TUGAS AKHIR ANALISA TERHADAP SISTEM PENGKONDISIAN UDARA PADA KABIN PESAWAT TERBANG BOEING GELAR STRATA SATU

TUGAS AKHIR ANALISA TERHADAP SISTEM PENGKONDISIAN UDARA PADA KABIN PESAWAT TERBANG BOEING 747-400

TUGAS AKHIR INI DISUSUN UNTUK MEMENUHI PERSYARATAN MENEMPUH GELAR STRATA SATU

Disusun Oleh : Nama : KRISNA MEIDY L NIM : 01303-012

TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

ANALISIS TERHADAP SISTIM PENGKONDISIAN UDARA PADA KABIN PESAWAT TERBANG BOEING 747-400 Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menempuh gelar Sarjana Strata Satu (S-1)

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Pembimbing Tugas Akhir

(Ir. Yuriadi Kusuma M.Eng)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

ANALISIS TERHADAP SISTIM PENGKONDISIAN UDARA PADA KABIN PESAWAT TERBANG BOEING 747-400 Diajukan untuk memenuhu salah satu persyaratan dalam menempuh gelar Sarjana Strata Satu (S-1)

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Koordinator Tugas Akhir,

(Nanang Ruhyat,ST.MT)

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

NAMA

: KRISNA MEIDY LAKSANA

NIM

: 01303-012

JURUSAN

: TEKNIK MESIN

FAKULTAS

: TEKNOLOGI INDUSTRI

PERGURUAN TINGGI

: UNIVERSITAS MERCU BUANA

Menyatakan dengan sesungguh – sungguhnya dan sebenar – benarnya bahwa Tugas Akhir yang saya buat dan susun ini adalah hasil pemikiran serta karya saya sendiri. Tugas Akhir ini tidak dibuat oleh pihak lain, duplikat baik sebagian atau keseluruhan. Kutipan – kutipan diambil hanya dari referensi yang telah disebutkan sumbernya.

Jakarta, November 2008 Yang membuat pernyataan

(KRISNA MEIDY LAKSANA)

ABSTRAK

Jika berbicara tentang teknologi yang memberikan kenyamanan, kita mengenal salah satunya adalah system pengkondisian udara atau dikenal dengan istilah Air Conditioning (AC). System pengkondisian udara menggunakan suatu mesin yang terdiri dari berbagai komponen yang betujuan untuk menciptakan kondisi udara dengan temperature, kelembapan, dan kebersihan sesuai persyaratan untuk didistribusikan ke dalam suatu ruangan sehingga memberikan kondisi nyaman sesuai kebutuhan. Selain untuk memberikan kenyamanan, system pengkondisian udara juga juga digunakan untuk penyimpanan suatu benda atau zat pada kondisi ruangan dengan suhu tertentu. Untuk mengatasi masalah pengkondisian udara pada pesawat terbang, yaitu udara terkondisi pada tekanan 1 atm (1,01325 bar) dan temperatur antara 18 – 26 0C, maka digunakan sistem refrigerasi udara jenis bootstrap. Kata kunci : pesawat terbang, sistim pengkondisian udara, ACM

KATA PENGANTAR

Syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah.swt yang telah memberikan rahmat, hidayah serta karunia-Nya kepada penulis hingga dapat menyelesaikan penyusunan laporan Tugas Akhir ini. Laporan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk kelulusan jenjang pendidikan Strata Satu ( S1 ) pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Jakarta. Pada tugas akhir penulis juga berkesempatan melakukan tinjauan langsung atau riset di PT. GMF AeroAsia selama satu bulan, tapi dengan waktu yang sesingkat itu penulis mendapatkan banyak kesempatan untuk melakukan pengamatan langsung di lapangan yang kemudian disesuaikan antara teori yang penulis dapatkan dibangku perkuliahan dengan aplikasi dilapangan. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin sekali menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penyelesaian laporan ini, terutama untuk : 1. Allah. SWT yang selalu memberikan kesehatan akal, rahmat hidayah serta karunia-Nya. 2. Ayah, Ibu dan adik yang selalu memberikan doa, kasih sayang dan kepercayaan. Terima kasih atas dorongan moril ataupun materil sehingga memotivasi saya untuk menyelesaikan penyusunan laporan ini. 3. Bapak Dr. H. Abdul Hamid, M. Eng selaku dosen pembimbing akademik. 4. Bapak Nanang Ruhyat, ST, MT selaku koordinator Tugas Akhir. 5. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma,Msc selaku dosen pembimbing Tugas Akhir. i

6. Bapak Octav selaku pembimbing lapangan di GMF AeroAsia. 7. Keluarga besar penulis terutama mama Yanti, tante Ina dan oom Iwan yang begitu banyak memberikan dukungan doa maupun materil. 8. Kawan – kawan di jurusan Teknik Mesin khususnya angkatan 2003 9. Semua yang tidak bisa disebutkan satu persatu, baik Rektor, Dekan, Dosen, Karyawan, dan semua mahasiswa mahasiswi UMB (khususnya Fakultas Teknik).

Penulis menyadari Laporan Tugas Akhir ini jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan. Kiranya laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Amien.

Jakarta, November 2008

Penulis

ii

DAFTAR ISI

Kata Pengantar .................................................................................................. i Daftar Isi ......................................................................................................... iii Daftar Notasi .................................................................................................... vi Daftar Gambar ................................................................................................. ix Daftar Tabel .................................................................................................... xi BAB I

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ........................................................................ 1 1.2. Tujuan Penulisan ..................................................................... 2 1.3. Ruang Lingkup Permasalahan ................................................ 2 1.4. Teknik Pengumpulan Data ...................................................... 3 1.5. Sistematika Penulisan ............................................................. 4

BAB II

LANDASAN TEORI ...................................................................... 6 2.1. Macam Siklus Pengkondisian Udara. ...................................... 6 2.1.1. Siklus Kompresi Uap ..................................................... 7 2.1.2. Sistim Absorbsi ............................................................. 8 2.1.3. Siklus Refrigerasi Gas.................................................. 10 2.2. Aplikasi Sistim Refrigerasi Udara Pada Pesawat Terbang ... 11 2.2.1. Sistim Sederhana........................................................... 12 2.2.2. Bootstap Sistim ............................................................. 13 2.2.3. Regenerative Sistim ...................................................... 14 2.2.4. Reduced Ambient Sistim .............................................. 15 iii

BAB III

METODELOGI PENELITIAN.................................................... 17 3.1. Air Conditioning Pack .......................................................... 17 3.1.1. Penukar Panas ............................................................... 18 3.1.2. Air Cycle Machine ........................................................ 19 3.1.3. Pemisah Uap Air ........................................................... 21 3.1.4. Katup............................................................................. 21 3.2. Sumber Udara Untuk Sistim Pengkondisian Udara .............. 23 3.2.1. Pneumatic System ......................................................... 24 3.2.2. Auxiliary Power Unit .................................................... 24 3.2.3. Mesin Turbo Fan........................................................... 26 3.2.4. Alat Bantu di Darat ....................................................... 27 3.3. Cara Kerja Sistim .................................................................. 28 3.3.1. Siklus Kerja Darat........................................................ 28 3.3.2. Siklus Kerja Udara ...................................................... 29 3.4.Sistim Pendistribusian dan Sirkulasi Udara ........................... 30 3.5. Kabin Penumpang ................................................................. 32 3.6. Sistim Pengaturan Tekanan Pada Kabin ............................... 32 3.7. Flow Chart ............................................................................ 35

BAB IV

PERHITUNGAN DAN ANALISA ............................................. 36 4.1. Perhitungan Beban Pengkondisian ........................................ 36 4.1.1. Perhitungan Luas Permukaan Dinding dan Bagian iv

Transparan..................................................................... 37 4.1.1.1. Perhitungan Luas Permukaan Dinding Luar dan Dalam.......................................................................... 37 4.1.1.2. Perhitungan Luas Bagian Transparan ........................ 44 4.1.2. Panas Melalui Dinding Pesawat.................................... 48 4.1.3. Radiasi Sinar Matahari Bagian Transparan .................. 53 4.1.4. Panas Dari Penumpang dan Awak Pesawat.................. 55 4.1.5. Panas Dari Peralatan dan Perlengkapan Elektronik ...... 56 4.1.5.1. Panas Dari Sistim Penerangan dan Peralatan Elektronika .................................................................. 56 4.1.5.2. Panas Dari Peralatan dan Perlengkapan Dapur.......... 57 4.2. Perhitungan Kapasitas Mesin Pengkondisian Udara Pesawat Boeing 747-400...................................................................... 58 4.3. Analisa Terhadap sistim......................................................... 67

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 69 5.1. Kesimpulan ............................................................................ 69 5.2. Saran ...................................................................................... 70

v

DAFTAR TABEL

1. Tabel 4.1 Dimensi Pesawat Boeing 747-400 .......................................... 37 2. Tabel 4.2 Data Material Lapisan Dinding Pesawat Boeing 747-400 ...... 49 3. Tabel 4.3 Data Jendela Kokpit 1 ............................................................. 54 4. Tabel 4.4 Data Jendela Kokpit 2 ............................................................. 54 5. Tabel 4.5 Data Jendela Kokpit 3 ............................................................. 54 6. Tabel 4.6 Data Jendela Kabin Penumpang.............................................. 55 7. Tabel 4.7 Data Jendela Pintu................................................................... 55 8. Tabel 4.8 Panas yang dipancarkan oleh lampu ....................................... 57 9. Tabel 4.9 Peralatan dan Perlengkapan Dapur ......................................... 57 10. Tabel 4.10 Beban Pendinginan Pesawat Boeing 747-400 ....................... 58

xi

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2.1 Sistim Pendinginan Siklus Kompresi Uap .................. 8 2. Gambar 2.2 Skema Diagram Sistim Refrigerasi Absorbsi ............ 8 3. Gambar 2.3 Skema dan Siklus Termal Sistim Refrigerasi Gas .... 10 4. Gambar 2.4 Skema dan Siklus Sistim Sederhana ........................ 13 5. Gambar 2.5 Skema dan Siklus Sistim Bootstrap .......................... 13 6. Gambar 2.6 Skema dan Siklus Sistim Regenerativ....................... 14 7. Gambar 2.7 Skema dan Siklus Sistim Reduced Ambient.............. 15 8. Gambar 2.8 Diagram DART......................................................... 16 9. Gambar 3.1 Air Conditioning Pack Pada Pesawat Boeing 747-40018 10. Gambar 3.2 Penukar Panas (Heat Exchanger) ............................. 19 11. Gambar 3.3 Air Cycle Machine (ACM)........................................ 20 12. Gambar 3.4 Water Separator ........................................................ 21 13. Gambar 3.5 Flow Control dan Shutoff Valve................................ 22 14. Gambar 3.6 Auxiliary Power Unit ................................................ 26 15. Gambar 3.7 Mesin turbo fan GE CF6-80C2-B1F......................... 27 16. Gambar 3.8 Flow Chart ................................................................ 35 17. Gambar 4.1 Penampang Pesawat Boeing 747-400 ....................... 38 18. Gambar 4.2 Penampang upper deck dan Kokpit .......................... 40 19. Gambar 4.3 Penampang main deck............................................... 41 20. Gambar 4.4 Penampang Kargo ..................................................... 43 21. Gambar 4.5 Jendela Kopit I .......................................................... 44 22. Gambar 4.6 Jendela Kokpit II ....................................................... 45 ix

