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
commit to user
commit to user
iii
PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA
SmarT EV.2
MOBIL LISTRIK DENGAN BODI KOMPOSIT
Disusunoleh :
RATNO PUJI SUPRIYONO NIM. I0408013
DosenPembimbing I DosenPembimbing II
D. Danardono, ST., MT., Ph.D 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
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”
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.
commit to user
vi
PERANCANGAN SISTEM PENGKONDISIAN UDARA SmarT EV.2
MOBIL LISTRIK DENGAN BODI KOMPOSIT
RatnoPujiSupriyono
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
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: ratnopujisupriyono@gmail.com
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
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Segalapujidansyukurkehadirat Allah SWT yang
telahmemberikanrahmatsertahidayahkepadapenulissehinggamampumelaksanakan
danmenyelesaikanskripsidenganjudul
“PerancanganSistemPengkondisianUdaraSmarT EV.2 Mobil ListrikdenganBodiKomposit” denganbaik.
SkripsiinidisusungunamemenuhipersyaratanuntukmemperolehgelarSarja
naTeknikdi JurusanTeknikMesinFakultasTeknikUniversitasSebelasMaret
Surakarta.
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.
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
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
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
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
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
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
commit to user
xv
DAFTAR NOTASI
� = luas permukaan (m2)
� = bedatemperaturudara (°C)
�� = tingkatpenurunansuhu (°C)
� = bedatemperaturbebanpendinginan (°C)
� = faktorbebanpendinginanuntuk orang
� = kapasitaspanasspesifikudara(J/kg.K)
� = penambahanpanaslatendari orang (W)
� = jumlah orang di dalammobil
�̇ = lajualiranmassaudara (kg/s)
� = lajuudarainfiltrasi (L/s)
��� = beban pendinginan dari sistem pengkondisian udara (W)
�� , � = bebanpendinginanlatenakibatventilasidaninfiltrasi (W)
�� , = bebanpendinginansensibelakibatventilasidaninfiltrasi (W)
� = bebanpendinginandarikonduksi (W)
� = total beban pendinginan (W)
� , � = bebanpendinginanlatendaripenumpang (W)
� , = bebanpendinginansensibeldaripenumpang (W)
� � = bebanpendinginandariradiasi (W)
= koefisien peneduhan
� = bebanpendinginandari solar (W/m2) = penambahanpanassensibeldari orang (W)
