PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA SmarT EV.2

perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA
SmarT EV.2
MOBIL LISTRIK DENGAN BODI KOMPOSIT
SKRIPSI
Diajukansebagaisalahsatusyarat
untukmemperolehgelar
SarjanaTeknik
Oleh:
RATNO PUJI SUPRIYONO
NIM. I0408013
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
2014
i
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA
SmarT EV.2
MOBIL LISTRIK DENGAN BODI KOMPOSIT
Disusunoleh :
RATNO PUJI SUPRIYONO
NIM. I0408013
DosenPembimbing I
DosenPembimbing II
D. Danardono, ST., MT., Ph.D
NIP. 196905141999031001
EkoPrasetyoBudiana, ST., MT.
NIP. 197109261999031002
24Januari 2014
1. Dr. Budi Santoso, ST., MT.
NIP. 197011052000031001
..............................
2. Dr. Eng. SyamsulHadi, ST., MT.
NIP. 197106151998021002
..............................
Mengetahui,
KetuaJurusanTeknikMesin
KoordinatorTugasAkhir
DidikDjokoSusilo, ST., MT.
NIP. 197203131997021001
WahyuPurwoRaharjo, ST., MT.
NIP. 197202292000121001
commit to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
“SesungguhnyaAllohtidakmerubahkeadaansuatukaumsehinggamerekam
erubahkeadaan yang adapadadirimerekasendiri”
(Q.S. ArRa’ad : 11)
“Sesungguhnyabersamakesulitanituadakemudahan.”
(Q.S. Al Insyirah : 6)
“Sebuahperjalananseribu mil harusdiawalidengansatulangkah”
(PepatahCinaKuno)
“Kautidakbisamenyeberangilautanhanyadenganmenatapairnya”
(Rabindranath Tagore)
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
DengansegalakerendahanhatiserayamengucapkansyukurkehadiratIll
ahi, kupersembahkantulisaninikepada:
1. Allah
SWT,
Pemiliksegalakeagungan,
kemuliaan,
kekuatandankeperkasaan.
2. JunjunganNabibesar
Muhammad
Sholawatsertasalamsemogaselalutercurahpadanya,
SAW.
keluarga,
sahabatdanpengikutnya yang istiqomahsampaiakhirzaman.
3. Kasihsayangdancinta
yang
takpernahputusdariBapak,
Ibu,
Adikkusertakeluargatercinta.
4. BapakDominicusDanardonodanBapakEkoPrasetya
takpernahlelahuntukmembimbingtugasakhirsaya.
5. Seluruhdosen, karyawan, danmahasiswaTeknikMesin UNS.
commit to user
v
yang
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA
SmarT EV.2
MOBIL LISTRIK DENGAN BODI KOMPOSIT
RatnoPujiSupriyono
JurusanTeknikMesin
FakultasTeknikUniversitasSebelasMaret
Surakarta, Indonesia
email: [email protected]
ABSTRAK
PerhitunganbebanpendinginanuntukmobillistrikSmarT
EV.2
menggunakanmetodeCooling Load Temperature Difference/Solar Cooling
Load/Cooling Load Factor.SmarT EV.2 adalahmobillistriknasionalmenggunakan
motor
listriksebagaipenggerakdan
material
kompositsebagaibodi
yang
dikembangkanolehUniversitasSebelasMaret.
Bebanpendinginansteady
state
dipengaruhiolehkonduksi,
radiasi,
metabolismepenumpang,
ventilasi,
danbebanperalatanpengkondisianudara.Hasilperhitunganmenunjukkanbahwabeba
npendinginanpuncakterjadiketikakendaraanmelajukearahbarat, denganjumlah total
2186,31 W.
PeralatanpengkondisianudarauntukSmarT
EV.2
harusmempunyaispesifikasi minimum kapasitaspendinginansebesar2186,31 W,
area kontakgas coolersebesar 0,117 m2, dan area kontak evaporator sebesar 0,05
m2 .
Kata kunci :bebanpendinginan, SmarT EV.2, Cooling Load Temperature
Difference/Solar Cooling Load/Cooling Load Factor.
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DESIGN OF AIR CONDITIONING SYSTEM
SmarT EV.2
ELECTRIC VEHICLE WITH COMPOSITE BODY
RatnoPujiSupriyono
Mechanical Engineering Department
Faculty of EngineeringUniversitasSebelasMaret
Surakarta, Indonesia
email: [email protected]
ABSTRACT
Cooling load calculation for SmarT EV.2 electric vehicle uses Cooling
Load Temperature Difference/Solar Cooling Load/Cooling Load Factormethod.
