PERHITUNGAN ULANG SISTEM PENGKONDISIAN UDARA PADAGERBONG KERETA API PENUMPANG EKSEKUTIF MALAM

(KA. GAJAYANA)

DOSEN PEMBIMBING:

ARY BACHTIAR KRISHNA PUTRA , S.T, M.T, Ph.D TANTY NURAENI

2107100631

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

Latar Belakang

Sirkulasi udara di dalamkendaraan yang bergerak

Pengaruh kondisi udaraterhadap tubuh manusia

Kenyamanan termal untuksarana transportasi denganjarak dan waktu tempuhyang lama

Sirkulasi udara di dalamkendaraan yang bergerak

Pengaruh kondisi udaraterhadap tubuh manusia

Kenyamanan termal untuksarana transportasi denganjarak dan waktu tempuhyang lama

Perumusan Masalah

Perhitungan sumber beban pendinginandesain dan aktual

Komparasi hasil perhitungan bebanpendinginan desain dan aktual dengankapasitas pendinginan pada gerbong

Komparasi hasil perhitungan desain dan aktual

Perhitungan sumber beban pendinginandesain dan aktual

Komparasi hasil perhitungan bebanpendinginan desain dan aktual dengankapasitas pendinginan pada gerbong

Komparasi hasil perhitungan desain dan aktual

Tujuan

• Mengetahui sumber-sumber beban pendinginan

secara desain dan aktual

• Mengetahui komparasi total cooling load desain

dan aktual dengan kapasitas pendinginan

• Mengetahui komparasi antara cooling load

desain dan aktual

• Mengetahui sumber-sumber beban pendinginan

secara desain dan aktual

• Mengetahui komparasi total cooling load desain

dan aktual dengan kapasitas pendinginan

• Mengetahui komparasi antara cooling load

desain dan aktual

Batasan Permasalahan

Jenis sistem tata udara paket (Roof MountedPackage)

Perhitungan beban pendinginan metode TETD(Total Equivalent Temperatur Difference)

Ruangan pengambilan data adalah gerbongkereta api eksekutif malam Ka. Gajayana

Kondisi desain ruangan didasarkan padacomfort zone untuk standard ASHRAE dengantemperatur ruangan yang konstan

Jenis sistem tata udara paket (Roof MountedPackage)

Perhitungan beban pendinginan metode TETD(Total Equivalent Temperatur Difference)

Ruangan pengambilan data adalah gerbongkereta api eksekutif malam Ka. Gajayana

Kondisi desain ruangan didasarkan padacomfort zone untuk standard ASHRAE dengantemperatur ruangan yang konstan

Manfaat Penulisan

Mampu menjelaskan sistem pengkondisianudara pada gerbong kereta api

Mampu menjelaskan faktor yangmempengaruhi kenyamanan termalpenumpang pada gerbong kereta api

Mampu menjelaskan pengaruh bebanpendinginan terhadap sistem pengkondisianudara

Mampu menjelaskan sistem pengkondisianudara pada gerbong kereta api

Mampu menjelaskan faktor yangmempengaruhi kenyamanan termalpenumpang pada gerbong kereta api

Mampu menjelaskan pengaruh bebanpendinginan terhadap sistem pengkondisianudara

Dasar Teori

Pengkondisian UdaraMengatur suhu, kelembaban, kebersihan dandistribusinya secara serentak guna mencapai kondisinyaman

Sistem pengkondisian udara pada kereta api(Unitary system with all-air system)

