BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA PENGENDALIAN PROSES

(1)

BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA

PENGENDALIAN PROSES

Disusun oleh:

BAMBANG HERU SUSANTO, ST,MT

Departemen Teknik Kimia

(2)

BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA

PENGANTAR

Metode pemelajaran harus terus dilakukan pengembangan agar proses belajar- mengajar 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

(3)

DAFTAR ISI

BAB 1 : INFORMASI UMUM 4

BAB 2 : SASARAN PEMELAJARAN 6

BAB 3 : POKOK BAHASAN, SUB POKOK BAHASAN DAN RUJUKAN 7

BAB 4 : MATRIKS KEGIATAN PERKULIAHAN 10

BAB 5 : TUGAS DAN LATIHAN 12

BAB 6 : EVALUASI PEMELAJARAN 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, Termodinamika, Pepindahan Massa, Metode Numerik, Matematika Terapan dan Pemodelan, Neraca Massa dan Energi

Kaitan dengan mata ajar lain : Lihat bagan

Dosen : Bambang Heru Susanto, ST.MT

bambanghs@che.ui.edu

Tutor : 1. Mahasiswa A

2. Mahasiswa B

Bagan hubungan dengan mata kuliah lain:

Matematika : - Kalkulus - Aljabar Linea

Metode Numerik M.A Dasar Teknik

Termodinamika

Perpindahan Panas

M.A Dasar Teknik Kimia

Neraca Massa &

Energi

Perancangan Alat Proses

Pengendalian Proses

Pemodelan &

Matematika Terapan

Teknik Reaksi Kimia

Perpindahan Massa

saat bersamaan sebelumnya

(5)

Petunjuk dan Bagan Keseluruhan Proses Perkuliahan

(6)

BAB 2 : SASARAN PEMELAJARAN

2.1. Sasaran Pemelajaran Terminal :

Bila mahasiswa dihadapkan pada masalah dinamika proses reaksi kimia, maka mahasiswa mampu menerapkan kaidah-kaidah pengendalian proses untuk mengatasi masalah tersebut sesuai yang diajarkan.

2.2. 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 data- data 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 .

(7)

BAB 3 : POKOK BAHASAN, SUB POKOK BAHASAN DAN RUJUKAN

SASARAN PEMELAJARAN

PENUNJANG

POKOK BAHASAN SUB POKOK BAHASAN RUJUKAN 1 I. Pengantar

Pengendalian Proses

1. Arti penting

Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang 2. Pertanyaan Dasar

tentang Pengendalian

1; 2.1

2 II. Obyektif Dan Benefit

Pengendalian

1. Tujuh (7) Obyektif Pengendalian 2. Ukuran variabilitas 3. Dampak ekonomi dari

variabilitas

1; 2.1

3 III. Prinsip Pemodelan Matematika

1. Alasan mengapa kita perlu model dinamik 2. Enam (6) - tahapan

prosedur pemodelan 3. Kesimpulan umum

tentang model

1; 2.1

3 IV. Pemodelan Dan Analisis

Pengendalian Proses

1. Transformasi Laplace 2. Penyelesaikan model

dinamik linear

3. Struktur model fungsi alih

4. Fitur kualitatif secara langsung dari model 5. Respon frekuensi

1; 2.1, 2.7

4 V. Perilaku

Dinamik Sistem Proses Yang Khas

1. Sistem dinamik

sederhana: First order, Second order, Dead time dan (Non) Self- regulatory

2. Struktur penting dari sistem yang sederhana:

3. Series, Parallel, Recycle dan Staged

1; 2.1, 2.2

5 VI. Identifikasi Model Empirik

1. Disain eksperimen untuk bangunan model 2. Process reaction curve

(graphical)

3. Estimasi parameter statistik

1; 2.1, 2.3

(8)

SASARAN PEMELAJARAN

PENUNJANG

POKOK BAHASAN SUB POKOK BAHASAN RUJUKAN

6 VII. Lup

Berumpan- Balik

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; 2.1, 2.3, 2.5

6 VIII. Pengendali PID

1. Fitur-fitur umum dan sejarah PID

2. Model Proses dan kontroler – Diagram Blok

3. Tiga jenis kontroler dengan fitur-fiturnya:

Proportional, Integral dan Derivative

4. Perilaku dinamik yang khas

1; 2.1, 2.3, 2.5

6 IX. Penyetelan Pengendali PID

1. Pendekatan trial-and- error - 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; 2.1, 2.3, 2.5

7 X. Analisis Stabilitas

1. Definisi stabilitas 2. Peninjauan kembali

menentukan akar persamaan karakteristik (PK)

3. Pengantar metode stabilitas Bode

4. Penerapan penentuan beberapa

kecenderungan umum pada sistem berumpan- balik

1; 2.1, 2.3, 2.5

(9)

Rujukan : 1. Buku Utama:

T. Marlin, Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance, 2nd Edition,McGraw-Hill, New York, 2000

2. Buku Pendukung:

1. Carlos A. Smith, Armando B. Corripio, Principles and Practice of Automatic Process Control, John Wiley & Sons, 1985, ISBN 0-471-88346-8

2. D. E Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons, 1989, ISBN 0-471-86389-0

3. Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan), Jilid 1, Penerbit Erlangga, 1985, Bandung

