## Pengeringan Kopi Arabica Sistim Terintegrasi Penyimpanan Termal Dengan dan Tanpa  Desikkan
Parulian Siagian 1 , Richard A M Napitupulu 1 , Siwan P Peranginangin 1 , Hendri V Sihombing 2 , Horas Siagian 3
1 Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas HKBP Nommensen Medan
2 Dosen Tetap Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Medan
3 Mahasiswa Program Pasca Sarjana Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara parulian.nommensen@gmail.com

## Abstract
This study examines and assesses the effectiveness of a continuous and integrated solar dryer  with  heat  storage  drying  combined  with  molecular13  (Na86  [(AlO2)86 (SiO2)106] 264H2O) as a moisture barrier.
The results show that in the hot sun, the temperature in the drying room tends to differ between  42.10 o C-46.60 o C  and  an  average  of  6.70 o C-11.18 o C  above  the  ambient temperature,  the  average  humidity  is  68.94%  with  an  average  air  speed  of  1.16m/s. Conventional drying takes 5 days with a maximum temperature of 35,42 o C at an average wind speed of 0.7m/s. Drying time using desiccant and without using desiccant is 35 hours where the weight is 8,207.kg with desiccant and 8,370.kg without desiccant with a moisture content of 13%, while conventional drying takes 120 hours or 5 days with a maximum temperature of 35,42 o C and an average temperature. average 29,70 o C. The quality of the aroma of coffee by the teaser team stated that those who used the desiccant tended to have a better aromatic aroma and chocolate, caramel and a strong bitter taste, while without the desiccant there was a slightly weak bitter taste and a defect taste.
Key Word : Coffee, Solar Thermal, storage Desicant, coffee taste
Diterima : 20, Juni 2022, Revisi 11, Juli 2022, Diterima 19 Agustus 2022

## 1. PENDAHULUAN
Produksi  kopi  di  Indonesia  kurun  waktu  mulai  tahun  2018  hingga  tahun  2022 berproduksi sebesar 1,262,590 ton, angka ini meningkat jika dibanding dengan data tahun 2018  sebesar  756.051  ton  kopi  atau  naik  sebesar  66.17 % [1].  Salah  satu  upaya peningkatan kualitas biji kopi adalah dengan terlaksananya proses pengeringan yang baik. Indonesia sebagai negara tropis memiliki potensi radiasi yang bagus sekitar 10 -12 jam setiap  hari.  Kolektor  surya  sebagai  pengumpul  panas  dan  solar  kolektor  mengubahnya menjadi  energi  pengering  surya  [2].  Proses  pengeringan  yang  umum  dilakukan  atau sebagian besar produk pertanian secara tradisional dikeringkan dengan  radiasi matahari untuk pengawetannya yaitu  produk biji kopi disebarkan di tanah yang terpapar langsung dengan  radiasi  matahari  [3].  Kinerja  radiasi  matahari  telah  diuji  untuk  mengeringkan pertanian  pertanian seperti biji kakao, dan biji kopi. Survei lapangan proses pengeringan kopi  di  daerah  Provinsi  Sumatera  Utara  ditemukan  masih  lebih  dominan  secara  alami atau  tradisional.  Secara  umum  proses  perlakuan  pengeringan  tergantung  dari  jenis varietas. Varietas Arabika terlebih dahulu dilakukan permentasi dan dikeringkan hingga kadar  air  80%  secara  alami  atau  konvensional  setelah  itu  dilanjutkan  dengan  metode penegringan buatan rumah kaca hingga menghasilkan kadar air 12-13% dengan alokasi waktu 3 hingga 4 hari.  Varietas Robusta dikeringkan langsung dibawah sinar matahari
tanpa permentase  hingga kadar air 12-13% setelah itu baru di kupas dari kulit tanduknya. [4–6].