Kondisi Kenyamanan Termal bagiManusia

Suhu inti tubuh konstan 37oC

Suhu pada kulit bervariasi dari 20oC – 40o

Temperatur kulit > 45°C atau < 18°C akan menimbulkanefek buruk bagi tubuh

Faktor Utama yang MempengaruhiKenyamanan Termal

Beban Pendinginan

• Metode Perhitungan Beban Pendinginan

• Jenis Perhitungan Beban Pendinginan TETD

Metode Perhitungan Beban PendinginanTETD

Beban eksternala. beban transmisi melalui

dinding luar dan atapb. beban radiasi matahari

melalui kacac. beban partisid. beban peralatane. beban infiltrasi dan

ventilasi Beban internal

a. beban penghunib. beban peneranganc. beban peralatan

elektronik

Beban eksternala. beban transmisi melalui

dinding luar dan atapb. beban radiasi matahari

melalui kacac. beban partisid. beban peralatane. beban infiltrasi dan

ventilasi Beban internal

a. beban penghunib. beban peneranganc. beban peralatan

elektronik

Beban Pendinginan Ruangan

• Room Sensible Heat

RSH = Qatap + Qdinding + Qkaca + Qpartisi +Qs,penumpang + Qpenerangan + Qperalatan elektronik

• Room Latent Heat

RLH = QL,penumpang

• Room Sensible Heat

RSH = Qatap + Qdinding + Qkaca + Qpartisi +Qs,penumpang + Qpenerangan + Qperalatan elektronik

• Room Latent Heat

RLH = QL,penumpang

Beban Pendinginan Total

GTH = OASH + OALH + RSH + RLH + RSHS + RLHS

dimana :OASH : Beban sensibel udara luarOALH : Beban laten udara luarRSH : Beban sensibel ruanganRLH : Beban laten ruanganRSHS: Beban pendinginan sensibel tambahanRLHS : Beban pendinginan laten tambahan

GTH = OASH + OALH + RSH + RLH + RSHS + RLHS

dimana :OASH : Beban sensibel udara luarOALH : Beban laten udara luarRSH : Beban sensibel ruanganRLH : Beban laten ruanganRSHS: Beban pendinginan sensibel tambahanRLHS : Beban pendinginan laten tambahan

Psychometric Chart

Gerbong Kereta Api PenumpangEksekutif

Panjang badan kereta : 20.000 mm; Lebar badan kereta : 2.990 mmTinggi lantai kereta ke atap : 3.610 mm; Berat kosong maksimum : 36 ton

Fasilitas pendukung

Tempat duduk 50 buah

Audio/video

a. 2 unit TV LCD 32” 100W

b. Speaker 8 buah tipe ceiling

2 way speaker

Penerangan

a. Lampu bagasi 28 buah@ 20W

b. Ceiling lamp 26 buah@ 14 W

c. Lampu baca 50 buah @ 3 W

d. Bordes/vestibule

e. Lampu darurat

Kamar mandi

Tempat duduk 50 buah

Audio/video

a. 2 unit TV LCD 32” 100W

b. Speaker 8 buah tipe ceiling

2 way speaker

Penerangan

a. Lampu bagasi 28 buah@ 20W

b. Ceiling lamp 26 buah@ 14 W

c. Lampu baca 50 buah @ 3 W

d. Bordes/vestibule

e. Lampu darurat

Kamar mandi

Lanjutan fasilitas pendukung

Penyegar ruangana) Roof mounted packageb) Type RPU-6014T 2 unit per keretac) Refrigerant R-22 (CHCLF2)d) Cooling capacity 30,000 kcal/hour atau 34,890 watte) Tout evap. 22–26 0Cf) Persentasi udara luar dan return air adalah 30% (480 m3/h) dan 70 %

(1620 m3/h)

Pengambilan Data

Pengukuran dilakukan setiap jam selamaperjalanan dari Malang menuju Jakarta padasalah satu gerbong Ka. Gajayana

1. Persiapan– Alat ukur– Kertas kerja– Alat tulis– Kalibrasi alat ukur

2. Pengukuran Temperatur Kelembaban

FlowchartPelaksanaan

Penelitian

Hasil Perhitungan Sumber BebanPendinginan Desain Tahun 2009

• Ventilasi : beban pendinginanterbesar 7068,84 watt.

• Beban penghuni bernilai konstan5.127,50 watt {jumlahpenumpang, aktivitaspenumpang, dan kondisi udaratemp. 230C dan RH 50%}

• Infiltrasi akibat perbedaanhumidity rasio (kelembaban dantemperatur) antara ruangpenumpang dan lingkungan.

• beban peralatan elektronik danpenerangan bernilai konstan yaitu1200,00 watt dan 1074,00 watt.

