BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian pne
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Pengertian pneumatik
Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang
bergerak, keadaan-keadaan
keseimbangan
udara dan syarat-syarat
keseimbangan. Orang pertama yang dikenal dengan pasti telah
menggunakan alat pneumatik adalah orang Yunani bernama Ktesibio.
Dengan
demikian
istilah
pneumatik
berasal
dari
Yunani
kuno
yaitu pneuma yang artinya hembusan (tiupan). Bahkan dari ilmu filsafat
atau secara philosophi istilah pneuma dapat diartikan sebagai nyawa.
Dengan kata lain pneumatik berarti mempelajari tentang gerakan angin
(udara) yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga dan
kecepatan.
Gambar 2.1 Rangkaian pneumatik
Pneumatik merupakan cabang teoritis aliran atau mekanika fluida dan
tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran udara melalui suatu sistem
saluran, yang terdiri atas pipa-pipa, selang-selang, gawai (device) dan
sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara mampat. Udara yang
dimampatkan adalah udara yang diambil dari udara lingkungan yang
kemudian ditiupkan secara paksa ke dalam tempat yang ukurannya relatif
kecil.
3
4
Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri
(khususnya dalam teknik mesin) merupakan ilmu pengetahuan dari semua
proses mekanis dimana udara memindahkan suatu gaya atau suatu
gerakan. Dalam pengertian yang lebih sempit pneumatik dapat diartikan
sebagai teknik udara mampat (compressed air technology). Sedangkan
dalam pengertian teknik pneumatik meliputi : alat-alat penggerakan,
pengukuran, pengaturan, pengendalian, penghubungan dan perentangan
yang meminjam gaya dan penggeraknya dari udara mampat. Dalam
penggunaan sistem pneumatik semuanya menggunakan udara sebagai
fluida kerja dalam arti udara mampat sebagai pendukung, pengangkut, dan
pemberi tenaga.
Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang
bergerak, keadaan-keadaan
keseimbangan
udara dan syarat-syarat
keseimbangan. Perkataan pneumatik berasal bahasa Yunani “ pneuma“
yang berarti “napas” atau “udara”. Jadi pneumatik berarti terisi udara atau
digerakkan oleh udara mampat. Pneumatik merupakan cabang teori aliran
atau mekanika fluida dan tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran
udara melalui suatu sistem saluran, yang terdiri atas pipa-pipa, selangselang, gawai dan sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara
mampat.
Pneumatik
menggunakan
hukum-hukum
aeromekanika,
yang
menentukan keadaan keseimbangan gas dan uap (khususnya udara
atmosfir) dengan adanya gaya-gaya luar (aerostatika) dan teori aliran
(aerodinamika). Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat
dalam industri merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanik
dimana udara memindahkan suatu gaya atau gerakan. Jadi pneumatik
meliputi semua komponen mesin atau peralatan, dalam mana terjadi
proses-proses pneumatik. Dalam bidang kejuruan teknik pneumatik dalam
pengertian yang lebih sempit lagi adalah teknik udara mampat (udara
bertekanan).
5
Gambar 2.1 Rangkaian Pneumatik
2.2
Komponen pneumatik
Gambar 2.2 Komponen-komponen pneumatik
Dalam menggunakan aplikasi sistem pneumatik sangat penting untuk
kita memilih komponen-komponen yang tepat, komponen-komponen
pneumatik dibagi atas beberapa bagian (Krist, T dan Ginting, 1993)
6
a. Sumber energi (Energy supply) seperti compressor, tangki udara
(Reservoir), unit penyiapan udara, unit penyalur udara dan lainlain.
b. Actuator, seperti silinder kerja tunggal, silinder kerja ganda dan
lain-lain.
c. Elemen kontrol, seperti katup jenis 5/2, 3/2, Flow Regulator, dan
lain-lain.
d. Elemen masukan, seperti sensor, tombol, pedal, roller dan
sebagainya.
A. Sumber energi
Pada sistem pneumatik, sumber energi didapatkan dari udara, dalam
penelitian ini nantinya didapatkan dari kompresor. Kompresor berfungsi
untuk menampung udara yang ada sehingga udara tersebut nantinya dapat
digunakan untuk sumber energi sistem pneumatik.
Prinsip kerja dari sumber energi pada sistem pneumatik adalah udara
dimampatkan sehingga udara yang ada berkumpul dan mempunyai energi
untuk menggerakkan sistem pneumatik tersebut.
Komponen-komponen yang digunakan untuk mendapatkan udara
mampat antara lain, kompresor sebagai penghasil udara mampat, tangki
udara
sebagai
penyimpan
udara,
unit
persiapan
udara
untuk
mempersiapkan udara mampat dan unit penyalur udara untuk menyalurkan
udara mampat kepada komponen-komponen pneumatik.
B. Aktuator ( actuator )
Merupakan salah satu output sistem, dalam hal ini adalah sistem
pneumatik. Pada penelitian ini nantinya akan menggunakan beberapa
komponen-komponen sistem pneumatik, seperti:
1. Silinder kerja ganda (Double Acting Cylinder)
Pada silinder ini pergerakan maju dan mundurnya diatur dengan
sumber angin yang dimampatkan pada bagian lubang atau
belakangnya.
7
Bila sumber angin dimasukkan melalui lubang dibagian belakang
silinder, maka torak akan bergerak maju dan angin akan keluar
melalui lubang bagian depan silinder. Kondisi ini biasa dikatakan
dengan posisi extend
Demikian sebaliknya, jika sumber angin dimasukkan melalui
lubang depan, maka torak akan bergerak mundur dan angin akan
keluar melalui lubang bagian belakang silinder. Kondisi ini biasa
dikatakan kondisi Retract.
Gambar 2.3 Silinder kerja ganda
2. Katup pneumatik
Adalah
sebagai
komponen
pengatur
secara
mekanik
dari
pergerakan silinder baik kondisi torak maju atau pun mundur.
C. Elemen kontrol
Merupakan
komponen
pneumatik
yang
digunakan
untuk
mengendalikan aliran udara yang masuk dan keluar, tekanan atau tingkat
aliran (flow rate) dari udara mampat yang akan disalurkan kepada
komponen-komponen pneumatik lain sebagai input atau pada actuator.
Elemen control dapat dibagi menjadi beberapa kategori, yaitu:
a. Katup satu arah (non-return valves)
b. Katup kontrol aliran ( flow control valves)
c. Katup kontrol tekanan (pressure control valves)
8
Katup satu arah (non-return valves) merupakan suatu komponen
pneumatik yang berfungsi untuk melewatkan sinyal pneumatik dari satu
sisi dan menghambat sinyal yang datang dari sisi yang lain.
Katup kontrol aliran (flow control valves) merupakan komponen
pneumatik yang berfungsi untuk mengatur besarnya volume udara mampat
yang ingin dialirkan baik satu arah maupun dua arah, sehingga kecepatan
silinder dapat diatur sesuai kebutuhan. Dilihat dari arah aliran katup
pengontrol aliran dibedakan menjadi dua jenis, yaitu throttle valve (dua
arah) dan one-way flow control (satu arah).
Katup kontrol tekanan merupakan komponen pneumatik yang
berfungsi untuk memanipulasi tekanan udara mampat dan juga komponen
ini dapat bekerja dengan udara mampat yang telah dimanipulasi.
Katup 5/2 merupakan katup yang memiliki 5 lubang dan 2 pergerakan
secara mekanik yaitu gerakan mekanik yang menentukan silinder dalam
kondisi maju atau silinder dalam kondisi mundur.
Gambar 2.4 ilustrasi cara kerja katup 5/2
Rincian kondisi gambar pertama pada gambar diatas yaitu lubang 1
sebagai sumber angin masuk dari kompresor menuju lubang 2 untuk
kemudian dialirkan ke lubang silinder bagian depan yang akan
menyebabkan silinder bergerak mundur yang mengakibatkan angin keluar
melalui lubang silinder bagian belakang dan masuk ke lubang katup 4
kemudian dikeluarkan melalui lubang 5, dan lubang 3 dimampatkan.
Rincian kondisi gambar kedua pada gambar diatas yaitu lubang 1
sebagai sumber angin masuk dari kompresor menuju lubang 4 untuk
9
kemudian dialirkan ke lubang silinder bagian belakang yang menyebabkan
silinder bergerak maju yang mengakibatkan angin keluar melalui lubang
silinder bagian depan dan masuk ke lubang katup 2 kemudian dikeluarkan
melalui lubang 3 dan lubang 5 dimampatkan.
D. Elemen masukan (input element)
Elemen masukan adalah komponen yang menghasilkan suatu besaran
atau sinyal yang diberikan kepada sistem sebagai masukan untuk
menjalankan sistem kepada langkah sistem berikutnya. Elemen pneumatik
terdiri dari switch dan sensor. Seperti tombol, tuas, pedal, roller, dan
sebagainya.
Sensor yang digunakan dalam pneumatik terdiri dari:
1.
Sensor proximity adalah sensor yang aktif tanpa kontak langsung
dengan actuator yang terdiri dari:
a. Sensor kapasitif mendeteksi ada atau tidaknya suatu benda.
Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 sensor kapasitif
b. Sensor induktif mendeteksi benda yang terbuat dari logam.
Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
10
Gambar 2.6 sensor induktif
c. Sensor optic untuk mendeteksi warna suatu benda berdasarkan
pantulan yang dihasilkan. Untuk benda yang berwarna hitam maka
pantulan yang dihasilkan hampir tidak ada, sedangkan benda lain
dilihat berdasarkan terang gelapnya. Simbolnya dapat dilihat pada
gambar dibawah ini.
Gambar 2.7 Sensor optic
d. Sensor magnetik untuk mendeteksi benda yang memiliki unsur
magnetik.
2.
Sensor non-proximity adalah sensor yang berhubungan langsung
dengan actuator. Salah satu contoh sensor non proximity yaitu roller
switch. Sensor ini mendeteksi penekanan pada roller tersebut ( sama
seperti saklar biasa ). Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah
ini.
11
Gambar 2.8 Roller switch
Komponen pneumatik beroperasi pada tekanan 8 s.d. 10 bar, tetapi
dalam praktik dianjurkan beroperasi pada tekanan 5 s.d. 6 bar untuk
penggunaan yang ekonomis.
Beberapa bidang aplikasi di industri yang menggunakan media
pneumatik dalam hal penangan material adalah sebagai berikut:
a. Pencekaman benda kerja
b. Penggeseran benda kerja
c. Pengaturan posisi benda kerja
d. Pengaturan arah benda kerja
Penerapan pneumatik secara umum:
a. Pengemasan (packaging)
b. Pemakanan (feeding)
c. Pengukuran ( metering )
d. Pengaturan buka dan tutup (door or chute control).
e. Pemindahan material (transfer of materials)
f. Pemutaran dan pembalikan benda kerja (turning and inverting of
parts)
g. Pemilahan bahan (sorting of parts)
h. Penyusunan benda kerja (stacking of components)
i. Pencetakan benda kerja (stamping and embosing of components)
Susunan sistem pneumatik adalah sebagai berikut:
12
a. Catu daya (energy supply)
b. Elemen masukan (sensors)
c. Elemen pengolah ( Processor )
d. Elemen kerja (actuators)
Adapun ciri-ciri dari para perangkat sistem pneumatik yang tidak
dipunyai oleh sistem alat yang lain, adalah sebagai berikut:
1. Sistem pengempaan, yaitu udara disedot atau diisap dari atmosper
kemudian dimampatkan (dikompresi) sampai batas tekanan kerja tertentu
(sesuai dengan yang diinginkan). Dimana selama terjadinya kompresi ini
suhu udara menjadi naik.
