## Perancangan Blade dan Pengembangan Prototipe Tangensial Drum Mesin Roasting Kopi
Bolo Dwiartomo*, Yoseph Andriyanto, Wahyudi Purnomo, Ayi Ruswandi Politeknik Manufaktur Bandung Jl. Kanayakan No. 21, Dago, Bandung *Email: bdwiartomo@gmail.com
Diterima: 18-06-2021; Direvisi: 27-04-2022; Dipublikasi: 30-04-2022

## Abstrak
Kopi Arabika yang tumbuh di dataran tinggi beriklim tropis memiliki nilai ekonomi tinggi bila diproses dengan standart kualitas baik. Salah satu pengolahan paska panen yang sangat menentukan terhadap aroma, cita rasa dan homogenitas warna adalah proses roasting. Salah satu bagian terpenting pada mesin roasting adalah drum. Terdapat dua jenis, rotary drum dan tangensial drum. Pengembangan dilakukan pada tangensial drum di mana dinding drum diam sebagai stator dan  blade  berputar  sebagai  rotor.  Proses  perpindahan  panas  terjadi  secara  konveksi,  sehingga  dihasilkan  proses peroastingan  yang  homogen  dan  merata  secara  konsisten  dibandingkan  tipe  rotary  drum  berkonstruksi  sederhana. Blade  melekat  pada dinding drum  dan berputar bersama.  Perpindahan panas terjadi secara konduksi,  labil terhadap hasil  akhir  sehingga  membutuhkan  seorang  profesional  roastery  untuk  mengoperasikan.  Tangensial  drum membutuhkan akurasi dinamik tinggi pada gap antara dinding dengan blade, idealnya 1±0.5 mm di seluruh permukaan. Industri  dalam  negeri  belum  mampu  menghasilkan  drum  tipe  tangensial  secara  komersial.  Pabrikan  terkemuka duniapun  hanya  menghasilkan  mesin  roasting  tipe  tangensial  drum  berkapasitas  besar  10  kg  atau  lebih  dengan peruntukan industri besar berharga jual sangat tinggi. Kebutuhan mesin roasting tangensial berkapasitas relatif kecil yang  mudah  dioperasikan  tanpa  membutuhkan  seorang roastery  profesional  sangat  diperlukan  untuk  meningkatkan kesejahteraan masyarakat di sentra-sentra perkebunan kopi. Proses perancangan  dilakukan secara reverse engineering. Detail  drawing  menggunakan  perangkat  lunak  CAD  membantu  proses  konversi  bentang  blade  dari  3D  menjadi penampang  potong  2D  berbahan  plat  stainlessteel  304.  Pengembangan  ini  menghasilkan  prototipe  blade  tangensial dengan  diameter  drum  300  mm  dalam  dan  panjang  efektif  350  mm  untuk  kapasitas  2,5  kg  greenbean.  Pengujian dilakukan terhadap pengukuran gap dengan 75% sebaran hasil berada dalam rentang yang ditentukan dan performa blade melakukan agitasi biji kopi. Hasil pengujian laju pengeluaran kopi, aroma dan cita rasa yang berimbang serta homogenitas warna menunjukkan hasil baik.
Kata kunci: blade; drum; reverse engineering; roasting; rotary; tangensial

## Abstract
Arabican Coffee which is growth in high land tropical country has potensial economic value when being processed by a proper standart quality. One of most important post harvest process is roasting which determine aroma, flavour and color homogeneity. The most important part of roasting machine is drum. There are two types of drum, rotary and tangensial drum. Research is focused on tangensial drum where as the drum surface is a stator and blade rotate as a rotor. Heat transfer process in drum from hot air to the coffee bean is convection. It will result a stable and consisten process showed by the color homogeneity of coffee bean. Rotary drum has a simple construction, blade is mounted in drum surface and rotate together. The heat transfer process on Rotary drum is conduction. It result is unstable and require a  professional roastery as an operator. Tangensial drum needs highe accuracy gap between inner surface and blade, ideally 1±0.5 mm along the drum surface. Local industry has not been ability to produce it commercially. The world leader coffee roasting manufacturing are only produce tangential drum machine with capacity 10 kg or above which is aimed for big coffee industry which is very expensive. Actually, there are potential requirement of this roasting machine with relatively small capacity around the coffee plantages area without the necessity of professional roastery. Design process uses reverse engineering approach. CAD software is utilized in order to get a detail drawing to convert 3D shape of blade to be 2D cutting surface of 304 stainlessteel plate material. This applied research activity deliver tangensial blade prototype, fitting in 300 mm inner diameter. The effective length is 350 mm for 2.5 kg roasting capacity  of  greenbean  coffee.  Testing  process  of  the  prototype  show  the  75%  measurement  of  sample  point  gap tolerance are in a desired tolerance. The performance of blade according to agitation process related to the speed of unloading of coffee bean, aroma, flavour balancing and  the color homogeneity are resulted well.
