PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAM - P&ID

Piping and Instrumentation Diagram atau biasa disingkat P&ID adalah ilustrasi skematik secara mendetail mengenai hubungan fungsional perpipaan, instrumentasi dan komponen sistem peralatan didalam suatu pabrik. P&ID adalah salah satu informasi penting mengenai semua komponen pabrik, baik ketika pabrik didalam fase desain, fase konstruksi maupun fase operasional. Dari P&ID kita dapat mengetahui bagaimana suatu pabrik proses bekerja, pipa ukuran apa saja yang digunakan, instrumentasi apa saja yang digunakan dan lain sebagainya. Intinya, P&ID adalah jantung komunikasi antara para insinyur fasilitas produksi dari berbagai disiplin ilmu mengenai pabrik. Pada pembahsan kali ini saya akan membahas tentang beberapa macam control loop pada P&ID, yaitu, control loop pengendalian level, temperature, flow, cascade system pada P&ID

1.    Level Control

Control level sangat diperlukan dalam sutu industri, misalnya pada sebuah tangki penampung  sementara sebuah fluida dalam sebuah industri, pengendalian level sangat vital diperlukan disana, karena, jika tidak dilakukan pengendalian level dalam system tangki itu, akan memungkinkan fluida dalam tangki akan tumpah, atau bahkan fluida dalam tangki itu akan habis tak bersisa, yang mengakibatkan rusaknya device lain yang terhubung pada system tangki itu misalnya pompa, atau bahkan menyebabkan plant menjadi shutdown. Gambar dibawah ini adalah salah satu bentuk loop control level.

Gambar disamping adalah sebuah satu loop control pengendalian level pada sebuah tangki fluida, dengan menggunakan direfential level transmitter. Pada gambar disamping yag berberap sebagi actuator adlah sebuah control valve, yang terletak pada pipa output fluida pada tangki, hal ini bermaksud, jika fluida dalam tangki penuh, maka level trasmiter akan negirimkan perintah pada level control sehingga actuator control valve akan membuka lebih lebar sehingga menghindari tangki penuh.

2.    Flow Control    

    

Control flow, adalah proses pengontrolan suatu aliran fluida, baik berupa cairan maupun gas, dalam P&ID, device yang biasa digunakan pada flow control adalah orifice, ataupun sebuah venturi meter, namun kebanyakan adalah orifice, karena murah, namun hasil pengukuran flow yang didapat oleh orifice untuk kemudian disalurkan ke diferential pressure transmitter tidak sebaik yang dihasilkan venturimeter.

Gambar diatas merupakan satu contoh pengendalian flow atau flow control pada P&ID, dengan orifice yang digunakan sebagai sensor pada laju aliran yang akan megirimkan beda tekanan yang dibaca oleh diferential pressure transmitter (FT), actuator pada gambar di atas adalah sebuah control valve, I/P pada gambar diatas adalah sebuah device analog yang berguna untuk mengkonversi sinyal elektrik menjadi sinyal pneumatic. 

3.      Temperatur Kontrol

Temperature control berguna untuk mengontrol suhu suatu fluida dalam sebuah proses, agar temperature itu tetap terjaga sesuai kebutuhan, atau dengan kata lain control temperature berfungsi untuk menjaga temperature agar stabil, atau sesuai dengan yang dibutuhkan. Pada control temperature sensor yang digunakan biasanya adalah sebuah thermocouple, tetapi tidak terbatas thermocouple saja, melainkan bisa menyesuaikan.

Gambar disamping adalah sebuah proses control temperature pada sebuah heat exchanger, dimana yang di control adalah laju aliran fluida panas yang masuk, dengan menggunakan thermocouple sebagai sensor temperature nya. Proses control temperature disini digunakan agar suhu fluida keluaran heat exchanger tetap sesuai dengan kebutuhan. 

4.      Cascade System

PID Cascade Control mempunyai dua feedback control dimana output dari kontroller utama (primer) menjadi setpoint dari pengontrol sekunder (slave). Output dari kontroller sekunder (slave) yang akan menggerakkan final control element (control valve). Cascade control mempunyai tujuan antara lain :

1. Mengeliminasi pengaruh dari gangguan-gangguan.
2. Memperbaiki kinerja dinamik dari loop kontrol.

Dari gambar disamping, dapat dilihat bahwa yang menjadi kontroller utama (primer) adalah level controller, sedangkan yang menjadi kontroller sekunder (slave) adalah flow controller

Prospek Teknik Fisika

1. Perminyakan dan Pertambangan

  Bidang ini adalah bidang yang palng banyak ditempati dan diminati lulusan-lulusan Teknik Fisika.Di Perminyakan, lulusan Teknik Fisika banyak menempati posisi sebagai Instrument engineer, Control Engineer, Process Engineer, Facility Engineer, dan Production Engineer. Jika anda mencari lulusan Teknik Fisika di suatu perusahaan perminyakan, maka carilah di posisi-posisi tersebut. Dijamin (terutama instrument engineer) akan banyak ditemukan lulusan Teknik Fisika

2. Telekomunikasi dan Elektronika
 
Dengan adanya spesialisasi di bidang Instrumentasi dan Kontrol, banyak pula lulusan Teknik Fisika yang mengadu peruntungannya di bidang-bidang tersebut. Kebanyakan, mereka beraksi di vendor-vendor yang ada. Contohnya di Yokogawa (banyak banget ni), Nokia atau Huawei. Namun tidak sedikit pula yang bekerja di operator telekomunikasi. Bahkan ada seorang alumni Teknik Fisika yang telah berhasil menjadi salah satu petinggi di salah satu operator Telekomunikasi terbesar di Indonesia.

3. Teknologi Informasi

Sekali lagi, dengan keberadaan keahlian Instrumentasi dan Kontrol, Teknik Fisika juga banyak melahirkan programmer-programmer handal. Ada pula yang sudah berhasil mendirikan perusahaan IT. Keahlian programming alumni Teknik Fisika biasanya sangat spesifik karena kesempatan belajarnya sendiri juga tidak terlalu banyak. Setidaknya tidak sebanyak mahasiswa Elektro, Informatika atau Ilmu Komputer. Namun justru itu yang menjadi keunggulan Teknik Fisika. Karena, meski hanya satu atau dua bahasa pemrograman, bahasa tersenut dikuasai sangat dalam. Perludiingat, banyak orang mampu menggunakan banyak bahasa pemrograman. Namun mereka jadi kurang fokus. Padahal yang dibutuhkan saat ini adalah yang spesifik.

