Lesson
12
P-I-D Control

Instructional Objectives
At the end of this lesson, the student should be able to:
• Write the input-output relationship of a P-I-D controller
• Explain the improvement of transient response in closed loop with P-controller
• Explain the presence of offset in presence of simple P-controller
• Define Proportional Band
• Explain the elimination of steady state error with Integral Control.
• Define the error transfer function and compute steady state error
• Explain the advantages of P-I controller over simple P and I actions
• Explain the effect of P-D controller
• Recommend a suitable controller configuration for a particular process.
Introduction
In the last lesson, a brief introduction about a process control system has been given. The basic control loop can be simplified for a single-input-single-output (SISO) system as in Fig.1. Here we are neglecting any disturbance present in the system.

Psychrometric Processes-Air Conditioning (AC)

LESSON 28

PSYCHROMETRIC PROCESSES

Tujuan khusus dari kuliah ini adalah:

1. Pengenalan proses psychrometric dan gambarannya. (bagian 28.1)
2. Pentingnya proses psychrometric yaitu cooling dan heating sensibel, cooling dan dehumidification, cooling dan humidification, heating dan humidification, chemical dehumidification dan mixing aliran udara. (bagian 28.2)
3. Gambaran dari pada grafik proses psychrometric, persamaan untuk transfer panas dan tingkat massa yang tinggi. (bagian 28.2)
4. Konsep dari faktor kalor sensibel, faktor by-pass dan temperatur apparatus dew point (ADP) dari cooling coil. (bagian 28.2)
5. Prinsip dari Air Washer (pencuci udara) dan berbagai proses psychrometric yang dapat dilakukan dengan menggunakan Air Washer. (bagian 28.3)
6. Konsep dari potensi enthapi dan penggunaannya. (bagian 28.4)

Pada akhir kuliah mahasiswa harus dapat:

1. Menggambarkan berbagai proses psychrometric pada grafik psychrometric.
2. Melakukan kalkulasi untuk berbagai proses psychrometric menguunakan grafik psychrometric dan persamaannya.
3. Menetapkan faktor kalor sensibel, faktor by-pass, faktor kontak dan temperatur apparatus dew point (ADP).
4. Menjelaskan prinsip dari suatu Air Washer (pencuci udara) dan penggunaan praktisnya.
5. Memperoleh persamaan untuk tingkat total transfer kalor sensibel dari segi potensi dan menjelaskan penggunaan dari potensi enthalpi.

28.1. Pendahuluan

Didalam disain dan analisa dari perencanaan AC, syarat yang utama adalah mengidentifikasi berbagai proses yang dilakukan di udara. Setelah diidentifikasi, proses dapat dianalisa dengan menerapkan hukum dari kekekalan massa dan energi. Semua proses ini dapat direncanakan dengan mudah pada suatu grafik psychrometric. Hal ini sangat bermanfaat untuk pemberian gambaran dengan cepat dan juga untuk mengidentifikasi perubahan yang berlangsung ditempat yang penting seperti temperatur, rasio kelembaban, enthalpi dll. Pentingnya proses bahwa udara mengalami proses khusus dalam suatu perencanaan AC akan dibahas dibawah ini.

28.2. Proses Psychrometric

1. Sensibel Cooling (proses O-A):

Selama proses ini, kandungan kelembaban udara tetap konstan tetapi temperaturnya menurun karena aliran lebih dari cooling coil. Agar kadar air tetap konstan, permukaan dari cooling coil harus tetap kering dan temperatur permukaannya harus lebih besar dari temperatur pengembunan udara. Jika cooling coil 100% efektif, maka temperatur udara keluar akan sama dengan temperatur coil. Namun dalam prakteknya, temperatur udara keluar akan lebih tinggi daripada temperatur cooling coil. Gambar 28.1 menunjukkan proses cooling sensibel (O-A) pada suatu grafik psychrometric. Nilai transfer kalor selama proses ini diberikan oleh:

2. Sensible Heating (proses O-B):

Selama proses ini, kandungan kelembaban udara tetap konstan dan temperaturnya meningkat karena aliran lebih dari heating coil. Nilai transfer kalor selama proses ini diberikan oleh:

Dimana: C_pm = panas jenis kelembaban (≈1.0216 kJ/kg udara kering)

M_a = tingkat aliran massa udara kering (kg/s)

Gambar 28.2 menunjukkan proses heating sensibel dari suatu grafik psychrometric.

