## RANCANG BANGUN RUANG PENGERING UNTUK ALAT PENGERING BIJI KOPI SISTEM KONTINU DENGAN DESIKAN
Harry K. J. Munthe 1* , Himsar Ambarita 2 , Dian M. Nasution 3 , Ahmad H. Siregar 4 1,2,3,4 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: harrykevinta12@gmail.com

## Abstract
As  one  of  the  renewable  energy  that  can  be  utilized  in  various  fields,  solar  energy  is  a  potential energy source considering that Indonesia has a tropical climate. One of the uses of solar energy is in agriculture. Various agricultural commodities need to be dried before further processing. Also in coffee  commodities  that  are  being  favored  by  many  people  nowadays.  For  this  reason,  as  a solution  to  the  problem  of  long  drying  times  with  weather  changes  issue,  a  room  is  made  as  a drying medium. By sucking hot air from the solar collector using the exhaust, it is expected that heat will be maintained in the space that has been isolated. The dryer rack design is made in layers to make the most of the space. The results of the rooms that have been made are able to keep the lowest temperature at night at 26.6 ° C and the highest temperature at 60.7 ° C during the day. The highest average temperature in the room is on the bottom shelf near the hot air source.
Keywords: solar energy, coffee bean dryer, renewable energy

## Abstrak
Sebagai  salah  satu  Energi  Baru  Terbarukan  (EBT)  yang  dapat  dimanfaatkan  di  berbagai  bidang, energi  surya  menjadi  sumber  energi  yang  sangat  berpotensi  mengingat  Indonesia  yang  beriklim tropis.  Salah  satu  pemanfaatan  energi  surya  adalah  pada  bidang  pertanian.  Berbagai  komoditas hasil  pertanian  perlu  dikeringkan  sebelum  diproses  lebih  lanjut.  Termasuk  juga  pada  komoditas kopi  yang  sedang  banyak  digemari  oleh  banyak  orang.  Untuk  itu,  sebagai  solusi  dalam permasalahan  lama  waktu  pengeringan  dengan  cuaca  yang  berubah-ubah,  sebuah  ruang  dibuat sebagai  media  pengeringan.  Dengan  menghisap  udara  panas  dari  kolekor  surya  menggunakan exhaust , diharapkan panas akan terjaga di dalam ruang yang sudah di isolasi. Desain rak pengering dibuat bertingkat agar memanfaatkan ruang dengan maksimal. Hasil daripada ruangan yang sudah dibuat  adalah  dapat  menjaga  suhu  paling  rendah  pada  malam  hari  sebesar  26,6 ° C  dan  suhu tertinggi sebesar 60,7 ° C pada siang hari. Untuk suhu tertinggi rata-rata pada ruangan berada di rak paling bawah dekat sumber udara panas.
Kata kunci : energi surya, alat pengering biji kopi, energi terbarukan

## I. PENDAHULUAN
Sebagai salah satu negara penghasil kopi terbesar dunia di urutan ke-4, Indonesia harus bisa memanfaatkan peluang besar yang ada untuk bisa meningkatkan kualitas dan juga kuantitas produksi kopi [1]. Pengeringan adalah proses penghilangan massa air dari suatu  benda  dengan  penguapan  kandungan  air  yang  ada  pada  benda  tersebut.  Namun pengeringan cara konvensional ini memiliki permasalahan pada saat saat cuaca mendung atau  hujan  ssehingga  dibutuhkan  suatu  alat  sebagai  media  pengering  dan  juga  penjaga keadaan udara.

## II. TEORI DASAR

## 2.1 Energi Surya
Energi surya adalah salat satu sumber energi terbarukan dan berkelanjutan karena keberadaanya yang tidak akan habis. Energi surya sampai ke bumi dalam bentuk energi panas dengan prinsip perpindahan panas radiasi. Sebagai energi terbarukan, energi surya semakin lama semakin dikembangkan agar bisa dimanfaatkan lebih lagi.
Matahari mempunyai diameter 1,39×109 m. Bumi mengelilingi matahari dengan  lintasan  berbentuk  ellipse  dan  matahari  berada  pada  salah  satu  pusatnya.  Jarak rata-rata  matahari  dari  permukaan  bumi  adalah  1,49×1011  m  [2,  3].  Lintasan  bumi terhadap  matahari  berbentuk  ellipse,  maka  jarak  antara  bumi  dan  matahari  adalah  tidak konstan. Karena adanya perbedaan jarak ini, menyebabkan radiasi yang diterima atmosfer bumi juga akan berbeda
Gambar 2.1 Hubungan Matahari dan Bumi

