Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-24

KAJI TEORITIK KONSUMSI LPG SEBAGAI SUMBER PANAS PADAPETERNAKAN AYAM BROILER

TIPE KANDANG TERTUTUP (CLOSED HOUSE)

Evi.Sofia1,a*,Abdurrachim2,b

1Universitas Nurtanio,Jl. Pajajaran no 219 Bandung Indonesia

2Institut Teknologi Bandung, Jl.Ganesa no 10 Bandung Indonesia

ae.sofia@ymail.com, bhalimppy@yahoo.com

AbstrakPemeliharaan ayam sejak berumur satu hari (day old chicken/doc) sampai masa panen memerlukanwaktu ± 32 hari di dalam kandang yang dikondisikan pada temperatur yang bervariasi antara 32-34°C pada minggu pertama dan diturunkan perlahan-lahan menjadi 31-32°C pada minggu kedua danpada minggu ketiga sampai panen temperatur dijaga sekitar 27°C. Pemeliharaan ayam sejakberumur satu hari sampai dengan minggu ke dua disebut masa brooding. Untuk menjagatemperatur agar sesuai dengan yang dibutuhkan pada masa brooding, maka diperlukan alat untukmemanaskan kandang tersebut. Kajian dilakukan pada kandang ayam tipe tertutup (closed house)yang terdapat di daerah Singaparna Tasikmalaya yang mempunyai temperatur lingkungan rata-rata30°C pada siang hari dan 22°C pada malam hari. Kandang ayam tipe tertutup (closed house)merupakan inovasi baru kandang ayam modern, yang lebih efisien dan efektifitas keberhasilanpanen ayamnya tinggi. Kandang ayam tersebut memiliki ukuran 100 m × 12 m yang dapatmenampung 15.500 ekor ayam. Pemanas yang digunakan adalah pemanas berbahan bakar gas LPGberukuran 12 kg. Kajian ini bertujuan untuk mengetahui konsumsi gas LPG per hari dan konsumsigas selama massa brooding. Kajian diawali dengan menentukan temperatur rata-rata per hari,menentukan sistem, menyusun kesetimbangan energi kandang (untuk mengetahui energi yangmasuk dan keluar sistem) dan membandingkan penggunaan tabung LPG secara teoritik denganpenggunaan tabung LPG sebenarnya. Dari hasil kajian diperoleh bahwa konsumsi LPG maksimumterjadi pada hari pertama yaitu sebanyak 7,8 tabung atau setara dengan 49 kW. Dan jumlah tabungLPG yang digunakan selama masa brooding adalah sebanyak 57 tabung, sedangkan penggunaanLPG maksimum di hari pertama dalam kondisi yang sebenarnya adalah 8 tabung atau sekitar 51kW.

Kata kunci: day old chicken, brooding, closed house,konsumsi LPG

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-24

Pendahuluan

Kebutuhan daging ayam ras broiler(ayam pedaging) cenderung meningkatsetiap tahun. Konsumsi ayam ras padatahun 2013 mencapai 2,2 miliar ekor.Jumlah tersebut naik 15,79% dibandingkankonsumsi ayam ras sepanjang 2012sebanyak 1,9 miliar ekor [1].

Dengan terus meningkatnya konsumsidaging ayam tersebut diperlukan peternak-peternak ayam yang mampu memeliharaayam-ayam pedaging dengan baik. Salahsatu faktor penentu untuk menghasilkanayam-ayam pedaging yang baik adalahsistem perkandangannya. Sistemperkandangan yang baik membutuhkanpengelolaan pengkondisian udara yangtepat, karena ayam memerlukan temperaturruangan yang berbeda-beda pada setiapmasa pertumbuhannya. Sistem pemanasruangan yang digunakan biasanyaberbahan bakar gas (LPG). Seiring denganterus meningkatnya harga gas makadiperlukan alternatif sistem pemanas lainyang lebih efisien. Untuk mencarialternatif pemanas lain diperlukan acuan,yaitu besarnya energi maksimum yangterjadi dalam sehari. Kajian ini dilakukanuntuk mengetahui berapa besar kebutuhanenergi maksimum.

