RENCANA PROGRAM KEGIATAN PEMBELAJARAN SEMESTER MATEMATIKA TEKNIK KIMIA 3 DOSEN PENGAMPU: IR. MOH. FAHRURROZI, M.SC, PH.D. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UINVERSITAS GADJAH MADA 2003
Nama Mata kuliah : Matematika Teknik Kimia 3 Kode/SKS : TKK 646/2 Prasyarat : Azas Teknik Kimia (minimal dengan nilai D) dan Pemrograman Komputer (minimal telah pernah mengambil) Status : Wajib Diskripsi Singkat Mata kuliah Dalam matakuliah Matematika Teknik Kimia 3 (MTK 3) mahasiswa akan mempelajari dasar-dasar penerapan chemical engineering's tools (neraca massa, neraca panas, kesetimbangan, kecepatan proses, ekonomi dan humanitas) untuk menformulasikan proses-proses yang terjadi dalam industri kimia maupun Ungkungan dalam bentuk model matematik. Mahasiswa juga akan belajar mendapatkan informasi yang diperlukan untuk aktivitas semacam perancangan, operasi, analisa kinerja dan analisa resiko dan suatu proses dengan menyelesaikan model matematik tersebut. Materi yang diberikan dalam matakuliah ini meliputi: review chemical engineering's tools, dasar-dasar penyusunan neraca massa dan neraca panas untuk proses-proses teknik kimia, tahapan-tahapan penyusunan model matematis proses teknik kimia, latihan penysunan model matematis proses, penyelesaian model, analisa hasil perhitungan dan pelaporan hasil. Matakuliah ini bersifat wajib dan diberikan pada semester VI. Sebagai matakuliah prasyarat adalah Azas Teknik Kimia dan Pemrogaman Komputer. MTK 3 juga menjadi prasyarat untuk matakuliah Perancangan Pabrik Kimia. Contoh-contoh proses yang akan digunakan dalam kuliah MTK 3 berkisar dari mulai proses-proses sederhana dengan jumlah variabel yang terbatas hingga proses-proses real dari alat-alat yang ada di industry. Dalam mengerjakan tugastugas, mahasiswa akan dibagi menjadi kelompok-kelompok. Tugas akan dikumpulkan dalam bentuk laporan dan presentasi dalam diskusi.
Tujuan Pembelajaran Setelah menyelesaikan matakuliah ini mahasiswa akan dapat mengaplikasikan chemical engineering's tools untuk menyusun model matematis proses-proses teknik kimia, menyelesaikan model tersebut dan menginterpretasi hasil perhitungan tersebut untuk tujuan-tujuan semacam: perancangan, analisa kinerja, analisa resiko dll. Matakuliah ini juga melatih mahasiswa menyelesaikan problem nil industri yang relatif sederhana sehingga mahasiswa akan mempunyai pengalaman dalam memecahkan problem dengan data yang tidak mencukupi, membutuhkan asumsi-asumsi dan pendekatan-pendekatan. Matakuliah ini juga dirancang agar mahasiswa mempunyai pengalaman dalam bekerja secara tim, pencarian informasi melalui media internet dan studi pustaka. Kuliah MTK 3 ini juga akan dimanfaatkan untuk memberikan kesempatan kepada mahasiswa untuk berlatih bekerja secara individu maupun secara tim untuk memecahran problem-problem teknik kimia baik dan" industri maupun dan" lingkungan. Dalam kerja individu maupun tim tersebut, tugas-tugas dirancang agar mahasiswa juga mempunyai kesempatan untuk berlatih melakukan penelusuran informasi baik melalui internet maupun melalui perpustakaan. Materi Pembelajaran 1. Pendahuluan 1.1 Pengertian pemodelan proses dan perannya dalam teknik kimia 1.2 Langkah-langkah penyusunan model 1.3 Reran chemical engineering tools 1.4 Pencarian informasi dalam pemecahan problem Teknik Kimia 2. Review Chemical Engineering Tools 2.1 Neraca massa: penentuan sistem, volume elemen (control volume) 2.2 Neraca Panas 2.3 Kesetimbangan 2.4 Proses Kecepatan 3. Penyusunan Model Proses yang menghasilkan Persamaan dan sistem persamaan aljabar
