analisis sistem pengkondisian udara pada pesawat atr 72-600

Available online at http://jurnal.pnj.ac.id

Prosiding Seminar Nasional Teknik Mesin Politeknik Negeri Jakarta (2020), p90-p103

90

eISSN 2685-9319

Analisis Sistem Pengkondisian Udara Pada Pesawat

ATR 72-600

Achmad Kabul Fauzi1, Agus Sukandi2, J. Victor Tuapetel3

1,2,3Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Indonesia

Jl. Raya Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan-Banten, Indonesia 15314 2Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Jakarta

Jl. Prof. DR. G.A. Siwabessy, Kampus Universitas Indonesia Depok 16425

Abstrak

Kenaikan temparatur pada kabin pesawat sering terjadi saat penerbangan. Beberapa penyebabnya adalah

panas yang dilepaskan oleh penumpang maupun kru, radiasi matahari, alat listrik dan elektronik yang

digunakan di pesawat, serta adanya pengaruh udara. Oleh sebab itu, diperlukan penghitungan kebutuhan

sistem pengkondisi udara agar kenyamanan penumpang dapat terjaga. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk

menganalisis langkah-langkah menghitung beban pendingin pesawat ATR 72-600. Metode yang digunakan

adalah CLTD (Cooling Load Temperature Different). Temperatur kabin pesawat ATR 600 disetting secara

otomatis oleh pilot pada komputer dengan suhu 77 F (25 C), menyesuaikan peraturan yang diberikan oleh

FAR dimana harus tersedia minimum 0,55 puonds udara segar per menit tiap penumpang (10 kubik per menit

udara dengan tekanan pada ketinggian 8000 kaki dan temperatur 75 F (24 C) F). demi kenyamanan

penumpang. Dengan suhu tersebut dan perbedaan temperatur luar yang cukup besar ketika on ground yaitu

89,6 F dan in flight 46,4 F didapatkan total beban pendingin pada saat on ground 30824,831W lebih besar

dari in flight 28603,161 W. Beban terbesar berasal dari peralatan elektronik sebesar 25620 W. Hal ini

disebabkan karena letak peralatan elektronik pada peswat ATR menjadi satu dengan kabin penumpang.

Kata kunci: pengkondisian udara, beban pendingin, CLTD, ATR 72-600

Abstract

Increasing aircraft cabin temperatur often occurs during the operation. Some of the causes are heat

released by passengers and crew, solar radiation, electrical and electronic devices used in aircraft and

infiltration of air. Therefore, it is necessary to calculate the needs of air conditioning system so that the comfort

of passengers can be maintained. The aim of the study was to analyze measures to calculate the cooling load

of ATR 72-600 aircraft by using method CLTD (Cooling Load temperature Different). The cabin temperature

of the ATR 600 is automatically plotted by the pilot on a computer with a temperature of 77 F (25 C), adjusting

the regulations given by FAR where there must be a minimum of 0.55 fresh air puonds per minute of each

passenger (10 cubic per minute air with pressure at 8000 feet and a temperature of 75 F (24 C) F) to the

comfort of passengers. With the temperature and the difference in the outside temperature is large enough

when the ground is 89.6 F (32 C) and in flight 46.4 F (8 C) obtained total cooling load when on ground

30824, 831 W is greater than in flight 28603.161 W. The largest burden comes from electronic equipment at

25620 W. This is due to the location of electronic equipment on the fuselage ATR into one with passenger cabin.

Keywords: air conditioning, load coolers, CLTD, ATR 72-600

1 Corresponding author E-mail address: [email protected]

http://semnas.mesin.pnj.ac.id/

https://www.pnj.ac.id/

Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)

91

eISSN 2685-9319

1. PENDAHULUAN

Seiring dengan tingginya mobilitas masyarakat saat ini, masyarakat membutuhkan transportasi yang cepat dan efisien

dalam mobilitas mereka. Pesawat udara merupakan salah satu pilihan terbaik untuk mendukung mobilitas tersebut. Selain

memerhatikan aspek keamanan pada pesawat, penerbangan juga harus memerhatikan aspek keselamatan pada manusia.

Salah satunya, udara dalam kabin. Hal ini berkaitan dengan karakteristik udara seperti suhu, tekanan, dan temperatur udara

dalam kabin yang pada saat terbang jika tanpa kontrol buatan, tidak akan normal untuk manusia seperti saat berada di

permukaan bumi. Untuk itulah diperlukan sistem pengatur kondisi lingkungan pada pesawat, dalam hal ini dikenal dengan

sistem pengondisian udara.

Sistem pengkondisian udara pesawat berbeda dengan sistem yang dipakai di rumah-rumah, perkantoran ataupun

kendaraan lainnya. Karena fungsi yang dibutuhkan lebih kompleks dari sistem pada umumnya, tidak hanya sebagai

pendingin udara tetapi juga sebagai pengatur tekanan udara, pengatur suhu, sirkulasi, kelembaban, dan kebersihan didalam

kabin pesawat. Komponen yang digunakan antara lain compressor, turbin, heat exchanger, dan untuk refrigran yang

digunakan adalah udara [1]. Pengkondisian udara dalam mengatur tekanan dan temperatur dalam pesawat sangat penting

terutama saat penerbangan yang memerlukan waktu lama dan tinggi jelajah di atas 10000 feet (300 m). Hal ini karena

ketinggian di atas 10000 feet dapat menyebabkan beberapa masalah ketinggian yang diakibatkan oleh tekanan udara yang

rendah maupun temperatur yang tidak pas diantaranya cedera yang terjadi akibat perubahan tekanan udara secara mendadak

(barotraumas) maupun kurangnya pasokan oksigen di sel dan jaringan tubuh untuk menjalankan fungsi normalnya

(hypoksia) [2].