Metodologi

Kajian dilakukan di peternakan YayasanPesantren Mangunreja SingaparnaTasimalaya, yang mempunyai temperaturudara berkisar antara 18°C - 31°C. Ayamyang dianalisis berusia satu hari (DOC)sampai 14 hari atau disebut masa brooding.Peternakan ini menggunakan sistemkandang ayam tipe tertutup (closed house)yaitu kandang ayam yang bagian dindingkiri dan kanannya tertutup rapat sedangkanudara yang masuk dan keluar kandangdibantu dengan menggunakan kipas

(blower fan atau exhaust fan). Ukurankandang adalah 100 m × 12 m × 2 m yangdapat menampung sebanyak 15.500 ekorayam dewasa.

Urutan dari kajian ini adalah sebagaiberikut; menentukan temperaturlingkungan rata-rata per hari, menentukansistem, menyusun kesetimbangan energikandang, membandingkan penggunaantabung LPG secara teoritik denganpenggunaan tabung LPG sebenarnya.

Temperatur Lingkungan Rata-rata perhari

Dalam kajian ini temperatur masukkandang (Ti = T~) yang juga merupakantemperatur lingkungan atau temperaturudara luar diperoleh dari temperatur rata-rata per hari. Data temperatur per harinyadibagi menjadi empat zona waktu sepertiditunjukan dalam Tabel 1.

Tabel 1, Pembagian zona waktu

Zona 1 Zona 2

JamTin

JamTin

K °C K °C

07.00 292 19 13.00 303 30

08.00 293 20 14.00 302 30

09.00 295 22 15.00 301 29

10.00 298 25 16.00 300 27

11.00 302 29 17.00 299 25

12.00 303 30 18.00 298 25

Rata-rata 24,2 Rata-rata 27,7

Zona 3 Zona 4

JamTin

JamTin

K °C K °C

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-24

19.00 296 22 01.00 291 18

20.00 294 22 02.00 291 18

21.00 292 19 03.00 292 19

22.00 290 18 04.00 291 18

23.00 288 18 05.00 291 18

24.00 286 18 06.00 291 18

Rata-rata 19,5 Rata-rata 18

Dari rata-rata per zona waktu diperolehtemperatur lingkungan rata-rata (T~) perhari yaitu sekitar 22 °C.

Tabel 2, Rata-rata temperatur per hari

Zona °C

Zona 1 24,2

Zona 2 27,7

Zona 3 19,5

Zona 4 18

Rata-rata 22,4

Sistem Kandang Ayam

Perhitungan untuk mencari kebutuhanenergi dari kandang dimulai denganmembuat sistem dari kandang ayamkemudian dibuat kesetimbangan energidari kandang ayam tersebut.Kesetimbangan energi didalam kandangayam ditunjukan dalam Gambar 1.

Gambar 1, Sistem Kandang

Menurut teori kesetimbangan energi [2]bahwa energi yang masuk sistem samadengan energi keluar sistem, maka darigambar sistem diperoleh persamaankesetimbangan energi dari kandang ayamadalah :

losspbbsensiblep qΔTcmqqΔTcm

(1)

Dimana :

ṁ = laju aliran massa , kg/s

cp = Kapasitas jenis udara, kJ/kg K

Ti = Temperatur masuk kandang , °C

To = Temperatur keluar kandang, °C

qbb = Panas yang dibutuhkan untukpembakaran, kW

qloss = Panas yang terbuang melaluidinding, kW

qsensible= Panas sensible dari ayam, kW

Sedangkan kebutuhan bahan bakar darikandang ayam dapat dipenuhi denganpersamaan sebagai berikut :

sensiblelosspbb

sensiblelossipopbb

qqΔTcmq

qqTcmTcm

q

(2)

ṁcpTi

ṁcpTo

qbb

qloss

qsensibl

e

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-24

Perhitungan energi didalam sistemkandang (ṁcpΔT)

Perhitungan energi yang masuk dan keluarkandang ayam dilakukan pada kondisienergi maksimum agar diperolehkebutuhan bahan bakar maksimum.Kondisi maksimum terjadi pada saattemperatur udara lingkungan paling rendahdan temperatur kandang paling maksimum,yaitu pada saat temperatur udara sekitar(T~) sebesar 18°C, temperatur keluarkandang (To) sebesar 30 °C dan temperaturdidalam kandang (Tk) sebesar 34°C. Sifat-sifat fisik udara diperoleh dari tabel udarapada temperatur rata- rata (Tr). Karenakecepatan udara didalam kandang harusdipertahankan sebesar 2 m/s maka nilailaju aliran massanya terpengaruh olehjumlah exhaust fan yang bekerja. Dari datadiperoleh diameter exhaust fan sebesar1,12 m dan jumlah exhaust fan yangbekerja pada kondisi ini adalah dua buah,sehingga laju aliran massanya adalah.

