BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA PENGENDALIAN PROSES

Transkripsi

1 BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA PENGENDALIAN PROSES Disusun oleh: BAMBANG HERU SUSANO, S,M Departemen eknik Kimia Fakultas eknik Universitas Indonesia Agustus 2008

2 BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA PENGANAR Metode pemelajaran harus terus dilakukan pengembangan agar proses belajarmengajar berjalan dengan lebih baik. Mata ajar Pengendalian Proses adalah mata ajar yang dianggap sulit oleh mahasiswa. Hal utama yang membuat sulit mahasiswa adalah digunakannya pemodelan matematika hampir di seluruh materi yang diajarkan. Sementara mengendalikan suatu proses adalah sesuatu yang nyata. Saat ini paradigma pemelajaran diorientasikan pada peserta didik atau pemelajar (student-center learning), dimana pengajar menjadi fasilitator bagi pemelajar. Kegiatan aktif belajar lebih ditekankan pada kebutuhan belajar dari pemelajar. Oleh karena itu karakteristik belajar lebih disesuaikan dengan kepentingan pemelajar. Dukungan perkembangan dunia maya melalui internet saat ini telah sangat pesat. Dimana penggunaan web sebagai penunjang proses belajar-mengajar terus mengalami peningkatan. Kelebihan penggunaan web yang terutama adalah mahasiswa bisa belajar di manapun ia berada, asalkan terakses dengan internet. Dengan demikian pengembangan mata ajar Pengendalian Proses berbasis teknologi informasi dan komunikasi diharapakan dapat mengatasi kesulitan-kesulitan yang selama ini dialami peserta mata ajar ini. Dampak yang diharapkan adalah peningkatan pemahaman terhadap mata ajar ini dan selanjutnya tercapai nilai yang memuaskan. Guna memudahkan dalam pelaksanaan proses pemelajaran dan evaluasi nantinya, maka diperlukan perancangan dan pendokumentasian rencana pemelajaran dalam bentuk BRP (Buku Rancangan Pemelajaran) dan BPKM (Buku Pedoman Kerja Mahasiswa). Agustus 2008 Penyusun 2 dari 15

3 DAFAR ISI BAB 1 : INFORMASI UMUM 4 BAB 2 : SASARAN PEMELAJARAN 6 BAB 3 : POKOK BAHASAN, SUB POKOK BAHASAN DAN RUJUKAN 7 BAB 4 : MARIKS KEGIAAN PERKULIAHAN 10 BAB 5 : UGAS DAN LAIHAN 12 BAB 6 : EVALUASI PEMELAJARAN 15 3 dari 15

4 BAB 1 : INFORMASI UMUM Nama mata ajar : Pengendakian Proses Kode mata ajar : CHS31024 Diberikan pada : Semester 5 (S1 Reguler) dan Semester 8 (S1 Ekstensi) Jumlah sks : 3 Jenis sks : 3 x 50 menit pemelajaran kuliah 3 x 50 menit latihan/persiapan mandiri 3 x 3 x 50 menit diskusi di forum atau praktek atau mengerjakan proyek Prasyarat : Kalkulus, Aljabar Linear, ermodinamika, Pepindahan Massa, Metode Numerik, Matematika erapan dan Pemodelan, Neraca Massa dan Energi Kaitan dengan mata ajar lain : Lihat bagan Dosen : Bambang Heru Susanto, S.M bambanghs@che.ui.edu utor : 1. Mahasiswa A 2. Mahasiswa B Bagan hubungan dengan mata kuliah lain: M.A Dasar eknik M.A Dasar eknik Kimia Matematika : - Kalkulus - Aljabar Linea Metode Numerik ermodinamika Perpindahan Panas Neraca Massa & Energi Perancangan Alat Proses Pengendalian Proses Pemodelan & Matematika erapan eknik Reaksi Kimia Perpindahan Massa sebelumnya saat bersamaan 4 dari 15

