OPTIMASI DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA MESIN PENETAS TELUR PUYUH BERBASIS CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS).

(1)

TUGAS AKHIR

OPTIMASI DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA MESIN

PENETAS TELUR PUYUH BERBASIS CFD

(COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS)

Oleh :

RAYMON JAYA PUTRA 07 171 001

(2)

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah, puji dan syukur diucapkan kehadirat Allah SWT karena atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga laporan Tugas Akhir dapat diselesaikan dengan baik. Pelaksanaan dan penulisan laporan Tugas Akhir bertjuan untuk memenuhi persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Srata Satu pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas Padang. Tugas akhir ini berjudul “Optimasi Distribusi Temperatur Pada Mesin Penetas Telur Puyuh Berbasis CFD (Computational Fluid Dynamics)”.

Pelaksanaan dan penulisan Laporan Tugas Akhir telah dibantu oleh banyak pihak sehingga pada akhirnya dapat diselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini diucapkan terima kasih kepada :

1. Orang tua dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a, motivasi dan bantuan baik moril maupun materil.

2. Bapak Gusriwandi, MT dan Ibuk Endri Yani, MT, sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, perhatian, pengarahan dan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

3. Bapak Adly Havendri, M.Sc dan Ilhamdi, M.Eng Sebagai penguji dari seminar proposal dan hasil tugas akhir yang telah memberikan pengarahan dalam pembuatan laporan.

4. Bapak Prof. Dr.-Ing. Mulyadi Bur, Zulkifli Amin, Ph.D sebagai penguji sidang sarjana.

5. Seluruh staf pengajar di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalas

6. Seluruh karyawan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalas

7. Teman-teman seperjuangan angkatan 2007 yang telah banyak memberikan bantuan selama proses pendidikan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalas.

(3)

8. Serta semua pihak yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir yang tidak dapat disebutkan namanya satu-persatu.

Penulis berdo’a semoga segala bantuan dan dukungan yang telah diberikan mendapt balasan dan ridho dari Allah SWT, mudah-mudahan pada akhirnya kita semua memperoleh kesuksesan.

Sangat disadari bahwa tulisan ini jauh dari kesempurnaan, karena kesempurnaan hanyalah milik-Nya. Untuk itu saran dan kritik yang membangun diharapkan dari pembaca. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amiin.

Padang, Juli 2012

(4)

DAFTAR ISI

Halaman Penetapan Tugas Akhir

Lembar Pengesahan Abstrak

Kata Pengantar ... i

Daftar Isi... iii

Daftar Gambar... v

Daftar Tabel ... vii

Daftar Simbol ... viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah... 3

1.4 Tujuan ... 3

1.5 Manfaat ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Penetas telur ... 5

2.2 Pengenalan CFD (Computational Fluid Dynamic)... 7

2.2.1 Pengertian CFD Secara Umum ... 7

2.2.2 Penggunaan dan Manfaat CFD ... 8

2.2.3 Proses Simulasi CFD... 10

2.2.2 Struktur Program CFD ... 10

2.2.2 Pendekatan Numerik pada CFD... 11

BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 17

(5)

3.2.1 Studi Literatur ... 18

3.2.2 Mensimulasikan Mesin Penetas Telur Puyuh yang telah dibuat ... 18

3.2.3 Analisa Hasil Simulasi Mesin Penetas Telur Puyuh ... 19

3.2.4 Simulasi Beberapa Model Mesin Penetas Telur Puyuh ... 20

3.2.4.1 Simulasi Model 1 Mesin Penetas Telur Puyuh... 20

3.2.4.2 Simulasi Model 2 Mesin Penetas Telur Puyuh... 20

3.2.4.2 Simulasi Model 3 Mesin Penetas Telur Puyuh... 21

3.2.5 Analisa Hasil Simulasi Beberapa Model Rancangan Mesin Penetas Telur Puyuh ... 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Simulasi Mesin Penetas Telur Puyuh... 22

4.2 Analisa Hasil Simulasi Mesin Penetas telur Puyuh ... 24

4.3 Simulasi Beberapa Model Mesin Penetas Telur Puyuh ... 25

4.3.1 Model 1 Mesin Penetas Telur Puyuh ... 25

4.3.2 Model 2 Mesin Penetas Telur Puyuh ... 27

4.3.2 Model 3 Mesin Penetas Telur Puyuh ... 30

4.4 Analisa Hasil Simulasi Model Mesin Penetas telur Puyuh... 32

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 34

5.2 Saran... 34

Daftar Pustaka

(6)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Distribusi Temperatur Penetasan Pada Pengujian 1 ... 2

