II PREDIKSI SUHU, KELEMBABAN DAN AMONIA PADA BROILER CLOSED HOUSE MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

(1)

Abstract

Broiler was a kind of superior race from crosses of chicken nations that have high productivity power, especially in the production of chicken meat. In an attempt was broiler chicken rearing, the temperature, humidity and ammonia was a crucial factor in chicken rearing in tropical regions. Broiler closed house was a system that offers a solution to provide thermal comfort of broilers were raised. The research objectives were: first, to model the temperature, humidity and ammonia in closed broiler houses by using Computational Fluid Dynamics (CFD), second, to determine the distribution of temperature, humidity and ammonia in the chicken coop. In this study design modeling of temperature, humidity and ammonia in the broiler closed house with mathematics consists of the room temperature, floor temperature, the temperature of the walls and roof temperatures. Data was collected in two ways from the primary measurements obtained using sensors include: the floor temperature, the wall temperature, the room temperature, the temperature of the roof and the secondary wind speed and temperature, humidity environments and available from BMG Bogor irradiation and temperature data of broilers, the fan power and lamp as the input bondary condition for CFD simulations. Materials used include: sensor kestrel 3000 for measuring temperature, humidity and air velocity, a set of computers and peripherals, and thermo Copel and hybrid recorder, to measure the temperature and humidity, wall, floor, roof, a set of broiler closed house, broilers, anemometer was used to measuring air velocity in units of m/s (meters per second), Impinger water used to take samples of air-free ammonia, Spectrofotometer used to measure the intensity level of ammonia that is on stable mercury thermometer used to measure the temperature on the temperature distribution tends litter. Rseult of simulation increased in the outlet area of the enclosure from any accumulation of hot broiler convection flow due to blast air into the outlet. Validation includes validation measurements performed by comparing the actual data and validation of measurement and simulation mesh. Validation of measurement for temperature and wind speed is good enough. Validation mesh was used to test the accuracy of the simulation itself can find the thermal comfort parameters of broilers. Simulation of heat transfer (temperature) has been used to predict the distribution of temperature, humidity and ammonia in a broiler closed house by using CFD modeling that can be used as a reference and control temperature, humidity and ammonia. The simulation results of temperature, humidity and ammonia broiler closed house have been validated indicate a significant correlation to the temperature coefficient of determination (R2) 99.093% and RMSE 0.934952, humidity coefficient of determination (R2) 99.007% and RMSE 0.966379 and ammonia coefficient of determination (R2) 99.11% and RMSE 1.4859.

Keywords: Prediction, Temperature, Humidity, Ammonia Broiler Closed House, CFD

(2)

Abstrak

Ayam broiler merupakan jenis ayam ras unggulan hasil persilangan dari bangsa-bangsa ayam yang memiliki daya produktivitas tinggi, terutama dalam memproduksi daging ayam. Dalam usaha pembesaran ayam broiler tersebut, suhu, kelembaban dan amonia merupakan faktor yang krusial dalam pembesaran ayam di wilayah beriklim tropis. Broiler closed house merupakan suatu sistem yang menawarkan solusi untuk memberikan kenyamanan termal terhadap ayam broiler

yang dibesarkan. Tujuan Penelitian adalah: pertama, untuk memodelkan suhu pada

broiler closed house dengan menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD),

kedua, untuk mengetahui distribusi suhu, kelembaban dan amonia dalam kandang ayam. Dalam rancangan penelitian ini pemodelan matematika suhu, kelembaban dan amonia dalam kandang ayam terdiri dari suhu ruangan, suhu lantai, suhu dinding dan suhu atap. Pengambilan data dilakukan dua cara yaitu primer diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan sensor diantaranya: suhu lantai, suhu dinding, suhu ruangan, suhu atap dan kecepatan angin dan sekunder suhu, kelembaban lingkungan dan iradiasi diperoleh dari BMG Bogor dan data suhu

ayam, daya kipas angin dan lampu sebagai input bondary condition simulasi CFD.

Peralatan yang digunakan meliputi: sensor kestrel 3000 untuk mengukur suhu, kelembaban dan kecepatan udara, satu set komputer dan peripheral, thermo copel dan hybrid recorder, untuk mengukur suhu dan kelembaban, dinding, lantai atap, satu set kandang, ayam broiler, anemometer digunakan untuk mengukur kecepatan udara dengan satuan m/s (meter per sekon), Air Impinger digunakan untuk mengambil sampel amonia dari udara bebas, Spectrofotometer digunakan untuk mengukur tingkat intensitas amonia yang ada pada kandang Termometer raksa digunakan untuk mengukur suhu pada litter.Hasil simulasi Distribusi suhunya cenderung meningkat pada daerah outlet kandang akibat ada akumulasi panas dari konveksi ayam yang disebabkan hembusan aliran udara menuju outlet. Validasi dilakukan meliputi validasi pengukuran dengan membandingkan data aktual pengukuran dan simulasi dan validasi mesh. Validasi pengukuran untuk suhu dan kecepatan angin cukup baik Validasi mesh digunakan untuk menguji keakuratan dari simulasi itu sendiri dapat memenuhi parameter kenyamanan termal ayam. Simulasi pindah panas (suhu) yang dipakai telah dapat memprediksi sebaran suhu, kelembaban dan amonia dalam broiler closed house dengan menggunakan CFD sehingga bisa dijadikan acuan pemodelan dan kendali suhu, kelembaban dan amonia. Hasil simulasi suhu, kelembaban dan amonia broiler closed house telah divalidasi menunjukkan akurasi yang korelasi signifikan untuk suhu koefisien determinasi (R2) 99,093 % dan RMSE 0,934952, kelembaban koefisien determinasi (R2) 99,007 % dan RMSE 0,966379 dan amonia koefisien determinasi (R2) 99,11 % dan RMSE 1.4859.

(3)

Pendahuluan

Ayam broiler merupakan jenis ras unggulan hasil persilangan dari berbagai ras ayam yang memiliki daya produktivitas tinggi, terutama dalam produksi daging. Masyarakat Indonesia tingkat konsumsi daging ayam masih rendah, begitupula kenaikan populasi dan produksi ayam broiler masih rendah. Hal ini disebabkan karena manajemen pemeliharaan yang belum baik dan efektif. Hanya sebagian kecil dari peternakan ayam yang sudah menerapkan manajemen pemeliharaan yang sesuai dan diikuti dengan penerapan teknologi. Ini merupakan salah satu hambatan dalam peningkatan populasi ayam broiler.di Indonesia memiliki kondisi lingkungan tropis, terutama suhu luar yang lebih tinggi dibandingkan dengan suhu lingkungan kandang sehingga peluang pemeliharaan ayam broiler di Indonesia masih sangat terbuka lebar.

Suhu, sanitasi, ventilasi dan kelembaban kandang ayam sangat perlu diperhatikan. Indonesia sebagai negara tropis, memiliki suhu lingkungan yang cukup tinggi untuk memelihara broiler karena suhu optimum untuk memelihara ayam broiler antara 180C-240C (Rose 1997). Panas adalah energi yang merambat atau berpindah karena ada perbedaan suhu, ada tiga cara perpindahan panas yaitu:

pertama: konduksi didefinisikan sebagai perpindahan panas dalam suatu medium tanpa disertai perpindahan partikel dalam medium tersebut, kedua: konveksi didefinisikan sebagai perpindahan panas dalam suatu medium yang disertai perpindahan-perpindahan partikelnya, ketiga: radiasi didefinisikan sebagai perpindahan panas yang tidak memerlukan medium perantara.

Prinsip kerja pemanas ruangan dikembangkan berdasarkan Hukum Termodinamika I dan II. Perpindahan panas pada kasus pemanasan ruangan adalah memindahkan energi dalam bentuk panas dari suatu titik yang bersuhu tinggi ke titik yang bersuhu lebih rendah (Holman 1997; Wood dan Lawrence 1997; Cengel 2003). Untuk menghangatkan ruangan dibutuhkan suatu fluida (berupa air, udara, atau uap) yang dipanaskan di dalam heat source/boiler yang dialirkan melalui pipa dengan evavoration cooling yang berhubungan langsung dengan udara ruangan. Fluida akan mengalir kembali lagi ke heat source/boiler untuk dipanaskan kembali (COBB 2010; PCPI 2005; Alimuddin et al. 2010, 2011).

