PEMODELAN PINDAH PANAS PADA BUDIDAYA AYAM
BROILER MENGGUNAKAN KANDANG SISTEM
TERTUTUP DI DAERAH BERIKLIM TROPIKA BASAH
AHMAD YANI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Pemodelan Pindah Panas pada Budidaya Ayam Broiler Menggunakan Kandang Sistem Tertutup di Daerah Beriklim Tropika Basah adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2014
Ahmad Yani
RINGKASAN
AHMAD YANI. Pemodelan Pindah Panas pada Budidaya Ayam Broiler Menggunakan Kandang Sistem Tertutup di Daerah Beriklim Tropika Basah. Dibimbing oleh HERRY SUHARDIYANTO, ERIZAL DAN BAGUS PRIYO PURWANTO.
Peningkatan produktivitas ayam broiler di daerah beriklim tropika basah memerlukan upaya penanganan dan pengendalian lingkungan mikro (suhu, kelembaban relatif dan laju aliran udara) dalam kandang yang baik melalui sistem ventilasi. Salah satu upaya tersebut dapat dilakukan melalui penggunaan kandang ayam broiler sistem tertutup yang dilenggkapi dengan cooling pad dan kipas sebagai sistem ventilasi yang dapat mengeluarkan panas dan gas serta menurunkan suhu udara dalam kandang. Beberapa permasalahan yang sering muncul pada kandang sistem tertutup adalah: 1) meningkatnya kinerja sistem ventilasi karena meningkatnya beban panas kandang yang diakibatkan oleh kenaikan bobot badan ayam dan suhu lingkungan; 2) tidak seragamnya suhu udara dan laju aliran udara dalam kandang sehingga pada posisi luasan tertentu dipenuhi oleh ayam broiler, sementara di posisi lain tidak atau kurang diminati oleh ayam broiler; 3) kurang optimalnya kepadatan ayam broiler dalam kandang karena basis penentuan kepadatan ayam broiler dalam kandang didasarkan pada pengalaman peternak dan literatur yang berbasis pada tingkah laku ayam broiler dalam kandang; 4) belum adanya dasar perhitungan dalam menentukan jadwal penjarangan (panen awal) atau jadwal pemanenan agar dapat menghasilkan total bobot badan ayam broiler yang dipanen secara maksimal; 5) belum adanya perhitungan kebutuhan luas kandang yang dibutuhkan ayam broiler menurut periode umur sehingga luasan kandang yang ada tidak optimal karena hampir 44% luasan kandang hanya digunakan dalam waktu 18 hari untuk satu periode produksi (32 hari).
Sebagai upaya untuk mengatasi berbagai persoalan pada kandang ayam broiler sistem tertutup di atas dapat dilakukan dengan: 1) melakukan perhitungan perubahan suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup menggunakan persamaan keseimbangan panas; 2) menganalisis distribusi suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup menggunakan computational fluid dynamics
(CFD); 3) menghitung tingkat kepadatan ayam broiler dalam kandang sistem tertutup berdasarkan beban panas kandang akibat panas yang dikeluarkan ayam broiler dan material kandang; 4) menentukan jadwal panen dan menghitung luas kandang berdasarkan beban panas yang dikeluarkan ayam broiler menurut umur dan bobot menggunakan CFD.
Penelitian ini bertujuan: 1) menganalisa perubahan suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah pada ayam broiler periode umur 1 sampai dengan 32 hari untuk kepentingan manajemen kandang dalam rangka mengatasi perubahan cuaca; 2) merancang model kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah menggunakan
berdasarkan panas yang dikeluarkan ayam broiler; 5) mendesain jadwal pemanenan ayam broiler berdasarkan beban panas kandang; 6) mendesain kebutuhan luas kandang menurut umur ayam.
Penelitian dilaksanakan di kandang ayam broiler sistem tertutup, Fakultas Peternakan IPB mulai April 2013 sampai Maret 2014 dengan beberapa peralatan dan software utama yaitu weather station (Davis 6162), portable paperless recorder (Yokogawa, MV Advance 1000), anemometer, infrared thermal camera, software SolidWorks Flow Simulation, software ThermaCAM Researcher Professional (menganalisis suhu permukaan ayam broiler). Parameteriklim mikro yang diukur adalah suhu atap, plafon, sekam, tirai, dinding, cooling pad, sekitar kipas dan ruangan kandang pada ketinggian 0.2, 0.6 dan 2.0 m.
Berdasarkan hasil perhitungan menggunakan prinsip keseimbangan panas, diperoleh kenaikan suhu udara dalam kandang rata-rata sebesar 2.94 oC pada ayam broiler umur 1 sampai dengan 32 hari. Suhu kandang tertinggi terjadi pada ayam broiler berumur 32 hari yaitu pada pukul 13.00 WIB sebesar 37.33 oC. Melalui kinerja cooling pad, suhu tersebut dapat diturunkan menjadi 30.03 oC sehingga menghasilkan suhu efektif 22.71 oC. Suhu efektif tersebut masih nyaman untuk ayam broiler, dibuktikan dengan rendahnya angka kematian (2%) dan tercapainya target bobot tubuh 1 817 g.
Distribusi suhu udara pada kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah dapat dianalisa menggunakan computational fluid dynamics (CFD) melalui pemodelan bentuk dan material penyusun kandang dan menghasilkan tingkat validasi cukup tinggi dengan nilai persentase deviasi rata-rata sebesar 6.25%, 6.94% dan 5.99% masing-masing pada pukul 12.20 WIB, 13.55 WIB dan 15.20 WIB. Hasil analisis distribusi suhu pada kandang yang dibangun, suhu udara di daerah dekat sekam dan plafon lebih tinggi dibandingkan ketinggian lainnya. Secara horizontal, suhu udara dekat cooling pad lebih rendah dan terus mengalami peningkatan sampai mendekati posisi kipas (outlet). Pada ketinggian sekitar ayam broiler (0 sampai 0.2 m dari sekam), suhu efektif berkisar antara 19.81 oC sampai 20.07 oC yang masih nyaman untuk ayam broiler.
Desain kepadatan ayam broiler dalam kandang sistem tertutup dapat ditentukan dengan menghitung beban panas ayam broiler dalam kandang menggunakan computational fluid dynamics (CFD). Hasil perhitungan menunjukkan total panas ayam broiler maksimal sebesar 233.33 kW pada kepadatan 21 ekor/m2 (34.65 kg/m2). Berdasarkan luasan kandang yang ada (1 000 m2), dengan beban panas tersebut, kandang mampu menampung ayam broiler sebanyak 27 224 ekor. Apabila ayam dipanen mulai umur 22 hari sampai dengan 32 hari setiap hari dapat diperoleh total bobot panen tertinggi sebesar 45 717 kg. Kebutuhan luas kandang untuk ayam berumur 1 sampai 14 hari adalah 562.52 m2 dan ayam berumur sampai 22 hari adalah 1 000 m2 sehingga untuk satu periode pemeliharaan ayam broiler dapat dibuat dua kandang dan ayam dapat dipindahkan dari satu kandang ke kandang lainnya sehingga efisiensi luas kandang dapat dicapai.
SUMMARY
AHMAD YANI. Heat Transfer Modelling of a Closed House for Broiler in Wet Tropical Climate. Supervised by HERRY SUHARDIYANTO, ERIZAL and BAGUS PRIYO PURWANTO.
In order to increase the productivity of broiler reared in wet tropical climate, an effective control of micro environment (temperature, relative humidity and air flow rate) should be implemented through appropriate ventilation system. Among of those is the uses of closed house system equipped with cooling pad and fan as the ventilation system by a mechanism of releasing heat and gas which in turn reducing the temperature inside the house. Some problems have occurredin closed house system are: 1) increasing the ventilation system work along with the increasing of in-house heat load caused by the increasing of chicken weight and environment temperature, 2) uneven distribution of air temperature and air flow rate causes chicken will concentrate at specific area while remained is left empty, 3) stocking density inside the house is less optimal as the determination of this matter is designed based on the breeders’ experience and broiler’s behavior, 4) absence of calculation method, which determines harvesting schedule to produce maximum harvested broiler’s weight, 5) absence of calculation method to determine the required in-house area based on broiler’s age so that the rearing performance in one rearing period is less optimal as almost 44% of housing area is only used for 18 days in one production period (32 days).
Some efforts that could be carried out in order to cope with problems occurred in closed house system for broiler are: 1) calculate in-house temperature in closed house system for broiler using heat balance equation, 2) analyze air temperature distribution in closed house system for broiler using computational fluid dynamic (CFD), 3) calculate stocking density in closed house system for broiler based on heat load released by broiler according to the broiler’s age and weight using CFD.
The objectives of this research were to: 1) analyze the air temperature changes in closed house system for broiler in wet tropical climate at 0 to 32 days of broiler’s age for management purpose to deal with climate change, 2) design the model of closed house system for broiler using CFD, 3) analyze the air temperature distribution in closed house system for broiler in wet tropic climate using CFD, 4) design the stocking density of broiler at closed house system in wet tropical climate based on the heat released by broiler, 5) design the harvesting schedule of broiler based on the total heat load occurred at the house, 6) design housing area based on the broiler’s age.
According to the heat balance equation, the average increased of in-house temperature was 2.94 oC at broiler’s age 0 to 32 days. The highest effective temperature at 32 days of broiler’s age which occurred at 1 pm (Western Indonesian Time) was 22.71 oC. This effective temperature is still comfort for broiler as indicated by small mortality level (2%) and achieved weight target of 1 817 g.
