TUGAS AKHIR
OPTIMASI DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA MESIN
PENETAS TELUR PUYUH BERBASIS CFD
(COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)
Oleh :
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah, puji dan syukur diucapkan kehadirat Allah SWT karena atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga laporan Tugas Akhir dapat diselesaikan dengan baik. Pelaksanaan dan penulisan laporan Tugas Akhir bertjuan untuk memenuhi persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Srata Satu pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas Padang. Tugas akhir ini berjudul “Optimasi Distribusi Temperatur Pada Mesin Penetas Telur Puyuh Berbasis
CFD (Computational Fluid Dynamics)”.
Pelaksanaan dan penulisan Laporan Tugas Akhir telah dibantu oleh banyak pihak sehingga pada akhirnya dapat diselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini diucapkan terima kasih kepada :
1. Orang tua dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a, motivasi dan bantuan baik moril maupun materil.
2. Bapak Gusriwandi, MT dan Ibuk Endri Yani, MT, sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, perhatian, pengarahan dan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
3. Bapak Adly Havendri, M.Sc dan Ilhamdi, M.Eng Sebagai penguji dari seminar proposal dan hasil tugas akhir yang telah memberikan pengarahan dalam pembuatan laporan.
4. Bapak Prof. Dr.-Ing. Mulyadi Bur, Zulkifli Amin, Ph.D sebagai penguji sidang sarjana.
5. Seluruh staf pengajar di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalas
6. Seluruh karyawan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalas
8. Serta semua pihak yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir yang tidak dapat disebutkan namanya satu-persatu.
Penulis berdo’a semoga segala bantuan dan dukungan yang telah diberikan mendapt balasan dan ridho dari Allah SWT, mudah-mudahan pada akhirnya kita semua memperoleh kesuksesan.
Sangat disadari bahwa tulisan ini jauh dari kesempurnaan, karena kesempurnaan hanyalah milik-Nya. Untuk itu saran dan kritik yang membangun diharapkan dari pembaca. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amiin.
Padang, Juli 2012
DAFTAR ISI
1.3 Batasan Masalah... 3
1.4 Tujuan ... 3
1.5 Manfaat ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Penetas telur ... 5
2.2 Pengenalan CFD (Computational Fluid Dynamic)... 7
2.2.1 Pengertian CFD Secara Umum ... 7
2.2.2 Penggunaan dan Manfaat CFD ... 8
2.2.3 Proses Simulasi CFD... 10
2.2.2 Struktur Program CFD ... 10
2.2.2 Pendekatan Numerik pada CFD... 11
BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 17
3.2.1 Studi Literatur ... 18
3.2.2 Mensimulasikan Mesin Penetas Telur Puyuh yang telah dibuat ... 18
3.2.3 Analisa Hasil Simulasi Mesin Penetas Telur Puyuh ... 19
3.2.4 Simulasi Beberapa Model Mesin Penetas Telur Puyuh ... 20
3.2.4.1 Simulasi Model 1 Mesin Penetas Telur Puyuh... 20
3.2.4.2 Simulasi Model 2 Mesin Penetas Telur Puyuh... 20
3.2.4.2 Simulasi Model 3 Mesin Penetas Telur Puyuh... 21
3.2.5 Analisa Hasil Simulasi Beberapa Model Rancangan Mesin Penetas Telur Puyuh ... 21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Simulasi Mesin Penetas Telur Puyuh... 22
4.2 Analisa Hasil Simulasi Mesin Penetas telur Puyuh ... 24
4.3 Simulasi Beberapa Model Mesin Penetas Telur Puyuh ... 25
4.3.1 Model 1 Mesin Penetas Telur Puyuh ... 25
4.3.2 Model 2 Mesin Penetas Telur Puyuh ... 27
4.3.2 Model 3 Mesin Penetas Telur Puyuh ... 30
4.4 Analisa Hasil Simulasi Model Mesin Penetas telur Puyuh... 32
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 34
5.2 Saran... 34
Daftar Pustaka