5 Petunjuk dan Bagan Keseluruhan Proses Perkuliahan 5 dari 15

6 BAB 2 : SASARAN PEMELAJARAN 2.1. Sasaran Pemelajaran erminal : Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah dinamika proses reaksi kimia, maka mahasiswa mampu menerapkan kaidah-kaidah pengendalian proses untuk mengatasi masalah tersebut sesuai yang diajarkan Sasaran Pemelajaran Penunjang : 1. Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah tentang penyebab dinamika pada proses reaksi kimia, maka mahasiswa mampu menjelaskannya dengan konsep pengendalian umpan-balik (feedback control) sesuai yang diajarkan. 2. Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah tentang dinamika proses kimia, maka mahasiswa mampu mengklasifikasikannya dalam prioritas tujuan pengendalian dan variabel yang mempengaruhinya sesuai yang diajarkan.. 3. Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah tentang dinamika proses kimia yang senantiasa berulang terjadi, maka mahasiswa mampu mempresentasikannya dalam bentuk suatu model matematis pengendalian proses sesuai yang diajarkan. 4. Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah bagaimana merepresentasikan terjadinya dinamika proses kimia, maka mahasiswa mampu menjelaskannya dengan konsep pola dan perilaku proses dinamik yang khas sesuai yang diajarkan. 5. Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah bagaimana menginterprestasikan datadata dari suatu dinamika proses kimia secara nyata, maka mahasiwa mampu melakukan identifikasi dan perhitungan validasi dengan model matematik pengendalian proses sesuai yang diajarkan. 6. Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah bagaimana melakukan proses pengendalian pada suatu sistem proses kimia yang dinamik, maka mahasiswa mampu menerapkan konsep pemilihan dan penyetelan pengendalian umpan balik PID sesuai yang diajarkan. 7. Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah bagaimana menjaga suatu proses kimia agar tetap stabil (tidak dinamis), maka mahasiswa mampu menerapkan konsep analisis stabilitas pada sistem pengendalian berumpan balik sesuai yang diajarkan. 6 dari 15

7 BAB 3 : POKOK BAHASAN, SUB POKOK BAHASAN DAN RUJUKAN SASARAN PEMELAJARAN PENUNJANG 1 I. Pengantar Pengendalian Proses POKOK BAHASAN SUB POKOK BAHASAN RUJUKAN 1. Arti penting Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang 2. Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian 1; II. Obyektif Dan Benefit Pengendalian 3 III. Prinsip Pemodelan Matematika 3 IV. Pemodelan Dan Analisis Pengendalian Proses 4 V. Perilaku Dinamik Sistem Proses Yang Khas 5 VI. Identifikasi Model Empirik 1. ujuh (7) Obyektif Pengendalian 2. Ukuran variabilitas 3. Dampak ekonomi dari variabilitas 1. Alasan mengapa kita perlu model dinamik 2. Enam (6) - tahapan prosedur pemodelan 3. Kesimpulan umum tentang model 1. ransformasi Laplace 2. Penyelesaikan model dinamik linear 3. Struktur model fungsi alih 4. Fitur kualitatif secara langsung dari model 5. Respon frekuensi 1. Sistem dinamik sederhana: First order, Second order, Dead time dan (Non) Selfregulatory 2. Struktur penting dari sistem yang sederhana: 3. Series, Parallel, Recycle dan Staged 1. Disain eksperimen untuk bangunan model 2. Process reaction curve (graphical) 3. Estimasi parameter statistik 1; 2.1 1; 2.1 1; 2.1, 2.7 1; 2.1, 2.2 1; 2.1, dari 15

8 SASARAN PEMELAJARAN PENUNJANG 6 VII. Lup Berumpan- Balik POKOK BAHASAN SUB POKOK BAHASAN RUJUKAN 6 VIII. Pengendali PID 1. Elemen-elemen lup yang khas 2. Variabel berhubungan dengan obyektif pengendalian 3. Ukuran-ukuran kinerja pengendalian yang khas 4. Lima pendekatan terhadap pengendalian berumpan-balik 1. Fitur-fitur umum dan sejarah PID 2. Model Proses dan kontroler Diagram Blok 3. iga jenis kontroler dengan fitur-fiturnya: Proportional, Integral dan Derivative 4. Perilaku dinamik yang khas 1; 2.1, 2.3, 2.5 1; 2.1, 2.3, IX. Penyetelan Pengendali PID 7 X. Analisis Stabilitas 1. Pendekatan trial-anderror - kenapa tidak digunakan 2. Definisi masalah tuning 3. Menyelesaikan dan Mengembangkan korelasi 4. Menerapkan korelasi ke contoh-contoh 5. Kehalusan penyetelan - 6. sentuhan pribadi 1. Definisi stabilitas 2. Peninjauan kembali menentukan akar persamaan karakteristik (PK) 3. Pengantar metode stabilitas Bode 4. Penerapan penentuan beberapa kecenderungan umum pada sistem berumpanbalik 1; 2.1, 2.3, 2.5 1; 2.1, 2.3, dari 15

