PERANCANGAN, PEMBUATAN DAN PENGUJIAN RUANG PENGERING BIJI KOPI TIPE CABINET DRYER

ABSTRAK

PERANCANGAN, PEMBUATAN DAN PENGUJIAN RUANG PENGERING BIJI KOPI TIPE CABINET DRYER

Oleh

CHIKAL NOVIANSYAH

Garis besar penelitian ini menerangkan tentang rancang bangun berikut pengujian ruang pengering biji kopi skala laboratorium, untuk mengatasi problema yang terjadi pada proses pengeringan biji kopi yang memiliki potensi yang baik di Provinsi Lampung. Jenis ruang pengering yang dibangun adalah tipe cabinet dryer

yang terdiri atas rak yang disusun secara bertingkat dengan menambahkan pengarah aliran udara. Penambahan pengarah aliran udara dimaksudkan agar distribusi aliran udara dalam ruang pengering merata.

Sumber udara panas didapat dari air panas boiler yang ditukar panasnya ke udara menggunakan alat penukar panas. Laju aliran udara masuk ruang pengering divariasikan sebesar 0.49 ; 0.45 ; 0.38 ; 0.22 kg/s. Parameter ini digunakan pada pengujian tanpa beban untuk mengetahui laju aliran udara yang terbaik. Eksperimen dilakukan dengan jenis biji kopi robusta sebanyak 8 kg yang ditinjau dari kadar air awal dan akhir.

Dari hasil pengujian diketahui bahwa, laju aliran udara yang optimal untuk proses pengeringan adalah 0.22 kg/s. Dengan parameter ini, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai temperatur pengeringan 50ºC adalah 25 menit. Proses pengeringan biji kopi dilakukan selama 10 jam dan didapat laju pengeringan sebesar 0.3205 kg/jam. Kadar air awal biji kopi sebelum dikeringkan sebesar 39.5 % dan berkurang menjadi 12.5% setelah dilakukan proses pengeringan biji kopi.

ABSTRACT

DESIGNING, BUILDING, AND TESTING

DRYING CHAMBER COFFEE BEAN TYPE CABINET DRYER

By

CHIKAL NOVIANSYAH

The outline of this research explains design and testing laboratory-scale coffee bean drying chamber,to overcome the problems that occur in process of drying coffee beans that have good potential in Lampung. Drying chamber type is cabinet dryer consisting of trays arranged in stages by adding directional airflow The addition of directional air flow is so that the flow of air in the drying chamber evenly distributed.

Source of heat air obtained from hot water boiler heat exchanged into air using a heat exchanger. The flow rate of air entering drying chamber was varied by 0.49 ; 0.45 ; 0.38 ; 0.22 kg/s. This parameter is used in no-load testing to determine the best air flow rate. Experiments carried out with the type of robusta coffee beans as 8 kg in terms of the initial and final moisture content.

The test results it is known that, optimum air flow rate for the drying process is 0.22 kg/s. With this parameter, the time required to reach a drying temperature at 50ºC is 25 minute. Coffee beans drying process conducted for 10 hours and obtained drying rate by 0.3205 kg/h. Initial moisture content of beans before being dried by 39.5% and reduced to 12.5% after the coffee beans drying process.

PERANCANGAN, PEMBUATAN DAN PENGUJIAN

RUANG PENGERING BIJI KOPI TIPE

CABINET DRYER

Oleh

Chikal Noviansyah

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

Judul Skripsi

Nama Mahasiswa

Nomor Pokok Matrasiswa Jurusan

Fakultas

PERANCANGAN, PEMBUATAN

DAN

PENGUJIAN

RUANG

PENGERING

BIJI

KOPI TIPE CABINET

DRYER

CHIKAL NOVIANSYAH 10r5021025

Teknik Mesin

Teknik

MEITYETUJTII

1.

Komisi Pembimbing

2.

Ketua Jurusan Teknik Mesin

MENGESAHKAN

1.

Tim Penguji

Ketua

penguji

_:

_{Dr. Amrizal,}

_S.T.,

_M.T.

Anggota

penguji

_:

_{M. Dyan Susila ES., S.T,}

_M.Eng.

Penguji

Utama

_:

_Dr.

_{Amrul, S.T.,}

_M.T.

Fakultas _{Teknik Universitas Lampung}

'frr5.

.SC., Ph.D.

%2071

r

PERNYATAAI\I PEI\IULIS

TUGAS

AKHIR

INI DIBUAT

SENDIRI OLEH PENULIS

DAN

BI.JKAN

HASIL

PLAGIAT SEBAGAIMANA

DIATUR

DALAM

PASAL

27

PERATURAN

AI(ADEMIK

LINTVERSITAS LAMPI'NG DENGAN SI.JRAT

KEPUTUS$I REKTOR No. 3187 lH26lDT 12010

T PERNYATAA}I

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di kota Bandar Lampung provinsi Lampung pada Tanggal 24 November 1992, sebagai anak pertama dari dua bersaudara, dengan orang tua Ayah Sarijo, dan Ibu Siti Aisyah. Jenjang pendidikan pertama yang dijalani penulis adalah Pendidikan Taman Kanak-Kanak (TK) di BD Abadi Tulang Bawang diselesaikan pada tahun 1998. Selanjutnya penulis duduk di bangku Sekolah Dasar Negeri 1 Bumi Dipasena Abadi Tulang Bawang hingga tamat pada tahun 2004.Setelah lulus penulis mengeyam pendidikan lanjut pertama di SMP Negeri 3 Bajar Agung, akhirnya pada tahun 2007 penulis lulus dari SMP di Kabupaten Tulang Bawang ini. Kemudian pada tahun 2007 penulis melanjutkan pendidikan di SMK favorit di Bandar Lampung yaitu SMK Negeri 2 Bandar Lampung, dan penulis lulus SMK pada tahun 2010. Selama menjalani pendidikan dari SMP hingga SMK, penulis aktif dalam organisasi intern sekolah yaitu Pramuka dan OSIS. Selama sekolah di SMK Negeri 2 Bandar Lampung, penulis pernah melakukan magang di PT. Tunas Dwipa Matra Raden Intan (Honda Motor) Bandar

Lampung sebagai mekanik dan asisten Service Engineer (SE) selama kurang lebih satu tahun..

Pada Tahun 2010, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung (Unila) melalui Seleksi yang pada waktu tersebut bernama Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Selama duduk dibangku kuliah, penulis mendapatkan beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) oleh DIKTI dari tahun 2011 hingga 2013. Selama berstatus mahasiswa, penulis pernah men-jadi asisten mata kuliah asisten praktikum /instruktur Material Teknik pada tahun 2012 dan Metrologi Industri dari 2013 – 2014. Semasa kuliah pada tahun 2010, penulis melakukan kerja praktik di PT. PAL Indonesia (Persero) Surabaya – Jawa Timur dengan subjek yang dikaji adalah studi sistem uji unjuk kerja mesin diesel MTU 12V 956 TB 82 KRI Teluk Banten dengan pembebanan

dynamometer (water break). Penulis pernah menerima penghargaan dari Gubernur Lampung atas keikutsertaannya menjadi peserta presentasi Kategori Peneliti pada kegiatan Lomba Cipta Inovasi Teknologi Terapan Provinsi Lampung Tahun 2012.

Semasa kuliah penulis juga aktif berorganisasi intern kampus. Pada saat menjadi mahasiswa baru, penulis aktif pada AMF FOSSI Fakultas Teknik, setahun setelahnya penulis menjabat sebagai anggota Biro Kesekretariatan HIMATEM. Pada tahun 2012, penulis dipercaya memegang amanah sebagai Ketua Divisi Kaderisasi HIMATEM periode 2012-2013.

i DEDIKASI KARYA SEDERHANA INI TERBAGI MENJADI SEMBILAN

UNTUK AYAH (SARIJO) UNTUK IBU (SITI AISYAH),

UNTUK ADIKKU (RIFQI RHAMA ANDRIYANTO) UNTUK KELUARGAKU,

UNTUK PARA DOSEN TEKNIK MESIN, UNTUK SEMUA SAHABAT DEKATKU, UNTUK REKAN ANGKATAN 2010 TEKNIK MESIN,

UNTUK ALMAMATERKU, DAN UNTUKMU

“Niscaya Alloh swt akan meninggikan derajat orang-orang yang beriman diantaramu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat”

(Qur’an Al-mujadalah; 11) “Jangan kalian menuntut ilmu untuk membanggakannya terhadap para ulama dan untuk diperdebatkan dikalangan orang-orang bodoh dan buruk perangainya. Jangan pula menuntut ilmu untuk penampilan dalam majelis dan untuk menarik perhatian orang-orang kepadamu. Barang siapa seperti itu maka baginya neraka ... neraka”

(Hadist Rasulluloh SAW yang diriwayatkan Tirmidzi dan Ibnu Majah) “I find that the harder i work the more luck i seem to have.”

(Thomas Jefferson, 1743-1826) “Try to learn something about everything, and everything about something.”

(Thomas Henry Hexley, 1825-1895) “Think Different.”

(Advertising slogan for Apple Computer) “I have not failed, i’ve just found 10,000 ways that won’t work.”

(Thomas Alfa Edison, 1847-1931) “The significant problem we face cannot be solved at the same level of thinking we were at when we created them.”

(Albert Einstein, 1879-1955) “Detail itu penting. Detail ditambah sedikit kreatifitas, itu yang membuatmu berbeda dari mereka.”

(Rachmat Cahaya Putra, S.T.) “A smooth sea never made a skillful sailor.”

SANWACANA

Assalamu’alaikum warahmatullohi wabarokatuh

Puji syukur penulis panjatkan kepada Alloh SWT, karena berkat karunia, rahmat dan hidayah yang diberikan kepada penulis sehingga skripsi ini dapat disele-saikan. Skripsi ini merupakan syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

Skripsi ini disusun berdasarkan studi pustaka dan eksperimental di Laboratorium Termodinamika, dengan mengkaji subjek proses pengeringan biji kopi mekanis. Semua sumber yang dirangkum dan dijadikan acuan, berasal dari Jurnal dan Tugas Akhir Mahasiswa dari kampus ternama dari seluruh Indonesia serta text book yang berkaitan dengan penelitian ini. Hasil dari penelitian baik berupa data rancangan, fabrikasi, dan pengujian proses pengeringan biji kopi mekanis dari instalasi yang dirancang disajikan secara terstruktur didalam skripsi ini sehingga para pembaca dapat memahaminya secara utuh dan mudah.

