AME (Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 8 (1), pp 29-34

## DISAIN PENGERING BIJI KOPI BERENERGI LIMBAH BIOMASSA PERTANIAN UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS BIJI KOPI
Christian Soolany 1 * , Dhimas Oki Permata Aji 1
1 Universitas Nahdlatul Ulama Al Ghazali Cilacap, Indonesia

## ABSTRAK
Kopi merupakan salah satu komoditas unggulan di Indonesia salah satunya di Desa  Cilumping Kecematan Wanareja Kabupaten Cilacap. Masyarakat disana menjadikan rata rata menjadi petani kopi sebagai sumber mata pencaharian.  Kopi  yang  ditanaman  oleh  masyarakat  Desa  Cilumping  adalah  jenis  kopi  robusta.  Kapasitas produksi biji kopi bisa mencapai 100 ton ketika musim panen tiba. Namun sarana produksi pasca panen yang dimiliki oleh kelompok tani masih terbatas. Salah satu kendala yang dihadapi oleh kelompok ketika proses pengeringan  biji  kopi.  Saat  ini  proses  pengeringan  biji  kopi  yang  dilakukan  secara  sun  drying,  proses pengeringan  ini  menjadi  tidak  efektif  ketika  musim  penghujan  tiba  dan  proses  pengeringan  yang  relatif memakan waktu yang panjang. Tujuan penelitian ini yaitu menghasilkan mesin pengering biji kopi yang efektif, efisien dan menghasilkan biji kopi yang memiliki nilai kadar air sesuai dengan standar yang ditetapkan. Metode penelitian  ini  menggunakan  perancangan  baku  dengan  melakukan  identifikasi  karakteristik  biji  kopi, perancangan  bentuk  mesin  pengering  biji  kopi,  konstruksi,  dan  uji  kinerja  mesin  pengering  biji  kopi. Berdasarkan hasil penelitian ini yaitu kapasitas pengeringan biji kopi sebanyak 5 kg, waktu pengeringan 5 jam, laju penguapan  air 0.061 g/detik, konsumsi bahan bakar 1.8 kg/jam, efisiensi tungku biomassa 21.5% dan kadar air biji kopi 13% b/b.
Kata kunci: Mesin pengering biji kopi, pengeringan biji kopi, kopi robusta.

## ABSTRACT
Coffee is one of the leading commodities in Indonesia, one of which is in Cilumping Village, Wanareja District, Cilacap Regency. The people there make the average coffee farmer as a source of livelihood. The coffee grown by the people of Cilumping Village is a type of robusta coffee. The production capacity of coffee beans can reach 100 tons when the harvest season arrives. However, post-harvest production facilities owned by farmer groups are still limited. One of the obstacles faced by the group during the coffee bean drying process. Currently, the process of drying coffee beans is carried out by sun drying, this drying process becomes ineffective when the rainy season arrives and the drying process takes a relatively long time. The purpose of this research is to produce a coffee bean drying machine that is effective, efficient and produces coffee beans that have a moisture content value in accordance with established standards. This research method uses a standard design by identifying the characteristics of coffee beans, designing the shape of the coffee bean dryer, construction, and testing the performance of the coffee bean dryer. Based on the results of this study, the drying capacity of coffee beans is 5 kg, drying  time  is  5  hours,  water  evaporation  rate  is  0.061  g/second,  fuel  consumption  is  1.8  kg/hour, biomass furnace efficiency is 21.5% and coffee bean moisture content is 13% w/w.
Keywords: coffee bean drying machine, coffee bean drying, robusta coffee.
* Penulis korespondensi Email: christiansoolany@gmail.com
Diterima 11 September 2021; Penerimaan hasil revisi 25 Februari 2022; Disetujui 01 Maret 2022 Tersedia online Maret  2022 AME (Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin © 2022
Volume 8 Nomor 1 Maret 2022 pp 29-34 Website: http://ejournal.uika-bogor.ac.id/index.php/ame/index