9 Rujukan : 1. Buku Utama:. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition,McGraw-Hill, New York, Buku Pendukung: 1. Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, Principles and Practice of Automatic Process Control, John Wiley & Sons, 1985, ISBN D. E Seborg,. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons, 1989, ISBN Ogata, Katsuhiko, eknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Jilid 1, Penerbit Erlangga, 1985, Bandung 4. Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation, Prentice Hall, Luyben, William L., Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers, Second Edition, McGraw-Hill International Edition, Kuo, Benjamin C., Automatic Control Systems, Sixth Edition, Prentice-Hall International Editions, Stephanopoulos, George, Chemical Process Control: An Introduction to heory and Practice, Prentice-Hall International, Jurnal : a. Computers & Chemical Engineering b. Journal of Process Control c. Chemical Engineering Science 4. Internet: a. (sedang proses kontruksi) b. (WILMO) c Software: MALAB with SIMULINK 9 dari 15

10 BAB 4 : MARIKS KEGIAAN PERKULIAHAN 1 SKS : Kuliah 50 menit, ugas terstruktur 50 menit, Mandiri 50 menit; Diskusi, Praktek 3x50 menit Metode pemelajaran: 1. Kuliah Interaktif/ tatap muka (KI) 2. anya Jawab (J) 3. ugas Individu (I) 4. ugas Kelompok (K) 5. Praktikum (PRAK) Sumber Pemelajaran 1. Buku eks 2. Handout 3. Perpustakaan dan Internet 4. Manual Matlab dengan Simulink 10 dari 15

11 Matriks Kegiatan Perkuliahan Pertemuan Waktu Kegiatan (Minggu) Hari Jam Orientasi Latihan Umpan balik Sub Pokok Bahasan Penanggung Jawab Ruang 1 Jum at KI J, I1 J BHS K Jum at KI J, I2 J BHS K Jum at KI J, I3 J BHS K Jum at KI J, I4 J BHS K Jum at KI J J BHS K Jum at KI J, I5 J BHS K Jum at KI J,I6 J BHS K Jum at US BHS 9 Jum at KI J, K1, PR J, PR BHS K Jum at KI J, K2, PR J, PR BHS K Jum at KI J, K3, PR J, PR BHS K Jum at KI J, PR J, PR BHS K Jum at KI J, PR J, PR BHS K Jum at KI J, K4, PR J, PR BHS K Jum at KI J, PR J, PR BHS K Jum at UAS BHS Keterangan BHS : Bambang Heru Susanto

12 BAB 5 : UGAS DAN LAIHAN Pokok Bahasan I. Pengantar Pengendalian Proses ugas latihan ugas Individu 1: Anda sedang menerapkan pengendalian secara manual. 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 katup pompa II. Obyektif Dan Benefit Pengendalian III. Prinsip Pemodelan Matematika IV. Pemodelan Dan Analisis Pengendalian Proses ugas Individu 2 : 1. ulis aturan (algoritma) yang anda gunakan saat anda mengendarai mobil atau sepeda. 2. Rumuskan pertanyaan dengan jawaban dan tukar dengan anggota kelompok studi anda. 3. emukan gambar P&I di salah satu textbook, jelaskan strategi, dan siapkan pertanyaan untuk dosen pada aspek yang anda tidak pahami. 4. emukan contoh-contoh sistem pengendalian di rumah (Petunjuk: lihat pada pemanasan, AC, tangki toilet, dan peralatan dapur yang otomatis. ugas Individu 3 : Parameter-parameter yang kita gunakan dalam model matematika tidak pernah diketahui secara eksak. Untuk banyak model diselesaikan pada buku ajar, evaluasi efek solusi dari kesalahan pada parameter. ± 20% pada laju reaksi konstan k ± 20% pada heat transfer coefficient ± 5% pada laju alir dan valume tangki Bagaimana kamu mempertimbangkan kesalahan pada banyak parameter dalam masalah yang sama? Cek responmu dengan mensimulasikan menggunakan m-file MALAB ugas Individu 4 : Kita sering mengukur tekanan proses untuk memonitor dan mengontrol. Jelaskan tiga prinsip untuk sensor, seleksi satu untuk P1 dan jelaskan pilihanmu.