Sistim  pengeringan  buatan  dengan  memanfaatkan  energi  surya  secara  konveksi jauh lebih bagus  jika dibandingkan dengan  pengeringan secara alami, karena lebih cepat kering dan terhindar dari kotoran kotoran sekitar. Pengeringan langsung dari segi efisiensi biaya  termasuk  rendah  dan  pengontrolan  suhu  dan  kualitas  pengeringan  cenderung buruk. Pengeringan menggunakan energi matahari langsung ( open sun drying ) dianggap memiliki beberapa kelemahan karena sering dijumpai produk rusak akibat hujan, angin, lembab  dan  debu,  kehilangan  produk  akibat  dimakan  hewan  atau  unggas,  serangan serangan jamur dan lain-lain.  Lebih jauh, proses ini adalah padat karya, membutuhkan waktu lebih lama dan lahan yang luas. [7].
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari kinerja pengeringan matahari tidak langsung digabung  dengan memakai desikkan molecular sieve 13X (Na 86 [(AlO 2 ) 86
(SiO 2 ) 106 ]  •  264H 2 O)  untuk  kopi  Arabika  asal  Sidikalang.  Tujuan  lain  adalah  untuk menentukan mutu aroma kopi yang dikeringkan memakai desikkan dan tanpa desikkan.

## 2. METODOLOGI

## 2.1. Persiapan Sampel
Biji kopi berasal dari daerah Sidikalang Kabupaten Dairi Provinsi Sumatera Utara dengan varietas Arabika. Setelah panen buah segar terlebih dahulu di rendam dalam air selama 6-9 jam baru dikupas kulit buahnya.  Pengupasan kulit buah kopi basah (pulping) merupakan  salah  satu  tahapan  proses  pengolahan  kopi  untuk  memisahkan  atau melepaskan komponen kulit buah dari bagian kopi berkulit cangkang [8].
Proses pengeringan dilakukan selama dua hari dimana kotak pengering A tanpa desikkan dan kotak pengering B dengan desikkan. Pengering surya dioperasikan dalam dua  sistim  pengeringan  yaitu  pada  siang  dan  malam  hari.  Kondisi  siang  hari  kopi dikeringkan  dengan memanfaatkan udara panas yang bersumber dari kolektor surya.
Pengeringan di mulai pada pukul 08.00 Wib pagi hingga pukul 17.00 Wib sore. Sementara dalam kondisi jam tidak ada radiasi atau mulai pukul 18.00 wib hingga pukul 07.00 wib diperlakukan desikkan untuk mengontrol suhu pada biji kopi agar tetap stabil atau  mencegah  kelembaban  yang  terjadi  pada  kopi.  Sementara  pada  kotak  pengering bagian A saat jam radiasi matahari tidak ada biji kopi tetap berada dalam kotak pengering hingga  besoknya pukul 7.30 Wib. Pada hari kedua  pengeringan dilanjutkan  mulai pukul 08.00  wib  hingga  pukul  17.00  wib  dimana  pada  kotak  pengering  bagian  B,  desikkan diambil (dikeluarkan dari raknya  gambar.1.d).
Selama  pengeringan  data  yang  di  ambil  yaitu  massa  kopi  ,  radiasi  matahari, temperatur  sekitar,  kecepatan  udara  masuk  rata  rata  yang  bersumber  dari  kipas  yang digerakkan oleh baterai (arus AC), dimana baterai mendapatkan pasokan energy listrik dari  Potovoltaik  100Wp  yang  diatur  oleh  SSC  ( Solar  Charge  Control ).  Lama  waktu pengeringan  yaitu 2 hari atau 34 jam. Pengeringan selama dua hari  biji kopi  memiliki kadar air antar 12%-13% siap konsumsi.
