ISSN 1979-0309 (Online) 2614-7920 (Print)
Jurnal Teknologi Hasil Pertanian . 15(1), 62-73 URL: https://jurnal.uns.ac.id/ilmupangan/article/view/51495 DOI: https://doi.org/10.20961/jthp.v15i1.51495
PENGERINGAN AMPAS TEBU PADA MICROWAVE : KINETIKA PENGERINGAN,

## DIFUSI EFEKTIF, DAN ASPEK ENERGI
DRYING OF SUGARCANE BAGASSE IN THE MICROWAVE: DRYING KINETICS,

## EFFECTIVE DIFFUSION, AND ENERGY ASPECTS
Melvin Emil Simanjuntak 1 , Paini Sri Widyawati 2
1) Politeknik Negeri Medan, Jl. Almamater No. 1 Kampus USU Medan
2) Universitas Katolik Widya Mandala, Jl. Dinoyo Kav 42-44 Surabaya email: mesimanjuntak@yahoo.com
Diserahkan [25 Mei 2021]; Diterima [14 Juni 2022]; Dipublikasi [31 Agustus 2022]

## ABSTRACT
Drying  is  a  reduction  of  the  moisture  in  a  material  to  improve  the  quality  of  the  material.  In  a  sugar factory, bagasse is a by-product that is used as fuel in a boiler. This bagasse has a high moisture content, so it still needs to be dried. In this study, the drying was carried out by using a microwave where the bagasse was chopped about 3 cm and the sample for each experiment was 150  g. The power used is 50, 60, 70, 80, 90 and 100% of the maximum power of 900 W. The sample weight is measured every minute and drying is considered complete when the mass has not changed. This study was aimed to determine the kinetics of drying and effective diffusion, on the drying of bagasse by microwave . The results showed that the rational model is the most suitable mathematical model of drying kinetics with the general form MR = (a + bx) / (1 + cx + dx 2 ). This equation has the smallest R 2 value of 0.99926 and the largest RMSE value is 0.008874. The effective diffusion is in the range of 1.044 x 10 -7 to 2.009 x 10 -7 (m 2 /s). The activation energy value E a is 4.789 W/g. The smallest SMER is in the range of 0.3229 - 0.4756 kg/kWh. SEC value  is in the range of 3.10 to 2.10 kWh/kg. The geater the power used, the geater the D eff , SMER, MER, while the SEC will be smaller.
Keyword: drying; sugarcane bagasse; microwave; mathematic model of kinetics; energy

## ABSTRAK
Pengeringan  merupakan  pengurangan  kadar  air  dalam  suatu  bahan  untuk  meningkatkan  kualitas  bahan tersebut. Pada suatu pabrik gula ampas tebu merupakan hasil samping yang digunakan sebagai bahan bakar di boiler. Ampas tebu ini memiliki kadar air yang masih tinggi sehingga masih perlu dikeringkan. Pada penelitian ini pengeringan dilakukan menggunakan microwave dimana ampas tebu dicacah sekitar 3 cm dan sampel setiap percobaan  adalah  seberat  sebesar  150  g.  Daya  yang  digunakan  adalah  50,  60,  70,  80,  90  dan 100%  dari  daya maksimal  900  W.  Berat  sampel  diukur  setiap  menit  dan  pengeringan  dianggap  selesai  ketika  massanya  sudah tidak  berubah.  Penelitian  ini  ditujukan  untuk  mengetahui  kinetika  pengeringan  dan  difusi  efektif,  pada pengeringan  ampas  tebu  dengan microwave .  Hasil  penelitian  menunjukkan  model  matematika  kinetika pengeringan yang paling sesuai adalah model rasional dengan bentuk umum
.
Persamaan ini memiliki nilai R 2 paling kecil sebesar 0,99926 dan nilai RMSE terbesar adalah 0,008874. Difusi efektif  pada  kisaran  1,044  x  10 -7 (m 2 /s) hingga  2,009  x  10 -7 (m 2 /s)  dan nilai  energi  aktivasi  E a adalah  sebesar 4,789  W/g.  SMER  terkecil  pada  kisaran  0,3229  -  0,4756  kg/kWh.  Nilai  SEC  adah  sebesar  3,10  hingga  2,10 kWh/kg.  Semakin  besar  daya  yang  digunakan  maka    D eff, SMER,  MER  semakin  besar  sedangkan  SEC  akan semakin kecil.
Kata kunci: ampas tebu; energy; microwave ; model matematika kinetika; pengeringan
Saran sitasi: Simanjuntak, M. E & Widyawati, P. S. 2022. Pengeringan Ampas Tebu Pada Microwave: Kinetika Pengeringan, Difusi Efektif, dan Aspek Energi. Jurnal Teknologi Hasil Pertanian, 15(1), 62-73. . https://doi.org/10.20961/jthp.v15i1.51495