23. Gambar 4.7 Jendela Kokpit III...................................................... 46 24. Gambar 4.8 Jendela Kabin Penumpang dan Pintu........................ 47

x

DAFTAR NOTASI SATUAN 1. a

= absorbtivitas thermal

2. AI = Luas permukaan dinding dalam pesawat

m2

3. AKB = Luas permukaan dinding kabin

m2

4. Akg = Luas permukaan dinding kargo

m2

5. Ao

= Luas permukaan dinding luar pesawat

m2

6. b

= Tebal dinding kabin

m

7. COP = Coefficient Of Performance 8. Dml = Diameter dalam penampang pesawat

m

9. Dmo = Diameter luar penampang pesawat

m W/m2

10. Gt

= Total radiasi sinar matahari

11. h

= Koefisien konveksi

W/m2.K

12. hc

= Koefisien konveksi udara dalam kabin

W/m2 .K

13. hk

= Jumlah koefisien perpindahan panas didalam kabin

W/m2.K

14. hr

= Koefisien Radiasi

W/m2.K

15. hu

= Koefisien konveksi udara luar

W/m2.K

16. K

= Koefisien konduktifitas

17. L

= Panjang Pesawat

m

18. La = Panjang kargo belakang

m

19. Lf

= Panjang kargo depan

m

20. Lm = Panjang kabin utama

m

21. Lu

m

W/m.k

= panjang kabin atas

vi

22. ma

= Laju massa aliran udara terkondisikan dikabin

kg/s

23. mR

= Laju massa aliran ram air

kg/s

24. P2

= Tekanan ram air actual

bar

25. P2’ = Tekanan ram air teoritis

bar

26. P3

= Tekanan bleed air actual

bar

27. P4

= Tekanan bleed air masuk kompresor ACM

bar

28. P5

= Tekanan bleed air keluar kompresor ACM

bar

29. P6

= Tekanan bleed air masuk turbin pendingin

bar

30. Qd

= Jumlah panas konduksi melalui dinding pesawat

W

31. Qp

= Jumlah panas yang timbul dari penumpang dan awak pesawat

W

32. Qrm = Jumlah panas radiasi melalui daerah transparan

W

33. Qtotal = Jumlah panas

W

34. Qw = Jumlah panas yang timbul dari perlengkapan kabin &

W

elektronika 35. qo

= Efek pendinginan

kJ/kg

36. R

= Tahanan kalor total

K/W

37. rc

= Rasio kompresi kompresor ACM

38. T2

= Temperatur ram air aktual

K K

39. T2’ = Temperatur ram air teoritis 40. T3

= Temperatur bleed air dari kompresor turbo fan

K

41. T4

= Temperatur masuk kommpresor

K

42. T5

= Temperatur keluar kompresor ACM aktual

K

43. T5’ = Temperatur keluar kompresor ACM teoritis

vii

K

44. T6

= Temperatur masuk turbin pendingin

K

45. T7

= Temperatur keluar turbin aktual

K

46. T7’ = Temperatur keluar turbin teoritis

K

47. Tk

= Temperatur kabin

K

48. Tu

= Temperatur udara luar

K K

49. Tu’ = Temperatur dinamis 50. WC1 = Daya kompresor turbo fan

kW

51. WC2 = Daya kompresor ACM

kW

52. WCT = Daya turbin pendingin

kW

53. WNET = Daya bersih

kW

54. WR

kW

55. ηC

= Daya ram = Efisiensi kompresor

56. η CT = Efisiensi turbin pendingin ACM (Air Cycle Machine) 57. ηM = Efisiensi mekanis poros ACM 58. ε1

= Primary heat exchanger

59. ε2

= Secondary heat exchanger

60. τ

= Faktor transmisi tambahan

61. ΔP3-4 = pressure drop di primary heat exchanger

in.Hg

62. ΔP5-6 = Pressure drop di secondary heat exchanger

in.Hg

viii

KRISNA MEIDY L (01303-012)

BAB I PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) pada saat ini telah maju dan berkembang dengan pesat. Kita dapat melihat bebagai kemajuan tersebut di segala bidang, seperti bidang transportasi, komunikasi, informasi, dan lain sebagainya. Jika berbicara tentang teknologi yang memberikan kenyamanan, kita mengenal salah satunya adalah system pengkondisian udara atau dikenal dengan istilah Air Conditioning (AC). System pengkondisian udara menggunakan suatu mesin yang terdiri dari berbagai komponen yang betujuan untuk menciptakan kondisi udara dengan temperature, kelembapan, dan kebersihan sesuai persyaratan untuk didistribusikan ke dalam suatu ruangan sehingga memberikan kondisi nyaman sesuai kebutuhan. Selain untuk memberikan kenyamanan, system pengkondisian udara juga juga digunakan untuk penyimpanan suatu bendaatau zat pada kondisi ruangan dengan suhu tertentu. Khusus untuk pesawat terbang, tidak hanya temperature kabin dan kokpit yang harus dikondisikan tetapi juga harus menjaga agar tekanannya sebesar satu (1) atm, mengingat pesawat terbang beroperasi pada ketinggian lebih dari 20000 ft. Pada TUGAS AKHIR 1


BAB I PENDAHULUAN

ketinggian tersebut temperature dan tekanan udara luar menurun drastis. Kondisi tersebut sudah tidak cocok untuk manusia sehingga temperature dan tekanan udara harus dikondisikan. Oleh karena itu, mesin pendingin pesawat terbang tidak menggunakan refrigerant cair sebagai media penukar panasnya, melainkan refrigerant dalam bentuk gas. Dalam hal ini digunakanlah udara luar yang bertemperatur rendah. Penggunaan udara luar sebagai media penukar panas dianggap lebih efektif dan efisien serta dapat meminimalkan resiko kebocoran pada sistemnya. Selain itu, konstruksi mesin pendinginnya lebih ringkas dan sederhana sehingga lebih mudah dalam perawatannya.

1.2. Tujuan Penulisan Penulisan Laporan Tugas Akhir ini dimaksudkan untuk menjelaskan cara kerja system pengkondisian udara pada pesawat terbang sehingga dapat diketahui perbedaannya dengan system pengkondisian udara pada kendaraan dan tempat tinggal yang selama ini kita kenal. Serta melakukan perhitungan beban pendinginan yang harus dilayani oleh mesin pendingin dan komponen – komponen mesin pendingin berdasarkan beban mesin pendingin.

1.3. Ruang Lingkup Permasalahan Laporan Tugas Akhir ini hanya dibatasi pada cara kerja system pendingin peswawat terbang serta komponen – komponennya, dan perhitungan beban yang harus dilayani oleh mesin pendingin.

TUGAS AKHIR

2


BAB I PENDAHULUAN

1.4. Teknik Pengumpulan Data Metode pengumpulan data merupakan suatu metode yang digunakan oleh penulis untuk mendapatkan data dan informasi penunjang dalam melakukan penyusunan tugas akhir ini. Metode – metode yang dilakukan dalam pengumpulan data adalah sebagai berikut : 

Study Observasi

Adalah suatu teknik pengumpulan data yang dilakukan dengan melihat dan mengamati secara langsung dilapangan sehingga data yang diperoleh merupakan data actual yang terjadi. Data tersebut biasanya berhubungan dengan kegiatan operator selama berlangsungnya proses produksi. 

Wawancara dan diskusi

Metode ini dilakukan dengan pihak – pihak terkait yang berhubungan dengan permasalahan yang diangkat. Biasanya wawancara dan diskusi terjadi ketika penulis ingin mengetahui teknis – teknis yang terjadi dilapangan yang tidak dapat diamati secara langsung dan hal – hal lain yang belum dimengerti. 

Study literature

Selama penelitian berlangsung penulis membaca dan mempelajari buku – buku serta referensi yang ada yang bertujuan untuk mengetahui dan mendapatkan teori – teori dan pengolahan data yang berhubungan dengan permasalahan yang dibahas. 

Data perusahaan

Data kegiatan produksi perusahaan yang didapatkan melalui data arsip perusahaan, observasi langsung, wawancara, dan diskusi dengan pihak TUGAS AKHIR

3


BAB I PENDAHULUAN

yang terkait dengan kegiatan proses proses produksi yang berguna sebagai penunjang untuk melakukan pengilahan data. . 1.5. Sitematika Penulisan Dalam penulisan laporan tugas akhir ini, untuk mendapatkan hasil yang terstruktur dan mudah dipahami, maka penulisan disusun dengan sistematika sebagai berikut :

BAB I

PENDAHULUAN Merupakan suatu pengantar yang secara garis besar membahas tantang latar belakang masalah, tujuan penulisan, perumusan masalah, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan. Hal ini

dimaksudkan

untuk

memperoleh

gambaran

umum

mengenai masalah yang dihadapi. BAB II

LANDASAN TEORI Mengemukakan dasar –dasar teori yang berhubungan dengan masalah – masalah yang akan dibahas.

BAB III

PENGUMPULAN DATA Berisikan pengumpulan data yang akan digunakan untuk pengolahan data. Pengolahan data dilakukan berdasrkan hasil wawancara, diskusi, serta data langsung maupun tidak langsung.

TUGAS AKHIR

4


BAB IV

BAB I PENDAHULUAN

ANALISA Menguraikan analisa terhadap hasil dari pengumpulan dan pengolahan data yang telah dilakukan sebelumnya dengan mengacu pada hasil yang sudah diperoleh pada bab sebelumnya untuk memberikan usulan penyelesain terhadap permasalahan yang terjadi.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN Merupakan suatu penutup yang memberikan kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil analisa dan penelitian secara menyeluruh serta diberikan juga saran – saran, baik untuk pihak perusahaan maupun untuk pengembangan penelitian selanjutnya.

TUGAS AKHIR

5


BAB II LANDASAN TEORI


Pengkondisian udara dapat kita artikan sebagai proses mendinginkan atau memanaskan udara, sehingga kita dapat mengatur temperature, dan kelembaban sesuai dengan persyaratan yang ada untuk system tertentu. Udara yang dikondisikan dibuat sedemikian rupa hingga penghuninya akan merasa nyaman. Tetapi pada pesawat terbang yang dikondisikan tidak hanya temperature dan kelembabannya saja, tetapi tekanan udaranya juga pelu dikondisikan. Hal ini disebabkan karena tekanan udara akan menurun dengan meningkatnya ketinggian suatu pesawat. Hak ini harus diperhatikan karena menyangkut kenyamanan dan keselamatan penumpang maupunpilot yang menerbangkannya.