The air temperature distribution at closed house system for broiler in wet tropical climate could be analyzed using CFD by modeling the structure and material of the building. It resulted high validation as represented by average of advantage at 0.20 pm, 1.55 pm and 3.20 pm (Western Indonesian Time) were 6.25%, 6.94% and 5.99%, respectively. According to the result found at developed house, the air temperature at the area near the rice husk and plafond was higher than the temperature occured at the other height area. Horizontally, the air temperature at the area near the cooling pad was lower and continually increased closer to the fan. The effective temperature at noon of a sunny day was 19.81 oC to 20.07 oC which still comfort for broilers.
The stocking density design at closed house system could be determined by calculating the broiler’s total heat load inside the house using CFD. The maximum broiler’s total heat load was 233.33 kW at stocking density of 21 birds/m2 (34.65 kg/m2). According to the total heat load, number of broilers that could be occupied at 1 000 m2 was 27 224 birds. The highest weight was 45 717 kg which produced by daily harvesting started from 22 to 32 days. The housing area for broiler at 1 to 14 days of age was 562.52 m2 and for broiler at 14 to 22 days of age was 1 000 m2. Thus, two houses could be made in one breeding period for efficiency purposes as broilers could be replaced from one house to the other house.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
PEMODELAN PINDAH PANAS PADA BUDIDAYA AYAM
BROILER MENGGUNAKAN KANDANG SISTEM
TERTUTUP DI DAERAH BERIKLIM TROPIKA BASAH
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2014
Penguji pada Ujian Tertutup: Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si Dr. Ir. Rudi Afnan, M.Sc
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala nikmat, rahmat, hidayah dan karunia-Nya sehingga penelitian dan penulisan disertasi dengan judul Pemodelan Pindah Panas pada Budidaya Ayam Broiler Menggunakan Kandang Sistem Tertutup di Daerah Beriklim Tropika Basah telah berhasil diselesaikan. Penelitian dimulai pada bulan April 2013 sampai Maret 2014 di kandang sistem tertutup Fakultas Peternakan IPB untuk pengambilan data iklim mikro, dimensi kandang, sifat termofisik material bahan kandang dan suhu permukaan ayam broiler, sedangkan analisis dan simulasi menggunakan
compuatational fluid dynamics (CFD) dilakukan di laboratorium Lingkungan dan Bangunan Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, FATETA IPB.
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang tinggi kepada Prof. Dr. Ir. Herry Suhardiyanto, M.Sc, Dr. Ir. Erizal, M.Agr dan Dr. Ir. Bagus P. Purwanto, M.Agr sebagai komisi pembimbing yang telah memberikan bimbingan, ilmu, arahan, motivasi, kesabaran sejak awal penelitian hingga selesainya penulisan disertasi ini. Kepada Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si dan Dr. Ir. Rudi Afnan, M.Sc sebagai penguji pada ujian tertutup doktor atas koreksi dan saran yang diberikan untuk perbaikan disertasi ini. Kepada Dr. Ir. Diah Wulandani, M.Si dan Dr. drh. Desianto Budi Utomo sebagai penguji pada ujian terbuka doktor atas masukan dan saran yang diberikan.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan juga kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan & Kebudayaan dan Lembaga Pengelola Dana Pendidikan (LPDP), Kementerian Keuangan yang telah memberikan bantuan biaya pendidikan dan penelitian hingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan Doktoral. Ucapan terima kasih selanjutnya penulis sampaikan kepada rekan dan mahasiswa yang telah membantu dalam penelitian yaitu Pandu Gunawan S.TP, M.Si, Jihad, S.Pt, Mulyanto, S.Pt, Latief, Komar dan Pak Ahmad serta rekan-rekan seperjuangan S3 di TEP IPB. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada seluruh Staf Pengajar Departemen IPTP, FAPET, IPB atas dukungan dan doanya; segenap pengelola Pusat Inkubator Bisnis dan Pengembangan Kewirausahaan IPB atas pengertian, dukungan dan bantuannya dan semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan sekolah Program Doktoral ini.
Selanjutnya ucapan terima kasih yang teramat dalam penulis sampaikan kepada Istri dan Anak-anak tercinta: Siti Roudhotul Zannah, Adzkia Fataya Ahmad, Alifah Labibah Ahmad, Arifah Labibah Ahmad dan Zaid Maulana Ahmad yang selalu mendo’akan, mencurahkan kasih sayang dan mendorong penulis untuk menyesaikan disertasi. Tidak lupa ucapan terima kasih dan do’a penulis sampaikan kepada Ibunda Hj. Warsih dan Ayahanda Alm H. Muhadi yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan mengarahkan penulis untuk terus maju dan berkarya serta kakak, adik, dan keponakan-ponakanku. Selanjutnya ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Ibu dan Bapak Mertua serta adik-adik iparku atas dukungan, pengertian dan do’anya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan dapat diaplikasikan serta dikembangkan. Amin.
Bogor, Agustus 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR GAMBAR xiii
1 PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 3
Manfaat Penelitian 3
Nilai Kebaruan Penelitian 4
Ruang Lingkup Penelitian 4
2 PERUBAHAN SUHU KANDANG AYAM BROILER SISTEM
TERTUTUP DI DAERAH BERIKLIM TROPIKA BASAH 5
Pendahuluan 5
Bahan dan Metode 6
Hasil dan Pembahasan 11
Simpulan 17
3 ANALISIS DISTRIBUSI SUHU UDARA PADA KANDANG AYAM BROILER SISTEM TERTUTUP DI DAERAH BERIKLIM TROPIKA
BASAH 18
Pendahuluan 18
Bahan dan Metode 19
Hasil dan Pembahasan 22
Simpulan 30
4 DISAIN KEPADATAN AYAM BROILER PADA KANDANG
SISTEM TERTUTUP DI DAERAH BERIKLIM TROPIKA BASAH 30
Pendahuluan 30
Bahan dan Metode 31
Hasil dan Pembahasan 34
Simpulan 39
5 PEMBAHASAN UMUM 40
6 SIMPULAN DAN SARAN 44
DAFTAR PUSTAKA 45
DAFTAR TABEL
2.1 Hasil pengukuran dan perhitungan sifat fisik material kandang 11 2.2 Hasil perhitungan perubahan suhu pada tanggal 25 Juni 2013
berdasarkan persamaan keseimbangan panas menggunakan metode
Euler (jumlah ayam 9 800 ekor) 13
2.3 Perbandingan suhu udara dalam kandang hasil perhitungan menggunakan persamaan keseimbangan panas dengan hasil
pengukuran 14
2.4 Kondisi lingkungan luar kandang ayam tanggal 25 Juni 2013 14 2.5 Kondisi lingkungan dalam kandang ayam tanggal 25 Juni 2013 14 2.6 Data input panas ayam broiler berdasarkan umur pada simulasi
perubahan suhu kandang 15
3.1 Lokasi titik-titik pengukuran suhu udara dalam kandang dengan
termokopel 19
3.2 Input kondisi awal untuk analisis distribusi suhu udara dalam kandang
ayam broiler sistem tertutup 23
3.3 Suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup hasil analsis
CFD 25
3.4 Perbandingan hasil pengukuran suhu udara dalam kandang dengan
simulasi CFD 29
4.1 Bobot badan, luas dan suhu permukaan serta panas yang dihasilkan
ayam broiler (per ekor) 35
4.2 Hasil simulasi kepadatan ayam broiler menggunakan CFD 36 4.3 Jumlah ayam broiler pada kandang sistem tertutup berdasarkan beban
panas menurut umur 37
4.4 Jadwal pemanenan, jumlah ayam dipanen dan bobot badan ayam
broiler hasil panen 38
DAFTAR GAMBAR
2.1 Kandang ayam broiler sistem tertutup (tampak depan) 6 2.2 Kandang ayam broiler sistem tertutup (tampak belakang) 7 2.3 Kandang ayam broiler sistem tertutup (tampak samping) 7 2.4 Intensitas radiasi matahari pada tanggal 25 Juni 2013 12 2.5 Suhu udara lingkungan pada tanggal 25 Juni 2013 12 2.6 Perubahan suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup
selama masa pemeliharaan 1 sampai dengan 32 hari di daerah beriklim
tropika basah 16
3.1 Bentuk geometri kandang ayam broiler sistem tertutup 20 3.2 Posisi peletakan kipas pada kandang ayam broiler sistem tertutup 24 3.3 Sebaran suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup pada
pukul 12.20 WIB (29 Juni 2013) pada ketinggian 0.2 m (a), 0.6 m (b)
3.4 Sebaran suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup pada pukul 13.55WIB (29 Juni 2013) pada ketinggian 0.2 m (a), 0.6 m (b)
dan 2.0 m (c) 27
3.5 Sebaran suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup pada pukul 15.20 WIB (29 Juni 2013) pada ketinggian 0.2 m (a), 0.6 m (b)
dan 2.0 m (c) 28
4.1 Profil suhu permukaan ayam broiler hasil pengukuran menggunakan
infared thermography 35
4.2 Geometri kandang dan posisi peletakan bagian tubuh ayam broiler pada
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perubahan iklim global yang menyebabkan suhu bumi semakin meningkat memiliki dampak yang cukup serius terhadap produktivitas ternak termasuk ayam broiler. Dampak perubahan iklim global di daerah beriklim tropika basah terhadap ternak (ayam broiler) diantaranya menurunnya kesehatan ternak (Nardone et al. 2010), meningkatnya angka kematian dan penyebaran penyakit ayam broiler serta penurunan produktivitas ayam broiler (Thornton et al. 2009; Adesiji et al. 2013). Hal ini sangat merugikan peternak ayam broiler terutama yang menggunakan kandang sistem terbuka.