Keywords: blade; drum; reverse engineering; roasting; rotary; tangensial

## 1. Pendahuluan
Drum adalah bagian utama dari sebuah mesin coffee roasting . Di bagian inilah biji kopi dalam bentuk green bean ditempatkan  untuk  dilakukan  proses  pemanggangan.  Untuk  menghasilkan  rasa  dan  aroma  terbaik,  dibutuhkan  proses perpindahan panas yang mencukupi di mana umumnya terjadi secara konveksi dan konduksi pada temperatur kerja drum yang telah ditentukan. Proses konveksi terjadi antara biji kopi dengan udara panas yang ada di sekitarnya dan konduksi terjadi antara biji kopi dengan dinding drum [1]. Terdapat dua jenis drum, Rotary drum di mana dinding drum berputar bersama  biji  kopi  dan  tangensial  drum  di  mana  dinding  diam,  tetapi  di  dalam  drum  terdapat blade berputar  untuk mengagitasi biji kopi.
Rotary drum relatif hanya menghasilkan gaya sentrifugal pada biji kopi terhadap dinding. Pencampuran biji terjadi karena adanya gaya gravitasi saat biji terangkat ke atas dan dibantu dengan bentuk sudu-sudu yang dipasang permanen pada dinding untuk membantu proses pencampuran biji kopi [2]. Pada kecepatan putar rendah, biji kopi akan cenderung berada di bagian bawah drum. Bila kecepatan bertambah, posisi angkat biji kopi akan lebih tinggi dan akan jatuh kembali ke  bagian  bawah  secara  alami  sehingga  terjadi  pencampuran  biji  dengan  tingkat  kemerataan  tertentu.  Pada  kecepatan yang cukup tinggi, biji kopi akan cenderung menempel di seluruh dinding drum karena gaya sentrifugal yang dihasilkan cukup besar. Sturuktur mekanik dan proses pembuatannya pun relatif lebih sederhana karena dinding drum, blade dan poros sumbu putar merupakan satu bagian yang tidak terpisah, sehingga tidak memerlukan proses pengerjaan komponen dengan kepresisian tinggi dan penentuan titik pusat sumbu putar pada bagian tutup drum bagian depan dan belakangpun tidak membutuhkan toleransi pengukuran posisi yang presisi karena seluruh bagian drum akan berputar.
Pada  tangensial  drum, blade yang  berputar  dengan  desain  tertentu  akan  menghasilkan  gaya  radial  sekaligus  gaya tangensial  secara  aktif  pada  biji  kopi,  sehingga  posisi  biji  kopi  di  dalam  drum  cenderung  melayang  dengan  derajat kebebasan  ditentukan  oleh  bentuk blade dan  kecepatan  putarnya.  Perputaran  drum  berkecepatan  rendah  menjadikan pencampuran  biji  kopi  lebih  banyak  bersentuhan  dengan  dinding.  Pada  kecepatan  putar  yang  semakin  tinggi,  proses pencampuran biji akan semakin masif dan merata. Tangensial drum umumnya dikombinasikan dengan sistem aliran udara ( air flow ) secara kontinyu sehingga sering disebut air roaster [3]. Konstruksi mekanik tangensial drum menjadi kompleks karena terdapat dua bagian terpisah, yaitu: (1) dinding drum. Bagian ini diam yang dipasang terikat dengan bagian tutup depan dan belakang secara permanen dan (2) blade beserta poros putar. Bagian ini berputar mengelilingi dinding drum.
