PERANAN MATEMATIKA DALAM PEMBELAJARAN TEKNIK KIMIA

PERANAN MATEMATIKA DALAM PEMBELAJARAN TEKNIK KIMIA Sajaratud Dur Dosen Jurusan Pendidikan Matematika Fakultas Tarbiyah IAIN SU Jl. Williem Iskandar Pasar V Medan Estate, 20371

‫(' أو‬/012-‫وع ا‬9: 34 ‫ة‬06‫(*)(' وا‬+(,-‫' ا‬/012-‫ ا‬:‫ي‬ *J=CK‫' )و‬+DE‫ أ‬F(GHA‫ و‬B(+CA ?: ‫ف‬02A ?>-‫=<(' ا‬-=1,>-‫ا‬ '()*(+(,-‫' ا‬/012-‫ ا‬FT*H4 34 ‫*ء‬2>ER‫ ا‬3,+Q R‫ و‬.(‫(*ت‬N+O-‫*م ا‬DE XN]>Q. '(N(+,>-‫ ا‬X>6 'Q‫اد‬0Z[‫\' ا‬69+-‫ ا‬34 '(W*Q9-‫=م ا‬NO-*V R‫إ‬ '14‫(' آ‬N+O-‫ ا‬b(_V FO`-*V '+)*a-‫(*ت ا‬N+O-‫ ا‬3(^_A‫(' و‬N+O-‫? ا‬: '/012-‫? ا‬: g-*‫ ط‬FT ‫م‬fNQ‫و‬. 'Q‫*د‬C>d‫' ا‬+(d ‫' وذات‬-*O:‫و‬ *2Ek. '(W*Q9-‫=م ا‬NO-‫(*ت ا‬/*/‫*ن أ‬aA‫ وإ‬B2: XNZ ‫*درة‬d '()*(+(,-‫ا‬ '()*(+(,-‫' ا‬/012-‫ ا‬B2: FaE‫*ص و‬C>4‫(' ا‬N+Z F(2^A X-‫ف ا‬02A .nA‫ا‬mV BNO-‫ا ا‬m2-

Abstrak: Teknik kimia adalah salah satu dari disiplin ilmu teknik/teknologi yang bertujuan dalam perancangan dan pengoperasian sistem-sistem (khususnya sistem proses). Penyelesaian permasalahan teknik kimia tidak terlepas dari peranan ilmu matematika, baik ilmu matematika tingkat dasar maupun lanjutan. Dicontohkan dalam pengoperasian dan peningkatan proses-proses yang sudah ada sehingga menjadi proses yang aman, efisien dan bernilai ekonomi. Setiap mahasiswa teknik kimia dituntut untuk dapat memahami dan menguasai dasar-dasar dari ilmu matematika. Hal ini bertujuan guna memperlancar proses penyerapan dan transfer dari pemahaman ilmu teknik kimia itu sendiri. Kata Kunci: Teknik kimia, Ilmu Matematika, Ilmu Teknik Kimia. A. Pendahuluan eknik kimia seringkali didefenisikan secara salah, dengan mengatakannya sebagai ilmu/seni untuk mengubah penemuan yang dilakukan dalam laboratorium kimia ke dalam skala industri, yaitu melaksanakan secara kontiniu dalam wadah-wadah yang besar

