## KAJI EKSPERIMENTAL PENGERINGAN BIJI KOPI DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KONVEKSI PAKSA

## Ratna Sary
Department of Mechanical Engineering, Syiah Kuala University Jl. Tgk. Syech Abdurrauf No. 7 Darussalam – Banda Aceh 23111, INDONESIA Phone/Fax.: +62-651- 7428069, e-mail : ratnasary_ft@unsyiah.ac.id

## Abstrak
Selama ini hasil panen biji kopi di Aceh dijual oleh petani dalam keadaan masih basah (buah gelondong), walaupun  ada  sebagian  yang  dikeringkan  sebelum  menjualnya.  Namun  proses  pengeringan  yang dilakukan  masih  secara  alami  atau  tradisional  yaitu  dibawah  sinar  matahari  yang  membutuhkan  waktu sangat lama dan kurang higienisnya produk yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan penjemuran dilakukan di lahan terbuka, yang hanya dilapisi plastik atau terpal, lantai semen, bahkan ada yang langsung melakukan penjemuran  di  tanah  terbuka  tanpa  menggunakan  alas  sehingga  mudah  terkena  kotoran-kotoran  seperti binatang,  serangga, tanah  ataupun krikil. Pengeringan dengan peralatan pengering  merupakan  salah  satu solusi untuk megatasi hal tersebut. Pengeringan  dapat dilakukan dengan menggunakan konveksi alamiah dan konveksi paksa. Konveksi alamiah membutuhkan waktu sekitar 12-20 jam untuk proses pengeringan, sehingga  membutuhkan  metode  konveksi  paksa  (penambahan  kipas),  untuk  mempercepat  waktu pengeringan.  Konveksi  paksa  dilakukan  dengan  3  variasi  kecepatan  udara  yaitu  3,15  m/s  dengan temperatur  rata-rata  60 0 C  dapat  mengurangi  kadar  air  sebanyak  31  %  selama  4  jam  dari  nilai  kadar  air awal 42 % menghabiskan bahan bakar sebanyak 1,2 kg. Kecepatan udara 3,75m/s dengan temperatur rata- reata  60 0 C  dapat  mengurangi  kadar  air  sebanyak  33  %  selama  4  jam,  dari  nilai  kadar  air  awal  42  % menghabiskan  bahan  bakar  sebanyak  1,3  kg.  Sedangkan  kecepatan  udara  4,03  m/s  dengan  temperatur rata-rata  60 0 C  selama  4  jam  dapat  mengurangi  kadar  air  sebanyak  36  %  nilai  kadar  air  awal  42  % menghabiskan bahan bakar 1,5kg. Semakin cepat kecepatan udara semakin cepat pula proses pengeringan atau  penurunan  kadar  air  biji  kopi.  Untuk  menghasilkan  kadar  air  sesuai  setandar  Indonesia  12%  pada proses pengeringan dengan menggunakan kecepatan udara 4,03 m/s membutuhkan waktu sekitar 3 jam.
Kata kunci: Pengeringan, Kopi, Konveksi paksa, Kadar Air.