Mesin roasting coffee yang umum dan banyak diproduksi baik import maupun industri domestik adalah drum tipe rotari.  Drum  dengan  tipe  tangensial  sangat  terbatas  dan  berharga  mahal  karena  konstruksi  drum  - blade yang  cukup kompleks  dengan  kebutuhan  kepresisian  jarak  yang  konsisten  antara  dinding  drum  dan blade di  seluruh  permukaan. Mayoritas mesin coffee roasting dengan tipe tangensial drum pun lebih banyak diperuntukkan bagi skala industri dengan kapasitas di atas 10 kg. Mesin dengan kapasitas relatif kecil memiliki prospek yang baik, terutama diperuntukkan bagi usaha kecil menengah UMKM seperti kafe, produsen kopi skala rumah tangga dan para petani kopi sehingga mampu menghasilkan  nilai  tambah  ekonomi  dengan  meningkatkan  level  pemrosesan  kopi.  Oleh  karena  itu  penelitian  dan pengembangan ini bertujuan untuk dapat merancang dan menghasilkan drum tipe tangensial dengan kapasitas pengolahan relatif kecil sampai dengan 2,5 kg agar dapat dikembangkan lebih lanjut menjadi produk standart yang berpotensi untuk digunakan oleh UMKM dan para petani kopi.

## 2. Material dan metodologi
Terdapat dua proses perpindahan panas ke biji kopi, konveksi dan konduksi [4]:
1) Konveksi, perpindahan panas terjadi antara udara panas di dalam drum ke biji kopi, besarnya adalah [5],
𝑄 = ℎ. 𝐴. (𝑇 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 − 𝑇 𝑘𝑜𝑝𝑖 ) (1) dimana, Q : besarnya laju perpindahan panas konveksi H : koefisien perpindahan panas konveksi antara permukaan biji kopi dan udara  panas. A : luas permukaan biji kopi. T udara : temperatur udara panas T kopi : temperatur permukaan biji kopi.
2) Konduksi, perpindahan panas terjadi antara dinding drum dengan biji kopi yang bersentuhan dengan drum dan antara biji kopi dengan biji kopi lain yang saling bersentuhan. Besarnya perpindahan panas konduksi adalah [5],
𝑄 = −𝑘. 𝐴. dT dX (2)
dimana,
Q  : besarnya laju perpindahan panas konduksi. k    : koefisien perpindahan panas konduksi.
A  : luas permukaan penampang arah perpindahan panas dari biji kopi.
dT   : increment perbedaan temperatur pada arah perpindahan panas.
dx   : increment jarak pada arah perpindahan panas.
Kurva profiling roasting kopi sangat tergantung pada tingkat kematangannya, jenis green bean dan kadar airnya, serta karakter khusus yang akan dihasilkan. Contoh umum kurva profiling proses roasting untuk medium roast adalah seperti pada Gambar 1 [6].
Gambar 1. Contoh umum kurva profiling roasting kopi
Proses profiling pada  Gambar  1  dicapai  dengan  mengkombinasikan  proses  perpindahan  panas  secara  konduksi dan/atau konveksi. Pada Rotary drum perpindahan panas mayoritas terjadi secara konduksi dikarenakan biji kopi lebih dominan  bersentuhan  dengan  dinding  drum.  Proses  konveksi  hanya  terjadi  saat  biji  kopi  jatuh  dari  bagian  atas  drum dengan ditambahkan sistem air flow. Range konveksi yang dihasilkan relatif cukup kecil pada range kecepatan putar yang cukup  terbatas.  Gaya  terjadi  dalam  bentuk  gaya  centrifugal  biji  kopi  ke  dinding  dan  gaya  gravitasi.  Mayoritas pencampuran kopi berada di posisi 180 o dinding drum sebelah bawah  sehingga terdapat kecenderungan biji kopi saling bertumpuk, seperti terdapat pada Gambar 2 [8]. Pada saat bertumpuk nilai koefisien perpindahan panas konduksi k akan lebih kecil sehingga gradient dT/dx akan naik dengan naiknya selisih temperatur antara dinding drum dengan biji kopi
terjauh. Akibatnya temperatur di dekat dinding akan cenderung tinggi sehingga oksidasi biji kopi akan lebih besar yang akan  berpengaruh  terhadap  kurang balance nya  rasa  dan  kurang  meratanya  homogenitas  kematangan  kopi.  Hal  inipun menyebabkan biji kopi cenderung mudah menjadi gosong ( scorching ) dan matang tidak rata di permukaan biji ( tipping ) dengan kecenderungan menghasilkan rasa manis ( sweatness ) yang lebih [7], sehingga keahlian seorang roastery sangat menentukan hasil akhir.
Gambar 2. Proses pencampuran biji kopi pada Rotary drum
Proses profiling pada Rotary drum berdasarkan jenis perpindahan panasnya terlihat pada Gambar 3 [3].
