Jadwal Kuliah. Senin. Rabu. Jam Ruang K103. Jam Ruang GK301

Transkripsi

1

2 Jadwal Kuliah Senin Jam Ruang K103 Rabu Jam Ruang GK301 2

3 Akses Internet Puskom FTUI Lab SPK TGP FTUI 3

4 Tujuan Pembelajaran Kuliah ini akan membangun pengetahuan proses (process knowledge) dari mata kuliah sebelumnya dan yang bersamaan dengan mata kuliah ini dan akan menekankan pada tiga persoalan yang sangat relevan untuk semua insinyur. Tiga persoalan tersebut adalah: perilaku dinamik, karena tidak ada proses yang beroperasi secara statik (steady-state) operasi proses, karena peralatan yang ada harus dioperasikan secara aman untuk mendapatkan keuntungan yang tinggi pengendalian otomatis, karena insinyur menerapkan keputusan operasi melalui teknologi komputer 4

5 Sasaran Pembelajaran SIKAP (ATTITUDE) KEMAHIRAN (SKILL) PENGETAHUAN (KNOWLEDGE) 5

6 SIKAP Proses tidak pernah berfungsi secara eksak seperti yang telah dirancang disebabkan oleh adanya ketidakpastian dan gangguan Fleksibilitas dalam bentuk kapasitas peralatan tambahan dan manipulated variable harus disediakan untuk mencapai kinerja yang diinginkan Feedback control dapat memperbaiki keselamatan, kualitas produk dan profit untuk pabrik yang dirancang secara baik 6

7 KEMAHIRAN Menggunakan skill belajar-mandiri dan sumbersumber penelitian (perpustakaan, internet, dsb.) untuk menginvestigasi dan melaporkan topik-topik pengendalian proses Bekerja secara efektif selama proyek kelompok mengevaluasi obyektif pengendalian, penyetelan lup (loop tuning) dan disain pengendalian Menerapkan problem-solving skill untuk analisis data proses 7

8 PENGETAHUAN Merumuskan dan menyelesaikan model dinamik dasar dari proses nyata. Juga, melakukan eksperimen pemodelan empirik, estimasi parameter, dan perbandingan dengan model dasarnya Mendefinisikan obyektif pengendalian dalam tujuh kategori dalam sebuah proses kimia Menyeleksi variabel untuk pengukuran dan manipulasi, berhubungan dengan instrumentasi pengendalian otomatis Mendisain sistem pengendalian lup tunggal dan jamak, termasuk kaskade dan berumpan-maju (feedforward) Menerapkan dan menyetel kontroler Menghubungkan dinamika proses dengan kinerja, misalnya, mampu menentukan dinamika berumpan-balik, dinamika gangguan dan frekuensi gangguan yang baik dan tidak-baik, dan menyarankan perubahan proses untuk kinerja proses yang diperbaiki 8

9 Proses Belajar Dengan WILMO (Web-based Interactive Learning MOdules) 1. Initial reading 2. Class participation 3. Web learning Modules 4. Course assignments 5. Study in depth Reading Revisit WEB Formulate own study questions 9

10 Satuan Acara Perkuliahan (SAP) PENGENDALIAN PROSES 3 SKS (GP32024) Dosen Asisten Tujuan : Ir. Setiadi, MEng. dan Ir. Abdul Wahid, MT. : 1. Teddy Sahat Yudianto H 2. Sang Made Kresna Andika : Kuliah ini akan membangun pengetahuan proses dari kuliah sebelumnya dan yang bersamaan dan akan menekankan pada tiga persoalan yang sangat relevan untuk semua insinyur. Tiga persoalan tersebut adalah: (1) perilaku dinamik, karena tidak ada proses yang beroperasi secara statik (steady-state); (2) operasi proses, karena peralatan yang ada harus dioperasikan secara aman untuk mendapatkan keuntungan yang tinggi; (3) pengendalian otomatis, karena insinyur menerapkan keputusan operasi melalui teknologi komputer. Textbook: T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition, McGraw-Hill, New York, 2000 Rujukan : 1. Smith & Corripio, Principles and Practice of Automatic Process Control, 1985, John Wiley 2. Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation, Prentice Hall, Jurnal : a. Computers & Chemical Engineering b. Journal of Process Control c. Chemical Engineering Science 4. Internet: a. (Homepage Kuliah) b. (WILMO) c. (Jagad PC) d. (Homepage B. W. Bequette) 5. Software: MATLAB with SIMULINK 10

