oleh  masyarakat  karena rasa  yang  manis.  Ubi  jalar  cilembu mengandung  pati  dengan  jumlah yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan ubi jalar  yang lainnya. Saat pemananen, kadar pati ubi  jalar  cilembu  sekitar  35-36% (Onggo, 2006).
Ubi  jalar  cilembu  biasanya dikonsumsi  dengan  cara  sederhana, seperti  direbus  dan  dipanggang. Namun, pengolahan ubi jalar cilembu yang sederhana menyebabkan  ubi  jalar  cilembu tidak  dapat  bertahan  lama.  Oleh karena  itu,  perlu  diupayakan  cara pengolahan yang tepat agar ubi jalar cilembu  memiliki  waktu  simpan yang lama dan kondisinya baik.
Pengeringan  ubi  jalar  cilembu dalam  bentuk  irisan  tipis  adalah salah  satu  cara  untuk  meningkatkan daya simpannya. Pengeringan
adalah salah satu metode yang dapat menghilangkan  sebagian  air  yang terkandung  dalam  bahan  dengan cara  menggunakan  energi  panas. Tujuan  pengeringan  bahan  pangan adalah  menghilangkan  air  hingga
diperoleh  kadar  air  tertentu  yang  mana aktivitas  enzim  dan  mikroorganisme yang  dapat  menyebabkan  pembusukan akan terhambat.
Proses  pengeringan  memerlukan energi  panas  agar  air  dalam  bahan dapat teruapkan. Evaluasi proses pengeringan  didasarkan  pada  hukum pertama  termodinamika  dan  hukum kedua  termodinamika.  Analisis  energi dari  proses  pengeringan  didasarkan pada  hukum  pertama  termodinamika (keseimbangan energi). Dengan analisis energi dapat diketahui
penggunaan  energi,  rasio  penggunaan energi,  dan  efisiensi  energi.  Sementara itu, analisis eksergi dari proses pengeringan  didasarkan  pada  hukum kedua  termodinamika.  Hukum  kedua termodinamika menyatakan bahwa energi  bersifat  tidak  dapat  kembali (irreversibel) dengan terjadinya
perubahan  entropi  (Suherman  dan Trisnaningtyas,  2016).  Analisis  eksergi digunakan  untuk  mengetahui  seberapa optimal  energi  yang  masuk  telah digunakan dari sisi kualitas.
Selain  itu,  kajian  kinetika  perlu dilakukan untuk memprediksi karakteristik pengeringan. Karakteristik pengeringan secara umum dapat ditentukan  secara  eksperimen  melalui pengeringan lapisan tipis bahan pangan (Da  Silva,  dkk.,  2014,  Manikantan, dkk, 2014, Sadin, dkk., 2017). Selanjutnya,  data  eksperimen  diplot  ke dalam kurva untuk mendapatkan model pengeringan,  yang  mana  model  ini dapat  digunakan  untuk  melakukan simulasi kurva pengeringan pada kondisi pengeringan yang berbeda.
Hingga  saat  ini,  masih  sedikit
literatur yang melakukan kajian kinetika,  analisis  energi,  dan  analisis eksergi  dari  proses  penegeringan  ubi jalar cilembu. Dengan demikian,
penelitian ini dilakukan pengeringan ubi jalar cilembu  menggunakan alat pengeringan  jenis tray  dryer dan dilakukan  kajian  kinetika,  analisis energi, dan analisis eksergi terhadap pengeringan tersebut.

## BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan Tray  dryer merupakan  alat utama yang digunakan pada penelitian  ini  (Gambar  1). Tray dryer terdiri  dari tray ,  blower,
pemanas,  dan  neraca.  Mekanisme pengeringan dengan tray dryer dilakukan  dengan  menyalakan  blower yang  berfungsi  untuk  mensirkulasikan udara dari lingkungan sekitar ke dalam ruang  pengeringan.  Sebelum  kontak dengan  sampel,  udara  dilewatkan pemanas sehingga suhu udara meningkat  dan  kelembaban  relatif udara  menurun.  Sementara  itu,  sampel yang  akan  dikeringkan  diletakkan  di tray dan  penurunan  massa  sampel diukur dengan neraca.