## PENDAHULUAN
Pengeringan  adalah  suatu  upaya  untuk mengurangi  kandungan  air  yang  terdapat dalam  suatu  bahan.  Proses  ini  ditujukan untuk  meningkatkan  kualitas  suatu  bahan. Proses  pengeringan  dapat  dilakukan  melalui penguapan maupun non-penguapan. Pengeringan  melalui  penguapan  seperti pengeringan  dengan  unggun  terfluidisasi, udara  panas  pada  drum  berputar,  sinar matahari dan pengeringan dengan microwave . Metode pengeringan non- penguapan atau dewatering seperti dewatering hidrotermal  dan dewatering termal mekanis ( Li et al., 2018 ) . Pengeringan melalui  penguapan  terjadi  karena  adanya perpindahan panas dan massa secara bersamaan  dari  bagian  dalam  material  ke lingkungan sekitar.
Akhir-akhir ini pengeringan menggunakan microwave semakin berkembang  karena  beberapa  keuntungan yang diperoleh. Keuntungan utama pengeringan  ini  adalah:  laju  pengeringan yang  tinggi,  hasil  yang  lebih  seragam,  lebih hemat energi dan hemat ruang, serta efisiensi energi  yang  lebih  tinggi  (Haghi  dan Amanifard, 2008). Microwave atau gelombang mikro merupakan bagian gelombang  elektromagnet  yang  memiliki panjang gelombang 1 mm – 1m dan memiliki frekuensi  300  MHz  –  300  GHz.  Gelombang dengan  panjang  seperti  ini  dapat  menembus langsung  ke  dalam  material  dan  akan membuat molekul saling bergesekan sehingga  menimbulkan  panas  (Pozar,  2011). Energi elektromagnetik pada pita 915 hingga 2450 MHz dapat diserap dan diubah menjadi panas  oleh  bahan  yanag  bersifat  dielektrik seperti  air  atau  zat  lain  seperti  karbon  dan produk organik (Maskan, 2000).  Pemanasan yang terjadi bersifat volumetrik dan memberikan efek  yang cepat dan seragam di seluruh  produk.    Penyerapan  energi  yang lebih  cepat  oleh  molekul  air  menyebabkan penguapan  air  yang  yang  terjadi  juga  lebih cepat. Metaxas dan Meredith, 1983
menyebutkan  bahwa  terjadinya  pengeringan material
menggunakan microwave disebabkan  terjadinya  konduksi  ionik  dan rotasi bipolar molekul air. Faktor-faktor yang
paling  mempengaruhi  proses  pengeringan oleh microwave adalah  massa  dan  jumlah energi  gelombang  mikro  yang  diserap  (Silva et al., 2021).
Ampas tebu adalah biomassa merupakan hasil samping setelah perasan air dari batang tebu  di  pabrik  gula.  Biomassa  ini  digunakan sebagai  bahan  bakar  organik  untuk  boiler. Ampas tebu memiliki kelemahan  yaitu kadar air  yang  tinggi  sekitar  50%  (Hugot  dan Jenkins,  1986).  Ampas  tebu  ini  perlu dikeringkan untuk meningkatkan unjuk kerja pembangkit  daya.  Ada  banyak  metode pengeringan  yang  dapat  dapat  diterapkan. Salah  satunya  adala  pengeringan  dengan microwave.
Penelitian
mengenai kinetika pengeringan,  difusi  efektif  dan  aspek  energi pada pengeringan ampas tebu belum menggunakan microwave belum ada dilakukan.  Penelitian  ini    menggunakan microwave sebagai  alat  pengering  karena konsumsi energi yang lebih efisien dibanding alat  pengering  lain  seperti  pengering tray dryer, heat-pump  dryer dan freeze  dryer (Baysal et al., 2015) dan ketersediaan alat di pasaran.  Sedangkan  pada  bahan  pangan sudah  cukup  banyak  seperti  pada  delima (Horuz dan Maskan, 2015) apel (Aghilinategh  et  al.,  2015)  dan  kentang (Wojdylo et al., 2014). Pengeringan biomassa menggunakan microwave dilakukan  terhadap  ampas  sorgum  (Fennell dan  Boldor,  2014).  Selain  itu  juga  untuk membantu  proses  torrefaksi  (Amer  et  al., 2019), penghematan energi pada pengeringan wortel,  karet  latex  dan  lada  menggunakan gelombang mikro oleh Hartulistiyoso, 2012.
Analisis  model  matematika pengeringan ampas tebu dengan gelombang mikro disertai analisis  difusi,  energi  aktivasi  dan  ekstraksi moisture masih  sangat  sulit  ditemukan.  Ada banyak persamaan yang memodelkan kinetika  pengeringan.  Persamaan  diperoleh dengan  cara  meregesikan  perubahan  rasio kelembapan  kemudian  dievaluasi  dengan metode statistik untuk menentukan persamaan yang paling sesuai. Pada penelitian  ini  model  matematika  kinetika pengeringan  diperoleh  dari  berbagai  literatur kemudian  dicari  model  yang  paling  sesuai dengan  metode  statistik.  Persamaan  yang
paling  sesuai  dievaluasi  berdasarkan  nilai- nilai  koefisien  korelasi  (R),  koefisien determinasi  (R 2 )  yang  paling  tinggi.  Selain itu nilai Chi kuadrat tereduksi (χ 2 ) dan RMSE yang  paling  rendah  adalah  yang  paling  baik (Kingsly dan Singh, 2007).
Penelitian
ini ditujukan
untuk
mendapatkan  informasi  mengenai  model matematika  kinetika  pengeringan,  difusi efektif,  energi  aktivasi,  s pecific  moisture extraction rate dan specific energy consumption (SEC) pada  pengeringan  ampas tebu menggunakan microwave .

## BAHAN DAN METODE

## Bahan
Penelitian  ini  menggunakan  bahan  baku ampas tebu hasil samping dari pabrik gula di Kota  Medan.  Material  ini  dicacah  dengan ukuran sekitar 3 cm. Setiap percobaan, massa sampel yang digunakan seberat 150 g.