11 JADWAL AKTIVITAS PEMBELAJARAN PENGENDALIAN PROSES Pertemuan ke TOPIK Textbook Chapter Sections Instrumentasi (Rujukan 4.b) Rujukan 1 1 Konsep Pengendalian CH 1 Section Objektif dan Manfaat Pengendalian CH 1& Memformulasikan dan Menyelesaikan Model Dinamik CH Section Melinearkan Model Non-Linear dan Solusi Numerik PD CH ( ) 6 QUIZ 1 dan Pembahasan 7 8 Transformasi Laplace CH Section Fungsi Alih CH 4.3, Figure Diagram Blok dan Mengkombinasikan Model CH , , Respons Dinamik Kualitatif CH , 5.7 Section Identifikasi Model Empirik CH QUIZ 2 MID SEMESTER 11

12 JADWAL AKTIVITAS PEMBELAJARAN PENGENDALIAN PROSES (Lanjutan) Pertemuan ke TOPIK Textbook Chapter Sections Instrumentasi (Rujukan 4.b) Rujukan 1 15 Feedback Loop CH 7 Section , Jenis Kontroler PID CH Penyetelan (Tuning) Kontroler PID CH Respons Frekuensi CH 4.5& Analisis Kestabilan CH QUIZ 3 23 Tutorial pada Kinerja Pengendalian CH Section 4 24 Implementasi Pengendalian Dijital CH Presentasi Tugas Kelompok FINAL TEST 12

13 Penugasan Semua dikerjakan dalam kelompok Ada dua bentuk tugas: Menyelesaikan soal Presentasi Bahan: Modul-modul di buku Bequette Paper dari beberapa jurnal Penilaian: Nilai presentasi dari dosen : 30% Nilai presentasi dari kelompok lain : 30% Nilai presentasi dari kelompok sendiri : 30% Nilai presentasi dari report hasil diskusi : 10% 13

14 Tugas Presentasi Dari modul-modul yang ada di buku Bequette: Stirred Tank Heaters Absorption Isothermal Continuous Stirred Tank Chemical Reactors Biochemical Reactors Diabatic CSTR Ideal Binary Distillation Dari jurnal: A two degree of freedom level control (Journal of Process Control) A direct synthesis tuning method of unstable first-order-plus-timedelay processes (Journal of Process Control) Closed-loop on-line process identification using a proportional controller (Chemical Engineering Science) An Industrial Dead-Time Compensating PI Controller (Control Engineering Practice) 14

15 Kelompok Tugas 15

16 Evaluasi NO KOMPONEN PERSENTASE (%) NO RENTANG NILAI BOBOT 1 Absensi A 2 Tugas/Quiz ,9 B 3 Akses WILMO ,9 C 4 Ujian Tengah Semester ,9 D 5 Ujian Akhir Semester ,9 E 16

17 Perkembangan Nilai Perkembangan Nilai Kendali % A B C D E/T Kelulusan 97/98 98/99 99/00 00/01 01/02 02/03 17

18

19 Tujuan Pembelajaran Saat aku menyelesaikan bab ini, ku ingin dapat melakukan hal-hal berikut. Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrol Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop) Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa contoh proses kimia 19

20 Kerangka Kuliah Kerangka kuliahnya adalah berikut ini: Kenapa Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang? Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian - Apa kerja sebuah sistem berumpan-balik? - Kenapa perlu pengendalian? - Kenapa pengendalian mungkin? - Di mana pengendalian dikerjakan? - Bagaimana pengendalian didokumentasikan? Workshop Petunjuk Belajar Mandiri 20