Gambar 1. Alat Tray Dryer
Bahan  yang  digunakan  adalah ubi  jalar  ( Ipomoea  batatas )  varietas cilembu. Bahan diperoleh dari penjual di  daerah  Bandung  Barat.  Bahan dikupas  kulitnya,  dicuci  dengan  air hingga  bersih,  dan  diiris  dengan ketebalan  yang  sama  (2  mm). Ketebalan  irisan  dibuat  tipis  agar proses  pengeringan  dan  difusi  massa air  menjadi  lebih  cepat.  Kadar  air awal  ubi  jalar  cilembu  ditentukan dengan menggunakan oven pada suhu 100  °C±  1  C  hingga  massa  ubi  jalar cilembu konstan.

## Metode
Irisan  sampel  diletakkan  dalam tray dengan  luas  permukaan  sebesar 464  cm 2 (29  cm  x  16  cm).  Proses pengeringan  dilakukan  pada  suhu
udara masuk 50 °C dengan kecepatan udara dijaga sebesar 2 m/s. Data yang diambil  selama  proses  pengeringan meliputi perubahan massa, suhu udara masuk  dan  keluar tray  dryer ,  serta kelembaban  relatif  masuk  dan  keluar tray  dryer. Suhu  dan  kelembaban relatif  udara  diukur  dengan  alat Relative  Humidity meter  setiap  5 menit  sekali  sampai  diperoleh  massa sampel konstan.
Kajian  kinetika  pengeringan  lapis tipis ubi jalar cilembu
Data  eksperimen  digunakan untuk  menentukan moisture  ratio (MR) sampel selama proses pengeringan. Persamaan (1) merupakan  rumus  untuk  menentukan moisture rasio .
…………..…………..(1)
Dimana,  MR  adalah moisture  ratio ,
Mo  =  kadar  air  awal,  Mt  =  kadar  air pada  waktu  t,  Me  =  kadar  air  pada saat kesetimbangan.
Beberapa  model  pengeringan lapis  tipis  telah  dikemukakan  untuk mengetahui hubungan antara moisture
ratio terhadap  waktu.  Tiga  model pengeringan  lapis  tipis  pada  Tabel  1 digunakan  dalam  penelitian  ini  untuk mencari  model  terbaik  yang  dapat mendeskripsikan
kinetika pengeringan ubi jalar cilembu dengan alat tray dryer .
Tabel 1. Model kinetika pengeringan lapis tipis Nama Model Model Ref Henderson dan Pabis MR = a exp (-kt) Afifah, 2017 Newton MR = exp (-kt) Page MR = exp (-kt n ) Analisis kesesuaian data prediksi dari persamaan model-model terhadap  data  eksperimen  dievaluasi dengan menggunakan parameter koefisien  determinasi  (R 2 ), reduced chi-square (χ 2 ), dan root mean square error (RMSE) berdasarkan persamaan (2) dan (3) berikut: ∑ ( ) ……......(2) √ ∑ ( ) …(3)
Dimana  MR exp = Moisture  ratio eksperimen,  MR pre = Moisture  ratio prediksi.
Untuk  kualitas  kesesuaian,  nilai  R 2 mendekati  satu,  sementara  nilai  SSE dan RMSE mendekati nol.

