PERANCANGAN MESIN PEMBUAT KOPI ESPRESSO DENGAN SISTEM HEAT EXCHANGER
HABIBI AL AMIN
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA
2020
NIM: 41318110082
LAPORAN TUGAS AKHIR
PERANCANGAN MESIN PEMBUAT KOPI ESPRESSO DENGAN SISITEM HEAT EXCHANGER
Disusun oleh : Nama
NIM
Program Studi
: Habibi Al Amin : 41318110082
: Teknik Mesin
DIAJUKAN UNTUK MEMENUHI SYARAT KELULUSAN MATA KULIAH TUGAS AKHIR PADA PROGRAM SARJANA STRATA SATU (S1)
AGUSTUS 2020
HALAMAN PENGESAHAN
PERANCANGAN MESIN PEMBUAT KOPI ESPRESSO DENGAN SISTEM HEAT EXCHANGER
Disusun Oleh:
Nama : Habibi Al Amin
NIM : 41318110082
Program Studi : Teknik Mesin
Telah diperiksa dan disetujui oleh pembimbing Pada tanggal (Agustus) 2020
Mengetahui
Dosen Pembimbing Koordinator Tugas Akhir
(Dr. Nanang Rukhyat, MT) (Alief Avicenna Luthfie, ST., M.Eng)
i
HALAMAN PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama : Habibi Al Amin
NIM : 41318110082
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Judul Tugas Akhir : Perancangan Mesin Pembuat Kopi Espresso Dengan Sistem Heat Exchanger
Dengan ini menyatakan bahwa saya melakukan Tugas Akhir dengan sesungguhnya dan hasil penulisan Laporan Tugas Akhir yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Laporan Tugas Akhir ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan di Universitas Mercu Buana.
Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tanpa paksaan.
Jakarta 07 (Agustus) 2020
Habibi Al Amin
ii
PENGHARGAAN
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis banyak mendapat bantuan dan perhatian dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. ALLAH SWT yang senantiasa memberikan kesehatan, keluangan waktu, kemudahan, pemahaman, perlindungan, sehingga saya dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan semaksimal mungkin.
2. Papahku Abdullah Zn dan mamahku Ratna Pinang sari yang selalu memberikan dukungan dan doa selama ini.
3. Bapak Dr. Nanang Ruhyat, ST., MT selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana
3. Bapak Alief Avicenna Luthfie, ST, M.eng. selaku Koordinator Tugas Akhir Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana.
4. Bapak Agung Wahyudi, ST.,MM.,MT selaku mentor dan dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana.
5. Bapak Subekti, ST., MT selaku mentor dan dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana.
6. Ibu Vera Septy Sayeva, S ST.,MT selaku mentor dan dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana.
7. Teman-teman seangkatan dan seperjuangan yang mengalami suka duka yang sama dengan penulis dalam menyusun Laporan Tugas Akhir yang merupakan syarat kelulusan mata tugas akhir pada program Sarjana Strata Satu (S1).
Dalam hal ini penulis menyampaikan permohonan maaf atas segala kekurangan yang mungkin terjadi dalam penyusunan laporan ini. Semoga laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi seluruh pihak yang membaca.
iii
ABSTRAK
Kopi espresso adalah minuman kopi yang diekstraksi menggunakan air panas dengan tekanan tertentu dan waktu antara 25-30 detik yang menghasilkan 25-30ml kopi pekat berbusa
Perancangan mesin espresso dengan sisitem boiler heat exchanger ini bertujan menghasikan dua suhu yang berbeda untuk mengekstraksi kopi dan mensteam susu secara bersamaan, dengan menggunakan baja stainless steel 316 dengan konduktivitas thermal sebebsar 13,99 W/m2K dan rancangan boiler thermal konduksi maka dihasilkan suhu seduh untuk kopi sbesar 90-95 C dengan suhu boiler diantara 100-140 C , acuan perbandingan dengan mesin sejenis yakni mesin espresso giotto, andreja dan rituale yang yang juga menghasilkan suhu keluaran untuk brewing di kisaran 93-95 C yang menandakan bahwa mesin ini sesuai perencananaan, dan dengan hasil ini bisa mendapatkan jumlah variasi penyeduhan sebesar 15 variable yang didapat dari kombinasi 3 variable tekanan pompa dan 5 variable suhu kopi yang bisa digunakan.
Kata kunci: espressso, coffee, heat exchanger.
iv
DESIGN OF AN ESPRESSO COFFEE MAKER WITH A HEAT EXCHANGER SYSTEM
ABSTRACT
Espresso coffee is a coffee drink that is extracted using hot water with a certain pressure and time between 25-30 seconds which produces 25-30ml of concentrated foamy coffee
The design of this espresso machine with a boiler heat exchanger system aims to produce two different temperatures for extracting coffee and steaming milk simultaneously, using stainless steel 316 with a thermal conductivity of 13.99 W / m2K and a thermal conduction boiler design, the resulting brewing temperature for Sbesar coffee 90-95 C with a boiler temperature between 100-140 C, a reference for comparison with similar machines, namely the giotto, andreja and rituale espresso machines which also produce an output temperature for brewing in the range of 93- 95 C which indicates that this machine according to planning, and with this result you can get a number of brewing variations of 15 variables obtained from a combination of 3 variable pump pressure and 5 coffee temperature variables that can be used.
Key words: espressso, coffee, heat exchanger.
