## Analisis Beban Pendinginan pada Gerbong Kereta Api Eksekutif
(Studi Kasus KA. Argo Parahyangan)
Endang Permata Sari a , Darlyanto b , Bahdin Ahad Badia c , Rustam Efendi d a,b,c,d Program Studi Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Mekongga Jl. Landak N0. 24 Km. 06 Lalombaa-Kolaka-Sulawesi Tenggara 90518 endangpermatasutikno@gmail.com

## Abstract
Train  is  a  mean  of  transportation  with  a  large  capacity  and  low  transportation  costs.  The  cooling system  on  trains  has  excess  cooling  load  that  passengers  accept,  causing  discomfort  for  passengers. The research objective was to determine the capacity of the air freshener machine in accordance wit h the  needs  of  the  train.  The  method  used  is  an  analytical  method,  where  data  collection  is  used  as  a research  guide  in  solving  the  cooling  load  problem  on  the  train,  in  this  case  it  is  related  to  the temperature in an area to be calculated.The results obtained are the cooling load of executive passenger train carriages with a cooling load capacity design of 14899.86 Watt to 21.578.74 Watt and a cooling capacity of 34890  Watt. The cooling capacity  when running the train  is 8237.05  Watt and the actual total cooling load is 2445.8 Watt, so the total cooling capacity is relatively small. The actual conditions and design of the passenger space are within the comfort zone on the psychometric chart.
Keywords: cooling capacity, cooling load, comfortable area, executive train.

## Abstrak
Kereta api  merupakan salah satu alat transportasi dengan kapasitas  besar dan  biaya transportasi  yang murah.  Sistem  pendingin  di  kereta  api  memiliki  beban  berlebih  yang  diterima  penumpang  sehingga menyebabkan  ketidaknyamanan  bagi  penumpang.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui kapasitas  mesin penyegar ruangan  yang sesuai dengan kebutuhan kereta api. Metode yang digunakan adalah  metode  analitik,  dimana  pengumpulan  data  digunakan  sebagai  pedoman  penelitian  dalam memecahkan masalah beban pendingin di kereta api dalam hal ini berkaitan dengan  suhu di suatu area yang  akan  dihitung.  Hasil  yang  diperoleh  adalah  beban  pendinginan  gerbong  kereta  penumpang eksekutif dengan desain kapasitas beban pendinginan sebesar 14899,86 Watt menjadi 21,578,74 Watt dan kapasitas pendinginan 34890 Watt. Kapasitas pendinginan saat menjalankan kereta adalah 8237,05 Watt  dan  total  beban  pendinginan  aktual  2445,8  Watt,  sehingga  total  kapasitas  pendinginan  relatif kecil. Kondisi aktual dan desain ruang penumpang berada dalam zona nyaman pada grafik psikometri.
Kata kunci: beban pendinginan, daerah nyaman, kereta api eksekutif, kapasitas pendinginan.

