## INFOMATEK
Volume 19 Nomor 1 Juni 2017

## KAJIAN TEORITIK PEMILIHAN HEAT PUMP DAN PERHITUNGAN SISTEM SALURAN PADA KANDANG PETERNAKAN AYAM BROILER SISTEM TERTUTUP
Evi Sofia *) , Abdurrachim **)
*Universitas Nurtanio **Institut Teknologi Bandung
Abstrak : Kebutuhan daging ayam ras broiler (ayam pedaging) cenderung meningkat setiap tahun. Dengan terus meningkatnya  konsumsi  daging  ayam  tersebut  diperlukan  peternak-peternak  ayam  yang  mampu  memelihara ayam-ayam  pedaging  dengan  baik.  Salah  satu  penentu  untuk  menghasilkan  ayam-ayam  pedaging  yang  baik adalah  sistem  perkandangannya.  Sistem  perkandangan  yang  baik  membutuhkan  pengelolaan  pengkondisian udara  yang  tepat.  Karena  ayam  memerlukan  temperatur  ruangan  yang  berbeda-beda  pada  setiap  masa pertumbuhannya. Penggunaan Heat Pump sebagai pemanas untuk kandang peternakan ayam broiler memang tidak lazim digunakan. Akan tetapi di beberapa negara penggunaan heat pump dengan fluida kerja air dari tanah ( Ground  Source  Heat  pumps/GSHP )  banyak  digunakan  sebagai  pemanas  kandang  ayam.  Penggunaan heat pump dengan  sistem  kompresi  uap  masih  belum  ditemui.  Kajian  ini  bertujuan  untuk  mencoba  memanfaatkan Heat pump dengan sistem kompresi uap jika digunakan sebagai pemanas kandang ayam. Kajian diawali dengan menghitung energi yang dibutuhkan kandang, pemilihan heat pump dan perhitungan ducting . Dari hasil kajian ini menunjukkan bahwa penggunaan heat pump sebagai pemanas kandang ayam memungkinkan untuk digunakan.
Kata kunci: ducting, heat pump, Ground Source Heat pumps
I. PENDAHULUAN 1
Peningkatan konsumsi daging ayam memerlukan  peternak-peternak  ayam  yang mampu  memelihara  ayam-ayam  pedaging dengan  baik.  Salah  satu  penentu  untuk menghasilkan ayam-ayam pedaging yang baik adalah  sistem  perkandangannya.  Sistem perkandangan yang baik membutuhkan pengelolaan  pengkondisian  udara  yang  tepat. Ayam  memerlukan  temperatur  ruangan  yang berbeda-beda
pada
setiap
masa
*) e.sofia@ymail.com
pertumbuhannya.  Umur  0  sampai  dengan  14 hari  (masa brooding ),  ayam  membutuhkan temperatur    lingkungan  sekitar  29-34°C sedangkan  umur  14  sampai  dengan  panen (kurang  lebih  32  hari)  ayam  memerlukan temperatur  udara sekitar 26-27°C (Yania dkk. [1]). Pada saat usia brooding adalah usia yang menentukan ayam tersebut akan berkembang dengan baik atau tidak. Akibat dari kebutuhan temperatur pada masa brooding yang bervariasi tersebut dibutuhkan sistem
pemanas  ruangan.  Sistem  pemanas  ruangan
yang  digunakan biasanya menggunakan bahan  bakar  gas  (LPG).  Seiring  dengan  terus meningkatnya  harga  gas  maka  diperlukan alternatif    sistem  pemanas  lain  yang  lebih efisien.  Kajian  ini  mencoba  memberikan alternatif sistem pemanas lain yaitu heat pump
dengan sistem kompresi uap.

## II. METODE PENELITIAN
Tahapan dari kajian ini terdiri dari
1.  Menghitung kebutuhan energi
kandang.
2.  Pemilihan  sistem  pemanas  alternatif berdasarkan    kebutuhan  energinya ( heat pump )
3.  Perhitungan ducting .
Kajian  dilakukan  di  peternakan  milik Yayasan  Pesantren  Mangunreja  Singaparna Tasimalaya,  yang  mempunyai  temperatur udara berkisar antara 18°C - 31°C. Ayam yang dianalisis   berusia satu hari (DOC) sampai  14 hari  atau  disebut  masa brooding .  Peternakan ini  menggunakan  sistem  kandang  ayam  tipe tertutup  ( closed  house )  yaitu  kandang  ayam yang  bagian  dinding  kiri  dan  kanannya tertutup  rapat  sedangkan  udara  yang  masuk dan keluar kandang dibantu dengan menggunakan  kipas  ( blower  fan atau exhaust fan ). Ukuran kandang adalah  100 m × 12 m × 2 m yang dapat menampung sebanyak 15.500 ekor ayam dewasa.