2.1 Macam Siklus Pengkondisian Udara Seperti kita ketahui bersama untuk membuat suatu system menjadi dingin adalah dengan cara memindahkan panas/kalor yang ada pada sistem tersebut keluar atau ke sistim lain, sehingga temperatur sistim dapat diatur sesuai dengan keinginan kita. Perpindahan kalor seperti itu langsung dilakukan atau juga dengan bantuan zat perantara yaitu Refrigerant. Tidak hanya pendinginan tetapi proses pemanasan pun TUGAS AKHIR 6



7

dapat dilakukan dengan cara ini. Ada berbagai cara untuk melakukan hal ini, tetapi kita harus mengetahui cara yang paling cocok dalam setiap penggunaan supaya efektif dan efisien. Karena itu kita harus menguasai prinsip dasar pendinginan dan beberapa macam siklus yang ada. 2.1.1 Siklus Kompesi Uap (Vapor Compression Refrigeration Cycle) Siklus ini merupakan siklus tertutup dimana pepindahan kalornya menggunakan bantuan refrigerant cair, antara lain R-12. Pada siklus ini pendinginan terjadi karena refrigerant mengalami perubahan fasa dari zat cair menjadi uap, dimana kalor yang ada diserap untuk melakukan penguapan ini. Kemudian kalor dilepas pada saat refrigerant dikompresi menjadi zat cair kembali. Aliran siklus itu akan berputar sampai temperatur yang diinginkan. Proses yang terjadi pada siklus kompresi adalah : 1-2

kompresi diabatik dan reversibel dari uap panas jenuh

2-3

pelepasan kalor reversibel pada tekanan konstan menyebabkan penurunan temperatur dan pengembunan refrigerant

3-4

ekspansi ireversibel pada entalphi konstan dari cairan penuh menuju evaporator

4-1

penambahan kalor reversibel pada tekanan yang tetap menyebabkan penguapan refrigerant.

TUGAS AKHIR



8

Gambar 2.1 sistim pendinginan siklus kompresi uap

2.1.2 Sistim Absorbsi (Absorption Refrigeration System) Sistim ini lebih kompleks dari sistim – sistim pendingin lainnya, karena selain untuk mendinginkan sumber tenaga listriknya sendiri tetapi juga untuk mendinginkan suatu ruangan, sehingga sistim ini tidak menggunakan tenaga listrik yang banyak. Sistim ini biasanya digunakan oleh gedung – gedung yang sudah mempunyai sumber tenaga listrik sendiri.

Gambar 2.2 skema diagram sistim refrigerasi absorbsi TUGAS AKHIR



9

Cara kerjanya sebagai berikut : 

Generator Pada tahap ini campuran refrigerant dan absorbent dipakai untuk mendinginkan generator sehingga menguap, sedangkan absorbment dialirkan kembali ke penampungannya.



Kondensor Uap refrigerant yang panas tadi kemudian di alirkan ke kondensor untuk diembunkan



Evaporator Refrigerant yang sudah diembunkan di kondensor kemudian akan diekspansikan ke dalam evaporator supaya tekanan dan temperaturnya menurun dan dapat menyerap panas kembali



Absorbent Uap refrigerant ini akan diabsorbsi oleh cairan absorbent yang kemudian didinginkan, campuran tersebut akan dialirkan untuk mendinginkan generator. Ada faktor – faktor yang harus diperhatikan dalam memilih pasangan

refrigerant dengan absorbent yaitu, viskositasnya rendah untuk memudahkan kerja pompa, titik beku yang rendah, dan stabilitas kimia dan termal yang baik. Selain faktor di atas ada juga syarat yang diperlukan seperti solubilitas refrigerant di absorbent harus lebih dari hokum solobilitas Raoult, sehingga semua uap refrigerant dapat bercampur sempurna dengan absorbent, dan titik didih kedua zat ini haruslah jauh berbeda, setidaknya titik didih refrigerant-nya 200 oC dibawah titik didih

TUGAS AKHIR



10

absorbent-nya, sehingga refrigerant dapat benar – benar terpisah (menguap) dengan absorbent pada waktu pemanasan di generator.

2.1.3 Siklus Refrigerasi Gas (Gas Refrigeration Cycle)

Gambar 2.3 skema dan siklus termal sistim refrigerasi gas

Siklus ini menggunakan udara sebagai refrigerant-nya, perpindahan panasnya dilakukan dengan cara sebagai berikut : 

Menaikan tekanan (Compretion) Udara sebagai medium pendingin dimampatkan dengan menggunakan kompresor, sehingga tekanan dan temperaturnya lebih tinggi dari tekanan dan temperatur ruangan.



Pertukaran panas pada Heat Exchanger Setelah udara dimampatkan dengan kompresor, temperatur yang tinggi

TUGAS AKHIR



11

akibat proses pemampatan selanjutnya akan dibuang (didinginkan) pada heat exchanger, dimana terjadi pertukaran panas antara udara bertekanan dengan udara luar atau ram air yang suhunya lebih rendah. 

Proses ekspansi (Expantion) Setelah didinginkan udara bertekanan tadi diekspansikan kedalam turbin, proses ini membuat temperatur dan tekanan udara menurun, selain itu juga menyebabkan turbin berputar memutar kompresor sehingga siklus dapat berjalan. Udara yang sudah bertemperatur rendah selanjutnya dialirkan ke refrigerator.

2.2 Aplikasi Sistim Refrigerasi Udara Pada Pesawat Terbang Ada dua sistim refrigerasi udara yaitu siklus tertutup (closed air cycle) dan terbuka (open air cycle). Siklus tertutup mempunyai keuntungan termodinamik, antara lain tekanan masuk kompresor dapat lebih tinggi dari tekanan atmosfer, sehingga kerja yang dibutuhkan lebih sedikit dan nilai COP-nya (Coefficient Of Performance) lebih tinggi. Sedangkan pada sistim siklus jenis terbuka, kompresor yang digunakan harus besar karena mengingat volume harus dikondisikan lebih besar dari pada siklus tertutp. Tetapi masalah ini sudah tidak menjadi masalah lagi karena dengan teknologi turbo jet seperti sekarang ini kecepatan putaran kompresornya dapat mencapai 100.000 rpm. Beberapa keuntungan dari siklus udara ini dengan memperhatikan kegunaannya untuk refrigerasi pesawat terbang, adalah : 

Kebocoran kecil dapat ditolerir karena refrigerant-nya adalah udara



Siklus udara yang sederhana hanya memerlukan satu buah heat exchanger

TUGAS AKHIR



12

saja, karena siklusnya terbuka 

Jumlah refrigerant yang banyak diudara terbuka



Proses pengkondisian udara dan cabin pressurization dapat digabungkan menjadi satu sistim



Tahap kompresi udara sudah dimulai oleh ram effect, konversi dari energi kinetik udara yang relative dengan kecepatan pesawat menyebabkan naiknya tekanan. 2)

Diantara keuntungan – keuntungan di atas ada juga kelemahan sistim ini, yaitu pada saat kelembaban udara tinggi dapat timbul kabut dan bunga es diakhiri proses ekspansi, hal ini dapat menyebabkan tersumbatnya saluran udara. Sistim ini disebut sistim refrigerasi udara (air refrigeration cycle) karena refrigerant yang digunakan adalah udara yang ada disekitarnya. Ada beberapa jenis siklus yang dipakai untuk pesawat terbang. 2.2.1 Sistim Sederhana (basic system) Pada sistim ini udara yang telah dikompersi didinginkan pada air coller dengan menggunakan ram air, yang selanjutnya akan diekspansikan kedalam turbin dan keluar dengan tekanan diatas tekanan atmosfer. Turbin ini digunakan untuk memutar fan, dimana udara akan mengalir melalui heat exchanger dan mendinginkan udara terkompresi.

TUGAS AKHIR



Gambar 2.4 skema dan siklus sistim sederhana

2.2.2 Bootstrap system

Gambar 2.5 skema dan siklus sistim bootstrap

TUGAS AKHIR

13



14

Sistim ini memakai dua buah heat exchanger dan dua buah kompresor, dimana udara yang telah dikompresi akan melewati heat exchanger pertama kemudian dikompresi kembali dan melewati heat exchanger kedua, baru setelah itu diekspansikan kedalam turbin pendingin. Pada sistim ini turbin dipakai sebagai sumber tenaga untuk kompresor sekunder, sehingga tekanan yang dihasilkan lebih tinggi dari sistim sederhana. Aliran udara yang melewati heat exchanger tergantung dari laju aliran udara dari ram air. 2.2.3 Regenerative system

Gambar 2.6 skema dan siklus sistim regeneratif

Sistim ini merupakan modifikasi dari sistim sederhana, hanya pada system ini heat exchanger yang digunakan ada dua buah, yang pertama dialirkan dari ram air dan

TUGAS AKHIR



15

yang kedua dialirkan sebagian dari hasil ekspansi turbin. Udara dari heat exchanger kedua akan dialirkan kembali ke kabin. 2.2.4 Reduced Ambient System

Gambar 2.7 skema dan siklus sistim reduced ambient

Sistim ini memakai dua buah turbin pendingin, dimana turbin pertama akan mengalirkan udara ke kabin sedangkan yang kedua akan mengalirkan udara melewati heat exchanger. Tenaga yang dihasilkan oleh kedua turbin tersebut digunakan untuk memutar fan yang membantu mengalirkan udara melewati heat exchanger. Dari berbagai macam sistim – sistim refrigerasi udara yang dipakai pada pesawat terbang tidak semua cocok dipakai untuk semua pesawat terbang, tergantung dari kecepatan pesawatnya dan temperatur keluar turbin pendingin. Perbandingan dari berbagai sistim yang dipakai pada pesawat terbang dapat dilihat pada diagram DART (Dry Air Rated Temperature).

TUGAS AKHIR



Gambar 2.8 diagram DART

TUGAS AKHIR

16


BAB III METODELOGI PENELITIAN

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Air Conditioning Pack Pesawat terbang Boeing 747-400 menggunakan 3 unit Air Conditioning Pack untuk system pengkondisian udaranya. Masing – masing Air Conditioning Pack mempunyai komponen – komponen utama dan beberapa komponen pendukung yang sama. Komponen – komponen utama dari Air Conditioning Pack adalah sebagai berikut : 

Penukar panas (Heat Exchanger)



Air Cycle Machine (ACM)



Pemisah uap air (Water Separator)

TUGAS AKHIR

17



18

Komponen – komponen inilah yang mengkondisikan udara bertekanan (Bleed Air) yang dihasilkan kompresor mesin turbo fan/APU (Auxilary Power Unit), untuk menghasilkan udara yang mempunyai temperatur, kelembaban, dan tekanan (Conditioned Air) sesuai dengan kebutuhan untuk didistribusikan ke kabin, cockpit, dan ruang kargo.

Gambar 3.1 Air Conditioning Pack pada pesawat Boeing 747-400 Sumber : Aircraft Maintenance Manual For Boeing 747-400. Boeing Company USA

3.1.1 Penukar Panas (Heat Exchanger) Heat exchanger berfungsi untuk mendinginkan udara yang berasal dari kompresor utama (Primary Compressor) dan kompresor kedua (Secondary Compressor). Dalam hal ini primary compressor adalah kompresor pada mesin turbo fan, sedangkan secondary compressor adalah kompresor pada Air Conditioning Pack. Media pendingin pada Heat Exchanger adalah udara luar (Ram Air).

TUGAS AKHIR



19

Tipe Heat Exchanger yang digunakann adalah Dual Heat Exchanger yang terdiri atas dua bagian, yaitu Primary Cores dan Secondary Cores. Keduanya berdisain counterflow yang terdiri atas plat pipih dan sirip (fin).