## 1. PENDAHULUAN
Kopi merupakan salah komoditas perkebunan  di  Indonesia.  Berdasarkan  dari  data Kementerian Pertanian pada tahun 2016 Indonesia  memiliki  luas  areal  perkebunan  kopi 1.246.657 ha, dengan hasil produksi kopi robusta sebanyak  474.037  ton.  Kabupaten  Cilacap merupakan  salah  satu  propinsi  di  Jawa  Tengah memiliki  luas  areal  kopi  robusta  seluas  313  ha. Titik  lokasi  penanaman  biji  kopi  di  kabupaten Cilacap terdapat di Desa Cilumping, Kecamatan Dayeuhluhur. Masyarkat desa Cilumping umumnya  berprofesi  sebagai  petani  kopi (Kementerian  Pertanian  Republik  Indonesia, 2015). Menurut Faroh et al., 2019, luas lahan kopi robusta  yang  ditanam  oleh  masyarakat  desa Cilumping  mencapai  84  ha,  dengan  hasil  panen biji  kopi  robusta  mencapai  100  ton.  Untuk mendapatkan  kualitas  kopi  yang  baik,  perlu penangan  yang  tepat  ketika  proses  pascapanen. Salah satu tahap dalam pascapanen untuk proses produksi  kopi  adalah  pengeringan.  Menurut (Thome,  1991),  pengeringan  merupakan  salah satu tahapan kunci pada seluruh rangkaian proses produksi kopi. Saat ini proses pengeringan yang dilakukan oleh kelompok tani di desa Cilumping dilakukan  dengan  Pengeringan  alami  atau penjemuran  langsung  di  atas  lantai  jemur,  tikar, dan  jalan  aspal  dengan  panas  matahari  sebagai sumber pengeringan. Permasalahan yang dihadapi ketika menggunakan pengeringan alami untuk  proses  pengeringan  biji  kopi  yaitu  waktu pengeringan  yang  lama,  cuaca  yang  fluktuatif, kebersihan produk kurang terjamin, dan memerlukan tempat yang luas. Jika terjadi terjadi cuaca mendung atau hujan maka pengeringan biji kopi menjadi tertunda.
Penundaan  ini  sangat  tidak  diharapkan  karena dapat  mempercepat  kerusakan  biji  kopi  akibat aktivitas  mikroorganisme  yang  mengakibatkan menurunya  kualiatas  biji  kopi.  Penurunan kualitas  biji  kopi  akan  berpengaruh  terhadap harga  jual  kopi  tersebut.  Salah  satu  upaya mengatasi  permasalahan  ini  yaitu  dengan pengeringan buatan ( Artificial drying ).
Pengeringan buatan yaitu mengendalikan kondisi iklim  di  dalam  suatu  ruangan  atau  lingkungan mikro  (Desrosier  NW,  2008).  Sedangkan  untuk proses sun drying kondisinya ditentukan oleh kondisi lingkungan seperti radiasi matahari, kecepatan angin, kelembaban  udara,  dan  suhu  udara.  Diamati berdasarkan  pergerkan  bahan  pengeringan  dapat dibagi  menjadi  dua,  yaitu  pengering batch dan
pengering kontinyu. Pengering batch yaitu pengeringan  yang  cara  kerjanya  adalah  bahan  yang akan dikeringkan dimasukan kedalam alat pengering dan didiamkan sampai proses pengeringan itu selesai. Sedangkan  pengeringan  kontiyu  adalah  proses pengeringan  dimana  bahan  basah  masuk  secara berkelanjutan dan bahan kering sampai tidak ada lagi bahan  yang  dimasukan.  Tipe  pengering  yang berkesesuaian untuk mengeringakan biji kopi adalah pengering tipe effek rumah kaca (ERK).
Desain  standar  untuk  pengering  ERK  terdiri  atas dinding transparan, terbuat dari lembaran polikarbonat,  UV  stabilized  plastic,  fiberglass  atau plastik  polietilen.  Komponen  utama  lainnya  yaitu drying bin atau troli yang dilengkapi rak, komponen pengatur  pergerakan  udara  dan  unit  pemanas tambahan  (Abdullah  K.,  2007).  Pengering  ERK  ini biasanya  menggunakan  pemanas  tambahan  untuk memenuhi  kebutuhan  panas  total  yang  tidak  bisa sepenuhnya  disuplai  dari  energi  surya.  Pemanas tambahan  itu  dapat  berupa  tungku  (dengan heat exchanger ),  radiator  dan  lainnya.  Penggunaan kombinasi  energi  surya  dan  energi  pemanas tambahan  tersebut  sering  dikenal  dengan  pengering ERK-hibrid. Biomassa dibagi menjadi dua golongan yaitu kayu dan non kayu (Borman, 1988).
Penelitian kali ini bertujuan untuk menghasilkan mesin  pengering  biji  kopi  yang  efektif,  efisien  dan menghasilkan  biji  kopi  yang  dikeringkan  sesuai standar  dengan  memanfaatkan  limbah  biomassa pertanian  sebagai  sumber  energi  panas  tambahan pada mesin pengering biji kopi. Penggunaan limbah biomassa pertanian dilandasi karena ketersediaannya yang mudah diperoleh di desa Cilumping.