## Alat
Aluminium foil microwaveable
digunakan  sebagai  wadah  sampel  memiliki berat  14,13  g  seperti  ditunjukkan  pada Gambar  1 . Microwave yang  dipakai  adalah yang ada di pasaran dengan  merek Sharp  R- 728  (W)  IN  dan  memiliki  volume  25  liter. Microwave ini  memiliki  ukuran  panjang, lebar  dan  tinggi  masing–masing  sebesar  514 x  249  x  308  mm  seperti  ditunjukkan  pada Gambar 1 . Sampel diletakkan pada piringan gelas  yang  berputar.  Frekuensi  operasi microwave ini  adalah  2,45  MHz  dan memiliki  daya  maksimal  900  W  serta  11 tingkat pengaturan daya. Neraca  massa  yang digunakan  untuk  mengukur  massa  sampel adalah  SF-400C  dengan  akurasi  0,01  g. Variasi daya yang digunakan pada penelitian ini  berdasarkan  level  Daya  yang  tersedia pada microwave dan  tidak  terlalu  rendah mengingat  waktu  pengeringan  harus  relatif singkat.  Variasi  tersebut  adalah  50,  60,  70, 80, 90 dan 100 % dari daya maksimum. Daya ini ekivalen dengan daya 450, 540, 630, 720, 810 dan 900 Watt.
Gambar 1 Bahan dan alat percobaan

## Tahapan Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  metode eksperimen.  Sampel  yang  ada  dikeringkan dimana  massanya  ditimbang  setiap  menit untuk  mengetahui  perubahan  kadar  air  yang terjadi.  Sampel  ditimbang  bersama  wadah untuk  menghindarkan  adanya  massa  yang tercecer.  Setelah  itu  dimasukkan  kembali secepatnya  ke  dalam microwave untuk melanjutkan pengeringan.

## Analisis data
Pengukuran  berat  sampel  dilakukan setiap  menit,  selanjutnya  dianalisis  untuk menghasilkan  berbagai  data,  seperti  kadar air, rasio kelembaban, laju pengeringan, data statistik,  difusi  efektif  SMER  dan  SME Kemudian dievaluasi secara statistik berdasarkan  persamaan-persamaan  berikut ini :
Pada  penelitian  ini  kadar  air  dihitung berdasarkan  basis  basah  menurut  persamaan (1).
(1)
dimana:
MC  = kadar air (%) M w = massa air (g)
M total = massa air + padatan (g)
Rasio  kelembapan  (besaran  tidak  memiliki satuan) dihitung berdasarkan persamaan (2)
(2)
dimana MR = rasio kelembapan M t = kadar air sesaat M i = kadar air awal M e = kadar air kesetimbangan
Proses  pengeringan  mencakup  pengeringan tahap  pertama,  periode  laju  konstan  dan  laju menurun  (Touil et  al., 2014).  Pada  material yang  sangat  lembap,  periode  laju  konstan akan  mengambil  rentang  waktu  yang  cukup lama. Sedangkan untuk benda yang memiliki kelembapan  lebih  rendah  maka  periode  ini memiliki  rentang  waktu  yang  singkat.  Laju pengeringan  kandungan  air  pada  material dihitung berdasarkan persamaan (3):
(3)
dimana DR  = laju pengeringan, g/menit Mt 1 = kadar air pada waktu t, %
Mt 2 = kadar air pada waktu t + 1 menit, % ∆ t    = selang waktu, menit
Pada  penelitian  ini  rasio  kelembaban dihitung  dari  7  model  persamaan  seperti ditunjukkan  pada Tabel  1 .  Ketujuh  model tersebut  merupakan  yang  sering  digunakan sebagai model persamaan
kinetika pengeringan  pada  penelitian  lain.  Data  rasio kelembapan diregresikan dengan persamaan- persamaan tadi dengan software CurveExpert Professional  2.3.0.  Kemudian  dilihat  nilai- nilai koefisien korelasi (R 2 ). Analisa statistik dilakukan untuk memperoleh nilai nilai Root Mean Square Error (RMSE) dan Chi-Square (χ 2 )  masing-masing  persamaan  dengan  MS- Excel sehingga diperoleh satu model kinetika pengeringan  yang paling  sesuai dengan  hasil percobaan.  Koefisien  determinasi  dihitung berdasarkan persamaan (4):
* ∑ ∑ ̅̅̅̅̅ + 4)
dimana:
R         = koefisien determinasi MR =  rasio kelembapan  hasil  percobaan (tak berdimensi) atau persamaan 2 =  rasio  kelembapan prediksi  (tak berdimensi)  atau  model  persamaan yang digunakan ( Tabel 1 ) ̅̅̅̅̅ =  rasio kelembapan hasil  percobaan rata – rata
Setelah  perhitungan  nilai  R 2 ,  maka  dihitung nilai Root Mean Square Error (RMSE) untuk mengetahui  kesalahan  antara  hasil  prediksi dan  hasil  percobaan.  Nilai  RMSE  dihitung mengikuti persamaan (5)
( ∑ ) (5)
Kemudian  dihitung  nilai Chi-square (χ 2 ) yang diperoleh dari persamaan (6)
χ 2 = ∑ (6)
dimana χ 2 = chi-square tereduksi N = jumlah observasi n    =  jumlah  parameter,  bilangan  integer positip
Difusi efektif menjelaskan laju pergerakan kelembapan tanpa
memperhitungkan  mekanisme  yang  terlibat.
Nilai difusi efektif dihitung menurut persamaan (7).
∑ ( ) (7) Bentuk persamaan di atas dapat disederhanakan  dalam  bentuk  logaritma menjadi persamaan (8).
(8)
dimana
L    = tebal material, m D eff = difusi efektif, m 2 /s n     = bilangan positip
Nilai  difusi  efektif  pada  persamaan  (8) adalah  kemiringan  kurva  yang  dilinierkan dengan cara mem-plot nilai ln MR dan waktu pengeringan.  Nilai  D eff dihitung  berdasarkan persamaan (9).
(9)
Energi  aktivasi  E a adalah  energi  minimum yang harus diberikan
supaya reaksi/penguapan dapat terjadi. Energi aktivasi  pada  pengeringan  dihitung  melalui persamaan (10) ( ) (10)
dimana:
D o = faktor difusi (m 2 /s),
E a = energi aktivasi (kJ/mol) m  = massa sampel (kg) P   = daya microwave (W)
Nilai energi aktivasi E a dan faktor difusi D o dapat diperoleh dengan  mem-plot nilai  ln (D eff ) dan m/P dari persaman
( ) (
)
Laju  ekstraksi  kelembapan  spesifik ( specific  moisture  extraction  rate,  SMER ) menunjukkan  keefektifan  pemakaian  energi
yang  digunakan  dalam  proses  pengeringan. SMER  didefinisikan  sebagai  perbandingan antara  massa  uap  air  yang  diuapkan  dengan energi  total  yang  dibutuhkan  (Baysal et  al., 2015).  Nilai  SMER  dihitung  berdasarkan persamaan (11).
(11)
Laju  ekstraksi  kelembapan  ( moisture extraction  rate ,  MER)  didefinisikan  sebagai jumlah  massa  kandungan  air  yang  diuapkan per satuan waktu dan menunjukkan kapasitas pengering  (Prasertsan  dan  Saensaby,  1998). Nilai  MER  dihitung  berdasarkan  persamaan (12).
(12)
Konsumsi  energi  spesifik  ( specific energy consumption , SEC) merupakan kebalikan  dari  SMER.  Sering  digunakan untuk  membandingkan  efisiensi  energi  dari berbagai  jenis  pengering  (Jindarat  et  al., 2011) . SEC didefinisikan sebagai energi total yang  dibutuhkan  untuk  menguapkan  satu satuan  massa  air.  SEC  dihitung  berdasarkan persamaan (13).
(13) Tabel 1 Model matematika kinetika pengeringan No Nama Model Persamaan Referensi 1 Modified Page Equation II ( ) Diamante dan Munro, 1991 2 Wang dan Singh Akpinar, 2010 3 Logaritmik Togul dan Pehlivan, 2004 4 Two Term Exponential Inyang, Oboh dan Etuk, 2018 5 Verma et al. Verma et al., 1985 6 Weibull ( ) Diamante dan Munro, 1991 7 Rasional Çınkır dan Süfer, 2020