Gambar 3.2 penukar panas (Heat Exchanger) Sumber : Overhaul manual. Hamilton Sunstrand. A United Technologies Company

3.1.2 Air Cycle Machine (ACM) Air cycle machine terdiri dari kompresor, turbin, pendingin, (Cooling turbine), dan fan. Ketiganya terletak pada satu poros, turbin dan kompresor yang digunakan adalah jenis sentrifugal dengan aliran radial. Sedangkan fan merupakan jenis aliran aksial. Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan dan menaikan tekanan udara yang berasal dari primary cores pada heat exchanger, untuk kemudian dialirkan ke TUGAS AKHIR



20

secondary cores pada heat exchanger. Dengan tekanan tinggi diharapkan perpindahan panas di heat exchanger lebih sempurna. Turbin pendingin berfungsi untuk mengekspansikan udara yang berasal dari secondary cores dari heat exchanger, sehingga terjadi penurunan temperature tekanan. Fan berfungsi untuk mensirkulasikan dan mendinginkan ram air yang akan digunakan sebagai media pendingin heat exchanger. Pada saluran masuk udara yang menuju fan, terdapat saringan (mesh screen), untuk menyaring debu atau partikel – partikel kecil. Fan bekerja selama pesawat berada di darat, sedangkan pada saat di udara ram air langsung di-bypass ke heat exchanger melalui cooling air check valve tanpa melalui fan.

Gambar 3.3 Air Cycle Machine (ACM) Sumber : Overhaul manual. Hamilton Sunstrand. A United Technologies Company

TUGAS AKHIR



21

3.1.3 Pemisah uap air (Water Separator) Water separator berfungsi untuk memisahkan uap air dari udara yang berasal dari turbin pendingin. Sehingga diperoleh udara kering untuk dimasukan kedalam kabin. Water separator terdiri dari : 

Fabric coaleser



Vortex generator (generator vortex)



Collector drain



Pressure relief valve (katup pelepas tekanan)

Gambar 3.4 Water separator Sumber : Aircraft Maintenance Manual For Boeing 747-400. Boeing Company USA

3.1.4 Katup (valve) Selain komponen – komponen utama seperti yang telah dijelaskan diatas, pada Air Conditioning Pack terdapat beberapa katup (valve) sebagai komponen TUGAS AKHIR



22

pendukung. Katup – katup tersebut adalah sebagai berikut : 1. Flow control dan Shutoff valve Berfungsi untuk mengatur jumlah udara bertekanan (bleed air) yang masuk ke air conditioning pack, yang berasal dari pneumatic distribution system. Tekanan maksimum bleed air yang masuk ke air conditioning pack adalah 42 psi dan tekanan minimum 8 psi (55 kPa). Suhu udara maksimum 212 oC. jika tekanan udara dan suhu udara diatas maksimum, maka shutoff valve akan menutup, dan air conditioning pack berhenti bekerja.

Gambar 3.5 Flow control dan shutoff valve Sumber : Aircraft Maintenance Manual For Boeing 747-400. Boeing Company USA

2. Ram Air Check Valve Terletak di saluran masuk ram air yang menuju heat exchanger. Berfungsi untuk mencegah terjadinya aliran balik dari ram air. 3. Cooling Air Check Valve Berfungsi untuk mengalirkan ram air tanpa melalui fan pada ACM menuju TUGAS AKHIR



23

heat exchanger. Katup ini terbuka pada saat pesawat diudara, dan menutup pada saat pesawat berada didarat. 4. Compressor Bypass Check Valve Berfungsi untuk mengalirkan udara dari heat exchanger menuju turbin pendingin tanpa melalui kompresor ACM. 5. Cooling Turbine Bypass Valve Berfungsi untuk mengalirkan udara menuju water separator tanpa melalui turbin pendingin, untuk mengontrol suhu udara di water separator agar tidak terjadi pembekuan. 6. Conditioned Air Check valve Berfungsi mencegah aliran balik udara yang telah terkondisikan ke-pack dan mengatur jumlah udara yang masuk ke mixing manifold.

3.2

Sumber Udara Untuk Sistem Pengkondisian Udara Untuk mengoperasiakan mesin pengkondisian udara, dalam hal ini adalah Air

Conditioning Pack, maka dibutuhkan system untuk mensuplai udara bertekanan (bleed air) yang dibutuhkan. Adapun sumber – sumber udara untuk air conditioning pack yakni sebagai berikut : 

Auxiliary power unit (APU)



Mesin turbo fan



Alat Bantu didarat

Penggunaan sumber – sumber udara tersebut disesuaikan dengan kondisi pesawat, yakni pada saat didarat (on ground) atau pada saat di udara (in flight).

TUGAS AKHIR





24

Pada saat didarat dan lepas landas, digunakan udara bertekanan (bleed air) yang dihasilkan oleh APU



Pada saat di udara, digunakan udara bertekanan yang dihasilkan oleh kompresor mesin turbo fan



Pada saat didarat (dalam keadaan APU tidak dihidupkan), digunakan ground source.

3.2.1 Pneumatic System Udara bertekanan yang dihasilkan oleh auxiliary power unit (APU), mesin turbo fan dan ground air source, terlebih dahulu dialirkan ke pneumatic distribution system. Dari pneumatic distribution system, bleed air didistribusikan untuk mengoperasikan berbagai macam system dipesawat yang membutuhkan suplai udara bertekanan yakni sebagai berikut : 

Untuk menhidupkan mesin pesawat utama (turbo fan)



Untuk mengoperasikan air conditioning pack



untuk mencegah pembentukan es pada sayap pesawat

3.2.2 Auxiliary Power Unit Merupakan suatu unit tenaga cadangan yang berfungsi untuk menghasilkan tenaga untuk system kelistrikan dan pneumatik selama pesawat berada didarat. Komponen utama APU terdiri atas mesin turbin gas twin spool, ruang bakar, kompresor, dan 2 generator AC. Setiap generator mampu mensuplai arus sebesar 90 kVAuntuk system kelistrikan pesawat. Kompresor berfungsi untuk menghasilkan

TUGAS AKHIR



25

udara bertekanan untuk proses pembakaran, dan untuk system pneumatik pesawat yang akan digunakan untuk mengoperasikan air conditioning pack, menghidupkan mesin turbo fan dan mengoperasikan pompa – pompa hidolik. Komponen – komponen untuk menghidupkan dan untuk proses pembakaran APU adalah sebagai berikut : 

APU battery APU battery berfungsi untuk menyalakan motor starter. Battery yang digunakan adalah cadmium battery 28 dc volt 50 ampere. Selain itu APU battery juga digunakan untuk menyalakan ignition exciter untuk proses pembakaran.



Motor starter Terletak di accessory gearbox. Berfungsi untuk menyalakan APU dengan memutar baling – baling generator gas untuk menyediakan aliran udara untuk proses pembakaran awal.



Ignition excter Berfungsi untuk mengubah arus listrik 28 dc yang dihasilkan APU battery menjadi voltase pulsa tinggi sebagai outputnya.



Ignition cable Terdiri dari 2 kabel yang berfungsi untuk menyalurkan arus listrik yang dihasilkan ignition exciter ke ignitor plug.



Ignitor plug Berfungsi untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar diruang bakar, untuk men-start APU.

TUGAS AKHIR



26

Gambar 3.6 auxiliary power unit (APU) Sumber : Aircraft Maintenance Manual For Boeing 747-400. Boeing Company USA

3.2.3 Mesin Turbo Fan Pesawat terbang boeing 747-400 menggunakan 4 buah mesin turbo fan yang masing – masing 2 buah terletak dibagian sayap pesawat. Secara garis besar mesin turbo fan terbagi atas 5 bagian, yaitu sebagai berikut : 1. Bagian fan (fan module) yang terdiri atas fan, kompresor tekanan rendah 8 tingkat yang digerakan oleh turbin gas tekanan rendah. 2. Bagian inti (core module) yang terdiri atas kompresor tekanan tinggi 14 tingkat yang digerakan oleh turbin gas tekanan tinggi, ruang bakar tipe annular. 3. Bagian turbin tekanan tinggi (high pressure turbine module) yang terdiri dari turbin gas tekanan tinggi 2 tingkat. 4. Bagian turbin tekanan rendah (low pressure turbine module) yang terdiri dari turbin gas tekanan rendah 5 tingkat.

TUGAS AKHIR



27

5. Bagian accessory drive yang terdiri dari inlet gearbox, poros penggerak, dan transfer gearbox.

Gambar 3.7 mesin turbo fan seri GE CF6-80C2-B1F Sumber : Kroes, Michael. Aircraft power plant

3.2.4 Alat Bantu di Darat (Ground Air Source) Pada saat pesawat berada di darat dan dalam kondisi APU tidak dihidupkan, maka digunakan alat bantu untuk menyuplai udara bertekanan ke air conditioning pack. Ground air source terbagi 2, yaitu : 1. APU car Berfungsi sebagai APU, menghasilkan udara bertekanan untuk dialirkan ke pneumatic distribution system melalui ground service connector.

TUGAS AKHIR



28

2. Ground carts Unit mobil AC yang menghasilkan udara terkondisi yang langsung dapat dialirkan kedalam pesawat.

3.3

Cara Kerja Sistem Pesawat boeing 747-400 menggunakan system refrigerasi udara dengan cara

kerja system nya terbagi 2 siklus, yaitu : 1. Siklus kerja darat (ground cycle) 2. Siklus kerja udara (flight cycle)

3.3.1 Siklus kerja darat (ground cycle) Selama pesawat berada di darat, sumber udara yang akan dikondisikan di air conditioning pack berasal dari APU. Namun apabila APU tidak dioperasikan maka digunakan ground carts yang menghasilkan udara yang terkondisikan, sehingga dapat langsung dialirkan ke dalam pesawat. Bleed air (udara bertekanan) yang dihasilkan APU berasal dari kerja kompresor APU. Sebagian udara bertekanan tersebut digunakan untuk proses pembakaran, dan sebagian lagi dialirkan ke 3 unit air conditioning pack untuk dikondisikan. Jumlah bleed air yang masuk ke air conditioning pack diatur oleh flow control dan shutoff valve agar sesuai kebutuhan serta menjaga agar temperature tidak melebihi 212 oC. Selanjutnya bleed air dialirkan menuju bagian primary cores dari heat exchanger untuk didinginkan. Heat exchanger yang digunakan berdisain counterflow, yang terdiri dari plat TUGAS AKHIR



29

pipih dan sirip (fin). Bleed air mengalir melalui plat pipih, dan udara luar (ram air) sebagai media pendinginnya mengalir melalui sirip. Sehingga bleed air memberikan panasnya ke ram air yang selanjutnya dibuang ke luar melalui ram air exit door. Karena selama berada di darat temperatur ram air cenderung tinggi, maka sebelum masuk ke heat exchanger, ram air didinginkan dahulu oleh fan dari ACM (air cycle machine). Dari heat exchanger, bleed air dialirkan menuju kompresor ACM. Disini, bleed air mengalami kenaikan tekanan dan temperature. Selanjutnya bleed

air

dialirkan menuju secondary cores dari heat exchanger, untuk didinginkan kembali. Setelah proses ini, bleed air masuk ke dalam cooling turbine dari ACM. Disini bleed air mengalami proses ekspansi, sehingga temperatur dan tekanannya menurun drastis. Udara yang keluar dari cooling turbine, selanjutnya dialirkan menuju water separator. Di water separator, uap air yang ada di udara dipisahkan, sehingga kelembabannya berkurang. Udara yang keluar dari water separator inilah yang merupakan udara yang terkondisikan (conditioned air). Selanjutnya conditioned air dialirkan menuju conditioned air plenum untuk seterusnya didistribusikan ke berbagai zona di pesawat, seperti kabin, kokpit, kargo dan sebagainya.