## LATAR BELAKANG
Kopi adalah salah satu komoditas perkebunan  andalan  Indonesia.  Dari  data statistik  2015  (angka  estimasi), Indonesia memiliki luas areal perkebunan kopi 1.254.382 Ha,  dengan  hasil  produksi  739.005  ton. Sedangkan  untuk  Aceh  memiliki  luas  areal perkebunan 123.764 Ha, dengan hasil produksi 48.282 ton. Untuk wilayah Aceh hasil produksi kopi  yang  paling  banyak  adalah  Aceh  Tengah. Berdasarkan  data  Dinas  Perkebunan  dan Kehutanan  Aceh  Tengah  sampai  akhir  2012 dengan  hasil  produksi  kopi  arabika  mencapai 25.370 ton dan robusta 793 ton pertahun [1]. Dari  observasi  awal  yang  dilakukan sebagian  besar  petani  di  Aceh  Tengah  hanya menjual  hasil  panenya  yaitu  kopi  yang  masih berwarna  merah  (buah  gelondong),  hal  ini dikarenakan  lamanya  pengelolahan  dan  proses pengeringan  menggunakan  panas  matahari, pada  musim  panas  lama  pengeringan  biji  kopi memakan  waktu  hingga  5-7  hari,  sedangkan pada  musim  hujan  lama  pengeringannya  1-2
minggu  bahkan  lebih  lama  lagi.  Lamanya proses pengeringan biji kopi dapat menimbulkan  bau  dan  berkurangnya  kualitas biji kopi.
Salah  satu  metode  yang  digunakan  untuk mengeringkan  biji  kopi  yang  digunakan  di Aceh Tengah khususnya dengan  menggunakan metode  pengeringan  alami  yaitu  penjemuran dengan menggunakan sinar matahari, penggunaan  energi  matahari  sebagai  sumber panas  pengeringan  masih  banyak  kelemahan karena  panas  energi  matahari  tidak  terus menerus  ada  sepanjang  hari  dan  pengeringan tidak  dapat  dilakukan  pada  saat  musim  hujan, kemudian  higienis  produk  juga  menjadi kendala karena biasanya penjemuran dilakukan di  lahan  terbuka,  yang  hanya  dilapisi  plastik atau  terpal,  lantai  semen,  bahkan  ada  yang langsung  melakukan  penjemuran  di  tanah terbuka  tanpa  menggunakan  alas  sehingga mudah terkena kotoran-kotoran seperti binatang, serangga, tanah ataupun krikil.
Oleh karena itu, untuk mengatasi masalah-masalah  tersebut  di  rancanglah  alat pengeringan  menggunakan  bahan  bakar  gas LPG  sebagai  energi  panas  agar  meningkatnya hasil produksi kopi. Alat pengeringan menggunakan  jenis  tipe  rak  bertingkat  dengan ruang  bakar  dan  konveksi  paksa  menggunakan kipas/fas  untuk  memperoleh  laju  perpindahan kalor  yang  maksimal  agar  mendapatkan pengering yang optimal.

## TINJAUAN PUSTAKA Sejarah Kopi di Indonesia
Kopi  pertama  kali  masuk  ke  Indonesia tahun  1696  dari  jenis  kopi  Arabika.  Kopi  ini masuk melalui Batavia (sekarang Jakarta) yang dibawa  oleh  Komandan  Pasukan  Belanda Adrian Van Ommen dari Malabar - India, yang kemudian  ditanam  dan  dikembangkan  di tempat  yang  sekarang  dikenal  dengan  Pondok Kopi  -Jakarta  Timur,  dengan  menggunakan tanah  partikelir  Kedaung.  Sayangnya  tanaman ini  kemudian  mati  semua  oleh  banjir,  maka tahun  1699  didatangkan  lagi  bibit-bibit  baru, yang  kemudian  berkembang  di  sekitar  Jakarta dan  Jawa  Barat  antara  lain  di  Priangan,  dan akhirnya menyebar ke berbagai bagian dikepulauan  Indonesia  seperti  Sumatera,  Bali, Sulawesi dan Timor [2] .

## Proses Penanganan Pascapanen Kopi
Ada  beberapa  proses  penanganan  kopi paska  panen.  Menurut  Suswono  [3]  proses penanganan  paska  panen  terbagi  menjadi  tiga yaitu: 1. Proses Kopi Secara Kering ( Dry Process )
Gambar 1. Tahapan proses kopi secara kering ( Dry Process ) Sumber: Suswono (2012)
2. Proses Secara Basah ( Fully Washed )
Gambar 2. Tahapan proses kopi secara basah ( Fully washed ) Sumber: Suswono (2012)
3. Proses  Secara  Semi  Basah  ( Semi  Washed Process )
Proses secara semi basah dilakukan untuk menghemat  penggunaan  air  dan  menghasilkan kopi dengan citarasa yang khas (berwarna gelap dengan  fisik  kopi  agak  melengkung).  Kopi Arabika  yang  diproses  secara  semi-basah biasanya  memiliki  tingkat  keasaman  lebih rendah  dengan body lebih  kuat  dibanding dengan kopi yang diproses secara basah penuh.
Gambar 3. Tahapan proses kopi secara semi- basah ( Semi-Washed ). Sumber: Suswono (2012)