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Rasio Kelembapan
Ketika  proses  pengeringan  berlangsung, kandungan  air  akan  berkurang  karena penguapan.  Perubahan  kadar  air  dan  rasio kelembapan  yang  diperoleh  dari  percobaan ditunjukkan pada Gambar 2 . Grafik menunjukkan  kecepatan  pengurangan  rasio kelembapan  sangat  dipengaruhi  oleh  daya yang  diterapkan.  Daya  yang  besar  akan menguapkan  air  lebih  cepat  dibandingkan dengan daya yang lebih kecil.  Hal ini karena peningkatan daya akan menyebabkan peningkatan medan elektromagnetik, sehingga  dapat  memberi  efek  terhadap intensitas  gesekan  molekul  air  yang  semakin tinggi,  air  menjadi  lebih  cepat  panas  dan akan  lebih  cepat  menguap.  Fenomena  yang serupa juga ditemukan oleh Zhao et al., 2019 dan  Silva  et  al.,  2021.  Daya  90  dan  100  % memberikan  selisih  yang  tidak  signifikan dibandingkan  dengan  selisih  daya  yang  lain. Kejadian  yang  sama  juga  dijumpai  pada pengeringan  kacang  hijau  oleh  Doymaz  et al.,  2015.  Perubahan  rasio  kelembapan  pada pengeringan  dengan  daya  600  dan  800  W menunjukkan  selisih  yang  berbeda  tidak jauh.  Sedangkan  pengeringan  dengan  daya 360  dan  600  W  memberikan  selisih  yang sedikit lebih jauh. Hal ini terjadi karena pada daya  tingkat  daya  90%  dan  100%  tidak terlalu  mempengaruhi  kecepatan  penguapan Hal  ini  diindikasikan  oleh  rasio  kelembaban
yang  hampir  sama  dan  laju  penguapan  yang hampir sama.

## Laju Pengeringan
Laju  pengeringan  merupakan  kecepatan pengurangan  kadar  air  per  satuan  waktu. Nilai  laju  pengeringan  pada  penelitian  ini ditunjukkan pada Gambar 3 . Awal pengeringan merupakan periode awal pemanasan kemudian diikuti periode konstan dan  dilanjutkan  dengan  periode falling  rate . Waktu  yang  dibutuhkan  masing  masing periode untuk tiap-tiap daya yang dibutuhkan berbeda. Semakin besar daya yang digunakan maka  masing-masing  periode  membutuhkan waktu yang semakin singkat. Pada penggunaan  daya  90  dan  100  %  periode persiapan  berlangsung  selama  2  menit, sedangkan  periode  konstan  berlangsung selama  4  menit  dan  berikutnya  adalah periode  laju  jatuh  hingga  pengeringan selesai. Pada pengeringan dengan daya 50 %, periode  laju  konstan  berlangsung  hingga menit  ke-  8,  kemudian  diikuti  periode  laju jatuh.  Pada  periode  pemanasan  dan  periode laju konstan, laju pengeringan memiliki nilai yang besar karena air yang terdapat di bagian permukaan  masih  cukup  banyak  sehingga sangat  mudah  untuk  terdifusi  ke  udara. Periode  laju  jatuh  menunjukkan  penurunan laju  pengeringan  karena  jumlah  air  yang tinggal  sedikit  dan  kecepatannya  akan dikendalikan  oleh  kecepatan  difusi  dari bagian  dalam  ke  permukaan  sebelum terdifusi ke udara.
Gambar 2 Rasio kelembapan vs Waktu
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 5 10 15 20 25 30 35 R a si o ke le m b a pa n Waktu (mnt) 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Gambar 3 Laju pengeringan air vs Waktu