Umumnya pesawat melakukan terbang jelajah pada ketinggian sekitar 36.000 feet (11.000 m). Pada posisi tersebut suhu

udara luar berkisar -56°C. Selain temperatur, sistem sirkulasi pesawat juga mengatur tekanan kabin. Udara di dalam

pesawat diganti terus-menerus selama terbang melalui pasokan udara dari luar. Udara tersebut dihangatkan dan dikompresi

terlebih dahulu sebelum disalurkan ke kabin, agar temperatur dan tekanan sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Pada

ketinggian jelajah, udara mengandung sangat sedikit air, sehingga meskipun tekanan kabin telah diatur, kelembaban udara

kabin tetap sangat rendah, yakni sekitar 10%. Sebagai pembanding, kelembaban udara di Jakarta tidak jarang mencapai

90%.[3]

Kenaikan temparatur pada kabin pun sering terjadi saat penerbangan. Beberapa penyebabnya adalah panas yang

dilepaskan oleh penumpang maupun kru, radiasi matahari, alat listrik dan elektronik yang digunakan di pesawat, serta serta

adanya pengaruh udara. Sejak penumpang memasuki kabin pesawat hingga meninggalkannya kembali, udara di dalam

kabin perlu selalu diregulasi oleh sistem udara pesawat. Hal ini bertujuan antara lain agar suhu kabin tidak terlalu panas

bila misalnya mendarat di daerah tropis, dan tidak terlalu dingin ketika terbang. Oleh sebab itu, diperlukan penghitungan

kebutuhan sistem pengkondisi udara agar kenyamanan penumpang dapat terjaga serta terhindar dari berbagai permasalahan

tekanan dan temperatur agar mencapai tingkat kenyamanan penumpang pesawat yang telah ditentukan oleh Federal

Aviation Regulation (FAR) [4].

Metode untuk perhitungan kebutuhan sistem pengkondisi udara biasa disebut dengan cooling load telah banyak

digunakan. Salah satunya dengan cara perhitungan CLTD (Cooling Load Temperature Different) Pick Load yaitu

perhitungan beban perbedaan temperatur pada saat beban puncak. Metode CLTD (Cooling Load Temperature Different)

memiliki konsentrasi yang ketat terhadap perbedaan temperatur luar ruangan, udara lingkungan rata-rata (daily

temperature), radiasi matahari dan panas dari konstruksi sebuah bangunan. Juga memiliki konsentrasi pada kondisi dari

ruangannya seperti infiltrasi (air change) peralatan elektronik dan pencahayaan, yang dimana sangatlah berpengaruh

terhadap peningkatan beban pendinginan [5]. Oleh sebab itu, metode tersebut sesuai digunakan untuk menghitung

kebutuhan dalam sistem pesawat karena seperti telah dijabarkan pada paragraf sebelumnya bahwa kenaikan temparatur

pada kabin pun sering terjadi saat penerbangan. Dalam kasus kenaikan temperatur pada pesawat, beberapa penyebabnya

adalah panas yang dilepaskan oleh penumpang maupun kru, radiasi matahari, alat listrik dan elektronik yang digunakan di

pesawat, serta serta adanya pengaruh udara.

Salah satu jenis pesawat yang seringkali digunakan oleh masyarakat Indonesia adalah pesawat berbadan kecil seperti

ATR 72-600. Pesawat ATR ini lebih fleksibel dalam mendarat di pulau-pulau kecil dibanding jenis pesawat berbadan lebar

seperti Boeing ataupun Airbus sehingga sangat cocok digunakan di wilayah Indonesia yang berbentuk kepulauan.

Penghitungan kebutuhan sistem pengkondisian udara dalam pesawat ATR tentu berbeda dengan pesawat berbadan lebar

mengingat perbedaan luas pesawat serta kapasitas penumpang yang lebih kecil. Penelitian kebutuhan sistem pengkondisian

pada pesawat berbadan besar telah banyak dilakukan, namun pada pesawat kecil masih jarang. Oleh sebab itu, penelitian

ini berjudul “Analisis Sistem Pengkondisian Udara pada pesawat ATR 72-600”.

Pada tugas akhir ini penulis akan mengambil masalah analisis beban pendingin pada pesawat ATR 72-600 dimana

faktor-faktor yang mempengaruhi beban pendinginan adalah panas laten dan panas sensible dari radiasi matahari, panas

dari manusia, lampu dan peralatan elektronik yang terdapat didalam pesawat yang dianalisis menggunakan metode CLTD

(Cooling Load Temperature Different). Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka didapatkan rumusan masalah

yang diangkat pada tugas akhir ini adalah 1). Bagaimana langkah-langkah menghitung dan menganalisis beban pendingin

pesawat ATR 72-600 dengan menggunakan metode CLTD (Cooling Load Temperature Different). 2). Berapa besar total

beban pendingin pada pesawat ATR 72-600. Tujuan penelitian pengerjaan tugas akhir ini adalah 1). Untuk menganalisis

beban pendingin pesawat ATR 72-600 dengan menggunakan metode CLTD (Cooling Load Temperature Different). 2).


92

eISSN 2685-9319

Untuk menghitung beban pendinginan pada pesawat ATR 72-600 agar mencapai tingkat kenyamanan penumpang pesawat

yang telah ditentukan oleh Federal Aviation Regulation (FAR)

2. LANDASAN TEORI

Definisi penkondisian udara

“Pengkondisian udara adalah proses perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan

pendistribusiannya secara serentak guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh penghuni yang berada

didalamnya.”[6]

“Penyegaran udara adalah proses mendinginkan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang

sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Selain itu untuk mengatur aliran

udara dan kebersihannya” [7].

Sistem pengkondisian udara memiliki peranan yang sangat penting dan harus direncanakan dengan sebaik-baiknya.

Udara yang dikondisikan dibuat sedemikian rupa hingga penghuninya akan merasa nyaman. Tetapi pada pesawat terbang

yang dikondisikan tidak hanya temperatur dan kelembabannya saja, tetapi tekanan udaranya juga pelu dikondisikan. Hal

ini disebabkan karena tekanan udara akan menurun dengan meningkatnya ketinggian suatu pesawat. Hal ini harus

diperhatikan karena menyangkut kenyamanan dan keselamatan penumpang maupunpilot yang menerbangkannya.

