DESAIN DAN ANALISIS KANDANG AYAM TIPE TERTUTUP

KAPASITAS 30.000 EKOR DENGAN MENGGUNAKAN

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

PROPOSAL THESIS

diajukan untuk Melakukan Penelitian Thesis

Nia Nuraeni Suryaman

138070001

PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN

FAKULTAS PASCASARJANA

UNIVERSITAS PASUNDAN BANDUNG

2015

ii

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ..................................................................................................... ii

PENJELASAN ISTILAH ................................................................................. iii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

BAB II STUDI LITERATUR .......................................................................... 3

2.1 Karakteristik Ayam ..................................................................................... 3

2.1.1 Pengaruh Temperatur terhadap Ayam .............................................. 3

2.1.2 Alat Pemanas Kandang Ayam .......................................................... 3

2.2 Pengondisian Udara pada Kandang Ayam ................................................. 4

2.3 Energy Balance ............................................................................................ 5

2.4 Computational Fluid Dynamic (CFD) ......................................................... 6

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................ 8

BAB IV JADWAL KEGIATAN, PREDIKSI HASIL, MANFAAT

PENELITIAN .................................................................................................... 9

4.1 Jadwal Kegiatan ........................................................................................... 9

4.2 Prediksi Hasil .............................................................................................. 9

4.3 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 9

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 10

iii

PENJELASAN ISTILAH

Day Old Chick (DOC) = anak ayam yang baru menetas

Bobot tetas = bobot anak ayam yang baru menetas

Layer = jenis ayam petelur

Periode Starter = periode awal tumbuh kembang anak ayam, antara hari

ke-0 sampai hari ke-7

Brooder = alat atau tempat yang memiliki panas cukup untuk ayam

periode starter

BAB I

PENDAHULUAN

Mengingat besarnya penduduk Indonesia, maka kebutuhan pangan menjadi besar. Salah

satu kebutuhan pangan tersebut adalah daging ayam. Besarnya kebutuhan dan konsumsi

tersebut perlu diimbangi dengan persediaan ayam yang mencukupi. Salah satu jenis

ayam yang banyak dikonsumsi adalah ayam broiler. Ayam broiler lebih banyak diminati

oleh masyarakat karena mudah didapat dimana saja, harganya relatif terjangkau

dibandingkan dengan ayam kampung. Peternak ayam lebih memilih beternak ayam

broiler karena masa pertumbuhan sampai panen relatif cepat, dan target pasar lebih luas.

Menurut livestockreview Indonesia, konsumsi daging ayam di Indonesia pada Tahun

2012 sebesar 66,8% dengan 84,4% berasal dari ayam broiler serta terus meningkatnya

kebutuhan daging ayam broiler per kapita tiap tahunnya (1)

. Melihat besarnya kebutuhan

daging ayam broiler, para peternak ayam broiler mengembangkan usahanya dengan

berbagai cara, salah satunya memiliki kandang yang nyaman bagi ayam agar

menghasilkan ayam yang berkualitas. Hal-hal yang memengaruhi kualitas daging ayam

adalah faktor genetik dan faktor lingkungan. Faktor genetik ayam yaitu faktor yang ada

pada ayam sejak masih di dalam telur, faktor genetik yang baik dapat dilihat dari DOC.

Faktor lingkungan ayam yaitu faktor yang mempengaruhi di luar tubuh ayam.

Temperatur udara di Indonesia umumnya tinggi antara 24-34oC, sedangkan standar

temperatur untuk ayam broiler adalah 17-33oC

(2). Salah satu upaya untuk

mengondisikan temperatur di dalam kandang ayam yaitu dengan menggunakan alat

pemanas. Jenis alat pemanas yang umum digunakan pada kandang ayam adalah batu

bara, gas, kayu bakar dan lampu. Penelitian Dede Risnajati menjelaskan bahwa jenis

alat pemanas pada kandang tidak berpengaruh terhadap konsumsi pakan, konsumsi air

minum, pertambahan bobot badan, konversi pakan dan keseragaman bobot badan layer

periode starter (3)

. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan menggunakan lampu pijar

sebagai alat pemanas kandang. Pemilihan lampu pijar sebagai alat pemanas dikarenakan

biayanya lebih murah dibandingkan dengan alat pemanas lain namun menghasilkan

panas yang besar. Temperatur yang dihasilkan lampu harus didistribusikan merata ke

seluruh bagian dalam kandang. Dugaan awal penelitian ini adalah penggunaan lampu

sebagai alat pemanas kandang ayam dapat mengurangi biaya investasi namun tidak

mengurangi kualitas ayam yang dihasilkan.