## Gambar 1

## Gambar bagian dalam kandang ayam

## III. PERHITUNGAN KEBUTUHAN ENERGI
Perhitungan kebutuhan energi perhari diperoleh
dengan terlebih dahulu
mendefinisikan  sistem  dari    kandang  ayam. Dari  sistem  tersebut  kemudian    dihitung kesetimbangan  energi  dari  kandang  ayam dengan  cara  menghitung  energi  yang  masuk dan  keluar  sistem.  Gambar  2  adalah  gambar sistem kandang ayam yang akan dianalisis.
Gambar 2

## Sistem Kandang
Dari sistem itu kemudian diperoleh kesetimbangan  energinya  sebagai  berikut (Incropera dkk. [2]):
( ṁ c p T) masuk = ( ṁ c p T) keluar (1)
ṁ c p T i + q sensible + q bb = ṁ c p T o + q loss (2)
Dimana :
ṁ = laju aliran massa , kg/s c p = Kapasitas jenis udara, kJ/kg K T i =Temperatur masuk kandang , °C T o = Temperatur keluar kandang, °C q bb
= Panas yang dibutuhkan untuk
pembakaran, kW q loss = Panas yang terbuang melalui dinding, kW
q sensible = Panas sensible dari ayam, kW
Tabel  1  memperlihatkan  hasil  perhitungan besarnya  kebutuhan  energi  per  hari  dan penggunaan  tabung  per  hari  selama  masa brooding.

## Tabel 1

## Besarnya kebutuhan energi perhari

## IV. PEMILIHAN PEMANAS ALTERNATIF (HEAT PUMP)
Pemilihan heat  pump sebagai  pengganti pemanas  kandang  ayam  didasarkan  pada beberapa  pertimbangan  antara  lain  lebih aman,  tahan  lama,  tidak  menimbulkan  polusi udara,  panas  yang  dihasilkan  lebih  stabil  dan terfokus dan temperaturnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan.
Sebagai  acuan  dalam  pemilihan heat  pump adalah  besarnya  kebutuhan  bahan  bakar maksimum. Dari
hasil perhitungan
sebelumnya diperoleh kebutuhan bahan bakar maksimum yaitu sebesar 49 kW . Berdasarkan teori  dari  siklus  kompresi  uap  (Moran  [3]), bahwa  besarnya  unjuk  kerja  mesin  pendingin atau  COP  diperlihatkan  dalam  Persamaan  (3) dan (4).
COP=  q e /W k (3)
𝐶𝑂𝑃 = 𝑞𝑐−𝑊𝑘 𝑊𝑘 (4)
Dimana :
COP   = Unjuk kerja mesin (Coeffisien of
Performance ) Wk = Kerja/daya kompresor qc = Kapasitas pemanas qe = Kapasitas pendinginan
Jika  kebutuhan  bahan  bakar  dianggap  sama dengan kapasitas pemanas (q c ) maka dengan COP  sebesar  3,  akan  diperoleh  besarnya daya  kompresor  sebesar  13  kW  atau  sekitar 17 HP.
1 2 3 4 5 6 7
Tk ,K 307 305 305 305 305 305 305 T∞ ,K 291 295 295 295 295 295 295 qik,kW 1162 1170 1170 1170 1170 1756 1756 qok,kW 1210 1202 1202 1202 1202 1803 1803 qloss, kW 11 10 10 10 10 10 10 qsensible, kW 10 13 16 20 24 28 33 q,kW 49 29 26 22 18 30 25 mdot tabung, kg/s 0,00107 0,0006 0,0006 0,0005 0,0004 0,0006 0,0005 Penggunaan tabung /hari 8 5 4 3 3 5 4 8 9 10 11 12 13 14
Tk ,K
305 304 304 304 304 304 304 T∞ ,K 295 295 295 295 295 295
295 qinh,kW 1756 2341 2341 2341 2926
2926 2926 qoutk,kW 1803 2404 2404 2404 3005
3005 3005 qloss, kW 10 10 10 10 10
10 10 qsensible, kW 38 43
49 55 61
67 74 q,kW 20 31 25 19 28
22 15 mdot tabung, kg/s 0,0004 0,0007 0,0005 0,0004 0,0006 0,0005 0,0003 Penggunaan tabung /hari 3 5 4 3 4 3 2

## V. PERHITUNGAN SISTEM SALURAN

## ( DUCTING )
Agar pendistribusian panas lebih merata maka heat pump dibagi menjadi 3 bagian  yaitu 6 HP dinding  kiri  dan  kanan  kemudian  5  HP  untuk bagian  depan  dengan  pengelolaan  sistem saluran  ( ducting )  seperti  pada  Gambar  3,  4 dan 5.