T

96

Sajaratud Dur : Peranan Matematika Dalam Pembelajaran Teknik Kimia

yang terbuat dari metal sesuatu yang telah kita ketahui bagaimana melakukannya secara diskontiniu di dalam wadah-wadah yang kecil yang terbuat dari gelas diatas meja-meja laboratorium. Seolah-olah sarjana teknik kimia merupakan ‘tukang bengkel’nya para ahli kimia. Sebenarnya kata “teknik kimia” ditemukan sebagai terjemahan dari “Chemical Engineering” analog dengan ilmu/seni keteknikan lainnya seperti: teknik sipil, teknik maritim, teknik pedesaan, dan lain-lainnya. Defenisi resmi dari Chemical Engineering menurut Institute of Chemical Engineers adalah sebagai berikut: “Chemical engineering is the branch of engineering which is concerned: • With processus in which material under go a required change of composition, energy content or physical state. • With the means of processing • With the resulting of products • And with their applications to useful ends. Dapat lihat bahwa defenisi ini jauh bersifat lebih umum daripada terdahulu. Kenyataan yang terjadi akhir-akhir ini menunjukkan secara lebih jelas lagi perbedaan antara kedua defenisi diatas. Kata Indonesia yang baru muncul “Rekayasa” barangkali melingkup pendefenisian yang pertama, dalam arti seni untuk meletakkan hasil-hasil penelitian dari laboratorium ke dalam skala industri. Sehingga ‘Perusahaan Rekayasa’ adalah badan yang menghitung ukuran-ukuran peralatan, mendesain dan membuatnya di bengkel, memasangnya dalam pabrik lalu menjaminnya sampai bisa berfungsi secara optimal. Kenyataan lain dari pengertian luas teknik kimia ini adalah peranannya yang semakin besar dalam sektor-sektor lain daripada yang dilakukan oleh kimianya sendiri. Perkembangan teknik kimia sendiri banyak dukungan dan peranan dari berbagai disiplin ilmu pengetahuan seperti ilmu kimia, fisika, biologi, ilmu matematika, teknik mesin dan disiplin ilmu lainnya. Dalam kehidupan sehari-hari kita selalu menemukan perhitungan, logika, hayalan tentang bentuk benda dimensi dua dan dimensi tiga sehingga kita akan membuat keputusan (decision making) sebaik mungkin dari segi ekonomi. Dari sisi religi, Allah SWT juga melarang agar orang-orang mukmin tidak berbuat yang

97

‫ءا‬

‫ أ‬Vol. I No. 1 Januari – Juni 2011

sia-sia dan menyebabkan kerugian. Ilmu matematika yang sudah sangat universal, maka ilmu ini diajarkan dalam pendidikan dan pelatihan baik formal ataupun non formal. B. Kurikulum Jurusan Kimia di Perguruan Tinggi Program sarjana mempunyai beban studi paling sedikit 144 SKS yang dijadwalkan dalam 8 (delapan) semester dan dibagi dalam tahap persiapan (36 SKS) dan tahap sarjana (108 SKS). Tahap magister mempunyai beban studi 40 SKS dan dijadwalkan dalam 4 (empat) semester. Program Diploma III mempunyai beban studi 110 SKS yang dijadwalkan dalam 6 (enam) semester dan dibagi dalam tahap persiapan (36 SKS) dan tahap madya (74 SKS). Berikut ini diperlihatkan kurikulum teknik kimia untuk program Diploma III, sarjana dan magister: PROGRAM DIPLOMA III Semester I

Semester II

MU1111

Pancasila

2

MU11..

Agama ….

2

MU1121

Pengantar IPTEK

2

MU113

Bahasa Inggris

2

JM0281

Kalkulus I

2

JM0282

Kalkulus II

2

FS0293

Fisika Dasar

2

KK0302

Kimia Organik

2

TM0201

Menggambar Teknik

2

KK0400

P.D.T.K. I

3

KK0300

Kimia Analitik

2

KK0401

P.D.T.K. II

3

KK0301

Kimia Fisika

2

KK0503

Nerc. Massa & Energi

3

KK0303

Program Komputer

2

KK0512

Analisis Instrumen

3

KK0500

Alat Industri Kimia I

2

Jumlah

18

Jumlah

Semester III KK0402

P.D.T.K. III

18

Semester IV 3

KK0505

98

Teknik Reaksi Kimia

2


Prakt. Tek. Pembakaran Prakt. Pen. Air Ind. Kimia

KK0502

Proses Kimia Industri

2

KK0509

KK0504

Thermodinamika

2

KK0511

KK0508

Teknik Pembakaran

2

KK0515

Prakt. Mikrobio Teknik

3

KK0510

Pengol. Air Ind. Kimia

2

KK0516

Ilmu Bahan & Korosi

2

KK0513

Prakt. Anal. Instrumen

3

KK0518

P.P.I

2

KK0514

Mikrobiologi Teknik

2

KK0522

Sat. Opera Tek. Kimia I

2

KK0600

Statistik Mutu

2

KK0524

Sat. Opera Tek. Kimia II

2

&

Pengaw.

Jumlah

18

Jumlah

Semester V

3 3

18

Semester VI

KK0501

Alat Inds. Kimia III

2

MU1112

Kewiraan

2

KK0517

Prakt. Ilmu Bahan & Korosi

3

KK0506

Manag & Ekon Teknik

2

KK0519

Prakt. P.P.I

3

KK0507

Produksi Bersih

2

KK0520

P.L.I.K

2

KK0521

Prakt. P.L.I.K.

