Jadwal Kuliah Senin
Jam 12.30 - 13.50 Ruang K103
Rabu
Jam 10.00 - 11.50 Ruang GK301
2
Akses Internet Puskom
FTUI Lab SPK TGP FTUI
3
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
Sasaran Pembelajaran SIKAP
(ATTITUDE) KEMAHIRAN (SKILL) PENGETAHUAN (KNOWLEDGE)
5
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
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
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
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
Formulate own study questions Reading
Revisit WEB 9
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,1998 3. Jurnal : a. Computers & Chemical Engineering b. Journal of Process Control c. Chemical Engineering Science 4. Internet: a. http://www.chemeng.ui.ac.id/~wahid/kendali.htm (Homepage Kuliah) b. http://www.pc-education.mcmaster.ca (WILMO) c. http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Dept/Swot/connotes.htm (Jagad PC) d. http://www.rpi.edu/~bequeb/ (Homepage B. W. Bequette) 5. Software: MATLAB with SIMULINK 10
JADWAL AKTIVITAS PEMBELAJARAN PENGENDALIAN PROSES
Pertemuan ke
TOPIK
Textbook Chapter Sections
1
Konsep Pengendalian
CH 1
2
Objektif dan Manfaat Pengendalian
CH 1&2
3–4
Memformulasikan dan Menyelesaikan Model Dinamik
CH 3.1-3.3
5
Melinearkan Model Non-Linear dan Solusi Numerik PD
CH 3.4-3.7
6
QUIZ 1 dan Pembahasan
7–8
Transformasi Laplace
CH 4.1-4.2
9
Fungsi Alih
CH 4.3, Figure 4.11
10
Diagram Blok dan Mengkombinasikan Model
CH 4.4
11 – 12
Respons Dinamik Kualitatif
CH 5.1-5.3, 5.7
13
Identifikasi Model Empirik
CH 6.1-6.3
14
QUIZ 2 MID SEMESTER
Instrumentasi (Rujukan 4.b) Section 1.0
Rujukan 1 11 43 – 70
Section 2.0-2.2
113 – 127 128 – 144 (145 – 157)
Section 2.3
159-172
173-184, 186200, 212-216 Section 2.4-2.5 310-311
11
JADWAL AKTIVITAS PEMBELAJARAN PENGENDALIAN PROSES (Lanjutan)
Pertemuan ke 15
Feedback Loop
Textbook Chapter Sections CH 7
16
Jenis Kontroler PID
CH 8
281-296
17 – 18
CH 9
297-316
19 – 20
Penyetelan (Tuning) Kontroler PID Respons Frekuensi
CH 4.5&13.3
317-360
21
Analisis Kestabilan
CH 10.1-10.6
317-360
22
QUIZ 3
23
Tutorial pada Kinerja Pengendalian Implementasi Pengendalian Dijital Presentasi Tugas Kelompok
24 25 – 28
TOPIK
CH 13.4-13.6
Instrumentasi (Rujukan 4.b) Section 3.0-3.2, 3.7
Rujukan 1 258-278
Section 4
CH 11
FINAL TEST 12
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 Nilai presentasi dari kelompok lain Nilai presentasi dari kelompok sendiri Nilai presentasi dari report hasil diskusi
: 30% : 30% : 30% : 10% 13
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
Kelompok Tugas
15
Evaluasi NO
1
2
KOMPONEN
Absensi
Tugas/Quiz
PERSENTASE (%)
NO
RENTANG NILAI
BOBOT
1
80 – 100
A
2
70 – 79,9
B
3
56 – 69,9
C
4
30 – 55,9
D
5
0 – 29,9
E
10
30
3
Akses WILMO
10
4
Ujian Tengah Semester
25
5
Ujian Akhir Semester
25
16
Perkembangan Nilai 1998 – 2003 Perkembangan Nilai Kendali 1998 - 2003 120 100.00 97.01 94.94
100
100.00
92.96
90.32
%
80 59.49
60 45.16
57.14 47.76
43.28
42.25
38.30
40
34.04 29.03
27.66 22.45
22.54
28.17
25.32
20.41
20
16.13 10.13 5.97
8.06
0
5.06 4.23 2.99 0.00
0.00
A
B 97/98
C 98/99
D 99/00
00/01
2.82 1.61
0
0.000.00
0
E/T 01/02
02/03
Kelulusan 17
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
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
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
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
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
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
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Bagaimana siklus suhu?
Apa cukup baik untuk semua variabel pada proses kimia? INGAT: jika “ya”, kuliah selesai! 25
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Sistem pengendalian memunculkan tiga unsur dasar. Harga yang diinginkan
CONTROLLER
FINAL ELEMENT
SENSOR PROSES
Inputs
Outputs
26
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Apa “unsur akhir” yang khas untuk proses-proses kimia?
Harga yang iinginkan (setpoint)
CONTROLLER
Apa maksud arah panah itu?
FINAL ELEMENT
SENSOR PROSES
Inputs
Outputs
Bagaimana kita memilih lokasi sensor? 27
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Harga yang iinginkan
CONTROLLER FINAL ELEMENT
SENSOR PROSES
Masukan
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
Apa Kerja Sistem Berumpan-balik? Perhatian: Kesalahpahaman yang umum dalam istilah! Bahasa gaul
Engineering & Science
Negative feedback: Aksi untuk mengurangi kesalahan dari yang diinginkan.
Negative feedback: “Idiot lu!
Bagus! Positive feedback: Itu ide yang bagus. Trims!
Positive feedback: Aksi yang menaikkan kesalahan dari yang diinginkan. 29
Kenapa Pengendalian Perlu? Satu kata: GANGGUAN! Beri contoh-contoh dalam CSTR pada gambar berikut.
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
v1
T A
CB v2
Bab 2
30
Kenapa Pengendalian Perlu?
xD
Satu kata: GANGGUAN! Beri contoh-contoh dalam menara distilasi pada gambar berikut.
FR
FV
xB 31
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 A
Sensors
Computing and interface for person
CB v2
Final element
32
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
CB v2
Bagaimana kita menentukan luas perpindahan panas? 33
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
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
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
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
BAB 1: PENGANTAR - WORKSHOP 2 Level Control
Anda sedang menerapkan pengendalian secara manual. a. Jelaskan prinsip sensor level b. Jelaskan bagaimana final element mempengaruhi controlled variable.
sensor
c. Jelaskan aksi yang benar bila anda ingin menaikkan controlled variable
pompa
katup
38
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
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
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
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