## Konsep Dasar Pengeringan
Pengeringan  adalah  proses  pengeluaran air dari suatu bahan pertanian  menuju kadar air kesetimbangan  dengan  udara  sekeliling  atau pada  tingkat  kadar  air    dimana  mutu  bahan pertanian  dapat  dicegah  dari  serangan  jamur, enzim  dan    aktifitas  serangga  [4].  Sedangkan menurut  Hall  dan  Brooker  et  al  [5,6],  proses pengeringan  adalah  proses  pengambilan  atau penurunan  kadar  air  sampai  batas  tertentu sehingga  dapat  memperlambat  laju  kerusakan bahan  pertanian  akibat  aktivitas  biologis  dan kimia sebelum bahan diolah atau dimanfaatkan.
Semakin  besar  perbedaan  suhu  antara medium  pemanas  dengan  bahan  pangan semakin  cepat  pindah  panas  ke  bahan  pangan dan  semakin  cepat  pula  penguapan  air  dari bahan  pangan.  Pada  proses  pengeringan,  air dikeluarkan  dari  bahan  pangan  dapat  berupa uap  air.  Uap  air  tersebut  harus  segera dikeluarkan  dari  atmosfer  di  sekitar  bahan pangan  yang  dikeringkan.  Jika  tidak  segera keluar,  udara  di  sekitar  bahan  pangan  akan menjadi jenuh oleh uap air sehingga memperlambat  penguapan  air  dari  bahan pangan yang memperlambat
proses pengeringan [7].
Kombinasi  suhu  dan  lama  pemanasan selama  proses  pengeringan  pada  komoditi  biji- bijian  dilakukan  untuk  menghindari  terjadinya kerusakan  biji.  Suhu  udara,  kelembaban  relatif udara,  aliran  udara,  kadar  air  awal  bahan  dan kadar  akhir  bahan  merupakan  faktor  yang mempengaruhi  waktu  atau  lama  pengeringan [8].

## Teori Perpindahan Panas
Perpindahan  panas  dapat  didefenisikan sebagai perpindahan energi dari  satu daerah ke daerah  lainnya  akibat  adanya  perbedaan temperatur (gradien suhu). Ketika sebuah fluida dengan  temperatur  tertentu  mengalir  melalui sebuah permukaan yang temperaturnya berbeda,  maka  panas  akan  dipindahkan  dari daerah yang satu ke yang lain.

## Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan  panas  yang  mengalir  dari  suatu titik  bertemperatur  lebih  tinggi  ke  titik bertemperatur lebih rendah dalam satu medium (padat,cair  atau  gas)  atau  antara  medium- medium  berlainan  yang  bersinggungan  secara langsung [9].

## Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan  panas  Konveksi  adalah proses  perpindahan  energi  panas  antara
permukaan  dengan  fluida  (cair  atau  gas)  yang mengalir  diatas  permukaan  laluan  karena perbedaan  temperatur  [10].  Ada  dua  jenis proses konveksi yaitu;

## Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas Radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi karena pancaran/sinaran/radiasi  gelombang  elektro- magnetik,  tanpa  memerlukan  media  perantara. Bila  energi  radiasi  menimpa  permukaan  atau suatu  bahan,  maka  sebagian  dari  radiasi  itu akan dipantulkan (refleksi), sebahagian diserap (absorpsi,  dan  sebahagian  lagi  diteruskan (transmisi).

## Konveksi Alamiah
Konveksi  alamiah  adalah  konveksi  yang terjadi  karena  fluida  yang  mengalami  proses pemanasan berubah densitasnya (kerapatannya) dan  bergerak  naik.  Gerakan  fluida  dalam konveksi  bebas  terjadi  karena  gaya  apung ( buoyancy  force )  yang  dialaminya,  apabila kerapatan fluida didekat permukaan perpindahan  kalor  berkurang  sebagai  akibat proses pemanasan.

## Konveksi Paksa
Konveksi  paksa  adalah  gerakan  fluida disebabkan oleh adanya gaya luar yang bekerja pada  fluida  melewati  suatu  permukaan  pada temperatur  yang  lebih  tinggi  atau  lebih  rendah dari  fluida  tersebut.  Karena  kecepatan  fluida pada  konveksi  paksa  lebih  besar  dari  konveksi bebas.
Proses  konveksi  paksa  pada  pengeringan kopi  ini  yaitu udara panas di paksa  masuk dari ruang  bakar  menuju  ruang  pengering  yang bertujuan untuk mempercepat waktu pengeringan dan mengoptimalkan hasil pengeringan.