Prinsip utama dalam membangun broilerclosed house adalah menyediakan

(4)

menurut standar Eropa antara lain mencakup parameter kadar amonia, karbon dioksida, debu tehirup oleh ternak, debu yang di respirasi oleh ternak, dan bakteri yang mematikan (Leeson 2000). Parameter lain yang juga sangat penting dalam lingkungan kandang ayam adalah suhu udara dan ventilasi dalam kandang (Bell 2001).

Di daerah iklim panas tropis pengurangan suhu udara di dalam kandang ayam sangat penting dalam rangka untuk membatasi kerugian produksi. Meskipun hal ini sulit untuk dicapai terutama pada kandang tertutup (broiler closed house). Pengurangan suhu udara di dalam kandang, dilakukan dengan bantuan kipas angin dan sistem pendingin (Bucklin et al. 2009).

Tabel 2.1Batas ambang suhu dan kelembaban dalam Broiler Closed House

Umur-Hari Kelembaban (RH) (%) Temperatur C0(F) Temperatur C0(F) 0 30-50 34(91) 33(91) 7 40-60 31(88) 30(86) 14 40-60 27(81) 27(81) 21 40-60 24(75) 24(75) 28 50-70 21(70) 21(70) 35 50-70 19(66) 19(66) 42 50-70 18(64) 18(64)

Sumber: (Pokhpan 2005), (COBB 2010)

Di Indonesia, baku mutu gas amonia dan hidrogen sulfida di udara dijelaskan dalam surat Keputusan Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup No. KEP 03/MENKHL/II/1991, dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Baku mutu ambien dan emisi gas NH3 dan H2S Ketentuan Gas NH3 Gas H2S Baku mutu udara ambient 2 ppm/ 24 jam 0.03 ppm/ 30 menit Baku mutu udara emisi - -

Ringan 5 ppm 6.25 ppm Ketat 1 ppm 5 ppm

Sumber: Hidayatun (2007)

NH3, H2S, dan CO2 seringkali menyebabkan masalah bagi kesehatan ternak, peternak, dan lingkungan sekitar (Hidayatun 2007). Beberapa penelitian tentang pengaruh NH3 terhadap ternak unggas, diantaranya dapat menurunkan rata-rata pertumbuhan, mengurangi efisisensi pakan, merusak saluran pernafasan dan meningkatkan aktivasi virus ND (New Castle Disease).

(5)

Salah satu parameter yang mempengaruhi kesehatan ternak tersebut adalah amonia. Amonia merupakan produk dekomposisi dari senyawa organik yang tidak teroksidasi secara sempurna karena kondisi anaerobik (Appl 1999). Amonia merupakan gas yang tidak berwarna tetapi memiliki bau yang sangat menyengat. Pada kandang ayam amonia dihasilkan dari kotoran ayam, sehingga jika amonia ini tidak segera dialirkan akan mengganggu kondisi lingkungan ayam, oleh karena amonia bersifat racun.

Secara teoritis amonia dihasilkan melalui perubahan hidrolisis dari urea dengan proses enzimatis dan mikrobiologi. Secara kimia amonia dapat berupa fase cair maupun fase gas. Proses konveksi amonia berlangsung dari permukaan lantai menuju aliran udara bebas (Liu 2007). Ayam broiler merupakan salah satu jenis ternak yang menghasilkan kandungan amonia relatif lebih tinggi dibanding ternak lainnya, karena ayam broiler mengkonsumsi protein lebih tinggi untuk kebutuhan hidup. Batas toleransi kadar NH3 pada ayam disajikan pada Tabel 2.3

Tabel 2.3 Ambang batas kadar NH3 pada manusia dan ternak

Konsentrasi (ppm) Pengaruh

5 Timbul iritasi pada mukosa mata dan saluran pernafasan ayam 11 Penurunan produktivitas ayam

25 Kadar maksimum yang dapat ditolerir selama 8 jam 36 Kadar maksimum yang dapat ditolerir selama 10 menit 50 Penurunan produktivitas ayam dan bursa fabricious

Sumber: Hidayatun (2007)

Menentukan konsentrasi amonia diperlukan teknologi yang memadai sehingga cenderung mahal dan sulit dalam melakukan pengukuran mengingat kondisi kandang yang tidak kondusif untuk dilakukan pengukuran (Liu 2007). Hal ini mengharuskan menjaga kenyamanan ayam pada kandang ayam komersial.

Diperkirakan 80% dari lapisan lantai itu adalah kotoran ayam. Kondisi bagian atas lapisan lantai itu diperparah oleh darah, bangkai dan bulu ayam yang mati. Hal tersebut akan mengakibatkan terganggunya kondisi lingkungan ayam akibat bau maupun kualitas udara yang dihasilkan.

Pertumbuhan jumlah ayam broiler yang tidak alami dengan ruang gerak yang terbatas memicu ayam-ayam tinggal diam di tempat yang basah, kotor dan penuh dengan amonia (NH3). Hal ini menyebabkan lecet pada dada dan memar pada paha ayam yang sangat menyakitkan. Memar pada paha terlihat jelas pada

(6)

ayam-ayam yang dijual di supermarket (memar itu terdapat pada sendi kaki bagian atas). Luka dan borok pada kaki dan dada juga sering ditemukan. Kondisi lingkungan hidup yang buruk dan padat dalam kandang memudahkan ayam terserang berbagai penyakit. Uap amonia yang sangat kuat bisa menyebabkan sakit pada mata hingga mengalami kebutaan. Serangan jantung (atau disebut sindrom kematian akut), penyakit pernapasan kronis, pembengkakan hati, penyakit ginjal, dan serangan dari bakteri dan virus telah menyebabkan angka kematian yang tinggi pada peternakan ayam.

Oleh karena itu, perancangan model matematika untuk memprediksi suhu, kelembaban dan amonia pada broiler closed house berdasarkan keseimbangan panas. Untuk parameternya adalah :M adalah massa laju aliran udara, kg / jam, Ht adalah transfer entalpi (kJ/kg) termasuk feses ayam (ppm), Wt adalah kelembaban transfer rate, (kg/jam) subskrip s dan e adalah pasokan dan pembuangan udara masing-masing.

Gambar 2.1 Keseimbangan panas untuk Broiler Closed House dengan ventilasi alami ruang udara (ASAE, 2003).

Tujuan penelitian ini adalah pertama: memprediksi perpindahan panas (suhu), kelembaban dan amonia dalam broiler closed house, kedua, mengkaji karakteristik lingkungan optimal dan tidak optimal parameter suhu, kelembaban dan amonia pada broiler closed house , ketiga: menempatkan letak sensor suhu, kelembaban dan amonia di broiler closed house,.

Penelitian-penelitian sebelumnya (state of the art) berhubungan suhu di

dalam kandang ayam diantaranya: Suhu kandang sebesar 29.4-30.50C

(7)

(Rose 1997). Modeling emisi amonia dari litter ayam broiler dengan sistem ruang melalui aliran Dinamis (Soldato et al. 2005). Besaran amonia 0-9 ppm karena dapat diserap sepenuhnya (100% efisiensi) ke dalam udara pada broiler closed house (Ori Lahav 2008). Simulasi pola aliran udara dan distribusi suhu pada kandang broiler closed house menggunakan computational fluid dynamics (Suud 2010). Simulasi amonia menggunakan CFD menghasilkan kadar amonia pada broiler closed house kurang dari 10 ppm (Farid 2009). Kritik desain sistem informasi pada house untuk ayam broiler dengan menggunakan jaringan syaraf tiruan (Alimuddin et al. 2010). Simulasi iklim mikro dalam struktur unggas di Kenya (Mutai et al. 2011).

Bahan dan Metode Bahan yang Digunakan

Lokasi penelitian ini dilaksanakan antara lain di laboratorium Teknik Bioproses Universitas Tsukuba Jepang, Laboratorium Kontrol dan Instrumentasi

FATETA IPB, dan University of Farm broiler closed house Cikabayan IPB mulai

bulan Januari 2009 sampai April 2011. Bahan yang digunakan terdiri dari ayam broiler sebanyak 20.000 ekor, kandang ayam dengan sistem broiler closed house

yang ada di lahan penelitian dengan ukuran panjang x lebar x tinggi adalah 120 m x 12 m x 2.5 m, pakan ayam, air minum, software computational fluid dynamics

(CFD), gambit 2.2.30 & fluent 6.2. dan computational fluid dynamics solidword

untuk simulasi kelembaban dan amonia (Anderson 1995; Ferziger and Peric 1996; Wesseling 2001; Yani 2007).

