PERHITUNGAN ULANG SISTEM PENGKONDISIAN UDARA PADA GERBONG 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 dalam kendaraan yang bergerak Pengaruh kondisi udara terhadap tubuh manusia Kenyamanan termal untuk sarana transportasi dengan jarak dan waktu tempuh yang lama
Perumusan Masalah Perhitungan sumber desain dan aktual Komparasi beban pendinginan hasil perhitungan pendinginan desain dan aktual kapasitas pendinginan pada gerbong beban dengan 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
Batasan Permasalahan Jenis sistem tata udara paket (Roof Mounted Package) Perhitungan beban pendinginan metode TETD (Total Equivalent Temperatur Difference) Ruangan pengambilan data adalah gerbong kereta api eksekutif malam Ka. Gajayana Kondisi desain ruangan didasarkan pada comfort zone untuk standard ASHRAE dengan temperatur ruangan yang konstan
Manfaat Penulisan Mampu menjelaskan sistem pengkondisian udara pada gerbong kereta api Mampu menjelaskan faktor mempengaruhi kenyamanan penumpang pada gerbong kereta api Mampu yang termal menjelaskan pengaruh beban pendinginan terhadap sistem pengkondisian udara
Dasar Teori Pengkondisian Udara Mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan distribusinya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman Sistem pengkondisian udara pada kereta api (Unitary system with all-air system)
Kondisi Kenyamanan Termal bagi Manusia Suhu inti tubuh konstan 37oC Suhu pada kulit bervariasi dari 20oC 40o Temperatur kulit > 45 C atau < 18 C akan menimbulkan efek buruk bagi tubuh
Faktor Utama yang Mempengaruhi Kenyamanan Termal
Beban Pendinginan Metode Perhitungan Beban Pendinginan Jenis Perhitungan Beban Pendinginan TETD
Metode Perhitungan Beban Pendinginan TETD Beban eksternal a. beban transmisi melalui dinding luar dan atap b. beban radiasi matahari melalui kaca c. beban partisi d. beban peralatan e. beban infiltrasi dan ventilasi Beban internal a. beban penghuni b. beban penerangan c. 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
Beban Pendinginan Total GTH = OASH + OALH + RSH + RLH + RSHS + RLHS dimana : OASH : Beban sensibel udara luar OALH : Beban laten udara luar RSH : Beban sensibel ruangan RLH : Beban laten ruangan RSHS: Beban pendinginan sensibel tambahan RLHS : Beban pendinginan laten tambahan
Psychometric Chart
Gerbong Kereta Api Penumpang Eksekutif Panjang badan kereta : 20.000 mm; Lebar badan kereta : 2.990 mm Tinggi 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
Lanjutan fasilitas pendukung Penyegar ruangan a) Roof mounted package b) Type RPU-6014T 2 unit per kereta c) Refrigerant R-22 (CHCLF2) d) Cooling capacity 30,000 kcal/hour atau 34,890 watt e) Tout evap. 22 26 0C f) Persentasi udara luar dan return air adalah 30% (480 m3/h) dan 70 % (1620 m3/h)
Pengambilan Data Pengukuran dilakukan setiap jam selama perjalanan dari Malang menuju Jakarta pada salah satu gerbong Ka. Gajayana 1. Persiapan 2. Pengukuran Alat ukur Temperatur Kertas kerja Kelembaban Alat tulis Kalibrasi alat ukur
Flowchart Pelaksanaan Penelitian
Hasil Perhitungan Sumber Beban Pendinginan Desain Tahun 2009 Ventilasi : beban pendinginan terbesar 7068,84 watt. Beban penghuni bernilai konstan 5.127,50 watt {jumlah penumpang, aktivitas penumpang, dan kondisi udara temp. 230C dan RH 50%} Infiltrasi akibat perbedaan humidity rasio (kelembaban dan temperatur) antara ruang penumpang dan lingkungan. beban peralatan elektronik dan penerangan bernilai konstan yaitu 1200,00 watt dan 1074,00 watt. cooling load kaca, kebocoran air supply, atap, dinding, kalor fan, dan partisi. Nilai beban tersebut berkisar 600-100 watt.