## 1. PENDAHULUAN
Saat ini pengkondisian udara banyak digunakan, di antaranya dalam bidang industri, perumahan, pertokoan, perkantoran,  hotel  dan  kendaraan.  Untuk  kendaraan  dapat  digunakan  di  mobil,  bus,  kereta  api,  kapal  dan pesawat  terbang.  Ditambah  dengan  kebutuhan  manusia  yang  semakin  meningkat  akan  kenyamanan  dalam bekerja  yaitu  kebutuhan  akan  temperatur,  kelembaban  dan  aliran  udara  yang  sesuai.  Diharapkan  tugas-tugas yang dituntut dari dirinya dilaksanakan dengan benar dan tepat. Tak terkecuali bagi personil operator, misalnya di  masinis.  Semuanya  dilakukan  dengan  pengembangan  sistem  pengkondisian  udara  ( Air Conditioning )  terus berkembang.  Pengkondisian Udara  dibutuhkan  untuk  menyediakan  lingkungan  udara  yang  nyaman,  segar  dan bersih.  Oleh  karena  itu,  perlu  dilakukan  pengolahan  udara  untuk  mengatur  temperatur,  kelembaban  dan kebersihan, serta mendistribusikannya secara bersamaan untuk memenuhi kenyamanan yang diinginkan. Maka dari  itu  penting  dilakukan  penelitian  untuk  menganalisis  beban  pendinginan  pada  gerbong  Kereta  Api Parahyangan.  Untuk  dapat  menentukan  kapasitas  mesin  penyegar  udara  yang  sesuai  dengan  kebutuhan  kereta
api.  Untuk  penumpang  dan  restorasi,  perlu  dihitung  beban  kalor  yang  harus  dikeluarkan  dan  desain  sistem ruangan  yang  akan  dikondisikan.  Perhitungan  beban  pendinginan  ini  meliputi  beban  sensibel  dan  laten, termasuk  beban  dari  udara  luar  yang  melewati  dinding,  atap,  lantai,  beban  penumpang,  beban  dari  peralatan elektrik,  ventilasi  dan  infiltrasi.  Selain  menghitung  beban  pendinginan,  perlu  juga  dilakukan  perencanaan distribusi  udara  agar  seluruh  ruang  dapat  dikondisikan  sesuai  dengan  kebutuhannya.  Penelitian  mengenai pengkondisian  udara  pada  kereta  eksekutif  malam  bangunkarta  didapatkan  OTTV  ( Overall  Themal  Transfer Value ) hasil desain terbaru dengan merubah luasan jendela (jendela pesawat) dan luasan dinding sehingga nilai WWR  pada  desain  KA  yang  baru  lebih  kecil  yaitu  WWR  sebesar  0,253  dari  sebelumnya  0,549[1].  Tujuan penelitian adalah untuk memberikan kondisi lingkungan yang berudara nyaman, segar, dan bersih pada gerbong kereta api.  Berdasarkan uraian di atas  maka  penting untuk  menganalisa  beban pendingin pada gerbong Kereta Api Parahyangan.

## 2. STUDI LITERATUR
Mesin  pendingin  ( refrigerator )  adalah  merupakan  alat  yang  dipergunakan  untuk  menyerap  kalor  dari reservoir dingin  (ruangan  yang  didinginkan)  dengan  bantuan  kerja  kompresor  untuk  selanjutnya  dibuang  ke reservoir yang  lebih  panas.  Mengatur  suhu,  kelembapan,  kebersihan  dan  distribusinya  secara  serentak  guna mencapai kondisi nyaman. Sistem Penyegaran udara pada umumnya dibagi menjadi dua golongan utama yaitu penyegaran  udara  untuk  kenyamanan  dan  penyegaran  udara  untuk  industri[2].  Pada  dasarnya,  prinsip pendinginan dan penyegaran ruangan berpedoman pada kondisi tersebut di bawah ini
Tabel 1 . Tabel prinsip pendinginan dan penyegaran ruangan[2] No  Suhu ( ℃ )  Kelembaban Relatif (%) Jenis Ruangan 1. 27 50–55 Tempat tinggal biasa 2. 26 50–55 Tempat tinggal mewah atau ruangan yang dikenai Radiasi
Tabel 1 menjelaskan suhu dan persentase kelembaban relatif pada jenis ruangan tertentu. Data tersebut dijadikan nilai input dalam perhitungan. Data yang diambil pada no 2, disebabkan gedung ataupun Kereta Api Eksekutif dengan  jendela  yang  dilengkapi dengan  lampu-lampu termasuk dalam golongan  yang dikenai  panas radiasi lebih banyak [2].
Pemilihan  moda  transportasi  menjadi  bagian  yang  sangat  penting  dan  selalu  terjadi  ketika  seseorang  hendak melakukan perjalanan. Pemilihan terhadap moda transportasi yang digunakan dipengaruhi oleh beberapa faktor, di  antaranya  adalah  karakteristik  dari  moda  transportasi  itu  sendiri.  Pertimbangan  waktu,  biaya  dan  tingkat pelayanan adalah hal yang menentukan dalam proses pemilihan moda transportasi yang akan digunakan untuk melakukan perjalanan [2].
