PERENCANAAN BEBAN PENDINGIN PADA KABIN PESAWAT AIRBUS 330-300 Oleh : Herviando Aryo 2111 030 001 Dosen Pembimbing : Ir. Denny M. E. Soedjono, MT PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
2014
AGENDA LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN BATASAN MASALAH METODOLOGI ANALISA DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN DAN SARAN
LATAR BELAKANG Pesawat terbang memerlukan system pengkondisian udara, karena ketika semakin tinggi kita terbang, temperature dan tekanan udara sekitar akan semakin rendah. Terjadinya kenaikan temperatur pada kabin beberapa penyebabnya adalah panas yang dilepaskan oleh penumpang dan awak kabin, radiasi matahari, alat listrik dan elektronik yang digunakan di pesawat, serta adanya pengaruh udara ram Perhitungan beban pendingin sangat diperlukan untuk pemilihan mesin pendingin yang tepat.
PERUMUSAN MASALAH Sampai saat ini belum diketahui tingkat efektifitas dari sistem pendingin pada pesawat
Perlu penghitungan beban pendinginan ruang penumpang
Jumlah Penumpang
Aktivitas
Sumber Panas alami dari Radiasi Sinar Matahari
Peralatan Kerja Ketinggian Jelajah Pesawat
TUJUAN PENELITIAN
Untuk mencapai tingkat kenyamanan penumpang pesawat yang telah ditentukan oleh Federal Aviation Regulation (FAR) dengan menghitung beban pendinginan pada pesawat Airbus 330-300
Ground Idle
Maximum Cruise
BATASAN MASALAH Jenis Pesawat yang akan di analisa adalah Airbus 330 seri 300, yang dioperasikan oleh PT. Garuda Indonesia (Persero) TBK Perhitungan beban pendingin dan perpindahan panas hanya terjadi dalam kabin pesawat Perhitungan hanya dibatasi pada kondisi cuaca panas (hot day) yaitu pada pukul 2:00 pm Fluida kerja yang digunakan dalam sistem pendingin ini adalah udara Data-data diambil dari penerbangan Amsterdam - Surabaya Temperature kabin constan 24°C
METODOLOGI Data Spesifikasi Pesawat Airbus A330-300
Dimensi PxLxT x 16.83m Diameter badan Lebar kabin maks Panjang kabin
: 63.69m x 60.30m : 5.64 m : 5.28 m : 50.35 m
Panjang sayap (geometris) : 60.3 m Luas sayap (referensi) : 361.6 m² Kursi penumpang : 295 (3-class) / 335 (2-class) Roda dasar : 25.6 m
METODOLOGI Jenis Model Pesawat Jarak jelajah Kecepatan Maksimum
: Airbus 330 seri 300 ( A330-300 ) : 5,669 NM (10,500 km) : 568 mph, 493 knot, 913 km/h pada ketinggian 35,000 ft) : Two Rolls-Royce Trent 700 : 97,170 l
Engines Kapasitas bahan bakar max Berat tanpa bahan bakar : 173 (175) t Berat kosong : 122.2 (124.5) t Berat max takeoff : 230 (233) t Beban pendaratan max : 185 (187) t
METODOLOGI Dimensi Pesawat
METODOLOGI Letak komponen Sistem Pendingin Komponen dari sistem pendinginan pada pesawat airbus A330300 terletak di tengah bagian bawah pesawat tepatnya di bawah kabin cargo dan di antara kedua landing gear pesawat.
METODOLOGI Flowchart
ANALISA DAN PEMBAHASAN Perhitungan dilakukan pada 2 kondisi , yaitu Ground Idle dan Maximum Cruise Kondisi Tcabin (0F)
Ground Idle 75,2
Maximum Cruise 75,2
Toutdoor (0F) RH (%) Cfm P (psi)
50 365,598 14,7
50
H (feet)
0
40000
93,2
- 69,88
8
Data Penerbangan Amsterdam - Surabaya
Keterangan: Tcabin = Temperatur didalam kabin (0F) Toutdoor = Temperatur diluar pesawat (0F) RH = Ratio Humidity (%) Cfm = Jumlah suplai udara, Cubic Feet per Minute (cfm) P = Tekanan (psi) H = Ketinggian (feet)
ANALISA DAN PEMBAHASAN Perhitungan Pada Kondisi Ground Idle & max cruise 1.) Perhitungan Struktur Konduksi Pada Atap, dinding dan kaca Pada perhitungan struktur konduksi pada atap, dinding dan kaca ini menggunakan persamaan:
Dimana: Q U
𝑄 = 𝑈 × 𝐴 × 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑐
dinding dan kaca A CLTDc
𝐵𝐵𝐵
= Cooling load dari atap, dinding dan kaca ℎ𝑟 = Koefisien perpindahan panas yang terjadi pada atap, 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟.𝑓𝑓 3 .𝐹
= Luas dari atap, dinding dan kaca (ft2) = Corrected cooling load temperature difference (F)
ANALISA DAN PEMBAHASAN 2.) Perhitungan Struktur Konduksi Pada Lantai Pada perhitungan struktur konduksi pada lantai menggunakan persamaan:
Dimana: Q U
𝑄 = 𝑈 × 𝐴 × 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝐵
= Cooling load dari lantai ℎ𝑟 = Koefisien perpindahan panas yang terjadi pada lantai
A TD
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟.𝑓𝑓 3 .𝐹
= Luas dari atap, dinding dan kaca (ft2) = tH – tL =Perbedaan temperatur yang dikondisikan dengan yang tidak dikondisikan, temperature tinggi (tH) dan temperature rendah (tL) (F)
ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.) Perhitungan Radiasi Sinar Matahari Pada Kaca Pada perhitungan radiasi sinar matahari pada kaca menggunakan persamaan:
Dimana:
𝑄 = 𝑆𝑆𝑆𝑆 × 𝐴 × 𝑆𝑆 × 𝐶𝐶𝐶 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
Q
= Cooling load dari lantai
SHGF
= maximum solar heat gain factor
A SC CLF
= Luas dari atap, dinding dan kaca (ft2) = Shading coefficient = cooling load factor dari kaca, asumsi CLF = 1.