Sebuah  skema  prototipe  dan  peralatan  pengering  surya  biji  kopi  dibuat  dan  di pakai  dalam  pengujian  seperti  pada  gambar  1  dibawah  ini.  Ini  terdiri  dari  komponen utama  ruang  pengering  antara  lain  :  kolektor  surya  penyimpanan  energi  panas.  Kotak pengering bagian A (tanpa Desikkan ) dan bagian B ( dengan desikkan). Kotak pengering surya  dilapisi  aluminium  foil  pada  konstruksi  bagian  dalam  untuk  menjaga  suhu  serta syarat higienitas  tetap diperhatikan
Ket Gambar:
1. Photovoltaic . 5.Kolektor surya 2. Solar Charge, 6. Data Logger 3. Baterai 7. Termokopel 4. . Kipas 8. Chamber Gambar 1. (a) Assembling Kotak Penyimpan Energi Panas (b) Kolektor Surya Double Kaca  Plat  Bersirip,  (c)  Kotak  pengering  dan  Kolektor  surya  Dengan Desikkan dan Tanpa Desikkan, (d) Rak Pengering Dengan Desikkan ,. (e). Rak Desikkan dan Biji Kopi (f). Rak Pengering Tanpa Desikkan
(a)
(b) (c)
Gambar 2.  (a). Kolektor surya,. (b). Mekanisme perpindahan panas dengan analogi tahanan listrik (c) Detail pengering surya dari sistem energi surya.

## 2.2. Persiapan Pengeringan Surya dan Pengolahan Biji Kopi.
Pengujian  dilakukan  di  Laboratorium  Energi  Baru  Terbarukan  gedung Pascasarjana  Fakultas  Teknik  Universitas  Sumatera  Utara.  Selama  masa  pengujian, temperatur  ambient  dan  radiasi  matahari  diukur  dan  direkam  dengan  HOBO  (versi 3.7.12).  Pengukuran  terhadap  massa,  suhu,  kelembaban  biji  kopi  di  dalam  kotak pengering  dan  kolektor  surya  diukur  dengan  menggunakan  sensor  DHT22,  serta termokopel 3497A untuk mencatat temperatur dan bobot. Biji kopi di letakkan diatas rak atau dalam kotak pengering (A) tanpa desikkan dan kotak pengering (B) dengan desikkan. Bobot masing masing biji kopi dalam setiap rak sebesar 10 kg. Perbandingan Biji kopi dengan desikkan 1:2 artinya 10kg Kopi dan 5kg desikkan  dengan jarak 30 cm antara biji kopi dengan desikkan.
Pengeringan  mulai  dari  pukul  08.00  hingga  pukul  17.00  sore.  Pengeringan dilanjutkan  dengan  memasukkan  desikkan  dalam  kotak  pengering  pada  rak  (B)  mulai pukul 18.00 sore hingga pukul 08.00 pagi besoknya, sementara pengeringan pada rak A tanpa desikkan di tutup pakai kertas dan berada dalam kotak pengering mulai pukul 18.00 sore hingga pukul 08.00 pagi besoknya. Pengeringan pada arak A dan B selesai pada hari kedua pukul 17.00 sore dengan kadar air 13-14%, sementara pengeringan konvensional berakhir pada hari ke empat hingga mencapai kadar air 13-14%. Ada perbedaan kecepatan pengeringan  buatan  dan  konvensional,  dimana  pengering  buatan  lebih  cepat  kering dibanding  cara  konvensional  atau  alami.  Detail  pengering  surya  dalam  penelitian  ini dirancang sebagai berikut: seperti pada gambar 2.1. dan 2.2 diatas dan spesifikasi kolektor surya seperti pada tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi Solar Kolektor dan Chamber Parameter Spesifikasi/Dimensi Tinggi ruang pengering 1 m Lebar ruang pengering 1135 mm Panjang ruang pengering 1135 mm Lebar kolektor 1135 mm Panjang kolektor 1135 mm Jumlah kolektor 2 Sudut antar kolektor 20° Rak 1, Rak 2 dan Rak 3 Material Aluminium Material Kolektor Aluminium Komposit, Styrofoam, Kaca, Rockwool, Plat Absorben

## 2.3. Konten Kelembaban
Persentase kadar air ditentukan dengan menggunakan formula sebagai berikut:
M  = M i - M d x100% c
M i ………………………………..…………… (1)
Dimana, Mi  adalah massa sampel sebelum pengeringan dan M d adalah massa sampel setelah pengeringan.