Pada kesempatan ini, penulis ingin sampaikan rasa terima kasihnya kepada :

1. Bapak Prof. Suharno MS, M.Sc.,PhD. selaku Dekan Fakultas Teknik Unila; 2. Bapak Dr. Eng. Shirley Savetlana, S.T.,M.Met. selaku Ketua Jurusan Teknik

iii

3. Bapak Dr. Amrizal, S.T.,M.T. yang telah memberikan banyak waktu, tenaga, materi, komentar yang berharga, saran dan kritik, kepada penulis yang telah membimbing penulis menyelesaikan skripsi ini;

4. Bapak Harmen Burhanuddin, M.T. selaku pembimbing kedua yang telah banyak membantu untuk meningkatkan kualitas dari skripsi ini;

5. Bapak Dr. Amrul, S.T.,M.T. selaku penguji utama pada skripsi ini. Terima kasih atas saran, masukan serta bantuannya me-review skripsi ini sehingga skripsi ini menjadi lebih baik;

6. Bapak M.Dyan Susila, M.Eng. selaku anggota penguji pada skripsi ini. Terima kasih atas perhatian khususnya terhadap akurasi dan detail;

7. Bapak Indra Mamad Gandidi S.T.,M.T. selaku pembimbing akademik yang lama, atas dukungan, bimbingan, dan bantuan kepada penulis semasa kuliah untuk menjalani kuliah dengan sukses;

8. Bapak Novri Tanti, S.T.,M.T. selaku pembimbing akademik yang baru. Penulis sangat berterima kasih atas dukungan dan didikannya semasa penulis masih kuliah;

9. Kedua orang tuaku Ayah (Sarijo) dan Ibu (Siti Aisyah), adikku (Rifqi Rhama Andrianto), dan semua keluarga penulis atas doa, kesabaran, pengertian, dan dukungan penuh sepanjang penulis menyelesaikan skripsi;

10. Sahabat penulis sekaligus rekan skripsi: Yulian Nugraha, Ramli dan Ahmad Yonanda. Terima kasih atas seluruh saran dan review tamba-hannya terhadap manuskrip yang dibuat, serta seluruh pengalaman berharga yang telah kalian berikan pada penulis;

iv

11. Sahabat seperjuangan penulis semasa kuliah Dwi Andri Wibowo, Galih Koritawa Purnomo, Prancana M. Riyadi, Baron Hariyanto, Rahmad Dani, M. Zen Syarif, Nur Sai’in, Dwi Novriadi, Cecep Tarmansyah A.md dan Yayang Rusdiana serta rekan Teknik Mesin 2010 yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Terima kasih atas kebersamaan, dukungan, doa, dan bantuan yang telah kalian banyak berikan pada penulis dari awal kuliah hingga menyelesaikan studi;

12. Seluruh civitas akademika teknik mesin, terima kasih atas kebersamaan kalian.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, namun Penulis memiliki harapan agar skripsi yang sederhana ini dapat memberi inspirasi dan berguna bagi semua kalangan civitas akademik maupun masyarakat Indonesia. Aamiin.

Wassalamu’alaikum warohmatullahi wabarokatuh

Bandar Lampung, Januari 2015 Penulis

Chikal Noviansyah

v DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR SIMBOL ... xii

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan ... 5

1.3. Batasan Masalah ... 5

1.4. Sistematika Penulisan ... 6

1.4.1. Bab I : PENDAHULUAN ... 6

1.4.2. Bab II :TINJAUAN PUSTAKA ... 6

1.4.3. Bab III. METODOLOGI PENELITIAN ... 7

1.4.4. Bab IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 7

1.4.5. Bab V. SIMPULAN DAN SARAN ... 7

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 8

2.1. Kopi ... 8

2.1.1. Standar Mutu Biji Kopi ... 9

2.1.2. Pengolahan Biji Kopi ... 12

2.2. Konsep Dasar Pengeringan ... 13

2.2.1. Pengeringan Dengan Cara Alami ... 15

2.2.2. Pengeringan Dengan Udara Panas ... 16

2.3. Prinsip Pengeringan ... 17

2.4. Faktor Yang Mempengaruhi Pengeringan ... 18

2.5. Bagan Psikrometrik (Psychrometric Chart) ... 19

2.6. Proses Yang Terjadi Selama Proses Pengeringan ... 22

2.7. Perpindahan Panas Dalam Proses Pengeringan ... 23

2.8. Rumus Empiris Untuk Konveksi Bebas ... 24

2.9. Konveksi Bebas Dalam Ruang Tertutup ... 25

2.10 Kandungan Air (Moisture Content) ... 27

2.11 Jumlah Air Yang Diuapkan ... 28

2.12 Penurunan Tekanan ... 28

vi

2.13.1 Indirect Dryers ... 29

2.13.2 Rotary Drying ... 30

2.13.3 Fluidized Bed Dryers ... 31

2.13.4 Drum Dryer ... 32

2.13.5 Spray Dryer ... 32

2.13.6 Cabinet Dryer ... 33

2.14. Jarak Antara Rak Pengering ... 35

2.15. Efesiensi Ruang Pengering ... 35

III. METODOLOGI PENELITIAN ... 37

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 37

3.1.1. Tempat Penelitian ... 37

3.1.2. Waktu Penelitian ... 37

3.2. Alur Penelitian ... 37

3.3. Metode Penelitian ... 39

3.3.1. Perancangan Ruang Pengering ... 40

3.3.2. Fabrikasi Ruang Pengering ... 65

3.3.3. Instalasi Peralatan ... 69

3.3.4. Kalibrasi ... 70

3.3.5. Pengujian Ruang Pengering ... 72

3.3.6. Peralatan dan Bahan ... 72

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 77

4.1. Simulasi Rancangan Ruang Pengering ... 77

4.2. Pengaruh Laju Aliran Massa Udara Terhadap Waktu Pengeringan 80

4.3. Pengujian Pengeringan Biji Kopi ... 83

4.4. Kadar Air Biji Kopi ... 88

4.5. Efesiensi Perpindahan Panas Konveksi Ruang Pengering ... 91

4.6. Pengaruh Kelembaban Udara Terhadap Laju Pengeringan ... 93

V. SIMPULAN DAN SARAN ... 95

5.1. Simpulan ... 95

5.2. Saran ... 96

LAMPIRAN ... 100 LAMPIRAN A (Data Pengujian)

LAMPIRAN B (Gambar blueprint 001-008)

vii DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1. Syarat mutu umum biji kopi ... 10

2.2. Syarat mutu khusus kopi robusta pengolahan kering ... 10

2.3. Syarat mutu khusus kopi robusta pengolahan basah ... 10

2.4. Penentuan besarnya nilai cacat biji kopi ... 11

2.5 Rumus empiris untuk konveksi bebas dalam ruang tertutup ... 36

3.1. Jadwal kegiatan penelitian ... 37

3.2. Parameter awal perancangan ... 40

3.3. Properties material dinding ... 45

3.4. Kondisi simulasi aliran udara ... 51

3.5. Kalibrasi flowrate exhaust fan ... 68

3.6. Hasil kalibrasi flowrate ... 71

4.1. Pengujian ruang pengering tanpa beban ... 80

4.2. Data uji pengerinag biji kopi ... 85

ix DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1.1. Peta potensi energi nasional provinsi lampung ... 2

1.2. Ilustrasi metode pengeringan biji kopi ... 3

2.1. Bagian bagian dari buah kopi ... 9

2.2. Skema sistem pengeringan udara panas ... 16

2.3. Grafik laju pengeringan terhadap kandunagn air bahan ... 17

2.4. Skema dari psychrometric chart ... 19

2.5. Diagram kelembaban udara relatif ... 21

2.6. Diagram temperatur bola kering ... 21

2.7. Diagram temperatur bola basah ... 22

2.8. Diagram proses pengeringan adiabatis ... 23

2.9. Konveksi bebas dalam ruang vertikal tertutup ... 25

2.10. Skema diagram dari karakteristik indirect dryer ... 29

2.11. Diagram sederhana untuk rotary drying langsung ... 30

2.12. Pemasangan fluidized bed dryers ... 31

2.13. Double drum dryer ... 32

2.14. Spray-drying process ... 33

2.15. Skema aliran udara pada tipe cabinet dryer ... 34

3.1. Flowchart penelitian ... 39

x

3.3. Geometri Rak Pengering ... 44

3.4. Skema dinding ruang pengering ... 46

3.5. Dimensi sirip pengarah udara ... 46

3.6. Menentukan bagian masuk dan keluar dari aliran udara ... 48

3.7. Menentukan material yang dipakai ... 49

3.8. Menentukan kondisi batas ... 50

3.9. Menentukan Mesh Sizing ... 50

3.10. Proses Solving ... 51

3.11. Dimensi pengarah aliran udara ... 54

3.12. Dimensi dan bentuk rangka ruang penering ... 55

3.13. Dimensi rancangan ruang pengering ... 56

3.14. Neraca Kesetimbangan Energi ... 57

3.15. Pembuatan rak pengering ... 66

3.16. Pembuatan dinding dan rangka ruang ... 67

3.17. Finishing ruang pengering ... 68

3.18. Instalasi pengujian ruang pengering ... 69

3.19. Pemasangan kabel termokopel pada ruang pengering ... 70

3.20 Kalibrasi flowrate udara masuk ... 71

3.21. Rancangan ruang pengering dan yang telah jadi ... 73

3.22. Heat Exchanger ... 73

3.23. Peralatan Pengujian ... 75

3.24. Grain moisture content ... 76

4.1. Arah aliran udara masuk ... 78

xi

4.3. Grafik pengujian ruang pengering tanpa beban ... 82

4.4. Grafik pengaruh temperatur terhadap waktu pengeringan ... 86

4.5. Uap air yang menempel pada kaca pintu ruang pengering ... 87

4.6. Grafik penurunan kadar air biji kopi ... 89

4.7. Pengujian kadar air dan kondisi dari biji kopi ... 90

4.8. Hubungan efesiensi ruang pengering terhadap waktu ... 91

4.9. Hubungan efesiensi terhadap waktu pengeringan ... 92

xii DAFTAR SIMBOL

A = Luas penampang ; m2

g = Gaya grafitasi bumi ; m/s2

Gr = Bilangan Grashof

h = Koefisien perpindahan panas konveksi ‘ W/m2_.K

H = Tinggi rak pengering ; m

k = Konduktifitas thermal ; W/m.K

ke = Konduktifitas thermal efektif ; W/m.K

K = Konduktifitas thermal biji kopi ; W/m.K

mc = kadar air ; %

ma = Berat air ; kg

mw = Berat air ; kg

ṁȧ = Mass flow udara kering ; lb/min, kg/s

Nu = Bilangan Nusselt

Pa = Tekanan udara atmosfer ; Pa

Ps = Tekanan udara jenuh ; Pa

Pv = Tekanan upa air parsial ; Pa

Pr = Bilangan Prandtl

q = Nilai perpindahan panas ; W

Q = Energi pengeringan ; kJ

R = Kostanta gas ; kJ/kg.K

Ra = Bilangan Rayleigh

RH = Kelembaban Relatif ; %

ta = Ambient temperatur ; ˚C, K

tdp = Dew point temperatur ; ˚C, K

xiii

U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh ; W/m2.K

v = Volume spesifik ; m3/kg

V = Volume ; m3

wi = Berat kopi awal ; kg

wf = Berat kopi akhir ; kg

Wkb = Berat kopi basah ; kg

Wkk = Berat kopi kering ; kg

W = Rasio kelembaban udara ; kg H2O/kg udara kering

Huruf Latin

ηth = Effisiensi teoritis ; %

ϕ = Kelembaban Relatif ; %

β = Koefisien ekspansi thermal volumetric ; K-1

δ = Batas ketebalan ; m

ρf = Densitas fluida ; kg/m3

µ = Viskositas dinamik fluida atau gas ; kg/ms

Subscript

a = Dry air (udara kering)

f = Fluida

in = Inlet (masukan)

lv = Loss ventilation

lw = Loss wall

out = Outlet (luaran)

wv = Water vapour (uap air)

1 = Initial state (kondisi awal)

2 = Final state (kondisi akhir)

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.