Gambar 3. Profiling proses roasting pada drum tipe rotary
Tangensial  drum  menghasilkan  proporsi  agitasi  biji  kopi  secara  centrifugal  dan  tangensial  sehingga pencampuran  dan  distribusi  posisi  biji  kopi  yang  merata  di  dalam  drum  (PROBAT-WERKE  &  GmbH,  2020). Pe roasting an  menggunakan  aliran  udara  panas  sehingga  mayoritas  perpindahan  panas  yang  terjadi  adalah  secara konveksi. Proses ini mampu menghasilkan rasa dan aroma yang lebih berimbang ( balance ) dan konsisten serta warna yang lebih merata dibandingkan Rotary drum [4]. Dengan tangensial drum, profiling roasting yang terdapat pada Gambar 3 dapat dipadukan secara lebih terukur melalui proses konduksi maupun konveksi. Besaran yang menjadi variabel dalam proses profiling ini adalah besarnya api ( flame ), debit aliran udara ( air flow ), putaran agitasi blade pada drum serta bukaan katup pelepas asap yang dimulai saat menjelang crack pertama ( first crack ).
Jika  dilihat  dari  persamaan  (1),  besarnya  perpindahan  panas  ditentukan  oleh  dua  variabel  utama,  koefisien perpindahan  panas  konveksi  h  dan  temperatur  udara  panas  T udara sekeliling  biji  kopi.  Besarnya  koefisien  perpindahan panas  h  sangat  ditentukan  oleh  profil  aliran  fluida  di  dalam  drum.  Bila roasting menggunakan  udara  panas  ( hot  air ), secara pemodelan terjadi proses distribusi profil kecepatan aliran fluida dan temperatur seperti pada Gambar 4 [9]. Bila sebuah biji kopi yang melayang di tengah-tengah drum akan dihasilkan distribusi temperatur pada biji kopi seperti pada Gambar 5.
(a) (b)
Gambar 4. (a) Pemodelan distribusi kecepatan aliran udara di dalam drum. (b) Distribusi temperatur di dalam drum
Gambar 5. Distribusi temperatur pada biji kopi
Untuk  menghasilkan  proses profiling roasting yang  terukur  baik  waktu  proses  dan  homogenitas  kematangannya, posisi biji kopi di dalam drum seyogya berada di area posisi yang menghasilkan profil aliran udara dan temperatur yang sama. Hal ini tidaklah mungkin karena jumlah biji kopi umumnya menempati 1/3 bagian dari volume drum.
Proses rekayasa yang dapat dilakukan adalah,
1) Menggerakkan seluruh biji kopi sedapat mungkin agar saling terpisah dan secara rata-rata menempati posisi sebarang yang sama dan dalam jumlah waktu yang sama.
2) Mengubah profil aliran udara dan temperatur di dalam drum menjadi lebih homogen.
Hal tersebut lebih besar kemungkinan dapat dilakukan bila digunakan sistem tangensial drum, di mana peran blade sangat berpengaruh besar untuk melakukan proses rekayasa di atas. Homogenitas kematangan ini dapat dilihat dari tingkat
keseragaman warna biji kopi hasil proses roasting . Permasalahan utama pada sebuah tangensial drum adalah perancangan blade yang dapat menghasilkan efek pergerakan tangensial pada biji kopi. Pengembangan ini melakukan proses reverse engineering (rekayasa balik) [10]  terhadap sebuah bentuk blade 3D yang telah dipublikasi dan disesuaikan bentuk dan dimensinya terhadap dimensi drum yang akan dirancang. Model yang telah diturunkan menjadi detail perancangan 3D, membutuhkan potongan blade dalam bentuk 2 dimensi untuk dapat dibuat prototipenya dari bahan dasar plat stainlessteel 304 dengan tebal 2 mm. Kompleksifitas implementasi adalah menghasilkan gap mekanik sebesar 1±0.5 mm. Bentuk dasar model 3D blade yang digunakan pada proses perancangan secara reverse engineering adalah pada Gambar 6 [11].
