## OPTIMASI SISTEM PENGKONDISIAN UDARA PADA KERETA REL LISTRIK
Wendy Satia Novtian, Budhi Muliawan Suyitno, Rudi Hermawan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila, Jakarta E-mail: satiawendy@gmail.com
Abstrak-- Perusahaan  Kereta  Rel  Listrik  sebagai  penyedia  jasa  transportasi  kereta  rel  listrik, memposisikan  dirinya  sebagai  salah  satu  perusahaan  yang  bertanggungjawab  atas  mobilitas  orang banyak.  Faktor  kenyamanan  pada  kereta  rel  listrik  sangat  diperlukan,  salah  satunya  adalah kenyamanan  kondisi  temperatur  dan  kelembaban  udara  pada  kereta,  yang  dapat  diperoleh  melalui teknik  pengkondisian  udara  (AC)  menggunakan  mesin  pendingin.  Oleh  karena  itu  diperlukan  suatu sistem  pengkondisian  udara  pada  kereta  yang  bekerja  secara  efektif  dan  efisien  pada  setiap  waktu. Perhitung  beban  pendinginan  ini  dilakukan  untuk  memperoleh  desain  yang  optimal  dari  sistem pengkondisian  udara  kereta  rel  listrik  dengan  terlebih  dahulu  menghitung  beban  pendinginan menggunakan metode  yang tepat. Data perhitungan didapat  dari 3 sumber yaitu Perusahaan Kereta Rel Listrik, BMKG dan hasil pengambilan data sendiri. Berdasarkan hasil dari perhitungan, suhu optimal pada kereta rel listrik yaitu sebesar 22 – 26 o C dan beban pendinginan maksimum pada kereta rel listrik yaitu  sebesar  45,276  kW,  maka  mesin  pendingin  pada  kereta  rel  listrik  ini  dipastikan  mampu  untuk mengatasi beban pendinginanya, dikarenakan kapasitas mesin pendingin ini yaitu sebesar 48,72 kW, yang artinya lebih besar dari beban pendinginannya.
Kata Kunci : Kereta Rel Listrik, Pengkondisian Udara, Beban Pendinginan
Abstract-- The Railway Company as a provider of rail transportation services, positioned itself as one of the companies responsible for mobility of the crowds. The convenience factor of an electric train is absolutely  necessary,  one  of  which  is  the  comfort  of  the  temperature  and  humidity  conditions  of  the train,  which  can  be  obtained  through  air  conditioning  (AC)  techniques  using  a  cooling  machine. Therefore, an air conditioning system of the train should work effectively and efficiently at every time. This cooling load calculation is performed to obtain the optimal design of an electric rail air conditioning system  by  first  calculating  the  cooling  load  using  the  appropriate  method.  The  calculation  data  is obtained from 3 sources, namely Railway Train Company, BMKG and its own data retrieval. Based on the results of the calculation, the optimum temperature on the electric train is equal to 22 – 26 o C and cooling speed at 44,976 kW, then the cooling machine on the electric train is sure to be able to overcome cooling, due to the capacity of this cooling machine that is 48,72 kW, which is larger than cooling.
Keywords : Electric Rail Train, Air Conditioning, Cooling Charges

## 1.  PENDAHULUAN
Sistem  pengkondisisan  udara  atau  yang  lebih dikenal  dengan  sebutan  AC  (Air  Conditioning) adalah  suatu  sistem  untuk  mendinginkan  udara sehingga dapat dicapai temperature dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan  terhadap  kondisi  udara  dari ruangan atau tempat tertentu, selain itu berfungsi juga untuk mengatur aliran udara dan kebersihannya.
Dewasa ini terutama di daerah beriklim panas seperti  di  Indonesia,  pengkondisian  udara  (AC) merupakan  suatu  kebutuhan  yang  tidak  lagi nengandung  arti  kemewahan.  Hal  inipun  juga merupakan  kebutuhan  pada  sarana  transportasi baik udara, laut, maupun darat. Pada transfortasi darat  terutama  kereta  rel  listrik  berada  pada kondisi  yang  sudah  kurang  baik,  sehingga walaupun sudah menggunakan sistem pengkondisian  udara  (AC),  tetapi  masih  juga dirasakan kurang nyaman.