2. Pendinginan dan penyimpanan, yaitu udara hasil kempaan yang naik
suhunya harus didinginkan dan disimpan dalam keadaan bertekanan
sampai ke obyek yang diperlukan.
3. Ekspansi (pengembangan), yaitu udara diperbolehkan untuk berekspansi
dan melakukan kerja ketika diperlukan.
4. Pembuangan, yaitu udara hasil ekspansi kemudian dibebaskan lagi
ke atmosper (dibuang).
Semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk
udara yang dimampatkan untuk menghasilkan suatu kerja disebut dengan
sistem pneumatik. Didalam penerapannya itu, system pneumatik banya
k digunakan sebagai sistem automasi. Dalam kaitannya dengan bidang
kontrol, pemakaian sistem pneumatik sampai saat ini dapat dijumpai pada
berbagai industri industri seperti pertambangan, perkeretaapian, konstruksi
manufacturing, robot dan lain-lain.
Tenaga fluida adalah istilah yang mencakup pembangkitan, kendali
dan aplikasi dari fluida bertekanan yang digunakan untuk memberikan
gerak.
Berdasarkan fluida yang digunakan tenaga fluida dibagi menjadi
pneumatik, yang menggunakan udara serta hidrolik yang menggunakan
13
cairan. Dasar dari aktuator tenaga fluida adalah bahwa fluida mempunyai
tekanan yang sama ke segala arah. Pada dasarnya sistem pneumatik dan
hidrolik tidaklah jauh berbeda. Pembeda utama keduanya adalah sifat
fluida kerja yang digunakan. Cairan adalah fluida yang tidak dapat
ditekan (incompresible fluid) sedangkan udara adalah fluida yang dapat
terkompresi (compressible fluid).
Pada umumnya pneumtik menggunakan aliran udara yang terjadi
karena perbedaaan tekanan udara pada suatu tempat ke tempat lainnya.
Untuk keperluan industri, aliran udara diperoleh dengan memampatkan
udara atmosfer sampai tekanan tertentu dengan kompresor pada suatu
tabung dan menyalurkannya kembali ke udara bebas. Jenis kompresor
terdiri dari dua kelompok antara lain:
1. Kompresor torak yang bekerja dengan prinsip pemindahan yaitu udara
dimampatkan dengan mengisikannya ke dalam suatu ruangan kemudian
mengurangi sisi pada ruangan tersebut.
2. Kompresor aliran yang bekerja dengan prinsip aliran udara yaitu dengan
menyedot udara masuk ke dalam pada satu sisi dan memampatkannya
dengan percepatan massa (turbin). Kompresor aliran meliputi kompresor
aliran radial dan kompresor aliran aksial.
Udara sebagai fluida kerja pada sistem pneumatik memilik
karakteristik khusus antara lain:
1. Jumlah udara tidak terbatas.
2. Transfer udara relatif mudah dilakukan
3. Dapat dimampatkan
4. Mencari tekanan yang lebih rendah
5. Memberi tekanan yang sama ke segala arah
6. Tidak mempunyai bentuk tetap (selalu menyesuaikan dengan bentuk
yang ditempatinya)
7.
Mengandung kadar air
14
8. Tidak sensitive terhadap suhu
9. Tahan ledakan
10. Kebersihan
11. Kesederhanaan konstruksi
12. Kecepatan.
13. Keamanan
2.3
Sifat-sifat fisika dari udara
Permukaan bumi ini ditutupi oleh udara. Udara adalah campuran gas
yang terdiri atas senyawa :
- sekitar 78 % dari volume adalah Nitrogen
- sekitar 21 % dari volume adalah Oksigen
sisanya adalah campuran karbon dioksida, argon, hydrogen neon,
helium, krypton dan xenon.
Karena segala sesuatu di bumi ini menerima tekanan yaitu tekanan
absolut atmosfir, maka tekanan ini tidak bisa dirasakan. Pada umumnya
tekanan atmosfir dianggap sebagai tekanan dasar, sedangkan yang
bervariasi (akibat penyimpangan nilai) adalah:
Tekanan ukur
= Pg
Tekanan Vakum = Pv
Variasi nilainya tergantung pada letak geografis dan iklimnya. Daerah
dari garis nol tekanan absolut sampai garis tekanan atmosfir disebut daerah
vakum dan diatas
garis tekanan atmosfir adalah daerah tekanan ukur.
Tekanan absolute ini terdiri atas tekanan atmosfir (Pat) dan tekanan ukur
(Pg). Tekanan absolut biasanya 1 bar (100 kPa) lebih besar dari tekanan
ukur.
2.4
Pengadaan Udara dan Distribusi
15
Supaya dapat menjamin keandalan pengendalian pneumatik, harus
disediakan udara yang kualitasnya memadai. Termasuk didalamnya adalah
faktor- faktor sebagai berikut: udara yang bersih, kering, dan tekanan yang
tepat.
Jika ketentuan-ketentuan ini diabaikan, maka akibatnya adalah keandalan
mesin tidak terjamin dan dengan demikian akan menaikkan biaya perbaikan
dan penggantian komponen. Udara bertekanan diperoleh dari kompresor,
kemudian dialirkan melalui beberapa elemen sampai mencapai pemakai.
Apabila tidak menggunakan persiapan yang baik dalam penyalurannya dan
pemilihan komponen yang salah akan mengurangi kualitas udara tersebut.
Elemen-elemen berikut harus dipergunakan dalam penyiapan udara
bertekanan:
1. Kompresor udara
2. Tangki udara
3. Penyaring udara dengan pemisah air
4. Pengering udara
5. Pengatur tekanan
6. Pelumas
7. Tempat pembuangan untuk kondensasi
Jenis dan penempatan kompresor turut mempengaruhi kadar partikelpartikel debu, minyak dan air masuk ke dalam sistem. Persiapan udara yang
kurang baik akan mengakibatkan sering menimbulkan gangguan dan
menurunkan daya tahan sistem pneumatik. Berikut adalah gejala-gejala
yang tampak:
1. Keausan yang cepat pada seal dan elemen yang bergerak dalam katup
dan silinder
2. Katup akan beroli.
2.5
Tingkatan Tekanan
16
Umumnya, elemen-elemen pneumatik seperti silinder dan katup
disiapkan untuk menerima tekanan kerja maksimal 8 – 10 bar. Memang
untuk pengoperasian yang ekonomis, tekanan 6 bar sudah cukup. Tetapi
karena adanya tahanan arus pada masing-masing komponen dan dalam
pipa-pipa saluran, sambungan pipa, panjang pipa, kebocoran, maka harus
diperhitungkan pula nilai susut tekanan antara 0,1 sampai 0,5 bar. Oleh
sebab itu, kompresor harus menyediakan tekanan 6,5 sampai 7 bar supaya
tekanan kerja sebesar 6 bar tetap terjamin.
Jika tiba-tiba ada perubahan tekanan komsumsi, tangki udara bisa
dipasang untuk menstabilkan tekanan pada jaringan kerja udara bertekanan.
Pada operasi normal tangki udara ini diisi oleh kompresor, dengan alasan
untuk cadangan yang dapat digunakan setiap saat. Hal ini juga membuat
kemungkinan untuk mengurangi terjadinya hidup matinya kompresor.
2.6
Tangki Udara
Tangki menghasilkan tekanan udara yang konstan didalam sistem
pneumatik, tanpa memperhatikan pemakaian yang berubah-ubah. Fungsi
lain dari tangki adalah sebagai penyedia udara darurat ke system bila tibatiba terjadi kegagalan pada sumber, seperti terlihat pada gambar dibawah.
Gambar 2.9 tangki udara
17
Permukaan tangki yang luas akan mendinginkan udara, sehingga
embun dalam udara akan menjadi air. Oleh karena itu, penting bagian
bawah dipasang kran untuk membuang air kondensasi.
Ukuran tangki udara bertekanan tergantung dari:
1. Volume udara yang ditarik ke dalam tangki
2. Pemakaian udara oleh pengguna
3. Ukuran saluran
4. Jenis dari pengaturan siklus kerja kompresor
5. Penurunan tekanan yang diperkenankan dari jaringan saluran.
2.7
Distribusi Udara
Untuk
menjamin
distribusi
udara
yang
dan
lancer
harus
diperhitungkan besarnya tekanan yang dibangkitkan oleh kompresor.
Pengatur tekanan terpusat dipasang untuk menjamin agar saringan udara
bertekanan menjadi stabil tekanannya. Sistem pendistribusian udara dapat
dilihat pada gambar.
Gambar 2.10 Sistem distribusi udara
Tekanan konstan adalah syarat agar operasi kontrol pneumatik bebas
dari kesalahan. Untuk mendapatkan tekanan yang konstan, pengatur
tekanan dipasang sealiran dengan filter udara yang berfungsi menjaga
kestabilan tanpa fluktuasi atau udara dalam sistem. Tekanan udara
seharusnya disesuaikan kebutuhan masing-masing instalasi. Dalam
pendistribusiannya terjadi penurunan tekanan dan pendinginan luar yang
18
dapat menghasilkan kondensat dalam pipa sistem. Supaya kondensat ini
dapat dibuang, saluran harus diletakkan pada kemiringan 1-2 %. Kemudian
kondensat dapat dibuang pada titik terendah melalui pembuang pipa.
2.8
Sensor Kedekatan (Proximity)
Sensor kedekatan adalah alat yang dapat mendeteksi adanya objek
(target) tanpa adanya kontak fisik. Sensor jenis ini adalah alat elektronis
solid-state yang terbungkus rapat untuk melindungi terhadap pengaruh
getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan yang dijumpai pada
lingkungan industri. Sensor kedekatan (proximity) digunakan apabila:
1. Objek yang sedang dideteksi terlalu kecil, terlalu ringan atau
terlalu lunak untuk dapat mengoperasikan sakelar mekanis.
2. Diperlukan respon yang cepat dan kecepatan penghubungan yang
tinggi seperti pada pemakaian perhitungan atau pengendali.
3. Sistem pengendali elektronis cepat menghendaki sinyal input
bounce- free.
4. Diperlukan ketahanan umur pelayanan dan keandalan pelayanan.
Sensor kedekatan ini terdiri dua jenis yaitu sensor kedekatan induktif
dan
sensor
kedekatan
kapasitif.
Masing-masing
mempunyai
cara
pengaktifan yang berbeda dalam pemakaiannya. Pada gambar 2.11 dapat
dilihat sensor kedekatan (proximity).
