Vii. i hewan dan lingkungannya

of 42 /42
VII. Hewan dan Lingkungannya Gusti Rusmayadi PS. Agronomi BDP Faperta Unlam

Embed Size (px)

description

Materi yang mengupas peran lingkungan terhadap produktivitas ternak

Transcript of Vii. i hewan dan lingkungannya

  • 1. VII. Hewan dan LingkungannyaGusti RusmayadiPS. Agronomi BDP Faperta Unlam

2. Topik 1. Konsep Neraca energi. 2. Fluks energi Radiasi untuk Hewan3. Metabolisme.4. Pertukaran Bahang Laten.5. Konduksi Bahang dalam Kulit dan JaringanHewan.6. Penerapan Persamaan Neraca Radiasi.7. Ruang Iklim. 8. Suhu Benda Hitam yang Setara. 3. ? ? Daya tahan tubuh; Kesesuaian Pemeliharaan lingkungan tubuh pada fisik bagi keadaan stabil;daya tahan produksi kalor tubuh hewan. metabolik. Berapa banyak penyediaan bahan makanan untuk mempertahankan suhu badan. 4. 1.1. Konsep Neraca Energi SdLi LoeSp M,qE G 5. 1.1. Konsep Neraca Energi Neraca energi satu satuan luas pada permukaanhewan yang menghadap atmosfer adalah jumlahdari pemasukan bahang dan kehilangannya; asSi + aLLi Loe + M E H q G = 0 as dan aL adalah koefisien penyerapan gelombangpendek dan gelombang panjang, Si dan Li adalah radiasi gelombang pendek dan panjang, M adalah bahang metabolik per satuan luas permukaankulit, E adalah kehilangan bahang laten melalui penguapanair dari kelenjar respirasi dan kulit hewan, G adalah kehilangan bahang melalui konduksi, dan q adalah laju penyimpanan bahang pada hewan 6. Pada kondisi mantap (steady state), dengan lajupenyimpanan bahang, q = 0, maka terjadikeseimbangan kehilangan dan pemasukan bahang.Asumsi G = 0. Loe= T4 H = cp (Ts Ta)/rHa Berhubungan dengan suhu permukaan tubuhhewan 7. Implikasi persamaan neraca energi Suhu permukaan hewan mungkin lebih tinggi atau rendah dari yang diperlukan untuk hidup hewan. Apabila suhu badan dan tingkat metabolismeditentukan, berarti menyatakan lingkungan apa yangditerima.Menentukan kebutuhan makanan untuk iklim tertentu, atau Iklim yang diperlukan untuk jumlah penyediaan makanan dan aktivitas tertentu. 8. 1.2. Fluks Energi untuk HewanLi = iTi4Ti = suhu dinding pemancar radiasii = koefisien pemancaran (emisivitas) dindingDinding lebih luas dari hewan i 1 9. Contoh 1.2.1 Dinding kandang mempunyai suhupermukaan sebesar 20C. Berapakahpancaran radiasi yang ditimbulkan olehdinding ? Jawab; Li = iTi4; i = 0,9; = 5,67 x 10-8 Wm-2);Ti = K, = (20 + 273) K = 293 K Li = 0,9 x 5,67 x 10-8 Wm-2 x (293)4 K Li = 376 Wm-2 10. Kuantifikasi pemasukan radiasi gelombang pendek Kuantifikasi pemasukanradiasi gelombang pendekuntuk hewan dilakukandengan proyeksi di hewantegak lurus terhadap berkasradiasi matahari (Sp). Sp A Radiasi gelombang pendekApdatang rata-rata adalahperbandingan antara luasterproyeksi dengan luaskeseluruhan dikalikan denganradiasi yang datang tegaklurus berkas radiasi (Sp). 