4. Energi

Bidang ini memang tidak pernah mati. Selain perminyakan dan pertambangan, energi terbarukan adalah bagian yang banyak dirambah. Namun, karena sedikitnya peluang di dalam negeri, banyak yang menyerbu ke luar negeri dengan penghasilan yang amat sangat luar biasa besar. Selain itu, Teknik Fisika bisa dibilang penguasa tunggal bidang ini. Sampai saat ini, baru Teknik Fisika UGM dan ITS yang menyediakan kurikulum khusus bidang energi terbarukan. Saking tidak adanya pesaing, ada perusahaan multinasional bidang energi terbarukan yang SEMUA karyawannya adalah lulusan Teknik Fisika UGM (sampai saat ini). makin langkanya minyak bumi membuat karir di idang ini sangat menjanjikan. Bahkan, kalaupun anda hanya mau berkarir di Indonesia, itu bukan masalah yang besar. Karena saat ini saja, akan berdiri beberapa perusahaan energi terbarukan di Indonesa. Selain itu, beberapa perusahaan yang sudah mapan seperti MEDCO, PERTAMINA atau REKAYASA INDUSTRI juga akan melakukan ekspansi di bidang ini

5. Pembangkit Listrik

Tak bisa dipungkiri,pembangkit tetap menjadi primadona para lulusan Teknik Fisika. Banyak lulusan Teknik Fisika yang berkarir disini. Beberapa perusahaan tersebut antara lain PLN, Chevron Geothermal, Geodipa, Indonesia Power, Pembangkit PJB Paiton maupun Suralaya dll





6. Industri Manufaktur, Petrokimia (pupuk, kimia,farmasi dll) dan Otomotif

 Industri ini membutuhkan sangat banyak instrument engineer. Tak heran, sebagian besar lulusan Teknik Fisika berkarir disini.






7. Industri Kontraktor

Kontraktor menjadi salah satu bidan yang sangat diminati lulusan Teknik Fisika. Industri Kontraktor disini meliputi Kontraktor Perminyakan, Kontraktor Bangunan, Konsultan Bangunan, Mekanikal Elektrikal. Yang paling tekenal tentu saja bidang HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning). Sebuah bidang yang sudah membuat lulusan Teknik Fisika sangat dikenal.





8. Berbagai Departemen

Lulusan Teknik Fisika tidak hanya berkarir di bidang industri. Banyak juga yang berkarir di berbagai departemen. Contohnya Departemen Pekerjaan Umum, Departemen Energi, LIPI, BATAN, BPPT dll.

Ingat juga, menteri RISTEK kita berasal dari Teknik Fisika lho. Trus, sudah tahu susunan komisaris Pertamina yang baru?? Kalo tidak salah dari 9 (jumlah pasti lupa) ada 3 orang alumni Teknik Fisika. Teknik Fisika memang luar biasa. Siap bergabung ??

Mengapa Kita Perlu Belajar Teknik Fisika?

Salah satu dogma yang sering disampaikan kepada para mahasiswa teknik adalah bahwa Ilmu Teknik itu merupakan ilmu yang bersifat eksak. Dogma ini akan terbantahkan jika seorang mahasiswa mampu memahami peran dari dua buah konsep penting, yaitu asumsi dan ketidakpastian. Konsep pertama, yaitu konsep mengenai asumsi, adalah konsep dasar yang diperlukan seorang engineer ketika menganalisis dan merancang sebuah sistem. Jika asumsi yang digunakan ternyata terlalu jauh dari kenyataan di alam, maka analisis dan perancangan yang dilakukannya akan gagal total. Sebaliknya, jika engineer tersebut memaksakan untuk lebih dulu mengetahui setiap detil dari kenyataan di alam yang terkait dengan sistem yang dikerjakannya, maka ia tidak akan pernah dapat memulai pekerjaannya. Karenanya, seorang engineer perlu secara cerdas memilih serangkaian asumsi yang tepat, agar ia dapat menyederhanakan sebuah masalah namun tetap menghindari kegagalan karena penggunaan asumsi yang sifatnya terlalu jauh dari kenyataan di alam. Lantas, bagaimana cara kita mengetahui apakah asumsi yang digunakan tidak terlalu jauh dari kenyataan di alam? Di sinilah konsep kedua, yaitu konsep mengenai ketidakpastian, menjadi hal yang berguna untuk dikuasai. Satu-satunya cara untuk memastikan apakah asumsi yang digunakan cocok dengan kenyataan di alam adalah dengan melakukan pengukuran terhadap gejala-gejala alam. Meski demikian, setiap langkah pengukuran mengandung ketidakpastian, dan selanjutnya ketidakpastian ini menegasikan dogma mengenai ilmu eksak yang disebut di atas. Peran ketidakpastian ini menjadi semakin penting ketika seorang engineer perlu merekayasa sebuah sistem yang berskala nanometer (atau lebih kecil daripada itu), di mana alam bekerja secara mekanika kuantum dan kemampuan pengukuran kita dibatasi oleh ketidakpastian Heisenberg. Uraian di atas membawa kita ke sebuah kesimpulan bahwa sebuah Ilmu Teknik hanya bisa diterapkan dengan baik jika engineer yang menggunakannya telah secara utuh memahami gejala alam dan telah secara mantap menguasai konsep mengenai asumsi dan konsep mengenai ketidakpastian. Konsep mengenai asumsi membantu seorang engineer melakukan penyelidikan secara komputasional, sedangkan konsep mengenai ketidakpastian membantu seorang engineer melakukan penyelidikan secara eksperimental. Dari sekian banyak ragam Ilmu Teknik yang dipelajari di dunia, ada satu Ilmu Teknik yang secara rinci mempelajari berbagai gejala alam dan secara fundamental mendalami peran asumsi dan ketidakpastian dalam merekayasa teknologi yang memanfaatkan gejala-gejala alam tersebut. Ilmu ini bernama Teknik Fisika.