3

KK0523

Prakt. S.O.T.K. I

3

KK0527

Prakt. S.O.T.K. III

3

KK0525

Prakt. S.O.T.K. II

3

KK0610

Kesel. & Keseh. Kerja

1

KK0526

Sat. Opera Tek. Kimia III

2

KK0700

Kerja Praktek

2

KK0701

Tugas Akhir

4

Jumlah

18

Jumlah

18

PROGRAM SARJANA Semester I

Semester II

MU1121

Pengantar IPTEK

2

MU1113

Bahasa Inggris

2

JM0281

Kalkulus I

3

JM1284

Kalkulus II

3

IF1601

Program Komputer

2

FS1292

Fisika Dasar II

3

FS1291

Fisika Dasar I

3

KK1306

Kimia Analisa II

2

99

‫ءا‬


FS1295

Prakt. Fisika Dasar

1

KK1308

Prakt. Kimia Analisa

1

JK1208

Kimia Dasar

2

KK1310

Kimia Organik I

2

KK1301

Mikrobiologi

2

KK1312

Kimia Fisika I

2

KK1303

Prakt. Mikrobiologi

1

KK1402

Azas Teknik Kimia I

3

KK1305

Kimia Analisa I

2

Jumlah

18

Jumlah

Semester III

18

Semester IV

MU11..

Agama …

2

MU1116

Penulisan Ilmiah

2

JM1287

Math. Rekayasa

3

KK1320

Prakt. Kimia Fisika

1

KK1313

Kimia Organik II

2

KK1406

Azas Teknik Kimia II

3

KK1315

Prakt. Kimia Organik

1

KK1408

Sist. Utilitas Pabrik I

2

KK1317

Kimia Fisika II

3

KK1410

Math. Terap & Permodl

3

KK1319

Anal & Pengol. Data

2

KK1412

Transfer Panas

2

KK1403

Thermodinamika TK I

3

KK1502

Opera Tek. Kimia I

3

KK1405

Transfer Momentum

2

KK1504

Desain Alat I

3

Jumlah

19

Jumlah

18

Semester V KK1413

Komp. Terapan

KK1415

Semester VI Numerik

3

KK1514

Tek. Reaksi Kimia II

3

Transfer Massa

2

KK1516

Opera. Tek. Kimia III

3

KK1505

Thermodinamika TK II

3

KK1518

Praktikum O.T.K II

2

KK1507

Pros. Industri Kimia II

2

KK1520

Desain Alat II

3

KK1509

Opera. Tek. Kimia II

3

KK1522

Pros. Industri Kimia II

2

KK1511

Praktikum O.T.K I

2

KK1524

Pengendalian Proses

3

KK1513

Tek. Reaksi Kimia I

3

KK1702

Kerja Praktek

1

MU11…

Pilihan MKU

2

Jumlah

19

Jumlah

18

100


Semester VII

Semester VIII

MU1111

Pancasila

2

MU1112

Kewiraan

2

KK1417

Manag. Pabrik Kimia

2

KK15…

Pilihan Keahlian I

2

KK1419

Bahan Konstruksi

2

KK15…

Pilihan Keahlian II

2

KK1421

Eva. Ekonomi Teknik

2

KK1704

Pra. Desain Kimia

4

KK1423

Sist. Utilitas Pabrik II

2

KK1706

Skripsi

4

KK1425

Pengol. Limbah Indus.

2

TM1201

Menggambar Teknik

1

KK1525

Desain Alat III

2

KK1527

Desain Proses

3

KK1529

Desain Pabrik Kimia

2

Jumlah

19

Pabrik

Jumlah

Pilihan Keahlian I

15

Pilihan Keahlian II

KK1561

Teknik Korosi

2

KK1562

Teknologi Gula

2

KK1563

Pemish. Multi Kompon

2

KK1564

Teknologi Petrokimia

2

KK1565

Teknologi Fotokimia

2

KK1566

Tekno. Bahan Makanan

2

KK1567

Teknik Biokimia

2

KK1568

Tekno. Keramik

2

KK1569

Teknologi Fermentasi

2

KK1570

Teknologi Polimer

2

KK1571

Pengend. Udara

2

KK1572

Teknologi Semen

2

KK1573

Peng. Limb. Padat & B3

2

KK1574

Tekno. Pulp & Kertas

2

KK1575

Perpindahan Massa

2

KK1576

Teknologi Minyak dan

2

Pencem.

Disertai Reaksi Kimia

Gelas

&

Gas Bumi

PROGRAM MAGISTER Semester I

Semester II

KK2100

Thermodin. Lanjutan

3

KK2121

Pengedalian Proses

3

KK2101

Transport Phenomena

3

KK2122

Perancangan Proses

3

KK2201

Tek. Reak. Kimia Lanjut

3

KK2123

Perp. Mas Lanjut

3

101

&

Pan.