11. Perbandingan antara luasan yangterproyeksi dan seluruh luasan adalah; (Ap/A) = r2/4r2 = 1/4 r adalah jari-jari bola Rata-rata radiasi yang datang; Sid = Sp x (Ap/A) Sid = 0,25 Sp 12. Gambar 1. Perbandingan luas bayangan pada permukaan yang tegak lurusberkas radiasi matahari terhadap keseluruhan luas untuk tigabentuk yang dapat digunakan hewan. Sudut adalah sudutantara berkas radiasi matahari dan sumbu benda. 13. Tabel 1. Koefisien penyerapan radiasi matahari dankoefisien pemanaran permukaan tubuh hewan 14. 1.3. Metabolisme Tingkat metabolisme terendah (dalam Watt)dapat diperkirakan untuk berbagai jenishewan dengan persamaan; Bm = C m3/4 m adalah massa hewan (kg) dan C adalahtetapan dengan nilai 3 5 untuk homoethermdan sekitar 5 untuk poikiolotherm pada suhu20C. Luas permukaan (A=m2) dan massa (kg), A = 0,1 m2/3 15. Gambar 2. Hubungan antara massa tubuh dan kecepatan metabolisme dasar poikilotherm pada suhu 20C, kecepatan metabolisme dasar homeotherm pada 39C, dan kecepatan metabolisme aerobik maksimum. 16. Tingkat metabolisme dasar per satuan luaspermukaan menjadi; Mb = (Bm/A) hasil pengamatan nilai Mb berkisar antara 30sampai 50 W/m2. 17. Laju metabolisme meningkat dengan aktivitas hewan. Hal ini dapat dihitung dengan dua cara;1. Asumsi efisiensi perubahan energi kimia menjadi energi kerja adalah 30%, maka setiap satuan kerja yang dilakukan akan dihasilkan sekitar dua satuan kalor.2. Metabolisme aerobik tertinggi pada hewan adalah sekitar 10 kali laju metabolisme terendah atau dasar. 18. Apabila aktivitas hewan dapat ditaksirdalam persen terhadap maksimumnya, makalaju metabolisme diduga dari: M = Mb (1 + 9/M) adalah aktivitas hewan, dan M adalah aktivaitas maksimum yang dapatdilakukan. Apabila Mb 50 W/m2, M akanbervariasi antara 50 dan 500 W/m2. 19. 1.4. Pertukaran Bahang Laten Kehilangan bahang latenmelalui respirasi adalahbagian yang tetap dariproduksi bahangmetabolisme, karenakenaikan produksi bahangmetabolik menyebabkankenaikan konsumsioksigen, yangmeningkatkan kecepatanpernapasan. 20. Perbandingan antara penguapan respirasiterhadap produksi metabolisme diperoleh, ER/M = (ve vi) /(oi - oe) v adalah kerapatan uap di udara, o adalah kerapatan oksigen di udara, i adalah pada fluks nafas masuk, e adalahkonsentrasi fluks nafas ke luar, adalah bahang yang dihasilkan untuk setiapkilogram oksigen yang dikonsumsi. 21. Contoh 1.4.1 Misalkan = 2,4 MJ/kg, = 15 MJ/kg, ve= 44 g/m3, vi = 7 g/m3, oi = 280 g/m3, danoe = 210 g/m3 (menurut reduksi konsentrasioksigen dari prosentase volume dari 21%menjadi 16%). ER/M = (ve vi) /(oi - oe) ER/M = {(44 7) g/m3 x 2,4 MJ/kg}/ {(280 210) g/m3 x 15 MJ/kg ER/M = 0,08 22. Beberapa hewan dengan pembuluh nafas yang kecil akan menghembuskan udara pada suhu di bawah suhu badanGambar 3. Suhu udara hembusan nafassebagai fungsi suhu udara,beberapa spesies. 