SmarT EV.2 is National Electric Vehicle using electric motor as power and
composite materials as the body developed by SebelasMaret University.Steady
state cooling load includes as major contributors, conduction, radiation,
metabolic, ventilation, and air conditioning load. The result indicates that peak
cooling load can be occured when vehicle runs to west direction, which total
amount 2186,31 watts.
Air conditioning equipment for SmarT EV.2 must be have minimum
specification 2186,31 W for the cooling capacity, 0,117 m2 for the minimum
contact area of gas cooler, and 0,05 m2 for the minimum contact area of
evaporator.
Keywords: cooling load, SmarT EV.2, Cooling
Difference/Solar Cooling Load/Cooling Load Factor.
commit to user
vii
Load
Temperature
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Segalapujidansyukurkehadirat
Allah
SWT
yang
telahmemberikanrahmatsertahidayahkepadapenulissehinggamampumelaksanakan
danmenyelesaikanskripsidenganjudul
“PerancanganSistemPengkondisianUdaraSmarT
EV.2
Mobil
ListrikdenganBodiKomposit” denganbaik.
SkripsiinidisusungunamemenuhipersyaratanuntukmemperolehgelarSarja
naTeknikdi
JurusanTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret
Surakarta.
Dalammengerjakanskripsiinipenulismendapatbantuandariberbagaipihak,
baiksecaralangsungmaupuntidaklangsung.Olehkarenaitupadakesempataninipenuli
singinmenyampaikanterimakasihkepadasemuapihakatassegalabantuandanperhatia
nselamapenulismenyelesaikanskripsiini.Untukitupenulismengucapkanterimakasih
yang sebesar-besarnyakepada:
1. BapakDominicusDanardono, ST., MT., Ph.DselakuDosenpembimbing I yang
senantiasamemberikannasehat,
arahandanbimbingandalammenyelesaikanskripsiini.
2. BapakEkoPrasetyaBudiana,
ST.,
MT.selakuDosenPembimbing
II
yang
turutsertamemberikanmotivasi,
arahandanbimbingandalammenyelesaikanskripsiini.
3. BapakDr. Budi Santoso, ST., MT.danBapakSyamsulHadi, ST., MT.,
Ph.Dselakudosenpengujitugasakhirsaya
yang
telahmemberi
saran
yang
Istanto,
ST.,
membangun.
4. BapakBambangKusharjanta,
ST.,
MT.selakuPembimbingAkademis
MT.
yang
danBapak
Tri
telahberperansebagai
orang
tuapenulisdalammenyelesaikanstudi di UniversitasSebelasMaretini.
5. BapakDidikDjokoSusilo,
ST.,
selakuKetuaJurusanTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret.
commit to user
6. BapakWahyuPurwoRaharjo, ST., MT. selakuKoordinatorTugasAkhir.
viii
MT.
perpustakaan.uns.ac.id
7. Bapak
digilib.uns.ac.id
Dr.
Techn.
Suyitno
yang
pernahmenjadipembimbingTugasAkhirpenulisdanmembentuksense
of
engineeringsekaligusmerasakandahsyatnya Lab. Biofuel JTM UNS.
8. SeluruhstafdosenJurusanTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret
yang telahturutsertamendidikpenulishinggamenyelesaikanstudi S1.
9. SeluruhstafkaryawanadministrasiJurusanTeknikMesinFakultasTeknikUniversit
asSebelasMaret yang telahmemberikankemudahandalamhaladministrasi.
10. StaflaboratoriumBiofuel, Mas Darmanto, besertateman-teman Lab. Biofuel
JTM UNS yang pernahmembersamaipengerjaanTugasAkhir.
11. Ayah, Ibudanadikkuatasdoarestu, nasihat, motivasi, dukungan material dan
spiritual dalammenyelesaikanskripsi.
12. Rekan-rekanseperjuanganAngkatan
2008,
kakaktingkatdanadiktingkat
di
JurusanTeknikMesin UNS.
13. Special
thanks
to
Ns.
SeptiNursanindahSasikirana,
S.Kep.,terimakasihatasmotivasidankesabarannya.
14. Jajarandireksi
PT.
TorishimaGuna
Engineering
yang
maumenerimasebagaikaryawanbahkansebelumpenulis lulus.
15. BapakAntoni
Muhammad
danrekan-rekan
di
offshore-skills.com
yang
telahmendukungkelancaranskripsipenulis
yang
telahmemberikanarahandaninspirasi.
16. Dan
semuapihak
yang
tidakbisapenulissebutkansatu-persatu.