Gambar 2.1 Skema mesin penetas telur sederhana ... 5

Gambar 2.2 Hukum kekekalan massa pada Sebuah elemen fluida 3 dimensi ... 11

Gambar 2.3 Hukum kekekalan momentum arah sumbu x pada sebuah elemen fluida 3 dimensi ... 12

Gambar 2.4 Kerja yang dikenakan pada sebuah elemen arah sumbu x ... 14

Gambar 2.5 Fluks panas yang melintasi permukaan sebuah elemen ... 14

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian... 15

Gambar 3.2 Gambar mesin penetas telur puyuh yang akan di simulasikan dengan CFD ... 16

Gambar 4.1 Geometri mesin penetas telur puyuh... 22

Gambar 4.2 Hasil meshingmesin penetas telur puyuh ... 22

Gambar 4.3 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT ... 23

Gambar 4.4 Contourtemperatur hasil potongan pada sumbu z =10cm dan z = 20cm... 23

Gambar 4.5 Contourtemperatur hasil simulasi yang dipotong pada sumbu y=10cm ... 24

Gambar 4.6 Geometri model 1 mesin penetas telur puyuh hasil modifikasi ... 25

Gambar 4.7 Hasil meshingmodel 1 mesin penetas telur puyuh ... 25

Gambar 4.8 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT pada model 1 ... 26

Gambar 4.9 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT yang dipotong pada sumbu z =5 cm, z = 15 cm dan z = 25 cm ... 26

Gambar 4.10 Contourtemperatur hasil simulasi model I yang dipotong pada sumbu y =10cm... 27

Gambar 4.11 Geometri model 2 mesin penetas telur puyuh... 27

Gambar 4.12 Hasil meshingmodel 2 mesin penetas telur puyuh ... 28

Gambar 4.13 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT model 2 ... 28

Gambar 4.14 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT model 2 yang dipotong pada sumbu z = 5cm, z = 15cm dan z = 25cm ... 29

(7)

Gambar 4.15 Contourtemperatur hasil simulasi pada model 2 yang dipotong

pada sumbu y =10cm ... 29

Gambar 4.16 Geometri model 3 mesin penetas telur puyuh... 30

Gambar 4.17 Hasil meshingmodel 3 mesin penetas telur puyuh ... 30

Gambar 4.18 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT model 3 ... 31

Gambar 4.19 Contourtemperatur hasil simulasi FLUENT model 2 yang dipotong pada sumbu z = 5cm, z = 15cm dan z = 25cm ... 31

Gambar 4.15 Contourtemperatur hasil simulasi pada model 3 yang dipotong pada sumbu y =10cm ... 32

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1Pengaruh Temperatur Terhadap Daya Tetas Telur Ayam... 1 Tabel 1.2Hubungan Temperatur Dan Waktu Yang Dibutuhkan Telur

(9)

DAFTAR SIMBOL

Fc Gaya sentrifugal. N

Fdr Drag forcepada material. N

mp Massa partikel. kg

d Diameter partikel. m

ρp Massa jenis partikel. kg/m3

utp Kecepatan arah tangensial m/s

r Jarak radial pertikel ke sumbu y m

Viskositas gas. m2/s

ur Komponen kecepatan gas inward drift. m/s

urp Kecepatan radial pertikel. m/s

ʋ Viskositas kinematik. m2/s

Pr Bilangan Prandtl. N

T Temperatur. K

Fgraf Gaya gravitasi. N

p Tekanan fluida. Pa

Mean free path. m

u Kecepatan fluida dalam arah x m/s

V Kecepatan fluida m/s

(10)

Q Laju aliran m3/s

q Perolehan kalor J

f Densitas udara kg/m3

c Panas jenis udara J/kg.0C

(11)

ABSTRAK

Mesin penetas telur merupakan salah satu peralatan yang banyak digunakan pada bidang peternakan unggas. Mesin ini digunakan untuk meningkatkan kuantitas penetasan telur. Walaupun sudah banyak mesin penetas telur yang diproduksi baik yang manual, semi otomatis atau otomatis, akan tapi tingkat keberhasilan atau persentase daya tetas telur tersebut masih rendah. Salah satu penyebab yang sangat berpengaruh adalah distribusi temperatur yang tidak merata.

Pembuatan dan pengujian mesin penetas telur semi otomatis telah dilakukan oleh Daniel Azhari, dengan tingkat keberhasilan penetasannya 82% dan 79%. Kemungkinan persentase keberhasilan penetasan telur masih dapat ditingkatkan, salah satu caranya adalah dengan meningkatkan distribusi temperatur agar lebih merata.

