1. Pendahuluan
Kopi merupakan salah satu tumbuhan unggulan yang kontribusinya secara nyata dalam perekonomian nasional ialah selaku sebagai sumber pemasukan petani, penyedia bahan baku industri, penyedia terciptanya lapangan pekerjaan, serta pula penghasil devisa negara[1]. Tumbuhan kopi dibawa masuk dan ditanam di Indonesia semenjak masa penjajahan Belanda. Walaupun kopi bukan tumbuhan asli Indonesia sampai saat ini kopi sudah banyak dibudidayakan di pulau Jawa serta sebagian pulau di Indonesia, konsumsi kopi juga selalu mengalami kenaikan tiap tahunnya, hingga saat ini produksi kopi di Indonesia telah diekspor ke mancanegara[2][3].
Dalam pengolahan terdapat tahap-tahap yang mesti dilakukan seperti pemetikan, pencucian, sortasi, pengeringan dan penyangraian. Pengeringan ialah proses yang bertujuan guna mengurangi kandungan air pada biji kopi agar kualitas produk tetap terjaga. Biasanya petani masih mengaplikasikan proses pengeringan tradisional. Proses ini menggunakan cahaya matahari sebagai medianya serta mempunyai kelebihan dapat menghemat energi, berkurangnya resiko kehancuran kimiawi terhadap penyusutan kandungan air, pemerataan penguapan air pada biji kopi. Tetapi proses ini mempunyai kekurangan juga yaitu ketika sedang memasuki musim hujan, proses pengeringan dibutuhkan kurang lebih 1 hingga 2 minggu dan juga susah untuk memprediksi cuaca pada saat hujan datang sehingga berdampak pada proses pengeringan[4]. Dalam hal ini akibat yang ditimbulkan dapat menyebabkan gagal produksi karena dapat pengaruhi mutu serta kualitas biji kopi.
Melihat dari akibat gagal produksi yang akan terjadi, peneliti hendak merancang prototype mekanis pengeringan biji kopi berbasis IoT (Internet of Things).
Tujuan dari rancangan ini ialah mempercepat proses pengeringan pada biji kopi sehingga waktu bisa digunakan secara efektif serta terhindar dari serangan hama sepanjang pengeringan, sehingga mutu serta kualitas biji kopi tetap terjaga juga bisa digunakan tanpa ketergantungan dengan cuaca, dengan cara memanaskan biji kopi di dalam suatu tempat yang dibuat dari kayu yang di dalamnya dilapisi seng serta aluminium foil supaya pemanasan menyeluruh, ada pula sensor DHT22 yang digunakan untuk mendeteksi suhu dan kelembaban udara di dalam tempat pengering, serta pula sensor load cell yang berperan guna membaca berat biji kopi supaya dapat mengetahui kandungan air.
2.
Metode
2.1. Perancangan Hardware
Gambar 1. Diagram Blok Perangkat Keras
Pada Gambar 1 merupakan gambar diagram kotak dari rangkaian alat yang akan dibuat. ESP 8266 digunakan sebagai mikrokontroler utama pada rangkaian ini, dimana terdapat tiga buah sensor yaitu sensor DHT 22, sensor load cell, dan sensor PZEM-004t.
Fungsi dari sensor DHT 22 adalah untuk membaca suhu dan kelembaban udara di dalam tempat pengering, sensor load cell berfungsi untuk membaca berat dari biji kopi yang ada di dalam tempat pengering, dan sensor PZEM-004t berfungsi untuk membaca tegangan, arus, daya, serta energi yang digunakan pada saat proses pengeringan serta keypad digunakan untuk kalibrasi dan menyalakan atau mematikan alat.
Hasil pembacaan dari sensor akan diolah oleh ESP 8266 yang kemudian akan ditampilkan pada LCD dan pada aplikasi, juga sebagai tolak ukur untuk memberikan notifikasi maupun untuk mengontrol relay yang terhubung dengan kipas dan heater.