Macam-macam sistem pengkondisian udara sebenarnya dasar thermodinamika dan komponen udara dari sistem

pengkondisian udara, yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Kompresor berfungsi untuk

mengalirkan dan menaikkan tekanan gas refrigeran, yang selanjutnya dicairkan dalam kondensor. Dari kondensor

refrigeran cair diuapkan dengan menyemprotkannya melalui katup ekspansi ke dalam evaporator yang bertekanan rendah

refrigerant yang menguap di dalam evaporator menyerap kalor dari udara yang ada di sekitarnya. Proses ini ditunjukkan

dalam Gambar 1 [8].

Gambar 1. Siklus Pengkondisian Udara Teoritis

Keterangan gambar:

Proses 1-2 : Kompresi, proses yang terjadi di dalam kompresor yaitu kompresor polytrophic karena selama proses

kompresi mengalirkan dan menaikkan tekanan gas refrigerant dapat berlangsung terjadi perpindahan kalor

dari silinder ke sekitarnya.

Proses 2-3 : Kondensasi, proses pada tekanan konstan di dalam kondensor dimana terjadi perubahan fasa refrigerant

dari uap menjadi cair dan terjadi penurunan enthalpy sama dengan jumlah kalor yang dilepaskan

refrigerant.

Proses 3-4 : Ekspansi, proses terjadinya penurunan tekanan refrigerant tanpa terjadi pertukaran panas maka proses

ekspansi terjadi pada enthalpy konstan

Proses 4-1 : Evaporasi, proses terjadi pada tekanan konstan dimana terjadi perubahan fasa refrigerant dari cair menjadi

uap dan terjadi peningkatan enthalpy sama dengan jumlah kalor yang diserap refrigerant.

Bagian-bagian mesin pendingin dengan siklus kompresi uap:

1. Kompresor

Berfungsi menaikkan tekanan di kondensor dan mensirkulasikan refrigeran dalam sistem.

2. Evaporator


93

eISSN 2685-9319

Berfungsi sebagai tempat perpindahan kalor antara refrigeran dan ruang atau bahan yang akan didinginkan dan

refrigeran akan mengalami perubahan fasa dari cair menjadi uap.

3. Katup Ekspansi

Berfungsi menurunkan dan menjaga beda tekanan refrigeran cair antara sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah

dengan cara dikabutkan, sehingga terjaga tekanan yang diinginkan.

4. Kondensor

Berfungsi melepaskan kalor dari refrigeran, sehingga refrigeran berubah fasa dari uap menjadi cair. Kalor dilepas

di kondensor berasal dari kalor yang diserap di evaporator dan kalor akibat kerja kompresi.

Siklus Refrigerasi Udara

Siklus refrigerasi udara ini disebut juga dengan siklus Bell-Coleman, pertama sekali digunakan sebagai dasar siklus

mesin pendingin pada kapal laut yang mengangkut daging beku. Siklus pendingin ini sudah tidak memadai lagi karena

kandungan uap air yang terdapat pada udara akan membeku selama proses ekspansi, sehingga membentuk batu es dan

dapat menyumbat katup ekspansi. Mesin refrigerasi siklus udara biasanya digunakan pada pesawat terbang, dan sistem ini

baru bekerja apabila pesawat telah terbang.

Udara luar dengan kecepatan tinggi ditangkap oleh difusor sehingga kecepatannya menjadi lebih lambat ketika

memasuki sistem. Proses ini akan menyebabkan temperatur dan tekanan udara meningkat. Untuk menurunkan

temperaturnya maka udara dilewatkan pada ekspander turbo sebelum memasuki kabin pesawat dan menyerap beban panas

yang timbul di sana. Udara kemudian dialirkan ke luar pesawat dengan menggunakan kompresor. Kelebihan sistem ini

dibandingkan dengan sistem refrigerasi kompresi uap adalah udara sebagai refrigeran sangat mudah didapat, tersedia dalam

jumlah yang banyak, tidak menimbulkan masalah lingkungan dan lebih aman.

Saat ini, karena pertimbangan teknis, sistem refrigerasi siklus udara baru diaplikasikan pada sistem pengkondisian udara

untuk pesawat terbang, sedangkan untuk mobil dan kendaraan darat lainnya, masih mengandalkan sistem refrigerasi

kompresi uap [9]. Berikut Gambar 2 mengenai siklus udara

Gambar 2. Siklus Udara

Siklus Pengkondisian Pada Pesawat Terbang

Sistem pengondisian udara pesawat terbang tersusun atas beberapa peralatan (penukar panas, fan, kompresor, katup,

dan lain-lain) yang menyuplai dan mendistribusi udara segar ke dalam kabin dan kompartemen untuk ventilasi, presurisasi,

dan kontrol temperatur. Terdapat dua macam mesin refrigerator yang paling banyak digunakan pada pesawat terbang yaitu

mesin siklus uap dan mesin siklus udara.

Sistem refrigerasi uap, udara luar dikompres oleh kompresor sehingga tekanan dan temperaturnya naik. Udara dengan

tekanan dan temperatur tinggi ini kemudian didinginkan oleh udara sekeliling sehingga tekanan dan temperaturnya turun

sebelum kemudian diekspansikan oleh turbin. Udara yang diekspansikan di dalam turbin akan mengalami penurunan

temperatur sehingga menjadi dingin. Udara dingin inilah yang didistribusikan ke kabin-kabin. Dengan semakin

bertambahnya ketinggian jelajah (altitude) pesawat maka tekanan dan suhu disekitar pesawat akan semakin rendah,

sehingga diperlukan sistem refrigerasi yg memenuhi syarat untuk kondisi pada ketinggian sea level dan tinggi jelajah

maksimum.