VAm

(3)

s

kg3,96m

)m.1,124

π).(2.4

s

m).(2

m

kg(1,005m 22

3

Jika temperatur udara sekitar dianggapsebagai temperatur masuk kandang makadari persamaan (1) akan diperoleh :

1210,06kWK303)kgK

kJ(1,0089)

s

kg(3,96T)cm(

1162,14kWK291)kgK

kJ(1,0089)

s

kg(3,96T)cm(

keluarp

masukp

Perhitungan kehilangan panas (qloss)

Dalam menghitung panas yang hilang(qloss) dari sistem kandang ayam perludicari terlebih dahulu koefisienperpindahan panas dari dinding, lantai danatap.

Dinding

Dinding dibagi dua yaitu dinding bagiandalam dan dinding bagian luar .Dinding bagian dalam dianggap sebagaisebuah tunel, sehingga bilangan Nusseltdiperoleh dengan menggunakan persamaanDittus-Boetler.[1]

n4/5DD Pr0,0023ReNu

(4)Dimana, n = 0,4 untuk pemanasan(Ts>Tm) dan 0,3 untuk pendinginan(Ts<Tm).

Sedangkan bilangan Nusselt untuk dindingbagian luar digunakan persamaan padapelat datar untuk aliran Turbulen [1].

1/34/5LL 871)Pr(0,037ReNu

(5)

Gambar 2, Dinding kandang ayam

Dinding dari kandang ayam merupakanplastik terpal dengan ketebalan 0,0015 m,sehingga tahanan termalnya adalah :

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-24

Gambar 2, . Tahanan Termal

h1

kt

h1

Rtk

D

(6)

Lantai

Lantai kandang terdiri dari lapisan sekamsetebal 5 cm , terpal 1,5 mm, plesterberbahan semen setebal 2 cm dan tanah .

Gambar 3, Bahan lantai kandang ayam

sk

1

k

t

k

t

k

t

h

1R

ptskL

(7)

Untuk mencari tahanan termal pada tanahperlu dicari terlebih dahulu faktorbentuknya (shape factor).

Gambar 4, Lantai kandang ayam

Atap

Kandang ayam yang dianalisis berada dilantai satu karena di lantai keduamempunyai temperatur yang sama denganlantai pertama maka dianggap tidak adaperpindahan panas pada atap. Denganmenjumlahkan tahanan termal di dinding(Rd) dan lantai (Rl) diperoleh tahanantermal total (Rt)

ldt RRR

(8)

Setelah diperoleh tahanan termal totalkemudian diperoleh koefisien perpindahanpanas total dari sistem yang merupakanpenjumlahan dari koefisien perpindahanpanas dinding dan lantai.

tR

1U t

(9)

TAU t q

(10)

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-24

Sifat-sifat fluida untuk dinding bagiandalam diperoleh dari temperatur film (Tf)yang merupakan temperatur rata-rataantara temperatur kandang (Tk) dantemperatur permukaan dinding (Ts),sedangkan sifat-sifat fluida untuk dindingbagian luar diperoleh dari temperatur filmyang merupakan rata-rata antaratemperatur udara luar (T~) dan temperaturpermukaan dinding (Ts). Temperaturpermukaan dindingnya diperoleh dari rata-rata antara temperatur kandang (Tk) dantemperatur udara luar (T~). Tabel 4 adalahtabel hasil perhitungan untuk memperolehkoefisien perpindahan panas total dankehilangan panas total (qloss) pada kondisimaksimum .

