7/26/2019 903-3662-1-PB.pdf

1/5

PENENTUAN SIFAT TERMOFISIK MAHKOTA DEWA(THERMAL PROPERTIES OF Phaleria macrocarpha)

1Lamhot P. Manalu,

2Wahyu Purwanto

Pusat Teknologi Agroindustri BPPTGd. 2 Lt. 17 Jl. Thamrin 8 Jakarta 10340

E-mail: lpmanalu@yahoo.com

AbstractThe most important limitation in process design for agricultural products is the lackof information on their thermal properties. Although a lot of experimental data canbe found, the variety of products and the differences in measurement method makelimitation on the value of the available data, especially for Indonesias products.These data are needed to get information about temperature change when aproduct was processed by heating or cooling. The data are important for optimizingthe efficiency of energy used in the process. The objective of this study is todetermine thermal diffusivity and conductivity of mahkota dewa or crown of god(Phaleria macrocarpha). The values were determined numerically with indirectmethods. The result shows that thermal conductivity of mahkota dewa is 0.1359W/m

oC, while its thermal diffusivity is 4.11x10

-8m

2/s.

Kata kunci : sifat panas, mahkota dewa, panas jenis, konduktivitas, difusivitaspanas

1. PENDAHULUAN

Produk pertanian termasuk tanaman obatmerupakan produk yang mudah rusak sehinggadiperlukan cara-cara penanganan pascapanenyang lebih baik untuk dapat memperpanjang umursimpan. Perlakuan pendinginan adalah cara yangbiasa dilakukan untuk memperpanjang umursimpan sekaligus mempertahankan kualitasproduk dengan syarat suhu, waktu dan parameterpendinginan lainnya sesuai dengan karakteristikproduk yang didinginkan (Rizvi, 2005). Demikianjuga dengan perlakuan panas baik menggunakanair panas, uap panas maupun kombinasi keduanyamerupakan perlakuan pendahuluan dalampenanganan segar sayuran dan buah-buahanuntuk menekan pertumbuhan mikroorganismeseperti jamur (Mayor and Sereno, 2004).

Untuk merancang sistem pendinginan danpemanasan yang baik dan tepat untuk komoditaspertanian, perlu diketahui karakteristik atauproperti termofisik (thermal properties) masing-masing produk. Hal ini dapat dipahami mengingatpendinginan dan perlakuan panas berkaitan eratdengan proses pindah panas. Sifat panas akan

menentukan karakteristik perubahan suhu produksehingga dapat ditentukan kebutuhan energi danwaktu perlakuan secara tepat (Weidenfellera,2004). Nilai difusivitas panas bahan merupakansalah satu sifat panas yang dibutuhkan untukmenduga laju perubahan suhu bahan sehinggadapat ditentukan waktu optimum yang dibutuhkandalam proses pengolahan, pengeringan atau

pendinginan (Singh and Goswami, 2000). Denganmengetahui waktu optimum tersebut, selain dapatmenghindarkan terjadinya kerusakan bahan jugadapat menghemat penggunaan energi.

Mahkota Dewa (Phaleria macrocarpa) dikenalsebagai salah satu tanaman obat Indonesia yangberasal dari Papua/Irian Jaya. Tanaman ataupohon mahkota dewa ditanam sebagai tanamanpeneduh, ukurannya tidak terlalu besar dengantinggi sekitar 1,5 - 5 meter dengan batangberwarna cokelat kehijauan. Daunnya tunggal,lonjong memanjang berujung lancip. Sementarabuahnya berwarna merah menyala yang tumbuhdari batang utama hingga ke ranting berbentukbulat dengan ukuran bervariasi. Buah mudawarnanya hijau. Sedangkan yang sudah tuaberwarna merah marun. Buah mahkota dewabiasanya mengalami proses pengawetan denganbeberapa cara antara lain pendinginan,pengalengan, dan pengeringan untukmemperpanjang masa simpannya. (Winarto,2003; Dalimartha, 1999).