## 2.2 Pengeringan Tenaga Surya (Solar Dryer)
Pengeringan adalah proses pengurangan kadar air yang relatif kecil secara terus- menerus pada suatu bahan [4]. Metode pengeringan dengan energi matahari secara umum terbagi  atas  dua,  yaitu  pengeringan  sinar  matahari  ( direct  sun  drying ),  dimana  produk yang  akan  dikeringkan  langsung  dijemur  di  bawah  sinar  matahari.  Dan  metode pengeringan  surya  ( solar  drying ),  dimana  produk  yang  akan  dikeringkan  diletakkan  di dalam suatu alat pengering.
Pengering  tenaga  surya  ( solar  dryer )  adalah  cara  pengeringan  dengan memanfaatkan  energi  matahari  menggunakan  kolektor  sebagai  penyerap  panas  yang menjadikan penggunaan energi matahari yang lebih maksimal.

## 2.3 Kolektor Surya
Pengering surya adalah suatu sistem pengering yang memanfaatkan energi surya. Sistem  pengering  surya  terdiri  dari  dua  bagian  utama  yaitu  kolektor  surya  dan  ruang
pengering.  Kolektor  surya  adalah  suatu  alat  yang  dapat  mengumpulkan  atau  menyerap radiasi surya dan mengkonversikan menjadi panas.
Kolektor  surya  dapat  didefinisikan  sebagai  sistem  perpindahan  panas  yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber energi utama. Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utama, yaitu [5]:
1. Cover  berfungsi  untuk  mengurangi  rugi  panas  secara  konveksi  menuju lingkungan.
2. Absorber berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari.
3. Kanal berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja.
4. Isolator  berfungsi  meminimalisasi  kehilangan  panas  secara  konduksi  dari absorber menuju lingkungan.
5. Frame berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.

## 2.4 Teori Perpindahan Panas
Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat  dipindahkan dari suatu tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama sekali. Dalam suatu proses,  panas  dapat  mengakibatkan  terjadinya  kenaikan   suhu  suatu  zat  dan  atau perubahan tekanan, reaksi kimia dan kelistrikan. Perpindahan kalor/panas (heat transfer) ialah  ilmu  untuk  meramalkan  perpindahan  energi  yang  terjadi  karena  adanya  perbedaan suhu  di  antara  benda  atau  material. Dimana  perpindahan  panas  ini  merupakan  satu  dari disiplin  ilmu  teknik  termal  yang  mempelajari  cara  menghasilkan  panas,  menggunakan panas, mengubah panas,  dan menukarkan panas  di antara sistem fisik.  Proses terjadinya perpindahan  panas  dapat  dilakukan  secara  langsung,  yaitu  fluida  yang  panas  akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah dan secara tidak langsung, yaitu bila diantara fluida panas dan fluida dingin tidak berhubungan langsung tetapi  dipisahkan  oleh  sekat-sekat  pemisah.  Peneliti  [6]  mengklasifikasikan  perpindahan panas dalam tiga bahagian yaitu : konduksi, konveksi, radiasi. Dimana ketiga hal tersebut dapat di ilustrasi dari proses sederhana berikut.
Gambar 2.3 Perpindahan panas secara konduksi Dari  gambar  2.,  dengan  memperhatikan  material  batang,  sebagai  contoh  plastik, akan ditemukan bahwa kesebandingan diatas adalah valid. Namun, kita juga menemukan bahwa untuk nilai A, Δ x, dan Δ T yang sama, akan menghasilkan nilai q x yang lebih kecil untuk  material  plastik  dibandingkan  bermaterial  logam.  Sehingga  kesebandingan  diatas
dapat  ditulis  dalam  bentuk  persamaan  dengan  memasukkan  koefisien  yang  dipengaruhi oleh  material.  Berdasarkan  pada  hukum  Fourier,  persamaan  2.2,  konduktifitas  termal didefenisikan sebagai :
𝑘 = 𝑞 𝑘 𝐴 ⁄
|𝑑𝑇 𝑑𝑥 ⁄ | .................................................. 2.3
k adalah  konduktivitas  thermal  (W/m.K),  yang  merupakan  sifat  material  yang  penting karena  sangat  mempengaruhi  nilai  perpindahan  panas  yang  terjadi  pada  sebuah  benda. Berikut merupakan nilai konduktivitas panas untuk beberapa material :