4. Bequette, R. W., Process Dynamics: Modeling, Analysis, and Simulation, Prentice Hall,1998

5. Luyben, William L., Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers, Second Edition, McGraw-Hill International Edition, 1990

6. Kuo, Benjamin C., Automatic Control Systems, Sixth Edition, Prentice-Hall International Editions, 1991

7. Stephanopoulos, George, Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice, Prentice-Hall International, 1984

3. Jurnal :

a. Computers & Chemical Engineering b. Journal of Process Control

c. Chemical Engineering Science

4. Internet:

a. http://elearn.che.ui.edu/ (sedang proses kontruksi) b. http://www.pc-education.mcmaster.ca (WILMO) c. http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/connotes.htm

5. Software: MATLAB with SIMULINK

(10)

BAB 4 : MATRIKS KEGIATAN PERKULIAHAN

1 SKS :

Kuliah 50 menit, Tugas terstruktur 50 menit, Mandiri 50 menit; Diskusi, Praktek 3x50 menit Metode pemelajaran:

1. Kuliah Interaktif/ tatap muka (KI) 2. Tanya Jawab (TJ)

3. Tugas Individu (TI) 4. Tugas Kelompok (TK) 5. Praktikum (PRAK) Sumber Pemelajaran

1. Buku Teks 2. Handout

3. Perpustakaan dan Internet 4. Manual Matlab dengan Simulink

(11)

Waktu Kegiatan Pertemuan

(Minggu) Hari Jam Orientasi Latihan Umpan balik Sub Pokok Bahasan Penanggung Jawab Ruang

1 Jum’at 07.30-10.00 KI TJ, TI1 TJ 1.1-1.2 BHS K.209

5 Jum’at 07.30-10.00 KI TJ TJ 4.4-4.5 BHS K.209

7 Jum’at 07.30-10.00 KI TJ,TI6 TJ 6.1-6.3 BHS K.209

8 Jum’at 07.30-10.00 UTS BHS

9 Jum’at 07.30-10.00 KI TJ, TK1, PR TJ, PR 7.1-7.4 BHS K.209

12 Jum’at 07.30-10.00 KI TJ, PR TJ, PR 9.3-9.4 BHS K.209

16 Jum’at 07.30-10.00 UAS BHS

Keterangan

BHS : Bambang Heru Susanto

(12)

Pokok Bahasan Tugas latihan I. Pengantar

Pengendalian Proses

Tugas 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

II. Obyektif Dan Benefit

Pengendalian

Tugas Individu 2 :

1. Tulis aturan (algoritma) yang anda gunakan saat anda mengendarai mobil 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 rumah (Petunjuk: lihat pada pemanasan, AC, tangki toilet, dan peralatan dapur yang otomatis.

III. Prinsip Pemodelan Matematika

Tugas 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 MATLAB IV. Pemodelan

Dan Analisis Pengendalian Proses

Tugas Individu 4 :

Kita sering mengukur tekanan proses untuk memonitor dan mengontrol.

Jelaskan tiga prinsip untuk sensor, seleksi satu untuk P1 dan jelaskan pilihanmu.

pompa

katup sensor

(13)

Pokok Bahasan Tugas latihan

V. Perilaku Dinamik Sistem Proses Yang Khas

Tugas 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.

VI. Identifikasi Model Empirik

Tugas Individu 6 :

1. Temukan 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 FOPDT

VII. Lup Berumpan- Balik

Tugas Kelompok 1 :

1. Temukan 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 Fee

Vapor product

Liquid product Process

fluid

Steam F

F F

T T

T

T P

L

A L.

(14)

Pokok Bahasan Tugas latihan PID

Kita dapat menerapkan kontroler PID saat kita memiliki banyak variabel yang dikendalikan!

IX. Penyetelan Pengendali PID

Tugas Kelompok 3 :

Diagnosis data lup-tertutup pada gambar dan sarankan modifikasinya, jika perlu.

X. Analisis Stabilitas

Tugas Kelompok 4 :

1. Tentukan kestabilan untuk contoh dalam buku ajar Table 9.2

(recommended tuning). Gunakan parameter proses nominal. Berapa KC harus dinaikkan hingga sistem menjadi takstabil?

2. Tentukan Ziegler-Nichols tuning untuk proses three-tank mixer.

Simulasikan respon dinamik menggunakan MATLAB.

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 Feed

Vapo rproduct

Liquid product

Proces sflui d

Stea m F

F F

T T

T

T P

L

A L.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-0.5 0 0.5 1 1.5

S-LOOP plots deviation variables (IAE = 6.1515)

Time C

on tro lle d V ari ab

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-5 0 5 10 15 20

Time M

an ip ul at ed V ari ab

(15)

BAB 6 : EVALUASI PEMELAJARAN

1. Kisi-kisi

BENTUK FREKUENSI BOBOT

UJIAN TULIS 2 x 30 % + 30 %

Kuis 4 x 15 %

Tugas Individu 6 x

Tugas Kelompok/Proyek 4 x

25 %

Total 100 %

2. Instrumen EHP (Evaluasi Hasil Pemelajaran) Kisi-kisi Ujian Tulis

INSTRUMEN JUMLAH SOAL BOBOT

Pilihan Jamak

Isian (MEQ) 10 – 20 40%

Essay 5 – 6 60%