## Analisis energi dan eksergi
Massa  umbi  cilembu  dan  data- data terkait karakteristik udara masuk dan  udara  keluar  digunakan  untuk menentukan  penggunaan  energi  dan rasio  penggunaan  energi  dari  proses pengeringan  dengan  persamaan  (4) dan  (5)  sebagai  berikut  (Aviara  dkk.,
2014):
( ) ……......…....(4) ( ) ( ) ….……….……(5) Dimana  EU  =  penggunaan energi (kJ/s), EUR = rasio penggunaan  energi,  Ma  =  laju  alir massa  udara  (kg/s),  h ai =  entalpi udara  masuk  (kJ/kg),  h ao =  entalpi udara  keluar  (kJ/kg),  h ∞ =  entalpi pada kondisi ambient (kJ/kg). Sementara itu, untuk menentukan  eksergi  pada  masukan ruang  pengeringan,  eksergi  pada keluaran ruang pengeringan, kehilangan  eksergi,  dan  efisiensi eksergi  dihitung  dengan  persamaan (6)-(9) sebagai berikut:
[( ) ] (6) [( ) ] ………………………….(7) …………….…..(8) …….……………..(9)
Dimana  EX i =  eksergi  pada masukan (kJ/kg), EX o = eksergi pada keluaran  (kJ/kg),  EX L =  kehilangan eksergi  (kJ/kg),  η eks =  efisiensi
eksergi,  C pa =  kapasitas  spesifik udara  (kJ/kg),  T ai =  suhu  udara masuk  (°C),  T ao =  suhu  udara  keluar (°C), T ∞ = udara ambient (°C).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Bahan  baku  yang  digunakan adalah  ubi  jalar  cilembu.  Kadar  air awal  ubi  jalar  cilembu  sebesar  60% (basis  berat  basah).  Pada  penelitian ini,  proses  pengeringan  ubi  jalar cilembu  dilakukan  pada  suhu  50  °C dan laju alir massa 2 m/s dengan tray dryer . Pengeringan dengan suhu yang
lebih  tinggi  dari  suhu  lingkungan menyebabkan kelembaban relatif udara  menjadi  lebih  rendah  dan kemudian berdampak terhadap semakin  banyaknya  air  yang  dapat diuapkan  selama  proses  pengeringan dan proses pengeringan menjadi lebih cepat.  Kelembaban  relatif  udara masuk  alat  pengering  sebesar  24,3%. Kurva moisture  ratio terhadap  waktu pengeringan diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Moisture ratio terhadap waktu pengeringan (a) (b)
Gambar 3. (a) Irisan ubi jalar cilembu sebelum proses pengeringan, (b) Irisan ubi jalar cilembu setelah proses pengeringan Gambar 2 menunjukkan moisture  ratio ubi  jalar  cilembu menurun  dengan  semakin  lamanya waktu
pengeringan. Hal ini disebabkan  kandungan  air  dalam  ubi jalar  cilembu  semakin  sedikit  dengan
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 50 100 150 M ois tur e ratio Waktu pengeringan (menit)
semakin  lamanya  waktu  pengeringan karena  air  yang  telah  teruapkan semakin  besar.  Pada  menit  ke-110, moisture  ratio ubi  jalar  cilembu sebesar 5%. Penurunan moisture ratio terjadi  secara  cepat  pada  saat  awal pengeringan kemudian semakin melambat mendekati akhir pengeringan.  Gambar 3 menunjukkan irisan  ubi  jalar  cilembu  sebelum  dan
setelah  proses  pengeringan  dengan tray dryer . Data  eksperimen  berupa  MR digunakan  sebagai  data  input  untuk tiga  model  pengeringan  lapis  tipis (Tabel  2).  Hasil  dari  perhitungan diperoleh nilai konstanta dan parameter  pengeringan  tiap  model- model,  R 2 ,  χ 2 serta  RMSE  disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai konstanta dan parameter pengeringan serta R 2 , χ 2 , dan RMSE Model Konstanta dan Parameter Pengeringan R 2 χ 2 RMSE Henderson dan Pabis k = 0,0253 a = 1,4645 0,9118 0,0204 0,1374 Newton k = 0,0202 0,9404 0,0129 0,1112 Page k = 0,0033 n = 1,3894 0,9796 0,0019 0,0422 Model terbaik yang dapat mendeskripsikan kinetika pengeringan lapis tipis irisan ubi jalar cilembu  dipilih  berdasarkan  nilai  R 2
yang  terbesar  dan  nilai  χ 2 dan  RMSE yang  terkecil.  Berdasarkan  nilai  R 2 , χ 2 , dan RMSE, Model Page merupakan  model  yang  cocok  untuk mewakili  kinetika  pengeringan  lapis tipis  irisan  ubi  jalar  cilembu  dengan tray  dryer .  Hasil  tersebut  sama dengan  hasil  penelitian  Afifah  dkk.