Alat ini menggunakan power supply 12V sebagai daya masukan pada rangkaian alat, dimana tegangan 12V digunakan untuk mengaktifkan kipas.
Dari tegangan 12V akan diturunkan menjadi 5V dengan menggunakan step down kemudian tegangan 5V digunakan sebagai supply untuk mengaktifkan ESP 8266 dan sensor-sensor. Heater yang digunakan adalah heater yang bertegangan 220VAC dimana panas yang dihasilkan oleh heater akan didorong masuk melalui lubang bagian atas tempat pengering menggunakan kipas.
Gambar 2. Gambar Realisasi Perangkat Keras
Gambar 2 merupakan rangkaian komponen dalam box mikrokontroler yang terdiri dari ESP 8266 yang digunakan sebagai mikrokontroler utama pada alat, sensor PZEM-004t yang berfungsi untuk membaca tegangan, arus, daya serta energi saat alat pengering digunakan, relay yang terhubung dengan ESP berfungsi untuk mengaktifkan heater dan kipas, keypad digunakan untuk kalibrasi dan menyalakan serta mematikan proses pengeringan, LCD digunakan sebagai indikator dan power supply 12V sebagai daya masukan pada rangkaian.
Gambar 3. Gambar Realisasi Perangkat Keras Box Bagian Dalam
Gambar 3 merupakan tempat rak pengeringan yang berukuran 61,8 cm × 43,6 (p
× l) dan dibagian bawah rak pengeringan terdapat sensor load cell yang digunakan untuk membaca berat biji kopi.
Gambar 4. Gambar Realisasi Perangkat Keras LCD
Gambar 4 merupakan indikator tampilan yang menyertakan hasil berat awal biji kopi. Berat biji kopi pada rak bagian atas bernilai 97 gram dan rak di bagian bawah bernilai 92 gram. Box Mikrokontroler menggunakan bahan triplek yang berukuran 28 cm × 20 cm × 15cm (p × l × t).
Gambar 5. Gambar Realisasi Perangkat Keras Tampak Depan
Gambar 5 merupakan realisasi alat pengeringan biji kopi yang berukuran 67 cm × 46 cm × 66cm (p × l × t). Pada bagian atas alat terdapat kipas yang berfungsi untuk memasukan panas kedalam alat yang dihasilkan oleh heater.
2.2. Perancangan Sistem
Gambar 6 merupakan gambar dari flowchart sistem alat yang akan dibuat. Ketika pertama kali dinyalakan ESP 8266 akan menghubungkan ke WiFi kemudian jika sudah terhubung maka kemudian menghubungkan ke firebase ketika sudah terhubung maka ESP 8266 akan membaca sensor - sensor yang terpasang.
Gambar 6. Flowchart sistem
Ketika suhu yang terbaca < 50˚C maka ESP akan menyalakan heater dengan cara mengirimkan sinyal LOW pada input relay, dan jika suhu yang terbaca sudah diatas 55˚C maka heater akan dimatikan [5][6]. Nilai dari load cell akan di hitung menggunakan rumus untuk mengetahui berkurangnya kadar air pada biji kopi, di mana ketika kadar air <= 20 % maka sistem akan memberi pemberitahuan di aplikasi maupun di LCD[7].
Hasil pembacaan dari sensor PZEM-004t akan ditampilkan pada aplikasi dan juga di LCD yang kemudian hasil pembacaan sensor ini akan menghitung pengeluaran daya dan juga jumlah harga listrik yang digunakan pada alat[8].
2.3. Perancangan Software
Gambar 7 tampilan pada WA telah mencapai berat target yang diharapkan, setelah mencapai berat target maka diberikan notifikasi bahwa telah selesai. Gambar 8 tampilan pada WA notifikasi sudah selesai dan tampilan pada WB sudah mencapai berat target yang diharapkan, Oleh sebab itu tampilan WA dan WB ternotifikasi selesai (proses pengeringan telah selesai) serta tertampil daya tagihan listrik pada aplikasi.