Salah satu upaya meningkatkan produktivitas peternakan ayam broiler akibat pemanasan global adalah penerapan kandang sistem tertutup menggunakan
cooling pad dan kipas sebagai sistem ventilasi sehingga dapat dihasilkan suhu, kelembaban dan laju aliran udara dalam kandang yang sesuai dengan kebutuhan ayam broiler. Pada kandang sistem tertutup, ayam broiler membutuhkan suhu kandang di atas 27 oC pada umur 1 sampai dengan 14 hari dan dapat dipenuhi dengan adanya pemanas (Donald 2010). Pada umur 14 sampai dengan 20 hari, ayam broiler mulai membutuhkan suhu kandang lebih rendah, yaitu 24 sampai 27 oC (Donald 2010) dan umur 21 sampai panen ayam broiler membutuhkan suhu udara lebih rendah lagi, yaitu 18 sampai 24 oC (Bell dan Weaver 2002; Donald 2010; Herawati dan Adiwinarto 2012).
Penerapan kandang sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah dapat dijadikan model kandang ramah lingkungan sehingga dapat dibangun di lokasi yang tidak terlalu jauh dari perkotaan (Prosser et al. 2011) dan dapat memudahkan sistem logistik bagi peternakan ayam broiler (Pelletier 2008). Keuntungan penerapan kandang sistem tertutup pada budidaya ayam broiler adalah dapat menurunkan angka kematian (Khan 2004), meningkatkan keseragaman produksi (bobot badan ayam broiler) sampai 95% (Cobb 2010), dapat menggunakan sistem pencahayaan yang sesuai dengan kebutuhan ayam broiler (Scheider 2007), menggunakan feeding dan drinking system sehingga dapat mengurangi kontak dengan pekerja (Cobb 2010) dan dapat membuang kelebihan panas, uap air dan gas-gas yang berbahaya (North dan Bell 1990). Keuntungan lain yang tidak kalah pentingnya dari penerapan kandang sistem tertutup pada budidaya ayam broiler adalah diperolehnya keseragaman suhu udara dalam kandang dan dapat menghemat energi hingga 47% (Seoa et al. 2009), meningkatkan konsumsi pakan akibat penambahan laju aliran udara (Simmons 2003), terciptanya suhu udara dalam kandang yang sesuai dengan kebutuhan ayam broiler (Yahav et al. 2001; Yani et al. 2014), tercapainya bobot badan ayam broiler lebih berat dari kandang sistem terbuka, nilai feed convertion ratio (FCR) lebih rendah dari kandang sistem terbuka (Yani et al. 2014) dan dapat diisi ayam broiler sebanyak 30 sampai 36 kg/m2 (North dan Bell 1990; Yardimci dan Kenar 2008; Abudabos et al. 2012; Abudabos et al. 2013; Yani et al. 2014).
perlu mendapatkan solusinya. Peningkatan beban panas kandang akibat meningkatnya bobot badan ayam sering menyebabkan kipas mati atau rusak. Hal ini karena meningkatnya bobot badan ayam broiler menyebabkan beban panas dalam kandang meningkat sehingga memerlukan laju aliran udara dan putaran kipas yang lebih besar (Esmay dan Dixon 1986). Posisi ayam broiler dalam kandang juga masih terlihat belum merata pada seluruh luasan kandang. Pada tempat luasan tertentu dipenuhi oleh ayam broiler, sedangkan di tempat yang lain kurang atau tidak ditempati ayam broiler. Kondisi ini disebabkan karena tidak seragamnya laju aliran udara dan distribusi suhu udara dalam kandang ayam broiler, sehingga ayam memilih lokasi yang lebih nyaman. Penentuan kepadatan dan jadwal pemanenan ayam broiler pada kandang sistem tertutup juga masih menggunakan kebiasaan dan pengalaman peternak sehingga akan sulit dicapai kepadatan kandang yang optimal dan penentuan jadwal pemanenan yang dapat menghasilkan total bobot badan ayam secara maksimal.
Peningkatan beban panas kandang akibat meningkatnya bobot badan ayam broiler menyebabkan suhu udara dalam kandang meningkat dan dapat dihitung menggunakan persamaan keseimbangan panas seperti yang sudah dikembangkan oleh Esmay dan Dixon (1986), Wathes dan Charles (1994), Nyambane et al. (1999), Turnpenny et al. (200) dan Mutai et al. (2011). Persamaan keseimbangan panas yang sudah dihasilkan perlu diadopsi untuk dikembangkan sesuai dengan kondisi kandang sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah. Untuk menentukan perubahan suhu udara dalam kandang sistem tertutup akibat kenaikan bobot badan ayam, maka perhitungan keseimbangan panas pada kandang ayam broiler perlu dilakukan dengan cara melibatkan semua kompenen penghasil panas seperti atap, sekam, ayam broiler, tirai, plafon, dinding dan lampu. Besarnya kenaikan suhu udara pada kandang ayam broiler dapat dijadikan dasar untuk menentukan jumlah energi yang diperlukan pada kipas, daya kipas yang dibutuhkan dan kinerja cooling pad agar menghasilkan suhu udara dalam kandang yang dapat memenuhi kebutuhan ayam broiler.
Tidak meratanya posisi ayam broiler pada kandang sistem tertutup menunjukkan bahwa distribusi suhu dan laju aliran udara dalam kandang kurang merata. Kondisi ini dapat dianalisa menggunakan persamaan keseimbangan panas tiga dimensi dengan computational fluid dynamcis (CFD) agar persamaan benda dua atau tiga dimensi dapat diselesaikan secara cepat dan simultan (Versteeg dan Malalasekera 1995). Penggunaan CFD untuk analisis distribusi suhu dan laju aliran udara pada kandang ayam broiler sudah banyak dilakukan baik pada kandang sistem terbuka maupun tertutup terutama di daerah beriklim sedang dan dingin (Yahav et al. 2001; Simmons et al. 2003; Vidal et al. 2008; Seoa et al. 2009). Pada kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah, analisis distribusi suhu dan laju aliran udara dilakukan pada kondisi kandang tidak diisi ayam dan kondisi lingkungan luar kandang cukup panas. Hal ini dilakukan karena kondisi lingkungan mikro dalam kandang sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan mikro luar kandang. Selain tingkat keseragaman suhu udara dalam kandang, hasil analisis juga dapat digunakan untuk melihat tingkat kenyamanan ayam broiler pada kandang sistem tertutup khususnya di daerah beriklim tropika basah.
kesejahteraan ternak pada suhu dan kelembaban tertentu ((Nort dan Bell 1990; Yardimci dan Kenar 2008; Quinteiro-Filho et al.2010; Abudabos et al. 2012; Abudabos et al. 2013). Kondisi penentuan kepadatan ayam broiler tersebut perlu diperbaharui karena suhu kandang akan terus meningkat seiring meningkatnya bobot badan ayam broiler (Cordeau dan Barrington 2010). Penentuan kepadatan ayam broiler menggunakan beban panas maksimum dalam kandang (panas ayam broiler, lampu dan material kandang) merupakan suatu alternatif terhadap penyelesaian penentuan kepadatan kandang atas dasar tingkat kenyamanan ayam. Semua komponen penghasil panas seperti ayam broiler, lampu, tirai, plafon, dinding dan sekam dijadikan sumber dan penyerap panas pada sistem CFD. Hasilnya berupa distribusi suhu udara pada kandang ayam broiler sistem tertutup dan dengan kecepatan angin tertentu diperoleh suhu efektif sehingga setiap tingkat kepadatan ayam broiler akan menghasilkan suhu efektif yang berbeda. Semakin tinggi tingkat kepadatan ayam broiler, semakin tinggi suhu efektif yang dihasilkan. Berdasarkan tingkat kepadatan yang dihasilkan melalui simulasi menggunakan CFD di atas, diperoleh panas maksimum dalam kandang masih dalam kondisi nyaman untuk ayam sehingga dapat diketahui jumlah ayam broiler per satuan luas. Panas maksimum dalam kandang yang masih nyaman untuk ayam broiler juga dapat dijadikan dasar untuk menentukan jumlah ayam yang dipanen pada umur tertentu.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan:
1. Menganalisis perubahan suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah akibat kenaikan bobot badan ayam dengan menggunakan persamaan keseimbangan panas.
2. Merancang model kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah menggunakan computational fluid dynamics (CFD).
3. Menganalisis distribusi suhu udara pada kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah.
4. Mendesain kepadatan ayam broiler pada kandang sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah berdasarkan beban panas kandang.
5. Mendesain jadwal pemanenan ayam broiler berdasarkan beban panas kandang. 6. Menganalisis kebutuhan luas kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah
beriklim tropika basah berdasarkan umur atau periode pemeliharaan. Manfaat Penelitian
terciptanya model penentuan kepadatan ayam broiler pada kandang sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah berdasarkan beban panas maksimal dalam kandang; 4) pengembangan model luas dan jumlah kandang pada satu periode budidaya ayam broiler menggunakan kandang sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah untuk memperoleh efektifitas luas kandang.