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik Distribusi Temperatur Penetasan Pada Pengujian 1 ... 2
Gambar 1.1 Grafik Distribusi Temperatur Penetasan Pada Pengujian 1 ... 2
Gambar 2.1 Skema mesin penetas telur sederhana ... 5
Gambar 2.2 Hukum kekekalan massa pada Sebuah elemen fluida 3 dimensi ... 11
Gambar 2.3 Hukum kekekalan momentum arah sumbu x pada sebuah elemen fluida 3 dimensi ... 12
Gambar 2.4 Kerja yang dikenakan pada sebuah elemen arah sumbu x ... 14
Gambar 2.5 Fluks panas yang melintasi permukaan sebuah elemen ... 14
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian... 15
Gambar 3.2 Gambar mesin penetas telur puyuh yang akan di simulasikan dengan CFD ... 16
Gambar 4.1 Geometri mesin penetas telur puyuh... 22
Gambar 4.2 Hasil meshingmesin penetas telur puyuh ... 22
Gambar 4.3 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT ... 23
Gambar 4.4 Contourtemperatur hasil potongan pada sumbu z =10cm dan z = 20cm... 23
Gambar 4.5 Contourtemperatur hasil simulasi yang dipotong pada sumbu y=10cm ... 24
Gambar 4.6 Geometri model 1 mesin penetas telur puyuh hasil modifikasi ... 25
Gambar 4.7 Hasil meshingmodel 1 mesin penetas telur puyuh ... 25
Gambar 4.8 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT pada model 1 ... 26
Gambar 4.9 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT yang dipotong pada sumbu z =5 cm, z = 15 cm dan z = 25 cm ... 26
Gambar 4.10 Contourtemperatur hasil simulasi model I yang dipotong pada sumbu y =10cm... 27
Gambar 4.11 Geometri model 2 mesin penetas telur puyuh... 27
Gambar 4.12 Hasil meshingmodel 2 mesin penetas telur puyuh ... 28
Gambar 4.13 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT model 2 ... 28
Gambar 4.15 Contourtemperatur hasil simulasi pada model 2 yang dipotong
pada sumbu y =10cm ... 29
Gambar 4.16 Geometri model 3 mesin penetas telur puyuh... 30
Gambar 4.17 Hasil meshingmodel 3 mesin penetas telur puyuh ... 30
Gambar 4.18 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT model 3 ... 31
Gambar 4.19 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT model 2 yang dipotong pada sumbu z = 5cm, z = 15cm dan z = 25cm ... 31
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1Pengaruh Temperatur Terhadap Daya Tetas Telur Ayam... 1 Tabel 1.2Hubungan Temperatur Dan Waktu Yang Dibutuhkan Telur
DAFTAR SIMBOL
Fc Gaya sentrifugal. N
Fdr Drag forcepada material. N
mp Massa partikel. kg
d Diameter partikel. m
ρp Massa jenis partikel. kg/m3
utp Kecepatan arah tangensial m/s
r Jarak radial pertikel ke sumbu y m
Viskositas gas. m2/s
ur Komponen kecepatan gas inward drift. m/s
urp Kecepatan radial pertikel. m/s
ʋ Viskositas kinematik. m2/s
Pr Bilangan Prandtl. N
T Temperatur. K
Fgraf Gaya gravitasi. N
p Tekanan fluida. Pa
Mean free path. m
u Kecepatan fluida dalam arah x m/s
V Kecepatan fluida m/s
Q Laju aliran m3/s
q Perolehan kalor J
f Densitas udara kg/m3
c Panas jenis udara J/kg.0C
ABSTRAK
Mesin penetas telur merupakan salah satu peralatan yang banyak digunakan
pada bidang peternakan unggas. Mesin ini digunakan untuk meningkatkan kuantitas
penetasan telur. Walaupun sudah banyak mesin penetas telur yang diproduksi baik
yang manual, semi otomatis atau otomatis, akan tapi tingkat keberhasilan atau
persentase daya tetas telur tersebut masih rendah. Salah satu penyebab yang sangat
berpengaruh adalah distribusi temperatur yang tidak merata.
Pembuatan dan pengujian mesin penetas telur semi otomatis telah dilakukan
oleh Daniel Azhari, dengan tingkat keberhasilan penetasannya 82% dan 79%.
Kemungkinan persentase keberhasilan penetasan telur masih dapat ditingkatkan,
salah satu caranya adalah dengan meningkatkan distribusi temperatur agar lebih
merata.