Gambar 6. Model 3D yang digunakan pada proses reverse engineering
Perancangan dilakukan dengan menentukan kapasitas pemrosesan green bean dan dimensi drum. Kapasitas green bean yang dapat di roasting pada drum ditentukan maksimum 2,5 kg sehingga didapat dimensi netto drum untuk mengolah green bean adalah berbentuk silinder dengan diameter dalam 300 mm dan panjang 350 mm. Lebar blade ditentukan 40 mm. Rancangan blade yang memiliki kemampuan mendorong biji kopi secara tangensial dan translasi sepanjang sumbu drum, memiliki bentuk dasar helix , helix merupakan bentukan kurva 3D melingkar/spiral seperti uliran pada sebuah baut. Bentuk helix dapat dibangun dengan cara  melilitkan kawat/benang pada sebuah pipa silinder yang memiliki diameter (d) dan jarak satu lilitan spiral disebut Pitch (p) . Panjang kurva lilitan spiral helix ( l ) dapat dihitung dengan rumus segitiga Phitagoras [12].
Dimana sisi alas segitiga merupakan keliling lingkaran pipa (π.d) dan tinggi segitiga adalah jarak satu lilitan / pitch (p), maka panjang kurva helik ( l ) untuk satu lilitan [13], dimana d adalah diameter poros blade dalam mm dan p adalah jarak puncak 1 lilitan spiral helix / Pitch  dalam mm.
l = √((𝜋. 𝑑) 2 + 𝑝 2 ) ) (3)
Bentuk blade secara utuh merupakan permukaan datar dengan lebar   h = (D-d)/2 yang di bentuk secara radial dan tangensial  mengikuti  bentuk helix tersebut,  bentukan  ini  disebut helicoidal  surface ( helicoid )  seperti  pada  Gambar  7. Bentukan helicoid surface ,  merupakan bentuk  surface seperti silinder, cones , piramida yang dibuat atau dibentuk dari lembaran sheet metal yang dapat dibentangkan atau dibuka tanpa terjadi tarikan atau pengerutan ( streaching ) pelat seperti halnya pada proses deep drawing , Surface yang dapat dibentangkan atau developable umumnya dibentuk dengan proses bending atau penekukan [14].
Gambar 7. Helix dan Helicoid Surface
Secara matematis proses bentangan merupakan pemetaan busur kurva, dari tiap-tiap segmen surface dalam ruang isometri (3D) kedalam ruang bidang 2D. Proses bentangan 3D menjadi 2D ini bisa dilakukan secara grafis atau analitis. Secara grafis relatif lebih rumit dan kurang teliti. Sehingga banyak digunakan metoda perhitungan/analitis. Untuk tujuan pembuatan blade ,  dibutuhkan  data  plat blade awal    sebelum  dibentuk,  Untuk  membentangkan  bentuk blade helix 3D menjadi bentuk bukaan/pelat 2 D seperti Gambar 8, dapat dihitung sebagai berikut.
Panjang kurva helix major (L) untuk satu lilitan [13],
L = √((𝜋. 𝐷) 2 + 𝑝 2 ) )                                            (4)
Dimana :
D : Diameter luar blade (drum) (mm)
p : puncak 1 lilitan spiral helix / Pitch  (mm) Major Helix Curve (L) Minor Helix Curve (l) β r R h α
Gambar 8. Bentangan/bukaan blade 2D
Perbandingan panjang kurva helix major dan kurva helix minor , sebanding dengan perbandingan besar radius bukaan luar blade 2D (R) dan radius bukaan dalam blade 2D (r), yang dapat ditulis sebagai berikut.
L / l = R / r    dan  r = R – h
𝑅 = (𝐿.ℎ) (𝐿−𝑙) (5) 𝑟 = 𝑅 − ℎ (6) Dimana :
L : Panjang kurva helix major (mm)
l : P anjang kurva helix minor (mm)
h : Lebar blade (mm) R
: Radius bukaan luar               (mm)
r : Radius bukaan dalam           (mm)
Sudut bukaan ( β ) dapat diperoleh Catatan : persamaan (3) dan ( 4 ) berlaku untuk satu putaran helix atau satu pitch. 𝑎 = 𝐿 𝑅 = 𝑙 𝑟 (rad)
(7)
𝛽 = 360 deg − 𝑎 (deg) (8)
Dengan adanya parameter Radius luar dan dalam bukaan, diameter luar (DR) dan diameter dalam bukaan (dr) dapat ditentukan.  Cara  lain  untuk  mendapatkan  bentuk  profil  bukaan  2D blade dengan  cepat  dan  teliti,  adalah  dengan menggunakan piranti lunak atau computer aided design (CAD) software [15] . Software CAD yang dapat digunakan antara lain; AutoCAD, Inventor atau solidworks. Pada umumnya piranti lunak rekayasa yang berorientasi untuk manufaktur/ mechanical engineering dilengkapi fitur membuat kurva helix 3D, dengan tersedianya data design diameter poros blade (d), diameter luar blade /drum (D) dan jarak pitch (p), maka bentuk kura helix 3D dapat dibentuk.