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  merupakan  kegiatan  rancang bangun  dengan  menerapkan  metode  perancangan baku.  Adapun  tahapanya  meliputi  identifikasi karakteristik  biji  kopi  robusta,  perancangan  konsep pengering,  perancangan  bentuk  mesin  pengering, analisis  Teknik,  konstruksi,  dan  uji  kinerja  mesin pengering.

## Alat
Alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu 1  unit  mesin  pengering  biji  kopi,  termokopel, thermometer  air  raksa,  timbangan  digital,  wadah berbentuk persegi, sarung tangan, satu set toolkit .

## Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu  biji  kopi  robusta  dari  kelompok  tani  desa
Cilumping. Untuk bahan pada pembuatan 1 unit mesin pengering biji kopi terdiri dari blower kipas ½ hp, motor dc 12 v, travo 3 ampere 12 v, kawat ss 304 L, plat 3 mm ss 304, akrilik, plat besi, siku 3x3, elbow paralon, stop kontak, plat srip dan cat.

## Analisis Teknik
Analisis Teknik meliputi perhitungan kebutuhan  panas,  perhitungan  dimensi  fisik, perhitungan daya kipas,
• Perhitungan kebutuhan panas
• Jumlah air yang diuapkan
𝑤 1 𝑤 0 = 100−𝑚 0 100− 𝑚 1 Dimana, W 0 =  Bobot awal biji kopi (kg) W 1 =  Bobot akhir biji kopi (kg) m 0 =  Kadar air awal biji kopi (% b/b) m 1 =  Kadar air akhir biji kopi (% b/b)
• Laju penguapan air
Kapasitas = 𝑊𝑣 𝑊0 W v =  Bobot  air  yang  harus  diuapkan (kg)
• Energi untuk pemanasan bahan 𝑸𝟏 =   𝑾 𝟎 𝒙 𝑪 𝒑𝒃 𝒙 (𝑻 𝟐 − 𝑻 𝟏 ) • Energi untuk penguapan air pada bahan 𝑸𝟐  =   𝒎 𝒗 𝒙 𝑯 𝒇𝒈 𝒙 𝟏𝟎 −𝟑 ; H fg
𝑸𝟑  =   ṁ 𝒗 𝒙 𝑪 𝒑𝒖 𝒙 (𝑻 𝟐 – 𝑻 𝟏 ) 𝒙 𝒕 𝒙 𝟏𝟎 −𝟑
𝑸𝟒  =  𝑼 𝒙 𝑨 𝒘 𝒙 (𝑻 𝟐 −   𝑻 𝟏 )𝒙 𝒕 𝒙 𝟏𝟎 −𝟔
• Total panas yang dibutuhkan Q T =  Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 • Panas yang tersedia dari matahari Q S = I A P α τ t
• Panas  yang  harus  disupplay  oleh biomassa
Q B = Q T - Q S • Perhitungan penentuan jumlah rak
A rak = = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐵𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑇𝑢𝑚𝑝𝑢𝑘 Luas rak = πr 2
Diameter rak= 2 x r  =  2 x 29.14  = 58,28 cm = 60 cm
• Perhitungan Penentan Dimensi Tungku
𝑚̇ 𝑏𝑏 = 𝑄 𝜂 𝑡𝑢𝑛𝑔𝑘𝑢 𝑥 𝜂 𝐻𝐸 𝑥 𝑄 𝑏𝑏 𝑥 𝑡
• Perhitungan  penentuan  jumlah  pipa  heat exchanger 𝐴 = 𝑞 𝑈𝐹∆𝑇𝑚