3. Cooling dan dehumidification (proses O-C):

Ketika udara lembab didinginkan dibawah titik embun dengan membawanya kontak dengan suatu permukaan yang dingin seperti ditunjukkan dalam gambar 28.3, sebagian dari uap air di udara akan mengembun dan meninggalkan aliran udara sebagai cairan, sebagai hasil keduanya temperatur dan rasio kelembaban udara seperti yang ditunjukkan. Proses ini bervariasi tergantung jenis dari dinginnya permukaan, temperatur permukaan dan kondisi aliran, untuk kemudahan garis proses diasumsikan sebagai sebuah garis lurus. Tingkat kalor dan transfer massa dapat dinyatakan dalam kondisi awal dan akhir dengan menerapkan kekekalan massa dan persamaan konversi energi seperti yang diberikan dibawah ini:

Dengan menerapkan massa untuk keseimbangan air:

Dengan menerapkan keseimbangan energi:

Dari dua persamaan diatas, beban dari cooling coil, Q_t diberikan oleh:

Dua istilah pada RHS dari persamaan diatas biasanya kecil dibandingkan dengan istilah lain, sehingga dapat diabaikan. Dengan demikian:

Hal ini dapat dilihat bahwa proses cooling dan de-humidfication melibatkan kedua proses transfer kalor laten dan sensibel, sehingga total, transfer kalor laten dan sensibel (Q_t, Q_l dan Q_s) dapat ditulis dengan:

Dimana:

Dengan memisahkan total transfer kalor dari tingkat cooling coil menjadi sensibel dan tingkat transfer kalor laten, penggunaan parameter Sensible Heat Factor (SHF) dapat ditetapkan. SHF didefinisikan sebagai rasio total untuk transfer kalor yang tinggi, yaitu:

Dari persamaan diatas, kita dapat menyimpulkan bahwa SHF 1.0 tidak cocok dengan transfer kalor laten dan SHF 0 tidak cocok dengan transfer kalor sensibel. SHF dari 0,75 ke 0.80 sangat umum disistem AC biasa dalam sebuah iklim kering. Penurunan SHF, kira-kira 0.6 berarti beban kalor laten tinggi seperti yang terjadi di iklim lembab.

Dari gambar 28.3, dapat dilihat bahwa kemiringan garis proses O-C diberikan oleh:

Dari definisi SHF,

Dari persamaan diatas, kita dapat menulis kemiringan seperti:

Dengan demikian kita dapat melihat kemiringan garis dari cooling dan dehumidification adalah murni sebuah fungsi dari faktor kalor sensibel, SHF. Oleh karena itu, kita dapat menggambarkan garis cooling dan dehumidification pada grafik psychrometric jika keadaan awal dan SHF diketahui. Dibeberapa grfik psychrometrik standar, sebuah busur derajat dengan nilai yang berbeda dari SHF telah diberikan. Garis proses diambil melalui titik keadaan awal dan secara parallel diberikan garis SHF dari busur derajat seperti ditunjukkan pada gambar 28.4.

Dari gambar 28.3, temperatur T_s efektif adalah suhu permukaan dari cooling coil, dan dikenal sebagai temperatur apparatus dew point (ADP). Dalam situasi ideal, ketika semua udara yang datang sempurna dan kontak dengan permukaan cooling coil, maka suhu udara keluar akan sama dengan ADP dari coil. Namun, dalam kasus sebenarnya suhu udara keluar akan selalu lebih besar dari ADP karena suhu pertumbuhan batas lapisan aliran udara diatas permukaan cooling coil dan juga karena variasi suhu disepanjang sirip-sirip, dll. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan faktor by-pass (BPF) seperti:

Atau, faktor kontak (CF) dapat ditentukan dengan:

4. Heating dan Humidification (proses O-D):

Selama musim dingin perlu sekali memanaskan dan melembabkan ruangan sebagai kenyamanan. Seperti ditunjukkan dalam gambar 28.5, yang pertama kali dilakukan biasanya memanaskan udara dengan sesuai kemudian menambahkan uap air pada aliran udara melalui pipa uap, seperti ditunjukkan pada gambar.