• cooling load kaca, kebocoran airsupply, atap, dinding, kalor fan,dan partisi. Nilai beban tersebutberkisar 600-100 watt.

• Ventilasi : beban pendinginanterbesar 7068,84 watt.

• Beban penghuni bernilai konstan5.127,50 watt {jumlahpenumpang, aktivitaspenumpang, dan kondisi udaratemp. 230C dan RH 50%}

• Infiltrasi akibat perbedaanhumidity rasio (kelembaban dantemperatur) antara ruangpenumpang dan lingkungan.

• beban peralatan elektronik danpenerangan bernilai konstan yaitu1200,00 watt dan 1074,00 watt.

• cooling load kaca, kebocoran airsupply, atap, dinding, kalor fan,dan partisi. Nilai beban tersebutberkisar 600-100 watt.

Hasil Perhitungan Sumber BebanPendinginan Aktual 28 April 2009

• Beban penumpang terkondisi maksimumpada waktu ke-5 dan 6 (21.00-22.00)sebesar 5024,90 watt (49 orang).

• Beban ventilasi penurunan drastis terjadipada waktu ke-3 (19.00) yaitu1220,88watt.

• Beban infiltrasi minimum dan maksimumterjadi pada waktu ke-3 (19.00) sebesar921,33 watt dan ke-14 (06.00) sebesar2128,94 watt.

• Beban penerangan sebesar 561,20 watt,

• Beban peralatan akibat panas fan sebesar239,72 watt dan akibat air supply sebesar325,00 watt,

• Beban elektronik 200 watt,

• Beban partisi sebesar 119,15 watt,

• Beban kaca 107,94 watt,

• beban dinding dan atap masing-masing39,93 watt dan 37,14 watt.

• Beban penumpang terkondisi maksimumpada waktu ke-5 dan 6 (21.00-22.00)sebesar 5024,90 watt (49 orang).

• Beban ventilasi penurunan drastis terjadipada waktu ke-3 (19.00) yaitu1220,88watt.

• Beban infiltrasi minimum dan maksimumterjadi pada waktu ke-3 (19.00) sebesar921,33 watt dan ke-14 (06.00) sebesar2128,94 watt.

• Beban penerangan sebesar 561,20 watt,

• Beban peralatan akibat panas fan sebesar239,72 watt dan akibat air supply sebesar325,00 watt,

• Beban elektronik 200 watt,

• Beban partisi sebesar 119,15 watt,

• Beban kaca 107,94 watt,

• beban dinding dan atap masing-masing39,93 watt dan 37,14 watt.

Komparasi Beban Pendinginan Desain DanKapasitas Pendinginan Yang Terpasang

• Kapasitas pendinginan yangdibutuhkan untukmengkondisikan gerbongpenumpang pada 23oC dan RH50% berkisar 14899,86 watthingga 21578,74 watt. Minimumdan maksimum pada jam 00.00di bulan Agustus dan jam 07.00di bulan Oktober.

• Total beban pendinginan terkecilterjadi pada pukul 00.00.Sedangkan GTH terbesar terjadipada pukul 07.00

• Kapasitas pendinginan yangterpasang pada gerbong keretalebih besar dari kebutuhan.

• Kapasitas pendinginan yangdibutuhkan untukmengkondisikan gerbongpenumpang pada 23oC dan RH50% berkisar 14899,86 watthingga 21578,74 watt. Minimumdan maksimum pada jam 00.00di bulan Agustus dan jam 07.00di bulan Oktober.

• Total beban pendinginan terkecilterjadi pada pukul 00.00.Sedangkan GTH terbesar terjadipada pukul 07.00

• Kapasitas pendinginan yangterpasang pada gerbong keretalebih besar dari kebutuhan.

Komparasi Beban Pendinginan Aktual DanKapasitas Pendinginan Yang Terpasang

• Kapasitas pendinginan yangdigunakan lebih besar dari totalbeban pendinginan aktual.

• Kondisi ruang penumpangtemperatur 22,4–25,3oC dankelembaban 57,5–63,7%.