Semakin majunya teknologi masa kini, penggunaan refrigeran cair pada pesawat dirasa kurang efisien dan tidak

ekonomis, untuk itu digunakanlah udara luar sebagai medium penukar kalor. Mesin siklus refrigerasi udara atau dikenal

dengan istilah Air Cycle Machine (ACM) lebih banyak digunakan karena lebih ringan dan lebih andal. Mesin siklus udara

ini beroperasi pada siklus pendinginan lup terbuka Brayton seperti siklus daya Brayton untuk mesin turbin gas. Udara

bertekanan tinggi yang diambil dari kompresor mesin turbin gas didinginkan pada suatu penukar panas menggunakan udara

ambien sebagai pendingin. Kemudian udara panas tadi direfrigerasi secara ekspansi dalam turbin. Ekspansi tersebut


94

eISSN 2685-9319

menghasilkan daya pada poros turbin yang kemudian diserap oleh fan udara ambien dan atau kompresor. Agar distribusi

udara dapat dipertahankan sesuai dengan kondisi yang diinginkan maka dilakukan analisa perpindahan kalor pada kabin

pesawat dan lingkungan sekitarnya sehingga diperoleh beban kalor pemanasan dan pendinginan.

Konfigurasi yang mungkin dari mesin siklus udara mencakup sistem sederhana (turbin - fan pada satu poros), bootstrap

dua roda (turbin - kompresor seporos tapi tetap ada fan), tiga roda (turbin - kompresor - fan seporos), dan empat roda

(turbin - turbin - kompresor - fan seporos dual spool). Masing-masing konfigurasi mesin tersebut memiliki cara kerja yang

berbeda sehingga menghasilkan kelebihan dan kekurangan tersendiri.

Pada sistem bootstrap dua roda, terdapat tambahan berupa dua tahap penukar panas (primer dan sekunder) dan

kompresor. Sedangkan pada sistem tiga roda, ditambah lagi dengan pemulih panas (penukar panas regeneratif) dan

kondensor. Sementara pada sistem empat roda, mirip dengan sistem tiga roda, tetapi menggunakan dua turbin sehingga

terdapat dual spool. Pada sistem dua roda, udara ambien (bleed air) dilewatkan kompresor pertama yang dapat

menggunakan kompresor mesin utama, kompresor unit pembantu daya (APU), atau kompresor berpenggerak elektrik,

menyesuaikan dengan kondisi terbang dan tipe pesawat. Kemudian, udara panas bertekanan tinggi (ram air) dilewatkan

kompresor dan didinginkan dalam penukar panas primer primer dengan membuang panasnya ke udara dingin dari udara

ambien yang disebut sebelumnya.

Selanjutnya, udara hasil pendinginan pertama pada penukar panas primer tersebut dilewatkan ke penukar panas

sekunder. Saat itu, udara panas disedot lagi dan saat melewati penukar panas sekunder, telah terdapat udara hasil

pendinginan pertama yang lebih dingin sehingga terjadi pendinginan kedua. Udara hasil pendinginan kedua lalu mengalir

melalui penukar panas primer sehingga terjadi pendinginan selanjutnya. Proses tersebut diulang agar pendinginan lebih

optimal.

Udara hasil pendinginan lanjut tersebut dilewatkan kembali melalui penukar panas sekunder tapi kemudian dialirkan

menuju turbin sehingga mengalami refrigerasi secara ekspansi. Ekspansi tersebut menghasilkan daya yang sebagian

dikonversi ke poros putar untuk memutar kompresor dan sebagian lagi menjadi friksi. Udara hasil refrigerasi secara

ekspansi kemudian dilewatkan pemisah air untuk mengatur kelembapan untuk sebelum dimasukkan ke dalam kabin.

Sebelum dilewatkan pemisah air, udara hasil ekspansi dapat terlebih dahulu diberikan kontrol temperatur jika

diperlukan dengan menggunakan ruang pencampuran memanfaatkan katup pengatur suhu yang menyimpangkan udara

dingin dari ambien sebelum memasuki penukar panas primer. Selanjutnya udara hasil campuran ini mengalami proses yang

sama sampai kabin [10].

Di mana system bootstarp dua roda adalah system yang dgunakan padda pesawat ATR 72 yang kita bahas pada

kesempatan kali ini. Seperti Gambar 3

Gambar 3 Bootstrap Dua Roda

Skema Aliran Bleed Air Pada Pesawat

Sistem pengondisian udara pada pesawat terbang merupakan sistem yang berfungsi untuk menjaga udara pada pesawat

agar tetap berada pada tekanan, temperatur, dan tingkat kandungan oksigen yang tepat untuk kenyamanan penumpang.

Untuk fungsi pengondisian udara tersebut, ACM pada pesawat terbang menggunakan Ram Air (udara Ram) sebagai fluida

pendinginnya analog terhadap freon pada sistem pengondisian udara di mobil. Ram Air merupakan udara dari luar pesawat

yang masuk melalui Ram Air Inlet dan keluar melalui Ram Air Outlet Flaps. Temperatur Ram Air bergantung pada

ketinggian terbang pesawat. Pesawat terbang komersial umumnya terbang pada ketinggian hingga 30.000 kaki dengan

temperatur Ram Air sebesar -36°C hingga -44°C

Ram Air merupakan udara dari luar pesawat yang masuk melalui Ram Air Inlet dan keluar melalui Ram Air Outlet

Flaps. Temperatur Ram Air bergantung pada ketinggian terbang pesawat. Pesawat terbang komersial umumnya terbang

pada ketinggian 26.000 hingga 30.000 kaki dengan temperatur Ram Air sebesar -36°C hingga -44°C. Sebagian dari udara


95

eISSN 2685-9319

kabin diresirkulasikan oleh re-circulation fans untuk membatasi kebutuhan bleed air dari mesin pesawat. Jika tekanan

dalam kabin terlalu tinggi, terdapat outflow valve yang akan terbuka untuk mengeluarkan sebagian udara dari dalam kabin

sehingga temperaturnya turun. Skemanya dapat dilihat pada Gambar 4 sebagai berikut [11] :

Gambar 4. Skema Aliran Bleed Air Yang Masuk Kabin

Pendingin Pesawat

Sistem pendingin pesawat tipe ATR 72-600 yang bekerja di darat masih mengandalkan pemanfaatan heat exchanger

(utama dan sekunder), air cycle machine (ACM), sensor-sensor dan aliran udara yang mengalir di sistem ram air. Sistem

yang bekerja tersebut akan semakin kompleks pada saat pesawat sudah terbang di angkasa. Sistem lain pun, terutama sistem

pneumatik, juga mempunyai kontribusi pada saat terjadi permasalahan sistem air conditioning di udara.