Keseimbangan massa uap air untuk mengontrol volume hasil rasio pada uap yang akan ditambahkan, yaitu m_w:

Dimana: m_a = laju aliran massa udara kering

Dari keseimbangan energi:

Dimana: Q_h = Panas yang diberikan melalui heating coil

H_w = Enthalpi uap

Karena proses ini juga melibatkan transfer kalor dan massa secara bersamaan, kita dapat menentukan faktor kalor sensibel untuk proses dengan cara yang sama dalam proses cooling dan dehumidification.

5. Cooling dan Humidification (proses O-E)

Sesuai dengan namanya dalam proses ini, suhu udara turun dan kelembaban air meningkat. Proses ini dapat dilihat pada gambar 28.6. seperti pada gambar, proses ini dapat dilakukan dengan penyemprotan air dingin ke dalam aliran udara. Suhu air harus lebih rendah dari suhu bola kering pada udara tetapi lebih tinggi dari suhu titik pengembunan untuk menghindari kondensasi (T_DPT <>_W <>_O).

Hal ini dapat dilihat bahwa selama ini ada proses transfer sensibel dari udara panas ke air panas laten dan transfer dari air ke udara. Dengan demikian, total transfer panas tergantung dari suhu air. Jika suhu air disemprotkan sama dengan suhu bola basah dari udara, maka nilai net transfer akan nol sebagai transfer kalor sensibel dari udara ke air akan sama dengan transfer kalor laten dari air ke udara.jika suhu air lebih besar daripada WBT, maka disana akan net transfer kalor dari air ke udara. Jika suhu air kurang dari WBT, maka net transfer kalor aka nada dari udara ke air. Dalam kasus khusus ketika air disemprotkan sepenuhnya dan tidak ada sirkulasi pemanasan maupun pendinginan, sistem isolasi disempurnakan dan make-up air disertakan pada WBT. Kemudian pada keadaan stabil, udara mengalami proses kejenuhan adiabatic, selama itu WBT tetap konstan. Proses cooling dan dehumidification ditemui diberbagai perangkat seperti alat pendingin evaporator, cooling towers, dll.

6. Heating dan dehumidification (proses O-F):

Proses ini dapat dicapai dengan menggunakan bahan hidroskopic, yang mana menyerap atau menghisap uap air dari kadar air. Jika proses ini panasnya diisolasi, maka enthalpi dari udara tetap konstan. Sebagai akibat suhu udara meningkat seperti kadar air menurun yang terlihat dalam gambar 28.7. hidroskopic ini dapat menjadi bahan padat atau cairan. Umunya, penyerapan air oleh bahan hidroskopic merupakan reaksi isothermis, sebagai akibat panas dilepaskanselama proses ini, yang ditransfer ke udara dan enthalpi udara meningkat.

7. Mixing of air streams:

Mixing aliran udara diberbagai keadaan umumnya dijumpai dibanyak proses, termasuk di AC. Tergantung keadaan masing-masing aliran, proses mixing dapat dilakukan dengan atau tanpa kondensasi uap air.

i). Tanpa kondensasi

Gambar 28.8 menunjukkan sebuah mixing adiabatic dari dua aliran udara lembab yang selama kondensasi uap air tidak terjadi. Seperti pada gambar ketika dua aliran udara dikeadaan campuran titik 1 dan 2, akibat kondisi 3 dapat diperoleh dari keseimbangan massa dan energi.

Keseimbangan dari massa udara kering dan uap air:

Dari keseimbangan energi:

Dari persamaan diatas, dapat disimpulkan bahwa enthalpi akhir dan rasio kelembaban adalah mixing berat rata-rata dari enthalpi masuk dan rasio kelembaban. Secara umum berlakunya pendekatan suhu final dari mixing adalah berlakunya temperatur masuk. Dengan pendekatan ini, pada titik grafik psychrometric menggambarkan campuran terletak pada garis lurus yang menghubungkan dua keadaan masuk. Denga demikian, jarak rasio garis, yaitu (1-3) / (2-3) adalah sama dengan rasio dari nilai aliran m_a,2/m_a,1. Hasil kesalahan (karena diasumsikan bahwa spesifik kelembaban kalor menjadi konstan) biasanya kurang dari 1%.