21 Kenapa Ada Kuliah Pengendalian Proses? Saat saya menjalankan percobaan kinetika, bagaimana saya menjaga suhu dan level pada harga yang diinginkan? Bagaimana saya membuat produk dengan kualitas tinggi secara konsisten saat terjadi perubahan sifat bahan baku? Berapa waktu yang saya perlukan untuk menanggapi situasi berbahaya? Setiap insinyur memerlukan pengetahuan dasar pengendalian. Banyak peluang karir yang menarik ada pada seorang spesialis teknik. 21

22 Bagaimana Sekarang dengan Kuliah Pengendalian? Kita mulai dengan analisis keadaan tunak (steady-state) karena itu lebih mudah dan penting. Kita membangun kepakaran dalam ilmu dasar (fluida, perpindahan kalor, termodinamik, dsb.) dan unit proses (distilasi, CSTR, dsb.). Kini kita punya contoh-contoh yang memerlukan pengendalian! Kita perlu menguasai pengendalian sebelum mengintegrasikan pengengetahuan kita dalam disain proses? Jadi ini merupakan saat yang penting untuk mempelajari bagaimana menyetir proses kimia. Dengan wawasan ini, kita akan dapat mendisain pabrik yang dapat dikendalikan secara aman dan menghasilkan produk yang berkualitas tinggi. 22

23 Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Mari kita lihat beberapa contoh pertama. Lalu, kita akan mengembangkan sebuah konsep umum. Gambarkan metode anda untuk mengendarai mobil Dapatkah anda mengendarai modil tanpa melihat kaca depan? Apa yang harus disediakan oleh perancang mobil? Bisakah disain yang baik menghilangkan kebutuhan akan stir? 23

24 Apa Kerja Sistem Berumpan-balik Mari kita lihat beberapa contoh pertama. Lalu, kita akan mengembangkan sebuah konsep umum. Gambarkan bagaimana bekerjanya pemanas di rumah Gambarkan perilaku dinamik dari T Apa yang harus disediakan oleh perancang rumah? Bisakah disain yang baik menghilangkan kebutuhan akan perubahan pemanasan? 24

25 Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Bagaimana siklus suhu? Apa cukup baik untuk semua variabel pada proses kimia? INGAT: jika ya, kuliah selesai! 25

26 Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Sistem pengendalian memunculkan tiga unsur dasar. Harga yang diinginkan CONTROLLER FINAL ELEMENT SENSOR PROSES Inputs Outputs 26

27 Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Apa unsur akhir yang khas untuk proses-proses kimia? Harga yang iinginkan (setpoint) FINAL ELEMENT Inputs CONTROLLER PROSES SENSOR Outputs Apa maksud arah panah itu? Bagaimana kita memilih lokasi sensor? 27

28 Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Harga yang iinginkan CONTROLLER FINAL ELEMENT Masukan PROSES SENSOR Keluaran KENDALI (kata kerja): Menjaga kondisi yang diinginkan dalan sebuah sistem fisik dengan menyesuaikan variabel-variabel yang dipilih dalam sistem tersebut. PENGENDALIAN BERUMPAN-BALIK (FEEDBACK CONTROL) mendayagunakan keluaran dari sistem untuk mempengaruhi masukan dari sistem yang sama. masukan = sebab keluaran = efek 28

29 Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Perhatian: Kesalahpahaman yang umum dalam istilah! Bahasa gaul Engineering & Science Negative feedback: Idiot lu! Positive feedback: Itu ide yang bagus. Trims! Bagus! Negative feedback: Aksi untuk mengurangi kesalahan dari yang diinginkan. Positive feedback: Aksi yang menaikkan kesalahan dari yang diinginkan. 29

30 Kenapa Pengendalian Perlu? Satu kata: GANGGUAN! Beri contoh-contoh dalam CSTR pada gambar berikut. v1 C B T A Kita ingin mencapai hal-hal berikut: 1. Kesalamatan (safety) 2. Proteksi lingkungan 3. Proteksi peralatan 4. Operasi yang lancar 5. Kualitas produk 6. Profit 7. Memonitor dan mendiagnosis v2 Bab 2 30

31 Kenapa Pengendalian Perlu? x D Satu kata: GANGGUAN! F R Beri contoh-contoh dalam menara distilasi pada gambar berikut. F V x B 31