## Prosedur Analisis Penelitian
Penelitian  ini  dimulai  dari  tahap  perancangan, proses  produksi,  sampai  dengan  kinerja  mesin pengering.
• Tahap perancangan
Pada tahapan ini meliputi rancangan fungsional dan rancangan strutural dari mesin pengering biji kopi.
o Rancangan Fungsional
Perancangan ini diterapkan untuk mengetahui  fungsi  dari  setiap  bagian mesin  pengering  biji  kopi.  Fungsi  dari masing  –  masing  bagian  ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel  1.  Rancangan  fungsional  mesin pengering biji kopi Bagian Alat Fungsi Tungku Sebagai tempat pembakaran biomassa untuk menghasilkan panas. Heat exchanger Alat penukar panas Ruang pengering Tempat mengeringkan  biji kopi
• Rancangan Struktural Bahan,  bentuk,  dan  ukuran  merupakan faktor  penting  pada  proses  perancangan mesin  pengering  biji  kopi.  Rancangan  ini terdiri dari tungku, heat exchanger dan ruang pengering.
o Tungku Tungku biomassa dirancang untuk menghasilkan  panas  yang  efisien  untuk diteruskan kedalam ruang pengering. Material yang  digunakan  yaitu  plat  besi.  Luas  inlet udara  adalah  0.004  m 2 ,  volume  tungku  0.03 m 3 .
Gambar  1  menunjukkan  gambar  tungku biomassa.
Gambar 1. Tungku
o Heat exchanger
Heat  exchanger atau  penukar  panas berfungsi menyalurkan panas yang ditimbulkan dari proses pembakaran di tungku menuju ruang pengering. Penukar panas yang dirancang adalah tipe cross  flow .  Ukuran  penukar  panas  yaitu diameter 1 inch dengan tinggi 300 mm.
Gambar 2 Pipa heat exchanger
o Ruang pengering Ruang pengering mempunyai ukuran 1.3 m  x  0.78  m,  diameter  ruang  rak  pengering 0.06  m.  ruang  ini  juga  dipasang  akrilik
supaya  sumber  panas  dari  matahari  dapat masuk kedalam ruang pengering.

## Gambar 3. Ruang pengering
• Tahap proses uji performansi mesin pengering
Pada  tahapan  ini  yaitu  melakukan  pengujian kinerja  dari  mesin  pengering  biji  kopi.  Data pengamatannya meliputi pencatatan suhu, penggunaan  kayu  bakar  total  dari  seluruh  kegiatan proses  pengeringan  dan  bobot  akhir  biji  kopi  hasil pengeringan.  Tahapan  ini  dilakukan  selama  5  jam dimulai dari pukul 10.00 – 15.00.