(2017) yang mana model Page paling akurat untuk mempresentasikan kinetika  pengeringan  bahan  pertanian (singkong, pisang, dan kacang tanah). Gambar  4  menampilkan  hubungan nilai  MR  eksperimen  dengan  MR persamaan Model Page. Dari Gambar 4  diketahui  bahwa  persamaan  Model Page  mendekati  hasil  ekseperimen (diwakili dengan garis lurus). Gambar 4. MR prediksi terhadap MR eksperimen
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 M R P re di ks i MR Eksperimen
Analisis  energi  dari  proses pengeringan  lapis  tipis  ubi  jalar cilembu dilakukan dengan menggunakan  data  eksperimen.  Hasil analisis energi disajikan dalam Gambar  5  dan  6.  Berdasarkan Gambar 5 menunjukkan bahwa penggunaan  energi  yang  lebih  tinggi pada awal proses pengeringan hingga menit  ke-40  karena  kadar  air  yang masih  tinggi  dalam  sampel  dan selanjutnya penggunaan energi mengalami  penurunan  karena  kadar air dalam sampel yang rendah di akhir proses.  Hasil  yang  sama  dijelaskan pada penelitian Corzo dkk. (2008).
Gambar 5. Penggunaan energi terhadap waktu pengeringan
Gambar 6. Rasio penggunaan energi terhadap waktu pengeringan
Gambar  6  menunjukkan  rasio penggunaan  energi  (EUR)  terhadap waktu.  Nilai  EUR  meningkat  diawal proses  dan  mengalami  penurunan dengan bertambahnya waktu pengeringan.  Nilai  EUR  sebesar  0,59 diawal proses dan 0,51 diakhir proses pengeringan.  Hal  ini  berarti  masih terdapat  energi  yang  terkandung
dalam  udara  keluar  alat  pengeringan. Agar penggunaan energi lebih efektif, udara  buangan  dapat  digunakan kembali sehingga energi yang meninggalkan  alat  pengering  dapat dimanfaatkan.
Analisis  eksergi  dari  proses pengeringan  lapis  tipis  ubi  jalar cilembu juga dilakukan dengan
7,80 8,00 8,20 8,40 8,60 8,80 9,00 9,20 9,40 9,60 0 50 100 150 Pen ggu n aa n E n er gi ( kJ /s ) Waktu Pengeringan (menit) 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0 50 100 150 R as io Pen ggu n aa n E n er gi
Waktu Pengeringan (menit)
menggunakan  data  eksperimen.  Hasil analisis  eksergi  diperoleh  bahwa efisiensi  eksergi  berada  pada  rentang 28-31%.  Hasil  yang  relatif  rendah disebabkan  sebagian  besar  eksergi yang  tersedia  terbawa  udara  yang keluar alat pengeringan.