3.3.2 Siklus kerja udara (Flight cycle) Pada saat diudara, bleed air untuk conditioning pack tidak lagi disuplai oleh APU, melainkan oleh kompresor tekanan rendah dan tinggi dari mesin torbo fan. Kompresor mesin turbo fan terdiri dari kompresor 8 tingkat dan kompresor 14 tingkat. Apabila putaran mesin turbo fan normal, maka kompresor 8 tingkat akan TUGAS AKHIR



30

menyuplai bleed air untuk dikondisikan di conditioning air pack. Namun jika putaran mesin turbo fan rendah, maka kompresor 14 tingkat yang akan menggantikan tugas itu secara otomatis.

Selanjutnya siklus udara di air conditioning pack sama prinsipnya dengan siklus darat. Untuk media pendingin heat exchanger, digunakan udara luar yang memiliki temperatur dan tekanan yang sangat rendah. Udara ini masuk melalui ram air inlet door, dimana volume udara yang masuk bias di atur sesuai kebutuhan. Udara tersebut langsung dialirkan menuju heat exchanger sebagai media pendingin heat exchanger. Udara yang keluar dari air conditioning pack sebelum didistribusikan ke berbagai zona di pesawat, dialirkan terlebih dahulu menuju mixing manifold. Mixing manifold adalah saluran untuk mencampur udara yang berasal dari air conditioning pack dengan udara tersirkulasi yang berasal dari kabin, dan bleed air dari kompresor torbo fan yang didinginkan di heat exchanger dan langsung di-bypass tanpa melalui kompresor dan cooling turbine ACM. Pencampuran dilakukan karena temperatur udara yang keluar dari air conditioning pack sangat rendah sekali. Setelah dicampur baru diperoleh temperatur udara yang ideal untuk didistribusikan ke berbagai zona di pesawat.

3.4

Sistem Pendistribusian dan Sirkulasi Udara Udara terrkondisi (conditioned air) yang dihasilkan 3 unit air conditioning

pack selanjutnya didistribusikan ke berbagai zona kabin penumpang, kargo, serta kokpit. Pada pesawat boeing 747-400 sistem pendistribusian udara terkondisikan TUGAS AKHIR



31

untuk kabin penumpang di bagi menjadi bebrapa zona. Pembagian zona – zona tersebut adalah : 1. Zona kabin atas (upper deck) serta kokpit disebut zona F 2. Zona kabin utama (main deck) terdiri atas : 

Zona A dimulai dari bagian depan sampai pintu 1



Zona B mulai dari pintu 1 sampai pintu 2



Zona C mulai dari pintu 2 sampai pintu 3



Zona D mulai dari pintu 3 sampai pintu 4



Zona E mulai dari pintu 4 sampai pintu 5

Sistem pendistribusian conditioned air terdiri dari komponen – komponen utama yakni sebagai berikut : 1. Conditioned air plenum 2. Zones risers 3. Trim air system 4. Under floor recirculation system Udara terkondisi yang dihasilkan 3 unit air conditioning pack pertama dialirkan menuju conditioned air plenum. Setelah itu dialirkan menuju zones risers, zones risers dihubungkan dengan saluran udara panas (trim air) atau udara tersirkulasi untuk dicampur denagan udara dingin dari conditioned air plenum. Banyaknya udara yang dicampurkan disesuaikan dengan kebutuhan yang diatur oleh sistem pengatur temperature (temperature control system). Zones risers selanjutnya mendistribusikan conditioned air ke tiap – tiap zona melalui distribution ducts. Temperatur masing – masing zona diatur oleh zone temperature control system.

TUGAS AKHIR



32

Salah satu komponen temperature control system adalah sensor temperatur. Sensor temperatur terdaoat di masing – masing zona. Untuk zona B, C, dan D sensor temperaturnya berjumlah 2. Sedangkan zona A, kokpit, dan F dan upper deck masing – masing mempunyai 1 sensor temperatur. Udara yang tekondisi dialirkan melalui grill yang berada di kiri dan kanan rumah lampu baca di atas tempat duduk penumpang. Udara yang telah besirkulasi di kabin sebagian dibuang melalui air exit grille dan sebagian lagi masuk ke under floor recirculation system. Udara yang keluar dari exit grille selanjutnya masuk ke kargo untuk di alirkan keseluruh bagian kargo.

3.5

Kabin Penumpang (Passenger Compartment) Pesawat boeing 747-400 merupakan pesawat penumpang komersial yang

terdiri dari kabin atas (upper deck) dan kabin utama (main deck). Kapasitas maksimum penumpang adalah 405 orang. Terdiri dari 323 penumpang kelas ekonomi dan 82 penumpang kelas bisnis serta ditambah 19 awak pesawat.

3.6

Sistem Pengaturan Tekanan pada Kabin (Pressurization) Penggunaan sistem pengkondisian udara dengan menggunakan udara sebagai

refrigerannya. Selain untuk mengkondisikan udara di kabin juga digunakan untuk mengatur tekanan di kabin pesawat. Pengaturan tekanan sangat penting untuk mengatur keamanan dan kenyamanan para penumpang dan awak pesawat. Besarnya tekanan didalam kabin dipengaruhi oleh jumlah udara yang bersirkulasi dikabin. Semakin banyak udara yang bersirkulasi maka tekanan kabin akan meningkaat, sebaliknya tekanan berkurang pada saat jumlah udara yang bersirkulasi sedikit. TUGAS AKHIR



33

Komponen Sistem Tekanan Sistem pengaturan tekanan terdiri atas beberapa komponen – kompnen utama, yaitu :

1. Panel Selector Panel selector terletak di kokpit, dan berfungsi mengatur buka tutup dari 2 unit outflow valve pada saat pengoperasian cabin pressure control system di buka secara manual. 2. Cabin Pressure Controller Pada saat cabin pressure controller system (CPCS) beroperasi secara otomatis, cabin pressure controller menerima data besarnya tekanan kabin melalui sensor tekanan dikabin untuk digabungkan dengan data mengenai ketinggian pesawat dari flight management computer. Data – data tersebut kemudian diolah, dan selanjutnya cabin pressure controller mengirim perintah ke control interface untuk mengatur buka tutup outflow valve. 3. Control Interface Berfungsi untuk mengatur buka tutup outflow valve pada saat CPCS beroperasi secara otomatis, setelah menerima perintah dari cabin pressure controller. Control interface tidak akan berfungsi pada saat CPCS beroperasi secara manual, karena perintah buka tutup outflow valve dilakukan dari kokpit oleh panel selector. 4. Outflow Valve Outflow valve berjumlah 2 unit yang terletak di ekor pesawat. Outflow TUGAS AKHIR



34

valve membuka pada saat tekanan kabin tinggi untuk membuang sebagian udara terkondisi di kabin, dan menutup pada saat tekanan kabin rendah. Mekanisme buka tutup outflow valve dilakukan oleh control interface pada saat CPCS beroperasi secara otomatis. Pada saat CPCS beroperasi secara manual, buka tutup outflow valve dilakukan dari kokpit melalui selector panel.

TUGAS AKHIR


3.7


35

Flow Chart Metodelogi penelitian yang digunakan selama penyusunan tugas akhir ini

disajikan dalam flow chart berikut ini :

Penetapan perusahaan yang diminati

Tujuan penelitian

Metode Penelitian

Pengumpulan data

Pengolahan Data

Tidak Analisa Data ya Kesimpulan dan Saran

TUGAS AKHIR


BAB IV PERHITUNGAN dan ANALISA

BAB IV

PERHITUNGAN dan ANALISA

4.1

Perhitungan Beban Pengkondisian Beban pengkondisian adalah jumlah panas atau kalor yang harus

dikondisikan oleh 3 unit mesin pengkondisian udara atau air conditioning pack. Setelah dilakukan pengamatan (observasi) pada pesawat boeing 747-400, maka terdapat beberpa sumber panas atu kalor yang harus dilayani oleh air conditioning pack. Sumber – sumber panas tersebut berasal dari : 1.

Panas yang berpindah melalui dinding pesawat (Qd)

2.

Radiasi sinar matahari melalui bagian transparan (Qm)

3.

Panas yang berasal dari penumpang dan awak pesawat (Qp)

4.

Panas dari peralatan dapur dan elektronik dikabin dan kokpit (Qw)

Jadi total beban pendingin yang harus dilayani oleh air conditioning pack adalah : Qtotal = Qd + Qm + Qp + Qw

TUGAS AKHIR

36


37


Sebelum menghitung beban pendingin, maka terlebih dahulu dihitung luas beban pendinginan, dalam hal ini luas pesawat berdasarkan dimensi pesawat boeing 747-400. Dimensi pesawat boeing 747-400 dapat dilihat pada tabel 4.1 berikut ini.

Table 4.1 Dimensi Pesawat Boeing 747-400 NAMA

DIMENSI

panjang pesawat Panjang kabin

Panjang kargo

Diameter penampang pesawat

L =

70,66

Kabin atas (upper deck) + kokpit

Lu =

13,716 m

Kabin utama (main deck)

Lm =

56,38

m

Depan

Lf =

12,85

m

Belakang

La =

12,59

m

Diameter luar

Dmo =

6,096 m

Diameter dalam

Dmi =

5,796 m

b=

0,15

Tebal dinding kabin Jumlah kaca

Jumlah penumpang

m

m

Kabin penumpang

202 buah

Kokpit

10 buah

Bisnis

82 orang

Ekonomi Awak pesawat Total jumlah penumpang

323 orang 19 orang 424 orang

Sumber : Aircraft Maintenance Manual For Boeing 747-400. Boeing Company USA

4.1.1 Perhitungan Luas Permukaan Dinding dan Bagian Transparan 4.1.1.1 Perhitungan Luas Permukaan dinding Luar (Ao) dan Dinding Dalam (AI) Perhitungan dinding pesawat boeing 747-400 terdiri dari dinding luar dan

TUGAS AKHIR



38

dinding dalam. Untuk perhitungan, luas dinding luar diberi notasi (A o) dan luas dinding dalam diberi notasi (AI).

Gambar 4.1 Penampang pesawat boeing 747-400



Perhitungan Luas Permukaan Dinding Luar (Ao)

Luas permukaan dinding luar main deck (Amd)

= 2 π RI Lm = 2 (3,14) 3,048 . 56,38 = 1079,194 m2

Luas permukaan dinding luar upper deck (Aud) = kel. Permukaan . panjang upper deck Kel. permukaan upper deck =

1 . 2 π r = π. r 2

= 3,14 . 2,032

TUGAS AKHIR



39

= 6,38 m Luas permukaan upper deck (Aud) = 6,38 (13,716) = 87,508 m2 Jadi luas permukaan dinding luar (Ao) = Amd + Aud = 1079,194 + 87,508 = 1166,702 m2 

Perhitungan Luas Permukaan Dinding dalam (AI) Luas permukaan dinding dalam adalah jumlah luas permukaan dinding kabin dan luas permukaan dinding kargo. Luas permukaan dinding kabin diberi notasi (AKB) dan luas permukaan kargo (AKG). AI = AKB + AKG



Luas Permukaan Dinding Kabin (AKB) Kabin penumpang pesawat boeing 747-400 terdiri dari kabin atas (upper deck) dan kokpit beserta kabin utama (main deck).