Pengaturan Tekanan Kabin Pesawat

Di atmoster, semakin tinggi terbang jelajah pesawat, maka tekanan udara luar juga akan semakin mengecil. Untuk

menjaga kenyamanan penumpang, maka kondisi kabin pesawat dikondisikan seolah-olah mendapatkan tekanan udara

seperti di darat. Kondisi tersebut menyebabkan beban tekanan akan mengarah dari dalam kabin ke luar pesawat dan nilai

yang dialami oleh struktur pesawat udara akan semakin besar dengan bertambahnya tinggi terbang pesawat.

3. METODE PENELITIAN

Pada proses analisa sistem tata udara ruang kerja pada Pesawat ATR 72-600 milik maskapai Wings air rute Manado-

Ambon untuk menghitung thermal comfort ada tahapan-tahapan penelitian dan penghitungan yang harus dilakukan.

Adapun tahapan-tahapan tersebut akan disajikan dalam bentuk diagram alir (flow chart) seperti Gambar 5.

Sebelum peneliti melakukan proses perhitungan kondisi udara pada pesawat ATR 72-600, peneliti melakukan

pengumpulan data secara langsung pada sampel objek yang yang akan dirancang seperti data dimensi pesawat, volume

pesawat, suhu pesawat pada periode pengamatan, total kapasitas penumpang, alat elektronik yang terdapat pada pesawat

dan lain-lain.

Adapun metodologi yang dilakukan oleh peneliti untuk mengumpulkan data-data dengan cara 1). Observasi dengan

cara pengamatan secara langsung kondisi dan keadaan pesawat, seperti dimensi, volume, kapasitas penumpang, serta

peralatan-peralatan yang ada didalam pesawat tersebut. 2). Interview dengan melakukan tanya jawab atau wawancara

dengan orang-orang yang dianggap lebih mengetahui dan memahami tentang permasalahan-permasalahan yang akan

dibahas, dalam hal ini peneliti melakukan wawancara kepada Bapak Gunarso selaku chip Engineer pesawat Lion ATR 72-

600, Bapak Senopati selaku Bapak Asuh Pesawat ATR 72-600 serta pengamatan pribadi saya selaku Engineer stay rute

Manado-Ambon. 3). Studi Literatur menggunakan literatur yang berhubungan dengan masalah terkait yang didapat dari

manual book ATR 72-600, Buku Pedoman Training ATR 72-600, buku-buku di perpustakaan, jurnal, ataupun internet

sebagai referensi.


96

eISSN 2685-9319

Gambar 5 Flowchart Metode Penelitian

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Beban pengkondisian adalah jumlah panas atau kalor yang harus dikondisikan oleh 2 unit mesin pengkondisian udara

atau air conditioning pack. Setelah dilakukan pengamatan (observasi) pada pesawat ATR 72-600, maka terdapat beberapa

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) dan Kaca Pesawat (Qk)

2. Radiasi sinar matahari melalui bagian transparan (Qrk)

3. Panas yang berasal dari penumpang dan awak pesawat (Qsl)

4. Panas dari peralatan dapur dan elektronik dikabin dan kokpit (Qeq)

5. Panas yang berasal dari penerangan (Qpe)

6. Panas yang berasal dari infiltrating (Qi)

Jadi total beban pendingin yang harus dilayani oleh air conditioning pack adalah:

Qtotal = Qd + Qk + Qrk + Qsl + Qeq + Qpe + Qi

Faktor pendingin diatas sangat mempengaruhi suhu pada bagian dalam pesawat yaitu; kabin, kokpit, kargo dan ruang

elektrikal (avionic) namun yang paling diutamakan kenyamanannya hanya pada kabin, kokpit dan kargo. Sebelum

menghitung beban pendingin, maka terlebih dahulu dihitung luas beban pendinginan, dalam hal ini luas pesawat

berdasarkan dimensi pesawat ATR 72-600. Dimensi pesawat ATR 72-600 dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini:

Tabel 1. Spesifikasi Dimensi ATR 72-600

NAMA DIMENSI

Panjang pesawat L = 27,166 m

Dimensi kabin Panjang Kabin Lk = 19,2024 m

Lebar kabin Lk = 2.5603 m


97

eISSN 2685-9319

Diameter penampang pesawat Diameter luar Dmo = 2,865 m

Diameter dalam Dmi = 2,570 m

Tebal dinding kabin b = 0,15 m

Jumlah kaca Kabin penumpang 50 buah

Kokpit 6 buah

Jumlah penumpang Ekonomi 72 orang

Awak pesawat 4 orang

Total jumlah penumpang 76 Orang

Perhitungan Luas Permukaan Dinding

Perhitungan dinding pesawat ATR 72-600 terdiri dari dinding luar dan dinding dalam. Untuk perhitungan, luas dinding

luar diberi notasi (Ao) dan luas dinding dalam diberi notasi (AI).

Perhitungan Luas Permukaan dinding Luar (Ao)

Ao = 2 π RI Lm

= 2 (3,14) (1,4325) 27,166

= 244.3881 m2

Perhitungan Luas Permukaan Dinding dalam (AI)

Luas permukaan dinding dalam adalah jumlah luas permukaan dinding kabin dan luas permukaan dinding kargo. Pada

ATR 72-600, Luas permukaan dinding kargo tidak dihitung karena kargo terletak pada ruang kabin.