Oleh  karena  itu  diperlukan  suatu  sistem pengkondisian  udara  (AC)  pada  kereta  rel  listrik
yang  bekerja  secara  efektif  dan  efisien  untuk mengatasi beban pendinginan pada waktu faktor- faktor  yang  mempengaruhi  beban  pendinginan pada  kereta  rel  listrik  tersebut  mencapai  beban maksimum,  sehingga  mesin  pendingin  akan bekerja  secara  optimum  untuk  mengatasi  beban pendinginan dan memberikan kenyamanan pada penumpang  dalam  memperoleh  udara  segar selama  perjalanan.  Tujuan  penelitian  ini  adalah mengetahui  beban  pendinginan  pada  kereta  rel listrik  dan  mengoptimalkan  pengkondisian  udara pada kereta rel listrik.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Prinsip Dasar Mesin Pendingin
Mesin  pendingin  adalah  alat  yang  dipergunakan untuk  mengkondisikan  udara,  dengan  cara mengambil  serta  memindahkan  sejumlah  panas dengan  menggunakan  suatu  medium  perantara. Medium  perantara  ini  dikenal  dengan  nama refrigran.
Adapun  cara  medium  perantara  ini  untuk memindahkan  dan  zat  cair  dapat  diuapkan  (dari
cair  menjadi  gas)  pada  temperatur  berapa  saja sesuai  dengan  keinginan  yaitu  dengan  cara merubah  atau  memberikan  tekanan  pada permukaannya.  Sebagai  contoh  ketika  kita memanaskan air di pantai (tekanan tinggi) dan di puncak  gunung  (tekanan  rendah),  kita  akan mendapatkan  kenyataan  bahwa  air  yang  kita masak  di  pantai  akan  lebih  lambat  mendidih (100ºC)  bila  dibandingkan  dengan  air  yang mendidih  dipuncak  gunung  (85ºC).  Berarti semakin  rendah  tekanan  yang  diberlakukan terhadap  zat  cair  maka  akan  semakin  cepat menguap.
Sifat  fisika  yang  lain  adalah  jika  suatu  zat mengalami  perubahan  fisika  maka  zat  itu  akan menyerap  atau  melepaskan  kalor  sbesar  kalor latennya. Dalam hal ini zat itu akan menyerap atau melepas panas dari dan ke lingkungan sekitarnya. Dengan memanfaatkan sifat-sifat diatas kita bisa mendinginkan  suatu  ruang  tertutup  dengan jalan mengambil panas  yang  ada di ruangan tersebut. Untuk  mendapatkan  kondisi  tersebut  diperlukan refrigerant yang mempunyai titik penguapan yang lebih  rendah  dari  temperatur  udara  disekitarnya. Hal  ini  dikarenakan  adanya  sifat  bahwa  benda dengan temperatur lebih tinggi akaan melepaskan panasnya ke lingkungan yang bertemperatur lebih rendah.
Gambar 2.1 Bentuk awal mesin pendingin
Sebuah  tabung  yang  berisi  amonia  cair  (titik didihnya  -33ºC,  tekanan  1  atm)  yang  dialirkan melalui  suatu  koil.  Udara  yang  akan  didinginkan dilewatkan  melalui  koil.  Amonia  yang  mengalir melalui  koil  akan  mengambil  panas  dari  udara sehingga  udara  yang  melewati  koil  suhunya menjadi  lebih  rendah  dari  semula  sedangkan ammonia sendirinya akan menguap menjadi  gas dan dibuang begitu saja.
Sistim seperti di atas jika dilihat dari tujuannya yaitu  pendinginan  bekerja  cukup  memuaskan. Tetapi  jika  dilihat  dari  segi  lain  sangat  tidak menguntungkan. Dengan hal-hal sebagai berikut:
 Gas ammonia  yang terbuang tidak baik bagi kesehatan.
 Biaya  refrigeran  (ammonia)  menjadi  mahal karena selalu terbuang.
 Temperatur tidak bisa diatur.
Untuk  mengatasi  hal-hal  tersebut  kita  harus dapat  menggunakan  refrigeran  secara  terus menerus. Agar refrigeran dapat digunakan secara
berulang-ulang zat tersebut harus dapat dicairkan kembali.
Berdasarkan  sifat-sifat  fisika  zat  cair  di  atas kita dapat mengembunkan kembali uap refrigeran pada  temperatur  berapa  saja  dengan  mengatur tekanan  dari  uap  tersebut.  Selain  mengatur tekanan,  kita  juga  membutuhkan  medium  lain untuk  menerima  kalor  laten  yang  dikeluarkan selama kondensasi. Medium yang biasa digunakan adalah air atau udara. Dengan menerapkan fenomena ini dan menerapkannya pada mesin pendingin, kita akan mendapatkan mesin pendingin yang bisa menggunakan  refrigeran  secara  berulang-ulang pada siklus yang tertutup.