## 3. KESIMPULAN DAN SARAN
Hasil  rancangan  bangun  mesin  pengering biji  kopi ditunjukkan  pada  Gambar  4.  Mesin pengering biji kopi terdiri dari tungku pembakaran biomassa, heat exchanger , dan ruang pengering.
Gambar 4. Mesin pengering biji kopi
Uji  kinerja  yang  dilakukan  yaitu  dengan  carra mengeringkan  biji  kopi  yang  mempunyai  kadar  air awal  40%.  Biji  kopi  yang  akan  dikeringkan ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Bahan biji kopi
Proses  pengeringan  ini  dilakukan  selama  5 jam, dengan berat biji kopi yang dikeringkan adalah 5 kg. kayu  bakar  yang  digunakan  yaitu  kayu  rambutan. Proses  pengeringan  biji  kopi  ditunjukkan  pada Gambar 6.
Gambar 6. Proses pengeringan biji kopi Variabel  yang  diamati  ketika  proses  uji performansi  mesin  pengering  biji  kopi  adalah  suhu udara masuk HE, suhu uda keluar Hem suhu masuk ruang pengering, suhu keluar ruang pengering, berat akhir  biji  kopi,  dan  banyaknya  kayu  bakar  yang digunakan. Hasil pengamatan suhu ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Hasil pengamatan Analisa suhu
Untuk suhu udara yang masuk ke heat exchanger rata – rata  30.18 o C , suhu udara keluar heat exchanger rata – rata 54.36 o C. suhu masuk ruang pengering rata – rata 54.36 o C. suhu bahan rata – rata 33.64 o C, suhu keluar  ruang  pengering  rata  –  rata  42.82 o C.    Data
hasil  pengamatan  dan  perhitungan  hambpir  sama, untuk  perhitungan  ditargetkan  suhu  yang  masuk keruang  pengering  adalah  50 o C,  berdasarkan pengamatan  suhu  yang  masuk  ruang  pengering berkisar 54.36 o C. Artinya panas yang dialirkan dari pipa heat  exchanger tidak  mengalami  kebocoran ketika menuju ruang pengering.   Gambar biji kopi yang sudah dikeringkan ditunjukkan pada Gambar 8.

## Gambar 8. Biji kopi hasil pengeringan

## Efisiensi Tungku
Efisiensi  tungku  merupakan  perbandingan antara kebutuhan panas yang dihasilkan dengan nilai massa kayu yang terbakar. Menurut Abdullah et al. (1991)  rancangan  tungku  menentukan  sempurna tidaknya  proses  pembakaran  berlangsung  dan besarnya energi panas yang dapat dimanfaatkan atau dihasilkan  oleh  sistem  tungku.  Sempurna  atau tidaknya  pembakaran  dipengaruhi  oleh  rancangan ruang pembakaran yang menentukan mudah tidaknya oksigen  kontak  dengan  partikel  karbon  pada  bahan bakar.    Selain  itu  kelancaran  proses  pembakaran bahan  bakar  juga  ditentukan  oleh  kelancaran pembuangan gas hasil pembakaran bahan bakar. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahan tungku dan kaitannya  dengan  proses  pindah  panas  yang  terjadi selama  pembakaran  berlangsung  didalam  tungku. Makin  besar  pindah  panas  ke  luar  tungku,  maka semakin  besar  energi  panas  yang  terbuang  yang bereaksi makin rendah efisiensi sistem tersebut.
Proses  pengeringan  yang  dilakukan  selama  5 jam menggunakan massa kayu untuk pembakaran 1.8 kg/jam. Pengamatan yang dilakukan sedikit berbeda dengan data perhitungan. Data perhitungan diperoleh masa  kayu  untuk  kebutuhan  bahan  bakar  yaitu sebesar  1.3  kg/jam.  Efisiensi  tungku  sebesar  21  %. Hasil  ini  berbeda  dengan  yang  ditargetkan  yaitu efisiensi tungku 30 %. Efektifitas HE 0.4 dam kalor jenis kayu sebesar 16351 kJ/kg. perbedaan ini diduga penambahan  kayu  bakar  kedalam  tungku  tidak merata dan sama serta adanya panas yang keluar ke lingkungan disekitar lingkungan tungku.
0 10 20 30 40 50 60 15 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Su h u (C )
Waktu (menit)