## Analisa Statistik
Tabel  2 menunjukkan  nilai  koefisien determinasi, standard  error ,  RMSE  dan chi- square tereduksi dari ketujuh model persamaan  yang  diuji,  tabel  juga  memuat model,  daya  yang  digunakan  dan  konstanta untuk  tiap  persamaan.  Data  pada Tabel  2 menunjukkan  nilai  R 2 tertinggi  adalah persamaan  model  Rasional  dengan  bentuk umum
.
Persamaan  ini  memiliki  nilai  R 2 yang  lebih tinggi  dan  nilai  RMSE  yang  lebih  kecil dibanding  model-model  lain.  Kemudian diikuti  oleh  model  Modifikasi  II  persamaan Page dengan bentuk umum ( ) . Hasil regresi ini menunjukkan  bahwa  persamaan  yang  paling sesuai  pada  penelitian  ini  adalah  model Rasional.  Model  ini  memiliki  koefisie korelasi  yang  paling  mendekati  nilai  1 dibanding model model persamaan yang lain.
Model  Rasional  pernah  digunakan  oleh Çınkır  and  Süfer,  2020  pada  pengeringan lobak  merah  serta  Haghi  dan  Ghanadzadeh, 2005 pada pengeringan serat wool.

## Difusi Efektif dan Energi Aktifasi
Gambar  4 menunjukkan  linierisasi  ln MR terhadap waktu. Nilai diffuse efektif D eff yang  diperoleh  berdasarkan  persamaan  (8) ditampilkan  pada Tabel  3 .  Difusi  efektif terlihat  meningkat  seiring  peningkatan  daya yang  digunakan.  Nilai  D eff terendah  adalah sebesar 1,044 x 10 -7 (m 2 /s) pada daya 50% dan tertinggi  adalah  sebesar  2,009  x  10 -7 (m 2 /s) pada  daya  100%.  Selisih  yang  terjadi  dapat disebut  berubah  secara  linier.  Hal  ini diperjelas  pada Gambar  5 dimana  nilai  R 2 sebesar  0,894.  Peningkatan  energi  yang diterapkan  akan  meningkatkan  intensitas gesekan antar molekul sehingga meningkatkan  panas  di  dalam  material.  Hal seperti ini juga disampaikan oleh Zhao et al., 2019 dan Fu et al ., 2017.
0 2 4 6 8 10 12 14 0 5 10 15 20 25 30 35 L a ju pe n ge ri n g a n ( g /m n t) Waktu (mnt) 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Tabel 2 Hasil analisis statistik untuk model matematika kinetika pengeringan
Model Daya Konstanta R 2 Std Error RMSE Chi Square (χ2) Rasional 50% a = 9,8747 E-01; b = -2,62711 E-02; c = - 2,58944 E-02; d = 4,54539 E-03 0,99926 0,99966 0,008874 8,34E-05 60% a = 9,84375 E-01; b = -4,66146 E-02; c = - 4,55234 E-02; d = 4,89791 E-03 0,99946 0,00901 0,008198 7,36E-05 70% a = 9,86416 E-01; b = -4,40904 E-02; c = - 4,62012 E-02; d = 6,89325 E-03 0,99937 0,00955 0,008678 8,25E-05 80% a = 9,86079 E-01; b = -6,29708 E-02; c = - 6,34694 E-02; d = 1,01402 E-02 0,99940 0,00991 0,008664 8,51E-05 90% a = 9,9915 E-01; b = -7,33494 E-02; c = - 5,44614 E-02; d = 1,28406 E-02 0,99966 0,00761 0,006522 4,91E-05 100% a = 9,87271 E-01; b = -8,14217 E-02; c = - 6,43566 E-02; d = 1,40900 E-02 0,99948 0,00899 0,007432 6,53E-05 Weibull 50% b = 1,509712 E+01; n = 1,69490 E+00 0,99876 0,01217 0,01152 0,000141 60% b = 1,18246 E+01; n = 2,12911 E+00 0,99818 0,01569 0,044689 0,002187 70% b = 1,1107 E+01; n = 1,95905 E+00 0,99921 0,01021 0,009756 0,000104 80% b = 8,53715 E+00; n = 2,09957 E+00 0,99882 0,01292 0,012137 0,000167 90% b = 7,13089 E+00 n = 1,92684 E+00 0,99825 0,01576 0,014669 0,000248 100% b = 6,58841 E+00; n = 1,95543 E+00 0,99719 0,01878 0,01545 0,000282 Verma 50% a = 3,07144 E+01; k = 1,5245 E-01; g = 1,58387 E-01 0,99732 0,01814 0,016548 0,00029 60% a = 5,82233 E+01; k = 2,08667 E-01; g = 2,13473 E-01 0,98157 0,05119 0,047739 0,002496 70% a = 5,07491 E+01 k = 2,17646 E-01; g = 2,23244 E-01 0,99092 0,03548 0,033089 0,001199 80% a = 5,15470 E+01; k = 2,88550 E-01; g = 2,96074 E-01 0,99228 0,04831 0,21003 0,049994 90% a = 4,811952 E+01; k = 3,38397 E-01; g = 3,47408 E-01 0,98930 0,04063 0,036343 0,001524 100% a = 4,68737 E+01; k = 3,63603 E-01; g = 3,73476 E-01 0,98376 0,04760 0,038085 0,001714 Two Term Exponential 50% a = 2,13838 E+00, k = 1,144025 E-01 0,99558 0,02298 0,021377 0,000484 60% a = 2,23328 E+00 k = 1,50916 E-01 0,97574 0,05732 0,054772 0,003286 70% a = 2,21287 E+00 k = 1,58848 E-01 0,98685 0,04167 0,039823 0,001737 80% a = 2,23433 E+00; k = 2,09174 E-01 0,97926 0,05418 0,050894 0,002936 90% a = 2,19743 E+00; k = 2,48142 E-01 0,98530 0,04576 0,0426 0,002094 100% a = 2,188777 E+00; k = 2,66390 E-01 0,978488  0,05196 0,044073 0,002296 Modified Page Equation II 50% a = 1,00268 E+00; k = 4,90526 E-01; L = 9,887749 E+00; n = 1,68723 E+00 0,99877 0,01251 0,011482 0,00014 60% a = 9,73320 E-01; k = 1,56692 E-01; L = 5,27136 E+00; n = 2,24683 E+00 0,99903 0,01209 0,010951 0,000131 70% a = 9,89657 E-01; k = 2,03195 E+00; L = 5,06322 E+00; n = 1,99717 E+00 0,99933 0,00991 0,009012 8,9E-05 80% a = 2,23433 E+00; k = 2,09174 E-01 0,97926 0,05418 0,00927 9,74E-05 90% a = 9,861043 E-01; k = 2,95226 E-01; L = 3,88572 E+00; n = 1,97736 E+00 0,99847 0,01605 0,013745 0,000218 100% a = 9,60849 E-01; k = 1,24728 E-01; L = 2,52657 E+00; n = 2,11283 E+00 0,99842 0,01575 0,016042 0,000304 Wang dan Singh 50% a = -4,91950 E_02; b = 5,70803 E-04 0,97928 0,04973 0,048177 0,002458 60% a = -4,86677 E-02; b = -4,64548 E-05 0,97686 0,05599 0,057352 0,003603 70% a = -5,78142 E-02; b = 4,30991 E-04 0,97433 0,05822 0,10308 0,011637 80% a = -6,95241 E-02; b = 1,31829 E-04 0,97546 0,05894 0,055367 0,003474 90% a = -8,99190 E-02; b = 9,76347 E-04 0,98200 0,05064 0,047147 0,002565 100% a = -9,04087 E-02; b = 2,31046 E-04 0,98119 0,04858 0,042783 0,002163 Logaritmik 50% a = 1,40500 E+00; k = 4,79055 E-02; c = - 2,97799 E-01 0,98460 0,04352 0,04125 0,001802 60% a = 3,70066 E+00; k = 1,70611 E-02; c = - 2,61878 E+00 0,98429 0,04727 0,044085 0,002129 70% a = 2,08795 E+00; k = 3,61583 E-02; c = - 9,95415 E-01 0,98284 0,04876 0,045475 0,002265 80% a = -6,95241 E-02; b = 1,31829 E-04 0,97546 0,05894 0,046311 0,002431 90% a = 2,30021 E+00 k = 4,85051 E-02; c = - 1,22636 E+00 0,98780 0,04339 0,038811 0,001738 100% a = 2,28862 E+00; k = 5,88195 E-02; c = - 1,15885 E+00 0,99300 0,03132 0,044433 0,002333