3.1 Langkah-langkah penyusunan model 3.2 Kasus yang menghasilkan model persamaan aljabar 3.3 Penyelesaian persamaan dan system persamaan aljabar 4. Penyusunan Model Proses yang menghasilkan Persamaan Differensial 4.1 Kasus yang menghasilkan persamaan differensial 4.2 Penentuan kondisi batas 4.3 Sistem Koordinat silinder dan bola 4.4 Penyelesaian 5. Penyusunan Model Proses yang menghasilkan Persamaan Differensial Parsial 5.1 Beberapa contoh kasus yang menghasilkan model berupa persamaan differensial parsial: distribusi suhu dan konsentrasi terhadap posisi dan waktu. 6. Berbagai Contoh Kasus Penggunaan Chemical Engineering's Tools 6.1 Neraca massa total dan komponen untuk proses steady state dan transient 6.2 Neraca massa-kesetimbangan: proses steady state 6.3 Neraca massa-kesetimbangan: unsteady state 6.4 Neraca Panas 6.5 Neraca Panas-Kesetimbangan 6.6 Neraca massa - Kecepatan transfer massa: diffusi, antar fasa, konveksi 6.7 Neraca massa-kecepatan reaksi kimia 6.8 Neraca panas-kecepatan transfer panas: konduksi, antar fasa, konveksi 6.9 Transfer massa dan panas secara simultan 7. Bringing real industrial problem into classroom (bervariasi dari tahun ke tahuan): Penugasan 7.1 Pemodelan untuk perancangan prilling towerpabrik urea 7.2 Pemodelan reaktor oksidasi S02 multi bed
Outcome Pembelajaran 1. Mahasiswa memahami chemical engineering's tools secara kesatuan 2. Mahasiswa mengerti langkah-langkah dan teknik-teknik penggunaan neraca massa total dan komponen dalam memodelkan sistem steady state atau sistem unsteady state 3. Mahasiswa mengerti langkah-langkah dan teknik-teknik penggunaan neraca panas dalam memodelkan sistem steady state atau sistem unsteady state 4. Mahasiswa mengerti prinsip kesetimbangan dan aplikasinya bersamasama dengan neraca massa dan atau neraca panas dalam memodelkan system 5. Mahasiswa mengerti prinsip-prinsip kecepatan transfer massa dan berbagai mekanisma transfer massa dan aplikasinya bersama-sama dengan neraca massa dalam memodelkan system 6. Mahasiswa mengerti prinsip-prinsip kecepatan transfer panas dan berbagai mekanisma transfer panas dan aplikasinya bersama-sama dengan neraca panas dalam memodelkan system 7. Mahasiswa mengerti prinsip-prinsip kecepatan reaksi kimia dan aplikasinya bersama-sama dengan neraca massa dalam memodelkan system 8. Mahasiswa mendapatkan pengalaman dalam mengintegrasikan beberapa atau semua cehmical engineering's tools dalam memodelkan sistem dan proses dalam teknik kimia 9. Mahasiswa mempunyai pengalaman memahami fundamental suatu proses, menyusun model matematika, menyelesaikan model, melakukan komputasi, mengintrepretasi hasil, melaporkan dalam bentuk tulisan dan lisan. 10. Mahasiswa mempetajari dasar-dasar pencarian informasi baik secara tradisionil (textbook, journal, majalah) maupun menggunakan media elektronik untuk menyelesaikan problem teknis. 11. Mahasiswa mempunyai kemampuan untuk memecahkan problem industri balk secara individu maupun secara tim.