Bidang ilmu Teknik Fisika, yang sesungguhnya lebih tepat disebut sebagai Fisika Teknik (bahasa Inggris: Engineering Physics; bahasa Belanda: Technische Natuurkunde), dapat didefinisikan sebagai sebuah bidang ilmu yang menjembatani Ilmu Fisika dan Ilmu Teknik (baca salinan dokumen "Engineering Physics, antara Fisika Teknik dan Teknik Fisika" yang tersedia di akhir halaman ini). Jika dibandingkan dengan bidang-bidang ilmu keteknikan lainnya, maka bidang ilmu Teknik Fisika memiliki rentang keilmuan yang lebih lebar, mencakup seluruh bagian dari Ilmu Fisika serta bagian-bagian dasar dari Ilmu Teknik. Rentang keilmuan yang unik tersebut telah menjadi ciri khas, bahkan sejak bidang ilmu Teknik Fisika ini mulai masuk ke Indonesia. Pada tahun 1950, Prof.dr.ir. A. Nawijn, seorang Guru Besar bidang Teknik Fisika dari Delft (Belanda), ditunjuk oleh Fakulteit Teknik Universitas Indonesia untuk mengelola Natuurkundig Ingenieur Afdeling. Perubahan nama ke dalam bahasa Indonesia terjadi pada tahun 1959, di mana Bagian Fisika Teknik saat itu tergabung di dalam Departemen Fisika/Fisika Teknik yang dikepalai oleh Prof. Ir. M. U. Adhiwijogo. Bidang ilmu Teknik Fisika ini lalu terus berkembang di Indonesia.

Inti keilmuan dari bidang ilmu Teknik Fisika terletak pada kemampuan rekayasa Teknologi Multi-Fisika (dengan penekanan penting pada kata “Multi”) yang memanfaatkan pemahaman sejumlah kelompok fenomena fisika yang berbeda-beda. Sebagai sebuah ilustrasi akan pentingnya penekanan kata “Multi” pada visi keilmuan Teknologi Multi-Fisika, kita dapat menengok perkembangan teknologi 'Lab dalam Kepingan' (Lab on a Chip), yaitu sebuah sistem mikrofluidika yang terintegrasi. Teknologi ini muncul untuk menjawab kebutuhan mendesak akan perangkat diagnosa medik yang mudah dibawa, tidak mahal, tidak harus dioperasikan dengan bantuan teknisi ahli serta tidak membutuhkan jumlah sampel yang terlalu banyak. Dalam pertumbuhan teknologi ini, metode rekayasa bisa diterapkan secara tepat hanya jika sang perekayasa telah mampu memahami sejumlah kelompok fenomena fisika (Multi-Fisika, atau dalam bahasa Inggris: multi-physics) secara sekaligus, yang mencakup antara lain mekanika zat padat, mekanika fluida, transport energi dan massa, medan elektromagnetika dan gelombang akustika. Karena memerlukan bekal pemahaman Multi-Fisika, maka pengembangan teknologi baru ini lebih sulit dikerjakan oleh bidang ilmu teknik lain (misal: Teknik Mesin atau Teknik Elektro) yang hanya memfokuskan diri hanya ke satu buah kelompok fenomena fisika tertentu. Melihat hal ini, rentang keilmuan Teknik Fisika yang bersifat umum dan melebar akan menjadi sangat menguntungkan, khususnya untuk kasus-kasus di mana masyarakat luas memerlukan inovasi yang melibatkan Teknologi Multi-Fisika.

Rentang keilmuan yang melebar dari Teknik Fisika tersebut memancing keingintahuan di dalam diri saya. Dalam sudut pandang yang saya miliki, masing-masing fenomena fisika dapat diperlakukan sebagai sebuah LEGO block. Semakin banyak jenis block yang saya kuasai, maka semakin luas pula ragam bentuk yang dapat saya rekayasa. Dengan kata lain, saya mengajukan hipotesis sebagai berikut: semakin banyak jenis fenomena fisika yang saya pahami, maka semakin beragam pula kemampuan rekayasa yang saya miliki. Keragaman ini justru menyenangkan, karena saya tidak harus memilih hanya satu jenis fenomena fisika saja untuk dimainkan. They are all fun! Dengan sudut pandang tersebut, pada tahun 1996 saya mulai mempelajari ilmu Teknik Fisika, tepatnya di Institut Teknologi Bandung (ITB). Pada periode ini saya bekerja sebagai asisten dosen dalam sejumlah mata kuliah: Mekanika Fluida, Akustik, Pengukuran, Perpindahan Kalor dan Massa, Analisis Termal, Elektronika, serta Laser dan Serat Optik. Pada tahun 2001 saya menyelesaikan Tugas Akhir saya dengan judul Design and Fabrication of an Articulated Arm as a Low-Power Laser Beam Delivery Device yang dikerjakan di Laboratorium Optika yang dipimpin Prof. A. Handojo. Pada tahun 2001-2003, dengan beasiswa STUNED saya belajar di M.Sc. International Program of Applied Physics di Technische Universiteit Delft (TUD) di Belanda. Pada periode tersebut, saya melakukan penelitian berjudul Laser Frequency Stabilization for Multiple-Wavelength Interferometer di Optics Research Group di TUD yang dipimpin Prof. J.J.M. Braat. Berkaitan dengan penelitian itu, pada musim panas 2002 saya melakukan penelitian Kerja Praktek di Nederlands Meet-instituut (Institut Metrologi Belanda) dengan judul Laser Frequency Digital Stabilization for A Portable and User-Friendly Optical Frequency Standard. Setelah itu, pada tahun 2003-2007 saya bekerja sebagai peneliti doktor di Quantitative Imaging group di TUD yang dipimpin Prof. I.T. Young.

Pada penelitian ini, saya mengaplikasikan instrumentasi optika untuk menganalisis perilaku DNA di bawah pengaruh medan elektromagnetik di dalam pipa-pipa berskala nano. Dengan hasil analisis ini, saya menghasilkan sebuah perangkat Lab on a Chip yang dapat mengenali dan memilah molekul DNA untuk keperluan analisis lanjut pada bidang kesehatan dan genetika. Selain melakukan penelitian, pada periode ini saya juga melakukan tugas mengajar pada praktikum Physics Instrumentation. Selanjutnya, pada periode 2007-2009, saya bekerja sebagai peneliti post-doc di Laboratory for Aero and Hydro-Dynamics di TUD yang dipimpin Prof. J. Westerweel guna mengaplikasikan instrumentasi optika dalam menyelidiki sifat aliran fluida di skala nanometer. Pada periode ini, saya juga memperdalam kemampuan sebagai pendidik dengan cara menjalani program Active and Collaborative Learning, sebuah pelatihan Basic Teaching Qualification yang wajib diikuti oleh semua dosen di TUD.