## Gambar 3
Peta sistem saluran Gambar 4
Layout duct samping Gambar 5 Layout duct depan
Perhitungan
ducting mengacu pada kebutuhan  udara  dari  kandang  .Dari  buku panduan  lengkap  ayam  disebutkan  bahwa kecepatan  aliran  udara  ideal  di  dalam kandang  adalah  120  m/menit  atau  sekitar  2 m/s  [1].    Dari  spesifikasi  mesin  ditentukan bahwa debit dari udara adalah 0,6 m 3 /s.
Ada 3 metode dalam mendesain ducting yaitu [3]:
1. Velocity method
2. Equal friction method
3. Optimatimization of duct system
Kajian  perhitungan  sistem  saluran  ( ducting )
dilakukan dengan metode Equal friction , yaitu ducting didesain untuk menghasilkan
kehilangan  tekanan  yang  konstan  per  unit panjang ducting .
Persamaan dasar untuk menghitung Pressure Drop pada  saluran  lurus  dengan  penampang lingkaran adalah sebagai berikut :
∆𝑝 = 𝑓 𝑙 𝐷ℎ 𝑉2 2 𝜌 (5)
Dimana :
Δp = Pressure drop ,Pa f = faktor gesek
L = panjang ,m
D h = Diameter hidrolik saluran,m
V = kecepatan, m/s ρ = berat jenis fluida, kg/m 3
Faktor  gesekan  f  adalah  fungsi  dari  rumus Reynold dan kekasaran relatif permukaan pipa
dimana  ϵ  mutlak.  Keduanya  dipresentasikan karena terdapat faktor gesekan. Maka diperoleh persamaan Colebrook.
2 ) / ( 3 . 9 1 log 2 log 2 14 . 1 1       
      
          f D R D f e   (6)
Bahan ducting dipilih Galvanized  iron/ BJLS
(baja  lapis  seng)    dengan    kekasaran permukaannya, ɛ = 0,15 mm [3].
Karena  bagian  samping  mempunyai  ukuran yang sama maka perhitungan dilakukan hanya pada satu sisi saja.
Dari  hasil  perhitungan  diperoleh  dimensi  dari duct ,  yaitu  diameter duct karena duct yang akan  dipilih  berbentuk  segiempat  maka dimeter duct dianggap  sebagai  diameter hidrolik  (D h ).  Dimana  diameter  hidrolik    empat kali luas dibagi perimeter :
𝐷 ℎ = 4 (𝐴𝐵) 2(𝐴+𝐵) (7)
Dimana ;
D h = Diameter hidrolik A = Tinggi duct
B = Lebar duct
B A Gambar 6 Dimensi duct
Jika tinggi duct (A) adalah setengah dari lebar duct  (B)  maka  akan  diperoleh  dimensi duct seperti terlihat pada Tabel 2 dan 3.

## Tabel 2
Hasil perhitungan mencari dimensi ducting bagian samping Bagian Dh A B Panjang m m M AB 0,391 0,293 0,586 1,00 BC 0,245 0,183 0,367 0,50 BD 0,551 0,413 0,826 15,00 DE 0,291 0,219 0,437 0,50 DF 0,485 0,364 0,728 15,00 FG 0,245 0,183 0,367 0,5

## Tabel 3
Hasil perhitungan mencari dimensi ducting bagian depan Bagian Dh A B Panjang M m m AB 0,357 0,268 0,535 4,00 BC 0,182 0,137 0,273 0,50 BD 0,294 0,221 0,442 3,00 DE 0,129 0,097 0,193 0,50 DF 0,259 0,194 0,389 3,00 FG 0,182 0,137 0,273 0,5

## VI. KESIMPULAN
1. Dari  hasil  perhitungan  diperoleh  bahwa kebutuhan    energi  maksimum  adalah sebesar  49  kW  dan  kebutuhan  energi maksimum  diasumsikan  sama  dengan kebutuhan bahan bakar.
2. Jika  kebutuhan  bahan  bakar  dianggap sama  dengan  kapasitas  pemanas    (q c ) maka  dengan  COP  sebesar  3,    akan
diperoleh  besarnya  daya  kompresor sebesar 13 kW atau sekitar 17 HP.
3. Heat  pump  dipilih  sesuai  dengan  daya kompresor  yang  diperoleh  dari  hasil perhitungan yaitu sebesar 17 HP.
4. Agar  pendistribusian  panas  lebih  merata maka heat pump dibagi menjadi 3 bagian yaitu  6  HP  dinding  kiri  dan  kanan kemudian 5 HP untuk bagian depan.
5. Dari  hasil  perhitungan  diperoleh  dimensi duct seperti pada tabel 2 dan tabel 3.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A. Yania, H. Suhardiyanto, Erizal, & B. P. Purwanto. 2014. Design of Stocking Density of Broiler for Closed House in Wet Tropical Climates, Media
Peternakan.
[2] Incropera,  F.,P.,  Dewitt,  D.,P.  1990. Introduction to Heat Transfer 3 rd Edition,
John Wiley & Sons, New York.
[3] Moran,  M.,  J.  2002.  Introduction  to Thermal  System  Engineering,  John Wiley & Sons.