• Sumber beban lain yang tidakterhitung diantaranya :perpindahan panas padamaterial bagasi, kursi, sandarankaki yang terbuat dari logam,selimut, dan koper atau tasyang dibawa oleh parapenumpang, dll.

• Kapasitas pendinginan yangdigunakan lebih besar dari totalbeban pendinginan aktual.

• Kondisi ruang penumpangtemperatur 22,4–25,3oC dankelembaban 57,5–63,7%.

• Sumber beban lain yang tidakterhitung diantaranya :perpindahan panas padamaterial bagasi, kursi, sandarankaki yang terbuat dari logam,selimut, dan koper atau tasyang dibawa oleh parapenumpang, dll.

Komparasi Beban Pendinginan DesainDan Aktual

• Ventilasi desain, volume udara yangdimasukkan sebesar 375 ft3/msedangkan pada kondisi aktualadalah 282,52 ft3/m

• Infiltrasi desain dan aktualperbedaan humidity rasio dantemperatur di dalam dan di luargerbong desain lebih tinggi darihasil pengukuran langsung.

• Penumpang aktual bernilai lebihbeban seluruh kursi terisi penuh (50orang) dan heat gain yang besarpada temperatur ruangan dijagakonstan pada 23oC. Namun kondisiaktual temperatur ruangan yangbervariasi pada 22,4–25,3oCsehingga heat gain relative kecil.

• Ventilasi desain, volume udara yangdimasukkan sebesar 375 ft3/msedangkan pada kondisi aktualadalah 282,52 ft3/m

• Infiltrasi desain dan aktualperbedaan humidity rasio dantemperatur di dalam dan di luargerbong desain lebih tinggi darihasil pengukuran langsung.

• Penumpang aktual bernilai lebihbeban seluruh kursi terisi penuh (50orang) dan heat gain yang besarpada temperatur ruangan dijagakonstan pada 23oC. Namun kondisiaktual temperatur ruangan yangbervariasi pada 22,4–25,3oCsehingga heat gain relative kecil.

Kesimpulan• Sumber beban pendinginan desain terbesar antara lain beban ventilasi, beban

penumpang dan beban infiltrasi. Sedangkan hasil perhitungan beban pendinginanaktual terbesar adalah beban penumpang, beban ventilasi dan beban infiltrasi.

• Total beban pendinginan desain lebih kecil dari kapasitas pendinginan yangterpasang. Besarnya GTH desain berkisar 14899,86 - 21578,74 watt sedangkankapasitas pendinginan yang terinstall adalah 34.890,00 watt.

• Kapasitas pendinginan yang digunakan saat kereta berjalan (aktual) adalah17.445,00 watt sedangkan total beban pendinginan aktual bernilai antara 7364,59 -11.112,47 watt sehingga kapasitas pendinginan lebih besar dari total pendinginanaktual.

• Hasil perhitungan beban pendinginan ventilasi, infiltrasi dan penumpang gerbongpada bulan April 2009 (desain) lebih besar dari perhitungan beban berdasarkan datapengukuran tanggal 28 April 2010 (aktual).

• Kondisi ruang penumpang secara desain dan aktual berada di dalam comfort zonepada psychometric chart.

• Sumber beban pendinginan desain terbesar antara lain beban ventilasi, bebanpenumpang dan beban infiltrasi. Sedangkan hasil perhitungan beban pendinginanaktual terbesar adalah beban penumpang, beban ventilasi dan beban infiltrasi.

• Total beban pendinginan desain lebih kecil dari kapasitas pendinginan yangterpasang. Besarnya GTH desain berkisar 14899,86 - 21578,74 watt sedangkankapasitas pendinginan yang terinstall adalah 34.890,00 watt.

• Kapasitas pendinginan yang digunakan saat kereta berjalan (aktual) adalah17.445,00 watt sedangkan total beban pendinginan aktual bernilai antara 7364,59 -11.112,47 watt sehingga kapasitas pendinginan lebih besar dari total pendinginanaktual.

• Hasil perhitungan beban pendinginan ventilasi, infiltrasi dan penumpang gerbongpada bulan April 2009 (desain) lebih besar dari perhitungan beban berdasarkan datapengukuran tanggal 28 April 2010 (aktual).