Provinsi lampung merupakan salah satu daerah penghasil kopi terbesar di Indonesia. Sebagian besar jenis kopi yang dibudidayakan di Provinsi Lampung adalah jenis kopi robusta. Luas perkebunan kopi robusta sekitar 161677 Ha dengan jumlah produksi 139583 Ton pada tahun 2012 [1]. Dengan produksi sebanyak itu, mayoritas proses pengeringan biji kopi menggunakan metode konvensional. Proses pengeringan konvensional dilakukan dengan meletakan hasil pertanian yang ingin dikeringkan pada suatu media yang berhubungan langsung dengan sinar matahari. Proses pengeringan ini sangat bergantung kepada intensitas sinar matahari. Pengeringan konvensional tidak dapat optimal karena bahan dapat tercemar pada temperatur lingkungan dan kelembaban relatif yang tinggi [2]. Selain itu, perubahan cuaca yang tidak stabil dapat menghambat proses pengeringan biji kopi. Hal itu dikarenakan sebagian besar perkebunan kopi di Provinsi Lampung terdapat pada daerah pegunungan. Suhu udara di daerah pegunungan cenderung rendah. Hal itu menyebabkan proses pengeringan biji kopi memakan waktu yang lama.

Berbagai problema tersebut membuat kualitas produk kopi menurun, sehingga mayoritas petani kopi di Provinsi Lampung merugi. Untuk itu perlu adanya metode

2 pengeringan non konvensional, yaitu dengan menggunakan alat pengering mekanis. Ada beberapa macam alat pengering, diantaranya dengan menggunakan energi listrik, energi matahari dan energi panas bumi. Di Provinsi Lampung, metode pengeringan menggunakan energi panas bumi belum banyak dikembangkan. Selain itu, terdapat beberapa sumber energi panas bumi yang berdekatan dengan daerah perkebunan kopi.. Air panas yang berasal dari mata air panas atau sumur produksi panas bumi pada suhu yang cukup tinggi dialirkan melalui suatu heat exchanger, yang kemudian memanaskan ruangan pengering yang dibuat khusus untuk pengeringan hasil pertanian. Beberapa produk pertanian dan perkebunan yang dapat diproses dengan pengeringan antara lain padi, kopi dan kayu manis.

3 DRYER

Provinsi Lampung merupakan salah satu daerah di Indonesia yang kaya akan sumber energi geothermal atau sumber energi panas bumi. Sedikitnya terdapat 15 lokasi yang memiliki potensi panas yang tersebar di beberapa kabupaten, seperti Tanggamus, Lampung Selatan, Lampung Barat, Pesawaran, dan Way Kanan [19]. Dari beberapa daerah tersebut, potensi panas bumi terbesar terdapat pada daerah Suoh-Sekincau (Lampung Barat), dan Ulubelu (Tanggamus). Selain dari sumber panas bumi yang terdapat pada Kecamatan Ulubelu, daerah tersebut pula memiliki perkebunan kopi robusta yang luas pula sehingga potensi yang ada dapat terintegrasi. Terdapat beberapa metode pengeringan biji kopi, dimana diantaranya adalah pengeringan dengan cara alami dan pengeringan dengan udara panas dari alat penukar panas (heat exchanger). Dengan metode pengeringan dengan udara panas dari alat penukar panas (heat echanger), mutu dari biji kopi dapat terjaga kualitasnya karena tidak terkena langsung oleh bakteri yang ada di udara lingkungan.

FT UNILA Chikal Noviansyah–Universitas Lampung Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Proposal Tugas Akhir 2014

Gambar 1.2 Ilustrasi metode pengeringan biji kopi

BAD

GOOD SUN

4 Pada penelitian ini, penulis membuat suatu prototype ruang pengering tipe

cabinet dryer dengan desain dan instalasi alat yang cukup sederhana. Komponen utama sistem pengeringan energi panas bumi adalah ruang pengering dan alat penukar panas (heat exchanger). Ruang pengering merupakan tempat berlangsungnya proses pengeringan dimana terjadi perpindahan massa air bahan ke udara dalam ruang pengering. Alat ini menggunakan media pengering udara panas yang dihasilkan dari alat penukar panas. Fluida panas yang digunakan untuk menaikan temperatur udara adalah air geothermal. Akan tetapi, pada penelitian ini dilakukan pemodelan untuk fluida panas yang digunakan yaitu air panas boiler. Aliran udara panas dalam ruang pengering berlangsung secara paksa dengan bantuan kipas. Oleh karena itu, distribusi aliran udara panas dirancang melalui setiap rak pengering.

Ruang pengering dirancang untuk mengeringkan biji kopi dengan kapasitas 25 kg per siklus pengeringan. Jumlah rak pada ruang pengering sebanyak sepuluh buah. Aliran udara panas yang terjadi dalam ruang pengering dapat disimulasikan agar mendapatkan distribusi udara panas yang optimal. Simulasi aliran dilakukan denan menggunakan software Autodesk Simulation CFD 2104™. Dengan menggunakan alat pengering ini, diharapkan dapat mengurangi kadar air yang cukup besar pada biji kopi sebesar 53% sampai 55% sehingga menjadi kadar air akhir pada biji kopi yang dapat memenuhi standar SNI yaitu 12% [3],[4].

5 1.2 Tujuan

Secara umum penelitian ini bertujuan untuk merealisasikan alat pengering biji kopi dengan memanfaatkan energi panas bumi, dengan tujuan khusus yang ditargetkan antara lain:

1. Merancang dan membuat ruang pengering untuk sistem pengering biji kopi energi panas bumi.

2. Mengoptimasi laju aliran udara panas didalam ruang pengering dengan menggunakan simulasi.

3. Mengetahui distribusi temperatur udara dan besar perpindahan panas konveksi dalam ruang pengering serta pengaruhnya terhadap pengurangan kadar air biji kopi

4. Mengetahui besar efesiensi ruang pengering selama proses pengujian.

1.3. Batasan Masalah

Kajian dalam penelitian ini ditekankan dalam beberapa hal yaitu:

1. Metode pengeringan biji kopi menggunakan metode pengeringan basah. 2. Biji kopi yang digunakan sebagai bahan uji hanya ditinjau dari kadar air awal

dan akhir

3. Kadar air dari biji kopi diasumsikan seragam.

4. Simulasi laju aliran udara panas menggunakan software Autodesk Simulation CFD 2014.

6 1.4. Sistematika Penulisan

Isi dari proposal Tugas Akhir ini terdiri atas beberapa bab dengan substansi yang berbeda-beda sebagai berikut :

1.4.1 Bab 1 : PENDAHULUAN

Latar belakang penelitian ini menjelaskan tentang kondisi cuaca yang tidak menentu di Provinsi Lampung berakibat pengeringan biji kopi secara konvensional tidak optimal serta membutuhkan waktu yang relatif cukup lama. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu alat pengering biji kopi yang tidak bergantung dengan keadaan cuaca. Potensi energi panas bumi di Provinsi Lampung dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi panas untuk pengeringan biji kopi. Dengan demikian, merancang, membuat serta menguji alat pengering biji kopi energi panas bumi merupakan tujuan utama dari penelitian ini. Untuk memfokuskan penelitian, penelitian ini ditekankan pada beberapa pokok subjek yang terdapat di batasan masalah.

1.4.2 Bab II : TINJAUAN PUSTAKA

Subbab pertama pada bab ini adalah penjabaran terkait biji kopi, dan yang kedua adalah metode pengolahan biji kopi dan penjabaran mengenai proses pengeringan biji kopi yang didalamnya dipaparkan tentang prinsip pengeringan, faktor faktor yang mempengaruhi proses pengeringan, psychrometric chart, perpindahan panas yang terjadi pada proses pengeringan, serta proses perpindahan panas konveksi yang terjadi selama proses pengeringan biji kopi. Subbab terakhir adalah, perancangan ruang pengering tipe cabinet dryer meliputi perancangan dimensi ruang pengering, dan mekanisme distribusi aliran udara.

7 1.4.3. Bab III : METODOLOGI PENELITIAN

Tempat dan waktu penelitian akan dipaparkan dengan jelas pada bab ini.Kemudian terdapat penjelasan rinci mengenai metode penelitian seperti, teknis merancang setiap perangkat pada ruang pengering, teknik mewujudkan rancangan ke produk jadi, dan cara meng-install semua perangkat yang telah dibuat. Selanjutnya ada subbab yang membahas langkah kalibrasi perangkat sebelum dilakukan uji coba, dan metode pengambilan data. Dalam subbab metode pengambilan data akan diuraikan secara terperinci, tahapan untuk mendapatkan laju aliran udara terbaik untuk proses pengeringan. Dilanjutkan metode yang dilakukan, untuk pengujian pengeringan biji kopi.

1.4.4. Bab IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil penelitian berupa data pengujian ruang pengering berbagai variabel di dalam proses pengeringan, disajikan ke dalam bentuk tabel maupun grafik pada bab ini. Dilengkapi juga dengan analisa pada semua kecenderungan data yang diperoleh dari pengujian yang dilandasi kajian teori ilmiah.

1.4.5. Bab V : KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini diuraikan intisari terhadap semua analisa data percobaan, termasuk saran yang berisi uraian informasi, untuk dilakukan pada penelitian selanjutnya. Semua ini agar pada penelitian berikutnya, pengembangan alat bisa dikaji lebih sempurna dibandingkan saat ini.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kopi

Tumbuhan kopi (Coffee Sp.) termasuk familia Rubiaceae yang dikenal mempunyai sekitar 500 jenis dengan tidak kurang dari 600 species. Genus Coffee

merupakan salah satu genus penting dengan beberapa species yang mempunyai nilai ekonomi dan dikembangkan secara komersial, terutama:

a. Coffee Arabica L. dengan hibridanya;

b. Coffee Liberica;

c. Coffee Caephora, diantaranya varietas robusta.