Bagi industri peternakan yang menggunakan kandang sistem tertutup, penelitian ini memberikan manfaat sebagai berikut: 1) memberikan informasi besarnya perubahan suhu kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah sebagai dasar untuk menghitung kebutuhan energi pada sistem ventilasi yang dibangun; 2) memberikan informasi distribusi suhu pada kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah; 3) memberikan informasi tentang kepadatan ayam broiler pada kandang sistem tertutup dan penentuan jumlah ayam broiler yang dapat dipanen menuurut umur atas dasar beban panas kandang; 4) memberikan informasi luas kandang yang efektif untuk budidaya ayam broiler menurut periode umur.
Nilai Kebaruan Penelitian
Nilai kebaruan dari penelitian ini adalah:
1. Metode perhitungan kenaikan suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah akibat meningkatnya bobot badan ayam menggunakan persamaan keseimbangan panas.
2. Metode analisis distribusi suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah.
3. Metode penentuan kepadatan ayam broiler dalam kandang sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah berdasarkan beban panas kandang.
4. Metode penentuan jadwal pemanenen ayam broiler dan penentuan luas kandang berdasarkan panas yang dikeluarkan ayam broiler.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian meliputi:
1. Pengukuran data iklim mikro, dimensi, sifat thermofisik bahan penyusun kandang dan bobot badan serta suhu permukaan ayam broiler.
2. Pengembangan model persamaan keseimbangan panas pada kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah dan melakukan validasinya.
3. Perhitungan perubahan suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah menggunakan persamaan keseimbangan panas.
4. Pengembangan model kandang ayam broiler sistem tertutup menggunakan
software Solid Work Flow Simulation dengan input parameter iklim mikro kandang dan sifat termofisik bahan kandang.
6. Analisa distribusi suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah berdasarkan model kandang yang telah dibangun pada berbagai ketinggian.
7. Analisa suhu permukaan ayam broiler pada bagian kepala, badan tertutup bulu, badan tidak tertutup bulu dan kaki menggunakan software ThermaCAM Researcher Professional.
8. Perhitungan luas bagian permukaan ayam broiler (kepala, badan tertutup bulu, badan tidak tertutup bulu, kaki) menggunakan software Solidwork Flow Simulation dan menentukan posisi peletakannya pada model kandang yang telah dibangun.
9. Penentuan desain kepadatan ayam broiler dalam kandang sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah dengan cara melakukan simulasi jumlah ayam per satuan luas pada model kandang yang telah dibangun agar menghasilkan suhu efektif yang nyaman untuk ayam broiler.
10. Penentuan desain jadwal pemanenan dan kebutuhan luas kandang ayam broiler berdasarkan beban panas pada kandang sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah.
2 PERUBAHAN SUHU KANDANG AYAM BROILER SISTEM
TERTUTUP DI DAERAH BERIKLIM TROPIKA BASAH
Pendahuluan
Pemanasan global yang terjadi pada beberapa dekade terakhir dapat menyebabkan meningkatnya suhu di permukaan bumi yang dicirikan dengan meningkatnya suhu lingkungan dan intensitas radiasi matahari termasuk di daerah beriklim tropika basah. Kondisi ini dapat memberikan dampak yang cukup besar terhadap ternak (ayam broiler) yaitu menurunnya kesehatan ayam broiler (Nardone et al. 2010; Thornton et al. 2009), meningkatnya angka kematian ayam (Adesiji et al. 2013), menurunnya produktivitas ayam broiler, meningkatnya penyebaran penyakit (Thornton et al. 2009) sehingga diperlukan upaya agar produktivitas ayam broiler dapat dipertahankan bahkan ditingkatkan. Salah satu upaya tersebut adalah melalui penggunaan kandang sistem tertutup yang diharapkan dapat menghasilkan suhu, kelembaban dan kecepatan angin yang sesuai dengan kebutuhan ayam broiler (Yani dan Purwanto 2006). Beberapa keuntungan dari penggunaan kandang sistem tertutup adalah keseragaman suhu udara dalam kandang (Seoa et al. 2009), tingginya tingkat kepadatan kandang yaitu 21 ekor/m2 (Yani et al. 2014) dan mampu mengeluarkan kelebihan panas, uap air dan gas-gas yang berbahaya (North dan Bell 1990).
Kandang sistem tertutup juga dapat dijadikan model kandang yang ramah lingkungan sehingga dapat dibangun di daerah dekat perkotaan (Prosser et al. 2011) yang dapat mempermudah sistem logistik untuk keperluan budidaya dan pemasaran ayam broiler (Pelletier 2008; Antara et al. 2009). Supaya konflik kepentingan penggunaan lahan (Henderson 2005) tidak terjadi, kandang sistem tertutup di daerah dekat perkotaan biasanya dibangun pada suatu kawasan
agropark.
cukup tinggi pada siang hari karena kandang sistem tertutup yang dibangun umumnya masih sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan mikro di luar kandang (Yani et al. 2007). Pada ayam broiler umur 1 sampai dengan 14 hari dimana kandang masih memerlukan pemanas, kondisi lingkungan mikro dalam kandang dapat diatur sedemikian rupa agar ayam broiler nyaman. Pada saat ayam broiler mulai memerlukan kondisi lingkungan mikro dalam kandang yang lebih dingin yaitu pada umur 14 sampai 32 hari (panen), kemampuan kerja kipas dan
cooling pad menjadi sangat penting. Kerja kipas dan cooling pad harus dapat mengatasi fluktuasi lingkungan mikro di luar kandang dan peningkatan beban panas yang dikeluarkan ayam broiler akibat meningkatnya bobot badan ayam (Notrh dan Bell 1990; Cordeau dan Barrington 2010).
Salah satu cara untuk mengetahui fluktuasi suhu kandang ayam sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah akibat meningkatnya beban panas yang dikeluarkan ayam adalah melalui perhitungan beban panas dengan menggunakan persamaan keseimbangan panas. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis perubahan suhu udara kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah pada ayam broiler periode umur 1 sampai dengan 32 hari untuk kepentingan manajemen kandang dalam rangka mengatasi perubahan iklim.
Bahandan Metode
Penelitian dilaksanakan di kandang ayam broiler sistem tertutup, Fakultas Peternakan IPB dari bulan Mei sampai Juli 2013. Kandang ayam broiler sistem tertutup yang digunakan memiliki ukuran 100 m (panjang) x 10 m (lebar) x 2.4 m (tinggi) dan dapat menampung 12 000 sampai 16 000 ekor ayam. Pada saat penelitian, kandang diisi 14 000 ekor ayam broiler dengan tingkat kematian 2% dan dilakukan panen awal (penjarangan) pada ayam berumur 22 hari.
Lantai kandang terbuat dari semen beton, dinding terbuat dari bata expose mercy sebagai penopang tirai, plafon menggunakan galvanis, sistem ventilasi menggunakan 6 kipas berdiameter 1.27 m, sistem pencahayaan dalam kandang menggunakan lampu 8 watt sebanyak 60 unit dan untuk menurunkan suhu kandang digunakan cooling pad. Kandang ayam broiler sistem tertutup yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.1 (tampak depan), Gambar 2.2 (tampak belakang) dan Gambar 2.3 (tampak samping).
Gambar 2.2 Kandang ayam broiler sistem tertutup (tampak belakang)
Gambar 2.3 Kandang ayam broiler sistem tertutup (tampak samping)
Alat yang digunakan untuk mengukur kondisi lingkungan mikro di luar kandang adalah weather station (Davis 6162), sedangkan untuk mengukur lingkungan mikro di dalam kandang digunakan portable paperless recorder
(Yokogawa, MV Advance 1000), anemometer, lux meter dan untuk mengukur bobot ayam digunakan timbangan. Pengukuran suhu dilakukan pada plafon, sekam, dinding, tirai dan ruangan kandang. Pengukuran suhu menggunakan termokopel tipe T yang direkam pada portable paperless recorder 24 channel
setiap 5 menit.
Bobot ayam broiler ditimbang setiap hari selama 32 hari dengan cara mengambil sampel ayam secara acak sebanyak 40 ekor kemudian ditimbang dan dirata-ratakan. Panas yang dihasilkan ayam broiler setiap harinya dihitung dari bobot badan menggunakan persamaan yang dikembangkan oleh Cordeau dan Barrington (2010). Pakan yang diberikan adalah pakan ayam pedaging komersial dengan kadar air 13%, protein 22% sampai 23%, lemak 5%, serat 6%, abu 6.5%, kalsium 0.9% , phospor 0.7% dan air minum secara add libitum.
Pengukuran data parameter iklim mikro dilakukan untuk tujuan analisis perubahan suhu kandang pada saat kandang diisi ayam agar dapat diketahui perubahan suhu kandang akibat beban panas yang dikeluarkan ayam broiler. Pengambilan data parameter iklim mikro tersebut dilakukan pada tanggal 25 Juni 2013 (kondisi cuaca cerah). Jumlah ayam sebagai input untuk tujuan validasi adalah sebanyak 9 800 ekor pada umur 28 hari, bobot badan 1 480 g per ekor dan
ASBES GELOMBANG BESAR
LISTPLANG METAL T=20 CM FIN.COATING
panas ayam per ekor sebesar 10.63 Watt. Jumlah ayam untuk menentukan perubahan suhu kandang adalah 14 000 ekor dengan tingkat kematian 2% mulai umur 1 sampai 32 hari.