23. Kehilangan air melalui kulit hewan dihitungdari, Es = (vs va)/rvs + rvc + rva Rvs, rvc, dan rva, hambatan terhadap difusi uapmelalui, mantel (coat) dan lapisan batas, dan vs adalah kerapatan uap jenuh pada suhu kulit. Hewan berkulit lembap (cacing, siput,amphibi) rvs = rve = 0, dan hambatan yang mengontrol kehilangan airadalah hambatan lapisan batas. 24. Tabel 2. Hambatan kulit terhadap difusi uap pada hewan (tidak pada keadaan tegangan suhu) 25. Contoh 1.4.2. Hambatan difusi Hambatan difusi kulit berperan untukpendugaan neraca energi dan neraca airpada hewan. Diketahui va = 7 g/m3, vs= 44 g/m3 danrvs= 13000 s/m. Es = (vs va)/rvs + rvc + rva Es = (vs va)/rvs + rvc + rva Es = {2430 Jg-1(44 - 7) g m-3}/13000 s m-1 Es = 6,9 W/m2 26. 1.5. Konduksi bahang dalam Kulit danJaringan Hewan Aliran bahang Ts - Ta H = cp rHAliran bahan Aliran uap air 27. Contoh 1.5.1. hambatan bahang Hambatan bahang lapisan kapas setebal 1cm. Difusivitas bahang, DH=k/cp. k (konduktivitas benda) kapas = 0,059 Wm-1K-1. DH=k/cp= 0,059Wm-1K-1/1200 Jm-3K-1 = 4,9 x 10-5 m2/s. rH = l/DH= 10-2m/4,9 x 10-5 m2/s = 204 s/m 28. Contoh 1.5.1. hambatan bahang Hambatan bahang udara setebal 1 cm. Difusivitas bahang, DH=k/cp. k (konduktivitas benda) udara = 0,0258 Wm-1K-1. DH=k/cp= 0,0258Wm-1K-1/1200 Jm-3K-1= 2,15 x 10-5 m2/s. rH = l/DH= 10-2m/2,15 x 10-5 m2/s = 465 s/m Jadi, kapas hanya (204 s/m)/(465 s/m) x 100% =44% mampu mengurangi kehilangan bahangdibandingkan udara. 29. Rata-rata hambatan mantel menurunmenurut akar kecepatan angin; rHc = rHc - burHc adalah hambatan jika tidak ada angin, danb adalah penurunan setiap satuan perubahan u. Nilai b tergantung dari penembusan danpengaruh angin terhadap ketebalan mantel. Nilai b pada burung layang-layang dan kelincisekitar 50. 30. Gambar 1.4. Hambatan bahang mantel hewan yang diukurpada beberapa potong kulit dan kulit berbulu. 31. Tabel 3. Hambatan thermal jaringan sekeliling hewan Hambatan HambatanHewan penyempitan pengembangan pembuluh (s/m) pembuluh (s/m)Steer 17050Calf11050Pig (3 bulan) 10060Down sheep 9030Man9015 32. 1.6. Penerapan Persamaan Neraca Radiasi Persamaan neraca energi; asSi + aLLi Loe + M E H q G = 0 Perpindahan bahang dari dalam tubuh hewan kepermukaan dapat dinyatakan sbb;cp (Tb Ts) M E = rHbTb adalah suhu dalam tubuh hewan, Ts adalah suhu permukaan, dan rHb adalah rata-rata hambatan perpindahan bahang mantel danjaringan.rHb(M E) Ts = cp 33. Asumsi q G = 0 asSi + aLLi Loe + M E H = 0 as (Ap/A) Sp + asd + aLi T4s + M E {cp (Tb Ts)}/rHa = 0 Rabs T4s + M E {cp (Tb Ts)}/rHa+ {rHb(M E)}/re = 0 Rabs = as (Ap/A) Sp + asd + aLi 1/re = 1/re + 1/rHa 34. 