Rimpang mahkota dewa segar mengandungbeberapa zat aktif seperti flavonoid, polifenol,saponin dan alkaloid yang bersifat detoksifikasi

dan dapat menetralisir racun di dalam tubuh.Mahkota dewa berkhasiat sebagai antitumor,antikanker, antidisentri, antiinsekta, mengobatieksim, hepatotoksik dan antibodi antibakteria(Almahdy et al., 2008; Faried et al., 2007).

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilaidifusivitas, konduktivitas panas (k), massa jenis

_______________________________________________________________________________________________________________

Penentuan Sifat Termofisik Mahkota...............(Lamhot P. Manulu, Wahyu Purwanto) 177Diterima 1 November 2011; terima dalam revisi terakhir 6 Desember 2011; layak cetak 15 Desember 2011

7/26/2019 903-3662-1-PB.pdf

2/5

(), dan panas jenis (Cp) tanaman obat mahkotadewa.

2. BAHAN, ALAT DAN METODE

Bahan yang digunakan adalah buah mahkotadewa. Alat-alat yang digunakan adalah thermal

conductivity meter (Kemtherm QTM-D3), lemaripendingin (Ebara 3848), hybrid recorder (HR-2500E), termokopel CC, drying oven (Ikeda SS-204D), timbangan digital (AND EK-1200A),kalorimeter, termometer, jangka sorong, gelasukur.

Metode yang digunakan dalam menentukansifat-sifat panas produk yang mencakup panasjenis, konduktivitas panas dan difusivitas panasadalah sebagai berikut.

2.1. Penentuan Panas Jenis

Panas jenis didefinisikan sebagai jumlah energiyang dibutuhkan oleh satu satuan berat (m) bahanuntuk menaikkan suhunya sebesar satu derajat(Cengel and Boles, 2002). Besaran ini dipakaiuntuk menduga jumlah energi (Q) yang diperlukan

bila suhu bahan berubah satu satuan (T). Panasjenis mahkota dewa dan temu putih ditentukandengan menggunakan kalorimeter yang dihitungdengan menggunakan persamaan berikut,

(1)

Siebel mengembangkan suatu persamaanuntuk menghitung panas jenis bahan pada kondisi

di atas titik beku (Rao et al., 2005; Wirakarta-kusumah et al., 1992) sebagai berikut, :

Cp = 4.1868(0.008M + 0.20) (2)

dimana M adalah persentase kadar air (basisbasah).

Metode yang diajukan Charm dalammenghitung panas jenis turut mempertimbangkankandungan lemak bahan (Heldman and Singh,1981). Metode ini cukup baik terutama bagi bahan-bahan yang kandungan lemaknya cukup tinggi.

Cp = 4.1868(0.5Xf+ 0.33Xs+Xm) (3)

dimana Xfadalah fraksi lemak, Xsadalah fraksipadatan dan Xmadalah fraksi air dalam bahan.

Selain dua metode diatas, panas jenis dapatditentukan dengan metode campuran (method ofmixtures). Metode ini banyak dipakai karenacaranya sederhana yaitu dengan memasukkanbahan yang sudah diketahui masanya (WS)

kedalam kalorimeter berisi air yang sudahdiketahui berat (WW) dan kapasitas panasnya(CW). Pengukuran dengan metode campurandidasarkan pada hukum keseimbangan panasdalam kalorimeter yang secara matematis ditulissebagai berikut (Mohsenin, 1980) :

CS. WS(Ta- Te) = Cw. Ww(Te- To)+Cc. Wc(Te-To) (4)

Panas jenis dan massa kalorimeter dianggapkonstan sehingga perkaliannya merupakankapasitas panas kalorimeter. Persamaan di atasdapat ditulis sebagai berikut (Mohsenin, 1980) :

( ) + ( )( ) ()Kapasitas panas kalorimeter (HC) dapat

ditentukan dengan mencampur sejumlah air yangberbeda suhu awalnya dalam kalorimeter hingga

dicapai suhu keseimbangan. Persamaan berikutdigunakan untuk menetukan kapasitas panasuntuk kondisi tersebut (Mohsenin, 1980) :