## Proses Termodinamika Proses Pengeringan
Proses  pengeringan  memerlukan  energi panas  untuk  menguapkan  kadar  yang  ada  pada material  yang  akan  dikeringkan.  Sebelum pengeringan,  tekanan  uap  air  bahan  sama dengan  tekanan  uap  air  udara  (keadaan setimbang).  Saat  pengeringan  dimulai,  uap panas  yang  dialirkan  melewati  permukaan bahan  akan  menaikkan  tekanan  uap  air  bahan, terutama  pada  daerah  permukaan  yang  sejalan dengan suhunya.
Pada  saat  uap  panas  dialirkan  ke permukaan  bahan  terjadi  perpindahan  massa dari  bahan  ke  permukaan  bahan  dalam  bentuk uap  air  (berlangsung  proses  pengeringan  pada permukaan  bahan)  dan  dilanjutkan  dengan
proses  penguapan  dari  permukaan  bahan  ke udara  pengering.  Ilustrasi  proses  pengeringan akan ditunjukkan sebagai berikut :
Gambar 4. Ilustrasi Proses Pengeringan

## Penentuan Kadar Air
Salah satu faktor kimia yang mempengaruhi  kecepatan  proses  pengeringan adalah banyaknya panas yang dapat diserap dan dikumpulkan oleh alat pengering dan laju udara pengering.  Semakin  besar  kadar  air  awal, makin besar pula energi panas yang di perlukan untuk mengeringkan bahan makanan tersebut.
Berdasarkan  bahan kering (dry  basis) dan berdasarkan  bahan  basis  basah  (wet  basis). Kadar air secara dry basis adalah perbandingan antara berat air didalam  bahan tersebut dengan bahan  keringnya.  Kadar  air  secara  wet  basis adalah  perbandingan  antara  berat  air  didalam bahan  tersebut  dengan  berat  bahan  basah. Persamaan  untuk  menentukan  kadar  air menurut Winarno (1993) adalah:
% 100 ) bb ( KA    Wb Wk Wb
Dimana:
KA  (bb)  =  kadar  air  bahan  berdasarkan  bahan basah (wet basis)(%).
Wb =  Berat  bahan  basah  atau  sebelum pengeringan (gram).
Wk =  Berat  bahan  kering  atau  setelah pengeringan (gram).

## Standar Mutu
Standar  mutu  diperlukan  sebagai  tolok ukur  dalam  pengawasan  mutu  dan  merupakan perangkat pemasaran dalam  menghadapi klaim dari  konsumen  dan  dalam  memberikan  umpan balik ke bagian pabrik dan bagian kebun.
Standar  Nasional  Indonesia  biji  kopi  yang telah  dikeluarkan  oleh  Badan  Standardisasi Nasional  yaitu  SNI  Nomor  01-2907-2008[4]. Persyaratan  umum  mutu  biji  kopi  dapat  dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Syarat Mutu Umum
Sumber: Suswono (2012)

## METODOLOGI PENELITIAN
Peralatan dan bahan
Skema Peralatan Pengering
Gambar 5. Tampak depan mekanisme aliran udara panas ke dalam ruang pengering

## Bahan yang dikeringkan
Bahan  yang  dikeringkan  adalah  biji  kopi Labu  jenis  Arabica  sebanyak  20-45  kg  dengan kondisi nilai kadar air 42 %