Mesin  pendingin  terdiri  dari  empat  komponen utama:
1. Evaporator
2. Kompresor
3. Kondensor
4. Katup ekspansi
Rangkaian  dari  keempat  komponen  tersebut adalah seperti ini:
Gambar 2.2 Rangkaian komponen utama mesin pendingin

## Gambar 2.3 Siklus refrigerasi
Keterangan: 1 – 2  : Evaporator
Disini  terjadi  penguapan  refrigeran  dari  cairan menjadi gas (uap). Proses ini berlangsung secara isobar dan terjadi kenaikan enthalpi.
2 – 3  : Kompresor
Uap  refrigeran  dihisap  oleh  kompresor  dan kemudian dimampatkan sampai mencapai tingkat tekanan  dimana  uap  refrigeran  itu  mudah  untuk diembunkan  pada  kondensor.  Proser  ini  terjadi secara isentropik dengan kenaiakan enthalpi.
3 – 4  : Kondensor
Terjadi  pengembunan  refrigeran  di  dalam kondensor.  Dimana  uap  refrigeran  berubah menjadi  cairan  pada  proses  isobar  dengan penurunan enthalpi.
4 – 1  : Katup Ekspansi
Terjadi proses penurunan tekanan dan temperatur dari  refrigeran.  Pada  proses  ini  terjadi  dalam keadaan isenthalpi.

## 2.2 Jenis – Jenis Sistem Pengkondisian Udara
Untuk mengatasi masalah yang telah disebutkan diatas. Maka digunakan mesin –mesin tata udara. Dalam  aplikasi  tata  udara  hunian  (yang  umum digunakan) dikenal 4 jenis sitem tata udara. Jenis sistem tata udara ini dibedakan berdasarkan cara pengambilan kalor dari dalam ruangan yang akan dikondisikan.  Jenis  –  jenis  tata  udara  tersebut yaitu:
A.  Sistem udara penuh ( all air system )
Sistem  udara  penuh  adalah  sistem  pendinginan yang  cara  pengambilan  kalor  dari  dalam ruangannya dilakukan oleh udara dingin sepenuhnya.  Berdasarkan  pada  prinsip  tersebut maka  sistem  ini  menyuplaikan  udara  dingin keruangan  melalui  saluran  udara.  Karena  yang disuplaikan keruangan adalah udara dingin maka sistem  udara  penuh  membutuhkan  alat  untuk pengolahan  udara.  Alat  pengolahan  udara  yang digunakan  biasa  dikenal  dengan  istilah  Air Handling  Unit  (AHU).  Air  Handling  Unit  yang umum digunakan terdiri dari saluran udara masuk (return  dan  outside),  filter,  dan  kipas  untuk menghembuskan  udara  suplay  dan  juga  koil pendingin  yang  berfungsi  untuk  mendinginkan udara yang akan didistribusikan.
Gambar 2.4 Siklus All Air System
Sistem  udara  penuh  memilki  siklus  proses seperti  gambar  diatas.  Di  evaporator  chiller,  air akan didinginkan. Air yang telah dingin selanjutnya  disirkulasikan  ke  AHU  (cooling  coil) melalui chilled water pump. Di cooling coil AHU air akan  menyerap  kalor  dari  udara  yang  akan didinginkan. Karena kalor dari udara telah diserap oleh  air  maka  udara  tersebut  akan  mengalami penurunan  temperatur.    Selain  mengalami penurunan  temperatur  air  juga  akan  mengalami penurunan kelembaban uap air (dehumidifikasi). Udara yang telah mengalami penurunan temperatur selanjutnya disrikulasikan ke ruangan
melalui saluran udara dengan bantuan suplai fan. Diruangan,  udara  yang  disirkulasikan  dari  AHU akan  menyerap  kalor  dari  ruangan.  Sebagian kalor ruangan yang diserap oleh udara dari AHU mengakibatkan  temperatur  di  dalam  ruangan akan mengalami penurunan. Untuk menjaga agar tekanan  udara  didalam  ruangan  tetap  normal (sama  dengan  tekanan  lingkungan)  maka  dibuat saluran udara balik ( return duct ).