Koefisien Konveksi pada Kandang Ayam Broiler Sistem Tertutup
Koefisien pindah panas konveksi pada material kandang (atap, plafon, sekam, dinding tegak dan tirai) merupakan sifat termal bahan yang sangat diperlukan untuk menghitung keseimbangan energi. Koefisien pindah panas konveksi pada dinding tegak, tirai, sekam dan plafon dihitung dengan menggunakan rumus (Cengel 2003) sebagai berikut:
D k Nu
h= (2.1) dimana: h= koefisien pindah panas konveksi (W/m2 oC), k= konduktivitas panas bahan (W/m oC), D=diameter hidrolika (m), Nu= bilangan Nusselt
Besarnya bilangan Nusselt untuk aliran fluida turbulen dalam kandang ayam broiler sistem tertutup dirumuskan (Gnielinski 1976) sebagai berikut:
�� = �
�
8�(��−1.000)��
1 + 12,7��8�0,5���2�3−1�
(2.2)
dimana: f = faktor friksi pada aliran turbulen dalam kandang, Re = bilangan
Reynold, Pr = bilangan Prandtl.
Besarnya faktor friksi untuk aliran fluida turbulen dalam kandang ayam broiler sistem tertutup dirumuskan (Petukhov 1970) sebagai berikut:
� = (0,79 ln��−1,62)−2 (2.3) untuk :
0,5 ≤ Pr ≤ 2.000 104< Re < 5 x 106
Besarnya diameter hidrolika dan bilangan Reynold dalam kandang ayam broiler sistem tertutup dirumuskan (Chengel 2003) sebagai berikut:
� = 2 ��
�+� (2.4)
��= ���
� (2.5)
Keseimbangan Panas pada Kandang Ayam Broiler Sistem Tertutup
Model pindah panas yang dibangun pada pemecahan permasalahan perubahan suhu kandang ayam broiler di daerah beriklim tropika basah adalah model pindah panas yang memperhitungkan perubahan suhu pada setiap satuan waktu atau menggunakan unsteady state model (Suhardiyanto 2009). Komponen keseimbangan panas pada kandang ayam broiler sistem tertutup diuraikan menjadi beberapa komponen yakni, pindah panas pada atap, ruang antara atap dan plafon, plafon, pindah panas pada sekam, pindah panas pada dinding dan tirai, pindah panas pada udara dalam kandang. Berbagai modifikasi pemodelan pindah panas telah dikembangkan oleh Suhardiyanto (2009) dan Mutai et al. (2011) pada tiap-tiap komponen di atas.
Pindah panas yang terjadi pada bagian atap merupakan keseimbangan panas yang berasal dari panas yang hilang di atas atap, panas yang hilang karena konveksi pada ruang antara atap dan plafon dan absorbsi, difusi dan radiasi langsung matahari seperti ditunjukkan pada persamaan 2.6.
���������� =−ℎ���(��− ��)− ℎ������− ����+���� (2.6)
dimana : mr = massa atap (kg), Cpr = panas jenis atap (J/kgoC), hr= koefisien pindah panas konveksi atap (W/m2 oC), Ar = suhu atap (oC), Ta= suhu udara lingkungan (oC), Trp= suhu udara antara atap dan plafon (oC), Tr= suhu atap (oC), α = absorbsivitas atap, I = radiasi global matahari pada permukaan atap (W/m2 ).
Pindah panas yang terjadi pada bagian antara atap dan plafon merupakan keseimbangan panas yang berasal dari panas dari atap dan plafon seperti ditunjukkan pada persamaan 2.7.
�������������= ℎ��������− ���� − ℎ���������− ��� (2.7)
dimana : mrp = massa udara yang ada diantara atap dan plafon (kg), Cprp = panas jenis udara yang ada diantara atap dan plafon (J/kgoC), Arp= luas area diantara atap dan plafon (m2), hrp= koefisien pindah panas konveksi udara diantara atap dan plafon (W/m2 oC), Trp=suhu udara antara atap dan plafon (oC), Tp= suhu plafon (oC).
Pindah panas yang terjadi pada bagian plafon merupakan keseimbangan panas yang berasal dari panas yang hilang di atas plafon dan panas yang hilang karena konveksi dalam kandang seperti ditunjukkan pada persamaan 2.8.
����������= −ℎ������− ���� − ℎ������− ���� (2.8)
dimana : mp=massa plafon (kg), Cpp = panas jenis plafon (J/kgoC), Ap= luas plafon (m2), hp= koefisien pindah panas konveksi plafon (W/m2 oC), Trk= suhu udara dalam kandang (oC).
���������� =ℎ������− ���� (2.9)
dimana : mf = massa sekam (kg), Cpf = panas jenis sekam (J/kgoC), Af = luas sekam (m2), hf = koefisien pindah panas konveksi sekam (W/m2 oC), Tf = suhu sekam (oC).
Pindah panas pada bagian dinding merupakan keseimbangan panas yang berasal panas dalam kandang dan panas yang hilang ke udara lingkungan seperti ditunjukkan pada persamaan 2.10.
���������� = −ℎ���(��− ��)− ℎ���(��− ���) (2.10)
dimana : mb= massa dinding (kg), Cpb= panas jenis dinding (J/kgoC), Ab= luas dinding kandang (m2), hb=koefisien pindah panas konveksi dinding (W/m2 oC), Tb= suhu dinding kandang (oC).
Pindah panas pada bagian tirai merupakan keseimbangan panas yang berasal dari panas dalam kandang dan panas yang hilang ke udara lingkungan seperti ditunjukkan pada persamaan 2.11.
���������� = −ℎ���(��− ��)− ℎ���(��− ���) (2.11)
dimana : mc= massa tirai (kg), Cpc= panas jenis tirai (J/kgoC), Ac= luas tirai (m2), hc= koefisien pindah panas konveksi tirai (W/m2 oC), Tc= suhu tirai (oC).
Pindah panas pada bagian udara dalam kandang merupakan keseimbangan energi dari panasayam, lampu, panas dari dinding dan tirai kandang, panas yang hilang ke plafon, panas yang hilang ke sekam, panas akibat laju aliran udara yang masuk ke kandang, seperti ditunjukkan pada persamaan 2.12.
������������� =��+ ��− ℎ���(���− ��)− ℎ�������− ���
− ℎ�������− ��� − ℎ���(���− ��)− �̇����(���− ��) (2.12)
dimana : QL= panas lampu (Watt), QA= panas ayam broiler (Watt), mrk= massa udara dalam kandang (kg), Cprk= panas jenis udara dalam kandang (J/kgoC), �̇ = laju massa udara dalam kandang (kg/s).
Validasi hasil perhitungan secara numerik dilakukan dengan cara menghitung persentasi deviasi rata-rata antara hasil perhitungan secara numerik dengan hasil pengukuran menggunakan persamaan 2.13.
Persentasi deviasi rata−rata =��ℎ������������− �����
����� � �100% (2.13)
Berdasarkan penyelesaian persamaan keseimbangan panas diperoleh suhu udara dalam kandang dan dengan laju aliran udara dalam kandang didapatkan suhu efektif yaitu suhu yang dimanfaatkan oleh ternak untuk kehidupannya (Yamamoto 1983). Suhu efektif dipengaruhi oleh besarnya suhu dan laju aliran udara dalam kandang. Suhu efektif dapat memperlihatkan tingkat kenyamanan dan stress bagi ayam broiler dan dirumuskan pada persamaan 2.14 (Yamanoto 1983).
AM DBT
ET = −6 (2.14) dimana: ET= suhu efektif (oC), AM= kecepatan angin (m/det), DBT= suhu udara dalam kandang (oC).
Hasil dan Pembahasan
Bangunan perkandangan ayam broiler sistem tertutup mendapatkan perolehan dan kehilangan panas dari dan ke lingkungan sekitarnya melalui proses konduksi, konveksi dan radiasi. Besarnya pindah panas pada kandang ayam broiler sistem tertutup sangat ditentukan oleh sifat fisik material kandang, sumber panas (lampu, ayam), suhu material kandang dan udara yang masuk ke dalam kandang (Wathes dan Charles 1994). Nilai sifat fisik material kandang berupa tebal, massa, luas, panas jenis spesifik dan konduktivitas material penyusun kandang dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Hasil pengukuran dan perhitungan sifat fisik material kandang
Uraian/simbol Satuan Nilai Uraian/simbol Satuan Nilai
Tebal plafon m 0.002 Cpr* J/kg oC 1 000
Tebal dinding m 0.2 Cprp* J/kg oC 1007
Tebal sekam m 0.06 Cpp* J/kg oC 896
Tebal tirai m 0.01 Cpf* J/kg oC 1 380
Tebal atap m 0.006 Cpb* J/kg oC 8 79
(asbes) Cpc* J/kg oC 350
mr kg 18 124 Cprk* J/kg oC 1 007
mrp kg 1 171 Ar m2 1 572
mp kg 5 478 Arp m2 1 000
mf kg 8 400 Ap m2 1 000
mb kg 46 000 Af m2 1 000
mc kg 407 Ab m2 120
mrk kg 2 784 Ac m2 360
Hasil pengukuran kondisi lingkungan mikro di luar kandang untuk radiasi matahari (Gambar 2.4) dan suhu udara lingkungan (Gambar 2.5) menunjukkan bahwa radiasi matahari dan suhu udara meningkat dari pagi sampai siang hari kemudian menurun kembali pada sore hari. Intensitas radiasi matahari tertinggi terjadi pada pukul 12.00 WIB sebesar 763 Watt/m2 sedangkan suhu udara tertinggi terjadi pada pukul 12.30 dan 13.30 sebesar 34.6 oC. Intensitas radiasi matahari dan suhu udara lingkungan sangat mempengaruhi besarnya suhu atap, plafon, tirai dan dinding sehingga sangat mempengaruhi besarnya suhu kandang terutama pada siang hari.