Peralatan yang digunakan meliputi : kestrel 3000 untuk mengukur suhu, kelembaban dan kecepatan udara, satu set komputer dan peripheral, thermo copel,

weather station, satu set kandang ayam dengan sistem isolasinya, exhaust fan

(kipas angin) sebanyak 8 buah, evaporative cooling (unit pendingin) sebanyak 2 buah, heater (unit pemanas) sebanyak 2 buah, temtron sebanyak 2 buah, tempat air minum, tempat pakan ayam. Tahapan yang digunakan dalam penelitian adalah : a)

melakukan pengukuran suhu, kelembaban dan amonia dalam ruangan broiler

closed house untuk data primer sedangkan suhu kelembaban dan iradiasi lingkungan luar kandang diambil dari Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG) untuk data sekunder, b) mensimulasikan prediksi suhu, kelembaban dan amonia

(8)

dengan menggunakan computational fluid dynamics (CFD) pada broiler closed house, c) menvaliadasi antara pengukuran dan simulasi CFD.

Metode yang Digunakan

Metode ini digunakan untuk mengukur parameter suhu kandang dan mengambil data sekunder dalam peneltian sebelumnya dan BMG, terdiri dari suhu ruangan, suhu dinding, suhu lantai, suhu atap, suhu ayam, suhu evavoration cooling, suhu kipas angin. Pengujian model dilakukan dengan mensimulasi model perpindahan panas untuk menduga perubahan suhu, kelembaban, dan amonia dalam broiler closed house. Variabel yang digunakan suhu ruangan, suhu lantai, suhu dinding, suhu atap, kelembaban ruangan, feses ayam terhadap waktu. Simulasi pindah panas dan massa dalam kandang dilakukan dengan memecahkan persamaan atur (governing equation) dengan metode Euler’s Finite Difference.

Simulasi dilakukan dengan bantuan komputer software CFD gambit 2.2.30

& fluent 6.2. untuk suhu, software CFD solidword versi 2010 untuk kelembaban dan amonia, serta hasil perhitungan akan dibandingkan dengan pengukuran untuk pengujian atau validasi model. Penyusunan model berdasarkan persamaan perhitungan pindah panas baik secara konveksi lantai, dinding, atap, konduksi pada atap dan radiasi pada atap. Persamaan alur dalam bentuk model matematika untuk menghitung perubahan suhu, kelembaban, amonia dalam ruangan kandang ayam berdasarkan hukum keseimbangan energi sebagai berikut :

Gambar 2.2 Pemodelan kandang ayam tertutup (Broiler Closed House)

Q (Pemanas)

Udara dalam Broiler Closed House

S (Pelembab) Lantai, Dinding, Atap

Iradiasi Matahari

(9)

( ) ( ) ( )

D u v w

Dt x y z t

 _  _  _  _

   

Suhu Ruangan (Troom)

……….………(2.1) Suhu Lantai (Tfloor)

………...………...(2.2) Suhu Atap(Troof)

………...(2.3) Suhu Dinding (Twall)

………...(2.4) Kelembaban Ruangan ….(2.5) ………… Amonia Ruangan ...(2.6) ……Untuk pemodelan disimulasi CFD menggunakan persamaan untuk memecahkan input data dari pra-pengolahan dibangun dari tiga prinsip dasar fluida yaitu:

Hukum Kekekalan Massa.

Keseimbangan massa fluida menyatakan laju kenaikan (pertambahan) massa elemen fluida sama dengan laju aliran massa ke dalam elemen fluida. Dituliskan dalam bentuk persamaan kontinuitas tiga dimensi sebagai berikut (Anderson, 1995): ( ) ( ) ( ) D u v w Dt x y z t  _  _  _  _     ( ) ( ) ( ) D u v w Dt x y z t  _  _  _  _     ( ) ( ) ( ) D u v w Dt x y z t  _  _  _  _     ...(2.7)

(10)

y f y w z v z y u x v x y v V V y y p z vw x uv y v t v                                                                              2 . ) ( ) ( ) ( ) ( 2 x f x w z u z y u x v y x u V V x x p z uw y uv x u t u                                                                              2 . ) ( ) ( ) ( ) ( 2 z f x w z u x z v y w y z w V V z z p x uw y vw Z w t w                                                                              2 . ) ( ) ( ) ( ) ( 2 V   ui vj wk

dengan ρ merupakan masa jenis dari fluida dan t adalah waktu sedangkan u, v, w

merupakan komponen dari vektor kecepatan dalam sumbu x, y, dan z yang diberikan dalam persamaan berikut:

...(2.8) dan i, j, dan k adalah unit vektor pada sumbu x, y,dan z.

Laju Perubahan Momentum

Laju perubahan momentum sama dengan resultansi gaya pada partikel fluida (Hukum II Newton). Persamaan momentum dikembangkan dari persamaan Navier-Strokes berikut (Anderson 1995; Ferziger and Peric 1996; Wesseling 2001).

Momentum x: . ...(2.9) Momentum y: ...(2.10) Momentum z: ...(2.11)

dengan u, v, dan w merupakan komponen dari vektor kecepatan dalam sumbu x,y, dan z. ρadalah masa jenis fluida, p adalah tekanan, f adalah gaya per satuan masa yang dikenakan pada fluida, f_xadalah f pada sumbu x, V adalah kecepatan skalar V adalah kecepatan vektor,  adalah koefisien viskositas molekular dan  adalah -2/3 .

(11)

Hukum Kekekalan Energi.

Persamaan energi diturunkan dari Hukum I Termodinamika yang menyatakan bahwa: laju perubahan energi partikel fluida sama dengan laju penambahan panas ke dalam partikel fluida ditambah dengan laju kerja yang diberikan pada partikel. Secara matematik dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut (Anderson 1995): 2 2 yx xy yy zy yz xx zx xz zz D V T T T u v w e q k k k p u v w Dt x x y y z z x y z x y z x y z x y z           _   _    _{ }  _{ } _{ }  _    _ _    _{ }       _{ }     _                                 . ...(2.12) Dengan e merupakan internal energi, k adalah konduktivitas panas, T adalah temperatur fluida, τ merupakan tegangan geser atau shear stress, sedangkan τxy

menunjukkan adanya tegangan geser pada arah sumbu x pada bidang yang tegak lurus dengan bidang sumbu y.

Hukum Kekekalan Spesies Transport

Persamaan spesies transport dapat digunakan untuk memprediksi fraksi massa masing-masing spesies material yang memiliki karakteristik kimiawi berbeda dengan pendekatan prinsip difusi-konveksi masing-masing material.

...(2.13) dimana, Y_i merupakan fraksi massa masing-masing spesies i, R_i adalah nilai net spesies hasil reaksi kimia dan S_i adalah nilai net spesies yang disebarkan ke dalam sistem simulasi yang didefinisikan oleh user. Selain itu, nilai fluks difusi massa dari masing-masing spesies material dipengaruhi oleh tipe aliran yang terjadi dalam sistem, yaitu laminar atau turbulen, dimana secara berturut-turut dituliskan:

……… (2.14)

……… (2.15)

dimana, Di,m adalah difusivitas massa masing-masing spesies material dan

t

Sc merupakan nilai angka Schmidt.

 

Yi



Yi



Ji Ri Si t       _     i m i i D Y J  ,   i t t m i i Y Sc D J _          _,  

(12)

Hasil dan Pembahasan

Simulasi distribusi pola aliran udara dan suhu dilakukan pada saat ayam produksi sehingga dalam simulasi terdapat inisialisasi panas ayam yang mempengaruhi suhu lingkungan kandang. Pengukuran suhu di kandang dilakukan pada pukul 09.00 WIB, 12.00 dan 16:00 WIB dengan keadaan cuaca cerah. Simulasi merupakan simulasi steady state karena itu hanya digunakan data pagi, siang dan sore yang mewakili suhu lingkungan maksimum akibat radiasi matahari.

Gambar 2.3 Geometri kandang piktorial dengan bagian atap disembunyikan (hidden).