Gambar 2.11 Sensor kedekatan (Proximity)
2.9
Sensor Kedekatan Induktif
19
Sensor kedekatan induktif adalah alat yang diaktifkan oleh objek
logam. Suatu pemakaian diperlihatkan pada gambar 2.12. Sensor kedekatan
(A’ dan B’) mendeteksi target A dan B yang bergerak pada arah yang
diperlihatkan oleh anak panah. Ketika A mencapai A’ mesin berbalik arah
putarnya; mesin berbalik lagi ketika B mencapai ‘B’. Pada prinsipnya sensor
induktif terdiri dari kumparan,
osilator, rangkaian detector dan output
elektronis seperti terlihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 Sensor kedekatan induktif
Ketika energi diberikan, osilator bekerja membangkitkan medan
frekuensi tinggi, dimana osilator merupakan suatu rangkaian elektronis
untuk membangkitkan bentuk gelombang AC dan frekuensi dari sumber
energi DC. Pada saat itu harus tidak ada bahan konduktif apapun pada
medan frekuensi. Apabila objek medan masuk pada medan frekuensi tinggi
arus eddy akan terinduksi pada permukaan target. Hal ini akan
mengakibatkan
kerugian
energi
pada rangkaian
osilator
sehingga
menyebabkan lebih kecilnya amplitude osilasi. Rangkaian detector
merasakan perubahan beban spesifik pada amplitudo dan membangkitkan
sinyal yang akan menghidupkan atau mematikan output elektronik. Apabila
objek logam meninggalkan wilayah sensor, osilator membangkitkan lagi,
membuat sensor kembali lagi ke status normalnya.
2.10
Sensor Kedekatan Kapasitif
20
Sensor kedekatan kapasitif adalah alat yang dapat diaktifkan oleh
bahan konduktif dan non-konduktif. Kerja sensor kapasitif juga didasarkan
pada prinsip osilator. Meskipun demikian, kumparan sisi aktif dari sensor
kapasitif yang dibentuk oleh dua elektroda logam agak mirip dengan
kapasitor terbuka, seperti gambar 2.13.
Gambar 2.13 Sensor kedekatan kapasitif
Elektroda-elektroda akan membentuk medan elektrostatis pada saat
target mencapai sisi sensor, ini menyebabkan rangkaian akan mulai
berosilasi. Amplitudo osilasi diukur dengan rangkaian pengevaluasian yang
membangkitkan sinyal untuk menghidupkan atau mematikan output
elektronik.
Seperti pada gambar 2.13 (b), cairan yang mengisi tabung gelas atau
plastik dapat dimonitor dari luar tabung dengan sensor kedekatan kapasitif.
Dalam beberapa pemakaian, tabung kosong dideteksi dengan sensor kedua
yang mengalirkan cairan. Aliran akan tertutup apabila level mencapai
bagian atas sensor.
Untuk mengaktifkan sensor induktif diperlukan bahan konduktif.
Sensor kapasitif dapat diaktifkan bahan konduktif dan non-konduktif misal
kayu, plastik, ataupun cairan. Dengan keuntungan sensor kapasitif ini
(dibandingkan dengan sensor induktif) muncul beberapa kelemahan.
Misalnya, saklar kedekatan induktif dapat diaktifkan hanya dengan logam
dan tidak peka dengan kelembaban, debu, kotoran dan yang sejenisnya.
Saklar kedekatan kapasitif dapat diaktifkan apabila tidak ada logam
(misalnya, untuk penentuan level cairan).
21
2.11
Manual dan Otomatik
Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh
manusia yang bertindak sebagai operator, sedang pengontrolan secara
otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin/peralatan
yang bekerja secara otomatis dan operasinya di bawah pengawasan
manusia.
Pengontrolan secara manual ditemukan kehidupan sehari-hari seperti
pada penyetelan suara radio, televisi, pengaturan aliran air melalui keran,
pengaturan kecepatan kendaraan, dan lain-lain, sedangkan pengontrolan
secara otomatis kebanyakan dipisahkan oleh unit-unit sebagai elemen
pengukur dan aktuator. Kontroler beroperasi menggunakan daya dari
elemen dan sangat sederhana serta murah. Suatu contoh kontroler
beroperasi otomatis ditunjukkan pada gambar 2.14. Titik ditentukan dengan
mengatur gaya pegas.
Gambar 2.14 Kontroler beroperasi otomatis
Operasi dari control beroperasi otomatis adalah sebagai berikut:
Anggap tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan acuan, seperti
ditentukan oleh titik set. Selanjutnya gaya pegas ke bawah lebih rendah dari
tekan ke atas, menyebabkan gerak ke bawah pada diafragma. Hal ini
meningkatkan laju aliran dan tekanan keluaran. Apabila gaya tekan ke atas
sama dengan gaya pegas ke bawah maka katup tetap dan laju aliran tetap.
Sebaliknya apabila tekanan keluaran dari acuan, katup membuka
menurunkan laju aliran yang melalui katup pembuka. Suatu kontroler
22
beroperasi sendiri lebih banyak digunakan untuk kontrol tekanan air
maupun gas.
2.12
ElektroPneumatik
Pengembangan dari penumatik
Prinsip kerja: media kerja (tenaga penggerak) = energi penumatik
Media kontrol = sinyal elektrik maupun elektronik
2.13
Prinsip Kerja elektropneumatik
1. Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup
pneumatik. Sinyal yang dikirimkan tadi akan menghasilkan medan
elektromagnetik dan akan mengaktifkan katup pengatur arah sebagai
elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik.
2. Media kerja pneumatik akan mengaktifkan elemen kerja pneumatik seperti
motor pneumatik yang menjalankan sistem
Tenaga fluida adalah istilah yang mencakup pembangkitan, kendali
dan aplikasi dari fluida bertekanan yang digunakan untuk memberikan
gerak. Berdasarkan fluida yang digunakan tenaga fluida dibagi menjadi
pneumatik, yang menggunakan udara, serta hidrolik, yang menggunakan
cairan.
Dasar dari aktuator tenaga fluida adalah bahwa fluida mempunyai
tekanan yang sama ke segala arah. Dalam sistem pneumatik, aktuator
berupa batang piston mendapat tekanan udara dari katup masuk, yang
kemudian memberikan gaya kepadanya.
Gaya inilah yang menggerakkan piston pneumatik, baik maju atau
mundur. Pada dasarnya sistem pneumatik dan hidrolik tidaklah jauh
berbeda. Pembeda utama keduanya adalah sifat dari fluida kerja yang
digunakan. Cairan adalah fluida yang tidak dapat ditekan (incompressible
fluid)
sedangkan
(compressible fluid).
udara
adalah
fluida
yang
dapat
terkompresi
23
Udara sebagai fluida kerja pada sistem pneumatik memiliki
karakteristik khusus, antara lain:
1. Jumlahnya tak terbatas
2. Mencari tekanan yang lebih rendah
3. Dapat dimampatkan
4. Memberi tekanan yang sama rata ke segala arah
5. Tidak mempunyai bentuk (menyesuaikan dengan tempatnya)
6. Mengandung kadar air
Pada sistem pneumatik terdapat beberapa komponen utama, yaitu:
1. sistem pembangkitan udara terkompresi yang mencakup kompresor,
cooler, dryer, tangki penyimpanan
2. unit pengolah udara berupa filter, regulator tekanan, dan lubrifier
(pemercik oli) yang lebih dikenal sebagai Air Service Unit
3. Katup sebagai pengatur arah, tekanan, dan aliran fluida
4. Aktuator yang mengkonversikan energi fluida menjadi energi mekanik
5. Sistem perpipaan
6. Sensor dan transduser
7. Sistem kendali dan display
Untuk mengendalikan katup diperlukan suatu kontroler. Kontroler ini
dapat berupa rangkaian pneumatik ataupun rangkaian elektrik. Sistem
pneumatik menggunakan rangkaian kontroler elektrik disebut sebagai
sistem elektro-pneumatik.
Sistem pneumatik, sebagaimana sistem pengontrolan yang lain,
memiliki kelebihan dan kekurangan.
Kelebihan sistem pneumatik:
1. Bersih
2. Media kontrol (udara) tak terbatas
3. Cepat / responsif (dibandingkan hidrolik)
Kekurangan sistem pneumatik:
24
1. Kesulitan untuk pengaturan posisi yang presisi akibat sifat kompresibilitas
yang dimiliki udara
2. Daya yang dihasilkan kecil
3. Membutuhkan investasi awal yang cukup besar untuk sistem pengadaan
dan pendistribusian udara.
Aktuator yang paling banyak digunakan pada rangkaian pneumatik
adalah silinder. Silinder dapat bergerak maju (extend) atau mundur
(retract) dengan cara mengarahkan aliran udara bertekanan ke satu sisi
dari piston menggunakan katup pengatur arah.
2.14
Alasan Pemakaian Pneumatik
Persaingan antara peralatan pneumatik dengan peralatan mekanik,
hidrolik atau elekrik akan menjadi besar. Dalam penggunaannya sistem
pneumatik diutamakan karena beberapa hal yaitu:
1. paling banyak dipertimbangkan untuk beberapa mekanisasi,
2. dapat bertahan lebih baik terhadap keadaan-keadaan tertentu
Sering kali suatu proses tertentu dengan cara pneumatik, berjalan
lebih rapi (efisien) dibandingkan dengan cara lainnya. Contoh :
a.
Palu-palu bor dan keling pneumatik adalah jauh lebih baik
dibandingkan dengan perkakas-perkakas elektrik serupa karena
lebih ringan, lebih ada kepastian kerja dan lebih sederhana
dalam pelayanan.
b.
Pesawat-pesawat pneumatik telah mengambil suatu kedudukan
monopoli yang penting pada :
1. rem-rem udara bertekanan untuk mobil angkutan dan
gerbong-gerbong kereta api, alat-alat angkat dan alat-alat
angkut.
2. Pistol - pistol (alat cat semprot, mesin-mesin peniup kaca,
berbagai
jenis
kecepatan tinggi).
penyejukan
udara,
kepala-kepala
asah
25
Udara bertekanan memiliki banyak sekali keuntungan, tetapi dengan
sendirinya juga terdapat segi-segi yang merugikan atau lebih baik
pembatasan-pembatasan pada penggunaannya. Hal-hal yang menguntungkan
dari pneumatik pada mekanisasi yang sesuai dengan tujuan sudah diakui oleh
cabang-cabang industri yang lebih banyak lagi.
Pneumatik mulai digunakan untuk pengendalian maupun penggerakan
mesin-mesin dan alat-alat.
2.15
Keuntungan Pemakaian Pneumatik
A. Merupakan media / fluida kerja yang mudah didapat dan mudah diangkut:
1.
Udara dimana saja tersedia dalam jumlah yang tak terhingga.
2.
Saluran-saluran balik tidak diperlukan karena udara bekas dapat
dibuang bebas ke atmosfir, sistem elektrik dan hidrolik memerlukan
saluran balik.
3.
Udara bertekanan dapat diangkut dengan mudah melalui saluransaluran dengan jarak yang besar, jadi pembuangan udara bertekanan
dapat dipusatkan dan menggunakan saluran melingkar semua pemakai
dalam satu perusahaan dapat dilayani udara bertekanan dengan
tekanan tetap dan sama besarnya. Melalui saluran-saluran cabang dan
pipa - pipa selang, energi udara bertekanan dapat disediakan dimana
saja dalam perusahaan.