## 2.4. Drying Rate
Laju pengeringan ( drying rate ) sampel selama periode pengeringan ditentukan adalah :
Pada  dasarnya  penyimpanan  panas  adalah  untuk  memperpendek  waktu pengeringan. Waktu pengeringan adalah  total waktu yang dibutuhkan dari mulai hingga memperoleh keseimbangan. Maka, efektivitas pengering surya yang terintegrasi dengan penyimpanan panas dinilai berdasarkan alokasi lama waktu pengeringan serta konsumsi energi spesifik. Konsumsi energi spesifik (SEC) didefinisikan sebagai total energi  yang diterima selama pengeringan dibagi dengan jumlah air yang diuapkan dari bahan:
SEC = Q net Meva ……………………………………………. (4)
di mana Q net [kJ] dan M eva [kg air] masing-masing adalah total energi yang diterima dan massa air yang diuapkan dari biji kopi. Total Energi yang diterima selama pengeringan didefinisikan sebagai jumlah energi radiasi selama jam matahari dan energi termokimia yang dilepaskan oleh pengering selama jam sinar matahari. Energi yang diterima dalam jam sinar matahari (Qr) dihitung sebagai energi radiasi yang diserap oleh i kolektor surya dikurangi panas yang hilang dari kolektor
. Q w = U w A w (T p - T ∞ ) ............................................................................... (5)
. Q b = U b A b (T p - T ∞ ) ................................................................................. (6)
di  mana  F i adalah  faktor  efisiensi  kolektor  yang  diasumsikan  0,9  dan  I,  A,τ,α  ,  adalah intensitas  matahari[W/m 2 ],  luas  kolektor  surya  [m 2 ],  transmitansi,  dan  koefisien penyerapan, masing-masing. Total panas yang hilang dari kolektor (Q 1 ) dihitung dengan persamaan berikut :
SEC = Q r + Q d ................................................................................................................................................................... (7)
M eva . . .
Dimana  :, Q w [W], Q b [W],  dan Q t [W]  adalah  panas  yang  hilang  dari  dinding,  bagian bawah, dan bagian atas kolektor surya, masing-masing. Panas yang hilang dari dinding bagian bawah kolektor dihitung persamaan:
. Q w = U w A w (T p - T ∞ ) ...................................................................................... (8)
Mc = M  - M i d t …………………………………………………(2)
dimana t ,selang  waktu pengeringan
2.5. Moisture Ratio Rasio kelembaban  ( Moisture ratio ) dihitung dengan menggunakan identitas  kadar air (IMC) dan kadar air keseimbangan (EMC)
Qr = F 1(IAτα) - Q l ........................................................................................ (3)
dimana, MR adalah rasio kelembaban tak berdimensi, M, Me dan Mo adalah kadar air setiap saat, kadar air keseimbangan dan kadar air awal masing-masing dalam kg .
2.6. Drying Effectiveness
. Q b = U b A b (T p - T ∞ ) ........................................................................................ (9)
Di  sini  U w [W/m2  K]  dan  U b [W/m2  K]  masing-masing  adalah  koefisien  perpindahan panas keseluruhan dari dinding dan bawah kolektor surya. Panas yang hilang dari puncak kolektor ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
. Q t = U t + A t (T p + T ∞ ) .............................................................................. (10)
dimana U t [W/m2 K] adalah koefisien perpindahan panas keseluruhan dari bagian atas penutup  kaca  ganda.  Energi  termokimia  yang  dilepaskan  oleh  desikkan  (Q d )  selama waktu tidak ada panas  matahari dan dihitung dengan formula:
.
Q d = m d H r ................................................................................................................................................. (11)
di mana m d [kg] adalah desikan massa lunak dan Hr [kJ/kg] adalah selisih entalpi desikan sebelum dan sesudah pengeringan di bawah sinar matahari. Menggunakan Persamaan. (5) dan  (11),  konsumsi  energi  spesifik  dapat  dihitung  dengan  menggunakan  persamaan berikut :
SEC = Q r + Q d .......................................................................................................................................................