Gambar 9 adalah hasil tampilan akhir pada aplikasi smartphone setelah proses pengeringan selesai. Tampilan berupa waktu proses pengeringan dan output dari sensor (suhu dalam ruang alat, kelembaban, WA dan WB dinyatakan telah selesei ketika target berat sudah tercapai serta tagihan daya selama alat digunakan).
Daya (P) dihasilkan dari Rumus V × I = 214,90 V x 2.22 A, dan didapatkan hasil 476,70W. Untuk mendapatkan hasil pemakaian listrik saat alat digunakan sebagai berikut[9]:
Diketahui 1 kWH = Rp 1.467
Pemakaian = 30 menit
Maka, Biaya daya listrik = P × Pemakaian × perkWH ( 1)
= 476,70 W × 0,5 × Rp 1467 = 349,65 Rupiah
Hasil dari pembacaan tagihan listrik pada aplikasi dan hitungan manual berbeda, perhitungan pada aplikasi terjadi pembulatan secara otomatis, sedangkan hitungan secara manual belum mengalami pembulatan angka,
3. Hasil dan Pembahasan Tabel 1. Pengujian alat No Rak
Biji Kopi
Berat Awal (gram)
Waktu Berat Akhir (gram)
Berkurang kadar air (%)
No Rak Biji Kopi
Berat Awal (gram)
Waktu Berat Akhir (gram)
Berkurang kadar air (%) 1
Rak atas
97 gram
25 menit
77 gram
20 %
16 Rak Atas
95 gram
28 menit
75 gram
21 %
Rak bawah
92 gram
30 menit
73 gram
20 % Rak
Bawah 91 gram
33 menit
71 gram
21 %
2 Rak atas
98 gram
25 menit
78 gram
20 %
17 Rak Atas
97 gram
22 menit
77 gram
20 %
Rak bawah
92 gram
31 menit
74 gram
19 % Rak
Bawah 92 gram
28 menit
70 gram
23 %
3 Rak Atas
94 gram
24 menit
71 gram
24 %
18 Rak Atas
97 gram
26 menit
77 gram
20 %
Rak Bawah
90 gram
31 menit
69 gram
23 % Rak
Bawah 90 gram
31 menit
72 gram
20 %
4 Rak Atas
92 gram
25 menit
72 gram
21 %
19 Rak Atas
96 gram
28 menit
75 gram
20 %
Rak Bawah
94 gram
32 menit
76 gram
19 % Rak
Bawah 92 gram
32 menit
72 gram
21 %
5 Rak Atas
98 gram
26 menit
79 gram
20 %
20 Rak Atas
97 gram
26 menit
79 gram
18 %
Rak Bawah
93 gram
31 menit
71 gram
23 % Rak
Bawah 91 gram
32 menit
72 gram
20 %
6 Rak Atas
98 gram
25 menit
79 gram
19 %
21 Rak Atas
95 gram
27 menit
75 gram
21 %
Rak Bawah
96 gram
30 menit
77 gram
19 % Rak
Bawah 90 gram
31 menit
69 gram
23 %
7 Rak Atas
94 gram
24 menit
73 gram
22 %
22 Rak Atas
98 gram
23 menit
76 gram
22 %
Rak Bawah
91 gram
30 menit
70 gram
23 % Rak
Bawah 94 gram
29 menit
74 gram
21 %
8 Rak Atas
98 gram
27 menit
79 gram
19 %
23 Rak Atas
94 gram
28 menit
73 gram
22 %
Rak Bawah
94 gram
32 menit
75 gram
20 % Rak
Bawah 92 gram
31 menit
71 gram
20 %
9 Rak Atas
99 gram
25 menit
77 gram
22 %
24 Rak Atas
95 gram
26 menit
76 gram
20 %
Rak Bawah
96 gram
30 menit
75 gram
21 % Rak
Bawah 93 gram
30 menit
71 gram
23 %
10 Rak Atas
93 gram
28 menit
70 gram
20 %
25 Rak Atas
97 gram
25 menit
78 gram
19 %
Rak Bawah
94 gram
31 menit
75 gram
20 % Rak
Bawah 93 gram
30 menit
74 gram
20 %
13 Rak Atas
98 gram
22 menit
79 gram
19 %
28 Rak Atas
97 gram
25 menit
77 gram
20 %
Rak Bawah
95 gram
29 menit
75 gram
21 % Rak
Bawah 93 gram
29 menit
72 gram
22 %
14 Rak Atas
94 gram
28 menit
73 gram
22 %
29 Rak Atas
97 gram
27 menit
78 gram
19 %
Rak Bawah
91 gram