Luas Permukaan Dinding Kabin, Kokpit& Kargo (AKB)

= 2 π RI Lm

= 2 (3,14) (1,289) 27,166

= 155,4419 m2

Perhitungan Bagian Transparan (At) Luas

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 (Atkp) berjumlah 6 buah dan terdiri dari 3 jenis

a. Jendela kokpit type 1(Atkp1) / jumlah 2 buah

Luas Atkp1 = (68 x46) x 2 buah

= 6256 cm2

= 0.6256 m2

b. Jendela kokpit type 2(Atkp2) / jumlah 2 buah

Luas Atkp2 = [(33 + 68)/2]60 x 2 buah

= 6060 cm2

= 0.606 m2

c. Jendela kokpit type 3(Atkp3)

Luas Atkp2 = [(25 + 43)/2]55 x 2 buah

= 3740 cm2

= 0.3740 m2

Jadi luas total jendela kokpit (AjKp)

AjKp = Luas jendela 1 + jendela 2 + jendela3

= 6256 + 6060 + 3740 cm2

= 16056 cm2

= 1.6056 m2

Jendela kabin penumpang pesawat ATR 72-600 terdapat 50 buah dan 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.

Perhitungan luas:

Aj-k = (luas bidang E + luas bidang F +luas bidang G) .50

= {(22.27) + (11.8.2) + (3,14.82)} .50

= 970,96 cm2 . 50

= 48.584 cm2 =4,855 m2

55 cm


98

eISSN 2685-9319

Perhitungan Panas Pada Struktur Pesawat

Perpindahan panas melalui dinding pesawat terjadi secara konduksi dan radiasi. Panas berpindah dari dinding luar ke

lapisan kedua dan ketiga secara konduksi. Dari dinding dalam pesawat ke udara di dalam kabin panas berpindah secara

radiasi. Sehingga total kalor adalah penjumlahan dari semua perpindahan panas tersebut.

Panas Melalui Dinding Dan Atap Pesawat Secara Konduksi (Qd)

Struktur dinding pesawat ATR 72-600 terdiri 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. Pada Tabel 2 terdapat data material lapisan dinding pesawat ATR 72-600

Table 2 Data material lapisan dinding dan atap pesawat ATR 72-600

Bahan Tebal (m) jari - jari (m) konduktivitas (W/m.k)

Aluminium (al) 0,002 Ral = 1.4325 177

Fiber glass 0,145 Rfg = 1.289 0,036

Polycarbon

(pc)

0,003 Rpc = 1.1315 0,195

Perhitungan struktur konduksi panas pada atap dan dinding [12]:

Qd = U x A x CLTDc

di mana

Qd = cooling load dari atap dan dinding (BTU/h) (W)

U = koefisien perpindahan panas yang terjadi pada dinding dan atap (BTU/h ft2 F)(W/m2 C)

A = luas permukaan atap dan dinding (ft2)(m2)

CLTD = Corrected cooling load temperature difference (F)

Sehingga

1/U = 1/αinner + ∆x1/k1 + ∆x2/k2 + ∆x/k3 + 1/αouter

1/U = 1/12 + 0.002/177 + 0,145/0,036 + 0,003/0,195 + 1/300 = >1/4,13

U = 0.24 W/m2K

CLTDc = [(CLTD + LM)K + (78-Tr) + (To-85)]f ……………….[12]

Pada saat on ground

CLTDc = [( 2 + 5 )0,5 + (78 – 77) + ( 89,6 -85)]1

= 9 F

Q = 0,24 x 9 x 244.3881

= 527,878 W

Pada saat in flight

CLTDc = [ (2 + 5 )0,5 + (78 – 77) + (46,4-85)]1

= - 34,1 F

Q = 0,24 x (-34,1) x 244.3881

= -2000,072

Panas Melalui Kaca Secara Konduksi (Qk)

Perhitungan struktur konduksi panas pada atap dan dinding [12]:

Qk = U x A x CLTDc………

di mana

Qk = cooling load dari kaca (BTU/h) (W)

U = koefisien perpindahan panas yang terjadi pada kaca (BTU/h ft2 F)(W/m2 C)

A = luas permukaan kaca (ft2)(m2)

Sehingga:


99

eISSN 2685-9319

Qk = 1,2 x 12 x 6,461

= 93,038 W

Perhitungan Radiasi Sinar Matahari Pada Kaca (Qrk)

Perhitungan struktur radiasi panas matahari pada kaca [12]:

Qrk = SHGF x A x SC x CLF ……

di mana

Qrk = Coaling load dari Kaca (BTU/h) (W)

SHGF = Maximum Solar Heat Gain Factor

A = Luas dari kaca (ft2)

SC = Shadaing Coefficient

CLF = Cooling Load Factor dari Kaca, Asumsi CLF=1

Sehingga:

= 31 x 6,461 x 0,71 x 0,23

= 32,707 W

Perhitungan Panas Pada Manusia (Qsl)

Perhitungan panas pada manusia menggunakan persamaan [12]:

Qs = qsx N x CLF

Ql = ql x n

di mana

Qs .Ql = Sensible and latend heat gains (BTU/hr)

qs.ql = Sensible and Latent Heat Gains Per Person (W)

n = jumlah manusia

CLF = Cooling loa factor dari kaca, asumsi CLF = 1

Sehingga

Qs = 76 x 65 x 0,04

= 197,6 W

Ql = 76 x 55

= 4180 W

Perhitungan Pada Peralatan (Qeq)

Pada perhitungan terhadap peralatan menggunakan Tabel 3 berikut:

Tabel 3. Perhitungan Beban Kalor Pada Penerangan

Peralatan Q (W)

Communication/Transmission 8500

Minicomputer 12000

Water Heater 5120

Qtotal 25620

Perhitungan pada penerangan (Qpe)

Pada perhitungan penerangan menggunakan persamaan [12] :

