BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA PENGENDALIAN PROSES

BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA

PENGENDALIAN PROSES

Disusun oleh:

BAMBANG HERU SUSANTO, ST,MT

Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia Agustus 2008

Buku Rancangan Pengajaran Pengendalian Proses

BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA

PENGANTAR 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


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

3 dari 15


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

:

Kaitan dengan mata ajar lain

:

Kalkulus, Aljabar Linear, Termodinamika, Pepindahan Massa, Metode Numerik, Matematika Terapan dan Pemodelan, Neraca Massa dan Energi Lihat bagan

Dosen

:

Bambang Heru Susanto, ST.MT [email protected]

Tutor

:

1. Mahasiswa A 2. Mahasiswa B

Bagan hubungan dengan mata kuliah lain: M.A Dasar Teknik

M.A Dasar Teknik Kimia Perancangan Alat Proses Termodinamika

Matematika : - Kalkulus - Aljabar Linea

Perpindahan Panas

Metode Numerik

Pengendalian Proses Pemodelan & Matematika Terapan

Neraca Massa & Energi Teknik Reaksi Kimia Perpindahan Massa

sebelumnya

saat bersamaan

4 dari 15


Petunjuk dan Bagan Keseluruhan Proses Perkuliahan

5 dari 15


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 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


BAB 3 : POKOK BAHASAN, SUB POKOK BAHASAN DAN RUJUKAN SASARAN PEMELAJARAN POKOK BAHASAN PENUNJANG 1 I. Pengantar Pengendalian Proses

2

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

SUB POKOK BAHASAN

RUJUKAN

1. Arti penting Pengendalian Proses dan Kenapa Sekarang 2. Pertanyaan Dasar tentang Pengendalian

1; 2.1

1. Tujuh (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. Transformasi 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, 2.3

7 dari 15


SASARAN PEMELAJARAN POKOK BAHASAN PENUNJANG 6 VII. Lup BerumpanBalik

6

VIII. Pengendali PID

6

IX. Penyetelan Pengendali PID

7

X. Analisis Stabilitas

SUB POKOK BAHASAN

RUJUKAN

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. Tiga jenis kontroler dengan fitur-fiturnya: Proportional, Integral dan Derivative 4. Perilaku dinamik yang khas

1; 2.1, 2.3, 2.5

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, 2.5

1; 2.1, 2.3, 2.5

8 dari 15


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

9 dari 15


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

10 dari 15

Matriks Kegiatan Perkuliahan Pertemuan (Minggu) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Keterangan

Waktu Hari Jam Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00 Jum’at 07.30-10.00

BHS : Bambang Heru Susanto

Orientasi KI KI KI KI KI KI KI KI KI KI KI KI KI KI

Kegiatan Latihan Umpan balik TJ, TI1 TJ TJ, TI2 TJ TJ, TI3 TJ TJ, TI4 TJ TJ TJ TJ, TI5 TJ TJ,TI6 TJ UTS TJ, TK1, PR TJ, PR TJ, TK2, PR TJ, PR TJ, TK3, PR TJ, PR TJ, PR TJ, PR TJ, PR TJ, PR TJ, TK4, PR TJ, PR TJ, PR TJ, PR UAS

Sub Pokok Bahasan

Penanggung Jawab

Ruang

1.1-1.2 2.1-2.3 3.1-3.3 4.1-4.3 4.4-4.5 5.1-5.3 6.1-6.3

BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS BHS

K.209 K.209 K.209 K.209 K.209 K.209 K.209

7.1-7.4 8.1-8.4 9.1-9.2 9.3-9.4 9.5-9.6 9.1-9.2 9.3-9.4

K.209 K.209 K.209 K.209 K.209 K.209 K.209

BAB 5 : TUGAS DAN LATIHAN Pokok Bahasan I. Pengantar Pengendalian Proses

Tugas latihan 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

sensor katup pompa

II. Obyektif Dan Benefit Pengendalian

III. Prinsip Pemodelan Matematika

IV. Pemodelan Dan Analisis Pengendalian Proses

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.

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

Tugas Individu 4 : Kita sering mengukur tekanan proses untuk memonitor dan mengontrol. Jelaskan tiga prinsip untuk sensor, seleksi satu untuk P1 dan jelaskan pilihanmu.


Pokok Bahasan

Tugas latihan

T

Fee

T

T

F

T

F

T

T

L

F

Process fluid

V. Perilaku Dinamik Sistem Proses Yang Khas

Vapor product

P

Steam

Liquid product

A L.

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 :

VII. Lup BerumpanBalik

Tugas Kelompok 1 :

VIII. Pengendali

Tugas Kelompok 2 :

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 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 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

13 dari 15


Pokok Bahasan PID

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

T

T

T

F

T

Vapo rproduct

P

T

Feed

F

T

L

F

Liquid product

A Proces s flui d

IX. Penyetelan Pengendali PID

Stea m

L.

Tugas Kelompok 3 : Diagnosis data lup-tertutup pada gambar dan sarankan modifikasinya, jika perlu. S-LOOP plots deviation variables (IAE = 6.1515) 1.5 C 1 on tro lle 0.5 d V ari 0 ab -0.5

0

5

10

15

20

25 Time

30

35

40

45

50

0

5

10

15

20

25 Time

30

35

40

45

50

20 M 15 an ip 10 ul at ed 5 V ari 0 ab -5

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

14 dari 15


BAB 6 : EVALUASI PEMELAJARAN 1. Kisi-kisi BENTUK

FREKUENSI

UJIAN TULIS Kuis Tugas Individu Tugas Kelompok/Proyek

2 4 6 4

x x x x

Total

BOBOT 30 % + 30 % 15 % 25 % 100 %

2. Instrumen EHP (Evaluasi Hasil Pemelajaran) Kisi-kisi Ujian Tulis INSTRUMEN Pilihan Jamak Isian (MEQ) Essay

JUMLAH SOAL

BOBOT

10 – 20 5–6

40% 60%

15 dari 15

BUKU PEDOMAN KERJA MAHASISWA PENGENDALIAN PROSES

Recommend Documents