(12)
M eva

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian dilakukan pada bulan Agustus hingga September 2019 di Laboratorium Energi  Baru  Terbarukan  Program  Studi  Teknik  Mesin  Fakultas  Teknik  Universitas Sumatera  Utara  Medan.  Pengujian  dikelompokkan  menjadi  beberapa  kelompok  yaitu pengeringan  surya  kontinu  terintegrasi  dengan  adsorben  molekul  sieve,  selanjutnya kelompok  pengeringan  surya  berkelanjutan  terintegrasi,  dan  kelompok  ketiga  adalah pengeringan  langsung  atau  konvensional.  Waktu  pengeringan  dimulai  dari  jam  08.00 pagi  dan  selesai  pukul  17.00  sore  dilanjutkan  pada  malam  hari  pukul  18.50Wib  dan berakhir  pukul  08.00Wib  pagi  besoknya.  Proses  pengeringan  akan  selesai  jika keseimbangan tercapai dengan kadar air 12-13%. Hasil untuk setiap grup disajikan seperti di bawah ini.
36 34 32 30 28 26 24 22 20 08.00 10.00  12.00  14.00  16.00  18.00  20.00  22.00  00.00 02.00  04.00  06.00  08.00  10.00  12.00  14.00  16.00 480 440 400 360 320 280 240 200 160 120 80 40 0 18/09/2020 Day 1 19/09/2020 Time (hr) Night Day II
Gambar 1. Temperatur Ambient ( 0 C) dan Solar Radiasi (w/m 2 ) Temp C Solar_Radiation  W_m R a d ia tio n (W /m 2 ) T e m p e ra tu re ( 0 C)
95 RH W_m 500 90 400 85 80 300 75 200 70 65 100 60 0
08.00  10.00  12.00  14.00  16.00  18.00  20.00  22.00  00.00  02.00  04.00  06.00  08.00  10.00  12.00  14.00  16.00
18/09/2020 (hr)
Day I
Night Day II
40 38 36 34 32 30 28 26 24 08.00  10.00  12.00  14.00  16.00  18.00  20.00  22.00  00.00  02.00  04.00  06.00  08.00  10.00  12.00  14.00  16.00 18/09/2020 19/09/2020
Time (hr) Gambar 2. Temperatur ( 0 C) dan Waktu Pengeringan (h)
Gambar 3. Kelembapan (%) dan Radiasi Matahari (W/m 2 ) Temp C H um idi ty ( % ) T em p ra tu re ( 0 C) Sol ar R adi at ion (W /m 2 )
Hu m id it y ( % ) 100 90 80 70 60 50 40 08.0010.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0000.0002.0004.0006.0008.0010.0012.0014.0016.00 18/09/2020 19/09/2020
Time (hr)
Gambar 4. Kelembapan (%)  dan Waktu (h)
95
40 90 85 35 80 75 30 70 65 25
60 08.00  10.00    12.00    14.00    16.00    18.00    20.00    22.00    00.00 02.00    04.00    06.00  08.00    10.00    12.00    14.00    16.00 18/09/2020 19/09/2020 Time (hr)
Gambar 5. Temperature Box, Temperature Ambient dan Humidity (%)  dan Waktu (h)

## 3.1. Kinerja Pengeringan Tenaga Surya Digabung Dengan Desikkan
Dari hasil percobaan seperti pada Gambar. 1 menunjukkan bahwa suhu di dalam kotak  pengering  surya  di  pukul  8:00Wib  pagi  terus  meningkat  dari  26,90°C  hingga 42,10°C  pada pukul 13:00Wib dan mengalami penurunan menjadi 32,87 0 C. Sementara pada  jam  tidak  ada  radiasi  yaitu  mulai  pukul  17.30Wib  hingga  pukul  08.00  Wib  pagi besoknya  temperatur paling rendah adalah 24,6°C dengan  temperatur rata rata 27,23°C, kelembapan relative mulai 58,6% hingga 96,0%  seperti gambar 4.