Dengan adanya fitur surface seperti swept dan data desain lebar blade (h), maka dapat dibentuk helicoid surface, fitur thickening digunakan untuk menebalkan/memberi ketebalan pada surface. Dan modul sheet metal yang menyediakan perintah Loft bend dan flat pattern (flattening ) untuk membentangkan bentukan sheet metal 3D yang sudah dibangun, menjadi pelat 2D [16]. Lihat Gambar 7 dan 8.

## 3. Hasil dan pembahasan
Proses  perancangan  yang  dilakukan  menggunakan  software  CAD  solidworks.  Penampang  tiga  dimensi  hasil perancangan  dapat  dilihat  pada  Gambar  9.  Sedangkan  hasil  penampang  2  dimensi  untuk  1  pasang blade dengan dimensinya terdapat pada Gambar 10.
(a)
(b)
Gambar 10. Penampang 2 dimensi blade drum (a) Blade luar arah tangensial maju, (b) Blade dalam arah tangensial mundur
Material yang digunakan sebagai blade adalah stainlesssteel 304 berbentuk plat setebal 2 mm. Proses pemotongan plat  menggunakan laser cutting , file CAD blade dikonversi dalam bentuk file iges yang dapat dikenal oleh mesin laser cutting . Hasil pemotongan dapat dilihat pada Gambar 11.
Proses pembentukan plat 2 Dimensi hasil pemotongan menjadi blade helix 3 Dimensi dilakukan dengan melakukan penekukan (bending) secara simultan di kedua ujuang dengan alat bantu tertentu. Pemrosesan harus menghasilkan sudut normal blade yang selalu tegak lurus dengan permukaan dalam drum. Hasil pembentukan ini menghasilkan bentuk blade
yang baik sesuai dengan metoda pembentukan helix [13] dan dapat dilihat pada Gambar 12, dengan pengecekan berupa alat bantu pipa pada sisi dalam.
Gambar 11. Hasil pemotongan bahan blade dengan laser cutting
Gambar 12. Hasil pembentukan/ forming blade menjadi helix 3 Dimensi
Jarak blade dengan dinding drum ditetapkan lebih besar dari 0 mm sampai dengan 1,5 mm di semua posisi drum.
Kerenggangan  yang  melebihi  1,5  mm  dikhawatirkan  dapat  membuat  biji  kopi  terjepit  dan  pecah  sehingga  dapat mempengaruhi proses akhir pe roasting an. Ke dua bagian harus memiliki titik pusat radius dinding drum dan sekaligus poros putar yang sama dengan akurasi tinggi, sehingga dihasilkan posisi yang konsentrik antara sistem blade dan dinding drum. Pada skala prototipe penelitian, pengukuran-pengukuran posisi untuk menentukan titik pusat putar tersebut pada bagian tutup, menggunakan Computer Measurement Machine CMM agar dihasilkan pengukuran berakurasi tinggi dan proses pengeboran titik-titik tersebut dilakukan dengan menggunakan mesin Computer Numerical Control CNC. Proses assembling blade yang telah terpasang pada poros drum dapat dilihat pada Gambar 13. Proses Assembling blade pada drum dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 13. Assembling blade pada poros drum
Gambar 14. Posisi assembling blade di dalam drum
Pengukuran gap antara dinding dan blade dilakukan menggunakan plat sim berbagai ketebalan dengan perbedaan tebal 0.1 mm untuk setiap posisi ruas blade disampling setiap 45 derajat menunjukkan 75% titik ukur masuk di dalam kriteria  terbaik  1±0.5  mm.  Gap  terbesar  adalah  2,4  mm  dan  terkecil  0.4  mm. Assembling sistem  mesin roasting kopi secara keseluruhan terdapat pada Gambar 15.