‫ءا‬

KK2102


Mathematika Tek. Kimia

3

Jumlah

12

KK2404

Proposal Tesis Jumlah

Semester III

3 12

Semester IV

KK2400

Tesis

3

KK2400

Tesis

3

KK214..

Kuliah Pilihan I

2

KK224..

Kuliah Pilihan IV

2

KK214..

Kuliah Pilihan II

2

KK224..

Kuliah Pilihan IV

2

KK214..

Kuliah Pilihan III

2

Jumlah

9

Jumlah

12

Pilihan Keahlian I KK2140

Jaringan Panas

Penukar

Pilihan Keahlian II 2

KK1245

Pengolahan dan

2

Pemanfaatan Batubara KK2141

Anal. Sistem Thermal

2

KK2146

Pengol. & Penguk Data

2

KK2142

Optimasi Proses

2

KK2147

Teknologi Membran

2

KK2143

Penulisan Proposal

2

KK2148

Perpindahan Massa

2

& Tesis KK2144

Katalisator

Disertai Reaksi Kimia 2

KK2149

Teknik Reaksi

2

Elekrokimia

C. Kontribusi Pembelajaran Matematika Terhadap Ilmu Kimia Ilmu matematika dalam teknik kimia sangat penting untuk penerapan ilmu teknik kimia itu sendiri. Teknik kimia muncul ketika ilmu kimia murni dan teknik mesin tidak terjembatani lagi. Ilmu matematika yang harus dikuasai oleh sarjana teknik kimia adalah limit fungsi, hasil differensial, integral tak tentu, integral tertentu, penerapan integral tertentu, integrasi biasa, baris dan deret, geometri analitik ruang, integral lipat dua dan integral lipat tiga, trigonometri, peluang, metode numerik, permodelan, transformasi laplace, matrik dan matematika terapan yang mendukung penyelesaian permasalahan (soal-soal) teknik kimia.

102


Kenyataan lain dari pengertian luas teknik kimia ini adalah peranannya yang semakin besar dalam sektor-sektor lain daripada yang dilakukan oleh kimianya sendiri. Contohnya dalam pengolahan bahan baku utama, pembuatan bahan sintetis dalam bidang konsumsi dan jasa, selalu berikut campur apa yang kita sebut ilmu kimia dan matematika, seperti di setiap reaksi kimia disamping memiliki keuntungan-keuntungan juga merupakan sumber gangguan. Praktikum-praktikum yang ada pada mata kuliah teknik kimia hampir seluruhnya menggunakan ilmu matematika dalam pengolahan data percobaan, contohnya pada praktikum operasi teknik kimia khusus modul mixing (pencampuran) menggunakan matrik untuk penentuan variasi kecepatan pengadukan dengan penggunaan berbagai jenis pengaduk dan penggunaan ilmu matematika ini tidak terlepas juga untuk modul-modul yang lain di praktikum operasi teknik kimia. Penyelesaian pra desain pabrik kimia merupakan mata kuliah yang hampir seluruhnya menggunakan ilmu matematika, contohnya dalam penyelesaian neraca massa neraca energi dari setiap kapasitas produksi ini menggunakan fungsi integral dan fungsi differensial, untuk spesifikasi peralatan yang akan dirancang untuk pabrik kimia menggunakan geometri analitik ruang, transformasi laplace dan trigonometri dan ilmu matematika yang lain. Mata kuliah kimia fisika didalam teknik kimia lebih banyak membahas tentang stoikiometri (keseimbangan reaksi kimia) dan kaitannya dengan phenomena kimia fisika. Ilmu kimia analisa kuantitatif dibutuhkan untuk mengkalkulasi jumlah senyawa/molekul/atom. Azas teknik kimia adalah mata kuliah didalam teknik kimia yang bertujuan untuk memahami bagaimana perhitungan neraca massa dan neraca energi dalam sistem proses secara menyeluruh. Uraian dari isi mata kuliah ini mencakup tentang: • • • • • •

Dimensi dan satuan Satuan mol Beberapa sifat fikia dan sifat kimia dari campuran Analisa neraca massa Analisa neraca energi Penyelesaian tanpa dan dengan persamaan simultan