## Gambar 4 Ln MR vs Waktu
Koefisien difusi menunjukkan kecepatan perpindahan  massa  air  (kelembapan)  selama percobaan  pengeringan  oleh  gelombang mikro.  Hal  ini  menunjukkan  kadar  air  yang diuapkan  per  satuan  waktu.  Perhitungan dilakukan  dengan  asumsi  penyusutan  yang dapat diabaikan serta koefisien dan temperatur  yang  konstan.  Hasil  perhitungan menurut persamaan (9) dan (10) menunjukkan  nilai  difusi  efektif  diperoleh seperti ditunjukkan pada Tabel 3 .
Energi aktivasi merupakan energi minimum untuk terjadinya suatu reaksi. Pada penelitian  ini  nilai  energi  aktivasi  diperoleh dari persamaan (10). Nilai E a pada penelitian ini  diperoleh  sebesar  4,789  W/g  seperti
ditunjukkan  pada Tabel  3 .  Nilai  ini  lebih kecil  dibandingkan  hasil  penelitian  Zhao  et al., 2019 sebesar 13,455 W/g pada pengeringan  batubara.  Nilai  yang  kecil menandakan  kandungan  air  yang  terdapat pada  ampas  tebu  lebih  mudah  menguap dibandingkan  dengan  yang  terdapat  pada batubara.  Hal  ini  dimungkinkan  mengingat bentuk  ampas  tebu  yang  berupa  serat sehingga  air  relatif  lebih  mudah  keluar dibandingkan  dengan  batubara  yang  berupa bongkahan. Selain  itu  juga struktur porositas yang berbeda antara ampas dan batubara. Hal ini mengakibatkan air pada ampas tebu lebih mudah  terdifusi  ke  udara  dibanding  dengan batubara.