ii) Mixing dengan kondensasi

seperti ditunjukkan pada gambar 28.9, saat udara yang sangat dingin dan kering dicampur dengan udara hangat pada kelembaban yang relativ tinggi, akibatnya kondisi campuran terdapat dalam dua tahap bagian. Sebagai hasilnya akan ada kondensasi uap air dan beberapa jumlah air akan meninggalkan sistem air seperti cairan. Karena ini, rasio kelmbaban hasil campuran (poin 3 akan kurang dari poin 4). Bersamaan dengan ini suhu udara akan meningkat akibat pelepasan kalor laten kondensasi. Proses ini jarang terjadi disebuah sistem AC, tetapi hal ini adalah fenomena hasil pembentukan kabut atau pembekuan (jika suhu campuaran dibawah 0^oC). ini terjadi dimusim dingin ketika udara dingin mendekati campuran bumi dengan udara lembab dan hangat, berkembang kearah malam atau setelah hujan.

28.3 Air Washers

Sebuah Air washers (pencuci udara) merupakan suatu perangkat untuk AC. Seperti ditunjukkan dalam gambar 28.10, didalam air washers, udara yang datang konyak langsung dengan penyemprot air dan disana akan ada pertukaran panas dan massa (uap air) antara udara dan air. Kondisi udara keluar tergantung pada suhu air penyemprot didalam air washers. Dengan demikian ada kemungkinan untuk mengontrol kondisi udara keluar, yang kemudian dapat digunakan untuk tujuan AC.

Didalam air washers (pencuci udara), rata-rata suhu cairan air dihubungkan dengan udara untuk menentukan arah transfer kalor dan massa. Konsekuensi dari dua teori ini, transfer kalor antara udara dan cairan air akan ke arah penurunan suhu yang tinggi. Demikian pula massa akan menstransfer kearah penurunan uap tekanan tinggi. Misalnya:

1. Cooling dan dehumidification: t_w <>_DPT, karena enthalpi keluar dari udara kurang dari nilai masuk, dari keseimbangan energi dapat menunjukkan bahwa ada transfer energi total dari udara ke air. Oleh karena itu untuk melanjutkan proses, air harus didinginkan secara eksternal. Berikut kedua transfer kalor laten dan sensibel dari udara ke air. Hal ini ditunjukkan oleh proses O-A dalam gambar 28.11.
2. Adiabatic saturation (kejenuhan adiabatic): t_w = t_WBT , disini transfer panas sensibel dari udara ke air persis sama dengan kalor laten dari air ke udara. Oleh karena itu, tidak memerlukan pendinginan eksternal atau kalor air. Yang ini adalah suatu kasus murni dari sirkulasi ulang air. Hal ini terlihat pada proses O-B dalam gambar 28.11. proses ini terjadi dalam sebuah evaporative cooler dengan penyekat sempurna.
3. Cooling dan humidfication: t_DPT< t_w < t_WBT. Disini transfer kalor sensibel dari udara ke air transfer kalor laten dari air ke udara, tetapi total transfer kalor adalah dari udara ke air, maka air harus didinginkan secara eksternal. Hal ini ditunjukkan oleh proses O-C dalam gambar 28.11.
4. Cooling dan humidification: t_WBT < t_w < t_DBT, disini transfer kalor sensibel dari udara ke air dan transfer kalor laten dari air ke udara, tetapi total transfer kalor adalah dari air ke udara, maka air harus dipanaskan secara eksternal. Hal ini ditunjukkan oleh proses O-D dalam gambar 28.11. Proses ini terletak didalam cooling towers. Aliran udara ekstra panas dari air panas yang datang dari kondensator, dan air dingin dikirim kembali ke kondensator.
5. Heating dan humidfication: t_w > t_DBT, berikut kedua transfer kalor sensibel dan laten dari air ke udara, maka air harus dipanadkan secara eksternal. Hal ini ditunjukkan oleh proses O-E dalam gambar 28.11.

Dengan demikian dapat dilihat bahwa air washers sepanjang tahun bekerja di sistem AC. Walaupun air washers merupakan perangkat udara yang sangat berguna, tetapi biasanya tidak digunakan untuk kenyamanan aplikasi AC karena kekhawatiran tentang kesehatan dari bakteri atau tumbuhan basah pada permukaan. Namun air washers ini dapat digunakan pada aplikasi industri.