103

‫ءا‬


Thermodinamika teknik kimia membahas tentang perubahan fisika dan kimia dari massa dan energi. Thermodinamika menyangkut juga aliran fluida di dalam perpindahan sehingga mencakup pula pencampuran, perubahan enthalpinya dengan atau tanpa perubahan fasa. Sementara dalam industri kimia digunakan juga sejumlah fluida yang bersifat anormal (non-Newtonian misalnya) seperti: leburan gelas, bahan plastik yang dialirkan dalam etruder dan cetakan-cetakan. Operasi teknik kimia membahas tentang pengoperasian alatalat proses, menyangkut operasi fisik dimana suatu fasa padatan atau cairan terdispersi dalam bentuk partikel-partikel kecil (tetesan, gelembung, filamen dan seterusnya) dalam fasa lain. Teknik reaksi kimia menyangkut satuan operasi yang berhubungan dengan pengubahan secara kimia, khususnya reaksi kimia yang mempunyai sasaran untuk mengubah struktur molekul baik untuk memperkecil (perengkahan panas), untuk memperbesar (polimerisasi) atau mengganti konfigurasinya (isomerisasi) akan tetapi dari segi penerapannya dalam reaktor industri, reaksi-reaksi dapat diklasifikasikan menurut cara lain misalnya: reaksi homogen (dalam volume) dan reaksi heterogen (pada permukaan), stoikiometri (reaksi tunggal, reaksi ganda, reaksi berurutan, reaksi paralel), penyimpangan terhadap kesetimbangan (reaksi reversibel atau irreversibel) dan terminitasnya (eksoterm dan endoterm) serta mekanisme reaksi (secara stasi, rantai ionik atau radikal). D. Perkembangan Ilmu Teknik Kimia Dalam dua dasawarsa terakhir ini muncul konsep-konsep lain yang secara berangsur-angsur memperkuat konsep teknik kimia, seperti: ilmu tentang sistem pengolahan data komputer dan otomatisasi dan optimisasi, penghargaan terhadap lingkungan, kesehatan, keamanan, dan kualitas hidup dan keterbatasan seumber daya dan alam, krisis energi dan bahan baku tertentu. Secara umum hampir sebagian besar dari permasalahan tersebut dijadikan suatu mata kuliah khusus teknik kimia yang tidak terlepas dari ilmu matematika. Perlu disadari bahwa selama beberapa tahun ini, teknik kimia pada dasarnya dikembangkan oleh atau untuk industri minyak bumi beserta turunan-turunannya. Dalam hal ini energi, berfungsinya separator dan reaktor pada umumnya adalah energi panas, kadang-

104


kadang energi mekanik dan kompresi gas. Misalnya separasi campuran dilakukan dalam kolom destilasi berkat panas yang diberikan oleh boiler, separasi secara khromatografi atau melewatkan melalui media membran yang menyebabkan hilangnya tekanan yang berarti suatu penggunaan energi mekanik. Sisi lain daripada pandangan ke depan perkembangan teknik kimia adalah lahirnya apa yang disebut “bioteknologi” yang secara esensial dikembangkan oleh para sarjana teknik kimia. Harapan besar dari para sarjana teknik kimia adalah mengganti proses pembuatan bahan kimia yang ada saat ini dengan proses baru yang lebih “lembut” berdasarkan reaksi-reaksi biomimetik: enzim, bakteri, jamur, sel-sel yang dikembangkan dalam tabung. Prosesproses ini tentunya dioperasikan pada kondisi tekanan temperatur lingkungan hidup, dapat menggunakan panas buangan, aliran buangan industri selain juga energi fotokimia langsung matahari. E. Penutup Demikianlah sejarah perkembangan teknik kimia yang konsep-konsepnya dibangun tidak terlepas dari ilmu matematika dan menunjukkan rangka pengetahuan yang diperlukan oleh sarjana teknik kimia umumnya, untuk dilatih sebelum terjun sebagai profesional dalam berbagai jenis industri maupun non industri.

105

‫ءا‬


DAFTAR PUSTAKA Anonim, (2000), Pengantar Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Institut Teknologi Medan. Harjono, H. B, Noezar Irwan, Apandi Muchidin, Mubiar Purwasasmita, Dikta Industri Kimia I, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, 1985. Levenspille, Chemical Engineering Kinetics, John Wiley. Reklaitis, G.V, Introduction to Material and Energy Balance, John Wiley, 1983. Smith, Chemical Engineering Kinetics, Mc Graw Hill.

106

PERANAN MATEMATIKA DALAM PEMBELAJARAN TEKNIK KIMIA

Recommend Documents