Qpe = W Ful Fsa

di mana

Q = heat gain (W)

W = Kapasitas Pencahayaan (watt)

Ful = lighting use factor

Fsa = lighting special allowance factor

Sehingga

= 36 x 1 x 0.94 x 1


100

eISSN 2685-9319

= 33,84 w

Perhitungan Infiltrating (Qi)

Pada perhitungan infiltrating [12] menggunakan persamaan:

Qisen = 1,085 CFM TC

di mana

Q = Cooling load dari lantai (W)

CFM = air infiltration rate into room

TC = Perbedaan temperatur dalam dan luar (F)

CFM diperoleh dari [12] :

CFM = ACH + V / 60

= 0.3 + (1 75 F (24 C),04 /60)

= 2,92

Qisen = 1,1 x 2,92 x ( 89,6 – 77)

= 40,47 W

ACH = number air changes per hour sedangkan V = volume dari ruangan (ft3)

Perhitungan Room Heat Gains

Dimana terdapat sensible dan latent heat pada suatu ruangan. Pada Tabel 4 dapat diketahui jumlah dari masing-masing:

Tabel 4. Perhitungan Sensible Dan Latent Heat

Room Heat Gains

(On ground)

Room Sensible

Heat (RSH)

Room Latent

Heat (RLH)

Konduksi pada atap dan dinding 527,878 W -

Konduksi Pada Kaca 93,038 W

Radiasi Sinar Matahari Pada Kaca 32,707 W

Pada manusia 197,6 W 4180 W

Penerangan 33,84 W

Pada peralatan 25620 W

Infiltrating 40,47 W

Total (BTU/h) 26545,533 W 4180 W

Perhitungan Grand Total Heat (GTH)

Perhitungan Temperature Apparatus Dew Point (tadp)

• Pada saat on ground

Didapat dari mengetahui:

Tcabin = 77 F (25 C)

Toutdoor = 89,6

Rh = 50%

Sehingga

RSFH = RSH / (RSH + RLH)

= 26545,533 / (26545,533 + 4180)

= 26545,533/ 30725,533

= 0,864

Maka grafik Psychrometric didapat Tadp

Tadp = 55 F

• Pada saat in flight



Toutdoor = 46,4

Rh = 10 %

Sehingga


101

eISSN 2685-9319

RSFH = RSH / (RSH + RLH)

= 24545,461 / (24545,461 + 4180)

= 24545,461/ 28725,461

= 0,854

Maka grafik Psychrometric didapat Tadp

Tadp = 10 F

Perhitungan Outdoor AIR Sensible Heat

• on ground


Cfm = 2,92

Toutdoor = 89,6 F


Sehingga

OASH = 1,08 cfm (toutdoor – tcabin)

= 1,08 . 2,92 (89,6 – 77)

= 39,73 W

• in flight


Cfm = 2,92

Toutdoor = 46,4 F


Sehingga

OASH = 1,08 cfm (toutdoor – tcabin)

= 1,08 x 2,92 x (46,4 – 77)

= -96,5 W

Perhitungan Outdoor Air Latent Heat di mana

• on ground

Cfm = 2,92 cfm

Dari grafik Psychrometric, Ketika:

Toutdoor = 89,6 F Didapatkan W outdoor = 93

Tcabin = 77 F (25 C) didapatkan W cabin = 63

RH = 50%

sehingga,

OALH = 0,68 cfm (Woutdoor-Wcabin)

= 0,68 x 2,92 (93 – 63)

= 59,568 W

• in flight

Cfm = 2,92 cfm

Dari grafik Psychrometric, Ketika:

Toutdoor = 46,4 F Didapatkan W outdoor = 10

Tcabin = 77 F (25 C) didapatkan W cabin = 23

RH = 10%

sehingga,

OALH = 0,68 cfm (Woutdoor-Wcabin)

= 0,68 x 2,92 (10-23)

= -25,81 W

Perhitungan Effective Roam Sensible Heat (ERSH)

• On ground

Dimana setelah didapat:

RSH = 26545,533W

OASH = 39,73W

Sehingga

ERSH = RSH + OASH

= 26545,533 + 39,73

= 26585,263 W

• In flighht


RSH = 24545,461W

OASH = -96,5W


102

eISSN 2685-9319

Sehingga

ERSH = RSH + OASH

= 24545,461 + (-96,5)

= 24448,961 W

Perhitungan Effective Roam Laten Heat (ERLH)

• On ground

di mana setelah diketahui:

RLH = 4180 W

OALH = 59,568 W

Sehingga

ERLH = RLH + OALH

= 4180 + 59,568

= 4239,568 W

• In flight

di mana setelah diketahui:

RLH = 4180 W

OALH = -25,81W

Sehingga

ERLH = RLH + OALH

= 4180 + (-25,81)

= 4154,2 W

Perhitungan Grand Total Heat (GTH)

• On ground


ERSH =26585,263 W

ERLH =4239,568 W

Sehingga

GTH = ERSH + ERLH

= 26585,263 + 4239,568

= 30824,831 W

• In flight


ERSH =24448,961W

ERLH =4154,2W

Sehingga

GTH = ERSH + ERLH

= 24448,961 + 4154,2

= 28603,161 W

Perhitungan Grand Total Heat dapat dilihat pada Tabel 5. berikut:

Tabel 5. Perhitungan Grand Total

Perhitungan Total On ground Total In flight

Tadp 55 F 10 F

Outdoor Air Sensible Heat (OASH) 39,73 W -96,5 W

Outdoor Air Latent Heat (OALH) 59,568 W -25,81 W

Effective Room Latent Heat (ERLH) 4239,568 W 4154,2W

Effective Room Sensible Heat (ERSH) 26585,263 W 24448,961 W

Grand Total Heat (GTH) 30824,831 W 28603,161 W

Dari perhitungan di atas dapat diketahui beban-beban pendingin apa saja yang terdapat di dalam pesawat ATR 72-600,

baik itu beban dari konduksi pada dinding atap dan jendela, radiasi matari pada jendela, pada manusiaa, pada penerangan,

pada perangkat elektronik di dalam pesawat mulai dari yang berhubungan dengan penerbangan sampai untuk kenyamanan

penumpang. Di dapat kan beban total sebesar 30824,831 BTU/h, dengan perhitungan temperatur luar sebesar 89,6 F dan

suhu dalam ruangan 77 F (25 C) pada saat on ground.

Beban pendingin terbesar ada pada peralatan elektronik dengan total sebesar 25620 W. baik pada saat on ground

maupun in flight. Hal ini dikarenakan perangkat elektronik pada pesawat ATR 72-600 posisinya menjadi satu ruangan

dengan kabin. Berbeda dengan pesawat berbadan besar seperti Airbus maupun Boeing. Perangkat elektronik yang ada

terdiri dari alat communication berupa transmission, minicomputer dan water heater. Di dalam minicomputer mencakup

semua peralatan elektronik yang crucial digunakan dalam penerbangan


103

eISSN 2685-9319

Analisis perbandingan antara beban pendingin saat on ground dan in flight didapatkan bahwa saat inflight, nilai OASH

dan OALH bernilai minus yang diakibatkan oleh temperatur udara diluar lebih kecil dibandingkan udara di kabin. Oleh

sebab itu dibutuhkan udara panas untuk menjaga kondisi udara dalam kabin. Grand Total Heat lebih besar pada on ground

yaitu sebesar 30824,831 W dibandingkan pada saat inflight yaitu sebesar 28603,161 W. Hal ini dikarenakan perbedaan

temperature udara luar yang cukup besar pada saat pesawat on ground 89,6 F dan saat in flight 46,4 F

5. KESIMPULAN

Pada posisi on ground beban pendingin total 30824,831 W, lebih besar dibandingkan pada saat in flight yaitu sebesar

28603,161 W. Beban pendingin terbesar ada pada peralatan elektronik dengan total sebesar 25620 W. Hal ini dikarenakan

perangkat elektronik pada pesawat ATR 72-600 posisinya menjadi satu ruangan dengan kabin. Pesawat tipe ATR 72-600

juga tidak memiliki APU untuk supply bleed saat ground, maka hanya mengandalkan satu engine untuk suplai kedua ACM

nya dimana pembagian 70 cabin 30 cockpit, dan temperatur udara luar yang panas sehingga kinerja Heatxcanger tidak

maksimal. Berbeda halnya ketika in flight, dengan kedua ACM mendapat suplai bleed air dari kedua engine sehingga

pendinginan dapat berfungsi dengan maksimal. Pada saat inflight, temperatur udara luar lebih dingin dari temperatur ruang

kabin sehingga perlu diatur agar sesuai dengan peraturan dari FAR. Suhu kabin pada saat on ground maupun inflight pada

pesawat ATR 72-600 tujuan Manado –Ambon memiliki temperatur 77 F (25 C). Hal ini telah sesuai dengan peraturan dari

FAR dimana harus tersedia minimum 0,55 puonds udara segar per menit tiap penumpang (10 kubik per menit udara dengan

tekanan pada ketinggian 8000 kaki dan temperatur 75 F (24 C) F).[4] Pengaturan ini dilakukan secara otomatis melalui

komputer pada pesawat dengan input data dari pilot dan flight dispatch.

REFERENSI

[1] Firdaus, Miftahul. Sistem Pengkondisian Udara Pesawat Terbang. 2017 Kompasiana. Tersedia online:

https://www.kompasiana.com/mmiftahulfirdaus/593b7741894eb124ad583192/sistem-pengondisian-udara-

pesawat-terbang?page=all Diakses pada Desember 2019.

[2] Infopenerbangan. Memahami hipoksia di ketinggian. 2017 Tersedia online:

https://www.infopenerbangan.com/memahami-hipoksia-di-ketinggian/

[3] Hannovianto. Udara di dalam Kabin Pesawat Terbang Salah Satu Faktor Kenyamanan. 2016. Tersedia online:

https://pii.or.id/udara-di-dalam-kabin-pesawat-terbang-salah-satu-faktor-kenyaman 2016 Diakses pada

Desember 2019.

[4] Federal Aviation Administration US Departent of Transportation.Advisory Circular 25-20.1996

[5] Tiwari, Anurag dan Jhinge, Dr. Cooling Load Estimation using CLF/CLTD/SCL Method: A Review. 2015

[6] Stoecker, dkk. . Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. Jakarta: Erlangga 1996

[7] Wiranto Arismunandar. Buku Penyegaran Udara. Koleksi Buku Perpustakaan Digital ITB. 1981

[8] Arora. CP. Refrigeration and Air Conditioning. 2nd Edition. New Delhi: Tata McGraw – Hill Publishing

Company Limited. 200

[9] Bammann, Holger dkk. Aircraft Air Conditioning System And Method of Operating An Aircraft Air

Conditioning. 2015. Tersedia online: http://www.freepatentsonline.com/20160083100.pdf. Diakses pada

Desember 2019

[10] Santos, A.P.P, dk. A Thermodynamic Study of Air Cycle Machine for Aeronautical Aplication. International

Journal of Thermodynamics. ISSN 13019724/e-ISSN 2146-1511. Vol 17 No 3, 2014. pp 117-126

[11] ATR Training Center Module

[12] Ashrae HVAC.fundamentals handbook.2001

https://www.kompasiana.com/mmiftahulfirdaus/593b7741894eb124ad583192/sistem-pengondisian-udara-pesawat-terbang?page=all

https://www.kompasiana.com/mmiftahulfirdaus/593b7741894eb124ad583192/sistem-pengondisian-udara-pesawat-terbang?page=all

https://pii.or.id/udara-di-dalam-kabin-pesawat-terbang-salah-satu-faktor-kenyaman

http://www.freepatentsonline.com/20160083100.pdf

analisis sistem pengkondisian udara pada pesawat atr 72-600

Documents