Analisis Sistem Pengkondisian Udara Pada Pesawat ATR 72-600
Transcript of 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]
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).
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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.
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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:
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Didapat dari mengetahui:
Tcabin = 77 F (25 C)
Toutdoor = 46,4
Rh = 10 %
Sehingga
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Didapat dari mengetahui:
Cfm = 2,92
Toutdoor = 89,6 F
Tcabin = 77 F (25 C)
Sehingga
OASH = 1,08 cfm (toutdoor – tcabin)
= 1,08 . 2,92 (89,6 – 77)
= 39,73 W
• in flight
Didapat dari mengetahui:
Cfm = 2,92
Toutdoor = 46,4 F
Tcabin = 77 F (25 C)
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
Dimana setelah didapat:
RSH = 24545,461W
OASH = -96,5W
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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
Dimana setelah didapat:
ERSH =26585,263 W
ERLH =4239,568 W
Sehingga
GTH = ERSH + ERLH
= 26585,263 + 4239,568
= 30824,831 W
• In flight
Dimana setelah didapat:
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
Achmad Kabul Fauzi, et al/Prosiding Semnas Mesin PNJ (2020)
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