B. Dapat disimpan dengan mudah:
1. Sumber udara bertekanan (kompresor) hanya menyerahkan udara
bertekanan kalau udara bertekanan ini memang digunakan. Jadi
kompresor tidak perlu bekerja seperti halnya pada pompa peralatan
hidrolik.
2. Pengangkutan ke dan penyimpanan dalam tangki-tangki penampung
juga dimungkinkan.
3. Suatu daur kerja yang telah dimulai selalu dapat diselesaikan,
demikian pula kalau penyediaan listrik tiba-tiba dihentikan.
26
C. Bersih dan kering:
1. Udara bertekanan adalah bersih. Kalau ada kebocoran pada saluran
pipa, benda-benda kerja maupun bahan-bahan disekelilingnya tidak
akan menjadi kotor.
2. Udara bertekanan adalah kering. Bila terdapat kerusakan pipa-pipa
tidak akan ada pengotoran-pengotoran, bintik minyak dan sebagainya.
3. Dalam industri pangan, kayu, kulit dan tenun serta pada mesin-mesin
pengepakan hal yang memang penting sekali adalah bahwa peralatan
tetap bersih selama bekerja. Sistem pneumatik yang bocor bekerja
merugikan dilihat dari sudut ekonomis, tetapi dalam keadaan darurat
pekerjaan tetap dapat berlangsung. Tidak terdapat minyak bocoran
yang mengganggu seperti pada sistem hidrolik.
D. Tidak peka terhadap suhu.
1. Udara bersih (tanpa uap air) dapat digunakan sepenuhnya pada suhusuhu yang tinggi atau pada nilai-nilai yang rendah, jauh di bawah titik
beku (masing-masing panas atau dingin).
2. Udara bertekanan juga dapat digunakan pada tempat-tempat yang
sangat panas, misalnya untuk pelayanan tempa tekan, pintu-pintu
dapur pijar, dapur pengerasan atau dapur lumer.
3. Peralatan-peralatan atau saluran-saluran pipa dapat digunakan secara
aman dalam lingkungan yang panas sekali, misalnya pada industriindustri baja atau bengkel-bengkel tuang (cor).
E. Aman terhadap kebakaran dan ledakan
1. Keamanan kerja serta produksi besar dari udara bertekanan tidak
mengandung bahaya kebakaran maupun ledakan.
2. Dalam ruang-ruang dengan resiko timbulnya kebakaran atau ledakan
atau gas-gas yang dapat meledak dapat dibebaskan, alat-alat pneumatik
dapat digunakan tanpa dibutuhkan pengamanan yang mahal dan luas.
27
Dalam ruang seperti itu kendali elektrik dalam banyak hal tidak
diinginkan.
F. Tidak diperlukan pendinginan fluida kerja,
1. Pembawa energi (udara bertekanan) tidak perlu diganti sehingga untuk
ini tidak dibutuhkan biaya. Minyak setidak-tidaknya harus diganti
setelah 100 sampai 125 jam kerja.
G. Rasional (menguntungkan)
1. Pneumatik adalah 40 sampai 50 kali lebih murah daripada tenaga otot.
Hal ini sangat penting pada mekanisasi dan otomatisasi produksi.
2. Komponen-komponen untuk peralatan pneumatik tanpa pengecualian
adalah lebih murah jika dibandingkan dengan komponen-komponen
peralatan hidrolik.
H. Kesederhanaan (mudah pemeliharaan)
1. Karena konstruksi sederhana, peralatan-peralatan udara bertekanan
hampir tidak peka gangguan.
2. Gerakan-gerakan lurus dilaksanakan secara sederhana tanpa komponen
mekanik, seperti tuas-tuas, eksentrik, cakera bubungan, pegas, poros
sekerup dan roda gigi.
3. Konstruksinya
yang
sederhana
menyebabkan
waktu
montase
(pemasangan) menjadi singkat, kerusakan-kerusakan seringkali dapat
direparasi sendiri, yaitu oleh ahli teknik, montir atau operator setempat.
4. Komponen-komponennya dengan mudah dapat dipasang dan setelah
dibuka dapat digunakan kembali untuk penggunaan-penggunaan lainnya.
I. Sifat dapat bergerak
1. Selang-selang elastik memberi kebebasan pindah yang besar sekali dari
komponen pneumatik ini.
J. Aman
28
1. Sama sekali tidak ada bahaya dalam hubungan penggunaan pneumatik,
juga tidak jika digunakan dalam ruang-ruang lembab atau di udara luar.
Pada alat-alat elektrik ada bahaya hubungan singkat.
K. Dapat dibebani lebih (tahan pembebanan lebih)
Alat-alat udara bertekanan dan komponen - komponen berfungsi dapat
ditahan sedemikian rupa hingga berhenti. Dengan cara ini komponen komponen akan aman terhadap pembebanan lebih. Komponen - komponen
ini juga dapat direm sampai keadaan berhenti tanpa kerugian.
1. Pada pembebanan lebih alat-alat udara bertekanan memang akan
berhenti, tetapi tidak akan mengalami kerusakan. Alat-alat listrik
terbakar pada pembebanan lebih.
2. Suatu jaringan udara bertekanan dapat diberi beban lebih tanpa rusak.
3. Silinder-silinder gaya tak peka pembebanan lebih dan dengan
menggunakan katup-katup khusus maka kecepatan torak dapat disetel
tanpa bertingkat.
L. Jaminan bekerja besar
Jaminan bekerja besar dapat diperoleh karena:
1. Peralatan serta komponen bangunannya sangat tahan aus.
2. Peralatan serta komponen pada suhu yang relatif tinggi dapat
digunakan sepenuhnya dan tetap demikian.
3. Peralatan pada timbulnya naik turun suhu yang singkat tetap dapat
berfungsi.
4. Kebocoran-kebocoran yang mungkin ada tidak mempengaruhi
ketentuan bekerjanya suatu instalasi.
M. Biaya pemasangan murah
1. Mengembalikan udara bertekanan yang telah digunakan ke sumbernya
(kompresor) tidak perlu dilakukan. Udara bekas dengan segera
29
mengalir keluar ke atmosfir, sehingga tidak diperlukan saluran-saluran
balik, hanya saluran masuk saja.
2. Suatu peralatan udara bertekanan dengan kapasitas yang tepat, dapat
melayani
semua
pemakai
dalam
satu
industri.
Sebaliknya,
pengendalian-pengendalian hidrolik memerlukan sumber energi untuk
setiap instalasi tersendiri (motor dan pompa).
N. Pengawasan (kontrol)
1. Pengawasan tekanan kerja dan gaya-gaya atas komponen udara
bertekanan yang berfungsi dengan mudah dapat dilaksanakan dengan
pengukur-pengukur tekanan (manometer).
O. Fluida kerja cepat.
1. Kecepatan-kecepatan udara yang sangat tinggi menjamin bekerjanya
elemen-elemen pneumatik dengan cepat. Oleh sebab itu waktu
menghidupkan adalah singkat dan perubahan energi menjadi kerja
berjalan cepat.
2. Dengan udara mampat orang dapat melaksanakan jumlah perputaran
yang tinggi ( Motor Udara ) dan kecepatan-kecepatan piston besar
(silinder-silinder kerja ).
3. Udara bertekanan dapat mencapai kecepatan alir sampai 1000 m/min
(dibandingkan dengan energi hidrolik sampai 180 m/min ).
4. Dalam silinder pneumatik kecepatan silinder dari 1 sampai 2 m/detik
mungkin saja ( dalam pelaksanaan khusus malah sampai 15 m/detik ).
5. Kecepatan sinyal-sinyal kendali pada umumnya terletak antara 40 dan
70 m/detik (2400 sampai 4200 m/min)
P. Dapat diatur tanpa bertingkat
1. Dengan katup pengatur aliran, kecepatan dan gaya dapat diatur tanpa
bertingkat mulai dari suatu nilai minimum (ditentukan oleh besarnya
30
silinder) sampai maksimum (tergantung katup pengatur yang
digunakan).
2. Tekanan udara dengan sederhana dan kalau dibutuhkan dalam keadaan
sedang bekerja dapat disesuaikan dengan keadaan.
3. Beda perkakas rentang tenaga jepitnya dapat disetel dengan
memvariasikan tekanan udara tanpa bertingkat dari 0 sampai 6 bar.
4. Tumpuan-tumpuan dapat disetel guna mengatur panjang langkah
silinder kerja yang dapat disetel terus-menerus (panjang langkah ini
dapat bervariasi sembarang antara kedua kedudukan akhirnya).
5. Perkakas-perkakas pneumatik yang berputar dapat diatur jumlah
putaran dan momen putarnya tanpa bertingkat.
Q. Ringan sekali
Berat alat-alat pneumatik jauh lebih kecil daripada mesin yang
digerakkan elektrik dan perkakas-perkakas konstruksi elektrik (hal ini
sangat penting pada perkakas tangan atau perkakas tumbuk). Perbandingan
berat (dengan daya yang sama) antara:
1.
motor pneumatik : motor elektrik = 1 : 8 (sampai 10)
2.
motor pneumatik : motor frekuensi tinggi = 1 : 3 (sampai 4)
R. Kemungkinan penggunaan lagi (ulang)
Komponen-komponen pneumatik dapat digunakan lagi, misalnya
kalau komponen-komponen ini tidak dibutuhkan lagi dalam mesin tua.
S. Konstruksi kokoh
Pada umumnya komponen pneumatik ini dikonstruksikan secara
kompak dan kokoh, dan oleh karena itu hampir tidak peka terhadap
gangguan dan tahan terhadap perlakuan-perlakuan kasar.
T. Fluida kerja murah
Pengangkut energi (udara) adalah gratis dan dapat diperoleh
senantiasa dan dimana saja. Yang harus dipilih adalah suatu kompresor
31
yang tepat untuk keperluan tertentu; jika seandainya kompresor yang
dipilih tidak memenuhi syarat, maka segala keuntungan pneumatik tidak
ada lagi.
2.16
Kerugian / terbatasnya Pneumatik
A. Ketermampatan (udara).
Udara dapat dimampatkan. Oleh sebab itu adalah tidak mungkin
untuk mewujudkan kecepatan-kecepatan piston dan pengisian yang
perlahan-lahan dan tetap, tergantung dari bebannya.
B. Pemecahan:
kesulitan ini seringkali diberikan dengan mengikut sertakan elemen
hidrolik dalam hubungan bersangkutan, tertama pada pengerjaanpengerjaan cermat (bor, bubut atau frais) hal ini merupakan suatu alat
bantu yang seringkali digunakan.