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟.𝑓𝑓 3
ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.) Perhitungan Pada Manusia Pada perhitungan terhadap manusia menggunakan persamaan:
Dimana:
𝑄𝑠 = 𝑞𝑠 × 𝑛 × 𝐶𝐶𝐶 𝑄𝑙 = 𝑞𝑙 × 𝑛 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
Qs , Ql
= sensible and latent heat gains
qs , ql n CLF
= Sensible and latent heat gains per person ℎ𝑟 = jumlah manusia = cooling load factor dari kaca, asumsi CLF = 1
𝐵𝐵𝐵
ANALISA DAN PEMBAHASAN 5.) Perhitungan Pada Peralatan/Equipment Pada perhitungan terhadap equipment menggunakan tabel 6.15. maka perhitungannya adalah:
Peralatan
Q (BTU/hr)
Communication/Transmission
8500
Minicomputer
12000
Cold Food/beverage
2620
Microwave
1360
Coffeemaker
5120
Qtotal
29600
ANALISA DAN PEMBAHASAN 6.) Perhitungan Pencahayaan
Pada perhitungan pencahayaan menggunakan persamaan:
Dimana:
𝑄 = 3,4 × 𝑊 × 𝐵𝐵 × 𝐶𝐶𝐶 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
Q
= Cooling load dari lantai
W BF
= Kapasitas Pencahayaan (𝑤𝑤𝑤𝑤) = Ballast Factor, BF=1,25 for fluorescent lighting dan BF = 1 for incandescent lighting. = cooling load factof dari pencahayaan
CLF
ANALISA DAN PEMBAHASAN 7.) Perhitungan Infiltrating Pada perhitungan infiltrating menggunakan persamaan:
Dimana:
𝑄 = 1,1 × 𝐶𝐶𝐶 × 𝑇𝑇 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
Q
= Cooling load dari lantai
CFM
= air infiltration rate into room (CFM)
Dimana didapat dari :
𝑉 𝐶𝐶𝐶 = 𝐴𝐴𝐴 + 60
ACH sendiri adalah number air changes per hour (tabel 6.22), sedangkan V adalah volume dari ruangan (ft3). TC
= Perbedaan temperature dalam dan luar (F)
ANALISA DAN PEMBAHASAN 8.) Perhitungan Room Heat Gains Dimana terdapat sensible dan latent heat pada suatu ruangan. Dibawah ini jumlah dari masing-masing: Room Heat Gains ( on ground )
Struktur Konduksi Pada Atap, dinding dan kaca Struktur Konduksi Pada Lantai Radiasi Sinar Matahari Pada Kaca Pada Manusia Pada Peralatan/Equipment Pencahayaan Infiltrating Total (BTU/hr)
Room Sensible Heat (RSH)
767431,645
4026,672
45,40725
Room Latent Heat (RLH)
54800
19125
-
859128,724 3
Struktur Konduksi Pada Atap, dinding dan kaca
Room Sensible Heat (RSH)
Room Latent Heat (RLH)
568101,935
-
31408,04
-
68500
54800
19125
-
-
68500 -
Room Heat Gains ( max cruise )
-
7238,84
62038,84
Struktur Konduksi Pada Lantai Radiasi Sinar Matahari Pada Kaca Pada Manusia Pada Peralatan/Equipment Pencahayaan Infiltrating Total (BTU/hr)
76,916 -
-
687211,891
-
-
56462,955
111262,955
ANALISA DAN PEMBAHASAN 9.) Perhitungan Grand Total Heat (GTH) #. Perhitungan Temperature Apparatus dew point (tadp) Didapat dari mengetahui :
Tcabin Toutdoor RH Sehingga,
𝑅𝑅𝑅 𝑅𝑅𝑅𝑅 = 𝑅𝑅𝑅 + 𝑅𝑅𝑅
Maka pada grafik Psychrometric didapat Tadp
ANALISA DAN PEMBAHASAN #. Perhitungan Outdoor Air Sensible Heat Didapat dari mengetahui :
Cfm toutdoor tcabin Sehingga,
𝑂𝑂𝑂𝑂 = 1,08 × 𝑐𝑐𝑐 𝑡𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 − 𝑡𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
ANALISA DAN PEMBAHASAN #. Perhitungan Outdoor Air Latent Heat Dimana : Cfm = 365,598 cfm
Dari grafik Psychrometric, ketika :
toutdoor = ……. Didapatkan Woutdoor tcabin = ……. RH = 50% didapatkan Wcabin Sehingga,
𝑂𝑂𝑂𝑂 = 0,68 × 𝑐𝑐𝑐 𝑊𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 − 𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