Selama mempelajari ilmu Teknik Fisika, saya tidak hanya memperoleh kesempatan unik untuk bekerja dengan

sejumlah Teknologi Multi-Fisika namun juga mendapat banyak pengalaman hidup yang berharga ketika mempresentasikan hasil pekerjaan saya di sejumlah forum keilmuan di berbagai tempat di dunia: Denver, San Jose, Jena, Boston, Mons, Heidelberg, Amsterdam, Waterville Valley, Paris, Gottingen, Roma, Lisbon, San Antonio, Bologna, Oxford, Leiden. Pengalaman saya tersebut menunjukkan bahwa keberhasilan mengembangkan kemampuan hanya bisa dicapai dengan keingintahuan yang tinggi, logika yang cermat, serta kejujuran yang tulus.

Meski seluruh proses studi harus saya jalani dengan kesungguhan dan kerja keras, namun saya selalu menikmati proses tersebut. Ternyata hipotesis saya tidak keliru: semakin banyak jenis fenomena fisika yang saya pahami, maka semakin beragam pula kemampuan rekayasa yang saya miliki. And most importantly: They are all fun!

Pada tahun 2009 saya pulang ke Indonesia untuk bekerja sebagai dosen Teknik Fisika di Universitas Gadjah Mada (UGM) dengan dua buah niat. Niat pertama: saya berniat untuk terus mengembangkan ilmu saya melalui kegiatan penelitian dan terus menikmati setiap bagian dari prosesnya. Terkait dengan niat pertama ini, selama periode 2009-2013 saya menggunakan ilmu rekayasa Teknik Fisika untuk menyulap benda sehari-hari menjadi teknologi yang dapat dimanfaatkan oleh masyarakat Indonesia yang mayoritas masih memiliki kesulitan dengan sumber daya: saya menganalisis metode untuk memfungsikan webcam menjadi mikroskop, memadukan kaca preparat dan selotip menjadi prototip Lab on a Chip, serta mentransformasi kain tekstil menjadi sebuah platform baru untuk teknologi mikrofluidika. Sejak tahun 2013, saya berkolaborasi dengan Dr. Indraswari Kusumaningtyas dalam memanfaatkan instrumentasi optika guna menganalisis dan merekayasa berbagai fenomena getaran mekanik. Niat kedua: saya berniat untuk membagi ilmu dan pengalaman saya ke orang-orang yang memang mau bekerja keras untuk ikut menikmatinya. Terkait dengan niat kedua tersebut, saya mengajar sejumlah mata kuliah di Jurusan Teknik Fisika UGM. Sebelum ini, saya sempat mengajar di mata kuliah Teknik Kehandalan, Fisika Medik, Laser dan Serat Optik, Mekanika Teknik, Pengolahan Citra, Radiasi Visual, dan Nanoteknologi. Saat ini saya mengajar di sejumlah mata kuliah berikut:

• Kalkulus Elementer (kuliah tahun pertama, semester ganjil, 3 sks):
• Mayoritas benda yang berada di sekitar kita tidak memiliki sifat yang konstan. Terkadang sifat mereka berubah terhadap waktu. Pada situasi lain, sifat mereka juga berubah terhadap ruang. Seringkali, sifat mereka berubah terhadap ruang DAN waktu. Untuk dapat merekayasa benda-benda itu menjadi teknologi yang bermanfaat, maka seorang engineer perlu memperhitungkan perubahan sifat benda-benda tersebut. Metode Kalkulus adalah metode matematika yang diciptakan oleh Newton dan Leibnitz untuk mencapai tujuan tersebut. Pada kuliah ini, seorang mahasiswa tidak hanya akan berlatih menguasai metode-metode matematika namun juga akan berlatih menginterpretasinya secara fisika dan menggunakannya dalam menganalisis sebuah fenomena nyata. Catatan: saya hanya mengajar kuliah ini pada periode setelah Ujian Tengah Semester.
• Optika (kuliah tahun kedua, semester ganjil, 2 sks):
• Ketika kita memandang sebuah bintang di langit, yang sebenarnya berlangsung adalah gerakan elektron di bintang tersebut pada waktu bertahun-tahun yang lalu mempengaruhi gerakan elektron di retina kita pada saat ini. Pengaruh tersebut dibawa oleh gelombang energi yang biasa kita sebut sebagai cahaya. Teknologi berbasis cahaya telah sering kita manfaatkan setiap hari: cermin yang kita gunakan setiap pagi, saluran serat optik yang kita pakai berkirim data antar benua melalui jejaring sosial, sistem layar yang kita pakai untuk membaca tulisan ini, dan seterusnya. Pada kuliah ini, seorang mahasiswa tidak hanya akan berlatih memahami fenomena optika secara fundamental namun juga akan berlatih memanfaatkannya untuk melakukan analisis dan perancangan sebuah teknologi yang bermanfaat. Catatan: saya mengajar kuliah ini secara penuh sepanjang semester.
• Pengolahan Sinyal (kuliah tahun kedua, semester genap, 3 sks):
• Salah satu kemampuan dasar yang sangat berguna bagi seorang engineer adalah kemampuan mengolah sinyal. Dengan kemampuan ini, maka ia dapat mengendalikan sebuah pabrik, menganalisis rekaman gambar dan suara, mengirimkan data secara jarak jauh, mengatur getaran pada sebuah sistem mekanik, merekayasa dinamika pada sebuah sistem elektrik, mengendalikan temperatur agar sebuah ruangan menjadi nyaman, dan seterusnya. Pada kuliah ini, seorang mahasiswa tidak hanya akan berlatih mengenali karakter dari sinyal yang perlu diolahnya namun juga berlatih mengolah sinyal tersebut sesuai dengan keperluan teknologi. Catatan: saya hanya mengajar kuliah ini pada periode sebelum Ujian Tengah Semester.
• Biofisika (kuliah tahun ketiga, semester ganjil, 2 sks):
• Seorang engineer Teknik Fisika tidak hanya terampil mencermati fenomena fisika yang ada pada sebuah benda mati namun juga mampu memahami fenomena fisika yang ada pada dirinya sendiri serta sistem-sistem mahluk hidup lainnya di sekitar dirinya. Pemahaman yang bersumber dari pengamatan di alam akan menghasilkan seorang engineer yang mampu menghasilkan teknologi yang efisien dan cocok dengan lingkungan tempat hidupnya. Pada kuliah ini, seorang mahasiswa tidak hanya berlatih mengkombinasikan pemahaman akan beragam fenomena fisika yang telah dipelajari pada kuliah-kuliah sebelumnya (kalkulus, termodinamika, mekanika fluida, elektromagnetika, optika, akustika, pengolahan sinyal, dll.) namun juga berlatih untuk memanfaatkan kombinasi itu guna melakukan analisis dan perancangan pada sebuah Teknologi Multi-Fisika. Catatan: saya mengajar kuliah ini secara penuh sepanjang semester.