C. Gangguan Suara (Bising)
Udara yang ditiup ke luar menyebabkan kebisingan (desisan) mengalir ke
luar, terutama dalam ruang-ruang kerja sangat mengganggu. Pemecahan
dengan memberi peredam suara (silinder)
D. Kegerbakan (volatile)
Udara bertekanan sangat gerbak (volatile). Terutama dalam jaringanjaringan udara bertekanan yang besar dan luas dapat terjadi kebocorankebocoran yang banyak, sehingga udara bertekanan mengalir keluar. Oleh
karena itu pemakaian udara bertekanan dapat meningkat secara luar biasa
dan karenanya harga pokok energi “berguna” sangat tinggi.
Pemecahan: dapat dilakukan dengan menggunakan perapat-perapat
berkualitas tinggi.
E. Kelembaban udara
Kelembaban udara dalam udara bertekanan pada waktu suhu menurun dan
tekanan meningkat dipisahkan sebagai tetesan air (air embun).
32
Pemecahan: penggunaan filter-filter untuk pemisahan air embun (dan juga
untuk penyaring kotoran-kotoran).
F. Bahaya pembekuan
Pada waktu pemuaian tiba-tiba (dibelakang pemakai udara bertekanan)
dan penurunan suhu yang bertalian dengan pemuaian tiba-tiba ini, dapat
terjadi pembentukan es.
Pemecahan:
1) Batasi
pemuaian
udara
bertekanan
dalam
perkakas-perkakas
pneumatik.
2) Biarkan udara memuai sepenuhnya pada saat diadakan peniupan ke
luar.
G. Kehilangan energi dalam bentuk kalor.
Energi kompresi adiabatik dibuang dalam bentuk kalor dalam pendingin
antara dan akhir. Kalor ini hilang sama sekali dan kerugian ini hampir
tidak dapat dikurangi.
H. Pelumasan udara bertekana
Oleh karena tidak adanya sistem pelumasan untuk bagian-bagian yang
bergerak, maka bahan pelumas ini dimasukkan bersamaan dengan udara
yang mengalir, untuk itu bahan pelumas harus dikabutkan dalam udara
bertekanan.
I. Gaya tekan terbatas
1. Dengan udara bertekanan hanya dapat dibangkitkan gaya yang terbatas
saja. Untuk gaya yang besar, pada tekanan jaringan normal dibutuhkan
diameter piston yang besar.
2. Penyerapan energi pada tekanan-tekanan kejutan hidrolik dapat
memberi jalan keluar.
33
J. Ketidakteraturan
Suatu gerakan teratur hampir tidak dapat diwujudkan :
1. Pada pembebanan berganti-ganti
2. Pada kecepatan-kecepatan kecil (kurang dari 0,25 cm/det) dapat timbul
‘stick-slip effect’.
K. Tidak ada sinkronisasi
Menjalankan dua silinder atau lebih paralel sangat sulit dilakukan.
L. Biaya energi tinggi
Biaya produksi udara bertekanan adalah tinggi. Oleh karena itu untuk
produksi dan distribusi dibutuhkan peralatan-peralatan khusus. Setidaktidaknya biaya ini lebih tinggi dibandingkan dengan penggerak elektrik.
Perbandingan biaya ( tergantung dari cara penggerak) :
1. Elektrik : Pneumatik = 1 : 10 (sampai 12)
2. Elektrik : Hidrolik = 1 : 8 (sampai 10)
3. Elektrik : Tangan = 1 : 400 (sampai 500)
LANDASAN TEORI
2.1
Pengertian pneumatik
Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang
bergerak, keadaan-keadaan
keseimbangan
udara dan syarat-syarat
keseimbangan. Orang pertama yang dikenal dengan pasti telah
menggunakan alat pneumatik adalah orang Yunani bernama Ktesibio.
Dengan
demikian
istilah
pneumatik
berasal
dari
Yunani
kuno
yaitu pneuma yang artinya hembusan (tiupan). Bahkan dari ilmu filsafat
atau secara philosophi istilah pneuma dapat diartikan sebagai nyawa.
Dengan kata lain pneumatik berarti mempelajari tentang gerakan angin
(udara) yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga dan
kecepatan.
Gambar 2.1 Rangkaian pneumatik
Pneumatik merupakan cabang teoritis aliran atau mekanika fluida dan
tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran udara melalui suatu sistem
saluran, yang terdiri atas pipa-pipa, selang-selang, gawai (device) dan
sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara mampat. Udara yang
dimampatkan adalah udara yang diambil dari udara lingkungan yang
kemudian ditiupkan secara paksa ke dalam tempat yang ukurannya relatif
kecil.
3
4
Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri
(khususnya dalam teknik mesin) merupakan ilmu pengetahuan dari semua
proses mekanis dimana udara memindahkan suatu gaya atau suatu
gerakan. Dalam pengertian yang lebih sempit pneumatik dapat diartikan
sebagai teknik udara mampat (compressed air technology). Sedangkan
dalam pengertian teknik pneumatik meliputi : alat-alat penggerakan,
pengukuran, pengaturan, pengendalian, penghubungan dan perentangan
yang meminjam gaya dan penggeraknya dari udara mampat. Dalam
penggunaan sistem pneumatik semuanya menggunakan udara sebagai
fluida kerja dalam arti udara mampat sebagai pendukung, pengangkut, dan
pemberi tenaga.
Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang
bergerak, keadaan-keadaan
keseimbangan
udara dan syarat-syarat
keseimbangan. Perkataan pneumatik berasal bahasa Yunani “ pneuma“
yang berarti “napas” atau “udara”. Jadi pneumatik berarti terisi udara atau
digerakkan oleh udara mampat. Pneumatik merupakan cabang teori aliran
atau mekanika fluida dan tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran
udara melalui suatu sistem saluran, yang terdiri atas pipa-pipa, selangselang, gawai dan sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara
mampat.
Pneumatik
menggunakan
hukum-hukum
aeromekanika,
yang
menentukan keadaan keseimbangan gas dan uap (khususnya udara
atmosfir) dengan adanya gaya-gaya luar (aerostatika) dan teori aliran
(aerodinamika). Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat
dalam industri merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanik
dimana udara memindahkan suatu gaya atau gerakan. Jadi pneumatik
meliputi semua komponen mesin atau peralatan, dalam mana terjadi
proses-proses pneumatik. Dalam bidang kejuruan teknik pneumatik dalam
pengertian yang lebih sempit lagi adalah teknik udara mampat (udara
bertekanan).
5
Gambar 2.1 Rangkaian Pneumatik
2.2
Komponen pneumatik
Gambar 2.2 Komponen-komponen pneumatik
Dalam menggunakan aplikasi sistem pneumatik sangat penting untuk
kita memilih komponen-komponen yang tepat, komponen-komponen
pneumatik dibagi atas beberapa bagian (Krist, T dan Ginting, 1993)
6
a. Sumber energi (Energy supply) seperti compressor, tangki udara
(Reservoir), unit penyiapan udara, unit penyalur udara dan lainlain.
b. Actuator, seperti silinder kerja tunggal, silinder kerja ganda dan
lain-lain.
c. Elemen kontrol, seperti katup jenis 5/2, 3/2, Flow Regulator, dan
lain-lain.
d. Elemen masukan, seperti sensor, tombol, pedal, roller dan
sebagainya.
A. Sumber energi
Pada sistem pneumatik, sumber energi didapatkan dari udara, dalam
penelitian ini nantinya didapatkan dari kompresor. Kompresor berfungsi
untuk menampung udara yang ada sehingga udara tersebut nantinya dapat
digunakan untuk sumber energi sistem pneumatik.
Prinsip kerja dari sumber energi pada sistem pneumatik adalah udara
dimampatkan sehingga udara yang ada berkumpul dan mempunyai energi
untuk menggerakkan sistem pneumatik tersebut.
Komponen-komponen yang digunakan untuk mendapatkan udara
mampat antara lain, kompresor sebagai penghasil udara mampat, tangki
udara
sebagai
penyimpan
udara,
unit
persiapan
udara
untuk
mempersiapkan udara mampat dan unit penyalur udara untuk menyalurkan
udara mampat kepada komponen-komponen pneumatik.
B. Aktuator ( actuator )
Merupakan salah satu output sistem, dalam hal ini adalah sistem
pneumatik. Pada penelitian ini nantinya akan menggunakan beberapa
komponen-komponen sistem pneumatik, seperti:
1. Silinder kerja ganda (Double Acting Cylinder)
Pada silinder ini pergerakan maju dan mundurnya diatur dengan
sumber angin yang dimampatkan pada bagian lubang atau
belakangnya.
7
Bila sumber angin dimasukkan melalui lubang dibagian belakang
silinder, maka torak akan bergerak maju dan angin akan keluar
melalui lubang bagian depan silinder. Kondisi ini biasa dikatakan
dengan posisi extend
Demikian sebaliknya, jika sumber angin dimasukkan melalui
lubang depan, maka torak akan bergerak mundur dan angin akan
keluar melalui lubang bagian belakang silinder. Kondisi ini biasa
dikatakan kondisi Retract.
Gambar 2.3 Silinder kerja ganda
2. Katup pneumatik
Adalah
sebagai
komponen
pengatur
secara
mekanik
dari
pergerakan silinder baik kondisi torak maju atau pun mundur.
C. Elemen kontrol
Merupakan
komponen
pneumatik
yang
digunakan
untuk
mengendalikan aliran udara yang masuk dan keluar, tekanan atau tingkat
aliran (flow rate) dari udara mampat yang akan disalurkan kepada
komponen-komponen pneumatik lain sebagai input atau pada actuator.
Elemen control dapat dibagi menjadi beberapa kategori, yaitu:
a. Katup satu arah (non-return valves)
b. Katup kontrol aliran ( flow control valves)
c. Katup kontrol tekanan (pressure control valves)
8
Katup satu arah (non-return valves) merupakan suatu komponen
pneumatik yang berfungsi untuk melewatkan sinyal pneumatik dari satu
sisi dan menghambat sinyal yang datang dari sisi yang lain.
Katup kontrol aliran (flow control valves) merupakan komponen
pneumatik yang berfungsi untuk mengatur besarnya volume udara mampat
yang ingin dialirkan baik satu arah maupun dua arah, sehingga kecepatan
silinder dapat diatur sesuai kebutuhan. Dilihat dari arah aliran katup
pengontrol aliran dibedakan menjadi dua jenis, yaitu throttle valve (dua
arah) dan one-way flow control (satu arah).
Katup kontrol tekanan merupakan komponen pneumatik yang
berfungsi untuk memanipulasi tekanan udara mampat dan juga komponen
ini dapat bekerja dengan udara mampat yang telah dimanipulasi.
Katup 5/2 merupakan katup yang memiliki 5 lubang dan 2 pergerakan
secara mekanik yaitu gerakan mekanik yang menentukan silinder dalam
kondisi maju atau silinder dalam kondisi mundur.
Gambar 2.4 ilustrasi cara kerja katup 5/2
Rincian kondisi gambar pertama pada gambar diatas yaitu lubang 1
sebagai sumber angin masuk dari kompresor menuju lubang 2 untuk
kemudian dialirkan ke lubang silinder bagian depan yang akan
menyebabkan silinder bergerak mundur yang mengakibatkan angin keluar
melalui lubang silinder bagian belakang dan masuk ke lubang katup 4
kemudian dikeluarkan melalui lubang 5, dan lubang 3 dimampatkan.