2

Mengingat luasnya penelitian ini, maka batasan masalah penelitian ini adalah analisis

kondisi aliran hanya temperatur dan kecepatan udara, penggunaan lampu pijar sebagai

alat pemanas berdaya 60 watt, dan luas tanah yang digunakan untuk kandang ayam

adalah 100 x 12 m. Maka dari itu rumusan masalah penelitian ini adalah bagaimana

mendesain kandang ayam dengan kapasitas 30.000 ekor agar memiliki distribusi

temperatur yang merata di dalam kandang.

Pada penelitian ini akan diamati posisi lampu dan sistem ventilasi di dalam kandang

ayam, dengan demikian akan diteliti ketinggian serta jarak antar lampu. Pengamatan

kondisi aliran dan distribusi temperatur dilakukan secara numerik menggunakan

Computational Fluid Dynamics (CFD). Penentuan kondisi batas serta aliran fluida

untuk metode CFD ini berdasarkan data-data aktual yang diperoleh pada saat survey ke

kandang ayam. Penelitian Ahmad Yani mengungkapkan bahwa distribusi temperatur

dalam kandang sapi perah FH dengan ventilasi alamiah pada saat udara cerah di musim

kemarau dapat dianalisis menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) yang

memiliki tingkat akurasi cukup tinggi (4)

. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan

analisis kondisi aliran dan distribusi temperatur pada kandang ayam dengan

menggunakan CFD, melakukan simulasi posisi lampu dan bukaan ventilasi pada

kandang ayam untuk mendapatkan distribusi temperatur yang merata mulai dari day old

chick hingga ayam siap panen, menghitung energy balance di dalam kandang ayam.

Output yang ingin dihasilkan pada penelitian ini berupa desain kandang ayam yang

memiliki temperatur yang merata didalamnya. Keuntungan yang diperoleh dari

penelitian ini adalah program simulasi pada CFD dapat mengurangi biaya desain

maupun konstruksi serta menghindari pembangunan kandang ayam dengan cara trial

and error. Selain itu, hasil penelitian ini dapat berupa rekomendasi desain kandang

ayam yang ideal.

BAB II

STUDI LITERATUR

2.1 Karakteristik Ayam

Jenis ayam yang banyak ditemukan di Indonesia adalah ayam broiler/ayam pedaging,

ayam petelur dan ayam lokal dengan contoh ayam buras/ayam kampung. Berdasarkan

data Gabungan Perusahaan Pembibitan Unggas (GPPU) diprediksi konsumsi daging

broiler karkas per kapita akan meningkat setiap tahunnya menjadi 11,45 kg/kap pada

Tahun 2015, 12,97 kg/kap pada Tahun 2016 dan 14,49 kg/kap pada Tahun 2017 (1)

.

Melihat kebutuhan ayam broiler yang besar, maka diperlukan ayam yang berkualitas.

Ayam yang berkualitas dipengaruhi oleh faktor genetik dan faktor lingkungan. Faktor

genetik yang baik dapat dilihat langsung pada DOC. Contoh faktor genetik yang baik

pada DOC adalah bobot tetas antara 35-40 gram/ekor, mata cerah, dapat berdiri dan

lincah, tidak cacat, memiliki suara nyaring (5)

. Bobot ayam pada masa panen adalah 1,8

kg pada hari ke-30 dan 2 kg pada hari ke-35 (6)

. Sementara itu contoh faktor lingkungan

ayam adalah konsumsi pakan, temperatur dan kecepatan udara di dalam dan di luar

kandang ayam.