Pada penelitian ini mesin penetas telur yang telah ada (Daniel Azhari) disimulasikan dengan CFD (Computational Fluid Dynamics) Langkah pertama yang dilakukan adalah mensimulasikan mesin penetas telur tersebut untuk melihat distribusi temperaturnya. Setelah hasil simulasi didapat, kemudian dilakukan analisa. Dari hasil analisa akan didapat beberapa model rancangan mesin penetas telur yang dimodifikasi dari mesin penetas telur sebelumnya. Dari beberapa model mesin penetas ini akan dicari mesin penetas yang menghasilkan distribusi yang paling merata dengan melakukan simulasi terhadap masing-masing model dengan kondisi batas yang sama. Hasil dari tugas akhir ini adalah sebuah model mesin penetas telur puyuh hasil modifikasi yang menghasilkan distribusi temperatur yang merata.

(12)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Mesin penetas telur merupakan salah satu peralatan yang banyak digunakan pada bidang peternakan unggas. Mesin ini digunakan untuk meningkatkan kuantitas penetasan telur. Walaupun sudah banyak mesin penetas telur yang diproduksi baik yang manual, semiotomatis atau otomatis, akan tetapi tingkat keberhasilan atau persentase daya tetas telur tersebut masih rendah. Salah satu penyebab yang sangat berpengaruh adalah distribusi temperatur yang tidak merata. Pada tabel 1.1 dapat dilihat pengaruh temperatur terhadap daya tetas pada telur ayam, sedangkan pada tabel 1.2 memperlihatkan hubungan temperatur dan waktu yang dibutuhkan telur untuk menetas.

Tabel 1.1Pengaruh Temperatur Terhadap Daya Tetas Telur Ayam[1] Temperatur

(0C)

Persentase Telur Fertil (%) 35.5 10 36.1 50 36.7 70 37.2 80 37.8 88 38.3 85 38.9 75 39.4 50

Tabel 1.2 Hubungan Temperatur Dan Waktu Yang Dibutuhkan Telur Untuk Menetas[1]

Temperatur (0C)

Waktu Telur Menetas (Hari)

36.1 22.3

36.7 21.5

37.3 21

(13)

Pendahuluan

Data yang didapat dari tugas akhir Daniel Azhari yaitu pembuatan dan pengujian mesin penetas telur puyuh yang dibuat dengan kapasitas telur 100 butir didapatkan persentase telur yang menetas adalah 82% dan 79% dari dua kali percobaan yang dilakukan[2]. Grafik hasil pengukuran temperatur selama proses penetasan yang telah dilakukan dapat dilihat pada Gambar 1.1 dan 1.2.

Gambar 1.1 Grafik distribusi temperatur penetasan pada pengujian 1[2]

(14)

Pendahuluan

1.2 Rumusan Masalah

Dari permasalahan distribusi temperatur yang tidak merata, dapat dilakukan sebuah penelitian. Kemungkinan persentase keberhasilan penetasan telur masih dapat ditingkatkan yaitu dengan cara merancang mesin penetas telur yang memiliki distribusi temperatur yang lebih merata dibandingkan dengan mesin penetas telur yang telah dibuat sebelumnya.

Untuk mendapatkan distribusi temperatur yang lebih merata tersebut, akan dilakukan penelitian terhadap mesin penetas yang telah dibuat sebelumnya. Mesin penetas ini akan disimulasikan dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) untuk melihat distribusi temperaturnya. Setelah hasil simulasi didapat, kemudian akan dilakukan analisa. Dari hasil analisa akan didapat beberapa model rancangan mesin penetas telur yang mungkin menghasilkan mesin penetas telur dengan distribusi temperatur yang lebih merata. Dari beberapa model mesin penetas telur tersebut akan dilakukan simulasi, kemudian hasil simulasi akan dianalisa untuk mendapatkan model rancangan mesin penetas telur yang menghasilkan distribusi temperatur yang paling merata.

1.3 Batasan Masalah

Tugas akhir ini hanya mensimulasikan distribusi temperatur dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) pada mesin penetas telur dengan mengubah posisi sumber panas (bola lampu) dan kipas (fan)

pada mesin penetas telur. 1.4 Tujuan

Mencari konfigurasi pemanas dan kipas yang tepat untuk mendapatkan distribusi temperatur yang merata dalam sebuah mesin penetas telur melalui simulasi CFD (Computational Fluid Dynamics)

1.5 Manfaat

Dengan adanya penelitian ini kita dapat memprediksi konfigurasi pemanas dan kipas yang tepat agar temperatur yang dihasilkan terdistribusi merata atau hampir merata di dalam sebuah mesin penetas telur dengan range

(15)

Pendahuluan

tertentu. Penelitian ini diharapkan bisa dimanfaatkan sebagai salah satu alternatif untuk meningkatkan persentase keberhasilan penetasan telur yang masih rendah.