Bentuk geometri dari kandang ayam diasumsikan sebagai plat datar tipis yang tidak mempengaruhi aliran dalam simulasi. Plat datar tipis tersebut dibagi dalam tiga area yang menggambarkan perbandingan jumlah ayam dalam tiap area seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3. Dua area inlet udara berada pada evaporative pad bagian depan didefinisikan sebagai environment pressure. Exhaust fan

didefinisikan sebagai outlet velocity. Hubungan perbedaan tekanan (Pa) dan debit aliran tidak didefinisikan karena sudah diwakili dengan data kecepatan angin dan arah aliran didefinisikan tegak lurus terhadap permukaan fan. Keterbatasan definisi

exhaust fan disebabkan karena data spesifikasi exhaust fan yang digunakan di kandang tidak tersedia baik di modul engineering database software CFD Lab 2009 ataupun tercatat di broilerclosed house tempat penelitian.

Area I, 5940 ekor ayam Area II, 8910 ekor ayam Area III, 4950 ekor ayam Evaporative pad area udara masuk/inlet

Exhaust fan area udara keluar/outlet

(13)

Pemilihan mesh menggunakan pilihan mesh tingkat 5 setelah melalui proses

mesh dependency test. Jumlah seluruh cell yang terbentuk pada mesh tingkat 5 berjumlah 672.689 cells yang terdiri dari fluid cells berjumlah 469.648 cells dan

solid cells berjumlah 31.696 cells dan iterasi dilakukan hingga global goals

mencapai kovergen selama 420 kali iterasi.

Hasil simulasi ditampilkan dalam bentuk cut plot contour dan vector. Penyajian gambar hasil simulasi tampak atas ditampilkan pada ketinggian 0,25 meter, 0,45 meter, dan 1,7 meter untuk menunjukkan adanya perbedaan profil pada setiap ketinggian. Profil pada ketinggian 0,25 meter dapat juga mewakili ketinggian pada daerah habitat ayam sedangkan profil pada ketinggian 1,7 meter dapat mewakili ketinggian manusia ketika berdiri.

Gambar 2.4 Cut plot contour dan vektor aliran udara pada inlet

Gambar 2.4 menggambarkan udara masuk dari dua ujung evaporatif pad karena adanya hisapan dari exhaust fan yang bekerja. Terjadi desakan udara pada ujung evaporative pad sehingga timbul drag force. Drag force adalah gaya dari fluida yang mendesak suatu benda pada arah aliran fluida tersebut (Cengel dan Turner 2001).

Aliran udara masuk yang tertahan itu disebabkan adanya sudut pada ruang

pemisah antara evaporative pad dan kandang. Pemberian ruang pemisah berfungsi

untuk mengeliminir efek wind chill (PCPI 2005). Efek wind chill adalah penurunan suhu yang drastis dirasakan oleh ayam karena hembusan angin yang terlalu

kencang. Akibat timbulnya drag force pada sudut di ruang pemisah, menyebabkan

adanya flow separation atau pemisahan aliran. Pemisahan aliran adalah fenomena Drag force

Daerah separasi aliran

Drag force

Daerah pertemuan dua aliran udara

(14)

ketika aliran fluida berpisah dari permukaan benda setelah sebelumnya aliran mengikuti kontur permukaan benda tersebut. Area pemisahan ini tergantung dari beberapa faktor seperti bilangan reynold dan kekasaran permukaan benda. Makin besar tekanan akibat drag force maka makin besar pula daerah pemisahan aliran yang terjadi (Cengel dan Turner 2001).

Penurunan kecepatan aliran terjadi pada daerah separasi. Di luar daerah separasi, kecepatan aliran udara bertambah karena adanya pertemuan antara dua aliran udara dari kedua ujung evaporative pad. Ketika aliran udara menabrak sudut dinding pemisah meyebabkan aliran terdesak pada daerah pertemuan dua aliran udara. Pada area ini kecepatan aliran udara bertambah karena berkurangnya daerah efektif aliran.

Suhu dalam Broiler Closed House

Peristiwa pindah panas yang paling mempengaruhi dalam kandang closed broiler house adalah pindah panas konveksi dari tubuh ayam ke udara karena adanya aliran udara secara mekanis yang disebabkan beroperasinya exhaust fan. Adanya peristiwa konveksi paksa itu dapat dilihat pada Gambar 2.5. Inisialisasi panas ayam menggunakan definisi heat source dari plat datar. Sedangkan panas

dari konstruksi bangunan didefinisikan sebagai real wall dari permukaan

konstruksi bangunan tersebut. Definisi heat soure merupakan prinsip heat flux

konstan sedangkan real wall merupakan prinsip temperatur konstan dalam pindah panas konveksi.

Konveksi paksa pada tubuh terjadi ketika aliran udara menerpa tubuhnya. Konveksi paksa tersebut menyebabkan berkumpulnya panas di ujung outlet. Semakin dekat dengan sumber panasnya, profil akumulasi panas semakin terlihat jelas. Suhu udara pada area kandang yang tidak merata ini dapat mengurangi performansi ayam, sehingga perlu dilakukan pengaturan kepadatan ayam. Pengaturan kepadatan ayam dilakukan dengan cara di bagian belakang lebih rendah daripada kepadatan ayam di bagian tengah dan depan seperti yang dilakukan pada simulasi ini. Kepadatan ayam pada area tiga yang berada di bagian belakang dibuat paling rendah kepadatannya untuk mengurangi heat stress pada ayam karena adanya akumulasi panas yang dihisap oleh exhaust fan.

(15)

Gambar 2. 5 Cut plot tampak samping profil temperatur udara pada kandang

Gambar 2.5 menggambarkan terbentuknya thermal boundary layer akibat adanya konveksi paksa pada suatu permukaan benda yang memiliki suhu dibawah

atau diatas suhu dari fluida yang mengalir pada permukaannya. Thermal boundary

layer adalah daerah aliran fluida diatas permukaan benda dimana variasi suhunya terhadap arah normal atau tegak lurus terhadap permukaan benda tersebut cukup signifikan (Cengel dan Turner 2001). Ketebalan dari thermal boundary layer pada kandang closed house ini terus bertambah hingga ujung dari aliran udara atau di area exhaust fan. Profil thermal boundary layer menunjukkan peristiwa konveksi pindah panas antara permukaan benda dan fluida. Jika terdapat aliran fluida diatas permukaan benda yang dipanaskan atau didinginkan, velocity boundary layer dan

thermal boundary layer akan terbentuk secara simultan. Fenomena ini menunjukkan kecepatan udara yang mengalir di atas permukaan benda tersebut mempunyai pengaruh besar terhadap konveksi pindah panas yang terjadi (Cengel dan Turner 2001). Pada simulasi suhu starter, grower dan finisher menggambarkan bahwa panas akibat konveksi dari material atap relatif tidak berpengaruh terhadap ayam. Konveksi panas dari ayam dan bagian dinding terpal cenderung lebih berpengaruh signifikan dan panasnya akan terakumulasi pada kandang bagian belakang.

Suhu yang tercatat pada saat percobaan berfluktuasi kisaran 280C-330C.

Data yang dimasukan kedalam boundary condition sebagai masukan di CFD dibagi

atas 3 kondisi pagi, siang dan sore untuk ayam broiler periode starter.

Exhaust fan

(16)

Suhu Optimun dan Tidak Optimun di Broiler Closed House Periode Starter

Tabel 2.4 Suhu Kondisi optimun periode Starter (Umur 1-18 Hari)pagi jam 09.00

Material Suhu Nilai Suhu Lingkungan 32,40 C

Atap Seng 35.50 C Lantai Tanah 33 0 C Panas Ayam 40 0 C Dinding kiri, kanan 33 0 C Suhu=Tevaporative cooling 200C -20,60C

Radiasi 343W/m2 Kipas angin 8.800 watt Lampu 18 watt Kecepatan angin 1,8 m/s

Gambar 2. 6 Suhu pada pagi jam 09.00 untuk starter (umur 1-18 hari)

Gambar 2.6 menjelaskan penyebaran suhu ruangan 200C-360C suhu

lingkungan (ambient) 32,40 C,suhu atap 35,50 C,suhu lantai 330C, suhu ayam 40 0C, suhu dinding kiri dan kanan 33 0 C, suhu evavorating cooling 200C -20,60C. Suhu ruangan yang panas terdapat ditengah dan suhu lantai karena dipengaruhi oleh litter

dan ayam broiler. Gambar 2.5 dilihat dari atap-lantai ini menjelaskan potongan sumbu x-z terhadap sumbu y.