2.1.1 Pengaruh Temperatur terhadap Ayam

Ayam broiler merupakan tipe hewan yang akan mempertahankan temperatur tubuhnya

agar relatif tetap dalam berbagai kondisi lingkungan. Hal ini menyebabkan ayam broiler

menghasilkan panas dari tubuhnya. Panas tersebut berasal dari berat badan, makanan

dan minuman yang dikonsumsi serta kondisi lingkungan. Terdapat dua jenis panas yang

dikeluarkan oleh tubuh ayam broiler, yaitu:

a. Panas Sensibel, yaitu panas yang dikeluarkan tubuh karena perbedaan temperatur

antara tubuh dengan lingkungan.

b. Panas laten, yaitu panas yang dikeluarkan tubuh selama peristiwa panting, karena

ayam tidak memiliki kelenjar keringat. Panas laten akan dikeluarkan oleh ayam jika

temperatur sekitar sangat tinggi.

Kebutuhan panas ayam berbeda-beda berdasarkan umurnya. Awal kehidupan Day Old

Chick (DOC) membutuhkan panas brooder yang cukup tinggi. Seiring bertambahnya

umur ayam, maka kebutuhan panas akan menurun (7)

. Tabel 2.1 merupakan tabel standar

temperatur dan kelembaban untuk ayam berdasarkan umur (2)

.

4

Tabel 2.1 Standar Temperatur dan Kelembaban

Sumber: Isa Brown Manual Management

Temperatur merupakan faktor iklim yang memengaruhi produksi panas ayam broiler.

Pengaruh kondisi lingkungan di sekitar ayam akan berdampak terhadap produktivitas

ayam tersebut. Jika temperatur lingkungan terlalu tinggi atau rendah, ayam akan

mengalami cekaman panas atau stress yang berdampak pada kematian ayam.

2.1.2 Alat Pemanas Kandang Ayam

Temperatur di dalam kandang ayam dapat dikondisikan dengan penggunaan alat

pemanas. Alat pemanas yang digunakan pada penelitian ini adalah lampu. Jenis-jenis

lampu yang terdapat di pasaran adalah lampu pijar, lampu TL/neon, lampu halogen dan

lampu LED. Jenis lampu yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis lampu pijar.

Jika dibandingkan dengan jenis alat pemanas lain, penggunaan batu bara sebagai alat

pemanas kandang ayam memerlukan biaya yang sangat besar. Penggunaan gas lebih

murah dibandingkan dengan batu bara, namun fluktuasi harga gas LPG dan

ketersediaannya di Indonesia menjadi kendala tersendiri. Penggunaan kayu bakar lebih

murah namun menghasilkan asap yang tidak baik bagi pertumbuhan ayam. Keunggulan

lain dari penggunaan lampu adalah penginstalasian dan pengoperasian yang mudah.

2.2 Pengondisian Udara pada Kandang Ayam

Temperatur di dalam kandang ayam dipengaruhi oleh volume kandang, jumlah ternak,

temperatur lingkungan luar, radiasi matahari, sistem ventilasi, kecepatan udara. Desain

bangunan kandang ayam itu sendiri memengaruhi distribusi temperatur di dalamnya

seperti posisi dinding terhadap sinar matahari, sistem bukaan ventilasi, atap kandang,

material atap dan dinding kandang dan sebagainya.

5

Ventilasi pada bangunan kandang ayam berfungsi untuk mengendalikan temperatur,

sirkulasi udara sehingga kondisi ideal di dalam kandang terpenuhi. Ventilasi pada

bangunan kandang ayam ini berupa exhaust. Exhaust ini dapat diatur bukaannya

sehingga saat temperatur di dalam kandang terlalu tinggi dapat membuka dan

menyirkulasikan udara. Kecepatan udara di dalam kandang pun harus diatur dan dijaga

agar menghasilkan lingkungan yang nyaman di dalam kandang. Menurut penelitian

Hasbi Mubarok, nilai kecepatan udara rata-rata di dalam kandang yang dihasilkan dari

hasil simulasi adalah 2,28 m/s (8)

.