## 2.4.2 Perpindahan Panas Konveksi
Konduksi  dan  konveksi  adalah  membutuhkan  media  perantara  dalam  proses perpindahan panasnya. Namun pada konveksi membutuhkan gerakan fluida untuk dapat memindahkan panas. Penelitian menunjukkan bahwa perpindahan panas konveksi sangat bergantung  pada  sifat-sifat  fluida  seperti  viskositas  dinamis μ ,  konduktivitas  termal k , massa jenis ρ , dan spesifik panas C p , dan dipengaruhi oleh kecepatan fluida Ѵ . Konveksi juga  bergantung  pada  bentuk  dan  kekasaran  permukaan,  dan  bahkan  juga  dipengaruhi oleh  tipe  aliran  seperti  laminar  atau  turbulen.  Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa perpindahan  panas  secara  konveksi  adalah  kompleks  karena  bergantung  pada  banyak variabel.  Oleh  karena  itu,  konveksi  adalah  mekanisme  perpindahan  panas  yang  paling kompleks. Meskipun konveksi adalah kompleks, setelah diamati bahwa laju perpindahan panas  secara  konveksi  berbanding  lurus  dengan  perbedaan  temperatur  dan  dapat  ditulis dengan Hukum Newton tentang pendinginan. Berikut adalah skematik perpindahan panas secara konveksi :
Gambar 2.4 Perpindahan panas secara konveksi
Untuk nilai perpindahan panas secara konveksi dapat di tentukan dengan rumus:
q konveksi = h A s ( T s - T ∞ )   ............................................... (2.4) dengan h : koefisien perpindahan panas konveksi (W/m 2 K) A s : luas permukaan perpindahan panas (m 2 ) T s : temperatur permukaan benda (K) T ∞ : merupakan temperatur lingkungan sekitar  benda

## 2.4.3 Perpindahan Panas Radiasi
Radiasi  berbeda  dengan  mekanisme  perpindahan  panas  secara  konduksi  dan secara  konveksi.  Perpindahan  panas  secara  radiasi  tidak  membutuhkan  kehadiran  suatu
material  sebagai  media  perantara  perpindahan  panas.  Faktanya,  energi  yang  ditransfer dengan  radiasi  adalah  yang  tercepat  (secepat  kecepatan  cahaya)    dan  dapat  terjadi  pada ruangan vakum. Perpindahan panas secara konduksi dan konveksi terjadi dari temperatur yang  tinggi  ke  temperatur  yang  lebih  rendah.  Pada  radiasi,  perpindahan  panas  dapat terjadi  pada  2  benda  yang  memiliki  temperatur  yang  tinggi  dan  dipisahkan  oleh  benda yang  memiliki  temperatur  yang  lebih  rendah.  Berikut  merupakan  skematik  proses terjadinya perpindahan panas secara radiasi :
Gambar 2.5 Proses perpindahan panas radiasi
Joseph  Stefan  dan  Boltzmann  menetapkan  sebuah  hukum  yang  ditetapkan  secara eksperimental  untuk  menentukan  besarnya  energi  radiasi  yang  dipancarkan  oleh  sebuah blackbody yang disebut dengan hukum Stefan-Boltzmann.
Q radiasi = σ A T 4 .......................................................... (2.5) Dimana σ = 5,669 x 10 -8 W/m 2 K 4 adalah konstanta proporsionalitas dan disebut konstanta Stefan-Boltzmann dan T adalah temperatur absolut dari suatu permukaan (K).

