Upload
vuongtu
View
292
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
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