Rincian kondisi gambar kedua pada gambar diatas yaitu lubang 1
sebagai sumber angin masuk dari kompresor menuju lubang 4 untuk
9
kemudian dialirkan ke lubang silinder bagian belakang yang menyebabkan
silinder bergerak maju yang mengakibatkan angin keluar melalui lubang
silinder bagian depan dan masuk ke lubang katup 2 kemudian dikeluarkan
melalui lubang 3 dan lubang 5 dimampatkan.
D. Elemen masukan (input element)
Elemen masukan adalah komponen yang menghasilkan suatu besaran
atau sinyal yang diberikan kepada sistem sebagai masukan untuk
menjalankan sistem kepada langkah sistem berikutnya. Elemen pneumatik
terdiri dari switch dan sensor. Seperti tombol, tuas, pedal, roller, dan
sebagainya.
Sensor yang digunakan dalam pneumatik terdiri dari:
1.
Sensor proximity adalah sensor yang aktif tanpa kontak langsung
dengan actuator yang terdiri dari:
a. Sensor kapasitif mendeteksi ada atau tidaknya suatu benda.
Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 sensor kapasitif
b. Sensor induktif mendeteksi benda yang terbuat dari logam.
Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
10
Gambar 2.6 sensor induktif
c. Sensor optic untuk mendeteksi warna suatu benda berdasarkan
pantulan yang dihasilkan. Untuk benda yang berwarna hitam maka
pantulan yang dihasilkan hampir tidak ada, sedangkan benda lain
dilihat berdasarkan terang gelapnya. Simbolnya dapat dilihat pada
gambar dibawah ini.
Gambar 2.7 Sensor optic
d. Sensor magnetik untuk mendeteksi benda yang memiliki unsur
magnetik.
2.
Sensor non-proximity adalah sensor yang berhubungan langsung
dengan actuator. Salah satu contoh sensor non proximity yaitu roller
switch. Sensor ini mendeteksi penekanan pada roller tersebut ( sama
seperti saklar biasa ). Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah
ini.
11
Gambar 2.8 Roller switch
Komponen pneumatik beroperasi pada tekanan 8 s.d. 10 bar, tetapi
dalam praktik dianjurkan beroperasi pada tekanan 5 s.d. 6 bar untuk
penggunaan yang ekonomis.
Beberapa bidang aplikasi di industri yang menggunakan media
pneumatik dalam hal penangan material adalah sebagai berikut:
a. Pencekaman benda kerja
b. Penggeseran benda kerja
c. Pengaturan posisi benda kerja
d. Pengaturan arah benda kerja
Penerapan pneumatik secara umum:
a. Pengemasan (packaging)
b. Pemakanan (feeding)
c. Pengukuran ( metering )
d. Pengaturan buka dan tutup (door or chute control).
e. Pemindahan material (transfer of materials)
f. Pemutaran dan pembalikan benda kerja (turning and inverting of
parts)
g. Pemilahan bahan (sorting of parts)
h. Penyusunan benda kerja (stacking of components)
i. Pencetakan benda kerja (stamping and embosing of components)
Susunan sistem pneumatik adalah sebagai berikut:
12
a. Catu daya (energy supply)
b. Elemen masukan (sensors)
c. Elemen pengolah ( Processor )
d. Elemen kerja (actuators)
Adapun ciri-ciri dari para perangkat sistem pneumatik yang tidak
dipunyai oleh sistem alat yang lain, adalah sebagai berikut:
1. Sistem pengempaan, yaitu udara disedot atau diisap dari atmosper
kemudian dimampatkan (dikompresi) sampai batas tekanan kerja tertentu
(sesuai dengan yang diinginkan). Dimana selama terjadinya kompresi ini
suhu udara menjadi naik.
2. Pendinginan dan penyimpanan, yaitu udara hasil kempaan yang naik
suhunya harus didinginkan dan disimpan dalam keadaan bertekanan
sampai ke obyek yang diperlukan.
3. Ekspansi (pengembangan), yaitu udara diperbolehkan untuk berekspansi
dan melakukan kerja ketika diperlukan.
4. Pembuangan, yaitu udara hasil ekspansi kemudian dibebaskan lagi
ke atmosper (dibuang).
Semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk
udara yang dimampatkan untuk menghasilkan suatu kerja disebut dengan
sistem pneumatik. Didalam penerapannya itu, system pneumatik banya
k digunakan sebagai sistem automasi. Dalam kaitannya dengan bidang
kontrol, pemakaian sistem pneumatik sampai saat ini dapat dijumpai pada
berbagai industri industri seperti pertambangan, perkeretaapian, konstruksi
manufacturing, robot dan lain-lain.
Tenaga fluida adalah istilah yang mencakup pembangkitan, kendali
dan aplikasi dari fluida bertekanan yang digunakan untuk memberikan
gerak.
Berdasarkan fluida yang digunakan tenaga fluida dibagi menjadi
pneumatik, yang menggunakan udara serta hidrolik yang menggunakan
13
cairan. Dasar dari aktuator tenaga fluida adalah bahwa fluida mempunyai
tekanan yang sama ke segala arah. Pada dasarnya sistem pneumatik dan
hidrolik tidaklah jauh berbeda. Pembeda utama keduanya adalah sifat
fluida kerja yang digunakan. Cairan adalah fluida yang tidak dapat
ditekan (incompresible fluid) sedangkan udara adalah fluida yang dapat
terkompresi (compressible fluid).
Pada umumnya pneumtik menggunakan aliran udara yang terjadi
karena perbedaaan tekanan udara pada suatu tempat ke tempat lainnya.
Untuk keperluan industri, aliran udara diperoleh dengan memampatkan
udara atmosfer sampai tekanan tertentu dengan kompresor pada suatu
tabung dan menyalurkannya kembali ke udara bebas. Jenis kompresor
terdiri dari dua kelompok antara lain:
1. Kompresor torak yang bekerja dengan prinsip pemindahan yaitu udara
dimampatkan dengan mengisikannya ke dalam suatu ruangan kemudian
mengurangi sisi pada ruangan tersebut.
2. Kompresor aliran yang bekerja dengan prinsip aliran udara yaitu dengan
menyedot udara masuk ke dalam pada satu sisi dan memampatkannya
dengan percepatan massa (turbin). Kompresor aliran meliputi kompresor
aliran radial dan kompresor aliran aksial.
Udara sebagai fluida kerja pada sistem pneumatik memilik
karakteristik khusus antara lain:
1. Jumlah udara tidak terbatas.
2. Transfer udara relatif mudah dilakukan
3. Dapat dimampatkan
4. Mencari tekanan yang lebih rendah
5. Memberi tekanan yang sama ke segala arah
6. Tidak mempunyai bentuk tetap (selalu menyesuaikan dengan bentuk
yang ditempatinya)
7.
Mengandung kadar air
14
8. Tidak sensitive terhadap suhu
9. Tahan ledakan
10. Kebersihan
11. Kesederhanaan konstruksi
12. Kecepatan.
13. Keamanan
2.3
Sifat-sifat fisika dari udara
Permukaan bumi ini ditutupi oleh udara. Udara adalah campuran gas
yang terdiri atas senyawa :
- sekitar 78 % dari volume adalah Nitrogen
- sekitar 21 % dari volume adalah Oksigen
sisanya adalah campuran karbon dioksida, argon, hydrogen neon,
helium, krypton dan xenon.
Karena segala sesuatu di bumi ini menerima tekanan yaitu tekanan
absolut atmosfir, maka tekanan ini tidak bisa dirasakan. Pada umumnya
tekanan atmosfir dianggap sebagai tekanan dasar, sedangkan yang
bervariasi (akibat penyimpangan nilai) adalah:
Tekanan ukur
= Pg
Tekanan Vakum = Pv
Variasi nilainya tergantung pada letak geografis dan iklimnya. Daerah
dari garis nol tekanan absolut sampai garis tekanan atmosfir disebut daerah
vakum dan diatas
garis tekanan atmosfir adalah daerah tekanan ukur.
Tekanan absolute ini terdiri atas tekanan atmosfir (Pat) dan tekanan ukur
(Pg). Tekanan absolut biasanya 1 bar (100 kPa) lebih besar dari tekanan
ukur.
2.4
Pengadaan Udara dan Distribusi
15
Supaya dapat menjamin keandalan pengendalian pneumatik, harus
disediakan udara yang kualitasnya memadai. Termasuk didalamnya adalah
faktor- faktor sebagai berikut: udara yang bersih, kering, dan tekanan yang
tepat.
Jika ketentuan-ketentuan ini diabaikan, maka akibatnya adalah keandalan
mesin tidak terjamin dan dengan demikian akan menaikkan biaya perbaikan
dan penggantian komponen. Udara bertekanan diperoleh dari kompresor,
kemudian dialirkan melalui beberapa elemen sampai mencapai pemakai.
Apabila tidak menggunakan persiapan yang baik dalam penyalurannya dan
pemilihan komponen yang salah akan mengurangi kualitas udara tersebut.
Elemen-elemen berikut harus dipergunakan dalam penyiapan udara
bertekanan:
1. Kompresor udara
2. Tangki udara
3. Penyaring udara dengan pemisah air
4. Pengering udara
5. Pengatur tekanan
6. Pelumas
7. Tempat pembuangan untuk kondensasi
Jenis dan penempatan kompresor turut mempengaruhi kadar partikelpartikel debu, minyak dan air masuk ke dalam sistem. Persiapan udara yang
kurang baik akan mengakibatkan sering menimbulkan gangguan dan
menurunkan daya tahan sistem pneumatik. Berikut adalah gejala-gejala
yang tampak:
1. Keausan yang cepat pada seal dan elemen yang bergerak dalam katup
dan silinder
2. Katup akan beroli.
2.5
Tingkatan Tekanan
16
Umumnya, elemen-elemen pneumatik seperti silinder dan katup
disiapkan untuk menerima tekanan kerja maksimal 8 – 10 bar. Memang
untuk pengoperasian yang ekonomis, tekanan 6 bar sudah cukup. Tetapi
karena adanya tahanan arus pada masing-masing komponen dan dalam
pipa-pipa saluran, sambungan pipa, panjang pipa, kebocoran, maka harus
diperhitungkan pula nilai susut tekanan antara 0,1 sampai 0,5 bar. Oleh
sebab itu, kompresor harus menyediakan tekanan 6,5 sampai 7 bar supaya
tekanan kerja sebesar 6 bar tetap terjamin.
Jika tiba-tiba ada perubahan tekanan komsumsi, tangki udara bisa
dipasang untuk menstabilkan tekanan pada jaringan kerja udara bertekanan.
Pada operasi normal tangki udara ini diisi oleh kompresor, dengan alasan
untuk cadangan yang dapat digunakan setiap saat. Hal ini juga membuat
kemungkinan untuk mengurangi terjadinya hidup matinya kompresor.
2.6
Tangki Udara
Tangki menghasilkan tekanan udara yang konstan didalam sistem
pneumatik, tanpa memperhatikan pemakaian yang berubah-ubah. Fungsi
lain dari tangki adalah sebagai penyedia udara darurat ke system bila tibatiba terjadi kegagalan pada sumber, seperti terlihat pada gambar dibawah.