## HASIL DAN PEMBAHASAN Laju penurunan kadar air
Kadar  air  biji  kopi  yang  telah  di  proses dari  beberapa tahap dari  biji kopi  yang  baru di panen  yaitu  biji  kopi  yang  masih  berwarna merah  (gelondong)  dengan  kondisi  kadar  air sekitar  60%  -  65%,  kemudian  setelah  dikupas kulitnya  menjadi  kopi  gabah  dengan  kondisi kadar  air  50%  -  60%,  yang  kemudian dikeringkan  sampai  kadar  air  50%  -  45% kemudian  di  proses  menjadi  kopi  labu  dengan cara  pengupasan  kulit  cangkang  dengan  nilai kadar  air  40%  -  45%  dan  kemudian  di keringkan kembali sampai menjadi kopi beras.
Gambar 6. Grafik laju penurunan kadar air terhadap waktu
Sumber: Data eksperimental
Pada pengujian 1 menggunakan kecepatan fan  3,15  m/s  dengan  temperatur  rata-rata  60 ℃ dapat  mengurangi  kadar  air  sebanyak  31  % selama  4  jam  dari  nilai  kadar  air  awal  42  %, dari  berat  massa  sampel  21,765  gram  menjadi 14,866 gram. Jadi kadar air yg masih tersisa di dalam biji kopi adalah 11 %.
Pada pengujian 2 menggunakan kecepatan fan 3,75 m/s dengan temperatur rata-reata 60 ℃ dapat  mengurangi  kadar  air  sebanyak  33  % selama  4  jam,  dari  nilai  kadar  air  awal  42  %, dari  berat  massa  sampel  21,765  gram  menjadi 14,419 gram. Jadi kadar air yg masih tersisa di dalam biji kopi adalah 9 %.
Pada pengujian 3 menggunakan kecepatan fan  4,03  m/s  dengan  temperatur  rata-rata  60 ℃ selama  4  jam  dapat  mengurangi  kadar  air sebanyak 36 % nilai kadar air awal 42 %, berat massa  sampel  21,765  gram  menjadi  13,745 gram.  Jadi  kadar  air  yang  masih  tersisa  di dalam biji kopi adalah 5 %.
Hasil-hasil  pengujian  dapat  dilihat  pada gambar berikut ini:
Gambar  7.  Biji  kopi  sebelum  dikeringkan dengan nilai kadar air 42 %.
Gambar  8.  Biji  kopi  setelah  di  keringkan menggunakan kecepatan udara 3,15 m/s dengan nilai kadar air 11 %
Gambar  9.  Biji  kopi  setelah  di  keringkan menggunakan kecepatan udara 3,75 m/s dengan nilai kadar air 5 %
Gambar  10.  Biji  kopi  setelah  di  keringkan menggunakan kecepatan udara 4,03 m/s dengan nilai kadar air 5 %

## KESIMPULAN
1. Semakin  cepat  kecepatan  udara  semakin cepat  pula  proses  penurunan  kadar  airnya dan semakin banyak pula bahan bakar yang di butuhkan.
2. Dengan  menggunakan  kecepatan  3  yaitu 4,03  m/s  dalam  waktu  4  jam  dapat menurunkan  kadar  air  sebayak  36  %  dari kadar air biji kopi setelah di keringkan 42%
3. Untuk  menghasilkan  kadar  air  sesuai setandar  Indonesia  12%  untuk  proses pengeringan dengan menggunakan kecepatan udara 4,03 m/s hanya membutuhkan waktu sekitar 3 jam.
4. Bahan  bahar  yang  di  habiskan  untuk  sekali produksi adalah 1,5kg.
5. Biaya  pengeringan  secara  alami  dengan menggunakan sinar matahari secara langsung  lebih  murah,  tapi  kendala  pada musim  hujan  dan  higienis  bahan  yang  di keringkan tidak terjamin karena debu, krikil dan lain-lain.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] http://ditjenbun.pertanian.go.id/tinymcpuk/ gambar/file/statistik/2015/KOPI%202013%
20-2015.pdf (diakses  tanggal  23  desember
2015)
[2] http://www.aeki-aice.org/page/sejarah/id (diakses tanggal 23 desember 2015)
[3]  Suswono,  2012, Pedoman  Paska  Panen Kopi,Peraturan  Menteri  Pertanian  Nomor 52/Permentan/OT.140/9/2012
[4]  Hendarson,  S.  M.  and  R.  L.  Perry.  1976 . Agricultural  Process  Engineering.  3  rd  ed. The  AVI  publ.  Co.,  Inc,  Wesport, Connecticut , USA . [5]  Hall,  C.  W.  1957 .  Drying  and  Storage  of Agriculture  Crops. The  AVI  Publishing
Company, Inc. Westport, Connecticut .
[6] Brooker,  D.  B.,  F.  W.  Bakker-arkema  and C.  W.  Hall,  1974. Drying  Cereal  Grains.
The  AVI  publishing  Company,  Inc. Wesport. [7]  Estiasih,  Teti  dan  Kgs  Ahmadi,  2009 . Teknologi  Pengolahan  Pangan. Bumi
Aksara. Malang. [8]  J.P  Holman ,  Perpindahan  kalor  edisi  ke enam,  alih  bahasa,  Ir.  E.  Jasfi  M.Sc . Lemigas Erlangga, 1997, Jakarta
[9]  Bergman,  T.  L,DeWitt,  D.  P,Incropera,  F. P.,2007 Fundamentals  of  Heat  and  Mass Transfer, Edisi ke-6, John  Wiley and Sons,
USA. [10]  Winarno, F. G. 1993. Pengantar Teknologi Bahan. PT. Gramedia. Jakarta.