TUGAS AKHIR



Luas permukaan dinding upper deck dan kokpit

Gambar 4.2 Penampang upper deck dan kokpit

Keliling permukaan dinding upper deck dan kokpit (KU) =

1 . 2 π r = π. r 2

= 3,14 . 2,032 = 6,38 m Sehingga luas permukaan upper deck dan kokpit (AU) AU = KU . panjang upper deck dan kokpit (LU) = 6,38 . 13,716 m = 87,508 m2

TUGAS AKHIR

40



Luas permukaan dinding kabin utama (main deck) (Am)

α β

Gambar 4.3 Penampang main deck

Diketahui : ∩ AB = Dimana : Sin α =

 360 0

2π. 3,048

0,762 3,048

= 0,25 α = 14,480 Maka

: ∩ AB =

14,48 . 2π. 3,048 360 o

= 0,77 m ∩ AB = ∩ DE = 0,77 m

TUGAS AKHIR

41


∩ AC = Sin β =

 360 o


42

2π. 3,048 m

1,625 3,048

= 0,5331 β = 32,21o Maka

32,21o ∩ AC = 2π 3,048 360 o = 1,71 m ∩ AC = ∩ DF = 1,71 m

Panjang ∩ BC = ∩ AB + ∩AC = 0,77 + 1,71 = 2,48 m Panjang ∩ dinding main deck = ∩ BC + ∩ EF = 2,48 + 2,48 = 4,96 m Panjang atap main deck atau lantai upper deck = 2 . CH = 2 . 3,048 cos 32,21o = 5,157 m ≈ 5,18 m Jadi luas selimut dinding (tanpa lantai) dari main deck Am = (panjang busur dinding main deck + panjang atap main deck)panjang main deck = (4,96 + 5,16) . 56,38 = 570,565 m2 Jadi luas permukan dinding kabin (AKB) adalah jumlah luas kabin atas dan kokpit dan luas kabin utama. AKB = AU + Am TUGAS AKHIR



= 87,508 + 570,565 = 658,073 m2



Luas Permukaan Dinding Kargo (Akg) 0,762 3,048

Cosγ =

= 0,25 γ = 75,52o

γ

Gambar 4.4 Penampang kargo

Kkg = ∩ BE =

=

 180 O

2π 3,048

75,52 O 2π 3,048 180 O

= 8,03 m

TUGAS AKHIR

43



44

Luas permukaan dinding kargo (Akg) Akg = Kkg . {panjang kargo depan (Lf) + panjang kargo belakang (La)} = 8,03 (12,85 + 12,59) = 204,283 m2 Jadi luas permukaan dinding dalam total (Ad) Ad = Akg + Akg = 658,073 + 204,283 = 862,356 m2

4.1.1.2 Perhitungan Luas Bagian Transparan (At) Radiasi sinar matahari yang masuk melalui bidang transparan merupakan salah satu beban pandinginan yang harus dilayani oleh air conditioning pack. Bidang transparan berupa jendela yang terdapat di kabin penumpang dan kokpit.



Jendela kokpit (Aj-kp)

Jendela kokpit berjumlah 6 buah dan terdiri dari 3 jenis.  Jendela kokpit 1 (Aj-kpI)

Gambar 4.5 jendela kokpit I

TUGAS AKHIR



Jumlah : 2 buah Perhitungan luas : Aj-kpI = (80 . 39) .2 = 3120 . 2 = 6240 cm2 = 0,624 m2

 Jendela kokpit 2 (Aj-kpII)

Gambar 4.6 jendela kokpit II

Jumlah : 2 buah  45  56  Perhitungan luas : Aj-kpII =  46  2   2

= 2323 . 2 = 4646 cm2 = 0,4646 m2

TUGAS AKHIR

45



 Jendela kokpit 3 (Aj-kpIII)

Gambar 4.7 jendela kokpit III

Jumlah : 2 buah

 20  27  Perhitungan luas : Aj-kpIII =  21 2  2  = 493,5 . 2 = 987 cm2 = 0,0987 m2 Jadi luas total jendela kokpit (Aj-kp) Aj-kp = L. jendela 1 + jendela 2 + jendela 3 = 6240 + 4646 +987 = 11873 cm2 = 1,1873 m2

TUGAS AKHIR

46





47

Jendela Kabin Penumpang (Aj-k) Jumlah : 202 buah Terdiri dari 42 buah pada kabin atas (upper deck) dan 160 pada kabin utama (main deck)

Jendela kabin penumpang terdiri dari 3 lapisan yaitu : o Outer pane = 0,35 inci = 8,89 mm o Middle pane = 0,22 inci = 5,58 mm o Inner pane = 0,35 inci = 8,89 mm Ketiga struktur tersebut bertujuan untuk mencegah pengkabutan, pembekuan serta untuk meredam kebisingan.

Gambar 4.8 jendela kabin penumpang dan pintu

Perhitungan luas : Aj-k = (luas bidang E + luas bidang F +luas bidang G) .202 = {(22.27) + (11.8.2) + (3,14.82)} .202 = 970,96 cm2 . 202 = 196133,92 cm2 =19,613 m2 TUGAS AKHIR





48

Jendela Pada Pintu Jumlah : 10 buah Terdapat pada setiap pintu, tetapi hanya pada pintu main deck, sedangkan

pada pintu upper deck tidak terdapat jendela. Struktur dan ukurannya sama dengan jendela pada kabin penumpang. Perhitungan luas : (Aj-p) = (luas bidang E + luas bidang F +luas bidang G) .10 = {(22.27) + (11.8.2) + (3,14.82)} .10 = 970,96 cm2 . 10 = 9709,6 cm2 = 0,9709 m2 Jadi luas total bidang transparan (At) At = Aj-kp + Aj-k +Aj-p At = 1,1873 + 19,613 + 0,9709 = 21,7712 m2

4.1.2 Panas Melalui Dinding Pesawat (Qd) Struktur dinding pesawat boeing 747-400 terdiri atas 3 lapisan. Material lapisan luar merupakan

paduan aluminium (aliminium alloy), lapisan tengah

merupakan insulation blanket yang terbuat dari material fiber glass dan dinding bagian dalam dari bahan polycarbonate . Ketiga lapisan tersebut bertujuan untuk meredam kebisingan, serta mengurangi perpindahan panas dari luar kabin ke dalam kabin dan sebaliknya. Setiap lapisan pada dinding memiliki bahan, ketebalan lapisan, diameter dan konduktivitas termalnya masing – masing. Berikut tabel data material lapisan dinding pesawat TUGAS AKHIR



49

boeing 747-400.

Table 4.2 Data material lapisan dinding pesawat boeing 747-400 Bahan

Tebal (m)

jari - jari (m)

konduktivitas (W/m.k)

Aluminium (al)

0,002

Ral = 3,048

177

Fiber glass

0,145

Rfg = 3,046

0,036

Polycarbon (pc)

0,003

Rpc = 2,901

0,195

Perpindahan panas melalui dinding pesawat terjadi secara konveksi, konduksi dan radiasi. Panas dari udara luar ke dinding terluar pesawat berpindah secara konveksi. Selanjutnya dari dinding luar ke lapisan kedua dan ketiga secara konduksi. Dari dinding dalam pesawat ke udara di dalam kabin panas berpindah secara konveksi dan radiasi, sehingga terdapat 5 buah tahanan kalor. Untuk menghitunh masing – masing tahanan kalor tersebut digunakan metode analogi listrik. Menurut analogi listrik :

Qd Tou

TR R1

Tal R2

Tahanan Kalor Total : R = R1 + R2 + R3 + R4 + R5

TUGAS AKHIR

Tfg R3

Tpc R4

Tk R5





50

Nilai koefisien konveksi udara luar pesawat (hu) Konveksi yang terjadi pada dinding luar pesawat adalah konveksi paksa. Dari data teknis pesawat boeing 747-400 kecepatan maksimum pesawat 990 km/h. Dengan memperhitungkan kecepatan angin sama dengan kecepatan pesawat, maka : Vmaksimum pesawat = 990 km/h = 54133 fpm hu = 1,8 + 0,004 . Vmax.pesawat ………………………………………1) = 1,8 + 0,004 . 54133 = 218,332 BTU/h .ft2. oF = 1239,745 W/m2 . k



Nilai koefisien perpindahan panas didalam kabin (hk) Koefisien perpindahan panas di dalam kabin terbagi menjadi 2 jenis, yaitu : o Koefisien Konveksi (hc) o Koefisien Radiasi (hr)  Koefisien Konveksi (hc) Kecepatan udara di dalam kabin V = 0,2 m/s dan semua penumpang sedang duduk, maka rumus koefisiennya adalah : hc = 8,3 . V0,6…………………………….....2)

maka hc = 8,3 .(0,2)0,6 = 3,16006 W/m2 K

TUGAS AKHIR



51

 Koefisien Radiasi (hr) Diketahui temperatur dinding kabin (Tdk) = 30 oC, dan emisivitas material polikarbonat (εpc) = 0,75, maka besar nilai koevisien radiasinya hr =

maka hc =



0,755,670 10 8. 303 4  298 4 303  298

 . .T 4 dk  T 4 k  Tdk  Tk

……………………....3)



= 4,616 W/m2 K Ket : σ = konstanta Stefan-Boltzman = 5,670 . 10-8 W/m2 K4………………………4) Tk = temperatur kabin yang direncanakan = 25 oC = 298 oK

Jadi total koefisien perpindahan panas di dalam kabin (hk) hk = hc + hr hk = hc + hr = 3,16 + 4,616 = 7,776 W/m2 oK Maka besar tehanan total perpindahan panas dinding pesawat :

 3,05   3,048   3,046  ln ln ln    3,048  3,046  2,901  1    R=    1239,745.1166,702  21,771 2 .17770,1 2 .0,03670,1 2 .0,19570,1 

1 7,776862,356  21,771

TUGAS AKHIR


R=


52

1 6,56  10 4 6,56  10 4 0,0487 1     1419422,483 77920,356 15,848 85,844 6536,39

R = 7,045 . 10-7 + 8,419 . 10-9 + 4,139 . 10-5 + 5,673 . 10-4 + 1,529 . 10-4 R = 7,623 . 10-3 K/W

Pada dinding pesawat terdapat lapisan yang disebut air film. Pada lapisan ini terjadi perbedaan temperatur antara temperatur udara luar dan temperatur dinding pesawat. Perbedaan temperatur tersebut diakibatkan oleh radiasi sinar matahari dan faktor gesekan. Gesekan terjadi antara dinding luar pesawat dengan udara. Radiasi sinar matahari menyebabkan kenaikan temperatur pada air film yang disebut temperature dinamis (Tu’).