Pengujian  awal  dilakukan  dengan  pengamatan  temperatur  antara  bagian  tengah  dan  sisi  drum  saat  melakukan preheating  drum  sebelum  uji  coba  proses  roasting.  Pada  posisi  tersebut  ditempatkan  sensor  temperatur  berfungsi mengamati temperatur lingkungan drum dan temperatur bean saat roasting berupa thermocouple tipe K. Pembacaan telah dikalibrasi terhadap digital thermometer Yokogawa di range kerja proses roasting. Hasil pengukuran bersamaan dengan hasil  proses  roasting  terdapat  pada  gambar  16. Hasil  pengukuran  menunjukkan  temperatur  di  bagian  tengah  dengan asumsi sebagai temperatur tertinggi drum adalah 295 o C. Temperatur di bagian sisi menunjukkan 195 o C. Walaupun tidak dilakukan pengukuran di setiap posisi antara bagian tengah menuju sisi, hasil yang ditunjukkan pada gambar 16 telah menggambarkan perbedaan distribusi temperatur pada drum pada arah radial dari tengah ke sisi serta distribusi temperatur pada biji kopi yang baik berdasarkan pemodelan yang telah dilakukan oleh [9] seperti yang ditunjukkan pada gambar 4b dan Gambar 5. Proses pengujian selanjutnya adalah melakukan proses roasting greenbean kopi tanpa melakukan proses sorting terhadap ukuran. Ukuran gap terbaik di antara 0,5 mm sampai 1.5 mm diharapkan tidak ada biji kopi yang pecah dikarenakan  terhimpit  serta  tidak  terjadi  gesekan  di  antara blade dan  dinding  drum  di  temperatur  kerja.  Dari  proses roasting  yang  dilakukan,  walaupun  terdapat  sebaran  gap  pada  permukaan  drum  di  luar  gap  yang  ditetapkan  (0.4  mm sampai 2.4 mm) tidak menghasilkan biji yang pecah karena himpitan dan suara gesekan antara drum dengan dinding saat terjadi pemuaian material di temperatur tinggi. Dari hasil roasting dengan kematangan medium terlihat biji kopi tidak ada yang pecah secara visual karena terjepit di dalam drum.
Gambar 16. Pengujian temperatur selama proses roasting mulai preheating sampai proses roasting selesai
Secara  keseluruhan  proses  roasting  berjalan  baik  dengan  menghasilkan  kecepatan  proses  cukup  moderat  sesuai target. Total waktu kurang dari 12 menit untuk tingkat kematangan medium dengan first crack di menit ke 9 dan lame fase develop sekitar 2,5 menit. Hasil uji coba pengeluaran ( unloading ) biji kopi yang telah matang terdapat pada gambar 17    Kecepatan  pengosongan  (unloading)  berkisar  antara  3  detik  sampai  4  detik  menunjukkan  terjadinya  gaya  dorong horizontal (tangensial) oleh blade yang cukup signifikan.
Gambar 18a saat dilakukan proses pendinginan ( cooling ) terlihat hasil dengan keseragaman warna yang baik dan merata,  jika  dibandingkan  dengan  kondisi  yang  menghasilkan  scorcing  dan  tipping  (gambar  18b)  serta  overdevelop (gambar  18c).  Hasil profiling diharapkan  menghasilkan  warna  fisik  yang  homogen  tanpa  menghasilkan  efek  gosong ( schorching )  dan tipping .  Tingkat  kematanganpun  medium  sangat  homogen  dengan    kecerahan  yang  baik.  Bila  tidak dilakukan proses agitasi yang baik oleh blade, perpindahan panas yang terjadi pada biji kopi tidak akan merata pada arah radial sehingga akan menghasilkan kopi dengan warna yang tidak homogen. Fungsi blade pada penelitian ini berfungsi mengagitasi  biji  kopi  agar  secara  statistik  setiap  biji  bisa  menempati  posisi  sebarang  di  dalam  drum  dengan  jumlah proporsi waktu yang sama sehingga hasil roasting dapat homogen.