( ) ( )( ) ()dimana :Hc = kapasitas panas kalorimeter, kJ/

oC

Wh= massa air panas, kgWc= massa air dingin, kgTa = suhu awal air panas,

oC

Te = suhu keseimbangan,oC

To = suhu awal air dingin,oC

Ch = panas jenis bahan, kJ/kgo

CWs= massa bahan, kgCc= panas jenis kalorimeter, kJ/kg

oC

2.2. Penentuan Konduktivitas Panas

Konduktivitas panas adalah sifat termal suatubenda untuk merambatkan panas dalam suatu unitwaktu melalui luas penampang tertentu yangdiakibatkan oleh adanya perbedaan suhu. Untukbahan hayati, besarnya nilai konduktivitas panas(k) banyak dipengaruhi oleh beberapa faktorseperti struktur sel/fisik, komposisi kimia bahan,dan kandungan air. Variasi nilai konduktivitas

panas bahan hayati lebih besar dibandingkanbahan non-hayati (Jangam and Mujumdar, 2010).Dalam percobaan ini konduktivitas panas

produk diukur langsung dengan menggunakan alatconductivity meter, sedangkan secara tidaklangsung konduktivitas panasnya dihitung denganpersamaan Sweat (Phomkong et al., 2006)sebagai berikut :

________________________________________________________________________________________________________________

178 Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia Vol. 13, No. 3, Desember 2011 Hlm.177-181Diterima 1 November 2011; terima dalam revisi terakhir 6 Desember 2011; layak cetak 15 Desember 2011

7/26/2019 903-3662-1-PB.pdf

3/5

k = 0.148+ 0.00493M (7)

dimana Madalah kadar air produk (% bb.).

2.3. Penentuan Difusivitas Panas

Difusivitas panas dapat diartikan sebagai laju padasaat panas terdifusi keluar dari bahan. Distribusisuhu pada suatu bahan dalam kondisi tidakmantap telah dirumuskan oleh persamaan umumFourier (Yagua and Moreira, 2011) sebagai berikut:

T/t= 2T (8)

dimana T adalah suhu pada titik tertentu (pada

koordinat x, ydan z), tadalah waktu dan adalahkoefisien difusivitas panas.

Dengan mengasumsikan daging buah mahkotadewa berbentuk silinder dan perpindahan panas

merata ke arah radial, suhu awal di setiap titikdianggap seragam, kadar air tetap dan tidak terjadipenyusutan, persamaan (8) dapat ditulis sebagaiberikut (Jangam and Mujumdar, 2010) :

+

1

()

Persamaan (9) di atas didiskritisasi memakaimetode numerik beda hingga sehingga diperoleh :

2+

+1

(10)

Selanjutnya nilai S dihitung dengan metodekuadrat terkecil (least square method) dan nilai

difusivitas panas () dihitung dengan persamaan(11) berikut.

() 0. (11)Dalam hubungannya dengan sifat termofisik

bahan lainnya, nilai difusivitas panas berbandinglurus dengan konduktivitas panas (k) danberbanding terbalik dengan panas jenis (Cp) dan

kerapatan bahan () tersebut.Hubungan yang digambarkan pada persamaan(12) dapat dipakai untuk menentukan difusivitaspanas yang dikenal sebagai metode tidaklangsung.

(12)

Penentuan difusifitas panas secara langsungdengan metoda numerik dilakukan denganmenggunakan data distribusi perubahan suhuproduk selama pendinginan. Data perubahansuhu bahan diambil dari tiga titik pengukuran. Titikpertama merupakan titik pusat sedangkan titik

kedua dan ketiga diukur berjarak r dan 2*rkearah radial. Pengukuran dihentikan bila suhu disetiap titik pengamatan sudah relatif seragam.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Panas jenis mahkota dewa

Berdasarkan data pengukuran dan hasil

perhitungan didapatkan massa jenis () mahkotadewa adalah 1080 kg/m

3. Dari hasil ini terlihat

bahwa massa jenis buah mahkota dewacenderung lebih besar daripada air.

Grafik perubahan suhu untuk menentukan suhu

keseimbangan hasil campuran antara produk, airdan kalorimeter untuk mahkota dewa dapat dilihatpada Gambar 1 dan 2.