(17)

Tabel 2. 5 Suhu tidak optimun starter (umur 1-18 hari) siang jam 12.00 Material Suhu Nilai

Suhu Lingkungan 35,200 C Atap Seng 38.80 C Lantai Tanah 34 0 C Panas Ayam 40 0 C Dinding kiri, kanan 34,5 0 C Suhu=Tevaporative cooling 200C -20,60C

Radiasi 400 W/m2 Kipas angin 8.800 watt Lampu 18 watt Kecepatan angin 1,7 m/s

Gambar 2. 7 Suhu siang jam 12.00 untuk starter

Gambar 2.7 di atas menjelaskan penyebaran suhu rungan 200C-400C suhu lingkungan (ambient) 32,40 C,suhu atap 35,50 C,suhu lantai 330C, suhu ayam 40 0C, suhu dinding kiri dan kanan 33 0 C, suhu evavorating cooling 200C -20,60C. Suhu ruangan yang panas terdapat ditengah dan suhu lantai karena dipengaruhi oleh litter

dan ayam broiler.

Kelembaban Optimun dan Tidak Optimun di BroilerClosed House Periode

Starter

Parameter RH juga disimulasikan dalam penelitian ini. Tetapi perhitungan RH tidak memperhitungkan adanya penguapan yang terjadi pada tubuh ayam, udara pernapasan ayam, litter, dan penguapan dari bahan-bahan cair seperti air minum ayam dalam kandang. Tampak simulasi kelembaban starter, grower dan finhser, pola penyebaran profil RH makin tinggi di daerah inlet. Tingginya RH di area inlet akan menyebabkan heat index ayam makin tinggi. Makin tinggi heat

(18)

index ayam mengindikasikan makin rentannya ayam mengalami heat stress. Tetapi kecenderungan ini dieliminir dengan kecepatan udara yang tinggi pada daerah inlet yang menghasilkan suhu efektif terbaik untuk ayam. Tingkat RH yang tinggi di bagian area inlet akan bertambah jika dioperasikannya evaporative pad cooling. Kondisi ini tidak baik untuk performansi ayam karena litter yang mengandung amonia dari kotoran ayam sulit menguap sehingga pengaturan kepadatan ayam pada area ini dibuat lebih rendah daripada pada area dua di bagian tengah kandang. Dengan pengaturan kepadatan tersebut diharapkan kandungan amonia udara pada area satu tidak terlalu tinggi.

Tabel 2. 6 Kelembaban tidak optimun periode Starter (Umur 1-18 Hari) jam 09.00

Material Kelembaban Nilai

Kelembaban Lingkungan Atap

90 % 25% 50-75% Dinding Kiri dan Kanan

Suhu=Tevaporative cooling Kecepatan angin

200C -20,60C 1,8 m/s

Letak Geografis 6° 18' 00" LS; 106°

Gambar 2. 8 Kelembaban tidak optimun periode starter (Umur 1-18 Hari) jam 09.00

Gambar 2.8 di atas menjelaskan pola aliran kelembapan (RH) pada bidang X-Z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi kelembaban yang diindikasikan dengan warna – warni, pada warna merah menjelaskan daerah kelembaban (RH) terbesar di mulai dari daerah

evaporating cooling mencapai 90%, nilai kelembaban tersebut dipengaruhi oleh

(19)

200C sehingga menyebar ke seluruh ruangan di dalam broiler closed house. Pada daerah mendekati zona keluar (fan) mulai terjadi penurunan kelembaban hal ini dapat disebabkan naiknya nilai temperatur di daerah saluran ke luar kandang.

Tabel 2. 7 Kelembaban optimun periode Starter (Umur 1-18 hari) jam 12.00

Kelembaban Lingkungan 70 %

Atap 24 %

Dinding Kiri dan Kanan 50-75%

200C -20,60C Suhu=Tevaporative cooling

Kecepatan angin 1,7 m/s

Gambar 2. 9 Kelembaban optimun untuk starter (umur 1-18 hari) jam 12.00

Gambar 2.9 menjelaskan pola aliran kelembaban (RH) pada bidang X-Z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi kelembaban yang diindikasikan dengan warna–warni, pada warna merah menjelaskan daerah kelembaban (RH) terbesar di mulai dari daerah evaporating cooling mencapi 70%, nilai kelembaban tersebut dipengaruhi oleh zona injeksi

evaporating cooling yang membawa partikel udara dengan temperatur 200C sehingga menyebar ke seluruh ruangan di dalam broiler closed house. Pada daerah mendekati zona keluar (fan) mulai terjadi penurunan kelembaban hal ini dapat disebabkan naiknya nilai temperatur di daerah saluran ke luar kandang.

Amonia Optimun dan Tidak Optimun di Broiler Closed House Periode Starter

Pada simulasi amonia starter menggambarkan tentang sebaran amonia dalam closed house berdasarkan ketinggian dari lantai. Pada Gambar 2.10

(20)

memperlihatkan sebaran amonia pada ketinggiian 0.4 m mewakili ketinggian ayam pada umur panen. Dari sini dapat terlihat bahwa pada inlet sebaran amonia sangatlah kecil, hal ini dikarenakan sedikit ayam yang berada disana dan amonia akan terbawa oleh exhaust fan sehingga semakin menjauhi inlet maka kadar amonia akan semakin besar. Pada jarak 40 m dari inlet terlihat bahwa sebaran amonia merata, hal ini dipengaruhi oleh kerja exhaust fan yang bagus sehingga aliran udara mampu mengalir dengan lancar. Pada jarak 40 m berikutnya terjadi peningkatan kadar amonia hingga 3x lipat dan semakin mendekati exhaust fan

kadar amonia mencapai maksimum. Hal ini dapat ditunjukkan berdasarkan warna. Warna merah memperlihatkan nilai maksimal sedangkan semakin menuju warna biru akan makin menurun kadar amonianya. Dari pola aliran ini mengisyaratkan bahwa kinerja exhaust fan memadai dalam melakukan sirkulasi udara. Amonia pada ayam dihasilkan dari feces/kotoran ayam. Feces ini akan bereaksi sehingga menghasilkan gas-gas dimana gas ini akan senantiasa diam jikalau tidak ada udara yang berhembus ataupun panas yang dihasilkan cahaya matahari. Oleh karena itu dalam sistem closed house dibuatlah sistem hembusan angin sehingga amonia dapat terangkat dan dibawa menuju lingkungan luar melalui exhaust fan. Hal ini dapat terlihat pada sekam yang berada pada kandang, dimana yang awalnya basah akibat feces dan air minum, maka akan kering dengan adanya hembusan angin tersebut. Pembahasan simulasi amonia memperlihatkan sebaran amonia pada ketinggiian 1-9 ppm mewakili ketinggian ayam pada umur panen. Dari sini dapat terlihat bahwa pada inlet sebaran amonia sangatlah kecil, hal ini dikarenakan sedikit ayam yang berada disana dan amonia akan terbawa oleh exhaust fan

sehingga semakin menjauhi inlet maka kadar amonia akan semakin besar. Pada jarak 40 m dari inlet terlihat bahwa sebaran amonia merata, hal ini dipengaruhi oleh kerja exhaust fan yang bagus sehingga aliran udara mampu mengalir dengan lancar. Pada jarak 40 m berikutnya terjadi peningkatan kadar amonia hingga 3x lipat dan semakin mendekati exhaust fan kadar amonia mencapai maksimum. Hal ini dapat ditunjukkan berdasarkan warna. Warna merah memperlihatkan nilai maksimal sedangkan warna biru akan makin menurun kadar amonianya. Dari pola aliran ini mengisyaratkan bahwa kinerja exhaust fan memadai dalam melakukan sirkulasi udara.

(21)

Tabel 2. 8 Amonia optimum periode starter (umur 1-18 hari) pada jam 12.00

Material Amonia Nilai

Kecepatan kipas angin 7,24-7,48 m/s

Luas =A 120 mx12m

Ekskreta Ayam 0.12-0.96 g NH3 / ekor/hari (3,45 ppm)

Evavorating cooling 200C -20,60C

Suhu Lantai

320C

Kecepatan angin lantai 1,6 m/s

Suhu dinding 28 0C

Suhu atap 29 0C

Setpoin ppm <10 ppm

Gambar 2. 10 Amonia optimun periode starter (umur 1-18 hari) pada jam 12.00 Gambar 2.10 menjelaskan pola aliran amonia pada bidang x-z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi amonia yang diindikasikan dengan warna–warni, pada warna merah menjelaskan daerah kandungan mass fraction gas amonia (9.16 ppm) terbesar di mulai dari daerah

evaporating cooling, besarnya kandungan gas amonia tersebut dipengaruhi oleh zona injeksi evaporating cooling yang membawa udara menyebar ke seluruh ruangan kandang. Pada daerah mendekati zona keluar (fan) nampak terlihat nilai amonia menjadi bertambah hal ini bisa disebabkan udara yang membawa gas amonia sudah mulai terbuang kelingkungan yang disebabkan oleh aliran hisap (suction) dari kipas yang di pasang di sisi ujung kandang membawa gas amonia sudah mulai terbuang kelingkungan yang disebabkan oleh aliran hisap (suction) dari kipas yang di pasang di sisi ujung kandang.