## 2.5 Biji Kopi
Biji  kopi  merupakan  bahan  dasar  untuk  penyeduhan  kopi.  Dari  sekian  banyak jenis  biji  kopi,  terdapat  2  jenis  biji  kopi  yang  dijual  di  pasar  pada  umumnya,  yaitu  biji kopi robusta dan biji kopi arabika. Masing-masing jenis biji kopi ini memiliki keunikan dan  pasarnya  sendiri.  Pada  penelitian  kali  ini  digunakan  biji  kopi  arabika  karena ketersediaan biji di daerah tempat penelitian.
Biji kopi arabika sering disebut biji kopi dengan cita rasa terbaik. Tingkat kafein dari  biji  kopi  jenis  ini  sebesar  0,8%-1,4%.  Budidaya  tanamannya  biasa  dilakukan  di ketinggian  700-1700  mdpl.  Sehingga  suhu  tumbuh  optimalnya  sekitar  16-20 o C.  Kopi arabika  adalah  kopi  yang  paling  baik,  tanda-tandanya  adalah  biji  picak  dan  daun  yang hijau  tua  dan  berombak-ombak.  Agar  baik  tumbuhnya  maka  hendaknya  tinggi  kadar bahan  organis  dalam  tanah  yang  ditanami  dengan  kopi  Arabika  itu,  ditanam  berbagai macam  leguminosae  sebagai  pupuk  hijau  didekat  kopi  tersebut  serta  pohon-pohon pelindung
Pengolahan  buah  kopi  bertujuan  untuk  memisahkan  biji  kopi  dari  kulitnya  dan mengeringkan  biji  tersebut  sehingga  diperoleh  kopi  beras  dengan  kadar  air  tertentu  dan siap dipasarkan. Kadar air kopi optimum adalah 11-12%, bila lebih dari 13% akan mudah terserang  cendawan  sedangkan  bila  kurang  dari  10%  akan  mudah  pecah.  Pengolahan
buah  kopi  dilakukan  melalui  dua  cara,  yaitu  cara  basah  karena  prosesnya  banyak menggunakan air dan cara kering karena tidak menggunakan air dalam prosesnya.
Gambar 2.8 Pengeringan Biji Kopi Konvensional
2.6 Proses Pengeringan Biji Kopi
S truktur buah kopi ( coffee cherry) terdiri dari pericarp (kulit daging terluar) dan biji  kopi. Pericarp sendiri  terdiri  lagi  dari  beberapa  lapisan  seperti  kulit,  daging kulit, layer getah (yang biasanya terdiri dari gula alami dan semacam kandungan alkohol) dan  perkamen.   Lapisan pericarp adalah  yang  paling  sering  dibersihkan,  namun  lapisan ini juga berpengaruh dalam menambah rasa pada kopi.
Proses  pengeringan  basah  bertujuan  untuk  menghilangkan  semua  kulit-kulit daging yang melekat pada biji kopi sebelum dikeringkan. Setelah dipanen, ceri-ceri kopi biasanya  ‘diseleksi’  terlebih  dahulu  dengan  merendamnya  di  dalam  air.  Ceri  yang mengapung  akan  dibuang, sementara  yang tenggelam  akan  tetap  dibiarkan  untuk  proses lanjutan karena ceri-ceri demikian dianggap telah matang.
Selanjutnya  kulit  luar  dan  kulit  daging  ceri  kopi  akan  dibuang  dengan menggunakan  mesin  khusus  yang  disebut depulper (pengupas) . Biji  kopi  yang  sudah terlepas  dari  kulitnya  ini  kemudian  dibersihkan  lagi  dengan  memasukkannya  ke  dalam bejana  khusus  berisi  air  agar  sisa-sisa  kulit  yang  masih  melekat  bisa  luruh  sepenuhnya akibat proses fermentasi.
Durasi,  atau  lamanya  kopi  difermentasi  ini  berbeda-beda  pada  setiap  produsen. Namun umumnya berkisar antara 24-36 jam tergantung temperatur, ketebalan layer getah pada  ceri  kopi, dan  konsentrat enzimnya.  Jika  suhu  di  sekitarnya semakin hangat,  maka prosesnya akan semakin cepat pula

## Gambar 2.10 Proses Pengeringan Basah

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Desain Alat
Pengeringan pada prinsipnya merupakan cara menghilangkan kandungan air dari suatu benda dengan diberi kalor. Prinsip kerja pengeringan pada alat pengering ini secara umum sangat sederhana. Biji kopi di simpan dalam suatu ruangan yang dijaga suhunya, kemudian  diberikan  aliran  udara  panas  secara  kontinu.  Berikut  dibawah  ini  desain  dari rancang bangun alat dengan menggunakan software SolidWorks 2015.
Gambar 4.1 Desain Ruang Pengering
• Desain rangka
Rangka ruang pengering dibuat dari besi pelat L 30 mm x 30 mm dengan tebal 3 mm yang di sambungkan dengan menggunakan las listrik.
Ukuran tinggi  : 2000 mm
Ukuran lebar : 1135 mm x 1135 mm
Gambar 4.2 Desain Rangka Ruang Pengering
• Desain rak (tray)
Rak dibuat dari alumunium pelat L 30 mm x 30 mm dengan ketebalan 2 mm.
Penyambungan antar pelat dan penyambungan jarring-jaring menggunakan paku rivet.
Ukuran rangka : 1000 mm x 1000 mm Ukuran jarring-jaring : 1000 mm x 800 mm
Gambar 4.5 Desain Rak (Tray)

## 3.2 Rancang Bangun Alat
Proses langkah-langkah pengerjaan alat yang sudah di desain :
• Pembuatan rangka.
• Pemasangan dinding pelat seng.
• Pemasangan isolator dinding.
• Pembuatan rak (tray).
• Pemasangan exhaust.