## Kadar Air
Kadar  air  arang  dapat  digunakan  untuk menghitung  parameter  sifat-sifat  arang.  Kadar  air arang  diukur  berdasarkan  basis  basah,  dilakukan dengan  metode  oven,  kemudian  didinginkan  dalam desikator,  dan  ditimbang.  Cara  ini  diulangi  sampai berat bahan konstan (Sudarmadji S, 1997). Kadar air awal biji kopi sebelum dikeringkan adalah 40 % b/b. setelah dikeringkan selama 5 jam kadar air biji kopi menjadi 13 % b/b. berat biji kopi awal adalah 5 kg, setelah  dikeringkan  menjadi  3.9  kg.  Laju penguapannya adalah 1.1 kg. Hasil pengamatan dan perhitungan  mengalami  perbedaan,  berdasarkan perhitungan kadar air akhir adalah 10 % dengan laju penguapan 1.7 kg sedangkan hasil pengamatan yaitu kadar air akhir adalah 13 % dengan laju penguapan kadar air sebesar 1.1 kg. Hal ini diduga karena ada panas  yang  keluar  dari  ruang  pengering  ke lingkungan.  Nilai  kadar  air  yang  dihasilkan  hampir sama  dengan  kadar  air  yang  dilakukan  proses pengeringan  manual  oleh  kelompok  tani  yaitu berkisar  12  –  14  %.  Keunggulannya  adalah  waktu proses  pengeringan  yang  lebih  cepat  dibandingkan secara manual.

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Mesin pengering biji kopi yang dirancang sudah dapat  digunakan  dengan  baik  dan  berhasil menurunkan  kadar  air  biji  kopi    Efisiensi  tungku sebesar 21 %, Massa kayu yang digunakan adalah 1.8 kg/jam. Suhu yang masuk kedalam ruang pengering rata – rata 54.36 o C,

## Saran
Perlu  dilakukan  penelitian  lanjutan  dengan melakukan  pengembangan  sistem  mikrokontroler Arduino uno untuk mendukung smart machine dan mendapatkan efisien yang tinggi.

## REFERENSI
Abdullah  K.  (2007). Acceleration  of  Rural Industrialization  Using  Renewable  Energy Technology.  Dalam :  Abdullah,  K  (ed).
TEKNOLOGI BERBASIS SUMBER ENERGI TERBARUKAN UNTUK
PERTANIAN. CREATA-IPB. Borman, G. L. and K. W. R. (1988). Combustion Engineering . Desrosier  NW.  (2008). Teknologi  Pengawetan
Pangan (Miljohardjo  M  (ed.);  3rd  ed.). Jakarta : UIPress.
Faroh,  W.  N.,  Maharani,  H.,  &  Lestari,  S.  E.
(2019). Jelajah Kampung: Menggali Manajemen Kebun Kopi, Gua Basma, Dan Curug Menjadi Agrowisata Bernilai
Ekonomis  Di  Desa  Cilumping  Kecamatan Dayeuhluhur  Kabupaten  Cilacap  Provinsi
Jawa  Tengah. Jurnal  Pengabdian  Dharma Laksana , 2 (1), 52. https://doi.org/10.32493/j.pdl.v2i1.3627 Kementerian  Pertanian  Republik  Indonesia. (2015). No Title . http://ditjenbun.pertanian.go.id/tinymcpuk/ %0AGambar/file/statistik/2015/KOPI  2013
-2015.pdf
Sudarmadji  S,    et  al.  (1997). Prosedur  Analisa untuk  Bahan  Makanan  dan  Pertanian .
Liberty.
Thome, B. (1991). The Feasibility Study Of Solar Dryer  for  Dyring .  The  University  of Hohenhiem.
Kontrol  Kecepatan  Motor  Pada  Alat  Bantu  Las
Rotary Positioner Table. Jurnal AME.. Vol
4, No 1 SIPASBUN.  2020.  Harga  Rata-Rata  Produsen Produk Unggulan. Diambil pada tanggal 19 Juli2021, dari https://12ap.pertanian.go.id/sipasbun2020/