Gambar 1 . Temperatur pada tubuh manusia Suhu inti konstan 37 ˚C Suhu kulit bervariasi dari 20 -40˚C Temperatur kulit > 45 ˚C atau < 18 ˚C akan menimbulkan efek buruk bagi tubuh.
Pada  suhu  udara  yang  panas,  dengan  mendinginkan  suhu  udaranya  saja,  belum  tentu  dapat menyebabkan badan manusia merasa sejuk kalau kelembaban udara masih tinggi. Pada kelembaban udara yang rendah, suhu udara 30-32 °C pada umumnya telah cukup membuat badan kita merasa sejuk dan nyaman. Tetapi pada  kelembaban  udara  yang  tinggi  suhu  udara  24-30  °C  badan  manusia  masih  merasakan  tidak  sejuk. Perbedaan suhu di dalam dan di luar ruangan sebaiknya jangan melebihi 15-°F (8,4-11°C). Hal ini telah diteliti pengaruhnya  terhadap  kesehatan  tubuh  manusia  dari  perubahan  suhu  yang  dapat  manusia  alami.  Suhu  kamar yang  sejuk  dan  nyaman  adalah  75-80°F  (24-27,7°C).  Penyegar  udara  jenis  paket  terdiri  dari  komponen- komponen  kipas  udara,  koil  udara,  saringan  udara  dan  panci  penampung  terletak  di  bagian  atas  dari  rumah. Penyegar  udara  jenis  ini  terdiri  dari  peralatan  penyegar  dan  refrigerator  yang  terletak  di  dalam  satu  rumah. Udara  yang  terinduksi  melalui  lubang  masuk  akan  mencapai  temperatur  dan  kelembaban  yang  diinginkan. Kemudian udara tersebut ditekan masuk ke dalam ruang plenum yang ada di bagian atas kipas udara lalu masuk ke  dalam  ruangan.  Penyegar  udara  jenis  paket  yang  kadang  kala  melayani  beberapa  ruangan,  maka  udara dimasukkan  ke  dalam  ruangan  melalui  pipa  dari  ruangan  plenum.  Koil  udara  yang  digunakan  biasanya  jenis ekspansi  langsung  (Dx  coil)  dimana  refrigeran  cair  dari  kondensor  diuapkan  sehingga  udara  yang  mengalir melalui koil udara tersebut menjadi dingin dan kering[2].
Dalam penyusunan  letak komponen,  pada  bagian bawah dari penyegar udara terdapat mesin pendingin yang terdiri dari kompresor, kondensor, pengontrol otomatik peralatan listrik (Tabel 2). Daya motor listrik yang digunakan  sekitar  7,5  kW  dan  umumnya  jenis  hermetik.  Pendinginan  kondensor  pada  penyegar  udara  jenis paket  ada  pendinginan  udara  dan  ada  pendinginan  air  kondensor  pendinginan  udara,  kondensor  biasanya diletakkan  di  luar  unit  tersebut.  Sedangkan  kondensor  pendinginan  air  diletakkan  di  dalam  unit.  Penggunaan penyegar udara jenis paket banyak digunakan dalam berbagai gedung dan keperluan industri. Kapasitas jenis ini antara 3 sampai 10 TR (Ton Refrigerasi ). Penyegar udara jenis ini banyak menggunakan kipas udara jenis daun dengan pengisapan tunggal untuk kapasistas yang kecil dan pengisapan ganda untuk kapasitas yang besar. Koil udara secara umum terbuat dari pipa tembaga dan memakai sirip alumunium jenis refrigerant yang digunakan dengan  jenis  ekspansi  langsung  adalah  R134O,  R12,  R22  dan  R500  [2].  Sedangkan  gerbong  kereta  api  KA. Argo Parahyangan menggunakan jenis refrigerant R22. Komponen pendingin kereta api dapa dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Komponen pendingin kereta api Nama Komponen Spesifikasi Air Conditioning Sistem Model Cooling Capacity Cooling T. 6014.V 18.6 kW Compressor Compressor Type Quantity Power Supply Power Input Full Hermatic 2 Pcs 380 V 2 x 3,1 kW Condesor Oil Tube Daya Masuk Type Cooling Capacity Material Copper grooved copper 1 kW SKF 6306 15000 Kcal/hr Refrigerant Type Control Charge R22 Thermostatic Expantion Valve 5000