Perhitungan Temperatur dinamis (Tu’) Temperatur udara luar (Tu) diambil pada saat temperatur terpanas yaitu 40 oC, temperatur udara di dalam kabin (Tk) yang direncanakan adalah 25 oC. Vmax.pesawat = 990 km/h =

990.1000 3600

= 275 m/s Tu’ = Tu 

TUGAS AKHIR

V pesawat 2Cp

2



a.Gt ……................................ 5) hu


Maka Tu’ = 313 


53

275 2 0,51371  2.1005 1239,745

= 351,157 K Ket. : Cp = panas jenis udara =1,005 kJ/kg K Gt = radiasi sinar matahari = 434,6 BTU/h ft2 =1371 W/m2…………………6) a = 0,5 (untuk aluminium)

Jadi total panas / kalor yang masuk ke dalam kabin melalui dinding pesawat (Qd) adalah : Qd = Maka Qd =

Tu  Tk ………………………………..7) R

351,157  298 7,623  10 3

= 6973,239 Watt

4.1.3 Radiasi Sinar Matahari bagian Transparan (Qm) Bagian transparan yakni berupa jendela yang terdapat pada kabin penumpang dan kokpit serta pintu. Diasumsikan semua jendela tersebut tidak diberi penghalang, sehingga radiasi sinar matahari masuk melewati semua jendela. Jumlah panas/kalor yang masuk melalui bidang transparan dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini : Qm = τ . At . Gt………………...……………………8)

TUGAS AKHIR


Ket. : τ


54

: faktor transmisi

Gt

: total radiasi sinar matahari (W/m2) = 1371 W/m2

At

: luas total bidang transparan (m2)

Masing – masing jendela baik pada kokpit maupun pada kabin penumpang memiliki lapisan – lapisan serta bahan yang berbeda – beda. Berikut table yang berisi tentang data masing – masing jendela. Table 4.3 Data jendela kokpit 1 (τj-kp1) No

Nama Lapisan

Tebal (mm)

Bahan

Faktor Transmisi

1

Outer Pane

3,175 mm

Glass

0,85

2

Interlayer 1

7,137 mm

Polyvinyl

0,59

3

Inner Pane 1

6,35 mm

Glass

0,73

4

Interlayer 2

5,105 mm

Polyvinyl

0,68

5

Inner Pane 2

1,524 mm

Glass

0,89

Total faktor transmisi

0,22

Table 4.4 Data jendela kokpit 2 (τj-kp2) No

Nama Lapisan

Tebal (mm)

Bahan

Faktor Transmisi

1

Outer Pane

4,762

Glass

0,79

2

Interlayer

9,652

Polyvinyl

0,49

3

Inner Pane

12,7

Glass

0,53


0,2

Table 4.5 Data jendela kokpit 3 (τj-kp3) No

Nama Lapisan

Tebal (mm)

Bahan

Faktor Transmisi

1

Outer Pane

4,762

Glass

0,79

2

Interlayer

9,652

Polyvinyl

0,49

3

Inner Pane

12,7

Glass

0,53


TUGAS AKHIR

0,2



55

Table 4.6 Data jendela kabin penumpang (τj-k) No

Nama Lapisan

Tebal (mm)

Bahan

Faktor Transmisi

1

Outer Pane

8,89

Acrylic

0,52

2

Middle Pane

5,588

Acrylic

0,66

3

Dust Cover

8,89

Polycarbonate

0,56


0,19

Table 4.7 Data jendela pintu (τj-k) No

Nama Lapisan

Tebal (mm)

Bahan

Faktor Transmisi

1

Outer Pane

8,89

Acrylic

0,52

2

Middle Pane

5,588

Acrylic

3

Inner Pane

8,89

Acrylic


0,66 0,52 0,18

Maka besarnya radiasi sinar matahari yang masuk melalui bidang transparan (jendela kokpit, jendela kabin penumpang, dan jendela pintu) adalah : Qm = Qj-kp1 + Qj-kp2 + Qj-kp3 + Qj-k +Qj-k = {(0,22 .0,624) + (0,2 .0,4646) + (0,2 .0,0987) + (0,19 .19,613) + (0,18 .0,971)}. . 1371 = 5691,28 W

4.1.4 Panas Dari Penumpang dan Awak Pesawat (Qp) Pesawat boeing 747-400 mempunyai kapasitas penumpang 424 orang dengan rincian, kelas bisnis 82 orang, kelas ekonomi 323 orang, serta awak pesawat 19 orang. Masing – masing penumpang dan awak pesawat memancarkan panas/kalor. Panas yang dipancarkan terdiri atas panas sensibel dan panas laten, dimana besarnya masing – masing panas tersebut tergantung aktivitas yang sedang dilakukan.

TUGAS AKHIR



56

 Untuk para penumpang, diasumsikan panas/kalor yang dikeluarkan pada kondisi sedang makan siang. Jumlah penumpang : kelas bisnis + kelas ekonomi = 82 + 323 = 405 orang Panas sensibel + panas laten pada saat kondisi makan adalah 160 W. Qpng = 160 W . 405 = 64800 W

 Untuk para awak pesawat, diasumsikan panas/kalor yang dipancarkan pada saat office work adalah 140 W. Jumlah awak pesawat = 19 orang Qawak = 140 W . 19 = 2660 W

Jadi total panas/kalor yang dipancarkan oleh penumpang dan awak pesawat (Qp) adalah : Qp = Qpng + Qawak Qp = 64000 + 2660 = 67460 W

4.1.5 Panas Dari Peralatan dan Perlengkapan Elektronik (Qw) Peralatan dan perlengkapan yang memancarkan panas terdiri dari lampu, peralatan elektronika, serta peralatan dan perlengkapan dapur. 4.1.5.1 Panas /kalor dari system penerangan dan peralatan elektronika Untuk system penerangan, terdapat berbagai jenis lampu yang terdiri dari lampu baca jenis fluorescent untuk masing – masing penumpang, lampu kabin, lampu toilet dan dapur, serta televisi. TUGAS AKHIR



57

Table 4.8 panas/kalor yang dipancarkan oleh lampu No

Jenis lampu

Jumlah

Watt

1

Lampu baca (25 W)

405

10125

70

2800

20

800

2 3

Lampu penerangan kabin (40W) Lampu dapur dan toilet

Peralatan elektronik seperti televisi, dan peralatan elektronik lainya mempunyai total daya 2000 Watt. Karena lampu baca tidak digunakan semua, diasumsikan penggunaan lampu baca sekitar 5%. Sehingga : 5% . 10125 W = 506 W Jadi total daya dari lampu dan peralatan elektronik adalah : Qw1 = (506,25 W + 2800 W + 800 W + 2000 W) = 6106,25 Watt

4.1.5.2 Panas /kalor dari peralatan dan perlengkapan dapur (Qw2) Peralatan dan perkengkapan dapur juga memancarkan kalor/panas.berikut table 5 .5 peralatan dan perlengkapan dapur yang memancarkan panas.peralatan dan perlengkapan tersebut berada di ruang dapur (galley). Table 4.9 peralatan dan perlengkapan dapur No

Nama peralatan

Jumlah

1

Coffee warner ½ gallon

6 unit

2

Coffee brewer ½ gallon

6 unit

3

Egg boiler

6 unit

4

Food warmer

4 unit

5

Toaster

2 unit

Panas sensibel total yang dipancarkan : {(6. 71)+(6. 265)+(6. 353)+(4. 1150)+(2. 1500)} = 11734 Watt

TUGAS AKHIR



58

Panas laten total yang dipancarkan : {(6. 27)+(6. 65)+(6. 235)+(4. 1150)+(2. 382)} = 7326 Watt Total panas (Qw2) = 11734 W + 7326 W = 19060 Watt Jadi panas/kalor yang dipancarkan peralatan dan perlengkapan elektonik dan dapur adalah : Qw = Qw1 + Qw2 = 6106,25 + 19060 =25166,25 Watt Berdasrkan hasil perhitungan diatas, maka didapatkan total beban pendingin yang harus dilayani oleh 3 unit air conditioning pack adalah sebagai berikut :

Table 4.10 beban pendinginan pesawat boeing 747-400 No

Faktor beban pendingin

Beban pendingin

1

Panas udara luar melalui dinding pesawat (Qd)

6973,239 Watt

2

Radiasi sinar matahari melalui bidang transparan (Qm)

5691,28 Watt

3

Panas dari penumpang dan awak pesawat (Qp)

4

Panas dari peralatan dan perlengkapan kabin (Qw) Total beban pendinginan (Watt)

4.2

67460 Watt 25166,25 Watt 105290,769 Watt

Perhitungan Kapasitas Mesin Pengkondisian Udara Pesawat Boeing 747-400 Setelah melakukan perhitungan beban panas yang harus dilayani oleh 3 unit

mesin pengkondisian udara (air conditioning pack), maka sekarang akan dihitung kapasitas dari mesin pengkondisian udara tersebut, apakah mampu melayani beban panas yang telah dihitung pada sub-bab sebelumnya. Berdasarkan hasil survey di PT. Garuda Maintenance Facility Aero-Asia, diperoleh data – data untuk perhitungan kapasitas mesin pendingin. Data – data TUGAS AKHIR



59

tersebut adalah sebagai berikut :  Temperture bleed air dari kompresor turbo fan (T3) = 177 0C = 450 K  Tekanan bleed air dari kompresor turbo fan (P3) = 45 psi = 3,1 bar  Temperatur udara keluar cooling turbine teoritis (T7’) = -40 0C = 233 K  Rasio kompresi kompresor air cycle machine (ACM) rc =

P4  1,6 P5

 Efisiensi diffuser (Ram) ηR =0,9  Efisiensi kompresor air cycle machine (ACM) ηC = 0,8  Efisiensi cooling turbine ηCT = 0,85  Efisiensi mekanis poros kompresor dan cooling turbine ACM ηM = 0,9 Diasumsikan bahwa :  Laju aliran bleed air yang masuk ke air conditioning pack sebesar 140 lb/min  Laju aliran ram air untuk mendinginkan primary dan secondary heat exchanger sebesar 280 lb/min.  Primary heat exchanger effectiveness ε1 = 0,76  Secondary heat exchanger effectiveness ε2 = 0,76

Pesawat boeing 747-400 mempunyai tinggi jelajah (cruising altitude) diatas 40.000 feet. Pada perhitungan ini diasumsikan pesawat beroperasi pada ketinggian 12.000 m (39.372 feet). Berdasarkan tabel standard atmosfer, temperatur dan tekanan udara pada ketingian tersebut adalah T1 = -56 0C (216,5 0K), P1 = 0,19 bar, kecepatan pesawat sebesar 990 Km/h.