## Tabel 3 Koefisien difusi efektif dan energi aktivasi
Daya (%)
Deff (m 2 /s) Energi Aktivasi (W /g ) SMER (kg/kWh) MER (kg/h) SEC (kWh/kg) m/P (kg/W) 50 1,044E-07 4,789 0,3229 1,45E-01 3,10 3,00E-04 60 1,201E-07 4,789 0,3957 2,14E-01 2,53 2,50E-04 70 1,258E-07 4,789 0,4025 2,54E-01 2,48 2,14E-04 80 1,659E-07 4,789 0,4549 3,28E-01 2,20 1,88E-04 90 2,316E-07 4,789 0,4546 3,68E-01 2,20 1,67E-04 100 2,009E-07 4,789 0,4756 4,28E-01 2,10 1,50E-04
Do = 4,67 x 10 -7 (m 2 /s)
y = -0.2007x + 0.4492 R² = 0.9304 y = -0.2019x + 0.5092 R² = 0.9409 y = -0.2265x + 0.798 R² = 0.8945 y = -0.1666x + 0.7173 R² = 0.9161 y = -0.1627x + 0.7355 R² = 0.8778 y = -0.1101x + 0.5602 R² = 0.9678 -4.5 -4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 L n M R Waktu (menit) 100 P 90 P 80 P 70 P 60 P 50 P
Gambar 5 Perbandingan m/P vs Ln Deff

## SMER dan SEC
Specific  moisture  extraction  rate hasil percobaan  ditunjukkan  pada Tabel  3 .  Nilai SMER  terlihat  meningkat  sesuai  dengan penggunaan  daya.  Pada  daya  50%  nilai SMER  diperoleh  0,3229  kg/kWh  dan  pada penggunaan  daya  100  %  sebesar  0,4756 kg/kWh.  Nilai  SMER  yang  semakin  tinggi mengindikasikan kandungan air yang diuapkan semakin banyak untuk setiap satuan energi sehingga proses pengeringan berlangsung lebih efisien. Nilai ini tidak jauh berbeda dengan yang diperoleh Baysal et al., 2015  yaitu  sebesar  0,58  kg/kWh  ketika mengeringkan  irisan  apel  setebal  2  mm dengan  daya  360  W.  Sama  halnya  dengan SMER,  laju  ekstraksi  kandungan  air  (MER) juga  terlihat  meningkat.  Pada  pemakaian daya  50%,  nilai  MER  sebesar  3,10  kWh/kg dan  pada  pemakaian  daya  100  %  sebesar 2,10 kWh/kg. Sesuai dengan nilai SMER dan MER,  konsumsi  energi  spesifik  (SEC) menurun  ketika  daya  diperbesar.  Hal  yang sama  juga  ditemukan  oleh  Çelen,  2019. Peningkatan  daya  yang  digunakan  akan mengakibatkan daya untuk evaporasi bertambah  dan  waktu  pengeringan  menjadi lebih  singkat.  Dengan  demkian  waktu menguapkan  air  akan  berkurang  dan  energi yang  dibutuhkan  juga  berkurang.  Pada  daya 50%  SEC  sebesar  3,10  kWh/kg  dan  pada daya 100% adalah sebesar 2,10 kWh/kg.

## KESIMPULAN
Dari penelitian yang dilakukan diperoleh beberapa  kesimpulan.  Model  matematika kinetika  pengeringan  yang  paling  sesuai adalah  model  rasional  dengan  bentuk  umum
.  Model  ini memiliki  nilai  R 2 terkecil  yaitu  sebesar 0,99926 pada daya 50 % dan RMSE terbesar adalah 0,008874 pada daya 50%. Nilai difusi efektif  sebesar  1,044  x  10 -7 (m 2 /s)  hingga 2,009 x 10 -7 (m 2 /s).   Nilai  energi aktivasi E a adalah  sebesar  4,789  W/g.  SMER  terkecil adalah  0,3229  pada  daya  50%  dan  yang terbesar  adalah  sebesar  0,4756  pada  daya 100%. Konsumsi energi spesifik SEC adalah sebesar  3,10  kWh/kg  pada  daya  50%  dan terkecil  adalah  sebesar  2,10  kWh/kg  pada daya  100%.  Semakin  besar  daya  yang digunakan maka  D eff, SMER, MER semakin besar sedangkan SEC akan semakin kecil.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Peneliti  mengucapkan  terima  kasih kepada  Politeknik  Negeri  Medan  atas pendanaan  yang  diberikan  untuk  penelitian ini melalui skema Penelitian Dasar Kompetensi  dengan  sumber  dana  DIPA Polmed 2019.
y = 0,1577(m/P) - 16,253 R² = 0,879 -16.2 -16.0 -15.8 -15.6 -15.4 -15.2 -15.0 -14.8 0.00030 0.00025 0.00021 0.00019 0.00017 0.00015 L n D ef f (m/P)