32 Kenapa Pengendalian itu Mungkin? Pengendalian adalah mungkin bisa dilakukan hanya jika insinyur menyediakan peralatan yang dibutuhkan selama disain proses. Bagian 1: Peralatan pengendalian Komunikasi Final element v1 T Sensors C B A Computing and interface for person v2 Final element 32

33 Kenapa Pengendalian itu Mungkin? Pengendalian adalah mungkin bisa dilakukan hanya jika insinyur menyediakan peralatan yang dibutuhkan selama disain proses. Bagian 2: Peralatan pengendalian v1 Bagaimana kita menentukan volume reaktor? T A C B v2 Bagaimana kita menentukan luas perpindahan panas? 33

34 Di mana Pengendalian Dilakukan? Sensor, indikator lokal, dan katup dalam proses Tampilan variabel, kalkulasi, dan perintah ke katup ada di pusat kontrol Menunjukkan panel pengendalian tipe yang lebih lama 34

35 Di mana Pengendalian Dilakukan? Central control room Sensor, indikator lokal, dan katup dalam proses Tampilan variabel, kalkulasi, dan perintah ke katup ada di pusat kontrol. Menunjukkan panel kontrol modern berbasis komputer 35

36 Bagaimana Disain Pengendalian Didokumentasikan? Gambar perpipaan dan instrumentasi (P&I drawings) menyediakan dokumentasi. Sistem terlalu kompleks untuk digambarkan dalam kata-kata. Kita harus menggunakan simbol-simbol standar. FC F = flow TC A LC L = level P = pressure T = temperature A = Analyzer (mis. atau ph).. 36

37 BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 1 Anda sedang menerapkan pengendalian secara manual. Flow Control a. Jelaskan prinsip sensor aliran b. Jelaskan bagaimana final element mempengaruhi controlled variable. c. Jelaskan aksi yang benar bila anda ingin menaikkan controlled variable sensor pompa katup 37

38 BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 2 Anda sedang menerapkan pengendalian secara manual. Level Control a. Jelaskan prinsip sensor level b. Jelaskan bagaimana final element mempengaruhi controlled variable. c. Jelaskan aksi yang benar bila anda ingin menaikkan controlled variable sensor pompa katup 38

39 BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 3 Anda sedang menjual gas ke pelanggan berdasarkan pada aliran volumetrik pada kondisi standar. Anda memutuskan untuk menggunakan orifice meter untuk mengukur laju alirnya. Anda telah mempelajari bahwa densitas aliran gas bisa berubah -10% dari harga disainnya (diharapkan). Apa yang anda lakukan? Orifice meter Pabrik kami Pelanggan compressor valve 39

40 Pengantar Pengendalian Proses Bagaimana yang sedang kami lakukan? Menjelaskan konsep umpan-balik (feedback) yang diaplikasikan pada kontrol Menjelaskan dan mengidentifikasikan tiga unsur dalam lup berumpan-balik (feedback loop) Dapat menerapkan umpan-balik manual pada beberapa contoh proses kimia Banyak perbaikan, tapi kita perlu beberapa studi lagi! Baca textbook Tinjau catatannya, khususnya tujuan pembelajaran dan workshop Uji coba nasihat-nasihat belajar mandiri Tentunya, kita seharusnya punya tugas (assignment)! 40

41 BAB 1: SUMBER PELAJARAN Home page - Instrumentation Notes - Interactive Learning Module (Bab 1) - Tutorials (Bab 1/2) Textbook Appendix A on drawing symbols - Lihat rujukan untuk detail atau simbol 41

42 BAB 1: SARAN UNTUK BELAJAR MANDIRI 1. Tulis aturan (algoritma) yang anda gunakan saat anda mengendarai modil atau sepeda. 2. Rumuskan pertanyaan dengan jawaban dan tukar dengan anggota kelompok studi anda. 3. Temukan gambar P&I di salah satu textbook, jelaskan strategi, dan siapkan pertanyaan untuk dosen pada aspek yang anda tidak pahami. 4. Temukan contoh-contoh sistem pengendalian di rumahmu. (Petunjuk: lihat pada pemanasan, AC, tangki toilet, dan peralatan dapur yang otomatis. 42