Gambar 2.9 tangki udara
17
Permukaan tangki yang luas akan mendinginkan udara, sehingga
embun dalam udara akan menjadi air. Oleh karena itu, penting bagian
bawah dipasang kran untuk membuang air kondensasi.
Ukuran tangki udara bertekanan tergantung dari:
1. Volume udara yang ditarik ke dalam tangki
2. Pemakaian udara oleh pengguna
3. Ukuran saluran
4. Jenis dari pengaturan siklus kerja kompresor
5. Penurunan tekanan yang diperkenankan dari jaringan saluran.
2.7
Distribusi Udara
Untuk
menjamin
distribusi
udara
yang
dan
lancer
harus
diperhitungkan besarnya tekanan yang dibangkitkan oleh kompresor.
Pengatur tekanan terpusat dipasang untuk menjamin agar saringan udara
bertekanan menjadi stabil tekanannya. Sistem pendistribusian udara dapat
dilihat pada gambar.
Gambar 2.10 Sistem distribusi udara
Tekanan konstan adalah syarat agar operasi kontrol pneumatik bebas
dari kesalahan. Untuk mendapatkan tekanan yang konstan, pengatur
tekanan dipasang sealiran dengan filter udara yang berfungsi menjaga
kestabilan tanpa fluktuasi atau udara dalam sistem. Tekanan udara
seharusnya disesuaikan kebutuhan masing-masing instalasi. Dalam
pendistribusiannya terjadi penurunan tekanan dan pendinginan luar yang
18
dapat menghasilkan kondensat dalam pipa sistem. Supaya kondensat ini
dapat dibuang, saluran harus diletakkan pada kemiringan 1-2 %. Kemudian
kondensat dapat dibuang pada titik terendah melalui pembuang pipa.
2.8
Sensor Kedekatan (Proximity)
Sensor kedekatan adalah alat yang dapat mendeteksi adanya objek
(target) tanpa adanya kontak fisik. Sensor jenis ini adalah alat elektronis
solid-state yang terbungkus rapat untuk melindungi terhadap pengaruh
getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan yang dijumpai pada
lingkungan industri. Sensor kedekatan (proximity) digunakan apabila:
1. Objek yang sedang dideteksi terlalu kecil, terlalu ringan atau
terlalu lunak untuk dapat mengoperasikan sakelar mekanis.
2. Diperlukan respon yang cepat dan kecepatan penghubungan yang
tinggi seperti pada pemakaian perhitungan atau pengendali.
3. Sistem pengendali elektronis cepat menghendaki sinyal input
bounce- free.
4. Diperlukan ketahanan umur pelayanan dan keandalan pelayanan.
Sensor kedekatan ini terdiri dua jenis yaitu sensor kedekatan induktif
dan
sensor
kedekatan
kapasitif.
Masing-masing
mempunyai
cara
pengaktifan yang berbeda dalam pemakaiannya. Pada gambar 2.11 dapat
dilihat sensor kedekatan (proximity).
Gambar 2.11 Sensor kedekatan (Proximity)
2.9
Sensor Kedekatan Induktif
19
Sensor kedekatan induktif adalah alat yang diaktifkan oleh objek
logam. Suatu pemakaian diperlihatkan pada gambar 2.12. Sensor kedekatan
(A’ dan B’) mendeteksi target A dan B yang bergerak pada arah yang
diperlihatkan oleh anak panah. Ketika A mencapai A’ mesin berbalik arah
putarnya; mesin berbalik lagi ketika B mencapai ‘B’. Pada prinsipnya sensor
induktif terdiri dari kumparan,
osilator, rangkaian detector dan output
elektronis seperti terlihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 Sensor kedekatan induktif
Ketika energi diberikan, osilator bekerja membangkitkan medan
frekuensi tinggi, dimana osilator merupakan suatu rangkaian elektronis
untuk membangkitkan bentuk gelombang AC dan frekuensi dari sumber
energi DC. Pada saat itu harus tidak ada bahan konduktif apapun pada
medan frekuensi. Apabila objek medan masuk pada medan frekuensi tinggi
arus eddy akan terinduksi pada permukaan target. Hal ini akan
mengakibatkan
kerugian
energi
pada rangkaian
osilator
sehingga
menyebabkan lebih kecilnya amplitude osilasi. Rangkaian detector
merasakan perubahan beban spesifik pada amplitudo dan membangkitkan
sinyal yang akan menghidupkan atau mematikan output elektronik. Apabila
objek logam meninggalkan wilayah sensor, osilator membangkitkan lagi,
membuat sensor kembali lagi ke status normalnya.
2.10
Sensor Kedekatan Kapasitif
20
Sensor kedekatan kapasitif adalah alat yang dapat diaktifkan oleh
bahan konduktif dan non-konduktif. Kerja sensor kapasitif juga didasarkan
pada prinsip osilator. Meskipun demikian, kumparan sisi aktif dari sensor
kapasitif yang dibentuk oleh dua elektroda logam agak mirip dengan
kapasitor terbuka, seperti gambar 2.13.
Gambar 2.13 Sensor kedekatan kapasitif
Elektroda-elektroda akan membentuk medan elektrostatis pada saat
target mencapai sisi sensor, ini menyebabkan rangkaian akan mulai
berosilasi. Amplitudo osilasi diukur dengan rangkaian pengevaluasian yang
membangkitkan sinyal untuk menghidupkan atau mematikan output
elektronik.
Seperti pada gambar 2.13 (b), cairan yang mengisi tabung gelas atau
plastik dapat dimonitor dari luar tabung dengan sensor kedekatan kapasitif.
Dalam beberapa pemakaian, tabung kosong dideteksi dengan sensor kedua
yang mengalirkan cairan. Aliran akan tertutup apabila level mencapai
bagian atas sensor.
Untuk mengaktifkan sensor induktif diperlukan bahan konduktif.
Sensor kapasitif dapat diaktifkan bahan konduktif dan non-konduktif misal
kayu, plastik, ataupun cairan. Dengan keuntungan sensor kapasitif ini
(dibandingkan dengan sensor induktif) muncul beberapa kelemahan.
Misalnya, saklar kedekatan induktif dapat diaktifkan hanya dengan logam
dan tidak peka dengan kelembaban, debu, kotoran dan yang sejenisnya.
Saklar kedekatan kapasitif dapat diaktifkan apabila tidak ada logam
(misalnya, untuk penentuan level cairan).
21
2.11
Manual dan Otomatik
Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh
manusia yang bertindak sebagai operator, sedang pengontrolan secara
otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin/peralatan
yang bekerja secara otomatis dan operasinya di bawah pengawasan
manusia.
Pengontrolan secara manual ditemukan kehidupan sehari-hari seperti
pada penyetelan suara radio, televisi, pengaturan aliran air melalui keran,
pengaturan kecepatan kendaraan, dan lain-lain, sedangkan pengontrolan
secara otomatis kebanyakan dipisahkan oleh unit-unit sebagai elemen
pengukur dan aktuator. Kontroler beroperasi menggunakan daya dari
elemen dan sangat sederhana serta murah. Suatu contoh kontroler
beroperasi otomatis ditunjukkan pada gambar 2.14. Titik ditentukan dengan
mengatur gaya pegas.
Gambar 2.14 Kontroler beroperasi otomatis
Operasi dari control beroperasi otomatis adalah sebagai berikut:
Anggap tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan acuan, seperti
ditentukan oleh titik set. Selanjutnya gaya pegas ke bawah lebih rendah dari
tekan ke atas, menyebabkan gerak ke bawah pada diafragma. Hal ini
meningkatkan laju aliran dan tekanan keluaran. Apabila gaya tekan ke atas
sama dengan gaya pegas ke bawah maka katup tetap dan laju aliran tetap.
Sebaliknya apabila tekanan keluaran dari acuan, katup membuka
menurunkan laju aliran yang melalui katup pembuka. Suatu kontroler
22
beroperasi sendiri lebih banyak digunakan untuk kontrol tekanan air
maupun gas.
2.12
ElektroPneumatik
Pengembangan dari penumatik
Prinsip kerja: media kerja (tenaga penggerak) = energi penumatik
Media kontrol = sinyal elektrik maupun elektronik
2.13
Prinsip Kerja elektropneumatik
1. Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup
pneumatik. Sinyal yang dikirimkan tadi akan menghasilkan medan
elektromagnetik dan akan mengaktifkan katup pengatur arah sebagai
elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik.
2. Media kerja pneumatik akan mengaktifkan elemen kerja pneumatik seperti
motor pneumatik yang menjalankan sistem
Tenaga fluida adalah istilah yang mencakup pembangkitan, kendali
dan aplikasi dari fluida bertekanan yang digunakan untuk memberikan
gerak. Berdasarkan fluida yang digunakan tenaga fluida dibagi menjadi
pneumatik, yang menggunakan udara, serta hidrolik, yang menggunakan
cairan.
Dasar dari aktuator tenaga fluida adalah bahwa fluida mempunyai
tekanan yang sama ke segala arah. Dalam sistem pneumatik, aktuator
berupa batang piston mendapat tekanan udara dari katup masuk, yang
kemudian memberikan gaya kepadanya.
Gaya inilah yang menggerakkan piston pneumatik, baik maju atau
mundur. Pada dasarnya sistem pneumatik dan hidrolik tidaklah jauh
berbeda. Pembeda utama keduanya adalah sifat dari fluida kerja yang
digunakan. Cairan adalah fluida yang tidak dapat ditekan (incompressible
fluid)
sedangkan
(compressible fluid).
udara
adalah
fluida
yang
dapat
terkompresi
23
Udara sebagai fluida kerja pada sistem pneumatik memiliki
karakteristik khusus, antara lain:
1. Jumlahnya tak terbatas
2. Mencari tekanan yang lebih rendah
3. Dapat dimampatkan
4. Memberi tekanan yang sama rata ke segala arah
5. Tidak mempunyai bentuk (menyesuaikan dengan tempatnya)
6. Mengandung kadar air
Pada sistem pneumatik terdapat beberapa komponen utama, yaitu:
1. sistem pembangkitan udara terkompresi yang mencakup kompresor,
cooler, dryer, tangki penyimpanan
2. unit pengolah udara berupa filter, regulator tekanan, dan lubrifier
(pemercik oli) yang lebih dikenal sebagai Air Service Unit
3. Katup sebagai pengatur arah, tekanan, dan aliran fluida
4. Aktuator yang mengkonversikan energi fluida menjadi energi mekanik
5. Sistem perpipaan
6. Sensor dan transduser
7. Sistem kendali dan display
Untuk mengendalikan katup diperlukan suatu kontroler. Kontroler ini
dapat berupa rangkaian pneumatik ataupun rangkaian elektrik. Sistem
pneumatik menggunakan rangkaian kontroler elektrik disebut sebagai
sistem elektro-pneumatik.
Sistem pneumatik, sebagaimana sistem pengontrolan yang lain,
memiliki kelebihan dan kekurangan.