Pada penelitian ini mesin penetas telur yang telah ada (Daniel Azhari)
disimulasikan dengan CFD (Computational Fluid Dynamics) Langkah pertama
yang dilakukan adalah mensimulasikan mesin penetas telur tersebut untuk melihat
distribusi temperaturnya. Setelah hasil simulasi didapat, kemudian dilakukan
analisa. Dari hasil analisa akan didapat beberapa model rancangan mesin penetas
telur yang dimodifikasi dari mesin penetas telur sebelumnya. Dari beberapa model
mesin penetas ini akan dicari mesin penetas yang menghasilkan distribusi yang
paling merata dengan melakukan simulasi terhadap masing-masing model dengan
kondisi batas yang sama. Hasil dari tugas akhir ini adalah sebuah model mesin
penetas telur puyuh hasil modifikasi yang menghasilkan distribusi temperatur yang
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Mesin penetas telur merupakan salah satu peralatan yang banyak
digunakan pada bidang peternakan unggas. Mesin ini digunakan untuk
meningkatkan kuantitas penetasan telur. Walaupun sudah banyak mesin
penetas telur yang diproduksi baik yang manual, semiotomatis atau otomatis,
akan tetapi tingkat keberhasilan atau persentase daya tetas telur tersebut
masih rendah. Salah satu penyebab yang sangat berpengaruh adalah distribusi
temperatur yang tidak merata. Pada tabel 1.1 dapat dilihat pengaruh
temperatur terhadap daya tetas pada telur ayam, sedangkan pada tabel 1.2
memperlihatkan hubungan temperatur dan waktu yang dibutuhkan telur untuk
menetas.
Tabel 1.1Pengaruh Temperatur Terhadap Daya Tetas Telur Ayam[1]
Temperatur
Tabel 1.2 Hubungan Temperatur Dan Waktu Yang Dibutuhkan Telur Untuk
Pendahuluan
Data yang didapat dari tugas akhir Daniel Azhari yaitu pembuatan dan
pengujian mesin penetas telur puyuh yang dibuat dengan kapasitas telur 100
butir didapatkan persentase telur yang menetas adalah 82% dan 79% dari dua
kali percobaan yang dilakukan[2]. Grafik hasil pengukuran temperatur selama
proses penetasan yang telah dilakukan dapat dilihat pada Gambar 1.1 dan 1.2.
Gambar 1.1 Grafik distribusi temperatur penetasan pada pengujian 1[2]
Pendahuluan
1.2 Rumusan Masalah
Dari permasalahan distribusi temperatur yang tidak merata, dapat
dilakukan sebuah penelitian. Kemungkinan persentase keberhasilan penetasan
telur masih dapat ditingkatkan yaitu dengan cara merancang mesin penetas
telur yang memiliki distribusi temperatur yang lebih merata dibandingkan
dengan mesin penetas telur yang telah dibuat sebelumnya.
Untuk mendapatkan distribusi temperatur yang lebih merata tersebut,
akan dilakukan penelitian terhadap mesin penetas yang telah dibuat
sebelumnya. Mesin penetas ini akan disimulasikan dengan menggunakan
CFD (Computational Fluid Dynamics) untuk melihat distribusi
temperaturnya. Setelah hasil simulasi didapat, kemudian akan dilakukan
analisa. Dari hasil analisa akan didapat beberapa model rancangan mesin
penetas telur yang mungkin menghasilkan mesin penetas telur dengan
distribusi temperatur yang lebih merata. Dari beberapa model mesin penetas
telur tersebut akan dilakukan simulasi, kemudian hasil simulasi akan dianalisa
untuk mendapatkan model rancangan mesin penetas telur yang menghasilkan
distribusi temperatur yang paling merata.
1.3 Batasan Masalah
Tugas akhir ini hanya mensimulasikan distribusi temperatur dengan
menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) pada mesin penetas
telur dengan mengubah posisi sumber panas (bola lampu) dan kipas (fan)
pada mesin penetas telur.
1.4 Tujuan
Mencari konfigurasi pemanas dan kipas yang tepat untuk mendapatkan
distribusi temperatur yang merata dalam sebuah mesin penetas telur melalui
simulasi CFD (Computational Fluid Dynamics)
1.5 Manfaat
Dengan adanya penelitian ini kita dapat memprediksi konfigurasi
pemanas dan kipas yang tepat agar temperatur yang dihasilkan terdistribusi
Pendahuluan
tertentu. Penelitian ini diharapkan bisa dimanfaatkan sebagai salah satu
alternatif untuk meningkatkan persentase keberhasilan penetasan telur yang
masih rendah.
1.6 Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini dibahas dalam 5 bab yang disusun dengan sistematika
sebagai berikut :
1. Bab I Pendahuluan, menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan,
manfaat, batasan masalah dan sistematika penulisan.
2. Bab II Tinjauan Pustaka, memaparkan tentang mesin penetas dan
Pengenalan CFD.
3. Bab III Metodologi, berisi tentang langkah-langkah melakukan
penelitian.
4. Bab IV Hasil Dan Pembahasan, berisi tentang data hasil simulasi
dan analisa hasil simulasi
5. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan hasil penelitian dan