1.7. Ruang IklimGambar 1.5. Diagram iklim untuk masked shrew 35. Asumsi-asumsi hewan Shrew; Kecepatan angin 0,1 dan 1 m/s Suhu tubuh dipilih untuk dua garis 41 dan 37,5C. Hambatan tubuh Shrew diambil 300 s/m pada Tb =37,5. 3 garis lainnya adalah; Garis benda hitam adalah rongga benda hitam seperti lubang di tanah, Rabs= T4a Garis malam hari cerah adalah lingkungan energi radiasi terkecil, Rabs malam = sT4s. Garis sinar matahari cerah menunjukkan energi maksimum pada keadaan langit cerah, Rabs siang = Rabs malam + as (Ap/A) Sp + asd 36. Gambar 1.6. Diagram iklim untuk iguana padang pasir 37. 1.8. Suhu Benda Hitam, Yang Setara Lingkungan bersuhu tinggi dengan pemasukan energi radiasi kecil, atau Lingkungan bersuhu rendah dengan energi radiasi tinggi. Te = suhu hewan dalam rongga atau ruang benda hitam 38. Neraca energi hewancp (Tb Te) = M ErHb + re kehilangan bahang terasa dan energi radiasidari hewan dalam rongga atau ruang bendahitam dengan suhu Te. rHB adalah hambatan pertukaran bahangtotal, dan re adalah hambatan paralel rHa dan rr. 39. nilai Tere (Rabs T4) Te = Ta + cp Apabila Rabs = T4a, maka Te = Ta Contoh; Carilah suhu ruang (Te) yang sebandingdengan suhu di luar 30C untuk manusiayang menggunakan mantel warna gelappada radiasi matahari penuh dan kecepatanangin 1 m/s. Sudut = 60 40. Penyelesaian nilai Te Sudut = 60. Gunakan Gambar 1, maka Ap/A = 0,26. Mantel berwarna gelap, = 0,8 = 1, Sp = 1000 W/m2,asd = 250 W/m2, maka Rabs = as (Ap/A) Sp + asd + aLi= 0,8 (0,26 x 1000 + 250) + 0,94 x 479 = 858 W/m2. Dimensi untuk manusia, d = 0,17 m, maka; rHa= 0,7 x 307 (d/u)1/2 = 215(0,17/1)1/2= 89 s/m rr = (cp/ 4T3a) = 1200/6,3 = 190 s/m re = rHarr/rHa + rr = (89x190)/(89+190) = 60 s/m Te= 30 + 60(858 479)/1200 = 49C Apa yang anda lakukan pada lingkungan bersuhu 49C. Apabila kecepatan angin meningkat menjadi 3 m/s,berapakan Te ? 41. Pendugaan kebutuhan makanan dengan persamaan neraca energi Seekor kelinci seberat 1,5 kg dalam lingkungan dengan Te =0C. Asumsikan Te = Ta, u = 1 m/s dan d = 10 cm. E/M=0,2 dan Tb = 37C. Penyelesaian; rHa = 68 s/m, rr = 261 s/m, re = 54 s/m. Gambar 4; rHb = 1000 s/m untuk kelinci.cp (Tb Te) = M E rHb + re 1200(37 0)/(1000+ 54) = M 0,2M 53 W/m2 A = 0,1 m2/3 = 0,1 x 1,52/3 = 0,13 m2 Energi yang diperlukan kelinci adalah, 0,13 x 53 = 6,9 W. Untuk kandungan kalori glukosa 15,7 MJ/kg, maka satu kilogram glukosa aka dihabiskan dalam 15,7 x 106/6,8 = 2,3 x 106 s, atau setara dengan 27 hari. Bagaimana dengan bahan rumput kering ? 42. Latihan1. Buatkan diagram iklim untuk sejenis hewan!2. Berapa banyak makanan yang diperlukan caribou seberat 500 kg dalam kg/hari untuk bertahan pada musim dingin Artic dengan rata- rata Ta = 20C ? Anggap u = 3 m/s.3. Berapakah suhu kesetaraan (equivalent temperature) untuk orang yang berjemur di sinar matahari di pantai pada siang hari cerah, dengan Ta = 30C, u = 2 m/s, as = 0,7 ?