Gambar 2.4 Intensitas radiasi matahari pada tanggal 25 Juni 2013
Gambar 2.5 Suhu udara lingkungan luar kandang pada tanggal 25 Juni 2013 Berdasarkan data intensitas radiasi matahari dan suhu udara lingkungan di atas, dengan panas lampu (QL) dalam kandang sebesar 480 Watt dan panas ayam (QA) seperti tertera pada Tabel 2.2 dapat dilakukan perhitungan perubahan suhu kandang dengan menggunakan persamaan pindah panas dan diselesaikan secara numerik dengan metode Euler. Data awal untuk suhu atap (Tr), suhu ruang antara atap dan plafon (Trp), suhu plafon (Tp), suhu sekam (Tf), suhu dinding (Tb), suhu
tirai (Tc) dan suhu udara dalam kandang (Trk) diperoleh berdasarkan hasil pengukuran.
Berdasarkan hasil perhitungan perubahan suhu pada Tabel 2.2 diperoleh bahwa suhu atap terus meningkat dari pukul 08.00 WIB sampai pukul 13.30 WIB kemudian turun kembali. Meningkatnya suhu atap dan suhu lingkungan menyebabkan suhu ruang antara atap dan plafon, suhu plafon, suhu dinding, suhu tirai dan suhu ruang kandang semakin meningkat. Beberapa material kandang yang menyimpan panas setelah siang menerima panas yang cukup besar seperti plafon dan dinding mulai mengeluarkan panas pada sore hari sehingga suhunya masih cukup tinggi sampai pukul 16.00 WIB.
Tabel 2.2 Hasil perhitungan perubahan suhu pada tanggal 25 Juni 2013 berdasarkan persamaan keseimbangan panas menggunakan metode Euler (jumlah ayam 9 800 ekor)
Waktu Ta I QL QA Tr Trp Tp Tf Tb Tc Trk
(WIB) (oC) (Watt/m2) (Watt) (Watt) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC)
8.00 23.9 282 480 104 174 25.63 25.60 25.66 30.00 24.92 26.60 26.00
8.30 25.6 345 480 104 225 27.23 25.72 25.71 30.06 24.93 25.69 26.02 9.00 27.8 437 480 104 276 29.26 26.07 25.81 30.13 24.98 26.21 26.27
9.30 29.5 507 480 104 327 31.61 26.66 26.00 30.19 25.07 27.17 26.65 10.00 30.7 616 480 104 378 34.17 27.47 26.33 30.24 25.19 28.05 27.14
10.30 32.1 667 480 104 429 36.94 28.49 26.79 30.29 25.33 28.99 27.71 11.00 33.2 710 480 104 480 39.68 29.70 27.38 30.33 25.50 29.86 28.32
11.30 33.4 747 480 104 531 42.32 31.04 28.10 30.36 25.69 30.59 28.93 12.00 33.8 763 480 104 582 44.80 32.47 28.91 30.37 25.89 31.16 29.54
12.30 34.6 754 480 104 634 47.03 33.96 29.80 30.38 26.11 31.77 30.19 13.00 34.3 713 480 104 685 48.85 35.45 30.76 30.38 26.33 32.23 30.84
13.30 34.6 668 480 104 736 48.38 36.81 31.75 30.37 26.56 32.66 31.49
14.00 34.1 601 480 104 787 46.90 37.73 32.71 30.35 26.79 32.97 32.12 14.30 33.2 533 480 104 838 45.53 38.30 33.57 30.32 27.00 32.96 32.62
15.00 32.1 486 480 104 889 44.33 38.64 34.29 30.28 27.21 32.85 33.04 15.30 31.5 375 480 104 940 43.39 38.80 34.86 30.23 27.39 32.59 33.32
16.00 30.5 284 480 104 991 43.03 38.90 35.30 30.18 27.56 32.34 33.54
Dari hasil perhitungan pada Tabel 2.2 dan berdasarkan data hasil pengukuran suhu udara kandang di 27 titik pada ketinggian 0.2, 0.6 dan 2.0 m dapat dibandingkan untuk menentukan besarnya nilai error atau persentasi deviasi rata-rata. Perbandingan suhu udara antara hasil perhitungan dengan hasil pengukuran (Tabel 2.3) menunjukkan bahwa persentasi deviasi rata-rata berkisar antara 0.93% sampai 12.20% dengan nilai rata-rata sebesar 5.12%. Nilai persentasi deviasi rata-rata ini cukup rendah sehingga model persamaan yang dibangun dapat dijadikan acuan untuk melakukan simulasi perubahan suhu kandang ayam sistem tertutup dimana input variabel yang berubah hanya panas ayam dari umur 1 sampai dengan 32 hari.
pada tanggal 25 Juni 2013 pukul 09.00, 11.00, 13.00 dan 15.00 WIB dan dapat dilihat pada Tabel 2.4 yang menunjukkan terjadi kenaikan suhu udara dan intensitas radiasi matahari dari pukul 09.00 sampai 13.00 WIB kemudian turun kembali. Data lingkungan dalam kandang meliputi suhu atap, plafon, sekam, tirai, dinding dan suhu kandang sebagai input data untuk perhitungan keseimbangan panas dapat dilihat pada Tabel 2.5 dan data panas ayam berdasarkan umur dapat dilihat pada Tabel 2.6.
Tabel 2.3 Perbandingan suhu udara dalam kandang hasil perhitungan menggunakan persamaan keseimbangan panas dengan hasil pengukuran
Tabel 2.4 Kondisi lingkungan luar kandang ayam tanggal 25 Juni 2013
Pukul
Tabel 2.5 Kondisi lingkungan dalam kandang ayam tanggal 25 Juni 2013
Tabel 2.6 Data input panas ayam broiler berdasarkan umur pada simulasi
ayam broiler untuk setiap ekornya yang dapat mencapai 18 kali pada umur 32 hari dibandingkan dengan ayam broiler umur 1 hari (Cordeau dan Barrington 2010).
Gambar 2.6 Perubahan suhu udara dalam kandang ayam sistem tertutup selama masa pemeliharaan 1 sampai dengan 32 hari di daerah beriklim tropika basah
Suhu udara dalam kandang tertinggi dan terendah akibat meningkatnya bobot badan ayam broiler pada umur 32 hari (Gambar 2.6) yaitu pada 13.00 WIB (37.33 oC) dan pada 09.00 WIB (28.78 oC). Suhu tersebut dapat diturunkan melalui sistem ventilasi menggunakan cooling pad dan kipas sebanyak 6 unit. Sistem ventilasi pada kandang sistem tertutup menggunakan cooling pad dapat menurunkan suhu udara dalam kandang mencapai 7.30 oC dengan rata-rata penurunan sebesar 5.74 oC. Dengan demikian suhu udara dalam kandang tertinggi berdasarkan hasil perhitungan menggunakan persamaan keseimbangan panas dapat diturunkan menjadi 30.03 oC. Kondisi ini dapat dicapai pada laju aliran udara dalam kandang sebesar 1.18 sampai 1.41 m/s (Dagtekin et al. 2009), bahkan suhu udara dalam kandang dapat diturunkan di bawah 30 oC (Wang et al. 2008). Kemampuan cooling pad menurunkan suhu udara dalam kandang juga dipengaruhi oleh tingkat kepadatan kandang. Pada kepadatan kandang 18.84 kg/m2, cooling pad mampu menurunkan suhu udara dalam kandang sebesar 6.10 oC dan pada kepadatan kandang 31.67 kg/m2 cooling pad dapat menurunkan suhu udara dalam kandang sebesar 5.90 oC (Dagtekin et al. 2009).
Suhu udara dalam kandang tertinggi setelah menggunakan cooling pad
yaitu 30.03 oC terjadi pada pukul 13.00 WIB saat umur ayam 32 hari dan dengan laju aliran udara dalam kandang sebesar 1.49 m/s dapat menghasilkan suhu efektif sebesar 22.71 oC. Kondisi ini masih nyaman untuk kehidupan ayam broiler umur 15 sampai dengan 32 hari. Pada umur tersebut ayam broiler mulai memerlukan suhu efektif yang lebih rendah dari periode umur sebelumnya (Donald 2009). Upaya lainnya untuk menurunkan suhu efektif pada kandang ayam broiler sistem tertutup melalui penjarangan atau pemanenan awal sebagai upaya mengurangi beban panas kandang yang dihasilkan ayam broiler. Penjarangan ayam broiler yang dilakukan pada saat umur ayam 22 hari sebanyak 5 ekor/m2 dapat menurunkan suhu efektif dalam kandang sebesar 1.52 oC (Yani et al. 2014).