Padaakhirnyapenulismenyadaribahwadalampenyusunanskripsiinimasihjau
hdarisempurnakarenaketerbatasankemampuandanpengetahuanpenulis.Olehkarenai
tupenulismengharapkankritikdan
saran
yang
bersifatmembangundarisemuapihaksupayamenjadimasukan
yang
sangatbergunabagipenulisuntukmemperbaikidanmenyempurnakanpenulisan
yang
akandatang.
Akhir
lain
kata,
penulisberharapsemogalaporanskripsiinidapatbergunadanbermanfaatbagikitasemu
adanbagipenulispadakhususnya.
Surakarta, 24 Januari 2014
commit to user
ix
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul................................................................................................... i
Surat Penugasan ................................................................................................ ii
Halaman Pengesahan......................................................................................... iii
Motto ................................................................................................................. iv
Persembahan...................................................................................................... v
Abstrak .............................................................................................................. vi
Kata Pengantar .................................................................................................. viii
Daftar Isi ........................................................................................................... x
Daftar Gambar................................................................................................... xii
Daftar Tabel....................................................................................................... xiv
Daftar Notasi ..................................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1
1.2PerumusanMasalah ........................................................................ 1
1.3BatasanMasalah ............................................................................. 2
1.4TujuanPerancangan ........................................................................ 2
1.5ManfaatPerancangan ...................................................................... 2
1.6SistematikaPenulisan ..................................................................... 2
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................. 3
2.2 Dasar Teori...................................................................................... 4
2.2.1 Pengenalan Mobil Listrik SmarT EV.2.................................. 4
2.2.2 Kenyamanan Termal dalam Kendaraan ................................. 4
2.2.3 Pengkondisian Udara Kendaraan ........................................... 5
2.2.4 Beban Pendinginan ................................................................ 5
2.2.5 Perhitungan Beban Pendinginan
Menggunakan Metode CLTD/SCL/CLF ............................... 7
2.2.6 Peralatan Pengkondisian Udara.............................................. 9
BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN
commit to user
3.1 Data yang Dibutuhkan untuk Perhitungan ...................................... 11
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3.2.1 Karakteristik Fisik Kendaraan................................................ 11
3.2.2 Kondisi Lingkungan............................................................... 12
3.2.3 Bodi ........................................................................................ 12
3.2.4 Kaca ....................................................................................... 12
3.2.5 Keadaan Kendaraan dan Penumpang..................................... 12
3.2Diagram Alir Penelitian .................................................................. 13
BAB IV DATA DAN PERANCANGAN
4.1 Pendahuluan .................................................................................... 14
4.2Perhitungan Beban Pendinginan ................................................... 14
4.2.1 Perhitungan Beban Pendinginan Sensibel………………….. 15
4.2.2Perhitungan Beban Pendinginan Laten ……………………. 29
4.3Sistem dan Komponen Pengkondisian Udara ................................. 30
4.3.1Tipe Refrigeran ...................................................................... 30
4.3.2Karakteristik CO2 sebagai Fluida Kerja ................................ 35
4.3.3Siklus Refrigerasi dan Proses Pengkondisian Udara ............. 36
4.3.4Komponen Pengkondisian Udara .......................................... 42
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 49
5.2 Saran................................................................................................ 49
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
commit to user
xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1File CAD mobil listrik SmarT EV.2 tampak samping ................. 11
Gambar 3.2File CAD mobil listrik SmarT EV.2 tampak depan ..................... 11
Gambar 3.3Diagram alir penelitian ................................................................. 13
Gambar 4.1Konstruksi atap ............................................................................. 15
Gambar 4.2Tahanan termal atap ...................................................................... 15