Daftar I. Rencana Kegiatan Pembelajaran Mingguan Minggu ke- 1 Kuliah 1 : Pengantar Pembagian peserta menjadi beberapa tim 2 Kuliah 2: Review Chemical Engineering Tools (Che's tools) Dosen Pengampu Mahasiswa peserta Kuliah Aktifitas Catatan Aktifitas Catatan Silabus, penilaian, Latar Pemilihan koordinator tim belakang, relvansi matakuliah, penugasan 3 Kuliah 3: Review Chemical Engineering Tools (Che's tools). Penugasan: pemberian tugas no. 1 (individu). Dikumpulkan pada pertemuan minggu ke-5. 4 Kuliah 4: Kesimpulan akhir kuliah Che's tools. 5 Ujian Sisipan no. 1. Pemberian tugas kelompok ( Project) no 1. Dikumpulkan pada pertemuan minggu ke 10. Beri contoh sederhana untuk tiap Che's tools Beri contoh sederhana untuk tiap Che's tools Isi tugas: contoh kasus sederhana yang memerlukan sedikit pelacakan informasi. Perhitungan dapat manual ata'u dengan komputer. Penulisan laporan tertulis. Beri contoh sederhana untuk tiap Che's tools Latihan penggunaan internet untuk pencarian informasi,latihan / pengenalan software yang relevan untuk pengerjaan tugas-tugas MTK 3 (Mathlab, Excell, Mathcad, dll.) Mengerjakan tugas no.1 Latihan penggunaan mathematical tools dan pencarian data. Melanjutkan tugas nomor 1 Pengumpulan tugas individu no.1
6 Pembahasan hasil Mid Term no. 1. Kuliah No. 5: Mendemostrasikan Che's tools untuk menyelesaikan problem Tekm'k Kimia 7 Kuliah ke 6: Mendemostrasikan Che's tools untuk menyelesaikan problem Teknik Kimia. Model persamaan aljabar dan persamaan differensial. Penugasan: Pemberian tugas individu nomor 2. Dikumputkan pada pertemuan minggu ke 9. 8 Kuliah no. 7: Mendemostrasikan Che's tools untuk menyelesaikan problem Teknik Kimia. 9 Kuliah no. 8: Mendemostrasikan Che's tools untuk menyelesaikan problem Teknik Kimia. 10 1. Presentasi Project nomor 2. Pemberian Tugas Project nomor 2. Neraca Massa: steady state, unsteady state, neraca massa total dan komponen, neraca massa dan kesetimbangan Neraca massa dan kesetimbangan. Contoh: perhitungan flash drum, sistem penjenuhan dll. Penggunaan Neraca massa dan neraca panas secara terpisah maupun simultan. Penggunaan proses kecepatan, neraca massa dan neraca panas. Penunjukan Tim yang akan presentasi pada pertemuan berikutnya. Presentasi oleh sebagian tim. Mengerjakan Project nomor 1. Melanjutkan Project 1 Mengerjakan tugas individu no. 2 Melanjutkan Project 1 dan Mengerjakan tugas individu no. 2. Pengumpulan pekerjaan tugas no.2 Penyerehan laporan tertulis Project nomor 1. Presentasi Tim
Dikumpulkan pada pertemuan minggu ke 15 11 Kuliah no. 9: Mendemostrasikan Che's tools untuk menyelesaikan problem Teknik Kimia 12 1. Kuliah no. 8: Mendemostrasikan Che's tools untuk menyelesaikan problem Teknik Kimia 2. Pemberian tugas individu nomor 3. 13 Kuliah nomor 11. Contoh kasus industri nomor 1 14 Kuliah no.12 Contoh kasus industry nomor 2. Course summary 15 Presentasi Project nimor 2 Distributed versus lumped parameters Sistem dengan lebih dari 1 variabel bebas. Persamaan differensial parsial. Kasus yang tidak terlalu komplek tetapi mambutuhkan integrasi Che s tools Kasus yang tidak terlalu komplek tetapi mambutuhkan integrasi Che s tools Sisa tim yang belum presentasi 16 Ujian mid term nomor 2 (Bila waktu memungkinkan) Mengerjakan Project nomor 2. Melanjutkan kerja Project nomor 2. Mengerjakan tugas individu nomor 3. Melanjutkan kerja Project nomor 2. Mengerjakan tugas individu nomor 3. Mengumpulkan laporan tugas individu nomor 3 Mengumpulkan laporan group project nomor 2 dan presentasi
Evaluasi Setiap ujian dan tugas akan dinilai dengan angka dengan kisaran 0 sampai 100. Nilai akhir (NA) ditentukan berdasarkan nilai-nilai ujian sisipan (US), rerata tugas-tugas (TG) dan ujian akhir (UA) dengan pembobotan: NA = 0,45 UA + 0,35 US + 0,2 TG Konversi nilai angka menjadi nilai huruf dengan standar: Nilai Huruf Satandard A NA >75 B 65<NA<75 C 50<NA<65 D 35 < NA < 50 E NA<35 Daftar Pustaka 1. D.W. Green and J.O. Maloney, 1984,Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6 th edition, McGraw Hill. 2. R.B. Bird, W.E. Stewart and E.N. Lightfoot, 1999, Transport Phenomena, 2 nd Eddition, John Wiley&Sons. 3. I.M. Abdel-Magid, A.W.H. Mohammed and D.R. Rowe, 1997, Medelling Methods for Environmental Engineers, CRC Lewis Publishers.