33 menit
72 gram
20 % Rak
Bawah 95 gram
30 menit
76 gram
20 %
15 Rak Atas
98 gram
24 menit
77 gram
21 %
30 Rak Atas
98 gram
27 menit
78 gram
20 %
Rak Bawah
95 gram
30 menit
75 gram
21 % Rak
Bawah 96 gram
33 menit
75 gram
21 %
Gambar 10. Biji kopi sebelum dikeringkan Gambar 11. Biji kopi setelah dikeringkan
Gambar 12. Penimbangan biji Kopi Gambar 13. Tampilan proses pengeringan telah selesai
Analisa dari pengujian alat pengeringan biji kopi ini yang dilakukan sebanyak 30 kali dapat disimpulkan bahwa untuk mengurangi kadar air pada biji kopi sebanyak <=
20%, rata - rata memerlukan waktu 30 menit. Hasil pengurangan kadar air, rerata kadar air dan rata – rata waktu yang diperlukan saat proses pengeringan dapat menggunakan persamaan rumus sebagai berikut[10]:
𝐾𝑎 = 𝑊𝑎𝑤𝑎𝑙−𝑊𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟
× 100% ( 2)
𝑊𝑎𝑤𝑎𝑙
Keterangan : Ka = Kadar Air (%)
Wawal = Berat Awal (gram)
Wakhir = Berat Penyusutan (gram)
Maka, perhitungan pengurangan kadar air pada pengujian,
𝐾𝑎 = 97−77 × 100% = 20%
97
Rerata kadar air dapat dihitung sebagai berikut:
𝑅𝑒𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑘𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟 = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑒𝑟𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛𝑔𝑛𝑦𝑎 𝑘𝑎𝑑𝑎𝑟 𝑎𝑖𝑟
𝑏𝑎𝑛𝑦𝑎𝑘 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 = 619 %
30 = 20 % ( 3)
Waktu rata – rata selama proses pengeringan didapatkan dari
( 4) 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑏𝑎𝑛𝑦𝑎𝑘 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛 = 922 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡
30 = 30 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡
Lamanya proses pengeringan tergantung dari suhu yang berada dalam ruang pengering dimana semakin panas ruang didalam alat maka semakin cepat proses pengeringan berlangsung. Adapun faktor - faktor yang mempengaruhi suhu pada ruang pengering tergantung dari banyaknya heater yang digunakan serta pembuatan sirkulasi udara yang tepat, Ketika sirkulasi udara dibuat terbuka lebar maka panas yang dihasilkan oleh heater akan keluar dari dalam alat pengering sehingga menyebabkan panas yang diharapkan tidak tercapai.
Pada Gambar 10 merupakan biji kopi sebelum dimasukan ke dalam alat pengeringan. Gambar 11 merupakan biji kopi setelah proses pengeringan. Gambar 12 dilakukan penimbangan biji kopi sebelum diletakan pada rak biji kopi guna untuk mengetahui ralat sensor load cell pada alat. Gambar 13 tampilan indikator bahwa proses pengeringan telah selesai dan tekan tombol mana saja untuk kembali ke menu awal.
4.
Kesimpulan
Dalam pengerjaan penelitian ini penulis melakukan percobaan mengeringkan biji kopi sebanyak 30 kali (lihat Tabel 1), selama proses pengeringan alat mampu mengurangi kandungan air pada biji kopi sebanyak <= 20 % (lihat Rumus 2) dan rata – rata waktu yang diperlukan untuk mengeringkan biji kopi yaitu 30 menit (lihat