## DAFTAR PUSTAKA
Aghilinategh, N., Rafiee, A., Golhikhani, A.,
Hosseinpur, S., Omid, M., Mohtasebi, S.
S., dan Maleki, N. (2015). A
comparative  study  of  dried  apple  using hot  air,  intermittent  and  continuous microwave: evaluation of kinetic parameters and physicochemical quality attributes. Food  Sicence  &  Nutrition ,
3 (6), 519–526.
Akpinar, E. K. (2010). Drying of mint leaves in  a  solar  dryer  and  under  open  sun: modelling, performance analyses. Energy  Conversion  Management , 51 , 2407–2418.
Amer,  M.,  Ahmed,  M.,  Okawara,  S.,  Nada, S.,  dan  Elardany  A.  (2019).  The  effect of  microwave  drying  pretreatment  on dry torrefaction of agicultural biomasses. Bioresource  Technology , 286 , 1–11.
Baysal,  T.,  Ozbalita,  N.,  Gokbulut,  S., Capara,  B.,  Tastan,  O.,  dan  Gurlek,  G. (2015). Investigation of effect of various drying methods on the quality characteristics of apple slice and energy efficiency. J.  of  Thermal  Science  and Technology , 35 (1), 135–144.
Çelen,  S.  (2019).  Effect  of  Microwave Drying  on  the  Drying  Characteristics,
Color,  Microstructure,  and  Thermal Properties  of  Trabzon  Persimmon.
Foods , 8 (2), 1–19.
Çınkır,  N.  İ.  dan  Süfer,  Ö.  (2020).
Microwave  drying  of  TURKISH  red meat (watermelon) radish (RAPHANUS SATIVUS l.): effect of osmotic dehydration,  pre-treatment  and  slice thickness. Heat  and  Mass  Transfer , 56 (12).  https://doi.org/10.1007/s00231- 020-02930-w
Diamante,  L.  M.  dan  Munro,  P.  A.  (1991). Mathematical modeling of hot air drying of  sweet  potato  slices. International
Journal of Food Science and Technology , 99 .
Doymaz,  I.,  Kipcak,  S.  I.,  dan  Piskin,  S.
(2015). Microwave drying of green bean slices:  drying  kinetics  and  physical quality. Czech  Journal  Food  Science ,
33 (4), 367–376.
Fennell,  L.  P.  dan  Boldor,  B.  (2014). Continuous  microwave  drying  of  sweet sorghum bagasse biomass. Biomass and
Bioenergy , 70 , 542–552.
Haghi,  A.  K.  dan  Amanifard,  N.  (2008). Analysis  of  heat  and  mass  transfer during  microwave  drying  of  food products. Brazilian  Journal  Chemical Engineering , 25 , 491–501.
Haghi, A. K. dan Ghanadzadeh, H. (2005). A study  of  thermal  drying  process. Indian Journal  of  Chemical  Technology. , 12 , 654–663.
Hartulistiyoso,  E.  (2012).  Penghematan
Energi Pada Proses Pengeringan dengan Gelombang  Mikro. Seminar  Nasional Perteta .
Horuz,  E.  dan  Maskan,  M.  (2015).  Hot  air and  microwave  drying  of  pomegranate (Punica  granatum  L.)  arils. Journal  of Food  Science  Technology , 52 (1),  285– 293.
Hugot,  E.  dan  Jenkins,  G.  H.  (1986). Handbook  of  Sugarcane  Engineering .
Elsevier.
Inyang, U. E., Oboh, I., dan Etuk, B. (2018).
Kinetics  models  for  drying  technique- food  material. Advances  in  Chemical Engineering and Science , 8 , 27–48.
Jindarat, W., Rattanadecho, P., dan
Vongpradubchai, S. (2011). Analysis of energy  consumption  in  microwave  and convective  drying  process  of  multi- layered  porous material inside  a rectangular  wave  guide. Experimental Thermal  and  Fluid  Science , 35 ,  728– 737.
Li,  C.,  Liao,  J.,  Yin,  Y.,  Mo,  M.,  Chang  L., dan Bao, W. (2018). Kinetic analysis on the microwave drying of different forms of water  in  Lignite. Kinetic Analysis on the  Microwave  Drying  of  Different Forms  of  Water  in  Lignite , 176 ,  174– 181.
Maskan,  M.  (2000).  Microwave/air  and microwave  finish  drying  of  banana. Journal  of  Food  Engineering , 44 ,  71– 78.
Metaxas,  A.  C.,  dan  Meredith,  R.  J.  (1983). Industrial  Microwave  Heating .  Peter Pereginus Ltd.
Pozar, M. D. (2011). Microwave Engineering (4th Edition). John Wiley & Sons, Inc. Prasertsan, S.  dan Saensaby, P. (1998). Heat pump  drying  of  agicultural  materials. Drying  Technology:  An  International
Journal , 16 (1 & 2), 235–250.
Silva,  E.  G.,  Gomez,  R.  S.,  Gomes  J.  P., Silva, W. P., Porto, K. Y. N., Rolim, F. D.,  Carmo,  J.  E.  F.,  Andrade,  R.  O., Santos, I. B., Sousa, R. A. A., Diniz, D. D.  S.,  Aragão,  M.  M.  C.  A.,  dan  Lima, A. G. B. (2021). Heat and mass transfer on  the  microwave  drying  of  rough  rice gains: An experimental analysis. Agriculture , 11 (8), 1–17.
Togul,  I.  T.  dan  Pehlivan,  D.  (2004). Modelling  of  thin  layer  drying  kinetics of  some  fruits  under  open-air  under drying  process. Journal  of  Food Engineering, 65 , 413–425.
Verma,  L.  R.,  Bucklin,  R.  A.,  Endan,  J.  B., dan  Wratten,  F.  T.  (1985).  Effects  of drying  air  parameters  on  rice  drying models. Transactions  of  the  ASAE , 28 , 296–301.
Wojdylo, A., Liu, C., Qu, W., He, Z., Gao, J., Jia,  L.,  Ji,  S.,  dan  Ruan,  R.  (2014). Effect  of  Convective  and  Vacuum– Microwave  Drying  on  the  Bioactive Compounds,  Color,  and  Antioxidant Capacity  of  Sour  Cherries. Food  and Bioprocess Technology , 7 , 829–841.
Zhao, P., Liu, C., Qu, W., He, Z., Gao, J., Jia, L., Ji, S., dan Ruan, R. (2019). Effect of temperature  and  microwave  power levels  on  microwave  drying  kinetics  of zhaotong lignite. Processes , 7 (74).