Gambar 1. Grafik perubahan suhu mahkota dewa(percobaan 1)

Gambar 2. Grafik perubahan suhu mahkota dewa

(percobaan 2)

Panas jenis produk dihitung berdasarkan datapengukuran perubahan suhu denganmenggunakan persamaan keseimbangan energiantara produk, air dan kalorimeter (Tabel 1).Panas jenis mahkota dewa adalah 3.060 kJ/ kg

oC

pada kadar air 90 % (bb).

Grafik perubahan suhu mahkota dewa (1)

6

8

10

12

14

16

18

0 200 400 600 800 1000

waktu (detik)

suhu

(C)

Grafik perubahan suhu mahkota dewa (2)

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000

waktu (detik)

suhu

(C)

_______________________________________________________________________________________________________________

Penentuan Sifat Termofisik Mahkota...............(Lamhot P. Manulu, Wahyu Purwanto) 179Diterima 1 November 2011 terima dalam revisi terakhir 6 Desember 2011 la ak cetak 15 Desember 2011

7/26/2019 903-3662-1-PB.pdf

4/5

Tabel 1. Penentuan Cp mahkota dewa

Satuan MD-1 MD-2

Te C 16.2 16

Tw C 10.4 11.1

Mw g 101.1 100.5

Cpw J/gC 4.2 4.193

Mp g 50.1 50.2Tp C 34.7 35.3

Cpp J/gC 3.393 2.726

CpMahkota dewa (kJ/kgoC) 3.060

Nilai Cp yang didapat dari pengukuran lebihkecil dibandingkan dengan Cp yang dihitungmenggunakan persamaan Siebel (persamaan 2).Menurut Siebel, nilai Cpbahan sangat dipengaruhioleh kadar airnya. Berdasarkan Siebel nilai panasjenis mahkota dewa adalah 4.167 kJ/kg

oC.

Panas jenis produk semakin tinggi bila kadarairnya semakin tinggi. Hal ini menunjukkan adanya

korelasi positif antara panas jenis dan kadar airkarena panas jenis air lebih tinggi dari padatannya.Dengan demikian dapat dimengerti bahwa metodeSiebel cukup baik digunakan untuk bahan yangmengandung kadar air tinggi.

3.2. Konduktivitas panas mahkota dewa

Pada Tabel 2 dapat dilihat nilai pengukurankonduktivitas panas mahkota dewa yang diperolehdengan menggunakan peralatan thermalconductivity meter. Konduktivitas panas rata-ratamahkota dewa adalah 0.1359 W/m

oC pada kisaran

suhu 32oC.

Tabel 2. Data untuk penentuan k mahkota dewa

Satuan TL-1 TL-2

T awal C 28 29

T akhir C 36 38

T rata C 32 32

dT C 12 12

k W/m C 0.1534 0.1183

k mahkota dewa (W/m C) 0.1359

3.3. Difusivitas panas mahkota dewa

Penentuan difusivitas panas mahkota dewadilakukan dengan cara tidak langsung (persamaan12). Dari hasil perhitungan (Tabel 3) didapatkannilai difusivitas panas mahkota dewa adalah 4.11 x10

-8m

2/detik.

Nilai koefisien difisivitas panas dipengaruhi olehsuhu bahan atau suhu proses dimana nilainyasemakin kecil bila suhu bahan semakin rendah.

Tetapi untuk menyederhanakan perhitungan padaumumnya nilai difusivitas dianggap tetap.

Tabel 3. Penentuan difusivitas panas mahkotadewa

Parameter Satuan Nilai

Cp kJ/kgoC 3.060

k W/moC 0.1359

massa jenis kg/m3 1080

Difusivitas panas m2/detik 4.11E-08

4. KESIMPULAN

Sifat termofisik bahan sangat dipengaruhi olehjenis dan kandungan bahan spesifik yang adapada masing-masing jenis bahan. Penelitian initelah berhasil menghitung sifat termofisik (thermalproperties) buah mahkota dewa.

Nilai panas jenis (Cp) buah mahkota dewa

adalah 3.060 kJ/ kgoC.Nilai konduktivitas panas (k) buah mahkota

dewa adalah 0.3551 W/moC dan 0.1359 W/m

oC.