Hasil Perhitungan Sumber Beban Pendinginan Aktual 28 April 2009 Beban penumpang terkondisi maksimum pada waktu ke-5 dan 6 (21.00-22.00) sebesar 5024,90 watt (49 orang). Beban ventilasi penurunan drastis terjadi pada waktu ke-3 (19.00) yaitu 1220,88watt. Beban infiltrasi minimum dan maksimum terjadi pada waktu ke-3 (19.00) sebesar 921,33 watt dan ke-14 (06.00) sebesar 2128,94 watt. Beban penerangan sebesar 561,20 watt, Beban peralatan akibat panas fan sebesar 239,72 watt dan akibat air supply sebesar 325,00 watt, Beban elektronik 200 watt, Beban partisi sebesar 119,15 watt, Beban kaca 107,94 watt, beban dinding dan atap masing-masing 39,93 watt dan 37,14 watt.
Komparasi Beban Pendinginan Desain Dan Kapasitas Pendinginan Yang Terpasang Kapasitas pendinginan yang dibutuhkan untuk mengkondisikan gerbong penumpang pada 23oC dan RH 50% berkisar 14899,86 watt hingga 21578,74 watt. Minimum dan maksimum pada jam 00.00 di bulan Agustus dan jam 07.00 di bulan Oktober. Total beban pendinginan terkecil terjadi pada pukul 00.00. Sedangkan GTH terbesar terjadi pada pukul 07.00 Kapasitas pendinginan yang terpasang pada gerbong kereta lebih besar dari kebutuhan.
Komparasi Beban Pendinginan Aktual Dan Kapasitas Pendinginan Yang Terpasang Kapasitas pendinginan yang digunakan lebih besar dari total beban pendinginan aktual. Kondisi ruang penumpang temperatur 22,4 25,3oC dan kelembaban 57,5 63,7%. Sumber beban lain yang tidak terhitung diantaranya : perpindahan panas pada material bagasi, kursi, sandaran kaki yang terbuat dari logam, selimut, dan koper atau tas yang dibawa oleh para penumpang, dll.
Komparasi Beban Pendinginan Desain Dan Aktual Ventilasi desain, volume udara yang dimasukkan sebesar 375 ft3/m sedangkan pada kondisi aktual adalah 282,52 ft3/m Infiltrasi desain dan aktual perbedaan humidity rasio dan temperatur di dalam dan di luar gerbong desain lebih tinggi dari hasil pengukuran langsung. Penumpang aktual bernilai lebih beban seluruh kursi terisi penuh (50 orang) dan heat gain yang besar pada temperatur ruangan dijaga konstan pada 23oC. Namun kondisi aktual temperatur ruangan yang bervariasi pada 22,4 25,3oC sehingga heat gain relative kecil.
Kesimpulan Sumber beban pendinginan desain terbesar antara lain beban ventilasi, beban penumpang dan beban infiltrasi. Sedangkan hasil perhitungan beban pendinginan aktual terbesar adalah beban penumpang, beban ventilasi dan beban infiltrasi. Total beban pendinginan desain lebih kecil dari kapasitas pendinginan yang terpasang. Besarnya GTH desain berkisar 14899,86-21578,74 watt sedangkan kapasitas pendinginan yang terinstall adalah 34.890,00 watt. Kapasitas pendinginan yang digunakan saat kereta berjalan (aktual) adalah 17.445,00 watt sedangkan total beban pendinginan aktual bernilai antara 7364,59 11.112,47 watt sehingga kapasitas pendinginan lebih besar dari total pendinginan aktual. Hasil perhitungan beban pendinginan ventilasi, infiltrasi dan penumpang gerbong pada bulan April 2009 (desain) lebih besar dari perhitungan beban berdasarkan data pengukuran tanggal 28 April 2010 (aktual). Kondisi ruang penumpang secara desain dan aktual berada di dalam comfort zone pada psychometric chart.
Saran Pengurangan kapasitas pendinginan saat jumlah penumpang kurang dari setengah jumlah kursi yang tersedia. Penambahan sistem kendali otomatis agar operator tidak perlu mengendalikan kapasitas AC secara manual bila kondisi udara di dalam gerbong terlalu dingin atau panas.
Simulasi Grafik Psikometrik Penentuan Humidity Rasio Ventilasi Desain Penentuan Humidity Rasio Infiltrasi Desain Penentuan Mixture Air Penentuan Supply Air
Beban Pendinginan Dari Sinar Matahari Yang Melalui 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
Beban Radiasi Matahari Melalui Kaca Beban pendinginan akibat radiasi matahari melalui kaca Q = PSHG x SLF x OF x A Beban pendinginan akibat perbedaan temperatur antara udara luar dengan udara dalam ruangan terjadi secara konduksi 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 Udara Ventilasi 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 Penghuni 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