Tabel 4 Hasil Perhitungan qloss

Luas (A) Tebal (t) R U ΔT

m2 m m2K/W W/m2K K W kWDinding 1 Plastik /Polypropylene 0,22 24 0,0015 0,321 3,12 16 2395,48 2,40Dinding 2 Plastik /Polypropylene 0,22 84 0,0015 0,314 3,19 16 8565,88 8,57Lantai Sekam 0,47 504 0,05 19,379 0,052 9,00 234,07 0,23

Plastik /Polypropylene 0,22 0,0015Plester 0,42 0,02Tanah 0,52

11195,4 11,20

qlossBagian Bahan

Konduktivitasthermal (W/mK)

Panas sensibel (sensible heat) ayam .

Panas sensible ayam bervariasitergantung kepada berat dari ayam [4],panas sensibel per ayam pada usia 1 hariyaitu usia pada saat kondisi kebutuhanenerginya maksimum adalah sebesar 0,624watt, untuk memperoleh panas sensibeltotal maka nilai sensible per ayam dikalijumlah total ayam yaitu 15.500 sehinggadiperoleh nilai 9.670 watt atau 9,67 kW.

Tabel 5. Panas Sensibel Ayam

HariBerat/ayam

kg

Heat loss/ayam

Heatlosstotal

watt kW

1 0,057 0,624 9,67

2 0,075 0,817 12,66

3 0,096 1,040 16,12

4 0,118 1,272 19,72

5 0,143 1,532 23,75

6 0,170 1,809 28,04

7 0,200 2,112 32,74

8 0,232 2,431 37,68

9 0,267 2,773 42,98

10 0,306 3,146 48,76

11 0,348 3,540 54,87

12 0,391 3,933 60,96

13 0,438 4,351 67,44

14 0,490 4,800 74,40

Setelah diperoleh besar semua energi yangmasuk dan keluar sistem kandang ayamdari persamaan (2) diperoleh nilaikebutuhan bahan bakar pada kondisimaksimum yaitu sebesar :

49,45kWq

kW9,67-kW11,2+kW1162,14-kW1210,06q

qqTcTcq

bbmaks

bbmaks

sensiblelossipopbbmaks

mm

Perhitungan kebutuhan energi darijumlah penggunaan tabung sebenarnya.

Penggunaan LPG dalam satu kali panenper kandang adalah 60 tabung dengan beratper tabung 12 kg, sedangkan penggunaanLPG maksimum dalam satu hari adalahsebanyak 8 tabung, yaitu pada haripertama saat DOC datang. Untukmenentukan penggunaan besar energi

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-24

maksimum dapat dihitung dengan caramenghitung laju aliran massa dari gas (ṁ) :

s

kg0,001

96400s

12kg8m

Kemudian laju aliran massa gas (ṁ) dikalikan dengan LHV dari LPG.

51kWq

kg

kJ46.000

s

kg0,001q

LHVmq

bb

bb

LPGbb

Diperoleh besarnya energi maksimumyang dibutuhkan adalah sebesar 51 kW.

Kesimpulan

Dari kajian tersebut diperoleh bahwakonsumsi LPG pada peternakan ayambroiler tipe kandang ayam tertutup (closedhouse) kapasitas 15.500 ekor jikadilakukan perhitungan secara teoritikmembutuhkan konsumsi bahan bakarsekitar 49,5 kW. Dari hasil perhitungandengan melihat konsumsi gas sebenarnyadibutuhkan energi sebenarnya sebesar 51kW. Terdapat kesalahan sebesar 2,9%,sehingga kajian secara teoritik ini dapatdigunakan sebagai acuan untukmenghitung kebutuhan energi makasimumapabila akan dilakukan pengembanganatau pembuatan kandang ayam lainnya.

Referensi

[1] Incropera, F.,P.,Dewitt, D.,P., (1990):Introduction to Heat Transfer 3rd

Edition, John Wiley & Sons, NewYork.

[2] Moran, M.,J.,(2002): Introduction toThermal System Engineering , JohnWiley & Sons.

[3] Livestockreview.com,(2012):Permintaan Ayam Ras Broiler Naik15,8% di 2013.

[4] A. Yania, H. Suhardiyanto, Erizal, &B. P. Purwanto,(2014): Design ofStocking Density of Broiler for ClosedHouse in Wet Tropical Climates,Media Peternakan.