Gambar 4.3Konstruksi bodi samping .............................................................. 17
Gambar 4.4Tahanan termal bodi samping ....................................................... 17
Gambar 4.5Konstruksi bodi belakang ............................................................. 19
Gambar 4.6Tahanan termal bodi belakang ...................................................... 19
Gambar 4.7Konstruksi kaca depan .................................................................. 20
Gambar 4.8Tahanan termal kaca depan .......................................................... 20
Gambar 4.9Konstruksi kaca samping .............................................................. 21
Gambar 4.10Tahanan termal kaca samping ..................................................... 22
Gambar 4.11Konstruksi kaca belakang ............................................................ 23
Gambar 4.12Tahanan termal kaca belakang .................................................... 23
Gambar 4.13Perbandingan emisi (equivalen dalam juta ton CO2)
dari sistem pengkondisian udara kendaraan di Jerman,
menggunakan skenario Business as Usual (BaU)
dan skenario pengurangan dengan fase dari CO2
berdasarkan sistem AC sejak 2007............................................ 33
Gambar 4.14 Grafik perbandingan daya kompresor CO2 dan R134a .............. 34
Gambar 4.15 Toyota Fuel Cell Hybrid Vehicle................................................ 35
Gambar 4.16Siklus refrigerasi CO2 ................................................................. 36
Gambar 4.17 Kurva ideal tekanan tinggi pada kompresor ............................... 37
Gambar 4.18Diagram p-h siklus CO2 ............................................................. 38
Gambar 4.19Diagram psikrometrik proses pengkondisian udara.................. .. 41
Gambar 4.20Mesin refrigerasi CO2 dari CalsonicKansei Corporation.......... .. 42
Gambar 4.21Mesin refrigerasi CO2 dari Toyota dan Denso ........................... 43
commit
to user Manufacturing Company ... 44
Gambar 4.22 Mesin refrigerasi CO
2 dari Modine
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.23Mesinrefrigerasi CO2dari Zexel ……………………………... 44
Gambar 4.24 Electrically controlled expansion valve……………………….. 45
Gambar 4.25Electric compressordariIxetic ………………………………... 46
Gambar 4.26 Jaringan perpipaan sistem refrigerasi ......................................... 47
Gambar 4.27 Pipa untuk refrigeran CO2 .......................................................... 47
commit to user
xiii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Konduktivitas termal material komposit bodi dan atap SmarT EV.2 14
Tabel 4.2Karakteristik udara dalam konstruksi bodi dan atap SmarT EV.2 ... 14
Tabel 4.3 Karakteristik udara konveksi dalam kabin SmarT EV.2 .................. 14
Tabel 4.4Karakteristik material penyusun atap ............................................... 16
Tabel 4.5Karakteristik material penyusun bodi samping ................................ 17
Tabel 4.6Karakteristik material penyusun bodi belakang ............................... 19
Tabel 4.7Karakteristik material kaca depan .................................................... 20
Tabel 4.8Karakteristik material kaca samping ................................................ 21
Tabel 4.9Karakteristik material kaca belakang ............................................... 23
Tabel 4.10Radiasi melalui kaca depan ............................................................ 24
Tabel 4.11Radiasi melalui kaca samping kiri .................................................. 25
Tabel 4.12Radiasi melalui kaca samping kanan ............................................. 26
Tabel 4.13Radiasi melalui kaca belakang........................................................27
Tabel 4.14Total pembebanan pada kaca .......................................................... 28
Tabel 4.15 Beban pendinginan pada kabin mobil listrik SmarT EV.2 ............ 30
Tabel 4.16Macam-macam refrigeran dan karakteristiknya..............................32
Tabel 4.17Sifat termodinamika mesin refrigerasi CO2....................................39
Tabel 4.18PanjangpipapadasistempengkondisianudaraSmarT EV.2........
. 47
Tabel 4.19Volumesistemrefrigerasi ……………………………………….. 49
commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI
𝐴
= luas permukaan (m2)
𝛥𝑇
= bedatemperaturudara (°C)
𝛥𝑡
= tingkatpenurunansuhu (°C)
𝐶𝐿𝑇𝐷
= bedatemperaturbebanpendinginan (°C)
𝐶𝐿𝐹
= faktorbebanpendinginanuntuk orang
𝑐𝑝
= kapasitaspanasspesifikudara(J/kg.K)
𝐿𝐻𝐺
= penambahanpanaslatendari orang (W)
𝑁
= jumlah orang di dalammobil
𝑚̇
= lajualiranmassaudara (kg/s)
𝑄
= lajuudarainfiltrasi (L/s)
𝑞𝐴𝐶
= beban pendinginan dari sistem pengkondisian udara (W)
𝑞𝑖𝑛𝑓,𝑙𝑎𝑡
= bebanpendinginanlatenakibatventilasidaninfiltrasi (W)
𝑞𝑖𝑛𝑓,𝑠𝑒𝑛
= bebanpendinginansensibelakibatventilasidaninfiltrasi (W)
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑑
= bebanpendinginandarikonduksi (W)
𝑞𝑛𝑒𝑡
= total beban pendinginan (W)
𝑞𝑝𝑒𝑛,𝑙𝑎𝑡
= bebanpendinginanlatendaripenumpang (W)
𝑞𝑝𝑒𝑛,𝑠𝑒𝑛 = bebanpendinginansensibeldaripenumpang (W)
𝑞𝑟𝑎𝑑
= bebanpendinginandariradiasi (W)
𝑆𝐶
= koefisien peneduhan
𝑆𝐶𝐿
= bebanpendinginandari solar (W/m2)
𝑆𝐻𝐺
= penambahanpanassensibeldari orang (W)
𝑈
= koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2.°C)
commit to user
xv