Tabel 2. 9 Amonia tidak optimum periode starter (umur 1-18 hari)pada jam 16.00

Luas=A 120 mx12m

Suhu Lantai 360C

Feses Ayam 0.12-0.96 g/ekor/hari (4,015 ppm)

Evaporating cooling 200C -20,60C

Suhu Lantai 350C

Suhu dinding 28 0C

Suhu atap 29 0C

(22)

Gambar 2. 11 Amonia tidak optimum untuk starter (umur 1-18 hari) pada jam 16.00

Gambar 2.11 menjelaskan pola aliran amonia pada bidang x-z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi amonia yang diindikasikan dengan warna–warni, pada warna merah menjelaskan daerah kandungan volume fraction gas amonia (13.54 ppm) terbesar di mulai dari daerah

evaporating cooling, besarnya kandungan gas amonia tersebut dipengaruhi oleh zona injeksi evaporating cooling yang membawa udara menyebar ke seluruh ruangan kandang. Pada daerah mendekati zona keluar (fan) nampak terlihat nilai amonia menjadi bertambah hal ini bisa disebabkan udara yang membawa gas amonia sudah mulai terbuang kelingkungan yang disebabkan oleh aliran hisap (suction) dari kipas yang di pasang di sisi ujung kandang.

Suhu Optimun dan tidak Optimun di Broiler Closed House Periode Grower

Tabel 2. 10 Suhu optimum periode Grower (umur 19-30 hari)pagi jam 09.00

Material Temperature Nilai Suhu Lingkungan 31,300 C

Atap Seng 34.4 0 C Lantai Tanah 32 0 C Panas Ayam 40 0 C Dinding kiri, kanan 33 0 C Suhu=Tevaporative cooling 200C -20,60C

Radiasi 315 W/m2 Kipas Angin 8800 watt Lampu 18 watt

Kecepatan angin 1,75m/s

(23)

Gambar 2.12 menjelaskan penyebaran suhu ruangan 200C-360C suhu lingkungan (ambient temperature) 31,300 C, suhu atap 34.4 0 C, suhu lantai 330C, suhu ayam 40 0C, suhu dinding kiri dan kanan 33 0 C, suhu evavorating cooling

200C-20,60C, radiasi 315 W/m2, daya kipas angin 8.800 Watt dan kecepatan angin 1,75m/s. Suhu ruangan yang panas terdapat ditengah dan suhu lantai karena dipengaruhi oleh litter dan ayam broiler.

Tabel 2. 11 Simulasi suhu tidak optimun periode Grower pada jam 12.00 Material Temperature Nilai

Suhu Lingkungan 35.40 C Atap Seng 35.5 0 C Lantai Tanah 36 0 C Panas Ayam 40 0 C Dinding kiri, kanan 33 0 C Suhu=Tevaporative cooling 200C -20,60C

Radiasi 349 W/m2 Kipas angin 8.800 watt Lampu 18 watt Kecepatan masuk 1,8 m/s

Gambar 2. 13 Suhu tidak optimum periode grower jam 12.00

Gambar 2.13 dilihat dari atap-lantai ini menjelaskan potongan sumbu x-z terhadap sumbu y. Waktu siang di atas menjelaskan penyebaran suhu ruangan 200C-400C suhu lingkungan (ambient) 35,40 C, suhu atap 35,50 C, suhu lantai 360C, suhu ayam 40 0C, suhu dinding kiri dan kanan 33 0 C, suhu evavorating cooling 200C -20,60C, radiasi 315 W/m2, daya kipas angin 8.800 Watt, lampu 18 watt dan kecepatan angin 1,8 m/s. Suhu ruangan yang panas terdapat ditengah dan suhu lantai karena dipengaruhi oleh litter dan ayam broiler.

(24)

Kelembaban Optimun dan tidak Optimun di Broiler Closed House Periode Grower

Tabel 2. 12 Kelembaban tidak optimumperiode Grower (umur 19-30 hari)

pada jam 09.00

Kelembaban Lingkungan 85 %

Atap 26 %

Suhu=Tevaporative cooling 200C -20,60C

Gambar 2. 14 Kelembaban tidak optimum untuk grower (Umur 19-30 hari) jam 09.00

Gambar 2.14 menjelaskan pola aliran kelembapan (RH) pada bidang X-Z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi kelembaban yang diindikasikan dengan warna – warni, pada warna merah menjelaskan daerah kelembaban (RH) terbesar di mulai dari daerah evaporating cooling mencapai 85%, nilai kelembaban tersebut dipengaruhi oleh zona injeksi

Tabel 2. 13 Kelembaban optimum untuk Grower (umur 19-30 hari) pada jam 12.00

Kelembaban Ruangan 70 %

Atap 22 %

(25)

Gambar 2. 15 Kelembaban optimun untuk grower (umur 19-30 hari) pada jam 12.00

Pada Gambar 2.15 terlihat pola aliran kelembapan (RH) pada bidang X-Z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi kelembaban yang diindikasikan dengan warna – warni, pada warna merah menjelaskan daerah kelembaban (RH) terbesar di mulai dari daerah evaporating cooling mencapai 70%, nilai kelembaban tersebut dipengaruhi oleh zona injeksi

Amonia Optimum dan Tidak Optimum di Broiler Closed House Periode Grower

Tabel 2.14 Amonia optimum periode grower pada (umur 19-30 hari) jam 12.00

Luas=A 120 mx12m

Suhu Lantai 340C

Suhu Lantai 320C

Suhu dinding 28 0C

Suhu atap 29 0C

(26)

Gambar 2. 16 Amonia optimum periode grower (umur 19-30 hari) jam 12.00

Gambar 2.16 menjelaskan pola aliran amonia pada bidang x-z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi amonia yang diindikasikan dengan warna–warni, pada warna merah menjelaskan daerah kandungan mass fraction gas amonia (9.16 ppm) terbesar di mulai dari daerah

Tabel 2.15 Amonia tidak optimum periode grower (umur 19-30 hari) jam 16.00

Luas=A 120 mx12m

Suhu Lantai 360C

Suhu Lantai 350C

Suhu dinding 28 0C

Suhu atap 29 0C

Setpoin ppm <10 ppm

(27)

Gambar 2.17 menjelaskan pola aliran amonia pada bidang x-z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi amonia yang diindikasikan dengan warna–warni, pada warna merah menjelaskan daerah kandungan volume fraction gas amonia (13.54 ppm) terbesar di mulai dari daerah

Suhu Optimun dan Tidak Optimun di Broiler Closed House Periode Finisher

Tabel 2.16 Simulasi suhu optimum periode finisher (31-38 hari) jam 09.00 Material Temperature Nilai

Suhu Lingkungan 310 C Atap Seng 30. 0 C Lantai Tanah 32 0 C Panas Ayam 40 0 C Dinding kiri, kanan 34.5 0 C Suhu=Tevaporative cooling 200C -20,60C

Gambar 2.18 Suhu optimun periode finisher (umur 31-38 hari) jam 09.00

(28)

Tabel 2.17 Simulasi suhu tidak optimum periode finisher (31-38 hari) jam 12.00 Material Temperature Nilai

Suhu Lingkungan 34,50 C Atap Seng 35.0 C Lantai Tanah 35 0 C Panas Ayam 40 0 C Dinding kiri, kanan 34.5 0 C Suhu=Tevaporative cooling 100C -10,60C

Gambar 2.19 Suhu tidak optimum periode finisher (31-38 hari) jam 12.00

Gambar 2.19 dilihat dari atap-lantai ini menjelaskan potongan sumbu x-z

terhadap sumbu y. Waktu siang di atas menjelaskan penyebaran suhu ruangan 200C-400C suhu lingkungan (ambient temperature) 34.50 C,suhu atap 300 C,suhu lantai 320C, suhu ayam 40 0C, suhu dinding kiri dan kanan 34.50C, suhu

evavorating cooling 200C -20,60C, daya kipas angin 8.800 Watt, lampu 18 watt dan kecepatan angin 1,6 m/s. Suhu ruangan yang panas terdapat ditengah dan suhu lantai karena dipengaruhi oleh litter dan ayam broiler.