a                                                          b Gambar 2 . a) R22 Pada gerbong K.A. eksekutif b) Kompresor pada gerbong kereta api
Gambar 3. Temperatur yang ditimbulkan dari beban eksternal dan internal [3]
Manusia  dalam  beraktifitas  mengeluarkan  panas  sensibel  dan  laten.  Panas  sensibel  dan  laten  yang dikeluarkan  manusia  digunakan  untuk  perhitungan  beban  penumpang.  Berdasarkan  penjelasan  perhitungan beban pendingin dari  ASHRAE 1997 panas sensibel adalah 70 W dan panas laten adalah 45 W dimana semua penumpang dikondisikan duduk santai seperti dalam ruang kantor atau hotel.
Data teknik penumpang K.A penumpang eksekutif :
Panjang badan kereta : 14.135 mm Lebar track : 1.067 mm Lebar : 2.642 mm Berat lokomotif : 78 ton Jenis bahan bakar : solar HSD Penggerak utama : GE 7FDL-8 Jenis mesin : diesel 4 tak Kecepatan maksimum : 130 km/jam Keluaran daya : 2150 HP
Gambar 4 . Bagian depan gerbong K.A penumpang eksekutif [3]
Perpindahan kalor  melalui dinding, atap, kaca,  dan  lantai disebabkan oleh perubahan temperatur udara bagian luar dan bagian dalam dari dinding, atap, kaca, dan lantai. Laju perpindahan kalor atau beban pendingin dihitung dengan menggunakan persamaan 1 [4]:
(1)
Beban  kalor  akibat  radiasi  matahari  pada gerbong kereta api melalui dinding dan atap dihitung dengan menggunakan persamaan 2 [4] :
( ) (2)
Beban kalor melalui kaca akibat radiasi matahari dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 3 [4] :
(3)
Penumpang diasumsikan dalam kondisi temperatur 57.5 °C [4], sehingga perolehan kalor terdiri dari [5] : latent heat sebesar 235 Btu/hr
(3)
sensible heat ( qs ) sebesar 215 Btu/hr
(4)
Kapasitas pendingin akibat lampu fluorescent dapat dihitung dengan persamaan 5 [4] :
Q
(5)
Rugi-rugi kebocoran saluran udara dipengaruhi oleh pemasangannya, yaitu sebesar 5 sampai dengan 30 % tergantung  pada  pemasangannya  [6].  Pada  perhitungan  beban  pendinginan  ini  diambil  rugi-rugi  kebocoran udara suplai sebesar 20%.
Pada perhitungan ini, sistem suplai udara ruangan penumpang adalah sistem induksi. Pada sistem ini kipas mengalirkan  udara  melalui  koil  pendingin  sebelum  disuplai  ke  dalam  ruangan  yang  dikondisikan.  Perolehan faktor kipas pengkondisian udara merupakan perolehan kalor sensibel ruangan. Besarnya kalor ini antara 2,5  - 7,5% dari kalor sensibel ruangan[6]. Dalam perhitungan diambil 7%.
Dengan  menggunakan  persamaan  di  bawah  ini,  pada  saat  udara  luar  yang  dimasukkan  ke  ruangan diasumsikan sebesar 15CFM/orang (standart ventilasi untuk ruangan kantor). Persamaanya yaitu [5] :
(6) ( ) (7)
Faktor keamanan ( safety factor ) yang diambil adalah 5%, dari seluruh beban pendinginan[4].