28.4. Enthalpi potensial

Seperti ditunjukkan dalam kasus sebuah air washers, ketika air (atau permukaan basah) dan udara kontak satu sama lain, ada kemungkinan dai transfer kalor dan moist diantara mereka. Arah dari transfer kalor dan moist tergantung perbedaan suhu dan tekanan uap antara udara dan air. Akibatnya, arah dari nilai total transfer panas laten juga tergantung dari kondisi air dan udara. Konsep dari potensi enthalpi sangat berguna dalam mengukur total transfer kalor diproses ini dan arahnya.

Nilai transfer kalor sensibel (Q_s) dan laten (Q_l) diberikan oleh:

Transfer panas total (Q_T) diberikan oleh:

Dimana: t_a = suhu bola kering udara, ^oC

t_i = suhu air/permukaan basah, ^oC

w_a = rasio kelembaban air, kg/kg

w_i = rasio kelembaban udara jenuh pada t_i, kg/kg

h_c = Covective koefisien transfer panas, W/m².^oC

h_D = Convective koefisien transfer massa, kg/m²

h_fg = kalor laten dari penguapaun. J/kg

karena mekanisme transport yang menguasai bahwa kontrol konfeksi transfer kalor antara udara dan air, juga kontrol kelembaban antara udara dan air. Disana ada hubungan antara koefisien transfer kalor dan massa, h_c dan h_D sebagaimana akan dibahas di bab selanjutnya. Hal itu ditunjukkan bahwa pencampuran untuk udara-uap air adalah:

Dimana: C_pm = kelembaban panas spesifik ≈ 1.0216 kJ/kg.K.

Dengan demikian total transfer panas:

Dengan memanipulasi istilah dalam kurung dari RHS, kita dapat menunjukkan bahwa:

Sehingga total transfer panas dan arah tergantung pada perbedaan enthalpi (potensial) antara air dan udara (h_i-h_a).

Jika h_i > h_a ; maka total transfer panas dari air ke udara adalah untuk memperoleh air dingin

Jika h_i <>_a ; maka transfer panas dari udara dan air untuk mendapatkan air hangat

Jika h_i = h_a ; maka net panas total adalah nol, yaitu nilai transfer panas sensibel adalah sama tetapi untuk arah yang berlawanan dari transfer kalor laten. Temperatur dari air tetap dengan nilai suhu bola.

Konsep enthapi sangat penting untuk digunakan didalam perhitungan psychrometric dan menganalisa evaporative coolers, sooling towers, air washers dan lain-lain.

Pertanyaan dan jawaban:

1. Pernyataan berikut mana yang BENAR?

a) Selama cooling sensibel udara, kedua temperatur bola kering dan bola basah akan berkurang

b) Selama cooling sensibel udara, tempertur bola kering berkurang tetapi temperatur bola basah tetap konstan

c) Selama cooling sensibel udara, temperatur bola kering dan bola basah berkurang tetapi temperatur dew point (titik embun) tetap konstan

d) Selama cooling sensibel udara, temperatur bola kering, bola basah dan dew point berkurang

Jawaban.: a) dan c)

2. Pernyataan berikut mana yang BENAR?

1. Faktor kalor sensibel untuk suatu proses heating sensibel 1.0
2. Faktor kalor sensibel untuk suatu proses cooling sensibel 0.0
3. Faktor kalor sensibel selalu berada diantara 0.0 dan 1.0
4. Faktor kalor sensibel rendah untuk rencana pengoperasian AC dalam cuaca lembab

Jawaban: a) dan d)

3. Pernyataan berikut mana yang BENAR?

1. Seperti faktor by-pass (BPF) dari kenaikan cooling coil, perbedaan temperatur diantara berkurangnya udara outlet dari coil dan ADP coil
2. BPF dari coil meningkat selama kecepatan udara melalui coil meningkat
3. BPF dari coil meningkat selama bubungan sirip meningkat
4. BPF dari coil berkurang selama banyaknya baris dalam arah aliran meningkat

Jawaban: b), c) dan d)

4. Pernyataan berikut mana yang BENAR?

1. Selama proses cooling dan humidification, entalpi udara berkurang
2. Selama proses cooling dan humidification, entalpi udara meningkat
3. Selama proses cooling dan humidifcation, entalpi udara tetap konstan
4. Selama proses cooling dan humidification, entalpi udara boleh meningkat, berkurang atau tetap konstan tergantung dari temperatur permukaan basah

Jawaban: d)