Berdasarkan hasil analisis perubahan suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup menggunakan persamaan pindah panas dan kemampuan kerja sistem ventilasi menunjukkan bahwa suhu efektif dalam kandang masih nyaman untuk ayam broiler. Kondisi ini diperkuat dengan data hasil penelitian bahwa selama periode pemeliharaan, jumlah kematian ayam cukup rendah yaitu 1.31 sampai 2.00%, lebih baik dari yang dilaporkan Ilham dan Iqbal (2011) dan Indarsih et al. (2010) masing-masing sebesar 5 sampai 6% dan 5.10 ± 2.60 %. Target perolehan bobot ayam broiler juga tercapai yaitu 232 g pada umur 8 hari, 609 g pada umur 16 hari, 1 167 g pada umur 24 hari, 1 480 g pada umur 28 hari, 1 817 g pada umur 32 hari, lebih berat dari kandang sistem terbuka (Azis et al. 2011). Berdasarkan proyeksi target bobot pada umur 40 hari untuk kandang sistem tertutup yaitu 2 524 g juga lebih berat dari kandang sistem terbuka seperti yang dilaporkan Indarsih et al. (2010) bahwa bobot ayam broiler pada umur 40 hari untuk kandang sistem terbuka sebesar 2 300 g.
Pencapaian feed conversion ratio (FCR) juga memenuhi target yang ditentukan, pada beberapa periode pemeliharaan dapat dicapai nilai FCR rata-rata sebesar 1.45 ± 0.17. Nilai FCR tersebut lebih baik dari yang dilaporkan Indarsih
et al. (2010) dan Azis et al. (2011) untuk kandang ayam sistem terbuka masing-masing 1.65 ± 0.91 dan 1.78 sampai 1.90.
Tercapainya target produksi tersebut dari sisi manajemen kandang disebabkan karena kandang ayam broiler sistem tertutup mampu menyediakan suhu dan kelembaban udara yang dibutuhkan ayam broiler sehingga dapat menyediakan oksigen yang cukup dan mampu membuang kelebihan panas kandang serta gas-gas yang berbahaya (North dan Bell 1990; Donald 2010; Cobb 2010). Namun demikian, masih terlihat posisi ayam broiler di kandang belum merata, di suatu tempat cukup banyak diisi oleh ayam broiler dan di tempat lain kurang disukai oleh ayam broiler.
Simpulan
3
ANALISIS DISTRIBUSI SUHU UDARA PADA
KANDANG AYAM BROILER SISTEM TERTUTUP DI
DAERAH BERIKLIM TROPIKA BASAH
Pendahuluan
Peningkatan produktivitas ayam broiler di Indonesia memerlukan upaya penanganan dan pengendalian lingkungan mikro (suhu dan kelembaban udara) yang baik karena ayam broiler pada umur di atas dua minggu akan tumbuh dengan optimal pada suhu 18 oC sampai 24 oC (Bell dan Weaver 2002; Herawati dan Adiwinarto 2012), sementara suhu udara di Indonesia berada pada kisaran 24 oC sampai 34 oC dengan kelembaban relatif antara 60% sampai 90%. Suhu lingkungan dan kelembaban relatif yang tinggi mengakibatkan ayam broiler tidak dapat mengeluarkan panas tubuhnya secara normal sehingga terjadi penumpukan panas tubuh dan meningkatkan suhu tubuh ayam broiler. Agar suhu tubuh kembali pada kisaran normal, ayam broiler akan memperlambat proses metabolisme dan menurunkan konsumsi pakannya sehingga menyebabkan tidak terpenuhi asupan nutrisi dan berdampak pada penurunan pertumbuhan.
Pada kandang sistem tertutup, suhu udara dan kelembaban relatif dapat diatur menggunakan sistem ventilasi yang dilengkapi dengan cooling pad. Sistem ventilasi yang baik dapat mengeluarkan kelebihan panas, kelebihan uap air, gas-gas yang berbahaya (CO, CO2 dan NH3) dan dapat menyediakan oksigen bagi ayam sehingga mampu meminimalkan pengaruh-pengaruh buruk lingkungan. Ventilasi juga dapat menyebabkan tidak seragamnya laju aliran udara sehingga suhu udara dan kelembaban relatif tidak terdistribusi dengan baik dalam kandang bahkan dapat menyebabkan kematian pada ayam (Wathes dan Charles 1994).
Permasalahan keseragaman distribusi suhu dan laju aliran udara dalam kandang ayam sistem tertutup dapat dianalisis dengan computational fluid dynamics (CFD) menggunakan analisis numerik yaitu kontrol volume sebagai elemen dari integrasi persamaan keseimbangan massa, momentum dan energy. Pada CFD, persamaan benda dua atau tiga dimensi dapat diselesaikan secara lebih cepat dan simultan (Versteeg dan Malalasekera 1995). Prinsip kerja CFD adalah memodelkan kondisi kandang ayam sistem tertutup berupa bentuk, material kandang, sifat termofisik bahan kandang, sumber panas dan besarnya panas yang dihasilkan dengan kondisi batas yang ada. Keluarannya berupa besaran suhu udara pada kandang ayam broiler sistem tertutup di berbagai posisi (arah x, y dan z) serta laju aliran udara dalam kandang.
standar deviasi sebesar 0.30 oC hampir sama dengan suhu udara dalam kandang hasil pengukuran dengan nilai error sebesar 5 sampai 16% (Vidalet al. 2008).
Di daerah beriklim tropika basah, suhu dan kelembaban relatif dalam kandang ayam broiler sistem tertutup dipengaruhi oleh suhu dan kelembaban lingkungan di luar kandang, posisi inlet dan outlet serta sistem ventilasi yang dibangun. Selain itu, posisi ayam broiler tidak dapat menyebar merata di seluruh luasan kandang, terkonsentrasi pada posisi tertentu, sementara pada posisi yang lain tidak banyak ditempati ayam broiler bahkan kosong. Kondisi ini sebagai akibat tidak meratanya distribusi suhu dan laju aliran udara dalam kandang. Tujuan penelitian ini adalah merancang model kandang ayam broiler sistem tertutup menggunakan computational fluid dynamics (CFD dan menganalisis distribusi suhu udara serta melihat kenyamanan ayam broiler pada kandang ayam sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah.
Bahan dan Metode
Penelitian dilakukan di kandang ayam broiler sistem tertutup, Fakultas Peternakan IPB dari bulan Mei sampai Juli 2013. Kandang ayam yang digunakan berukuran 100 m (panjang) x 10 m (lebar) x 2.4 m (tinggi) dan dapat menampung ayam broiler sebanyak 12 000 sampai 16 000 ekor. Sistem ventilasi yang digunakan terdiri atas 6 kipas berdiameter 1.27 m dan sistem pendingin menggunakan cooling pad sebanyak 70 set. Kandang dilengkapi dengan sistem pencahayaan menggunakan lampu 8 watt sebanyak 60 unit,
Peralatan yang digunakan meliputi weather station (Davis 6162), portable paperless recorder (Yokogawa, MV Advance 1000), anemometer, note book dan
personal computer (PC) dengan software Solidworks Flow Simulation. Parameter iklim mikro yang diukur adalah suhu plafon, sekam, tirai, dinding,
cooling pad dan ruangan kandang pada ketinggian 0.2, 0.6 dan 2.0 m. Pengukuran dilakukan menggunakan tiga portable paperless recorder 24 channel untuk merekam data suhu udara pada titik-titik yang telah ditentukan menggunakan termokopel tipe T. Titik-titik pengukuran adalah sebagai berikut: tirai kanan dan kiri (masing-masing 2 titik), sekam, plafon, cooling pad, dinding, di dalam kandang (27 titik) pada ketinggian (sumbu y) 0.2, 0.6 dan 2.0 m. Pada tiap-tiap ketinggian termokopel diletakkan pada arah horizontal (sumbu z) dengan jarak 4 m, 2.5 m dan 0 m (tengah kandang), sedangkan pada arah sumbu x (memanjang), termokopel diletakkan pada jarak 55 m, 20 m dan -15 m (Tabel 3.1).
Posisi peletakan titik koordinat dengan nilai 0,0,0 pada sumbu x (panjang kandang), y (tinggi kandang) dan z (lebar kandang) berada pada posisi 65 m dari sebelah kanan panjang kandang atau 35 m dari sebelah kiri kandang (x) di atas sekam (y) dan 5 m dari arah lebar kandang baik kanan maupun kiri kandang (z). Bentuk geometri kandang ayam broiler sistem tertutup dan posisi peletakan titik koordinat x, y, z dengan nilai 0, 0, 0 dapat dilihat pada Gambar 3.1. Termokopel dihubungkan dengan recorder untuk menampilkan suhu yang terukur dan direkam setiap 5 menit untuk satu kali periode pengukuran dengan selang pengukuran antara pukul 06.00 sampai 18.00 WIB (selama 35 hari).
Gambar 3.1 Bentuk geometri kandang ayam broiler sistem tertutup
Computational Fluid Dynamics (CFD)
Ada beberapa perangkat lunak yang dapat digunakan untuk menyelesaikan permasalahan aliran udara pada kandang ayam broiler sistem tertutup yaitu Fluent 6.2.16, Gambit 2.2.30 dan Auto CAD 2005 serta yang terbaru adalah CFD
SolidWorks Flow Simulation. Penggunaan CFD SolidWorks Flow Simulation memiliki keunggulan sangat lengkap yakni mulai dari penggambaran geometri kandang, pembuatan mesh dan penentuan kondisi batas geometri kandang, analisis distribusi suhu dan pola alirannya. Komputer yang digunakan untuk mengoperasikan SolidWorks Flow Simulation memiliki spesifikasi CPU Intel ® Core TM i7, RAM 8 GB dan sistem operasi 64 bit.