Tanaman kopi termasuk tumbuhan tropic yang sangat mampu melakukan penyesuaian dengan keadaan kawasan. Walaupun tumbuhan tropic, tanamannya tidak menghendaki suhu tinggi dan memerlukan tumbuhan naungan. Suhu di atas 35 ºC dan sebaliknya suhu dingin-beku (frost) dapat merusak panen bahkan mematikan tanaman kopi. Tanamannya menghendaki suhu berkisar 15-30 ºC.

Untuk pengembangan budidaya secara komersial, perlu diperhatikan bahwa tanaman kopi arabika menghendaki suhu harian antara 15-24ºC dan dengan suhu diatas 25ºC kegiatan fotosintesis tumbuhannya akan menurun dan akan berpengaruh langsung pada hasil kebun. Tanaman robusta menghendaki suhu sekitar 24-30ºC.

9 Gambar 2.1. Bagian bagian dari buah kopi [13].

Keterangan :

1. Kulit buah (exocarp) berwarna hijau selagi buah belum matang dan berubah menjadi berwarna merah jika buah matang.

2. Daging buah (mesocarp) berwarna putih, berair dan agak manis 3. Kulit tanduk (endocarp) biji kopi yang keras.

4. Kulit ari yang tipis dan membungkus biji kopi.

5. Endosperma merupakan bagian dalam biji kopi yang mengandung unsur dan zat rasa dan aroma kopi dan lain lain kandungan.[13]

2.1.1 Standar Mutu Biji Kopi

Ketentuan mengenai mutu biji kopi pada saat ini umumnya berdassarkan pada penilaian mengenai kandungan cacat cacat biji kopi ada partai biji kopi yang diambil mealalui ‘contoh’ atau ‘sample’ yang mewakili suatu partai biji kopi.

10 Syarat mutu umum dan khusus biji kopi berdasarkan pada SNI biji kopi nomer 01-2907-2008 adalah sebagai berikut:

Tabel 2.1. Syarat mutu umum biji kopi

No Kriteria Satuan Persyaratan

1 Serangga hidup Tidak ada

2 Biji berbau busuk dan atau berbau kapang

Tidak ada

3 Kadar air % fraksi massa Maksimal 12.5

4 Kadar kotoran % fraksi massa Maksimal 0.5

Sumber : SNI 01-2907-2008

Syarat mutu khusus untuk kopi robusta brdasarkan cara pengolahan dan ukuran biji kopi dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 2.2. Syarat mutu khusus kopi robusta pengolahan kering

Ukuran Kriteria Satuan Persyaratan

Besar Tidak lolos ayakan berdiameter 6,5 mm (Sieve No. 16)

% fraksi massa Maks lolos 5

Kecil Lolos ayakan diameter 6,5 mm, tidak lolos ayakan berdiameter 3,5 mm (Sieve No. 9)

% fraksi massa Maks lolos 5

Sumber : SNI 01-2907-2008

Tabel 2.3. Syarat mutu khusus kopi robusta pengolahan basah

Ukuran Kriteria Satuan Persyaratan

Besar Tidak lolos ayakan berdiameter 7,5 mm (Sieve No. 19)

% fraksi massa Maks lolos 5

Sedang Lolos ayakan diameter 7,5 mm, tidak lolos ayakan berdiameter 6,5 mm (Sieve No. 16)

11 Kecil Lolos ayakan diameter 6,5 mm,

tidak lolos ayakan berdiameter 5,5 mm (Sieve No. 14)

% fraksi massa Maks lolos 5

Sumber : SNI 01-2907-2008

Penentuan besar nilai cacat pada biji kopi pun diatur pada SNI biji kopi nomer 01-2907-2008 sebagai berikut:

Tabel 2.4. Penentuan besarnya nilai cacat biji kopi

No Jenis Cacat Nilai Cacat

1 1 (satu) biji hitam 1 (satu)

2 1 (satu) biji hitam sebagian 1/2 (setengah) 3 1 (satu) biji hitam pecah 1/2 (setengah)

4 1 (satu) kopi gelondong 1 (satu)

5 1 (satu) biji coklat 1/4 (seperempat)

6 1 (satu) kulit kopi ukuran besar 1 (satu) 7 1 (satu) kulit kopi ukuran sedang 1/2 (setengah) 8 1 (satu) kulit kopi ukuran kecil 1/5 (seperlima) 9 1 (satu) biji berkulit tanduk 1/2 (setengah) 10 1 (satu) kulit tanduk ukuran besar 1/2 (setengah) 11 1 (satu) kulit tanduk ukuran sedang 1/5 (seperlima) 12 1 (satu) kulit tanduk ukuran kecil 1/10 (sepersepuluh)

13 1 (satu) biji pecah 1/5 (seperlima)

14 1 (satu) biji muda 1/5 (seperlima)

15 1 (satu) biji berlubang satu 1/10 (sepersepuluh) 16 1 (satu) biji berlubang lebih dari satu 1/5 (seperlima) 17 1 (satu) biji bertutul-tutul 1/10 (sepersepuluh) 18 1 (satu) ranting, tanah atau batu berukuran besar 5 (lima)

19 1 (satu) ranting, tanah atau batu berukuran sedang 2 (dua) 20 1 (satu) ranting, tanah atau batu berukuran kecil 1 (satu)

KETERANGAN : Jumlah nilai cacat dihitung dari contoh uji seberat 300 g. Jika satu biji kopi mempunyai lebih dari satu nilai cacat, maka penentuan nilai cacat tersebut didasarkan pada bobot nilai cacat terbesar.

12 2.1.2 Pengolahan Biji Kopi

Penanganan kopi setelah panen dimulai dengan sortasi (pemilihan) gelondong kemudian dilanjutkan dengan pengolahan, sortasi biji dan penyimpanan. Khusus untuk sortasi gelondong, bukan merupakan tahap yang terpisah dari tahap lainnya karena tahap ini sudah dimulai sejak pemetikan dan dilanjutkan kepada tahap pengolahan.

Kopi yang sudah dipetik harus segera diolah lebih lanjut dan tidak boleh dibiarkan begitu saja selama lebih dari 12-20 jam. Bila kopi tidak segera diolah dalam jangka waktu tersebut, maka kopi akan mengalami fermentasi dan proses kimia lainnya yang bias menurunkan mutu. Bila terpaksa belum diolah, maka kopi harus direndam terlebih dulu dalam air bersih yang mengalir.

Prinsip pengolahan buah kopi menjadi biji kopi atau kopi beras adalah melepaskan bagian bagian lain dari biji kopi yang tidak dikehendaki seperti: kulit luar, daging buah , kulit tanduk dan kulit ari. Untuk memperoleh biji kopi tersebut, terdapat 2 cara yaitu cara kering OIB (Oest Indsche Bereiding) dan cara basah yang dikenal dengan istilah WIB (West Indische Bereiding). Pada umumnya pengolahan biji kopi dengan cara kering dilakukan oleh petani kopi rakyat, sedangkan cara pengolahan basah dilakukan oleh perkebunan perkebunan.

a. Pengolahan Biji Kopi Kering

Prinsip pengolahan biji kopi kering ini adalah buah buah kopi yang dipetik lalu dikeringkan di panas matahari sampai buah buahnya menjadi kering, selama 10-14 hari. Kopi yang telah dikeringkan dapat disimpan sebagai kopi gelondongan dan sebelum dijual kopi tersebut ditumbuk atau dikupas dengan huller untuk menghilangkan kulit tanduk dan kulit arinya.

13 b. Pengolahan Biji Kopi Basah

Disebut pengolahan cara basah karena selama pengolahan memerlukan banyak air. Untuk pengolahan cara basah, buah kopi yang sudah dipetik lalu dimasukan kedalam mesin pulper untuk melepas kulit buahnya. Dari mesin pulper buah kopi yang sudah terlepas kulitnya kemudian dialirkan ke dalam tempat pengeraman dan direndam selama beberapa hari untuk fermentasi. Setelah diperam buah kopi lalu dicuci dan akhirnya dikeringkan. Pengeringan dilakukan dengan dijemur dipanas matahari atau dengan menggunakan mesin pengering. Kemudian dimasukan ke mesin

huller atau ditumbuk untuk menghilangkan kuli tanduknya, dan akhirnya dilakukan sortasi.[14].

2.2 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 [25]. Sedangkan menurut Hall [26] dan Brooker et al., [27], 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.

Pengeringan adalah proses pemindahan panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengeringan yang biasanya berupa panas. Tujuan pengeringan adalah mengurangi kadar air bahan sampai dimana perkembangan mikroorganisme dan kegiatan enzim yang dapat menyebabkan pembusukan terhambat atau terhenti.

14 Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lebih lama [14].

Pengeringan merupakan salah satu cara dalam teknologi pangan yang dilakukan dengan tujuan pengawetan. Manfaat lain dari pengeringan adalah memperkecil volume dan berat bahan dibanding kondisi awal sebelum pengeringan, sehingga akan menghemat ruang [28].

Dalam pengeringan, keseimbangan kadar air menentukan batas akhir dari proses pengeringan. Kelembapan udara nisbi serta suhu udara pada bahan kering biasanya mempengaruhi keseimbangan kadar air. Pada saat kadar air seimbang, penguapan air pada bahan akan terhenti dan jumlah molekul-molekul air yang akan diuapkan sama dengan jumlah molekul air yang diserap oleh permukaan bahan. Laju pengeringan amat bergantung pada perbedaan antara kadar air bahan dengan kadar air keseimbangan [29].

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 [30].

Proses pengeringan biji kopi dapat dilakukan dengan cara alami dari sinar matahari dan dengan udara panas dari alat penukar panas.

15 2.2.1 Pengeringan Dengan Cara Alami

Pengeringan bertujuan untuk memperpanjang umur simpan dengan cara mengurangi kadar air untuk mencegah agar tidak ditumbuhi oleh mikroorganisme pembusuk. Dalam proses pengeringan dilakukan pengaturan terhadap suhu, kelembaban (humidity) dan aliran udara. Perubahan kadar air dalam bahan pangan disebabkan oleh perubahan energi dalam sistem. Untuk itu, dilakukan perhitungan terhadap neraca massa dan neraca energi untuk mencapai keseimbangan.

Menurut Banwatt [5] alasan yang mendukung proses pengeringan dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme adalah untuk mempertahankan mutu produk terhadap perubahan fisik dan kimiawi yang ditentukan oleh perubahan kadar air, mengurangi biaya penyimpanan, pengemasan dan transportasi, untuk mempersiapkan produk kering yang akan dilakukan pada tahap berikutnya, menghilangkan kadar air yang ditambahkan akibat selama proses sebelumnya, memperpanjang umur simpan dan memperbaiki kegagalan produk. Produk kering dapat digunakan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan produk baru.