B.  Sistem air penuh ( all water system ) Untuk sistem udara penuh mesin refrigerasi yang digunakan haruslah yang menghasilkan air dingin. Prinsip  sistem  tata  udara  air  penuh  (all  water system)  adalah  pengambilan  kalor  dari  dalam ruangan  dilakukan  sepenuhnya  oleh  air  dingin (chilled  water).  Air  dingin  yang  dihasilkan  oleh refrigerator  (chiller)  kemudian  disirkulasikan dengan menggunakan pipa dan pompa air dingin (chilled  water  pump).  Untuk  menjaga  agar kebocoran  kalor  pada  air  dingin  tidak  terjadi selama pendistribusian maka pipa air dingin harus selalu diinsulasi.
Agar  sirkulasi  dan  pengkondisian  udara  di ruangan maka dapat terjadi secara merata maka dibuatlah  sebuah  Fan  Coil  Unit  (FCU).  Alat  ini merupakan    sebuah  unit  pengolah  udara sederhana yang terdiri dari kipas, koil (yang berisi air dingin) dan filter.
Gambar 2.5 Silkus Al Water System
Dari  gambar  di  atas  terlihat  bahwa  sistem tidak  memilki  AHU  seperti  pada  sistem  udara penuh. Air yang akan disirkulasikan didinginkan di evaporator chiller (liquid cooler). Setelah didinginkan  di  liquid  cooler  maka  chilled  water pump akan mendistribusikan air dingin keruangan melalui pipa air dingin yang telah dipasang.
Setelah air sampai di ruangan, maka air dingin akan  menyerap  kalor  dari  ruangan.  Setelah mendinginkan udara selanjutnya air akan kembali lagi  ke  liquid  cooler  untuk  didinginkan  kembali. Begitulah selanjutnya siklus berlanjut.
C.  Sistem udara-air ( air water system ) Air water system merupakan gabungan dari all air system dan all water system.  Prinsip dari air water system  yaitu  proses  pengambilan  kalor  dari ruangan  dilakukan  oleh  air  dan  udara.  Air  water system  dimaksudkan  untuk  melengkapi  dan menutupi  kekurangan  dari  all  water  system.
Sistem ini mengalirkan sejumlah udara keruangan sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan pengambilan  kalor  dari  ruangan  dapat  dilakukan oleh koil air dingin  yang ada di Fan Coil Unit (all water system).
Gambar 2.6 Siklus Air Water System
Dari diagram di atas terlihat bahwa air dingin dari  liquid  cooler  akan  terbagi  menjadi  dua  jalur. Jalur pertama air dingin akan menuju cooling coil yang ada di AHU. Dan jalur yang kedua yaitu air mengalir menuju FCU yang ada diruangan.
Di jalur pertama, air akan meyerap kalor dari udara  yang  akan  didinginkan.  Setelah  udara  di AHU mengalami penurunan temperatur udara ini akan  didistribusikan  ke  ruangan  yang  akan dikondisikan.  Dalam  hal  ini  debit  udara  yang disalurkan ke ruangan tidak sebanyak debit udara suplai  pada  all  air  system.    Sementara  itu  air dingin yang ada d FCU juga akan menyerap kalor dari ruangan. Dengan adanya FCU maka udara di ruangan  akan  menjadi  dingin.  Untuk  menjaga kualitas udara segar dan mengurangi kelembaban udara ruangan kemudian ditambahkan juga udara dingin dari AHU ke ruangan.
D.  Sistem refrigeran langsung ( direct expansion ) Prinsip  kerja  sistem  refrigeran  langsung  atau dikenal  dengan  istilah  direct  expansion  adalah pengambilan  kalor  dari  ruangan  dilakukan  oleh refrigeran  secara  langsung.  Sebagian  besar sistem  direct  expansion  hanya  baik  dan  efektif digunakan  untuk  sistem  dengan  kapasitas  yang kecil. Contoh aplikasi dari sistem direct expansion adalah pada AC split dan AC windows.
Kelebihan dari sistem direct expansion seperti AC  split  dan  AC  window  adalah  instalasi  yang mudah, tidak membutuhkan tempat yang luas dan tidak membutuhkan komponen tambahan seperti AHU  dan  saluran  udara  (seperti  pada  all  air system) ataupun FCU dan pipa air dingin (seperti pada all water system). Akan tetapai sistem direct expansion tidak dapat digunakan untuk jarak yang cukup jauh antara condensing unit dan evaporator.
AC window terdiri dari indoor unit dan outdoor unit. Indoor unit terdiri evaporator yang dilengkapi dengan  blower.  Blower  yang  dipasang  berfungsi untuk  membatu  proses  perpindahan  kalor.