(29)

(30)

Kelembaban Optimun dan Tidak Optimun di Broiler Closed House Periode

Finisher

Tabel 2.18 Kelembaban tidak optimum periode finisher (umur 31-38 hari) jam 09.00

Atap 26 %

Gambar 2. 20 Kelembaban tidak optimum periode finisher (umur 31-38 hari) jam 09.00

Gambar 2.20 menjelaskan pola aliran kelembaban (RH) pada bidang X-Z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi kelembaban yang diindikasikan dengan warna – warni, pada warna merah menjelaskan daerah kelembaban (RH) terbesar di mulai dari daerah evaporating cooling mencapai 84%, nilai kelembaban tersebut dipengaruhi oleh zona injeksi

Tabel 2.19 Kelembaban optimum periode finisher (umur 31-38 Hari) jam 12.00

Atap 22 %

(31)

Gambar 2. 21 Kelembaban optimun periode finisher (umur 31-38 hari) jam 12.00

Gambar 2.21 di atas menjelaskan pola aliran kelembapan (RH) pada bidang X-Z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi kelembaban yang diindikasikan dengan warna – warni, pada warna merah menjelaskan daerah kelembaban (RH) terbesar di mulai dari daerah

evaporating cooling mencapai 75%, nilai kelembaban tersebut dipengaruhi oleh

zona injeksi evaporating cooling yang membawa partikel udara dengan temperatur

200C sehingga menyebar ke seluruh ruangan di dalam broiler closed house. Pada daerah mendekati zona keluar (fan) mulai terjadi penurunan kelembaban hal ini dapat disebabkan naiknya nilai temperatur di daerah saluran ke luar kandang.

Amonia Optimun dan tidak Optimun di Broiler Closed House Periode

Finisher

Tabel 2. 20 Amonia optimum periode finisher (umur 31-38 hari) pada jam 12.00

Luas=A 120 mx12m

Suhu Lantai 340C

Suhu Lantai 320C

Suhu dinding 28 0C

Suhu atap 29 0C

(32)

Gambar 2. 22. Amonia optimum periode grower (umur 31-38 hari) pada jam 12.00

Gambar 2.22 menjelaskan pola aliran amonia pada bidang x-z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi amonia yang diindikasikan dengan warna–warni, pada warna merah menjelaskan daerah kandungan mass fraction gas amonia (9.16 ppm) terbesar di mulai dari daerah

evaporating cooling, besarnya kandungan gas amonia tersebut dipengaruhi oleh zona injeksi evaporating cooling yang membawa udara menyebar ke seluruh ruangan kandang. Pada daerah mendekati zona keluar (fan) nampak terlihat nilai amonia menjadi bertambah hal ini bisa disebabkan udara yang membawa gas

amonia sudah mulai terbuang menumpuk sekitar fan kelingkungan yang

disebabkan oleh aliran hisap (suction) dari kipas yang di pasang di sisi ujung kandang.

Tabel 2. 21Amonia tidak optimum periode finisher (umur 31-38 hari) jam 16.00

Luas=A 120 mx12m

Suhu Lantai 330C

Suhu Lantai 320C

Suhu dinding 28 0C

Suhu atap 29 0C

Setpoin ppm <10 ppm

(33)

Gambar 2.23 menjelaskan pola aliran amonia pada bidang X-Z secara merata yang terjadi di dalam kandang, terlihat nampak perbedaan distribusi amonia yang diindikasikan dengan warna–warni, pada warna merah menjelaskan daerah kandungan mass fraction gas amonia (10.62 ppm) terbesar di mulai dari daerah evaporating cooling, besarnya kandungan gas amonia tersebut dipengaruhi

oleh zona injeksi evaporating cooling yang membawa udara menyebar ke seluruh

ruangan kandang. Pada daerah mendekati zona keluar (fan) nampak terlihat nilai amonia menjadi bertambah sebesar (12.82166 ppm) hal ini bisa disebabkan udara yang membawa gas amonia sudah mulai terbuang kelingkungan yang disebabkan oleh aliran hisap (suction) dari kipas yang di pasang di sisi ujung kandang.

Simulasi dan Validasi Model

Simulasi yang telah disusun diuji dengan data percobaan yang dilakukan. Keluaran dari model adalah perubahan suhu ruangan, suhu lantai, suhu atap, suhu atap sedangkan suhu kipas angin, suhu ayam, suhu evavoration cooling konstan.

Hasil simulasi model dievaluasi dengan coefficient of determination atau Koefisien korelasi (R2) dan RMSE. Koefisien korelasi adalah bilangan yang digunakan dalam mengukur kekuatan hubungan antara peubah satu dengan perubah lainnya. Koefisien korelasi dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

……….…(2.16) Dimana merupakan nilai rerata lingkungan hasil pengamatan, yiprediksi ke-i.

Untuk mengetahui error menggunakan rumus kesalahan Kuadrat Mean Akar (Root Mean Squared Error).

………..………(2.17)

RMSE = Root mean squared error

Y = Data riil

Y´ = Data peramalan

n = Banyaknya waktu data peramalan

(34)

Validasi simulasi untuk menduga perubahan suhu ruangan terlihat secara

umum sudah dapat merepresentasi data dengan korelasi (R2) 99,093 % dan RMSE

0,934952 Suhu maksimum yang dihitung dengan simulasi mencapai kesalahan atau error antara hasil perhitungan dengan pengukuran dapat disebabkan oleh asumsi-asumsi kehilangan panas pada saat pintu dibuka dan kebocoran diabaikan.

Gambar 2. 24 Validasi Suhu Ruangan Simulasi dan Pengukuran

Validasi simulasi Kelembaban CFD dengan Pengukuran di Lapangan

Validasi simulasi untuk menduga perubahan kelembaban ruangan terlihat secara umu sudah dapat merepresentasi data dengan korelasi (R2) 99,007 % dan

RMSE 0,966379 kelembaban maksimum yang dihitung dengan simulasi mencapai

kesalahan atau error antara hasil perhituangan dengan pengukuran dapat disebabkan oleh asumsi-asumsi kehilangan panas pada saat pintu dibuka dan kebocoran diabaikan. RMSE= 0.934952 R² = 0.907 0 5 10 15 20 25 30 35 27 28 29 30 31 32 33 34 Simul asi T (der aj at cels iu s)

Pengukuran T ( derajat celcius)

Validasi Suhu

RMSE = 0.966379 R² = 0.993 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 120 Simul asi R H (P e rsen) Pengukuran RH (Persen)

Validasi Kelembaban

(35)

Gambar 2. 25 Validasi simulasi Kelembaban CFD dengan Pengukuran di Lapangan

Validasi simulasi Amonia CFD dengan Pengukuran di Lapangan

Validasi simulasi untuk menduga perubahan amonia ruangan terlihat secara umum sudah dapat merepresentasi data dengan korelasi (R2) 99,11 % dan RMSE

0.2565 amonia maksimum yang dihitung dengan simulasi mencapai kesalahan atau error antara hasil perhituangan dengan pengukuran dapat disebabkan oleh asumsi-asumsi kehilangan panas pada saat pintu dibuka dan kebocoran diabaikan.

Gambar 2. 26 Validasi simulasi Amonia CFD dengan Pengukuran di Lapangan

Dari hasil simulasi suhu kelembaban dan amonia broiler closed house

mengetahui kondisi karakteristik lingkungan dengan sebaran (suhu, kelembaban

dan amonia) pada broiler closed house dan acuan peletakkan sensor suhu

kelembaban amonia, heater, humidifiyer dan kipas angin pada broiler closed house.

Penelitian ini sebagai acuan untuk melakukan pemodelan dan kendali lingkungan (suhu, kelembaban, dan amonia) broiler closed house dengan mengetahui kondisi lingkungan tidak optimal dan optimal.

RMSE = 0.2565 R² = 0.979 0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 12.0000 14.0000 0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 12.0000 Si m u lasi N H 3 (p p m ) Pengukuran NH3 (ppm)

Validasi NH3 CFD

(36)

Simpulan

1. Prediksi suhu rata-rata 300C, kelembaban 60 % dan amonia < 10 ppm pada

broiler closed house.