## 3. METODE PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  adalah  metode  analitik,  dimana  pengumpulan  data  digunakan  sebagai  pedoman penelitian dalam memecahkan masalah. Lokasi penelitian di gerbong K.A Argo Parahyangan Bandung.
Identifikasi  variabel  yang  dicari  dalam  penelitian  berupa  temperatur  udara  di  Bandung  dan  data  teknik gerbong K.A Parahyangan baik beban luar maupun dalam.
Teknik pengumpulan dan pengolahan data
a. Data primer, data yang didapatkan langsung dari gerbong K.A Parahyangan
b. Data sekunder, data yang didapatkan dari BMKG melalui internet
Penelitian dimulai dengan mengembangkan ide atau gagasan pada kasus K.A. Parahyangan sebagai berikut :
a. Penemuan dan pemberian judul penelitian.
b. Penelusuran referensi yang terkait dengan judul penelitian.
c. Mencari teori dan persamaan relevan yang digunakan dalam pemecahan masalah.
d. Mencari objek dan meminta persetujuan pelaksaanan penelitian.
e. Memeperoleh estimasi pemecahan masalah pada beban pendingin.
f. Pengambilan data berdasarkan waktu yang telah ditentukan.
g. Data diolah dan dianalisa.
h. Memperoleh  pembahasan  berupa  data-data  yang  diperhitungkan  menggunakan  persamaan-persamaan relevan.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Proses  analisis  data  dimulai  dengan  meneliti  seluruh  data  yang  tersedia  dari  berbagai  sumber  yaitu wawancara  dan  observasi  yang  telah  tertulis  di  catatan  lapangan,  dokumen  pribadi,  dokumen  resmi,  gambar foto,  dan  lain  sebagainya.  Data  yang  ada  dibaca,  dipelajari  dan  ditelaah,  maka  langkah  selanjutnya  adalah mereduksi data tersebut dengan membuat abstraksi. Abstraksi merupakan upaya untuk membuat ringkasan inti, proses dan pernyataan yang perlu dijaga agar tetap berada di dalamnya.
Hasil  yang  diperoleh  beban  kalor  (Q)  rata-rata  pada  gerbong  kereta  api  selama  seminggu  pada  penelitian  ini sebagai berikut :
Gambar 6 . Sumber beban pendinginan aktual pada atap, dinding, lantai, kaca.
Pada Gambar 6 diperoleh nilai rata-rata beban kalor (Q) akibat radiasi matahari pada gerbong kereta api selama seminggu.  Perolehan  nilai  Q  untuk  atap  bagian  atas  sebesar  79,13  Watt,  Q  dinding  bagian  selatan  dan  utara 72,33 Watt, Q dinding bagian barat 52,45 Watt, Q dinding bagian timur 71,01 Watt. Hasil perolehan beban kalor (Q) rata-rata gerbong kereta api selama seminggu adalah 336,32 Watt, Q kaca bagian timur 15,38 Watt, Q kaca bagian selatan dan utara 38 Watt, kaca bagian barat 72,63 Watt. Beban pendingin tertinggi terjadi pada lantai, hal ini diakibatkan oleh kepadatan penumpang.
Gambar 7. Sumber beban pendinginan aktual pada penumpang dan lampu
Pada  Gambar  7  diperoleh  nilai  beban  kalor  rata-rata  penumpang  dan  lampu,  perolehan  nilai  untuk  Q sensibel  maksimum  3150,5  Watt  sedangkan  minimumnya  630,1  Watt  dan  Q  laten  maksimum  3443,5  Watt sedangkan  minimumnya  688,7  Watt.  Nilai  beban  kalor  lampu  Q  total  9220  Watt.  Pembebanan  tertinggi didominasi  oleh  lampu  karena  banyak  tidaknya  kalor  yang  dihasilkan  bisa  saja  sama  selama  pembebanannya tetap. Sementara pembebanan yang berasal dari penumpang tentunya bergantung pada jumlah penumpang yang berada di dalam kereta api.