Metode untuk mendapatkan pengondisian udara yang ideal di dalam kandang ayam

dengan cara pengukuran di lapangan. Pengukuran yang dilakukan di lapangan adalah

pengukuran temperatur dan kecepatan udara. Pengukuran tersebut dilakukan pada

beberapa titik yaitu di dalam kandang ayam, exhaust, pintu masuk kandang ayam,

lingkungan di luar kandang ayam. Pengukuran luas outlet dan inlet diukur pada luas

exhaust dan pintu masuk kandang ayam.

Ayam harus memliki luasan kandang yang cukup untuk menunjang pertumbuhannya.

Sebanyak 15.500 ayam periode starter hari ke-1 dan ke-2 masa pertumbuhannya

membutuhkan ruang seluas 12 x 12 m (3)

. Hal ini menunjukkan untuk ruang seluas 1 m2

mampu menampung 108 ekor ayam periode starter di hari ke-1 dan ke-2 masa

pertumbuhannya. Selanjutnya akan dianalisis penambahan luas ruang berdasarkan

pertumbuhan ayam tersebut.

2.3 Energy Balance Kandang Ayam

Energy balance adalah aplikasi dari Hukum Termodinamika I dengan pengertian

perubahan yang terjadi di dalam sistem selama proses berlangsung sama dengan

perbedaan antara total energi masuk dan total energi keluar sistem pada saat proses

berlangsung.

(

) (

) (

)

atau

(1)

6

Energi yang masuk ke kandang ayam berasal dari pintu masuk kandang ayam. Energi

yang keluar dari kandang ayam berupa exhaust. Perubahan yang terjadi di dalam

kandang ayam berasal dari panas yang dikeluarkan oleh ayam dan lampu. Selain itu,

energi yang terbuang oleh adanya perpindahan panas pada dinding, lantai dan atap

memengaruhi perubahan energi di dalam kandang ayam.

Output dari perhitungan energi lampu lainnya adalah perkiraan biaya yang dikeluarkan.

Jumlah lampu serta waktu hidup lampu menjadi parameter dari perhitungan energi

lampu ini. Hasil perhitungan ini akan dibandingkan dengan biaya yang dikeluarkan oleh

pemilik kandang dengan penggunaan gas LPG sebagai alat pemanasnya.

2.4 Computational Fluid Dynamics (CFD)

Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah sistem analisis yang meliputi aliran

fluida, perpindahan panas, serta fenomena seperti reaksi kimia berdasarkan simulasi

berbasis komputer (9)

. Penyelesaian masalah aliran fluida yang kompleks dapat

dilakukan dengan penggunaan CFD dengan cara mengidentifikasi dan

memformulasikan aliran fluida. Klasifikasi aliran fluida adalah compressible &

incompressible, steady & unsteady, laminar & turbulent. Identifikasi aliran fluida perlu

dilakukan sebelum melakukan analisis (10)

.

Teknik numerik diskritisasi yang digunakan di dalam CFD adalah Finite Element

Method (FEM), Finite Difference Method (FDM) dan Finite Volume Method (FVM).

CFD pada umumnya menggunakan teknik numerik diskritisasi FVM (11)

. Penyelesaian

persamaan yang terdapat di dalam CFD memerlukan data-data pengukuran sebagai

boundary condition/kondisi batas. Kondisi batas pada inlet, outlet, wall dan kondisi

lainnya harus memiliki acuan dalam penyelesaian persamaan di dalam CFD. Semakin

mendekatinya data-data kondisi batas dengan data yang didapat di lapangan, semakin

baik dan akurat hasil yang akan didapat (12)

. Gambar 2.2 merupakan alur proses

CFD(10)

.

7

Gambar 2.2 CFD Flow Process

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Melakukan pengumpulan data yang dilakukan dengan mengkaji teori dan referensi

yang mendukung penelitian.

2. Survey untuk pengambilan data boundary condition.

3. Penyusunan dan analisis energy balance pada kandang ayam.

4. Menentukan posisi pengukuran temperatur dan kecepatan udara di kandang ayam.

5. Melakukan pengukuran temperatur dan kecepatan udara di kandang ayam.

6. Melakukan simulasi CFD.

7. Melakukan analisis CFD.

8. Melakukan validasi distribusi temperatur dan kecepatan udara dengan cara

membandingkan hasil pengukuran dengan simulasi CFD.