2. Kondisi sebaran suhu panas terletak pada bagian tengah, kelembaban yang

tinggi terletak pada dekat evavorating cooling antara kiri dan kanan dan amonia yang ttinggi pada ujung dekat kipas angin dalam broiler closed house sehingga bisa dijadikan acuan peletakan sensor suhu kelembaban dan amonia serta heater, humidifiyer dan kipas angin.

3. Hasil simulasi suhu, kelembaban dan amonia broiler closed house telah divalidasi menunjukkan akurasi yang korelasi signifikan untuk suhu koefisien determinasi (R2) 99,093 % dan RMSE 0,934952, kelembaban koefisien determinasi (R2) 99,007 % dan RMSE 0,966379 dan amonia koefisien determinasi (R2) 99,11 % dan RMSE 0.2565. Nilai R2 yang realatif tinggi menunjukkan bahwa kinerja model valid yang baik dalam mensimulasikan suhu, kelembaban dan amonia.

4. Kondisi lingkungan tidak optimun yaitu suhu terjadi jam 12.00 siang, kelembaban terjadi jam 09.00 pagi, jam 16.00 sore dan amonia pagi, siang dan sore periode starter, grower dan finisher sehingga pengetahuan awal

sebelum mengendalikan di lingkungan broiler closed house

Saran

Dalam hasil simulasi dan validasi ini dijadikan sebagai acuan model dan

simulasi kendali lingkungan suhu, kelembaban dan amonia pada broiler closed

house pada penelitian berikutnya.

Daftar Pustaka

Alimuddin, Seminar KB, Subrata IMD, Sumiati. 2011. Critical Information Design

for House Broilers Used by Artificial Neural Network Journal IDTEK Fakultas Teknik UVRI, ISSN : 1907-0780, Vol Edisi Oktober 2011.

Alimuddin, Seminar KB, Subrata IMD, Sumiati. 2010. Critical Information Design

for House Broilers Used by Artificial Neural Network Proceeding Konferensi Internasional AFITA, 4-7 oktober 2010, Bogor.

Alimuddin, Seminar KB, Subrata IDM, Sumiati. 2011. Pemodelan Suhu pada

(37)

Informatika HIPI, ISBN: 978-979-16972-3-1, Hal:267-278,20-21 Oktober 2011, UNPAD Bandung Indonesia.

Amrullah IK. 2003. Nutrisi Ayam Broiler. Lembaga Satu Gunung Budi, Bogor.

Anderson JD. 1995. Computational Fluid Dynamics :The Basic With Applications.

McGraw-Hill, Inc, Singapura

Appl M. 1999. Ammonia,Principles and Industrial Practice, Wiley–VCH, New

York, p. 66

ASAE Monograph. 2003.No: 6. St. Joseph, MI., USA ASAE Monograph.1983.No: 6. St. Joseph, MI., USA

Ashgriz N & Mostaghimi J.2004. An Introduction to Computational Fluid Dynamics Chapter 20 in Fluid Flow Handbook By Department of Mechanical & Industrial Eng.University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada

Anonimous, 2003. Fluent 6.1 Tutorial Guide. Http://www.fluent.com

Bell D dan Weaver D. 2001. Commercial chicken meat and egg production. Edisi

ke-5. Springer. Amerika Serikat.

Bucklin RA, Turner LW, Beede DK, Bray DR, Hemken RW. 1991. Methods to relieve heat stress for dairy cows in hot, humid climates. Appl. Eng. Agric., 1991, vol. 7, p. 241-247.

Cengel AY, Robert H. Turner. 2001. Fundamentals of thermal-fluid sciences, McGraw-Hill, Boston.

Chengel AY 2003. Heat Transfer,Mc Grow Hill. Inc, New York

[DPKP] Ditjen Peternakan Kementerian Pertanian. 2010.Jakarta

Djojodihardjo H.1985. Dasar-dasar Termodinamika , Teknik Gramedia. Jakarta.

Ernst RA. 1998. Housing for Improved Performance in Hot Climates, Extension Poultry Specialist, Departemen of Avia Sciences, University of California, Davis, California.

Farid. 2009. Simulasi Amonia pada Closed House Menggunakan Computional

Fluid Dynamic, Skripsi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem FATETA, IPB.

Ferziger JH and Peric M,1996, Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer.

Hidayatun R. 2007. Produksi Amonia dan Hidrogen Ekskreta Ayam Broiler yang Diberi Tepung Kemangi (Ocimum basillicum) dalam Pakan. Skripsi. Departemen Teknologi Produksi Ternak, IPB.

Bogor.http://www.encyclopedia.airliquide.com [20 Oktober 2009]. Holman JP. 1997. Heat Transfer, Eighth Edition, McGraw Hill,Inc

Imansyah IH, Ridho RS Rivalda RE, Rudy R, 2006, Rotating Heater untuk Ternak Ayam Broiler, Prosiding Seminar Nasional, Rekayasa dan Aplikasi Teknik Mesin di Industri Kampus ITENAS, Bandung

Jennis BH. 1978. The Thermal Environmental Conditioning and Control, Harper & Row, Publishers.

[KMNKP] Keputusan Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup No. KEP 03/MENKHL/II/1991.

Kuzmin D and Turek S. 2004. Numerical Simulation Of Turbulent Bubbly Flows,

3rd International Symposium On Two-Phase Flow Modelling And Experimentation Pisa, 22-24.

Leeson S dan Summers JD. 2000. Broiler breeder production. University books. Canada.

(38)

Liu Z, Wang L, Beasley BD, Oviedo DVM, Edgar O. 2007. Modeling ammonia emissions from broiler litter with a dynamic flow-through chamber system, American Society of Agricultural and Biological Engineering, Amerika.

Mutai EBK, Otieno PO, Gitau AN, Mbuge DO and Mutuli DA. 2011. Simulation

of the Microclimate in Poultry Structures in Kenya, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 3(7): 579-588, ISSN: 2040-7467.

Ori L & Tsabar M & Albert JH & Sharon M & Juan CR & Connie L & David MB.

2008. A New Approach for Minimizing Ammonia Emissions from Poultry

Houses, Water Air Soil Pollut, 191:183–197, Springer.

[PCPI] PT Charoen Pokhpand Indonesia, Tbk. 2005. Manual Manajemen Broiler CP 707, Jakarta

Roni F. 2000. Kunci Sukses Beternak Ayam Broiler di Daerah Tropis. Agromedia. Jakarta

Rose PS. 1997. Principles of Poultry Science, page 117, Cab International, New York, US.

Sun Y, Lin YL, Zhao K, Lu YW. 2007. Mathematical Modeling of Gas-solid Flow

in Turbine Reactor, Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal. Manuscript FP 06 006.Vol. IX. February .

Soldatos AG. Arvanitis KG, Daskalov PI, Pasgianos GD and Sigrimis NA. 2005.

Nonlinear robust temperature–humidity control in livestock buildings, National Technical University of Athens, Department of Electrical and Computer Engineering, Division of Signals, Systems and Robotics, Zographou, 15773 Athens, Greece.

Suud HM. 2009. Simulasi Pola Aliran Udara dan Distribusi Suhu pada Kandang

Closed House Menggunakan Computional Fluid Dynamic, Skripsi

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem FATETA, IPB.

Van FN, Vosse De, Van SAA, Segal A And Janssen JD. 1989. A Finite Element

Analysis Of The Steady Laminar Entrance Flow In A 90" Curved Tube, International Journal For Numerical Methods In Fluids, Vol. 9,275-287, Netherlands

Woods RL dan Lawrence KL. 1997. Modeling and Simulation of Dynamic System,

Prentice Hall, Inc, United States of America.

Wesseling P. 2001. Principles of Computational Fluid Dynamics, 53 Springer Series in Computational Mathematics 29, DOI 10.1007/978-3-642-05146-3_2, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Yani A. 2007. Analisis dan simulasi Distribusi Suhu Udara pada Kandang Sapi

Perah Menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD). Tesis.

(39)

DAFTAR ISI

2 PREDIKSI SUHU, KELEMBABAN DAN AMONIA PADA BROILER

CLOSED HOUSE MENGGUNAKAN CFD ... 20

Pendahuluan ... 22

Bahan dan Metode ... 26

Hasil dan Pembahasan ... 31

Simpulan ... 55