ANALISA DAN PEMBAHASAN #. Perhitungan Effective Room Latent Heat (ERSH) Dimana setelah di dapat : 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟 𝐵𝐵𝐵 =………… ℎ𝑟
RSH = …………. OASH Sehingga,
𝐸𝐸𝐸𝐸 = 𝑅𝑅𝑅 + 𝑂𝑂𝑂𝑂
ANALISA DAN PEMBAHASAN #. Perhitungan Effective Room Sensible Heat (ERSH) Dimana setelah di ketahui : 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
RLH =……………… OALH = … … … … . . Sehingga,
𝐸𝐸𝐸𝐸 = 𝑅𝑅𝑅 + 𝑂𝑂𝑂𝑂
ANALISA DAN PEMBAHASAN # Perhitungan Grand Total Heat (GTH) Dimana setelah didapat : 𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟 𝐵𝐵𝐵 =⋯ … … … … … . ℎ𝑟
ERSH = … … … … … … . ERLH Sehingga,
𝐺𝐺𝐺 = 𝐸𝐸𝐸𝐸 + 𝐸𝐸𝐸𝐸
HASIL PENGHITUNGAN Penghitungan
On ground
Max cruise
Tadp
49,8 0F
137,6 0F
Outdoor Air Sensible Heat ( OASH ) Outdoor Air Latent Heat ( OALH ) Effective Room Latent Heat ( ERLH ) Effective Room Sensible Heat ( ERSH ) Grand Total Heat ( GTH )
7107,225
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
−56147,078
19018,407
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
1,194
81057,247
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
866235,9493
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
947293,1963
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟 𝐵𝐵𝐵 687213,085 ℎ𝑟
798476,04
148569,13
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN Sistem pengondisian udara pada pesawat Airbus 330-300 ini menggunakan Air Cycle Refrigeration System, karena lebih efisien, baik dari segi berat komponennya maupun dimensi serta kontruksinya dari pada Vapor Compression Cycle. Jenis Air Cycle Refrigeration yang digunakan adalah Open System dengan jenis Boostrap.
Beberapa factor yang juga berpengaruh pada perhitungan beban pendinginan pada kabin pesawat diantaranya adalah ; ukuran pesawat, julah penumpang, tujuan keberangkatan, jam dan bulan keberangkatan pesawat.
KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil perhitungan beban pendingin yang didapat pada saat 𝐵𝐵𝐵 kondisi Ground Idle adalah sebesar 947293,1963 , sedangkan ℎ𝑟
pada saat kondisi Maximum Cruise adalah sebesar 148569,13
𝐵𝐵𝐵 ℎ𝑟
.
Kelebihan daya pada turbin pendingin adalah untuk mensuplai udara ke cargo compartment, flight compartment, toilet, crew rest, dan untuk keadaan darurat.
Beban terbesar yang harus ditanggung oleh sistem pendingin pesawat adalah pada saat kondisi Ground Idle atau pada saat pesawat masih berada darat. Ini dikarenakan perbedaan temperatur luar dan didalam kabin lebih besar dibandingan dengan kondisi Maximum Cruise. Dan juga dipengaruhi kecepatan angin yang cukup rendah.
KESIMPULAN & SARAN SARAN Perlu disetting kembali kondisi temperatur pada kabin pesawat pada saat pesawat sedang jelajah terbang, sebab terkadang temperatur dari pendingin (AC) terlalu dingin sehingga membuat penumpang menjadi tidak nyaman. Ada beberapa data yang sulit untuk didapatkan disebabkan karena sistem pengondisian udara pada pesawat terbang saat ini dikendalikan secara otomatis tidak lagi secara manual, jadi dibutuhkan lebih banyak waktu dan analisa lebih lanjut jika ingin mendapatkan perhitungan secara real (tanpa asumsi). Lebih mendalami dan mempelajari lebih lanjut pengondisian udara pada pesawat terbang dengan refrigerant udara.
TERIMA KASIH