9. Melakukan pengolahan data, interpretasi data, analisis data dan pembahasan.

10. Menarik kesimpulan dan saran.

BAB IV

JADWAL KEGIATAN, PREDIKSI HASIL, MANFAAT PENELITIAN

4.1 Jadwal Kegiatan

No Kegiatan

2015

Juni Juli Agustus September

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Melakukan pengumpulan data

2 Survey untuk pengambilan data

boundary condition

3 Penyusunan dan analisis energy

balance pada kandang ayam

4 Menentukan posisi pengukuran

di kandang ayam

5 Melakukan pengukuran di

kandang ayam

6 Melakukan simulasi CFD

7 Melakukan analisis CFD

8

Melakukan validasi dengan cara

membandingkan hasil

pengukuran dengan simulasi

CFD

9

Melakukan pengolahan data,

interpretasi data, analisis data

dan pembahasan

10 Membuat hasil penelitian dan

kesimpulan

4.2 Prediksi Hasil Penelitian

Prediksi hasil untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Hasil simulasi menggunakan CFD menunjukkan distribusi temperatur di dalam

kandang merata.

2. Penggunaan lampu akan mengurangi biaya investasi namun tidak mengurangi

kualitas ayam yang dihasilkan.

4.3 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Memberikan rekomendasi desain kandang ayam yang ideal bagi peternak ayam.

2. Program simulasi pada CFD dapat mengurangi biaya desain maupun konstruksi

serta menghindari pembangunan kandang ayam dengan cara trial and error.

10

DAFTAR PUSTAKA

1. Livestockreview, (2013), “Daging Broiler Sumbang 84,4% Kebutuhan Daging

Unggas Nasional”, www.livestockreview.com/2013/05/daging-broiler-sumbang-

844-kebutuhan-daging-unggas-nasional/, diakses pada 1 Juni 2015

2. Isa Brown Manual Management, (2007), “General Manual Management”, A

Hendrix Genetics Company

3. Dede Risnajati, (2011), “Pengaruh Jenis Alat Pemanas Kandang Indukan

terhadap Performan Layer Periode Starter”, hal. 24, Universitas Bandung Raya,

Bandung

4. A. Yani, H. Suhardiyanto, R. Hasbullah, B.P. Purwanto, (2007). “Analisis dan

Distribusi Suhu Udara pada Kandang Sapi Perah Menggunakan Computational

Fluid Dynamics (CFD)”, Institut Pertanian Bogor, Bogor

5. Ay Irfan, (2013), “Memilih DOC Ayam Broiler yang Baik”,

http://hargadoc.blogspot.com/2014/03/memilih-doc-ayam-broiler-yang-

baik.html, diakses pada 1 Juni 2015

6. Yadi, wawancara, (2015), “Penjelasan Bobot Ayam dan Luas Kandang Ayam”,

Kandang Ayam Mangunreja Kab. Tasikmalaya

7. Mei Sulistyoningsih, (2004), “Berbagai Respon Fisiologis Ayam Broiler Akibat

Temperatur Lingkungan”, Majalah Ilmiah Lontar, IKIP PGRI Semarang Press

8. Hasbi Mubarok Suud, Kudang Boro Seminar, (2009), “Simulation of Airflow

Pattern and Temperature Distribution at Closed House System Chicken House

Using Computational Fluid Dynamics”, hal. 1, Institut Pertanian Bogor, Bogor

9. H K Versteeg, W Malalasekera, (2007). ”An Itroduction to Computational Fluid

Dynamics”, hal. 1, Pearson Education Limited, UK

10. Autodesk Education Community, (2011), “Fluid Flow: Overview of Fluid Flow

Analysis”, Autodesk Education Community

11. Autodesk Education Community, (2011), “Fluid Flow: Application of

Numerical Methodes”, Autodesk Education Community

12. Autodesk Education Community, (2011), “Fluid Flow: Establishing Boundary

Conditions”, Autodesk Education Community