13 Pokok Bahasan ugas latihan P Vapor product Fee F L V. Perilaku Dinamik Sistem Proses Yang Khas VI. Identifikasi Model Empirik VII. Lup Berumpan- Balik F Process fluid F Steam Liquid product ugas Individu 5 : Sensor menyediakan sebuah estimasi variabel proses yang sebenarnya karena pengukuran dikacaukan oleh error. Diskusikan sumber gangguan pada pengukuran. Definisikan istilah berikut dalam sensor - Akurasi - Reproducibility Jelaskan sebuah proses pengukuran yang membutuhkan (a) keakuratan yg bagus dan (b) reproducibility yg baik Sarankan sebuah pendekatan untuk mengoperasikan sebuah proses saat sifat materi kunci (komposisi, dll) tidak dapat diukur menggunakan sebuah onstream analyzer. ugas Individu 6 : 1. emukan PRC yang diplotkan pada Bab 1-5 di buku ajar. Cocokkan menggunakan metode grafik. 2. Diskusikan bagaimana parameter akan berubah jika percobaan diulangi pada aliran ½ dari harga asalnya. 3. Estimasi jangkauan dinamika yang kita harapkan dari i. aliran di dalam pipa ii. heat exchangers iii. level di reflux drums iv. komposisi distilasi v. tekanan distilasi 4. Kembangkan Excel spreadsheet untuk mengestimasi parameter dalam model FOPD ugas Kelompok 1 : 1. emukan sebuah proses sederhana dalam setiap kuliah-kuliahmu sebelumnya dan pilih sepasang CV dan MV Perpindahan Kalor (heat exchanger) Mekanika Fluida (aliran di dalam pipa) Perpindahan Massa (stripper, distillation) Kinetika Reaksi Kimia (packed bed reactor) 2. Bandingkan ukuran-ukuran kinerja kontrol dalam bab ini dengan tujuh obyektif pengendalaian yang telah diberikan pada Bab 2 3. Jelaskan aksi yang akan kamu ambil jika kamu mengukur sebuah gangguan dan tidak ingin menunggu koreksi umpan-balik A L. VIII. Pengendali ugas Kelompok 2 : 13 dari 15

14 Pokok Bahasan PID ugas latihan Kita dapat menerapkan kontroler PID saat kita memiliki banyak variabel yang dikendalikan! P Vapo product Feed F L F F Proces flui Stea A L. Liquid product IX. Penyetelan Pengendali PID ugas Kelompok 3 : Diagnosis data lup-tertutup pada gambar dan sarankan modifikasinya, jika perlu. 1.5 S-LOOP plots deviation variables (IAE = ) C on tro lle d V ari ab ime M an ip ul at ed V ari X. Analisis Stabilitas ime ugas Kelompok 4 : 1. entukan kestabilan untuk contoh dalam buku ajar able 9.2 (recommended tuning). Gunakan parameter proses nominal. Berapa KC harus dinaikkan hingga sistem menjadi takstabil? 2. entukan Ziegler-Nichols tuning untuk proses three-tank mixer. Simulasikan respon dinamik menggunakan MALAB. 3. Diskusikan penerapan metode stabilitas Bode untuk proses tanpa kontrol 4. Kita tidak ingin mengoperasikan sistem lup tertutup terlalu dekat dengan batas kestabilan. Diskusikan ukuran-ukuran kedekatan terhadap kestabilan dan bagaimana itu digunakan dalam menghitung harga 14 dari 15

15 BAB 6 : EVALUASI PEMELAJARAN 1. Kisi-kisi BENUK FREKUENSI BOBO UJIAN ULIS 2 x 30 % + 30 % Kuis 4 x 15 % ugas Individu 6 x 25 % ugas Kelompok/Proyek 4 x otal 100 % 2. Instrumen EHP (Evaluasi Hasil Pemelajaran) Kisi-kisi Ujian ulis INSRUMEN JUMLAH SOAL BOBO Pilihan Jamak Isian (MEQ) % Essay % 15 dari 15