V
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN i
LEMBAR PERNYATAAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK iv
ABSTRACT v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR viii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG 1
1.2 RUMUSAN MASALAH 5
1.3 TUJUAN PENELITIAN 5
1.4 RUANG LINGKUP DAN BATASAN MASALAH 5
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 SEJARAH MESIN ESPRESSO 2.2 TIPE-TIPE MESIN ESPRESSO
2.3 KOMPONEN KOMPONEN UTAMA PADA MESIN ESPRESSO 2.3.1 Komponen pemananas air
2.3.2 Pompa (water pump)
2.3.3 Heating element (elemen pemanas) 2.3.4 Valve (katup)
2.3.5 Pressure swich 2.3.6 Pressure gauge 2.3.7 Group head
7 9 13 13 17 20 21 24 25 26
VI
2.3.8 Extraction Switch 27
2.3.9 Steam Wand 27
2.3.10 Steam hot water Knob 27
2.3.11 Water tray 27
2.4 PERPINDAHAN PANAS 27
2.4.1 Perpindahan Kalor secara Konduksi 27 2.4.2 Konduktivitas Termal
29 2.4.3 Perpindahan Kalor secara Konveksi 29
2.5 TIPE-TIPE ALAT PENUKAR KALOR 31
BAB III METODELOGI PENELITIAN
3.1 DIAGRAM ALIR 36
3.2 KONSEP MESIN 43
3.3 MEMBUAT GAMBAR PERANCANGAN MENGGUNAKAN
AUTOCAD 43
3.5 ALAT YANG DIGUNAKAN DALAM PENELITIAN 44
BAB IV SIMULASI DAN PENGUJIAN ALAT
4.1 PROSES KERJA ALAT 45
4.2 PERHITUNGAN PANAS AIR UNTUK KOPI DARI HX 47 4.3 PARAMETER OPERASI UNTUK PROSES PENYEDUHAN 53
BAB V PENUTUP
5.1 KESIMPULAN 54
5.2 SARAN 54
DAFTAR PUSTAKA 55
VII
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Moriondo’s patent for a steam-powered coffee machine Gambar 2.2 Mesin kopi super automatic Kalerm
Gambar 2.3 Mesin kopi otomatis Dolce Gusto Gambar 2.4 Mesin kopi semi otomatis astoria Gambar 2.5 Mesin kopi manual merek La vaponi Gambar 2.6 Dagram mesin espresso dengan single boiler
Gambar 2.7 Diagram mesin espresso dengan single boiler Gambar 2.8 Diagram mesin espresso dengan doble boiler Gambar 2.9 Thermoblock mesin espresso
Gambar 2.10 Tampak dalam Pompa getaran (Vibration Pump)
Gambar 2.11 Pompa rotari(rotary pump) dan Pompa getaran (Vibration Pump) Gambar 2.12 Perbedaan ekstraksi Pompa rotari(rotary pump) dan Pompa getaran
(Vibration Pump)
Gambar 2.13 Elemen pemanas untuk mesin espresso dangn boiler.
Gambar 2.14 3 way selenoid valve espresso machine Gambar 2.15 Safety valve / pressure relief valve Gambar 2.16 Vacuum breaker valve
Gambar 2.17 One way valve / anti-backflow valve Gambar 2.18 Bagian-Bagian Pressure Switch Gambar 2.19 Pressure Gauge untuk mesin espresso Gambar 2.20 Group Head
Gambar 2.21 Perpindahan panas konduksi pada dinding
Gambar 2.22 Beberapa contoh nilai konduktivitas termal material Gambar 2.23 Perpindahan panas konveksi
Gambar 2.24 Aliran searah
Gambar 2.25 Aliran berlawanan arah
8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 22 23 24 24 26 26 28 29 30 31 32
VIII
Gambar 2.26 Penukar kalor tipe plat datar yang melukiskan aliran lintang dengan
kedua fluidanya tak bercampur 32
Gambar 2.27 Pemanas udara aliran lintang yang melukiskan aliran lintang
dengan satu fluidanya barcampur dan fluida lainnya tak bercampur 33 Gambar 2.28 Penukar kalor shell and tube dengan sekat-sekat (baffles) segmen 33
Gambar 2.29 Regenerative heat exchanger 34
Gambar 2.30 Cooling Tower 35
Gambar 3.1 Diagram Alir 36
Gambar 3.2 Alur proses pembutan espresso 38
Gambar 3.3 Profile roasting kopi dan peruntukannya 39
Gambar 3.4 mekanisme penggilingan kopi 40
Gambar 3.5 mekanisme penggilingan kopi gunting 40
Gambar 3.6 Grind size kopi dan peruntukannya 42
Gambar 3.7 Rancangan boiler Heat exchanger 43
Gambar 4.1 Aliran air pada alat 45
Gambar 4.2 Diagram air pada tabung HX 47
Gambar 4.3 Giotto premium HX espresso machine 49 Gambar 4.4 Suhu brewing pada mesin espresso giotto premium 50 Gambar 4.5 Brewing temperatur pada mesin Espresso Andreja, Giotto Dan
Rituale 50
Gambar 4.6 Pengecekan suhu output aktual dengan thermometer 51 Gambar 4.7 Tabel hasil perhitungan panas air pada boiler dan tabung HX 51
Gambar 4.8 Grafik suhu brewing 52
Gambar 4.9 kurva kapasitas pompa espresso 53
IX