Seiring  semakin  tingginya  radiasi  matahari  maka  suhu  di  dalam  pengering  juga ikut meningkat. Suhu maksimum di dalam kotak pengering selama waktu pengeringan ada  di  sekitar  46,60 0 C  dengan  radiasi  maksimum  534,4W/m 2 .  Suhu  di  dalam  kotak pengering surya 42,10 0 C pakai desikkan dan 46,6 0 C tanpa desikkan pada kecepatan angin rata rata    0,94m/s  lebih tinggi dari suhu udara sekitar  pada kondisi siang hari 35,42 0 C
Hu m id it y ( % ) Tem pe rat ur e Box B ( 0 C) dan Te m pe rat ur e A m bi ent ( 0 C)
seperti pada gambar 2, hal ini  menunjukkan ekspektasi untuk tingkat kelembaban yang lebih tinggi penghapusan di pengering surya dari pada konveksi alami.
Pada malam hari  pukul 18.00wib hingga 08.00wib pagi besoknya, kelembaban di dalam kotak pengering dengan desikan molekul sieve lebih rendah, dan suhu lebih tinggi dari  kotak  pengering  surya  tanpa  tambahan  desikan.  Kelembaban  relatif  rendah  dapat meningkatkan proses pengeringan cepat karena memiliki lebih banyak kapasitas kering dibandingkan dengan kelembaban yang lebih tinggi.

## 4. KESIMPULAN
Sebagai  penyimpan  kelembaban  saat  proses  pengeringan  pasif  digunakan molekuler 13 (Na 86 [(AlO 2 ) 86 (SiO 2 ) 106 ] 264H 2 O) sebagai penahan kelembapan.
Panas matahari maksimum dalam kotak pengering maksimum 46,60 0 C dengan rata rata  6.70 0 C  -11.18 0 C  diatas  tempratur  sekitar.  Proses  pengeringan  konvensional  lebih lama  dalam  mencapai  kadar  air  12  hingga  13%  pada  temperatur  35,42 0 C  dengan kecepatan angin 0,7m/s. Dengan menggunakan desikkan dibutuhkan waktu 35 jam serta secara konvensional membutuhkan  waktu 120 jam atau 5 hari dengan suhu maksimum 35,42 0 C dan suhu rata rata 29,70 0 C. Kandungan dan  aroma kopi yang memakai desikkan cenderung  aroma  aromatic  better  dan  coklat,  caramel  serta  rasa  pahit  yang  kuat, sementara tanpa desikkan ada rasa pahit agak lemah dan rasa defect.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1]. Directorate General of Estate,. Coffee Production by Province in Indonesia, 2018- 2022
[2] H. Ambarita, “Development of software for estimating clear sky solar radiation in Indonesia,” Journal of Physics : Confer- ence Series, vol. 801, article 012093, 2017.
[3]. Belessiotis V, Delyannis E. Solar drying. Solar Energy , 2011, 85 (8): 1665–1691
[4] S. F. Dina, H. Ambarita, F. H. Napitupulu, and H. Kawai, “ Study on effectiveness of continuous solar dryer integrated with desiccant thermal storage for drying cocoa beans ,” Case Studies in Thermal Engineering, vol. 5, pp. 32–40, 2015.
[5] P. Siagian, E. Y. Setyawan, T. Gultom, F. H. Napitupulu, and H. Ambarita, “ A field survey  on  coffee  beans  drying  methods  of  Indonesian  small  holder  farmers ,” Materials Science and Engineering, vol. 237, article 012037, 2017
[6] M. Yahya, R. Hasibuan, R. Sundari, and K. Sopian, “ Experi- mental investigation of the  performance  of  a  solar  dryer  inte-  grated  with  solid  dessicant  coloums  using water  based  solar  collector  for  medicinal  herb, ”  International  Journal  of  Power Electronics and Drive Systems, vol. 12, no. 2, pp. 1024–1033, 2021
[7] Ahmed  Abed  Gatea. Performance  evaluation  of  a  mixed  mode  solar  dryer  for evaporating moisture in beans. J Agric Biotechnol Sustain Dev 2011;3(4):65– 71
[8]. Widyotomo,  Sukrisno,.2010. Evaluasi  Kinerja  Mesin  Pengupas  Kulit  Buah  Kopi Basah Tipe Silinder Horisontal . Jurnal Enjiniring Pertanian Kementerian Pertanian Republik Indonesia