1.6 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini dibahas dalam 5 bab yang disusun dengan sistematika sebagai berikut :

1. Bab I Pendahuluan, menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan,

manfaat, batasan masalah dan sistematika penulisan.

2. Bab II Tinjauan Pustaka, memaparkan tentang mesin penetas dan Pengenalan CFD.

3. Bab III Metodologi, berisi tentang langkah-langkah melakukan

penelitian.

4. Bab IV Hasil Dan Pembahasan, berisi tentang data hasil simulasi dan analisa hasil simulasi

5. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan hasil penelitian dan saran untuk penelitian selanjutnya.

(1)

Q Laju aliran m3/s

q Perolehan kalor J

f Densitas udara kg/m3

c Panas jenis udara J/kg.0C

(2)

ABSTRAK

(3)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Tabel 1.1Pengaruh Temperatur Terhadap Daya Tetas Telur Ayam[1] Temperatur

(0C)

Persentase Telur Fertil (%) 35.5 10 36.1 50 36.7 70 37.2 80 37.8 88 38.3 85 38.9 75 39.4 50

Tabel 1.2 Hubungan Temperatur Dan Waktu Yang Dibutuhkan Telur Untuk Menetas[1]

Temperatur (0C)

Waktu Telur Menetas (Hari)

36.1 22.3

36.7 21.5

37.3 21

(4)

Pendahuluan

Raymon Jaya Putra (07171001) 2

Gambar 1.1 Grafik distribusi temperatur penetasan pada pengujian 1[2]

Gambar 1.2Grafik distribusi temperatur penetasan pada pengujian 2[2] Dari data di atas terlihat bahwa distribusi temperatur selama pengujian masih berfluktasi sehingga mempengaruhi keberhasilan penetasan. Pada penelitian ini akan dibuat sebuah model untuk mendapatkan distribusi temperatur yang merata pada mesin penetas telur dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics).

(5)

Pendahuluan

Raymon Jaya Putra (07171001) 3

1.2 Rumusan Masalah

Untuk mendapatkan distribusi temperatur yang lebih merata tersebut, akan dilakukan penelitian terhadap mesin penetas yang telah dibuat sebelumnya. Mesin penetas ini akan disimulasikan dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) untuk melihat distribusi temperaturnya. Setelah hasil simulasi didapat, kemudian akan dilakukan analisa. Dari hasil analisa akan didapat beberapa model rancangan mesin penetas telur yang mungkin menghasilkan mesin penetas telur dengan distribusi temperatur yang lebih merata. Dari beberapa model mesin penetas telur tersebut akan dilakukan simulasi, kemudian hasil simulasi akan dianalisa untuk mendapatkan model rancangan mesin penetas telur yang menghasilkan distribusi temperatur yang paling merata.

1.3 Batasan Masalah

Tugas akhir ini hanya mensimulasikan distribusi temperatur dengan menggunakan CFD (Computational Fluid Dynamics) pada mesin penetas telur dengan mengubah posisi sumber panas (bola lampu) dan kipas (fan) pada mesin penetas telur.

1.4 Tujuan

Mencari konfigurasi pemanas dan kipas yang tepat untuk mendapatkan distribusi temperatur yang merata dalam sebuah mesin penetas telur melalui simulasi CFD (Computational Fluid Dynamics)

1.5 Manfaat

(6)

Pendahuluan

Raymon Jaya Putra (07171001) 4

tertentu. Penelitian ini diharapkan bisa dimanfaatkan sebagai salah satu alternatif untuk meningkatkan persentase keberhasilan penetasan telur yang masih rendah.

1.6 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini dibahas dalam 5 bab yang disusun dengan sistematika sebagai berikut :

1. Bab I Pendahuluan, menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah dan sistematika penulisan.

2. Bab II Tinjauan Pustaka, memaparkan tentang mesin penetas dan Pengenalan CFD.

3. Bab III Metodologi, berisi tentang langkah-langkah melakukan penelitian.

4. Bab IV Hasil Dan Pembahasan, berisi tentang data hasil simulasi dan analisa hasil simulasi

5. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan hasil penelitian dan saran untuk penelitian selanjutnya.

OPTIMASI DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA MESIN PENETAS TELUR PUYUH BERBASIS CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS).