perancangan sistem pengkondisian udara smart...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

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

2014


commit to user

ii


commit to user

iii


SmarT EV.2


Disusunoleh :

RATNO PUJI SUPRIYONO

NIM. I0408013

DosenPembimbing I DosenPembimbing II

D. Danardono, ST., MT., Ph.D EkoPrasetyoBudiana, ST., MT.

NIP. 196905141999031001 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. WahyuPurwoRaharjo, ST., MT.

NIP. 197203131997021001 NIP. 197202292000121001


commit to user

iv

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

v

PERSEMBAHAN

DengansegalakerendahanhatiserayamengucapkansyukurkehadiratIll

ahi, kupersembahkantulisaninikepada:

1. Allah SWT, Pemiliksegalakeagungan, kemuliaan,

kekuatandankeperkasaan.

2. JunjunganNabibesar Muhammad SAW.

Sholawatsertasalamsemogaselalutercurahpadanya, keluarga,

sahabatdanpengikutnya yang istiqomahsampaiakhirzaman.

3. Kasihsayangdancinta yang takpernahputusdariBapak, Ibu,

Adikkusertakeluargatercinta.

4. BapakDominicusDanardonodanBapakEkoPrasetya yang

takpernahlelahuntukmembimbingtugasakhirsaya.

5. Seluruhdosen, karyawan, danmahasiswaTeknikMesin UNS.


commit to user

vi


SmarT EV.2


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

vii

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 Load Temperature

Difference/Solar Cooling Load/Cooling Load Factor.


commit to user

viii

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

membangun.

4. BapakBambangKusharjanta, ST., MT. danBapak Tri Istanto, ST.,

MT.selakuPembimbingAkademis yang telahberperansebagai orang

tuapenulisdalammenyelesaikanstudi di UniversitasSebelasMaretini.

5. BapakDidikDjokoSusilo, ST., MT.

selakuKetuaJurusanTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret.

6. BapakWahyuPurwoRaharjo, ST., MT. selakuKoordinatorTugasAkhir.


commit to user

ix

7. Bapak 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

telahmemberikanarahandaninspirasi.

16. Dan semuapihak yang telahmendukungkelancaranskripsipenulis yang

tidakbisapenulissebutkansatu-persatu.

Padaakhirnyapenulismenyadaribahwadalampenyusunanskripsiinimasihjau

hdarisempurnakarenaketerbatasankemampuandanpengetahuanpenulis.Olehkarenai

tupenulismengharapkankritikdan saran yang

bersifatmembangundarisemuapihaksupayamenjadimasukan yang

sangatbergunabagipenulisuntukmemperbaikidanmenyempurnakanpenulisan lain

yang akandatang. Akhir kata,

penulisberharapsemogalaporanskripsiinidapatbergunadanbermanfaatbagikitasemu

adanbagipenulispadakhususnya.

Surakarta, 24 Januari 2014

Penulis


commit to user

x

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

3.1 Data yang Dibutuhkan untuk Perhitungan ...................................... 11


commit to user

xi

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

xii

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

Gambar 4.22 Mesin refrigerasi CO2 dari Modine Manufacturing Company ... 44


commit to user

xiii

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

xiv

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

xv

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

�̇� = 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)

perancangan sistem pengkondisian udara smart...

Documents