Nilai difusivitas panas () buah mahkota dewaadalah 4.11 x 10

-8m

2/detik.

DAFTAR PUSTAKA

Almahdy, A., R. Febrianti, R. Djamal. 2008. Effekfetotoksisitas ekstrak biji mahkota dewa(phaleria macrocarpa (Scheff.) Boerl padamencit. Jurnal Sains dan Teknologi Farmasi 13:8688.

Cengel, Y.A, and M.A. Boles. 2002.Thermodynamics: an Engineering Approach.Ed ke-4. Boston: Mc-Graw Hill.

Dalimartha S. 1999. Atlas Tumbuhan ObatIndonesia. PT. Niaga Swadaya, Jakarta.

Faried, A., D. Kurnia, L.S. Faried, N. Usman, T.Miyazaki, H. Kato, H. Kuwano. 2007.Anticancer effects of gallic acid isolated fromIndonesian herbal medicine, Phaleriamacrocarpa (Scheff.) Boerl, on human cancercell lines. International Journal of Oncology 30:605613.

Heldman, D.R. and R.P. Singh. 1981. FoodProcess Engineering. The AVI Pub. Co. Inc.,Westport, Connecticut.

Jangam S.V. and A.S. Mujumdar. 2010. Basicconcepts and definitions. Di dalam: Jangam SV,

________________________________________________________________________________________________________________

180 Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia Vol. 13, No. 3, Desember 2011 Hlm.177-181Diterima 1 November 2011; terima dalam revisi terakhir 6 Desember 2011; layak cetak 15 Desember 2011

7/26/2019 903-3662-1-PB.pdf

5/5

C.L. Law and A.S. Mujumdar, (Eds). Drying ofFoods, Vegetables and Fruits. Singapore.

Mayor L and A.M. Sereno. 2004. Modellingshrinkage during convective drying of foodmaterials: a review. Journal of FoodEngineering 61:373386.

Mohsenin, N.N. 1980. Thermal Properties of Foodsand Agricultural Materials. Gordon and BreachScience Publishers, New York.

Phomkong. W, G. Srzednicki, and R.H. Driscoll.2006. Thermophysical Properties of Stone Fruit.Drying Technology, 24: 195200.

Rao M.A., S.S.H. Rizvi, and A.K. Datta. 2005.Engineering Properties of Foods, 3

rdEd. CRC

Press, Singapore.

Rizvi S.S.H. 2005. Thermodynamic properties offoods in dehydration. Di dalam: Rao MA, RizviSSH, Datta AK, (Eds). Engineering Propertiesof Foods. 3

rdEd. CRC Press, Singapore.

Seo WG et al. 2005. Suppressive effect ofZedoariae rhizoma on pulmonary metastasis ofB16 melanoma cells. Journal of Ethno-pharmacology101:249257.

Singh, K.K. and T.K. Goswami. 2000. Thermalproperties of cumin seed. Journal of FoodEngineering 45: 181-187.

Syukur C. 2003. Temu Putih. Tanaman Obat AntiKanker. Penebar Swadaya, Jakarta.

Weidenfellera, B., M. Hofer and F.R. Schilling.2004. Thermal conductivity, thermal diffusivity,and specific heat capacity of particle filledpolypropylene. Composites: Part A 35 (2004):423429.

Winarto, W.P. 2003. Mahkota dewa: budi daya &pemanfaatan untuk obat. Penebar Swadaya,Jakarta.

Wirakartakusumah, M.A., Kamaruddin A. dan A.M.Syarif. 1992. Sifat Fisik Pangan, Depdikbud,Dirjen Dikti, PAU Pangan dan Gizi, IPB-Bogor.

Yagua, C.V. and R.G. Moreira. 2011. Physical andthermal properties of potato chips duringvacuum frying. Journal of Food Engineering104: 272283.

_______________________________________________________________________________________________________________

Penentuan Sifat Termofisik Mahkota...............(Lamhot P. Manulu, Wahyu Purwanto) 181Diterima 1 November 2011; terima dalam revisi terakhir 6 Desember 2011; layak cetak 15 Desember 2011