TUGAS AKHIR





Temperatur ram air (T2) dan tekanan ram air (P2) P2  T1 

C

C2 ........................................................................................... 9) 2.C p

990  1000  275m / s 3600

T2  216,5 

275 2  254,124 0 K 3 2  1,005  10

Ket : C = kecepatan pesawat terbang (m/s) Cp = panas jenis udara (1,005.103 J/Kg.K)

 Tekanan ram air teoritis atau tekanan stagnasi (P2’) T P2 '  P1  2  T1



  1   1, 4

 254,124  1, 4 1  0,33 bar P2 '  0,19   216,5 

 Tekanan ram air actual (P2)

P2  P1   R P2  P1  = 0,19 + 0,9 (0,33 – 0,19) = 0,316 bar Ket : γ = 1,4

 R = efisiensi ram = 0,9

TUGAS AKHIR

60





61

Temperatur dan tekanan udara masuk kompresor ACM / temperatur dan tekanan udara keluar primary heat exchanger (T4) dan (P4)  Temperatur udara masuk kompresor ACM (T4)

1 

T3  T4 T3  T2

0,76 

450  T4 450  254,124

T4 = 301,134 0K = 542,04 0R  Tekanan udara masuk kompresor ACM (P4) Tekanan udara keluar primary heat exchanger / masuk ke kompresor ACM mengalami sedikit penurunan (pressure drop). Trata – rata (3-4) =

=

T3  T4 2

810 0 R  542,04 0 R 2

= 676,02 0R σΔP3-4 = 0,56 in.Hg (air flow rate atau laju aliran bleed air sebesar 140 lb/min) P3 = 3,1 bar = 91,543 in.Hg ΔP3-4 =

ΔP3-4 =

P3 4 Trata  rata 3 4   P   17,35 P3  3 4  2  

0,56676,02  P   17,35 91,54  3 4  2  

TUGAS AKHIR



62

2

 P  Didapat persamaan :  3 4   91,54.P3 4  21,82  0  2 

P3 4 2  183,08.P3 4  43,64  0 ΔP3-4 = 0,2385 in.Hg Sehingga tekanan masuk kompresor ACM / keluar primary heat exchanger (P4) P4 = P3 – ΔP3-4 = 91,543 in.Hg – 0,2385 in.Hg = 91,3 in.Hg = 3,09 bar

Temperatur dan tekanan udara keluar kompresor ACM / temperatur



dan tekanan udara masuk secondary heat exchanger (T5) dan (P5)  Temperatur keluar kompresor ACM (T5) Temperatur keluar kompresor teoritis (T5’) '

T5  P5    T4  P4 

 1 

P5  1,6 P4

Dimana '

1, 4 1 T5  1,6  1, 4 301,134

T5’ = 344,46 0K Temperatur keluar kompresor actual (T5) '

T  T4 C  5 T5  T4

TUGAS AKHIR


0,8 =


63

344,46  301,134 T5  301,134

T5 = 355,295 0K

 Tekanan keluar kompresor actual (P5)

P5  1,6 P4

P4 = 3,09 bar

P5 = 3,09 . 1,6 = 4,9 bar



Temperatur dan tekanan keluar secondary heat exchanger / temperature dan tekanan udara masuk ke cooling turbine (T6) dan (P6)  Temperatur udara keluar secondary heat exchanger (T6)

2 

T5  T6 T5  T2

0,76 

355,295  T6 355,295  254,124

T6 = 278,405 0K

 Tekanan udara keluar secondary heat exchanger (P6) Tekanan udara keluar secondary heat eexchanger / masuk ke cooling turbin mengalami sedikit penurunan (pressure drop). Trata – rata (5-6) =

TUGAS AKHIR

T5  T6 2


=


64

355,295  278,405  316,85 0K 2

σΔP5-6 = 7,9 in. Hg P5 = 4,9 bar = 144,7 in.Hg ΔP5-6 =

ΔP5-6 =

P5 6 (Trata  rata 5 6 ) P   17,35 P5  5 6  2  

570,337,9  P 17,35(144,7  5 6 2 2

 P  Didapat persamaan :  5 6   144,7.P5 6  259,67  0  2 

P56 2  289,4.P56  519,34  0 ΔP5-6 = 1,8059 in.Hg P6 = P5 – ΔP5-6 = 144,7 – 1,8059 = 142,89 in.Hg = 4,83 bar 

Temperatur keluar cooling turbine aktual (T7)

 CT 

T6  T7 T6  T7

0,85 =

'

278,405  T7 278,405  233

T7 = 239,811 0K Setelah menghitung beban pendingin dan temperature udara aktual yang keluar dari cooling turbine, maka akan dihitung efek pendingin (refrigerating effect)

TUGAS AKHIR



65

guna menghitung besarnya aliran udara terkondisikan ke kabin. 

Refrigerating effect dan besarnya aliran udara terkondisikan ke kabin  Refrigerating effect (qo) q0 = Cp . (Tk – T7) = 1,005 .(298 – 239,811) = 58,48 kJ/Kg Ket : Cp = 1,005 kJ/Kg Tk = temperatur kabin yang direncanakan (25 0C = 298 0K)  Besarnya aliran udara terkondisikan yang harus disuplai ke kabin (m A) mA =

=

beban. pendingin qo

105,291 58,48

= 1,8 kg/s Dimana beban pendingin = 105,291 kW



Daya bersih (Net power) sistem pengkondisian udara pesawat terbang boeing 747-400 Net power (WNet) sistem pengkondisian udara adalah daya ram (WR) ditambah

daya kompresor turbo fan (WC1) dan daya kompresor ACM (WC2) dikurangi daya cooling turbin (WCT).

WNet = W R  WC1  WC 2   WCT

TUGAS AKHIR



 Daya ram (WR) WR = m R .C P T2  T1  WR = 2,31  1,005254,124  216,5 = 86,97 kW Ket : mR = laju aliran ram air (280 lb/min = 2,3 kg)  Daya kompresor turbo fan (WC1) WC1 = m A .C p T3  T2  WC1 = 1,8  1,005450  254,124 = 354,34 kW  Daya kompresor ACM (WC2) WC2 = m A .C P T4  T5  WC2 = 1,8  1,005355,295  301,134 = 97,977 kW Daya kompresor ACM = ηM . 97,977 = 0,9 . 97,977 = 88,179 kW Ket : ηM = efisiensi mekanis poros ACM (0,9)  Daya cooloing turbine (WCT) WCT = m A .C P T6  T7  WCT = 1,8  1,005278,405  239,811 = 69,816 kW

TUGAS AKHIR

66



67

Sehingga daya bersih adalah : WNet = 86,97  354,34  88,179   69,816 = 459,67 kW

4.3

Analisa terhadap system Berdasrkan hasil perhitungan pada sub-sub bab sebelumnya, beban pendingin

total yang harus dilayani oleh air conditioning pack pesawat adalah sebesar 105,291 kW. Beban pendingin terbesar berasal dari para penumpang dan awak pesawat. Sedangkan beban pendinginan dari kalor udara luar yang masuk melalui dinding pesawat dan radiasi sinar matahari melalui bidang transparan tidak terlalu besar. Hal ini disebabkan baik pada dinding pesawat dan bidang transparan telah dilengkapi insulator yang koefisien perpindahan panasnya kecil, sehingga panas yang masuk ke kabin dapat diminimalkan. Berdasarkan hasil perhitungan diatas, daya yang dibutuhkan untuk melayani beban pendingin yang ada pada kabin pesawat, lebih kecil dari kapasitas daya ACM yang dimiliki oleh pesawat. Berarti beban pendingin yang timbul dapat dilayani oleh air conditioning pack, dan udara pada kabin dapat terkondisi dengan baik. Mesin pengkondisian udara (air conditioning pack) pesawat boeing 747-400, memiliki nilai COP (Coefficient Of Performance) sebesar : COP =

=

TUGAS AKHIR

beban.total . pendingina n Net . power

105,291 = 0,23 459,67



68

Dari hasil perhitungan COP dapat disimpulkan bahwa sistem pengkondisian udara pesawat terbang boeing 747-400 lebih cocok menggunakan sistem refrigerasi gas (gas refrigeration cycle) jenis bootstrap. Meski nilai COP termasuk rendah karena sistem refrigerasi yang digunakan adalah jenis sistem terbuka (open cycle) sehingga volume udara yang harus dilayani oleh kompresor ACM sangat besar, namun berdasarkan keuntungan – keuntungan seperti yang telah dijelaskan pada bab – bab sebelumnya mengenai sistem refrigerasi udara jenis bootstrap, penggunaan sistem ini adalah pilihan terbaik.

TUGAS AKHIR


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.I Kesimpulan Untuk mengatasi masalah pengkondisian udara pada pesawat terbang, yaitu udara terkondisi pada tekanan 1 atm (1,01325 bar) dan temperatur antara 18 – 26 0C, maka digunakan sistem refrigerasi udara jenis bootstrap. Sistem ini dipakai karena dengan sistem ini dapat memenuhi kapasitas yang diperlukan, dandan dimensinya yang tidak terlalu besar. Selain itu juga karena kapasitas udara terkompresi dari kompresor mesin turbofan yang sangat besar, sebagian udara terkompresi yang dihasilkan masih dapat digunakan oleh ACM. Dan karena pesawat menggunakan APU (Auxiliary Power Unit) untuk tenaga cadangan, sebagian udara terkompresi dari kompresor APU dapat digunakan untuk ACM. Bila dibandingkan dengan sistem kompresi uap yang biasa kita gunakan, dengan kapasitas yang sama dimensi yang dibutuhkan jauh lebih besar karena kapasitas kompresor yang dibutihkan besar.

TUGAS AKHIR

69


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

70

Total beban pendingin (Qtotal) yang didapat dari hasil perhitungan adalah sebesar 105,291 kW, dan kapasitas kompresor yang diperlukan untuk melayani beban tersebut 88,179 kW. Sedangkan kapasitas 3 unit ACM yang dimiliki pesawat boeing 747-400 lebih besar, yaitu 200 kW. Maka dari itu kapasitas yang dimiliki ACM boeing 747-400 mencukupiuntuk melayani beban pendinginan total yang ada. Meski memiliki nilai COP (Coefficient of Performance) yang rendah, yakni 0,23 namun jika dilihat dari factor cheapness, avability, dan safety, penggunaan sistem refrigerasi gas jenis bootstrap pdad pesawat boeing 747-400 sudah tepat.

V.II SARAN Karena pada pesawat diperlukan factor keamanan yang tinggi dan pesawat tidak dapat berhenti di udara jika tiba – tiba terjadi kerusakan, maka prestasi dari mesin – mesin tersebut harus dijaga. Oleh kerana itu diperlukan perawatan mesin yang berkala untuk mencegah timbulnya kerusakan – kerusakan yang berlanjut. Dasar teknik perawatannya juga harus memenuhi standard an syarat – syarat yang telah diberikan oleh perusahaan yang merancang mesin tersebut. Serta para teknisi yang sedang bekerja memenuhi peraturan dan persyaratan bekerja yang berlaku, seperti memakai alat pengaman (pelindung diri) serta tool’s yang digunakannya juga sesuai dengan persyaratan yang berlaku.

TUGAS AKHIR

DAFTAR PUSTAKA 1. Anonimus, Aircraft Maintenance Manual for Boeing 747-400. Boeing Company, USA 1999. 2. Anonimus, Component Maintenance Manual for Boeing 747-400. Boeing Company, USA 1999. 3. Anonimus, Overhaul Manual. Hamilton Sundstrand. A United Technologies Company. 1999. 4. Arora, C.P. Refrigeration and Air Conditioning. 2nd Edition. Tata McGraw – Hill Publishing Company Limited. New Delhi, 2000. 5. Ballaney, P.L. Refrigeration and Air Conditioning. 7th Edition. Khana Publisher. 1979 6. Gordon J. Fundamental of Classical Thermodynamics, 2nd Edition. Willey Eastern Limited. USA, 1989. 7. Kroes, Michael J, Wild Thomas W. Aircraft Power Plants, 7th Edition. Gleocoe McMilan/McGraw – Hill. New tork, 1995 8. Wang, Shan K. Handbook of Air Conditioning. 2nd Edition, McGraw – Hill Company, 2000.

TUGAS AKHIR ANALISA TERHADAP SISTEM PENGKONDISIAN UDARA PADA KABIN PESAWAT TERBANG BOEING GELAR STRATA SATU

Recommend Documents