• Kondisi ruang penumpang secara desain dan aktual berada di dalam comfort zonepada psychometric chart.

Saran

• Pengurangan kapasitas pendinginan saat jumlahpenumpang kurang dari setengah jumlah kursiyang tersedia.

• Penambahan sistem kendali otomatis agaroperator tidak perlu mengendalikan kapasitas ACsecara manual bila kondisi udara di dalam gerbongterlalu dingin atau panas.

• Pengurangan kapasitas pendinginan saat jumlahpenumpang kurang dari setengah jumlah kursiyang tersedia.

• Penambahan sistem kendali otomatis agaroperator tidak perlu mengendalikan kapasitas ACsecara manual bila kondisi udara di dalam gerbongterlalu dingin atau panas.

Simulasi Grafik Psikometrik

• Penentuan Humidity Rasio Ventilasi Desain

• Penentuan Humidity Rasio Infiltrasi Desain

• Penentuan Mixture Air

• Penentuan Supply Air

• Penentuan Humidity Rasio Ventilasi Desain

• Penentuan Humidity Rasio Infiltrasi Desain

• Penentuan Mixture Air

• Penentuan Supply Air

Beban Pendinginan Dari Sinar Matahari YangMelalui Dinding Luar Dan Atap

A. Konveksi lingkungan

; NuL = (0.037 ReL4/5-871) Pr1/3 ;

; Ro = 1/h

B. Konduksi

R1 = x/k

C. Konveksi dalam ruangan

; NuL = 4/3 . (GrL/4) 1/4 . g . Pr

; Ri = 1/h

U = 1/Rtotal = 1/( )

Beban Pendinginan melalui dinding luar dan atap

Q = U x A x ∆t

A. Konveksi lingkungan

; NuL = (0.037 ReL4/5-871) Pr1/3 ;

; Ro = 1/h

B. Konduksi

R1 = x/k

C. Konveksi dalam ruangan

; NuL = 4/3 . (GrL/4) 1/4 . g . Pr

; Ri = 1/h

U = 1/Rtotal = 1/( )

Beban Pendinginan melalui dinding luar dan atap

Q = U x A x ∆t

Beban Radiasi Matahari Melalui Kaca

Beban pendinginan akibat radiasimatahari melalui kaca

Q = PSHG x SLF x OF x A Beban pendinginan akibat perbedaan

temperatur antara udara luar denganudara dalam ruangan terjadi secarakonduksi

Qkonduksi = Ukaca x Akaca x (TOA - TRM)

Beban pendinginan akibat radiasimatahari melalui kaca

Q = PSHG x SLF x OF x A Beban pendinginan akibat perbedaan

temperatur antara udara luar denganudara dalam ruangan terjadi secarakonduksi

Qkonduksi = Ukaca x Akaca x (TOA - TRM)

Beban Partisi

Qpartisi = U partisi x A partisi x ∆T

Beban Peralatan

RSHS = (RSH x % kebocoranair supply) + (RSH x % heat gainfan)

RLHS = RLH x % kebocoranair supply

Beban Pendinginan dari UdaraVentilasi dan Infiltrasi

Beban sensibel dari udara luar (OASH)OASH = 1,08 x cfmOA x (TOA - TRM )

Beban laten dari udara luar (OALH)OALH = 0,68 x cfmOA x (ωOA - ωRM )

Beban sensibel dari udara luar (OASH)OASH = 1,08 x cfmOA x (TOA - TRM )

Beban laten dari udara luar (OALH)OALH = 0,68 x cfmOA x (ωOA - ωRM )

Beban Penghuni

Beban sensibel dari manusia

QS,Orang = SHGPE x people

Beban laten dari manusia

QL,Orang = LHGPE x people

Beban sensibel dari manusia

QS,Orang = SHGPE x people

Beban laten dari manusia

QL,Orang = LHGPE x people

Beban Penerangan

Qlampu = 3,4 x (1,25 x Fluorescent + Incandescent)

Beban Peralatan Elektronik

Q = Peralatan elektronik x daya terpasang

Metode Perhitungan Beban Pendinginan