Tujuan pengeringan biji kopi adalah untuk menurunkan kadar air dari 53% - 55% menjadi 11%- 12% [3],[4]. Ada beberapa cara pengeringan yakni dengan sinar matahari, dengan alat pengering dan kombinasi keduanya. Pengeringan kombinasi yaitu pengeringan dengan panas sinar matahari dan panas buatan. Cara ini lebih baik karena tidak tergantung cuaca dan bahan bakar lebih sedikit. Pengeringan dengan sinar matahari menjadikan mutu biji kop lebih baik. Caranya adalah biji kopi ditebarkan di lantai penjemuran di bawah terik matahari. Pengeringan ini membutuhkan tenaga kerja lebih banyak dan sangat tergantung dengan cuaca. Jika cuaca tidak memungkinkan dapat diganti dengan hembusan udara pada pengeringan buatan.Pada tahap awal dengan suhu lingkungan selama 72-80 jam dan diteruskan

16 dengan suhu udara 45- 60˚C sampai buah kering. Lama pengeringan ini 7-8 jam sehari. Lama penjemuran dapat lebih dari 10 hari.

2.2.2 Pengeringan Dengan Udara Panas

Secara buatan proses pengeringan dapat dilakukan dengan alat pengering untuk menghemat tenaga manusia, terutama pada musim hujan. Terdapat berbagai cara pengeringan buatan,salah satunya dengan memanfaatkan aliran udara yang dipanaskan untuk mengurangi kadar air di dalam biji kopi dengan panas pengeringan sekitar 50o_C – ₆₀o_{C, sehingga kadar air turun menjadi 11% -12 %.}

Proses perpindahan panas dengan cara ini berlangsung secara konduksi dan konveksi. Udara bergerak melintasi hamparan biji kopi setelah terlebih dahulu melalui penukar panas. Alat pengering dapat digunakan setiap saat dan dapat dilakukan pengaturan suhu sesuai dengan kadar air biji kopi yang diinginkan. Cara ini lebih baik karena tidak tergantung cuaca dan bahan bakar lebih sedikit.

Gambar 2.2 Skema sistem pengeringan udara panas.[23] Udara Luar

Masuk Penukar Panas Ruang

Bakar Bahan

Bakar

Udara

Gas Pembakaran ke Udara Luar Udara Panas

Udara Bebas

Gas Pembakaran

Ruang Pengering

17 Udara panas di dalam ruang pengering diperoleh dari perpindahan panas dari alat penukar kalor (heat exchanger) tipe compact yang berfungsi untuk memanaskan udara. Udara panas ini digunakan untuk mengurangi kadar air biji kopi. Pergerakan udara didalam ruang pengering berlansung secara paksa, dimana udara bergerak karena ada kipas untuk mendorong udara masuk kedalam ruang pengering melewati alat penukar kalor.

2.3 Prinsip Pengeringan

Pengeringan biji kopi didefinisikan sebagai proses pengurangan kandungan air dari biji kopi. Pengurangan kandungan air biji kopi umumnya dilakukan dengan memberikan panas. Dalam hal ini akan terjadi dua proses secara simultan, yaitu:

1. Perpindahan panas udara dari ruang pengering menuju biji kopi. 2. Perpindahan massa air dari biji kopi ke udara.

Air pada biji kopi yang telah diuapkan dianggap terdiri dari air bebas dan air terikat. Air bebas didefinisikan sebagai sejumlah air dalam biji kopi yang ikatannya sangat longgar sehingga lebih mudah menguap dibandingkan dengan air terikat yang ikatannya lebih kuat.

Gambar 2.3 Grafik laju pengeringan terhadap kandunagn air bahan [16] FALLING RATE

CONSTANT RATE

MOISTURE CONTENT

18 . Laju pengeringan pada proses pengeringan udara tergantung pada kondisi udara, sifat kopi, dan desain alat pengering. Laju pengeringan terdiri dari laju pengeringan tetap (constant rate periode) dan laju pengeringan menurun (falling rate periode)[15].

Pengeringan lapisan tipis untuk biji-bijian (grain) berhubungan langsung dengan udara pengering. Pengeringan lapisan tipis memenuhi persamaan berikut [17]. Proses pengeringan biji kopi mengguanakan panas laten (latent heat) yang terkandung dalam udara panas. Proses pengeringan yang terjadi diasumsikan berjalan secara adiabatis, dimana seluruh panas yang hilang digunakan untuk proses penguapan air pada biji kopi.

2.4 Faktor Yang Mempengaruhi Pengeringan

Ada tiga faktor utama yang mempengaruhi pengeringan yaitu: temperatur udara, kelembaban udara dan aliran udara. Memperluas aliran udara dengan memperbesar saluran udara masuk ke alat pengering menyebabkan turunnya temperatur udara dalam ruang pengering. Pengurangan luas udara masuk ke alat pengering menyebabkan temperature udara meningkat dan kelembaban relatif udara menurun [15].

2.5 Bagan Psikrometrik (Psychrometric Chart)

Psikrometrik merupakan kajian tentang sifat sifat campuran udara dan uap air karena kondisi udara di atmosfir tidak kering bebas. Bagan psikrometrik sangat berguna dalam menentukan sifat sifat udara pada proses pengeringan karena umumnya digambar pada tekanan 1 atm [18].

19 Gambar 2.4 Skema dari psychrometric chart .[21]

Beberapa istilah yang berhubungan dengan bagan psikrometrik antara lain: a. Udara lembab (Moist Air)

Merupakan campuran udara kering dengan uap air. Jumlah uap air yang terkandung di dalam udara sangat bergantung kepada tekanan serta temperatur udara dan uap air.

b. Udara Jenuh (Saturated Air)

Merupakan campuran udara kering dengan uap air dimana jumlah uap air di dalam udara sudah maksimum. Setiap penurunan temperatur menebabkan udara terkondensasi menjadi air.

c. Rasio Kelembaban (Humidity Ratio)

Adalah berat atau massa air yang terkandung dalam setiap kilogram udara kering. Rasio kelembaban ditentukan dengan dasar 1 kg, seperti beberapa sifat yang akan dipelajari, yaitu entalpi dan volume spesifik. Dalam teknik pengkondisian udara, untuk menghitung perbandingan (rasio) kelembaban

20 dapat digunakan persamaan gas ideal, jadi uap air dan udara dapat dianggap sebagai gas ideal, sehingga mengikuti persamaan pvRTserta mempunyai kalor spesifik yang tetap. Udara dianggap sebagai gas ideal karena temperaturnya cukup tinggi dibandingkan temperatur jenuhnya dan uap air dianggap ideal karena tekanannya cukup rendah dibandingkan dengan tekanan jenuhnya. a s t s s a a s s a w R p p R p T R V p T R V p m m W / ) ( / / /   

 ……….… (2.1)

Dengan mensubtitusikan nilai numeris Ra dan Rs ke dalam Persamaan 2.4 diperoleh s t s s t s P p p P p p W   

 0,622

5 . 461

287 _{……….… (2.2)}

d. Kelembaban relatif (relative humidity)

Didefinisikan sebagai perbandingan fraksi molekul uap air dalam udara basah terhadap fraksi molekul uap air jenuh pada temperatur dan tekanan yang sama. Dari hubungan-hubungan untuk gas ideal,  dapat dinyatakan dengan:

s v

p p



 ..……….. (2.3)

Dengan :

Pv= Tekanan uap air parsial

21 Gambar 2.5 Diagram kelembaban udara relatif.[9]

e. Temperatur bola kering (dry bulb temperature)

Merupakan temperatur udara yang terbaca pada termometer sensor kering ketika termometer tidak dipengaruhi oleh kelembaban yang ada dalam udara.

Gambar 2.6 Diagram temperatur bola kering.[9] f. Temperatur bola basah (wet bulb temperature)

Merupakan temperatur udara yang terbaca pada termometer pada saat termometer dilengkapi dengan sumbu basah. Jika lingkungan udara dalam keadaan tak jenuh maka air dalam sumbu akan menguap dan temperatur air berkurang di bawah tempertur bola kering.

22 Gambar 2.7 Diagram temperatur bola basah

g. Temperatur titik embun (dew point temperature)

Adalah temperatur dimana terjadi kondensasi ketika udara didinginkan pada rasio kelembaban dan tekanan konstan. Temperatur titik embun pada diagram psikrometrik dibaca pada daerah temperatur bola kering yang berhubungan dengan kurva kelembaban relatif.

2.6 Proses Yang Terjadi Selama Proses Pengeringan

Proses pengeringan yang terjadi berlangsung secara adiabatis dengan pengertian bahwa panas yang dibutuhkan untuk menguapkan kandungan air pada biji kopi berasal dari udara panas didalam alat pengering saja. Gambar 2.8 menjelaskan kondisi awal dengan temperatur lingkungan ta (ambient temperatur) dan temperatur titik embun tdp (dew point temperatur) dipanaskan hingga mencapai temperatur udara pengering td yang memiliki kelembaban relatif ф1. Selama proses pemanasan berlangsung, perubahan temperatur udara diasumsikan

23 terjadi tanpa mengalami peubahan kandungan air pada biji kopi. Udara akan mempertahankan rasio kelembaban pada nilai yang konstan.

Gambar 2.8 Diagram proses pengeringan adiabatis.[9]

Pada saat udara panas melalui biji kopi yang ingin dikeringkan maka udara panas akan memberikan panas laten untuk proses penguapan air dalam biji kopi. Pada saat air keluar dari biji kopi, temperatur turun menjadi te dan kelembaban udara relatif udara naik menjadi ф2. Air yang diuapkan tiap kilogram udara kering adalah W2 – W1. Selama proses pengerngan berlangsung, terjadi penurunan temperatur bola kering, kenaikan kelembaban udara relatif, dan kenaikan tekanan uap air udara jenuh.

2.7 Perpindahan Panas Dalam Proses Pengeringan

Panas diberikan untuk mengeringkan biji kopi dan menguapkan air yang terkandung dalam biji kopi. Sumber panas yang digunakan adalah air geothermal. Mekanisme perpindahan panas menuju biji kopi dilakukan dengan tiga cara yaitu: konduksi, konveksi, dan radiasi. Dalam proses pengeringan tidak tertutup kemungkinan bahwa konduksi, konveksi dan radiasi terjadi secara bersamaan.

24 Tetapi lebih sering ditemukan bahwa salah salah satu cara perpindahan panas akan lebih dominan dibandingkan dengan yang lain.

Perpindahan panas konveksi dalam ruang pengering terjadi secara alamiah. Konveksi alamiah (natural convection) atau konveksi bebas (free convection) terjadi karena fluida yang terkena proses pemanasan berubah densitasnya dan bergerak naik. Gerakan fluida dalam konveksi bebas terjadi karena gaya apung (buoyancy force) yang dialaminya apabila densitas fluida dekat permukaan perpindahan panas berkurang sebagai akibat proses pemanasan. Gaya apung tersebut tidak akan terjadi apabila fluida tidak mengalami suatu gaya dari luar seperti gravitasi, meskipun gravitasi bukanlah satu satunya medan gaya luar yang dapat menghasilkan arus konveksi bebas [9],[10].

2.8 Rumus Empiris Untuk Konveksi Bebas

Koefisien perpindahan pans konveksi bebas rata rata untuk berbagai situasi dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi sebagai berikut [9]:

m f f f C Gr

Nu  ( Pr ) _{..…..……….... (2.4)}

Dengan

2 3

) (

v x T T g

Grx w









……….. (2.5)

Yang dapat ditafsirkan secara fisis sebagai suatu gugus tak berdimensi yang menggambarkan perbandingan antara gaya apung dengan gaya viskos dalam sistem aliran konveksi bebas dan subskrip f menunjukan sifat-sifat untuk gugus tak berdimensi dievaluasi pada temperatur rata rata.[9],[10].

25 2

w f

T T

T    ..………. (2.6)

Produk perkalian antara angka grashof dan angka Prandl disebut dengan bilangan Rayleigh [9],[10].

Pr .

Gr

Ra ..………. (2.7)

2.9 Konveksi Bebas Dalam Ruang Tertutup

Gambar 2.9 menjelaskan fluida diantara dua plat vertikal yang terpisah

dengan jarak δ. Jika fluida tersebut diberi beda suhu Tw T1 T2 maka

terjadilah perpindahan panas. Dalam gambar tersebut, angka Grashof dihitung sebagai [9].

2 3 2

1 )

(

v T T g

Gr_ 







..……….

.

(2.8)

Angka Grashof yang sangat rendah menyebabkan sedikit arus konveksi bebas dan perpindahan panas berlangsung terutama melalui konduksi melintasi lapisan itu. Pada angka grashof yang lebih tinggi terdapat berbagai ragam aliran dan perpindahan panas meningkat dengan teratur seperti dinyatakan dengan angka Nusselt [9]

L



Gambar 2.9 Konveksi bebas dalam ruang vertikal tertutup [9].

k h

Nu_   ..……….. (2.9) T1 T2

26 Fluks kalor dihitung sebagai:

) (

)

(T₁ T₂ Nu k T₁ T₂ h

qw A

q _{    }



 ..………….. (2.10)

Hasil ini sering dinyatakan dengan istilah konduktivitas termal kentara (apparent thermal conductivity) ke atau konduktivitas termal efektif yang didefinisikan sebagai [9]:

 2 1 T T k A q e 

 _..……… (2.11)

Dengan membandaingkan dua persamaan diatas maka :

k k

Nu  e ..……… (2.12)

Perpindahan panas melintasi celah udara sering dinyatakan dengan nilai R, sehingga:

R T A q 

 _..……… (2.13)

Sesuai dengan bahasan diatas maka nilai R adalah:

e

k

R  ..……… (2.14)

Perpindahan panas pada ruang tertutup horizontal menyangkut dua situasi yang berbeda. Jika plat atas berada pada suhu yang lebih tinggi dari plat bawah maka fluida yang densitasnya lebih rendah berada diatas fluida yang densitasnya lebih tnggi dan tidak terjadi arus konveksi. Proses pemanasan atau pendinginan konveksi alamiah dan ruang tertutup berbentuk silinder vertikal atau horizontal dapat dihitung dengan. [9]

4 / 1 ) Pr ( 55 .

0 _{f f} f Gr

27 Untuk rentang 0.75L/d 2,0. Hasil hasil percobaan untuk konveksi bebas dalam ruang tertutup tidak selalu sama satu dengan yang lain, tetapi semuanya dapat dinyatakan dalam bentuk umum sebagai berikut [9].

m n e L Gr C k k          Pr)

( ..……… (2.16)

Nilai nilai konstanta C,n dan m untuk berbagai situasi fisis dapat dilihat pada tabel 2.5. Nilai tersebut dapat digunakan untuk tujuan perencanaan apabila ada data untuk geometri atau fluida yang dimaksud.

2.10 Kandungan Air (Moisture Content)

Ada dua cara untuk menyatakan kandungan air kopi, yaitu:

1. Basis basah (wet basis) diperoleh dengan membagi berat awal biji kopi dengan berat total biji kopi.

2. Basis kering (dry basis) diperoleh dengan membagi berat awal biji kopi dengan berat total biji kopi.

Hubungan antara basis basah dengan basis kering dan sebaliknya adalah sebagai berikut:

% 100 ) 100

( M x

M M

wb wb

db  _ ..……… (2.17)

% 100 ) 100

( M x

M M

db db

wb  _ ..……… (2.18)

2.11 Jumlah Air Yang Diuapkan

Udara panas dari kolektor masuk ke ruang pengering untuk menguapkan kandungan air pada biji kopi. Kemampuan pengurangan kandungan air oleh ruang

28 pengering akan mempengaruhi hasil akhir dari proses pengeringan. Jumlah air yang diuapkan selama proses pengeringan dihitung dengan persamaan [11].

2 2 1 % 100 ) ( mc mc mc w

m_w i

 

 ..………. (2.19)

2.12. Penurunan Tekanan

Penurunan tekanan antara kedua sisi atas dan bawah rak pengering terjadi akibat perbedaan massa jenis udara di kedua sisi rak pengering. Penurunan tekanan udara diperoleh dengan menggunakan persamaan.

g H

H

p[ ₁( ₁) ₂( ₂)]

 _{  .………… (2.20)}

Dan penurunan tekanan udara juga ditentukan melalui fungsi kecepatan udara (m/A)serta jarak antar rak pengering



H

, yaitu [11]:

A K H m p    



.………. (2.21)

Dimana nilai massa jenis udara diperoleh dengan menggunakan persamaan gas ideal.

RT p



 .………. (2.22)

2.13 Jenis Jenis Pengeringan

Terdapat beberapa metode pengeringan biji kopi yang masih digunakan, yaitu pengeringan alamiah menggunakan panas matahari, pengeringan menggunakan bahan bakar dan pengeringan gabungan.

2.13.1 Indirect Dryers

Pengeringan dilakukan dengan mentransfer udara panas ke bahan yang masih basah melalui dinding penahan. Laju pengeringan tergantung pada kontak

29 bahan basah dengan permukaan panas. Menurut Hall (1980), Indirect Dryers (atau kontak atau konduktif) adalah pengering dimana media pemanas (misalnya, uap, gas panas, cairan panas) tidak langsung berkontak dengan produk yang dikeringkan. Sebaliknya, bahan basah yang dikeringkan dengan kontak langsung dengan permukaan yang dipanaskan [22].

Gambar 2.10 Skema diagram dari karakteristik indirect dryer.[17]

Karakteristik pengering tidak langsung adalah panas terselubung, ruangan logam berdinding baik diam maupun berputar dan kontak dengan bahan basah dikeringkan. Dalam beberapa kasus, ruang pengering dilengkapi dengan penggerak. Kondensasi uap (medium pemanas yang paling populer), air panas, gas pembakaran, garam cair, atau listrik (kurang populer karena biaya tinggi yang terlibat) dapat digunakan untuk memanaskan selubung, yang pada gilirannya transfer panas ke permukaan pengeringan (dengan konduksi atau, dalam beberapa kasus, konduksi dan radiasi). Media pemanas dan produk yang akan dikeringkan dipisahkan oleh permukaan pengeringan seperti yang ditunjukkan secara skematis pada gambar 2.10.

30 2.13.2 Rotary Drying

Rotary Drying adalah salah satu dari banyak metode pengeringan yang ada di unit operasi teknik kimia. Pengeringan berlangsung di rotary drying, yang terdiri dari shell silinder diputar pada bantalan dan biasanya sedikit cenderung horizontal. Sebuah diagram sederhana dari sebuah rotary drying langsung dapat dilihat pada gambar 2.11. Arah aliran gas melalui silinder relative untuk padatan ditentukan terutama oleh sifat-sifat bahan yang diproses. Aliran tidak langsung digunakan untuk panas yang sensitif bahan bahkan untuk suhu gas inlet tinggi karena pendinginan yang cepat dari gas selama awal penguapan air , sedangkan untuk lainnya bahan aliran berlawanan arah yang diinginkan untuk mengambil keuntungan dari efisiensi termal yang lebih tinggi yang dapat dicapai dengan cara ini. [17]

Gambar 2.11 Diagram sederhana untuk rotary drying langsung.[17] 2.13.3 Fluidized Bed Dryers

Fluidized Bed Dryers (FBD) digunakan secara ekstensif untuk

pengeringan partikel basah dan bahan granular yang dapat terfluidisasi, dan bahkan lumpur, pasta, dan suspensi yang dapat terfluidisasi di bed dari lembam padatan.

31 Gambar 2.12 Pemasangan fluidized bed dryers[17]

Mereka umumnya digunakan dalam banyak pengolahan produk seperti bahan kimia, karbohidrat, bahan makanan, biomaterial, produk minuman, keramik, obat-obatan dalam bentuk bubuk atau diaglomerasi bentuk, kesehatan produk, pestisida dan bahan kimia pertanian, zat warna dan pigmen, deterjen dan bahan aktif permukaan, pupuk, polimer dan resin, tanin, produk untuk kalsinasi, pembakaran, pembakaran, pengelolaan sampah proses, dan proses perlindungan lingkungan. Udara panas dipaksa melalui partikel partikel produk dengan kecepatan yang cukup tinggi agar melebihi gaya gravitasi, sehingga partikel partikel produk yang dikeringkan terebut delalu dalam posisi melayang-layang dalam udara panas pengering [17].

2.13.4 Drum Dryer

Drum Dryer umumnya digunakan untuk mengeringkan bahan yang kental,

solusi terkonsentrasi, lumpur atau pasta dan di berputar dengan uap yang dipanaskan dalam drum. Hal ini juga dapat digunakan untuk mengeringkan solusi terkonsentrasi atau bubur yang menjadi lebih kental atau pucat karena berkedip

32 atau mendidih off kelembaban atau transformasi termokimia tidak dapat diubah dari konten mereka yang terjadi pada pertama mereka kontak dengan permukaan drum panas.[17]

Gambar 2.13 Double drum dryer.[17]

2.13.5 Spray Dryer

Spray dryer merupakan suatu alat pengering yang digunakan untuk mengurangi kadar air suatu bahan sehingga dihasilkan produk berupa bubuk melalui penguapan cairan. Spray dryer meggunakan atomisasi cairan untuk membentuk droplet, selanjutnya droplet yang dikeringkan menggunakan udara kering dengan suhu dan tekanan yang tinggi. Bahan yang digunakan dalam pengeringan spray dryer dapat berupa suspensi, disperse maupun emulsi. Sementara produk akhir yang dihasilkan dapat berupa produk bubuk, granula maupun aglomerat tergantung sifat fisik-kimia bahan yang akan dikeringkan, desain alat pengering dan hasil akhir produk yang diinginkan.[17]

33 Gambar 2.14 Spray-drying process.[17]

2.13.6 Cabinet Dryer

Cabinet dryer merupakan alat pengering yang menggunakan udara panas dalam ruang tertutup (chamber). Ada dua tipe yaitu tray dryer dan vacuum dryer.

Vacuum dryer menggunakan pompa dalam penghembusan udara, sedangkan pada

tray dryer tidak menggunakan pompa [6]. Produk yang sesuai dikeringkan dengan alat ini adalah produk yang memiliki keseragaman yang tinggi misalnyakakao, jagung, pisang dan kopra. Kelebihannya adalah harga murah, karena membutuhkan daya yang tidak terlalu tinggi [7].

Komponen cabinet dryer adalah tray, heater dan fan. Tray disesuaikan dengan kapasitas jumlah, berat dan ukuran produk pangan. Tray berfungsi sebagai wadah kopra dalam proses pengeringan, yang disusun bertingkat. Sedangkan

heater berfungsi sebagai pemanas udara atau pengering udara dan penghembus udara kering yang akan digunakan dalam pengeringan [8]. Heater memiliki medium pemanas berupa steam. Kualitas steam yang digunakan adalah 90%, agar dapat memanaskan udara secara optimal yang dapat memenuhi kebutuhan panas

34 udara kering dalam pengeringan. Suhu steam yang digunakan adalah 120˚C [8]. Suhu tersebut mampu menghasilkan kalor untuk mengeringkan udara secara optimal.

Gambar 2.15 Skema aliran udara pada tipe cabinet dryer. [23]

Dalam perhitungan neraca panas, dibutuhkan data-data yaitu panas spesifik, panas latent, RH (%) dan suhu sehingga diperoleh hubungan antara RH (%) udara dengan kadar air dalam bahan pangan pada grafik psychrometric charts

[6]. Hubungan tersebut menentukan berapa panas masuk dan keluar yang setimbang. Selain itu, juga menentukan panas yang hilang dalam proses pengeringan. Selain neraca panas, juga dibutuhkan neraca massa untuk mengetahui keseimbangan antara berapa produk yang masuk dengan berapa yang keluar serta berapa uap air yang dilepaskan dalam proses. Ini berpengaruh juga pada perubahan fraksi air dalam bahan pangan [6].

Pemanas/Kipas

A B

Ventilasi Keluar Udara Basah

Udara Kering Masuk Rak Bahan

A : Saluran Masuk

35 2.14 Jarak Antara Rak Pengering

Jarak antara rak pengering mempengaruhi distribusi temperatur udara selama berada dalam ruang pengering. Parameter ini diperoleh dari kapasitas pengeringan yang harus dikeringkan [11].

H A w V

kopi

i  



 .………... (2.21)

2.15 Efesiensi Ruang Pengering

Efesiensi ruang pengering didefinisikan sebagai perbandingan penggunaan panas teoritis pada alat pengering dengan panas hasil perancangan yang dibutuhkan untuk mengeringkan kopi [12].

n perancanga teoritis q

q



36 Tabel 2.5 Rumus empiris untuk konveksi bebas dalam ruang tertutup, kostanta korelasi disesuaikan oleh Holman [9].

Fluida Geometri Grδ Pr Pr L/δ C n m

Gas Pelat vertikal, Isothermal

Pelat Horizontal, Isothermal, dipanaskan dari bawah

< 2000 6000 – 200000 200000 – 1,1x107

<1700 1700 – 7000 7000 – 3,2x105

>3,2x105

Ke/k = 1,0

0,5 – 2 0,5 – 2

Ke/k = 1,0

0,5 – 2 0,5 – 2 0,5 – 2

11 – 42 11 – 42

0,197 0,073 0,059 0,212 0,061 1/4 1/3 0,4 1/3 1/4 -1/9 -1/9 0 0 0

Zat cair Pelat Vertikal, Fluks kalor tetap atau isothermal

Pelat horizontal, Isothermal, dipanaskan dari bawah

<2000 104– ₁₀7

106– ₁₀9

<1700 1700 – 6000 6000 – 37000

37000 – 108

>109

Ke/k = 1,0

1 – 20000 1 – 20

Ke/k = 1,0

1 – 5000 1 – 5000 1 – 20 1 – 20

10 – 40 1 – 40

0,046 0,012 0,375 0,13 0,57 1/3 0,6 0,2 0,3 1/3 0 0 0 0 0 Gas atau zat cair Annulus vertikal Annulus horizontal, isothermal, annulus bola

Sama seperti pelat vertikal 6000 – 106

106– ₁₀8

120 – 1,1x109

1 – 5000 1 – 5000 0,7 - 4000

0,11 0,40 0,228 0,29 0,20 0,226 0 0 0

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Tempat serta waktu penelitian yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

3.1.1. Tempat Penelitian

Proses perancangan, fabrikasi ruang pengering serta pengambilan data eksperimen pada penelitian ini dilakukan pada Laboratorium Termodinamika di Jurusan Teknik Mesin. Sedangkan, pengujian kadar air dari biji kopi dilakukan pada Laboratorium Analisis Hasil Pertanian di Jurusan Teknologi Hasil Pertanian. 3.1.2. Waktu Penelitian

Penelitian akan dilakukan pada bulan Juli hingga November 2014 dengan jadwal kegiatan tersusun pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Jadwal kegiatan penelitian

Kegiatan Juli Agustus September Oktober November 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 Studi Literatur

2 Perancangan & Simulasi ` 3 Pembelian alat dan bahan

4

Pembuatan Ruang

Pengering 5 Eksperimen 6 Pembuatan laporan akhir

3.2. Alur Penelitian

38

Start

Perancangan

1. Perancangan Dimensi 2. Simulasi Aliran Udara 3. Analisa Energi Yang aaDibutuhkan

Studi Literatur 1. Jurnal 2. Text Book

Apakah Rancangan Sudah

Benar ? Belum

Pengadaan Raw Material, Tools, dan

Alat Pendukung Sudah

Apakah Persiapan T elah

Selesai? Belum

Sudah Proses Fabrikasi Ruang Pengering T ipe Cabinet

Dryer

Apakah Fabrikasi T elah

Selesai? Belum Menginstall Ruang Pengering Dengan Heat Exchanger dan Boiler

Kalibrasi Alat Meliputi :

1. Laju Aliran Udara Masuk Ruang Pengering Dengan Mengatur T egangan Regulator Pada Kipas Dari 125 -200 V 2. T emperatur Ruangan Pada Input, Rak 1, Rak 2, Rak 3, Rak 4, Rak 5 dan Output

Pencatatan Data : 1. Laju Aliran Udara

2. T emperatur dan Kelembaban

A

A

Apakah Data Sudah Cukup? Belum

Pengujian Ruang Pengering T anpa Beban Variasi Laju Aliran Udara Dengan Set T egangan Kipas 125,150,175,200 Volt

Pengambilan Data Distribusi T emperatur Dalam Ruang Pengering Pada Saluran Udara Masuk, Rak 1, Rak 2, Rak 3, Rak

4, Rak 5 dan Saluran Udara Keluar Sekaligus Durasi Untuk Mencapai T emperatur Konstan Pada 50 Derajat

Celcius

Dokumentasi Data :

1. T emperatur Pada Setiap Bagian 2. Waktu Mencapai T emperatur Konstan

Apakah Data Sudah

Benar?

Pemilihan Laju Aliran Udara T erbaik Untuk Pengujian Dengan Beban

Persiapan Bahan Uji Ruang Pengering Yaitu Biji Kopi Serta Kadar Air Awal Kopi

Apakah Bahan Sudah Siap?

B

Sudah Belum Sudah Sudah

39 Gambar 3.1. Flowchart penelitian

3.3 Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini terbagi dalam tiga tahap yaitu : perancangan ruang pengering (perancangan dimensi ruang pengering dan analisa energi yang dibutuhkan ruang pengering), pembuatan ruang pengering dan pengujian ruang pengering dengan beberapa parameter uji.

Pengujian Ruang Pengering Dengan Beban

Biji Kopi 25 Kg.

Dokumentasi Data :

1. T emperatur Pada Setiap Bagian 2. Waktu Pengeringan

3. Kadar Air Kopi T iap Jam

Analisa Kesetimbangan Energi

Pengeringan

B

Pengolahan Data Menjadi Grafik

Grafik :

1. T emperatur ; Waktu

2. Perpindahan Panas Konveksi ; Waktu 3. Kadar Air ; Waktu

Analisa :

1. Distribusi T emperatur Dalam Ruang Pengering 2. Waktu Pengeringan

3. Penurunan Kadar Air Biji Kopi

Kesimpulan

40 3.3.1. Perancangan Ruang Pengering

Terdapat tiga tahap dalam melakukan penrancangan ruang pengering yaitu: perancangan dimensi dari ruang pengering, analisa energi yang dibutuhkan selama proses pengeringan dan perhitungan perpindahan panas konveksi yang terjadi selama proses pengeringan.

a. Perancangan dimensi ruang pengering

Ruang pengering dirancang untuk kapasitas kopi sebanyak 25 kg, dan massa jenis biji kopi adalah 721 kg/m3. Perancangan dilakukan untuk menentukan dimensi ruang pengering.

Langkah pertama adalah mengasumsikan beberapa parameter awal perancangan. Parameter awal perancangan dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 3.2 Parameter awal perancangan

No Data yang ditentukan Nilai Keterangan 1 Kelembapan relatif udara masuk ke ruang

pengering

70 % Diasumsikan

2 Kelembapan relatif udara keluar dari ruang pengering

75 % Diasumsikan

3 Temperatur udara lingkungan 27 ºC 4 Temperatur udara masuk ruang pengering 50 ºC

4 Temperatur udara keluar dari ruang pengering 40 ºC Direncanakan 5 Kandungan air biji kopi awal 53-55% SNI biji kopi 6 Kandungan air biji kopi akhir 11-12% SNI biji kopi 7 Ketinggian ruang pengering dari tanah 0.3 m Direncanakan 8 Ketinggian saluran udara keluar dari ruang

pengering

0.3 m Direncanakan

Asumsi ini di ditujukan agar menjadi acuan pada perhitungan perancangan dimensi ruang pengering. Sifat sifat dari biji kopi diasumsikan seragam, dan kadar air yang diperhitungkan hanya pada awal dan akhir saja.

41 Langkah selanjutnya adalah menentukan massa jenis udara (ρ) pada ketinggian H1, H2, dan ΔH dari setiap kondisi temperatur.

 ρ =  RT p = K K kg kJ m J 300 . / 287 / 101325 3 

=

1.176829268 kg/m3

 ρ1 =

1 RT p = K K kg kJ m J 323 . / 287 / 101325 3  = 1.09303028 kg/m3

 ρ2 =

2 RT p = K K kg kJ m J 313 . / 287 / 101325 3 

= 1.127951375 kg/m3

Setelah mendapatkan massa jenis udara pada setiap ketinggian, maka besar penurunan tekanan Δp dalam ruang pengering dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yaitu:

p



H₁



_₁



H₂



_ ₂





g

=



0.3



1.1768292681.09303028



0.3(1.1768292681.127951375)



9.81 = 0.390468061 Pa

Dengan kapasitas pengeringan sebesar 25 kg, maka jumlah air yang harus diuapkan ( mw) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 2.19 yaitu:

42





2 2 1 % 100 mc mc mc w m i w _   = % 12 % 100 %) 12 % 55 ( 25   kg

= 12.21590909 kg

Langkah selanjutnya adalah menentukan rasio kelembapan udara awal (W1) dan rasio kelembapan akhir (W2) menggunakan bagan psikrometrik.

Gambar 3.2 Menentukan rasio kelembaban udara

Dengan menggunakan diagram psikometrik, untuk kelembapan udara masuk Φ1 = 70% dengan temperatur udara sekitar adalah 27ºC maka didapat perbandingan kelembapan udara (humadity rasio) W1 = 0.016 kg air/ kg udara kering, dan meningkat dengan kelembaban udara keluar Φ2 = 75% yaitu W2 = 0.024 kg air/ kg udara kering. Sehingga massa udara kering yang dibutuhkan ( ma ) untuk menguapkan kandungan air biji kopi dapat ditentukan dengan:

) / ( _ker 2 1 ing udara air a

w _{kg kg}

m m W

43

ma=

1 2 W W m_w  = 016 . 0 024 . 0 9kg 12.2159090 

= 1526.988636 kg

Apabila massa udara kering yang dibutuhkan untuk menguapkan kandungan air dari biji kopi telah didapat, maka laju aliran massa ( m ) dapat ditentukan dengan membagi massa udara kering ( ma ) dengan lamanya waktu pengeringan ( t ).

menit t m m a 60   = s 3600 10 kg 6 1526.98863 

= 0.042416351017 kg/s

Menentukan perbandingan jarak antara rak pengering ( ΔH ) dengan luas ruang pengering (A) menggunakan persamaan2.21 :



m K p A

H _  kopi 

 . . 1 2.54498106 8 1.17682926 0.517819 1

0.39046806  

  A H 7 0.09349579   A H dan.

 AΔH =

kopi i w



AΔH = 3

/ 721 25 m kg kg

44 Dengan metode subtitusi didapat nilai A dan ΔH yaitu:

 A = 0.608984623 m2 = 6089.84623 cm2

 _{ΔH =} 0.056937503 m = 5.6937503 cm = 6 cm

Seluruh dimensi tersebut diubah menjadi geometri seperti yang terlihat pada gambar 3.2.

TAMPAK ATAS SKALA 1:4

TAMPAK DEPAN SKALA 1:4

Gambar 3.3 Geometri Rak Pengering

Apabila dimensi dan jarak dari tray telah diketahui maka langkah selanjutnya adalah menentukan jenis material yang dipakai pada dinding ruang

45 pengering. Parameter yang dibutuhkan untuk ruang pengering adalah material yang mampu mengisolasi dan menahan panas agar tetap terjaga didalam ruang pengering. Sifat dari material yang dipilih dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 3.3 Properties material dinding

No Jenis Material Konduktifitas Thermal Tebal

1 Wood (Cypress) 0.097 W/m.K 18 mm

2 Alumunium 237 W/m.K 0.2 mm

Pemilihan material kayu jenis cypress karena memiliki konduktifitas tthermal yang kecil, sehingga dapat menjadi isolator yang baik. Sedangkan pemilihan alumunium bertujuan agar panas yang ada tetap terjaga didalam ruang pengering. Dimensi dari tebal material bergantung pada ketersediaan nya di pasaran. Analisa energi yang mampu ditahan dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut.

                2 2 1 1 1 k x k x U               097 . 0 018 . 0 273 002 . 0 1 U

= 5.388644 W/m2 ºC Maka,

menyeluruh T

A U

Q  . .

= 5.388644 W/m2 K . 5.417866 m2 . 26 K = 759.0687W

76 Gambar 3.23 Peralatan Pengujian

j. Grain Moisture Content

Kadar air biji kopi dapat diketahui dengan menggunakan alat grain moisture content. Alat ini dapat mengukur kadar air dari beberapa hasil pertanian yang berbentuk biji bijian. Kapasitas ukur dari alat ini adalah 7 - 40 % dari bahan yang akan diukur.

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan

Berdasarkan hasil pengujian terhadap ruang pengering biji kopi yang dirancang, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Hasil rancangan ruang pengering memiliki spesifikasi sebagai berikut: Jarak antar rak = 56 mm; dimensi rak = 800 x 600 mm; jarak saluran udara masuk dengan rak pengering = 500 mm dan saluran udara keluar 200 mm; Dimensi saluran udara masuk = 400 x 300 mm dan saluran udara keluar = 275 x 165 mm; jarak ruang pengering dari permukaan tanah = 200 mm; tebal dinding kayu = 18 mm dan alumunium = 0.2 mm; menggunakan pengarah udara yaitu separator dan sirip. Disamping itu kapasitas biji kopi yang dapat dikeringkan pada ruang pengering adalah 25 kg.

2. Optimasi laju aliran udara ruang pengering dilakukan dengan menambah separator pengarah udara berbentuk cone dan sirip sirip pada setiap rak. 3. Laju aliran massa udara optimal adalah 0.226662 kg/s dengan beda potensial

kipas 125 V.

4. Temperatur tertinggi ruang pengering salama pengujian adalah 52.5˚C sedangkan perpindahan panas konveksi tertinggi yang terjadi dalam ruang pengering sebesar 34.0684728 W.

96 5. Efesiensi perancangan ruang pengering selama proses pengeringan biji kopi

adalah 73.596515 %.

6. Kadar air awal biji kopi pada penelitian ini adalah 39.5% dan kadar air biji kopi setelah dikeringkan 12.5% dengan laju pengeringan 0.3205 kg/s .

5.2. Saran

Untuk menyempurnakan kekurangan dan mengembangkan riset pengeringan kopi saat ini, disarankan untuk melakukan hal berikut:

1. Disarankan untuk penelitian selanjutnya menggunkana metode pengeringan cara basah sebagai perbandingan.

2. Pada saat perancangan, faktor kelembaban udara ruang pengering harus diperhitungkan agar kondensasi udara tidak terjadi.

2. Melakukan simulasi distribusi temperatur untuk mendapatkan rancangan yang lebih optimal.

3. Pada saat pengujian, usahakan agar keadaan lingkungan sekitar tidak basah, karena akan mengakibatkan naiknya kelembaban relatif udara masuk ruang pengering.

DAFTAR PUSTAKA

[1] BPS Lampung 2013. Lampung Dalam Angka 2013.

[2] Ayensu, Akwasi. 1998. Dehydration Of Food Crops Using Solar Dryer With Convective Heat Flow. University Of Cape Coast. Cape Coast [3] Modul tanaman kopi dan komposisi buah kopi. THP UNILA

[4] BSN. 2008. Standar Nasional Indonesia (SNI) Biji Kopi. Badan Standarisasi zzzzNasional

[5] Banwatt, George. 1981. Basic Food Microbiology. Connecticut: The Avi zzzzPublishing Company, Inc.

[6] Singh, Paul. 2001. Introduction to Food Enginering. New Jersey: Academic zzzzPress.

[7] Fellows, P. 1990. Food Processing Technology Principles and Practice. New York : Ellis Horwood.

[8] Severn, W. 1954. Steam, Air and Gas Powder. New York: John Willey and zzzzSons, Inc.

[9] Holman, Jack P., dan alih bahasa oleh Prof. E. Jasjfi M.Sc. 1997. Perpindahan Kalor. Erlangga. Jakarta

[10] Incropera, Frank P., Dewitt, David P. 2002. Fundamental Of Heat And Mass zzzzTransfer Fifth Edition. John Willey & Sons Inc. New York

Surya. Pradnya Paramita. Jakarta

[12] Duffle, JA., and Beckman, WA. 1980. Solar Engineering And Thermal Processes. Jhon Willey And Sons Inc. New York

[13] Siswoputranto, P.S. 1993. Kopi Internasional dan Indonesia. Kanisus. zzzzYogyakarta

[14] Sivetz, M. and N, W. Desrosier. 1979. Coffee Technology. The Avi Publishing, Co.Inc. Wesport Connectient. Pp209-313

[15] Scanlin, Dennis. 1997. The design, Construction, And Use Of An Indirect, zzzzThrough-Pass, Solar Food Dryer. Home Power

[16] Drying Of Food. ITGD

[17] Majumdar, Arun S. 2006. Handbook Of Industrial Drying, Third Edition. zzzzMarcel Dekker, Inc.

[18] Stocker, W.F., Jones, J.W. 1989. Refrigeration And Air Conditioning, Second Edition. McGraw-Hill, Inc

[19] Rudiansyah .2013. Lampung Kaya Sumber Panas Bumi,

http://lampost.co/berita/lampung-kaya-sumber-panas-bumi diakses pada hari Sabtu 24 Mei 2014 Pukul 11:40

[20] ESDM. 2009. Peta Potensi Energi Nasional Provinsi Lampung. Kementrian ESDM Indonesia

[21] Chengel, Yunus A., Boles, Michael A. 1988 . Thermodynamics An Engineering Approach, 5th _{ed. McGraw-Hill.}

[22] Hall CW. 1980 Dictionary of Drying, Marcel Dekker Inc. New York [23] Farel H. Napitupulu, Putra Mora Tua, 2012. Perancangan Dan Pengujian

Alat Pengering Kakao Dengan Tipe Cabinet Dryer Untuk Kapasitas 7,5 Kg Per-Siklus. Teknik Mesin. USU

[24] Brasil Maia. Cristiana, et.al. 2012. Simulation of the Airflow Inside A Hybrid Dryer. Pontifical Catholic University Of Minas Gerais. Brazil

[25] Hendarson, S. M. and R. L. Perry. 1976. Agricultural Process Engineering. 3rd ed. The AVI publ. Co., Inc, Wesport, Connecticut, USA.

[26] Hall, C. W. 1957. Drying and Storage of Agriculture Crops. The AVI aaaaPublishing Company, Inc. Westport, Connecticut.

[27] Brooker, D. B., F. W. Bakker-arkema and C. W. Hall, 1974. Drying Cereal aaaaGrains. The AVI publishing Company, Inc. Wesport.

[28] Rahman dan Yuyun. 2005. Penanganan Pascapanen Cabai Merah. aaaaKanisius:Yogyakarta.

[29] Siswanto, Widiyastuti, Y. 2004. Penanganan Hasil Panen Tanaman Obat aaaaKomersial, Edisi Revisi. Penebar Swadaya. Depok.

[30] Estiasih, Teti dan Kgs Ahmadi, 2009. Teknologi Pengolahan Pangan. Bumi aaaaAksara. Malang.