5. Suatu aliran udara pada laju alir 1 kg/s dan DBT 30^oC pencampuran adiabatis dengan aliran udara lain yang mengalir dengan aliran massa 2 kg/s dan DBT 15^oC. Di asumsikan tidak ada kondensasi yang berlangsung, temperatur campuran kira-kira sama dengan:

1. 20^oC
2. 22.5^oC
3. 25^oC
4. Tidak bisa ditemukan

Jawaban: a)

6. Pernyataan berikut mana yang BENAR?

1. Didalam air washers, air harus didinginkan secara eksternal jika temperatur yang disemprotkan sama dengan suhu udara bola kering
2. Didalam air washers, air harus dipanaskan secara eksternal jika temperatur yang disemprotkan sama dengan suhu udara bola kering
3. Didalam air washers, jika sirkulasi ulang air sederhana, maka enthalpi udara hampir tetap konstan di steady state
4. Didalam air washers, jika sirkulasi ulang air sederhana, maka kembaban udara hampir tetap konstan di steady state

7. Pernyataan berikut manakah yang BENAR?

1. Ketika enthalpi udara sama dengan enthalpi udara jenuh pada temperatur permukaan basah, maka disana tidak ada transfers kalor sensibel antara udara dan permukaan basah
2. Ketika enthalpi udara sama dengan enthalpi udara jenuh pada temperatur permukaan basah, maka disana tidak ada transfer kalor laten antara udara dan permukaan basah
3. Ketika enthalpi udara sama dengan enthalpi udara jenuh pada temperatur permukaan basah, maka disana tidak ada transfer kalor net antara udara dan permukaan basah
4. Ketika enthalpi udara sama dengan enthalpi udara jenuh pada temperatur permukaan basah, maka temperatur bola kering dari udara tetap kostan

Jawaban: c dan d

8. Apa yang diperlukan wattage (jumlah watt) dari electric heater agar panasnya 0.1 m³/s, dari suhu udara 15^oC dan RH 80% untuk suhu 55^oC? tekanan barometric adalah 101.325 kPa.

Jawaban: Air mengalami pemanasan sensibel karena arus melalui electrical heater

Dari keseimbangan energi, jumlah watt panas yang diperlukan (W) diberikan oleh:

Dimana: V_a = Volumetric flow rate of air in m³/s

v_a = Specific volume of dry air

T_e dan T_i = Temperatur udara masuk dan keluar

C_pm = Average specific heat of moist air (≈1021.6 J/kg.K)

Menggunakan gas model sempurna, volume spesifik udara kering didapat:

Pada suhu 15^oC dan RH 80%, tekanan uap p_v didapatkan 1.364 Kpa menggunakan grafik psychrometric atau persamaan.

Subsitusi nilai-nilai R_a, T, p_t dan p_v dalam persamaan volume spesifik, kita mendapatkan nilai volume spesifik 0.8274 m³/kg.

9. 0,2 kg / s dari udara lembab pada suhu 45^oC (DBT) dan RH 10% dicampur dengan 0,3 kg / s dari udara lembab pada suhu 25^oC dan rasio kelembaban 0.018 kgw/kgda disebuah ruang pencampuran adiabatic. Setelah pencampuran, campuran udara pemanas ke suhu akhir dari 40^oC menggunakan heater. Didapat temperatur dan kelembaban relatif dari udara setelah pencampuran. Didapat nilai transfer panas dalam heater dan kelembaban relatif udara keluar dari heater. Diasumsikan tekanan barometrik 1 atm.

Jawab: diberikan,

Stream 1: mass flow rate, m1 = 0.2 kg/s; T = 45^oC and RH = 10%.

Menggunakan persamaan psychrometric atau diagram psychrometric, rasio kelembaban dan enthalpi stream 1 didapat dengan:

Stream 2: mass flow rate, m2 = 0.3 kg/s; T = 45oC and W = 0.018 kgw/kgda

Menggunakan persamaan psychrometric atau diagram psychrometric, rasio kelembaban dan enthalpi stream 2 didapat dengan:

Untuk proses pencampuran adiabatic, dari keseimbangan massa:

Dari energi keseimbangan (asumsi panas spesifik dari udara moist tetap konstan):

Untuk proses pemanasan sensibel dalam heater:

kelembaban relatif keluar dari heater diperoleh dari nilai DBT 40^oC dan rasio kelembaban (0.0132 kgw/kgda) menggunakan diagram atau persamaan psychrometrik. hal ini didapatkan dengan:

10. Sebuah cooling towers yang digunakan untuk mendinginkan air kondensor pada sistem refrigerasi memiliki tingkat penolakan panas 100 kW. Didalam cooling towers udara masuk pada 35^oC (DBT) dan 45^oC (WBT) dan meninggalkan cooling towers pada DBT 26^oC kelembaban relatif 95%. Apa yang diperlukan tingkat udara masuk ke cooling towers dalam m³/s. Berapa jumlah make-up air yang diberikan? suhu dari make-up air pada 30^oC, dimana enthalpi (h_w) dapat diambil 125.4 kJ/kg. Disumsikan tekanan barometrik 1 atm.

Jawab:

At the inlet to cooling tower: DBT = 35^oC and WBT = 24^oC

Dari diagram atau persamaan psychrometrik berikut nilai-nilai yang diperoleh untuk inlet:

At the outlet to cooling tower: DBT = 26oC and RH = 95%

Dari diagram atau persamaan psychrometrik berikut nilai-nilai yang diperoleh untuk outlet:

Subsitusi nilai-nilai enthalpy dan rasio kelembaban pada inlet dan outlet dari cooling towers dan enthalpi dari make-up air dalam pernyataan diatas, kita memperoleh:

Dengan demikian,

Jumlah make-up air diperlukan mw diperoleh dari keseimbangan massa seperti:

11. Dalam suatu sistem AC pada flow rate 2 kg/s masuk cooling coil pada 25^oC dan RH 50% dan meninggalkan cooling coil pada 11^oC dan RH 90%. ADP dari cooling coil adalah 7^oC. Carilah:

1. Yang diperlukan kapasitas pendingin dari coil
2. Proses faktor panas sensibel
3. Faktor by-pass dari cooling coil

Diasumsikan tekanan barometrik 1 atm, asumsi air kondensasi meninggalkan coil pada ADP (hw = 29.26 kJ/kg).

Jawab:

Pada saat inlet ke cooling coil; T = 25oC and RH = 50%

Dari diagram psychrometrik; W_i = 0.00988 kgw/kgda and h = 50.155 kJ/kgda

Pada saat outlet dari cooling coil; T = 11oC and RH = 90%

Dari diagram psychrometrik; W_o = 0.00734 kgw/kgda and h = 29.496 kJ/kgda

1. Dari keseimbangan massadiseluruh cooling coil, nilai kondensasi,m_w adalah:

Dari keseimbangan energi diseluruh cooling towers, diperlukan kapasitas cooling coil, Q_c diberikan oleh:

2. Nilai transfer kalor sensibel, Q_s diberikan oleh:

Nilai transfer kalor laten, Q_l diberi oleh:

Faktor kalor sensibel (SHF) diberi oleh:

3. Dari definisi yang digunakan, faktor by-pass coil, BPF diberikan oleh:

Perbedaan kecil anatara Q_c dan (Q_s + Q_l) adalah karena penggunaan rata-rata untuk panas spesifik, C_pm dan kalor laten dari uap, h_fg.

Manajemen Pabrik

Nature of Organization

Ruang lingkup suatu organisasi meliputi:

1. Orangyang menjalankan perusahaan
2. Tempat yang didiami
3. Wewenang dan tanggungjawab yang dijalankan
4. Kerangka hubungan dimana mereka berhubungan satu sama lain
5. Mekanisme yang dilalui ketika menyelenggarakan dan mengkoordinasikan aktivitas dalam perusahaan

Tujuan organisasi:

Pengorganisasian memiliki tujuan untuk menghasilkan suatu hubungan dengan sesedikit mungkin gesekan antarindividu, focus pada sasaran, tanggungjawab masing-masing terdefinisikan dengan jelas, serta memfasilitasi pencapaian tujuan/sasaran

Development of Plan of Organization

Sebelum menyusun rencana organisasi harus ditetapkan terlebih dahulu dasar-dasar organisasi, yaitu:

1. Policy

Adalah semua ketentuan dan aturan yang harus diikuti dalam menjalankan proses produksi.

Kebijakan haus didasarkan pada investigasi dan analisa yang cermat dan teliti serta penghargaan atas konsekuensinya, baik ataupun buruk.

Policy enforcement →executive action →quality of leadership

2. Authority

Adalah hak seseorang untuk meminta oranglain untuk melakukan tugas tertentu. Wewenang adalah hak untuk bertindak, memutuskandan memerintah.