## 3.3 Hasil Pengujian Pengeringan
Dari hasil percobaan selama 3 hari, didapat data berupa perubahan massa dari biji kopi,  temperatur  dan  kelembapan  ruang  pengering.  Untuk  temperatur  paling  tinggi didapat sebesar 60,7 °C pada hari pertama pukul 14.15. Untuk pengeringan biji kopi agar tetap baik kualitasnya maksimal 60 O C.
Pada penempatan sensor temperatur dan kelembapan diletakkan pada setiap lapis (layer) rak. Karena pembuatan ruang pengering sejumlah 2, maka terdapat 6 sensor yang digunakan.
Gambar 4.13 Letak Penempatan Sensor Temperatur dan Kelembapan
Berikut  adalah  hasil  dari  pada  pengukuran  temperatur  dan  kelembapan  pada pengujian  hari  pertama  yaitu  tanggal  23  April  2019  pukul  8.00  sampai  24  April  2019 pukul 8.00.
Ruang 1 Ruang 2 1 2 3 4 5 6
Grafik 4.1 Temperatur dan Kelembapan Pengujian Hari Pertama
Berikut  adalah  hasil  dari  pada  pengukuran  temperatur  dan  kelembapan  pada pengujian hari kedua yaitu tanggal 24 April 2019 pukul 8.00 sampai 25 April 2019 pukul 8.00.
Grafik 4.2 Temperatur dan Kelembapan Pengujian Hari Kedua
Berikut  adalah  hasil  dari  pada  pengukuran  temperatur  dan  kelembapan  pada pengujian hari ketiga yaitu tanggal 25 April 2019 pukul 8.00 sampai pukul 18.00.
Grafik 4.3 Temperatur dan Kelembapan Pengujian Hari Ketiga

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang didapat dari pengujian ini adalah :
1. Telah  dirancang  dan  dibuat  sebuah  ruang  pengering  untuk  mengeringkan  biji kopi  dengan  ukuran  ruangan  1135  mm  x  1135  mm  x  1135  mm.  Tinggi keseluruhan alat 2000 mm. Dalam ruang pengering terdapat 3 tingkat rak tempat biji  kopi  diletakkan  dengan  masing-masing  ukuran  rak  selebar  800  mm  x  1000 mm.
2. Dari data yang didapat, temperatur dan kelembapan tiap rak berbanding terbalik. Untuk  margin  perbandingan  yang  paling jauh terletak  di  rak  paling  bawah tiap- tiap ruang. Ini dikarenakan rak paling bawah terletak paling dekat dengan lubang sumber udara panas masuk.
3. Pencatatan  massa  pada  ruang  1  dan  ruang  2  sangat  dipengaruhi  oleh  intensitas matahari. Dimana terlihat pada siang hari saat cerah, massa biji kopi mengalami penurunan.  Namun  pada  malam  hari,  perubahan  massa  tetap  terjadi  di  kedua ruang  akibat  kelembapan  udara  tinggi,  baik  yang  menggunakan  desikan  dengan yang tidak menggunakan desikan.

## 4.2 Saran
Adapun saran untuk perbaikan pengujian ini adalah :
1. Diperlukan  pengujian  lebih  lanjut  terhadap  penggunaan  desikan,  bagaimana wujud yang optimal untuk menjaga tingkat kelembapan.
2. Penggunaan  jenis  sensor  massa  yang  lebih  bagus  agar  pencatatan  data  lebih akurat dan tidak terjadi fluktuatif yang rancu.
3. Pembuatan  isolasi  ruang  pengering  yang  lebih  baik.  Terutama  pada  pembuatan isolasi  untuk  menutup  pada  malam  hari  agar  udara  malam  yang  lembap  tidak masuk ke ruang pengering.

## REFERENSI
1. Ambarita, Himsar. 2011a. Energi Surya . Medan: Departemen Teknik Mesin FT USU.
2. Ambarita, Himsar. 2011b. Perpindahan Panas Konveksi dan Pangantar Alat Penukar Kalor . Medan: Departemen Teknik Mesin FT USU.
3. Yunus, A. Cengel. 2002. Heat Transfer A Practical Approach . Second Edition. MC Graw Hill, Book Company, Inc: Singapore.
4. Incropera, F. P., and Dewitt. D. P.. 1196. Fundamentals of Heat and Mass Transfer . Fourth Edition. John Wiley & Sons. New York.
5. Panggabean, E., 2011. Buku Pintar Kopi. PT Agromediam Pustaka, Jakarta