Gambar 17. Biji kopi saat keluar dari mesin roasting
(a) (b)                                                          (c) Gambar 18. (a) Kopi hasil uji coba roasting dengan warna seragam dan homogen dibandingkan dengan (b) hasil dengan scorching dan tipping serta (c) hasil roasting overdevelop
Tes rasa dilakukan oleh beberapa tester yang memiliki pengalaman dalam melakukan penilaian rasa dan aroma, tetapi tes hanya memberikan penilaian kualitatif umum tanpa mencantumkan kuantitas nilai cupping score. Dari beberapa siklus hasil pengujian didapatkan hasil,
- Keseragaman warna (visual)
: Sangat Baik - Kekeringan : Sangat Baik - Komposisi rasa (bitterness, accidity dan sweatness) : Balance (berimbang) - After taste : Clean - Karakter spesifik kopi : Ada/timbul - Aroma : Baik

## 4. Kesimpulan
Proses  perancangan  tangensial  drum  berhasil  dilakukan  dengan  melakukan  proses reverse  engineering terhadap sebuah  hasil  rancangan  yang  telah  dipublikasi  dan  dengan  bantuan  software  CAD  dapat  menghasilkan  geometri  dan ukuran yang disesuaikan dengan kebutuhan. Proses pembentukan single helix blade dengan proses penekukan ( bending ) menghasilkan bentuk helicoidal 3D sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan. Proses pembuatan blade hasil perancangan dapat menghasilkan gap antara blade dan dinding drum sebesar 0,4 mm sampai 2,4 mm secara tanpa menghasilkan biji kopi yang pecah dikarenakan terjepit. Untuk menghasilkan toleransi gap yang lebih akurat dibutuhkan alat bantu mekanik dalam proses pembuatannya, terutama bila prototipe akan dikembangkan ke dalam pembuatan mesin roasting berskala produksi.  Konstruksi blade pada  tangensial  drum  menghasilkan  proses  agitasi  cukup  baik  walaupun  terjadi  distribusi temperatur yang tidak sama pada drum di arah radial. Hal ini ditunjukkan dengan homogenitas warna kopi hasil roasting yang uniform. Gaya tangensial dapat dihasilkan cukup signifikan oleh blade dalam proses agitasi biji kopi di dalam drum dengan pengamatan pengosongan biji kopi dari drum yang relatif cepat (3 detik -  4 detik).

## Daftar Pustaka
[1] (2019)  Royal  Coffee,  A  Guide  to  Different  Heat  Types  in  Roasting  Equipment.  [online].  Tersedia: https://perfectdailygrind.com
[2] D.  D.  Hidayat, et  al. “Development  and  Evaluation  of  Drum  Coffee  Roasting  Machine  for  Small-Scale Enterprises”. Research Center for Appropriate Technology. Indonesia Institute of Science, INMATEH Vol. 60. No.1/2020, p.80.
[3] (2016) The heat is on, A bassic guide to better understanding heat transfer on a drum roaster. [online]. Tersedia: https://www.cafeculture.com
[4] (2020) Omden, Conduction vs Convection. [online]. Tersedia: https://penikmatkopi.id
[5] J. P. Holman. “Heat Transfer tenth edition”. McGraw-Hill, 2010, p.2 dan p.8.
[6] (2015)  Valerian  Hlara,  Are  Coffee  Roast  Profiles  and  Pink  Unicorns  the  Same  Thing?.  [online].  Tersedia: https://coffeecourses.com/coffee-roast-profiling/
[7] (2016)  Michael  C.  Wright,  Heat  Transfer  Methods  Involved  in  Roasting.  [online].  Tersedia: https://blog.oilslickcoffee.com/2014/02/08/heat-transfer/
[8] H. Komossa, S. Wirtz, V. Scherer, F. Herz, E. Specht.  2015, “Heat transfer in indirect heated rotary drums filled with  monodisperse  spheres: Comparison of experiments with DEM simulations”.  Powder Technology,  volume 286, p.722-731.
[9] Beatriz Alonso Torres et all. “Modelling and Validation of Heat and Mass Transfer in Individual Coffee Beans during the Coffee Roasting Process Using Computational Fluid Dynamics (CFD)”, CHIMIA 2013, 67, Nr.4, p.293.
[10] (2019)  Lucy,  What  is  reverse  engineering?.  [online].  Tersedia:  https://physicaldigital.com/what-is-reverse- engineering/
[11] (2013)  Focker,  New  DIY  Project:  Pseudo-Homemade  Drum  Roaster.  [online].  Tersedia:  https://www.home- barista.com
[12] (2020) Samuel Markings. How to Calculate Helical Length . [online]. Tersedia: https://sciencing.com/calculate- helical-length-7808380.html
[13]   R  Duripandi,  S  Manikandan  and  S  Ganesan.  Helicoidal.  “Screw  Fabrication  in  Trichy  Factory”  Eversendai Construction Privated Limited, India, 2016.M, p.3.
[14]     Hirz et al . “Integrated Computer-Aided Design in Automotive Development”, DOI: 10.1007/978-3-642-11940-8, _ Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013, p.52.
[15] I Scurtu et al . “Methods for the Representation of the Helicoidal surface”. ResearchGate. May 2017, Volume 12 Issue 12, JIDDEG, p.70.
[16]       L Matt. “Mastering Solidworks”. ISBN: 978-1-119-30057-1, _John Wiley & Sons, Inc., Indianapolis, Indiana 2019, p.85.