Pola aliran udara dalam CFD digambarkan secara kuantitatif dalam besaran suhu dan kecepatan melalui persamaan diferensial berupa koordinat
cartesian. Pemecahan secara matematik dalam CFD dilakukan melalui analisis numerik tiga dimensi dengan metode volume hingga melalui diskretisasi dan iterasi. Analisis distribusi dan simulasi suhu pada kandang ayam broiler sistem tertutup dapat dilakukan dengan menggunakan CFD SolidWorks Flow Simulation
Computational fluid dynamics (CFD) mengandung 3 komponen utama, yaitu : pre-processor, solver dan post-processror (Versteeg dan Malalasekera 1995). Komponen pre-processor adalah komponen input atas permasalahan aliran pada program CFD dengan menggunakan interface sebagai transformer
input bagi solver. Pada tahapan ini dilakukan: 1) pendefinisian geometri daerah; 2) pembentukan mesh pada setiap domain; 3) pemilihan fenomena fisik dan kimia yang dibutuhkan; 4) penentuan sifat-sifat fluida berupa konduktivitas, viskositas, panas jenis, massa jenis; 5) penentuan kondisi batas.
Proses pada solver yang merupakan pemecahan secara matematika dalam CFD dengan metode volume hingga (finite volume) yang dikembangkan dari metode beda hingga (finite difference) khusus, memiliki 3 tahapan yaitu: 1) aproksimasi aliran yang tidak diketahui dilakukan dengan menggunakan fungsi sederhana; 2) diskretisasi dengan cara mensubstitusi hasil aproksimasi ke dalam persamaan aliran termasuk manipulasi matematik; 3) penyelesaian persamaan aljabar. Pada proses solver, ada tiga persamaan atur aliran fluida yaitu massa fluida kekal, laju perubahan momentum sama dengan resultansi gaya pada partikel fluida (Hukum II Newton) dan laju perubahan energi sama dengan resultansi laju panas yang ditambahkan dan laju kerja yang diberikan pada partikel fluida (Hukum I Termodinamika).
Kondisi laju aliran udara pada kandang ayam broiler sistem tertutup bersifat turbulen menyebabkan pemilihan aliran fluida dalam CFD juga menggunakan aliran fluida turbulen model k-ε yang dikembangkan oleh Lam dan Bremhorst (1981) dalam SolidWorks Flow Simulation. Persamaan atur aliran fluida dalam solver pada CFD meliputi persamaan kekekalan massa, momentum dan energi (Versteeg dan Malalasekera 1995) pada kandang ayam broiler sistem tertutup yang dijabarkan pada Persamaan (3.1), Persamaan (3.2) dan Persamaan (3.3) (Lee et al. 2007).
�� ��+
�
���(���) =�� (3.1) dimana xi adalah jarak dalam arah ke i (m), ui adalah komponen-komponen kecepatan fluida (ms-1), ρ adalah densitas fluida (kg m-3) dan Sm adalah massa yang ditambahkan pada fase yang kontinyu dari fase yang terdispersi (kg m-3 s-1).
� dimana p adalah tekanan (Pa), τij adalah tensor tegangan (Pa), gi adalah percepatan gravitasi (ms-2), Fi adalah gaya-gaya eksternal (Nm-3) dan t adalah waktu (s).
animasinya. Asumsi yang digunakan dalam analisis distribusi suhu udara menggunakan CFD pada kandang ayam broiler sistem tertutup adalah sebagai berikut: 1) udara dalam kandang ayam broiler tidak terkompresi (incompressible); 2) putaran kipas konstan selama simulasi; 3) panas jenis, konduktivitas dan viskositas udara konstan; 4) suhu sekam dan plafon dianggap seragam sesuai kondisi batasnya.
Validasi Hasil Simulasi CFD dan Koefisien Variasi
Validasi dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan (suhu) pada titik-titik tertentu yang diinginkan. Kriteria validasi distribusi suhu udara dalam kandang ayam broiler pada ketinggian 0.2, 0.6, dan 2.0 dianalisa dengan cara menghitung besarnya persentasi deviasi rata-rata antara hasil pengukuran dengan hasil simulasi. Besarnya persentasi deviasi rata-rata dihitung dengan persamaan (3.4).
Persentasi deviasi rata−rata =����������− �����
����� � �100% (3.4) Sebaran distribusi suhu udara pada kandang ayam broiler sistem tertutup untuk setiap ketinggian dapat dilihat dari nilai koefisien variasi, yaitu membandingkan antara simpangan standar dengan nilai rata-rata dan dinyatakan dalam persentase. Besarnya nilai koefisien variasi dapat dihitung dengan persamaan (3.5).
Koefisien variasi =�
�̅ � 100% (3.5)
dimana S adalah simpangan standar dan �̅ adalah rata-rata suhu udara kandang pada ketinggian tertentu.
Hasil dan Pembahasan
Analisis distribusi suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup dilakukan pada saat kandang terisi sekam/litter tetapi belum diisi oleh ayam broiler. Data yang digunakan adalah hasil pengukuran tanggal 29 Juni 2013 yang dipilih mewakili cuaca cerah pada musim kemarau karena kandang ayam broiler sistem tertutup di daerah beriklim tropika basah masih dipengaruhi oleh kondisi lingkungan mikro di luar kandang seperti suhu udara, kelembaban relatif, dan radiasi matahari. Pemilihan waktu untuk analisis distribusi suhu udara dalam kandang ayam broiler dilakukan berdasarkan kondisi cooling pad nyala pada sebelah kanan dan kiri dengan perbedaaan suhu cooling pad kanan dan kiri relatif rendah dan terjadi pada pukul 12.20 WIB, 13.55 WIB dan 15.20 WIB.
Tirai, plafon dan sekam pada CFD untuk kondisi batas didefinisikan sebagai real wall. Suhu tirai dan cooling pad tiap sisi (kanan dan kiri) memiliki suhu yang berbeda karena posisi sudut datang matahari, dimana posisi sebelah kiri lebih besar nilainya dari posisi sebelah kanan.Udara yang masuk ke dalam kandang melalui cooling pad didefinisikan sebagai udara yang memiliki kelembaban relatif (RH) cukup tinggi yaitu 95% sampai 97% sehingga suhu
cooling pad berbeda dengan suhu air pada bak penampung (pensirkulasi air
cooling pad). Input kondisi awal dan kondisi batas pada analisis distribusi suhu udara pada kandang ayam broiler sistem tertutup menggunakan CFD dirinci pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Input kondisi awal untuk analisis distribusi suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup
Input Pukul (WIB)
12.20 13.55 15.20
Kondisi awal
Suhu sekam (oC) 31.35 31.32 31.25
Suhu plafon (oC) 33.72 32.90 32.60
Suhu tirai kanan (oC) 33.79 33.18 33.32
Suhu tirai kiri (oC) 35.54 35.84 35.71
Suhu cooling pad kanan (oC) 26.16 26.26 26.11 Suhu cooling pad kiri (oC) 26.27 26.42 26.07 Kondisi batas
Tekanan udara lingkungan (Pa) 1 028 1 026 1 026
Jumlah kipas aktif/nyala 5 5 5
Suhu lingkungan (oC) 33.40 33.80 34.50
Static pressure kipas 0.00 0.00 0.00
Debit tiap kipas (m3 s-1) 11.67 11.67 11.67
Debit udara yang masuk ke kandang melalui lubang udara di cooling pad
Gambar 3.2 Posisi peletakan kipas pada kandang ayam broiler sistem tertutup Berdasarkan kondisi batas dan lingkungan mikro di sekitar kandang ayam broiler sistem tertutup, sebaran suhu udara hasil analisis menggunakan CFD menunjukan bahwa secara umum suhu udara dalam kandang ayam broiler memiliki kecenderungan posisi dekat sekam dan plafon lebih tinggi dari posisi lainnya. Hal ini disebabkan karena suhu sekam dan plafon cukup tinggi, sedangkan cooling pad berada pada ketinggian 0.4 sampai 2.2 m. Tingginya suhu plafon disebabkan karena menerima panas dari atap kandang yang diteruskan ke plafon dan panas dari lampu penerangan kandang yang dipasang di plafon. Suhu udara rata-rata pada semua ketinggian kandang pukul 13.55 WIB paling rendah (26.66 oC) dibandingkan pukul 12.20 WIB (26.68 oC) dan pukul 15.20 WIB (26.70 oC).
Sebaran suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup hasil analisis CFD pada semua ketinggian memiliki nilai keseragaman dengan nilai koefisien variasi rata-rata sebesar 2.42% pukul 12.20 WIB, 2.37% pukul 13.55 WIB dan 2.62% pukul 15.20 WIB. Nilai koefisien variasi suhu udara dalam kandang tersebut terjadi karena perbedaan suhu yang cukup tinggi antara suhu
cooling pad sebagai inlet dengan suhu sekam, plafon, dinding dan tirai. Perbedaan suhu terbesar terjadi antara suhu cooling pad dengan suhu tirai sebelah kiri yaitu 9.38 oC pada 12.20 WIB, 9.58 oC pada 13.55 WIB dan 9.60 oC pada 15.20 WIB.
Pada pukul 12.20 WIB dengan mengaktifkan5 kipas dan suhu cooling pad
dekat sekam. Pada pukul 15.20 WIB dengan 5 kipas dan suhu cooling pad sebesar 26.11 oC (kanan) dan 26.07 oC (kiri) menghasilkan suhu udara minimum dalam kandang sebesar 26.07 oC pada semua ketinggian dan suhu udara maksimum sebesar 28.72 oC pada ketinggian 2.0 m dekat plafon.
Tabel 3.3 Suhu udara dalam kandang ayam broiler sistem tertutup hasil analisis CFD