## KESIMPULAN
Kajian kinetika, analisis energi,  dan  analisis  eksergi  proses pengeringan ubi jalar cilembu dengan tray  dryer telah  dilakukan  pada penelitian  ini.  Berdasarkan  kajian kinetika diketahui bahwa model Page yang paling akurat untuk mereprentasikan kinetika pengeringan ubi  jalar  cilembu  dengan  persamaan kinetikanya  adalah  MR  =  exp  (- 0,0033t 1,3894 ).  Hasil  analisis  energi diketahui  bahwa  penggunaan  energi dan rasio penggunaan energi mengalami kenaikan pada awal proses  dan  selanjutnya  mengalami penurunan  karena  kadar  air  dalam sampel  rendah.  Sementara  itu,  hasil eksergi  menunjukkan  bahwa  efisiensi eksergi  relatif  rendah,  yang  mana sebagian besar eksergi yang disediakan terbawa udara yang keluar
tray dryer .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima
kasih ditujukan kepada Jurusan
Teknik  Kimia  Politeknik  Negeri Bandung  dalam  penyediaan  sarana dan  prasarana  penelitian.  Selain  itu, ucapan terima  kasih  ditujukan  kepada Angelina  Putri,  Angely  Luviana,  dan Anggita  Cahya  Maulida  yang  telah membantu dalam pengambilan data.

## DAFTAR PUSTAKA
Afifah,  N.,  Rahayuningtyas,  A.,  dan
Kuala,  S.  I.  (2017).  Pemodelan Kinetika  Pengeringan  Beberapa Komoditas Pertanian Menggunakan Pengering Inframerah,  AGRITECH,  37(2): 220-228, http://doi.org/10.22146/agritech.
10394 Aviara, N. A., Onuoha, L. N., Falola, O.  E.,  dan  Igbeka,  J.C.  (2014). Energy  and  Exergy  Analyses  of Native  Cassava  Starch  Drying  in a  Tray  Dryer,  Energy,  73:  809- 817, doi:10.1016/j.energy.2014.06.08 7 Corzo,  O.,  Bracho,  N.,  Vasquez,  A., and  Pereira,  A.  (2008).  Energy and  Exergy  Analyses  of  Thin Layer  Drying  of  Coroba  Slices, Journal of Food Engineering, 86: 151-161, 10.1016/j.jfoodeng.2007.05.008 Da Silva, W.P., E Silva, C.M.D.P.S., Gama,  F.J.A.,  Gomes,  J.P.,. (2014)  Mathematical  models  to describe  thin-layer  drying  and  to determine  drying  rate  of  whole bananas,  Journal  of  the  Saudi
Society  of  Agricultural  Sciences, 13: 67 – 74, http://dx.doi.org/10.1016/j.jssas.2
013.01.003
Manikantan,  M.  R.,  Barnwal,  P., Goyal,  R.  K.  (2014)  Drying characteristics  of  paddy  in  an integrated  dryer,  J  Food  Sci Technol 51(4): 813–819, https://doi.org/10.1007/s13197-
013-1250-1
Muhmudatussa’adah,  A.  (2014).
Komposisi  Kimia  Ubi  Jalar ( Ipomoea  batatas L)  Cilembu pada  Berbagai  Waktu  Simpan sebagai  Bahan  Baku  Gula  Pasir.
Jurnal  Pangan,  23(1):  53-64,
https://doi.org/10.33964/jp.v23i1 .51
Onggo,  T.  M.  (2006).  Perubahan Komposisi  Pati  dan  Gula  Dua Jenis Ubi Jalar Nirkum
“Cilembu” Selama Penyimpanan,
Jurnal Bionatura, 8(2): 161-170, Sadin,  R.,  Chegini,  S.,  Khodadadi, M.  (201 7 )  Drying  characteristics and  modeling  of  tomato  thin layer drying in combined infrared-hot  air  dryer ,  CIGR Journal 19(1): 150-157
Suharyon dan Edi, S. (2020). Potensi dan Peluang Pengembangan Komoditas Ubi Jalar di Kabupaten Kerinci Provinsi Jambi. Jurnal Sains Sosio Humaniora, 4(2): 777-785, https://doi.org/10.22437/jssh.v4i
2.11542 .
Suherman  dan  Trisnaningtyas,  R.
(2016).  Analisis  Energi  dan Eksergi pada Pengeringan Tepung  Tapioka  Menggunakan Pengering Kontinu Unggun Fluidisasi  Getar,  REAKTOR, 16(1): 24-31, http://dx.doi.org/10.14710/reakto
r.16.1.24-31