Bagian selanjutnya dari halaman ini memuat sejumlah langkah yang perlu diambil para mahasiswa saya selama menimba ilmu di kuliah-kuliah tersebut di atas. Semua langkah tersebut dirancang hanya dengan satu tujuan: membantu para mahasiswa melatih mengembangkan kemampuan dan kemandirian agar mereka dapat memenuhi potensi dirinya di bidang ilmu Teknik Fisika dan menikmati setiap bagian dari prosesnya.

Selamat menikmati.

--
1. KOMPETISI: Battle of Engineers.

Pada setiap kuliah yang saya ampu, saya mengadakan sebuah kompetisi yang bernama Battle of Engineers. Meskipun kompetisi ini bersifat tidak wajib dan tidak mudah, namun seorang mahasiswa akan meraih tiga keuntungan besar dalam peningkatan keilmuan jika dapat memenangkannya. Pertama, mahasiswa yang bersangkutan tidak hanya mampu menyerap teknik-teknik yang diajarkan di kelas namun juga mampu berlatih menerapkannya dalam memecahkan beragam masalah keteknikan yang ditemui sehari-hari. Kedua, mahasiswa yang bersangkutan akan mendapatkan pengalaman unik ketika mempertahankan hasil kerjanya di hadapan dosen dan para kolega; pengalaman ini akan sangat berharga saat mahasiswa tersebut menghadapi Pendadaran Tugas Akhir. Ketiga, jika mahasiswa yang bersangkutan mampu memenangkan kompetisi ini secara baik maka saya tidak akan memiliki alasan untuk memberi nilai yang tidak baik di akhir proses pembelajaran.

Sebagai panduan, waktu yang umumnya diperlukan oleh seorang mahasiswa untuk dapat mengikuti kompetisi ini dengan baik adalah sebanyak N jam per minggu, dengan N adalah jumlah sks dari kuliah yang diikuti. Sebagai catatan, tujuan kompetisi ini bukanlah agar anda dapat saling mengalahkan, melainkan agar anda dapat saling memperkaya kemampuan teknik, khususnya melalui pertukaran ragamnya pengalaman yang ditemui di lapangan ketika mencoba memecahkan tantangan.


Berikut ini daftar topik yang sudah dan akan saya tawarkan dalam kompetisi Battle of Engineers:

• Kalkulus Elementer - kuliah tahun pertama - semester ganjil - 3 sks:
• "Analisis Kuantitatif pada Kerja Mekanik di Sistem Paru-Paru Manusia" (pasca UTS 2013/2014).
• "Analisis Kerja (Work) pada Sistem Pemompaan Cairan di Giant Sequoia" (pasca UTS 2012/2013).

• Optika - kuliah tahun kedua - semester ganjil - 2 sks:
• "Analisis Kuantitatif pada Teknologi Optical Touch Screen" (pra UTS 2013/2014).
• "Perancangan Konseptual dari Teknologi Optical Range Finder" (pasca UTS 2013/2014).
• "Pengukuran Kelengkungan Permukaan Cangkang Telur dengan Pola Moire" (pra UTS 2012/2013).
• "Pengukuran Diameter Butiran Lemak Susu dengan Hamburan LASER" (pasca UTS 2012/2013).

• Pengolahan Sinyal - kuliah tahun kedua - semester genap - 3 sks:
• “Analisis Kuantitatif pada Teknologi Autonomous Flight di Sistem DelFly” (pra UTS 2013/2014).
• “Rancang Bangun dan Pengujian Sistem Lock-In Amplifier Digital dengan Scilab” (pra UTS 2012/2013).

• Biofisika - kuliah tahun ketiga - semester ganjil - 2 sks:
• "Analisis Kuantitatif pada Efisiensi Energi Flagella di Sistem Propulsi Sel Sperma" (pra UTS 2013/2014).
• "Perancangan Konseptual dari Teknologi Sperm Sorter" (pasca UTS 2013/2014).
• "Fabrikasi Jejaring Kanal Mikro Sebagai Simulator Sistem Pembuluh Darah" (pra UTS 2012/2013).
• "Pengukuran Komposisi Isi Telur Matang dengan Tomografi Elektrik" (pasca UTS 2012/2013).

Jadual kompetisi adalah sebagai berikut:

• Pertemuan 4 (dan/atau 11): Secara perorangan, mahasiswa mengumpulkan makalah versi "DRAFT" (disusun dengan cara diketik, bukan ditulis tangan).
• Pertemuan 5 (dan/atau 12): Semua makalah versi "DRAFT" akan saya kembalikan dengan saran dan kritik.
• Pertemuan 6 (dan/atau 13): Secara perorangan, mahasiswa mengumpulkan makalah versi "FINAL" (disusun dengan cara diketik, bukan ditulis tangan) yang dilampiri dengan makalah versi "DRAFT" lengkap dengan semua saran dan kritik yang telah saya tuliskan di dalamnya.
• Pertemuan 7 (dan/atau 14): Mahasiswa dengan makalah versi "FINAL" yang terbaik dipersilakan untuk menampilkan dan mempertahankan makalahnya itu dalam sebuah Pendadaran Mini di hadapan saya dan seluruh rekan mahasiswa sekelas. Setelah sesi presentasi dan tanya jawab usai, saya akan membahas penampilan yang telah disajikan dan memberikan saran yang dapat digunakan mahasiswa yang bersangkutan ketika menghadapi situasi serupa pada Pendadaran Tugas Akhir nanti.

2. DISKUSI: Critical Reviews and Socratic Debates.

Sebelum masuk ke kelas untuk menyerap materi kuliah dan mengikuti jalannya diskusi, seorang mahasiswa SANGAT DIANJURKAN untuk lebih dulu menyusun sebuah dokumen Critical Review terhadap referensi yang akan digunakan untuk mempelajari materi kuliah hari itu. Dokumen yang digunakan sebagai referensi dalam tiap mata kuliah dapat dilihat dalam daftar dokumen di akhir halaman ini. Untuk dapat mempelajari dan mempraktekkan cara-cara menyusun Critical Review yang baik, seorang mahasiswa dapat menggunakan salinan buku "Asking the right questions" yang terdapat di akhir halaman ini. Sebagai panduan, waktu yang umumnya diperlukan oleh seorang mahasiswa untuk dapat menyusun Critical Review yang baik adalah sebanyak N jam per minggu, dengan N adalah jumlah sks dari kuliah yang diikuti.

Meskipun pekerjaan menyusun Critical Review ini bersifat tidak wajib dan tidak mudah, namun seorang mahasiswa akan meraih dua keuntungan besar jika melakukannya. Pertama, dengan menyusun dokumen ini maka mahasiswa yang bersangkutan akan dapat membantu saya untuk memahami kesulitan-kesulitan yang dialaminya selama proses pembelajaran, sedemikian sehingga saya dapat melakukan adaptasi yang cepat pada interaksi di kelas untuk membantu peningkatan pemahaman mahasiswa. Kedua, jika mahasiswa yang bersangkutan mampu mengerjakan tugas Critical Review ini secara baik maka ia akan dapat dengan aktif menikmati diskusi berupa Socratic Debates yang saya selenggarakan saat pertemuan di kelas. Debat-debat ini diselenggarakan untuk membantu mahasiswa memahami kaitan antara materi yang telah dipelajarinya saat menyusun Critical Review dengan tantangan yang dihadapinya di kompetisi Battle of Engineers. Debat-debat tersebut biasanya akan saya awali dengan sebuah pernyataan pembuka sebagai berikut:

"Materi kuliah yang telah dipelajari dalam tugas Critical Review hari ini TIDAK AKAN dapat dipergunakan untuk menyelesaikan tantangan yang sedang dihadapi dalam kompetisi Battle of Engineers."

Setiap mahasiswa di dalam kelas harus mengambil sikap jelas terhadap pernyataan tersebut, sedemikian sehingga seisi kelas akan terbagi menjadi dua kelompok: kelompok yang menyatakan setuju dengan pernyataan tersebut di atas serta kelompok yang menyatakan tidak setuju dengan pernyataan di atas. Secara bergantian, para anggota dari kedua kelompok akan dipersilakan untuk menjelaskan argumentasi yang digunakan dalam posisinya. Sebagai catatan, tujuan debat-debat tersebut bukanlah agar anda dapat saling mengalahkan, melainkan agar anda dapat saling memperkaya kemampuan teknik, khususnya melalui pertukaran argumentasi logis dengan sudut pandang yang beragam. Gunakan diagram Toulmin yang tersedia berikut ini dalam berlatih mensintesis dan menganalisis sebuah argumentasi.

Berikut ini daftar materi per pertemuan per mata kuliah:

    Kalkulus Elementer - kuliah tahun pertama - semester ganjil - 3 sks:
8. Integration; 
9. Applications of Definite Integrals (part 1);
10. Applications of Definite Integrals (part 2);
11. Transcendental Functions (part 1);
12. Transcendental Functions (part 2);
13. Techniques of Integration;
14. Battle of engineers.

    Optika - kuliah tahun kedua - semester ganjil - 2 sks:
1. The principle of least time;
2. Geometrical optics;
3. Electromagnetic radiation;
4. Interference;
5. Diffraction;
6. The origin of the refractive index;
7. Battle of engineers;
8. Radiation damping and light scattering (part 1);
9. Radiation damping and light scattering (part 2);
10. Polarization;
11. Relativistic effects in radiation (part 1); 
12. Relativistic effects in radiation (part 2);
13. Color vision and mechanisms of seeing.
14. Battle of engineers.

    Pengolahan Sinyal - kuliah tahun kedua - semester genap - 3 sks:
1. Signals and systems;
2. Linear time-invariant systems;
3. Fourier series and signal filtering;
4. The Fourier transform;
5. Time and frequency characterization;
6. Signal sampling;
7. Battle of engineers.

    Biofisika - kuliah tahun ketiga - semester ganjil - 2 sks:
1. What the ancients knew;
2. What's inside cells;
3. The molecular dance;
4. Random walks, friction, and diffusion;
5. Life in the slow lane: the low Reynolds-number world;
6. Entropy, temperature, and free energy;
7. Battle of engineers;
8. Entropic forces at work;
9. Chemical forces and self-assembly;
10. Cooperative transitions in macromolecules;
11. Enzymes and molecular machines;
12. Molecular machines in membranes;
13. Nerve impulses;
14. Battle of engineers.

3. UJIAN: Take-Home Tests.
Pada periode Ujian Tengah Semester dan/atau Ujian Akhir Semester, para mahasiswa akan memperoleh kesempatan untuk mendemonstrasikan semua kemampuan yang telah diperolehnya selama proses pembelajaran. Kesempatan ini saya berikan melalui kegiatan Take-Home Test.

Sebagai panduan, waktu yang umumnya diperlukan oleh seorang mahasiswa untuk dapat menyiapkan dirinya dengan baik sebelum mengikuti Take-Home Test adalah sebanyak 3 kali N jam per minggu, dengan N adalah jumlah sks dari kuliah yang diikuti. Jumlah waktu sebanyak 3 kali N jam per minggu tersebut sebaiknya dibagi oleh mahasiswa yang bersangkutan menjadi tiga bagian, yaitu: (i) N jam per minggu sebelum masuk ke dalam kelas berupa kegiatan menyusun Critical Review secara mandiri, (ii) N jam per minggu saat di dalam kelas berupa kegiatan Socratic Debates dengan dosen dan kolega mahasiswa, serta (iii) N jam per minggu setelah keluar dari kelas berupa kegiatan menyelesaikan tantangan yang diberikan dalam kompetisi Battle of Engineers.



Berikut ini sejumlah langkah yang perlu dilakukan oleh mahasiswa saat mengerjakan Take-Home Test:

• Hubungi para penyusun dari semua makalah yang telah ditampilkan dan dipertahankan di pertemuan 7 (atau 14) pada kompetisi Battle of Engineers pada mata kuliah yang diikuti dan mintalah satu buah salinan dari masing-masing makalah tersebut. Pelajari semua makalah tersebut dengan baik. Susunlah sebuah Critical Review terhadap SATU makalah yang anda nilai sebagai makalah TERBAIK di antara semua makalah yang telah ditampilkan dan dipertahankan pada kompetisi Battle of Engineers.
• Gunakan kesempatan ini secara SEBAIK-BAIKNYA untuk mendemonstrasikan kualitas pemahaman anda atas teknik-teknik yang telah anda pelajari selama perkuliahan. Nilai yang baik tentunya hanya bisa diraih dengan cara bekerja keras menyusun Critical Review yang bersifat dalam, kuantitatif, dan secara spesifik memanfaatkan teknik-teknik yang telah dipelajari baik dari referensi maupun dari diskusi di kelas untuk menghasilkan perhitungan dan analisis yang faktual. Sebaliknya, nilai yang tidak baik dapat mudah diraih dengan cara menyusun Critical Review yang bersifat dangkal, kualitatif, serta hanya memanfaatkan informasi yang umum dimiliki oleh orang awam untuk menghasilkan opini yang bersifat non-faktual.
• Susunlah hasil pekerjaan Take-Home Test anda dalam sebuah dokumen (disusun dengan cara diketik, bukan ditulis tangan) yang berukuran TIDAK LEBIH BESAR dari SATU buah halaman berdimensi 210 mm x 297 mm. Kumpulkan dokumen tersebut tepat pada hari Ujian Tengah Semester (dan/atau Ujian Akhir Semester) yang ditetapkan oleh jurusan.
• Jangan lakukan tindakan plagiarisme. Jika anda belum memahami definisi dari plagiarisme, maka gunakan keingintahuan anda untuk menghindarkan diri dari masalah akademis.

Catatan-catatan penutup yang terkait dengan Take-Home Tests:

• Jika ternyata tidak ada satu makalah pun yang layak ditampilkan di kompetisi Battle of Engineers sedemikian sehingga Take-Home Test tidak dapat dilaksanakan maka saya akan mengevaluasi kemampuan mahasiswa berdasarkan kumpulan Critical Review yang telah dikumpulkan di awal tiap pertemuan di kelas.
• Setelah nilai diumumkan, biasanya sejumlah mahasiswa ingin menemui saya untuk menanyakan mengapa yang bersangkutan memperoleh nilai tersebut. Saya hanya bersedia melayani diskusi mengenai topik ini hanya jika mahasiswa yang bersangkutan telah menunjukkan kesungguhannya bekerja dalam durasi waktu sebanyak 3 kali N jam per minggu, yang didemonstrasikan berupa: (i) N jam per minggu menyusun Critical Review, (ii) N jam per minggu mengikuti Socratic Debates, serta (iii) N jam per minggu menyelesaikan tantangan yang diberikan dalam kompetisi Battle of Engineers. Mahasiswa yang bersangkutan dapat menghubungi saya melalui email (geaofp AT yahoo DOT com) untuk membuat jadual pertemuan. Pada pertemuan itu, saya akan mendiskusikan langkah-langkah yang cocok dikerjakan untuk memperbaiki kinerja mahasiswa yang bersangkutan di masa selanjutnya.
• Anda merasa berhak mendapatkan nilai yang baik namun ternyata belum juga memperolehnya?
  
  Ini bisa saja terjadi, khususnya jika anda belum benar-benar menjiwai ilmu Teknik Fisika dalam kehidupan anda sehari-hari. Coba simak cerita singkat yang dibagikan oleh Prof. Andrianto Handojo dan dikisahkan ulang oleh Victor Samuel berikut ini:
• Alkisah, di Delft, Belanda, ada seorang mahasiswa teknik fisika yang sedang panik. Beberapa jam lagi ujian. Di sana, ujian dilakukan secara lisan dengan profesor, supaya si profesor mengetahui sejauh mana pemahaman mahasiswa yang diajarnya. Si mahasiswa ini sibuk menghafal segala rumus dan penjelasan yang ada di diktat kuliahnya.
  Waktunya sudah tiba. Mahasiswa ini pun mendapat panggilan. Supaya lebih yakin, ia kembali melihat catatannya sambil berjalan masuk ke ruangan.
  Si profesor kemudian menanyakan pertanyaan pertama, “Kamu ke sini naik apa?”
  Si mahasiswa ini kaget. Dia pikir si profesor akan bertanya mengenai sesuatu yang ada di diktat kuliahnya. Tapi ia berpikir mungkin ini cuma introduksi, pengantar, basa-basi si profesor. “Saya naik sepeda, Prof” jawabnya.
  Kemudian si profesor bertanya lagi, “Kamu tinggal di mana?”
  Si mahasiswa ini lebih kaget lagi. Dia jadi agak sedikit kecewa. Sebab dia sudah siap menjabarkan rumus-rumus yang telah dihafalnya. Tapi ia pun tetap menjawab, “di jalan X, Prof”.
  “Oh, lewat Gereja Tua dong?”, tanya si profesor lagi.
  “Iya, Prof”, jawab si mahasiswa sambil tetap kebingungan. Ia tidak sadar pertanyaan berikutnya akan sangat menyulitkan dia.
  Dengan wajah serius dan tatapan tajam, si profesor bertanya, “Waktu kamu lewat Gereja Tua, angin bertiup ke arah mana?”
  Si mahasiswa terbelalak. Dia pun berusaha keras mengingat-ingat suasananya. Hasilnya nihil. Yang ia ingat bahwa ia sedang berusaha menghafal rumus.
  “Saya tidak tahu, Prof.”
  Profesor itu diam sejenak sambil memandang si mahasiswa yang mukanya kelimpungan. Sampai si profesor berkata,
  “Anda sedang berkuliah di jurusan yang basisnya itu fisika. Itu berarti Anda harus cukup jeli memperhatikan gejala fisis yang terjadi di sekitar Anda. Namun, sepertinya Anda belum punya cukup kualifikasi itu. Bagi seseorang yang kuliah di teknik fisika, penginderaan Anda tumpul. Silakan ketemu saya tiga bulan lagi.”

================================

Program Menghitung Gerak Parabola Dengan VB.net

Narasi Program

Program ini adalah program tentang menghitung komponen-komponen dari gerak melengkung atau yang lebih sering disebut dengan gerak peluru atau gerak parabola, input dari program ini adalah kecepatan awal (Vo), sudut elevansi, dan waktu. adapun pada program ini telah diisikan rumus-rumus dasar dari geral parabola, seperti rumus untuk mencari jarak maksimal, tinggi maksimal, Vx, Vx serta rumus-rumus dasar dari gerak parabola lainnya untuk mencari komponen-komponen gerak parabola. tampilan dari program-program ini sangat sederhana, hanya terdiri dari 1 form, sedangkan proses input dilakukan dengan mengisi textbox, output dari program ini berupa, komponen kecepatan di sumbu X atau disebut juga Vx, komponen kecepatan di Y atau disebut juga Vy, jarak X maksimum, Y maksimum, jarak yang ditempuh benda pada sumbu X, serta jarak yang ditempuh benda pada sumbu Y. output dari program ini sendiri juga ditampilan lewat textbox, dengan sebuah tombol disamping textbox di masing-masing komponen dimana tombol tersebut berguna untuk mengeksekusi input dengan rumus-rumus salah satu komponen gerak parabola, sehingga bola tombola tau button itu di klik maka akan tampil di textbox output dari komponen gerak parabola yang ingin kita hitung. Adapun rumus-rumus yang digunakan pada program ini antara lain adalah sebagai berikut :

Rumus disamping digunakan pada program ini untuk menhitung komponen gerak parabola yaitu, komponen kecepatan di sumbu x (Vx) dan jarak yang ditempuh benda pada sumbu X, dimana Vo, α dan t berturut-turut adalah kecepatan awal, atau kecepatan inisiasi, sudut elevansi serta waktu, dimana ketiga komponen itu kita gunakan sebagai input.

Rumus disamping digunakan pada program ini untuk menghitung komponen pada gerak parabola yaitu komponen kecepatan di sumbu y, serta jarak yang ditempuh benda pada sumbu Y, dimana Vo, α dan t berturut-turut adalah kecepatan awal, atau kecepatan inisiasi, sudut elevansi serta waktu, dimana ketiga komponen itu kita gunakan sebagai input. Sedangkan (g) adalah gaya grafitasi.

Rumus disamping adalah rumus untuk menghitung jarak maksimum benda di sumbu X, dimana Vo, α berturut-turut adalah kecepatan awal, atau kecepatan inisiasi, sudut elevansi, dimana ketiga komponen itu kita gunakan sebagai input. Sedangkan (g) adalah gaya grafitasi.

Rumus disamping adalah rumus untuk menghitung jarak maksimum benda di sumbu Y, dimana Vo, α berturut-turut adalah kecepatan awal, atau kecepatan inisiasi, sudut elevansi, dimana ketiga komponen itu kita gunakan sebagai input. Sedangkan (g) adalah gaya gravitasi.

Untuk tampilan program nya sendiri adalah sebagai berikut

 

Tampilan program tesebut terdiri dari 1 form, dimana komponen-komponen dari visual basic yang di gunakan adalah label, textbox, button, picturebox, serta groupbox. Textbox digunakan untuk melakukan input serta menampilkan output, sedangkan button digunakan untuk mengeksekusi rumus dari komponen gerak parabola yang dipilih. Sedangkan picture box digunakan untuk menampilkan gambar visualisasi dari gerak parabola, gambar itu hanyalah visualisasi saja atau hanya gambaran dari gerak parabola sehinggga tidak berpengaruh apapun pada program tersebut. 

untuk source code adalah sebegai berikut

Public Class Formss1

    Private Sub Form1_Load(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles MyBase.Load

        Me.CenterToScreen()  “adalah code agar program tampil di tengah-tengah layar”

    End Sub

   

   

    Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button2.Click

        TextBox6.Text = (TextBox1.Text * Math.Cos((TextBox2.Text / 360) * (2 * 3.14)))

        Format(TextBox6.Text, 3)

    End Sub

    Private Sub Button3_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button3.Click

        TextBox4.Text = (TextBox1.Text * Math.Sin((TextBox2.Text / 360) * (2 * 3.14))) - ((9.8 * TextBox3.Text))

    End Sub

    Private Sub Button4_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button4.Click

        TextBox5.Text = ((TextBox1.Text ^ 2)) * (Math.Sin(((2 * TextBox2.Text) / 360) * (2 * 3.14))) / (9.8)

    End Sub

    Private Sub Button5_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button5.Click

        TextBox7.Text = ((TextBox1.Text ^ 2)) * (Math.Sin((TextBox2.Text / 360) * (2 * 3.14))) ^ 2 / (2 * 9.8)

    End Sub

    Private Sub TextBox8_TextChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles TextBox8.TextChanged

    End Sub

    Private Sub Button1_Click_1(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click

        TextBox8.Text = (TextBox1.Text * Math.Cos((TextBox2.Text / 360) * (2 * 3.14))) * (TextBox3.Text)

    End Sub

    Private Sub Button6_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button6.Click

        TextBox9.Text = (TextBox1.Text * Math.Sin((TextBox2.Text / 360) * (2 * 3.14))) - ((9.8 * TextBox3.Text))

    End Sub

    Private Sub PictureBox1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)

    End Sub

    Private Sub Button7_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button7.Click

        TextBox1.Text = ""

        TextBox2.Text = ""

        TextBox3.Text = ""

        TextBox9.Text = ""

        TextBox8.Text = ""

        TextBox7.Text = ""

        TextBox6.Text = ""

        TextBox5.Text = ""

        TextBox4.Text = ""

    End Sub

    Private Sub TextBox5_TextChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles TextBox5.TextChanged

    End Sub

End Class

Untuk project vb.net nya sendiri dapat di download DISINI