Gambar 8 . Sumber beban pendinginan aktual pada infiltrasi maksimum dan minimum
Pada Gambar 8 diperoleh nilai beban kalor infiltrasi selama seminggu, perolehan nilai untuk Q sensible rata-rata adalah 3297,71  Watt dan Q  laten rata-rata adalah 0,81  Watt. Infiltrasi panas  sinsibel tentunya sangat bergantung  dengan  panas  yang  berasal  dari  udara  yang  masuk  melalui  sekat  pintu  kereta  dan  celah  ventilasi . Secara umum dapat dilihat bahwa infiltrasi panas sensibel mengalami fluktuasi sementara infiltrasi panas laten cenderung konstan.
Pada  Gambar  9  diperoleh  nilai  rata-rata  beban  kalor  pada  ventilasi,  nilai  sensibel  rata-rata  untuk  Q sebesar  3297,86  Watt  dan  Q  laten  rata-rata  7,94  Watt.  Ventilasi  panas  sinsibel  dipengaruhi  oleh  perpindahan panas  yang  berasal  dari  radiasi,  sehingga  hal  ini  bergantung  pada  pancaran  radiasi  panas  yang  didapatkan. Secara umum dapat dilihat bahwa ventilasi panas sensibel mengalami fluktuasi sementara ventilasi  panas laten cenderung konstan.
Beban  pendinginan  selama  seminggu  menghasilkan  TSH  rata-rata  6058,85Watt  dan  TLH  rata-rata 2178,2  Watt.  Kapasitas  pendinginan  yang  dipasang  di  gerbong  kereta  api  eksekutif  lebih  besar  dari  yang dibutuhkan. Total beban pendinginan terkecil terjadi pada hari Kamis sedangkan GTH terbesar terjadi pada har i Jumat.  Hal  ini  dipengaruhi  oleh  jumlah  penumpang  yang  berada  di  kereta  api.  Kapasitas  pendinginan  yang digunakan lebih besar dari total beban pendinginan aktual sebesar 8237,05 Watt.

## 5. KESIMPULAN
Menghitung  dan  mengkomparasikan   hasil  perhitungan  yang  ada  dengan  standar  yang  benar.  Maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
Berdasarkan  perhitungan  yang  telah  dilakukan,  total  beban  pendinginan  desain  gerbong  lebih  kecil  dari kapasitas pendinginan terpasang. Besarnya desain GTH berkisar antara 14899.86  -  21578.74 Watt, sedangkan kapasitas  pendinginan  yang  terpasang  adalah  34890  Watt.  Total  beban  pendinginan  aktual  adalah  antara 24445,8 Watt. Beban penumpang maksimum Qs = 3150,5 Watt, Ql = 3443,5 Watt sedangkan beban penumpang minimum Qs = 630,1 Watt, Ql = 688,7 Watt. Kondisi ruang penumpang gerbong KA Argo Parahyangan secara aktual berada dalam comfort zone pada psychometric chart.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Prianto,  Y.  T.  (2015). Analisis  Temperatur  dan  Sistem  Pengkondisian  Udara  Pada  Kereta  Eksekutif  Malam Bangunkarta. (Skripsi), Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
[2]  Saito,  H.&  Arismunandar,  W.  (1981).  Penyegaran  Udara.  Cetakan  ke-2.  Jakarta  :  Penerbit  PT  Pradnya Paramita.
[3] 2016. Direktorat Teknologi. PT. INKA (Persero).
[4]  Marjianto, A., & Mangindaan, D. (2020). Perancangan Sistem Tata Udara Ditinjau dari  Aspek Energi dan Biaya  pada  Bangunan  Hotel  di  Semarang. Engineering,  MAthematics  and  Computer  Science  (EMACS) Journal , 2 (3), 97-106.
[5]  Stoecker,  W.  F.,  &  Jones,  J.  W.  (1994).  Refrigerasi  dan  Sistem  Pengkondisian  Udara. Cetakan  Keempat. Terjemahan, Hara, Supratman. Erlangga, Jakarta .