3. Responsibility

Adalah keadaan untuk dimintai pertanggungjawaban atas tugas yang telah dilakukan. Wewenang pada umumnya diberikan kepada seseorang yang dianggap dapat bertanggungjawab.

Seorang pimpinan harus:

• Secara moral dapat dipercaya
• Memiliki rasa tanggungjawab yang besar.
• Moral dan kemampuan harus sepadan
• Memiliki kemampuan untuk menciptakan akhlak baik pada bawahannya

4. Tugas/kewajiban

Tugas adalah kegiatan yang harus dilakukan seseorang berkenaan dengan posisinya dalam organisasi.

Industrial Organization Design

Kadang-kadang dalam satu level posisi diperlukan pembagian kerja karena:

1. Volume pekerjaan yang harus dikerjakan
2. Perbedaan kemampuan dan ketrampilan
3. Latar belakang pengetahuan yang diperlukan untuk melakukan pekerjaan

Allotment of duties in an organization

Duties in organization are allotedby :

1. By person
2. Within physical boundary
3. By production
4. By equipment

Bridge of Fayol

Organization Charts

Memberikan gambaran suatu organisasi dan menunjukkan posisi masing-masing individu dan hubungan dengan yang lain dalam struktur organisasi.

PLANT LAYOUT

Layout: susunan mesin-mesin dan peralatan produksi suatu pabrik.

Susunan peralatan mempengaruhi:1. Efisiensi 2. Laba 3. Kelangsungan perusahaan

Kerugian lay out yang buruk:

1. Bahan-bahan bergerak lambat
2. Handling cost tinggi
3. Working area penuh dengan bahan atau hasil produksi
4. Bahan dalam proses sering rusak atau hilang
5. Penyelesaian produksi tidak tepat waktu
6. Pembongkaran barang-barang lambat, karena tempat penerimaan barang tidak dapat segera dikosongkan.

Tujuan layout yang baik: Efisiensi

1. Jarak pengangkutan material →material handling cost
2. Waktu produksi, Biaya produksi
3. Keselamatan kerja
4. Hasil produksi
5. Flexibilitas
6. Kenyamanan kerja
7. Tata ruang lebih efisien
8. Maintenance lebih mudah dilakukan

Cara pengaturan layout :

1. Berdasarkan proses Process lay out
2. Berdasarkan arus Product layout dan Gabungan
3. Pemilihan jenis tergantung jenis/ tipe proses produksi.

Process lay out

• Mesin/peralatan yang sama dalam suatu area/ bagian yang sama
• Sesuai untuk pabrik yang membuat barang berdasarkan pesanan

Keuntungan Process Layout

• Investasi lebih rendah
• Flexible
• Biaya produksi rendah
• Jika ada kerusakan mesin bisa digantikan dengan mesin yang lain
• Mudah melakukan pengontrolan

Kerugian Process Layout :

• Perencanaan dan perhitungan biaya produksi sulit untuk dilakukan
• Material handling dan material transportation cost tinggi
• Koordinasi dan pengawasan sukar

Product layout :

• Mesin-mesin dan fasilitas produksi diatur menurut urutan-urutan proses produksi.
• Proses produksi → lay out
• Biasanya untuk industry yang menghasilkan produksi massal

Keuntungan product layout :

• Dapat digunakan mesin otomatis, termasuk conveyor.
• Pengawasan mesin lebih mudah dan pengawasan produksil ebih bisa disederhanakan
• Kebutuhan material dapat dijadwalkan lebih tepat

Kerugian product layout :

• Pekerjaan mudah terheni
• Tidak fleksible
• Kapasitas produksi sudah tertentu.
• Sifat pekerjaan monoton produktivitas kerja
• Investasi tinggi.

Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam penyusunan layout :

• Jenis product, Urutan produksi, Kebutuhan ruangan
• Peralatan yang diperlukan, Maintenance dan replacement,
• Keseimbangan kapasita smesin
• Minimum movement, Aliran material,
• Fasilitas kerja, Tata udara, Flexibilitas.

Tahapan-tahapan pembuatan lay out :

• Plant inventory ( daftar, gambardan ukuranmesin)
• Group outline
• Alat-alat pembantu
• Metode investigasi
• Daerah mesin

Machine blok plan, Shop floor layout