Sedangkan  outdoor  unit  terdiri  dari  kompresor, kondensor  dan  alat  ekspansi.  Akan  tetapi  AC window yang memiliki kapasitas yang cukup besar alat ekspansi  yang digunakan disimpan  dibagian di  indoor  unit.    Gambar  2.7  adalah  gambar  dari satu unit  AC window  yang  terdiri dari indoor unit dan outdoor unit.
Gambar 2.7 AC Window

## 2.  METODE PENELITIAN
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Sumber data  terbagi  menjadi  3  yaitu  sumber data  untuk  temperature  luar  kereta  dari  BMKG,
data  spesifikasi  kereta  dan  AC  kereta  dari  PT. Kereta Api Indonesia dan data temperature dalam kereta  baik  temperature  penumpang,  lantai, dinding dana tap dari pengambilan data sendiri.

## 4.  HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1  Beban Sensibel
a.  Beban luar
 Dinding
o Radiasi: 757W
o Konveksi – konduksi: 1250W
 Atap o Radiasi: 515W
o konveksi – konduksi: 323 W
 Lantai o Radiasi: 3792W
o konveksi – konduksi: 4037W
 Kaca o Radiasi: 2385 W o konveksi – konduksi: 567W
 Infiltrasi: 58 W
 Ventilasi: 5177 W
b.  Beban dalam
 Lampu: 1795 W
 Penumpang: 917 W Subtotal Room Sensibel Heat (RSH) = 20973W
c.  Perembesan panas dan kebocoran udara dari ducting
 5 % dari beban sensibel: 1049 W
Room Sensibel Heat (RSH): 22022 W
d.  Faktor pengamanan (5%): 1101 W
Effective Room Sensibel Heat (ERSH): 23123 W
4.2  Beban Laten
a.  Beban luar
 Infiltrasi: 65 W
 Ventilasi: 5753 W
b.  Beban dalam
 Penumpang: 15280 W
Subtotal Room Latent Heat (RLH): 21098 W
c.  Faktor pengamanan (5%): 1055W Effective Room Laten Heat (ERLH): 22153W
4.3  Beban Total
a.  ERSH: 23123 W b.  ERLH: 22153W
Grand Total Heat (GTH): 45276 W
Dengan mengetahui bahwa 1 ton of refrigeration (TR) = 3819 W, maka kapasitas mesin pendingin adalah:
Kapasitas mesin pendingin = GTH x 1 TR =  45276/3819 x 1 TR
=  11,85 TR

## 5.  KESIMPULAN
1.  Ada  beberapa  faktor  yang  mempengaruhi beban  pendinginan  pada  kereta  rel  listrik, antara lain karena adanya proses konduksi,konveksi  dan  radiasi  pada  bagian dinding,atap,lantai dan kaca kereta. Selain itu juga penumpang, alat elektronik, ventilasi dan infiltrasi merupakan faktor yang
mempengaruhi beban pendinginan.
2.  Penumpang merupakan faktor terbesar yang mempengaruhi  beban  pendinginan  pada kereta rel listrik.
3.  Temperatur  nyaman  pada  kereta  rel  listrik yaitu 22 O C – 26 O C.
4.  Total beban pendinginan pada kereta rel listrik yaitu  45276  W,  sedangkan  kapasitas  mesin pendinginan  yaitu  48720  W.  Maka  mesin pendingin pada kereta rel listrik ini dipastikan mampu untuk
mengatasi beban
pendinginanya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. American  Society  of  Heating,  Refrigerating, and Air Conditioning Engineers. Fundamentals  Handbook ,  Atlanta;  ASHRAE Inc. 1985.
[2]. American  Society  of  Heating,  Refrigerating, and Air Conditioning Engineers Fundamentals Handbook, Atlanta; ASHRAE Inc. 1981. [3]. American  Society  of  Heating,  Refrigerating, and Air Conditioning
Engineers. Fundamentals  Handbook, Atlanta;  ASHRAE Inc. 1997.
[4].  Arismunandar  Wiranto:  Penyegaran  Udara. Pradya Paramitha, Jakarta, 1986.
[5].  Fritz  Dietzel:    Pompa  dan  Kompresor. Terjemahan, Dakso Sriyono. Erlangga, Jakarta, 1990.
[6].  Holman J.P. Perpindahan Kalor. Terjemahan, Jasjfi E. Erlangga, Jakarta, 1988.
[7].  V.K. Jain: Refrigerating and Air Conditioning . New Delhi, 1981.
[8].  W.F.  Stoecker,  J.W.  Jones,  Refrigerasi  dan Pengkondisian  Udara.  Terjemahan,  Hara Supratman. Erlangga, Jakarta, 1989.