Kelebihan sistem pneumatik:
1. Bersih
2. Media kontrol (udara) tak terbatas
3. Cepat / responsif (dibandingkan hidrolik)
Kekurangan sistem pneumatik:
24
1. Kesulitan untuk pengaturan posisi yang presisi akibat sifat kompresibilitas
yang dimiliki udara
2. Daya yang dihasilkan kecil
3. Membutuhkan investasi awal yang cukup besar untuk sistem pengadaan
dan pendistribusian udara.
Aktuator yang paling banyak digunakan pada rangkaian pneumatik
adalah silinder. Silinder dapat bergerak maju (extend) atau mundur
(retract) dengan cara mengarahkan aliran udara bertekanan ke satu sisi
dari piston menggunakan katup pengatur arah.
2.14
Alasan Pemakaian Pneumatik
Persaingan antara peralatan pneumatik dengan peralatan mekanik,
hidrolik atau elekrik akan menjadi besar. Dalam penggunaannya sistem
pneumatik diutamakan karena beberapa hal yaitu:
1. paling banyak dipertimbangkan untuk beberapa mekanisasi,
2. dapat bertahan lebih baik terhadap keadaan-keadaan tertentu
Sering kali suatu proses tertentu dengan cara pneumatik, berjalan
lebih rapi (efisien) dibandingkan dengan cara lainnya. Contoh :
a.
Palu-palu bor dan keling pneumatik adalah jauh lebih baik
dibandingkan dengan perkakas-perkakas elektrik serupa karena
lebih ringan, lebih ada kepastian kerja dan lebih sederhana
dalam pelayanan.
b.
Pesawat-pesawat pneumatik telah mengambil suatu kedudukan
monopoli yang penting pada :
1. rem-rem udara bertekanan untuk mobil angkutan dan
gerbong-gerbong kereta api, alat-alat angkat dan alat-alat
angkut.
2. Pistol - pistol (alat cat semprot, mesin-mesin peniup kaca,
berbagai
jenis
kecepatan tinggi).
penyejukan
udara,
kepala-kepala
asah
25
Udara bertekanan memiliki banyak sekali keuntungan, tetapi dengan
sendirinya juga terdapat segi-segi yang merugikan atau lebih baik
pembatasan-pembatasan pada penggunaannya. Hal-hal yang menguntungkan
dari pneumatik pada mekanisasi yang sesuai dengan tujuan sudah diakui oleh
cabang-cabang industri yang lebih banyak lagi.
Pneumatik mulai digunakan untuk pengendalian maupun penggerakan
mesin-mesin dan alat-alat.
2.15
Keuntungan Pemakaian Pneumatik
A. Merupakan media / fluida kerja yang mudah didapat dan mudah diangkut:
1.
Udara dimana saja tersedia dalam jumlah yang tak terhingga.
2.
Saluran-saluran balik tidak diperlukan karena udara bekas dapat
dibuang bebas ke atmosfir, sistem elektrik dan hidrolik memerlukan
saluran balik.
3.
Udara bertekanan dapat diangkut dengan mudah melalui saluransaluran dengan jarak yang besar, jadi pembuangan udara bertekanan
dapat dipusatkan dan menggunakan saluran melingkar semua pemakai
dalam satu perusahaan dapat dilayani udara bertekanan dengan
tekanan tetap dan sama besarnya. Melalui saluran-saluran cabang dan
pipa - pipa selang, energi udara bertekanan dapat disediakan dimana
saja dalam perusahaan.
B. Dapat disimpan dengan mudah:
1. Sumber udara bertekanan (kompresor) hanya menyerahkan udara
bertekanan kalau udara bertekanan ini memang digunakan. Jadi
kompresor tidak perlu bekerja seperti halnya pada pompa peralatan
hidrolik.
2. Pengangkutan ke dan penyimpanan dalam tangki-tangki penampung
juga dimungkinkan.
3. Suatu daur kerja yang telah dimulai selalu dapat diselesaikan,
demikian pula kalau penyediaan listrik tiba-tiba dihentikan.
26
C. Bersih dan kering:
1. Udara bertekanan adalah bersih. Kalau ada kebocoran pada saluran
pipa, benda-benda kerja maupun bahan-bahan disekelilingnya tidak
akan menjadi kotor.
2. Udara bertekanan adalah kering. Bila terdapat kerusakan pipa-pipa
tidak akan ada pengotoran-pengotoran, bintik minyak dan sebagainya.
3. Dalam industri pangan, kayu, kulit dan tenun serta pada mesin-mesin
pengepakan hal yang memang penting sekali adalah bahwa peralatan
tetap bersih selama bekerja. Sistem pneumatik yang bocor bekerja
merugikan dilihat dari sudut ekonomis, tetapi dalam keadaan darurat
pekerjaan tetap dapat berlangsung. Tidak terdapat minyak bocoran
yang mengganggu seperti pada sistem hidrolik.
D. Tidak peka terhadap suhu.
1. Udara bersih (tanpa uap air) dapat digunakan sepenuhnya pada suhusuhu yang tinggi atau pada nilai-nilai yang rendah, jauh di bawah titik
beku (masing-masing panas atau dingin).
2. Udara bertekanan juga dapat digunakan pada tempat-tempat yang
sangat panas, misalnya untuk pelayanan tempa tekan, pintu-pintu
dapur pijar, dapur pengerasan atau dapur lumer.
3. Peralatan-peralatan atau saluran-saluran pipa dapat digunakan secara
aman dalam lingkungan yang panas sekali, misalnya pada industriindustri baja atau bengkel-bengkel tuang (cor).
E. Aman terhadap kebakaran dan ledakan
1. Keamanan kerja serta produksi besar dari udara bertekanan tidak
mengandung bahaya kebakaran maupun ledakan.
2. Dalam ruang-ruang dengan resiko timbulnya kebakaran atau ledakan
atau gas-gas yang dapat meledak dapat dibebaskan, alat-alat pneumatik
dapat digunakan tanpa dibutuhkan pengamanan yang mahal dan luas.
27
Dalam ruang seperti itu kendali elektrik dalam banyak hal tidak
diinginkan.
F. Tidak diperlukan pendinginan fluida kerja,
1. Pembawa energi (udara bertekanan) tidak perlu diganti sehingga untuk
ini tidak dibutuhkan biaya. Minyak setidak-tidaknya harus diganti
setelah 100 sampai 125 jam kerja.
G. Rasional (menguntungkan)
1. Pneumatik adalah 40 sampai 50 kali lebih murah daripada tenaga otot.
Hal ini sangat penting pada mekanisasi dan otomatisasi produksi.
2. Komponen-komponen untuk peralatan pneumatik tanpa pengecualian
adalah lebih murah jika dibandingkan dengan komponen-komponen
peralatan hidrolik.
H. Kesederhanaan (mudah pemeliharaan)
1. Karena konstruksi sederhana, peralatan-peralatan udara bertekanan
hampir tidak peka gangguan.
2. Gerakan-gerakan lurus dilaksanakan secara sederhana tanpa komponen
mekanik, seperti tuas-tuas, eksentrik, cakera bubungan, pegas, poros
sekerup dan roda gigi.
3. Konstruksinya
yang
sederhana
menyebabkan
waktu
montase
(pemasangan) menjadi singkat, kerusakan-kerusakan seringkali dapat
direparasi sendiri, yaitu oleh ahli teknik, montir atau operator setempat.
4. Komponen-komponennya dengan mudah dapat dipasang dan setelah
dibuka dapat digunakan kembali untuk penggunaan-penggunaan lainnya.
I. Sifat dapat bergerak
1. Selang-selang elastik memberi kebebasan pindah yang besar sekali dari
komponen pneumatik ini.
J. Aman
28
1. Sama sekali tidak ada bahaya dalam hubungan penggunaan pneumatik,
juga tidak jika digunakan dalam ruang-ruang lembab atau di udara luar.
Pada alat-alat elektrik ada bahaya hubungan singkat.
K. Dapat dibebani lebih (tahan pembebanan lebih)
Alat-alat udara bertekanan dan komponen - komponen berfungsi dapat
ditahan sedemikian rupa hingga berhenti. Dengan cara ini komponen komponen akan aman terhadap pembebanan lebih. Komponen - komponen
ini juga dapat direm sampai keadaan berhenti tanpa kerugian.
1. Pada pembebanan lebih alat-alat udara bertekanan memang akan
berhenti, tetapi tidak akan mengalami kerusakan. Alat-alat listrik
terbakar pada pembebanan lebih.
2. Suatu jaringan udara bertekanan dapat diberi beban lebih tanpa rusak.
3. Silinder-silinder gaya tak peka pembebanan lebih dan dengan
menggunakan katup-katup khusus maka kecepatan torak dapat disetel
tanpa bertingkat.
L. Jaminan bekerja besar
Jaminan bekerja besar dapat diperoleh karena:
1. Peralatan serta komponen bangunannya sangat tahan aus.
2. Peralatan serta komponen pada suhu yang relatif tinggi dapat
digunakan sepenuhnya dan tetap demikian.
3. Peralatan pada timbulnya naik turun suhu yang singkat tetap dapat
berfungsi.
4. Kebocoran-kebocoran yang mungkin ada tidak mempengaruhi
ketentuan bekerjanya suatu instalasi.
M. Biaya pemasangan murah
1. Mengembalikan udara bertekanan yang telah digunakan ke sumbernya
(kompresor) tidak perlu dilakukan. Udara bekas dengan segera
29
mengalir keluar ke atmosfir, sehingga tidak diperlukan saluran-saluran
balik, hanya saluran masuk saja.
2. Suatu peralatan udara bertekanan dengan kapasitas yang tepat, dapat
melayani
semua
pemakai
dalam
satu
industri.
Sebaliknya,
pengendalian-pengendalian hidrolik memerlukan sumber energi untuk
setiap instalasi tersendiri (motor dan pompa).
N. Pengawasan (kontrol)
1. Pengawasan tekanan kerja dan gaya-gaya atas komponen udara
bertekanan yang berfungsi dengan mudah dapat dilaksanakan dengan
pengukur-pengukur tekanan (manometer).
O. Fluida kerja cepat.
1. Kecepatan-kecepatan udara yang sangat tinggi menjamin bekerjanya
elemen-elemen pneumatik dengan cepat. Oleh sebab itu waktu
menghidupkan adalah singkat dan perubahan energi menjadi kerja
berjalan cepat.
2. Dengan udara mampat orang dapat melaksanakan jumlah perputaran
yang tinggi ( Motor Udara ) dan kecepatan-kecepatan piston besar
(silinder-silinder kerja ).
3. Udara bertekanan dapat mencapai kecepatan alir sampai 1000 m/min
(dibandingkan dengan energi hidrolik sampai 180 m/min ).
4. Dalam silinder pneumatik kecepatan silinder dari 1 sampai 2 m/detik
mungkin saja ( dalam pelaksanaan khusus malah sampai 15 m/detik ).
5. Kecepatan sinyal-sinyal kendali pada umumnya terletak antara 40 dan
70 m/detik (2400 sampai 4200 m/min)
P. Dapat diatur tanpa bertingkat
1. Dengan katup pengatur aliran, kecepatan dan gaya dapat diatur tanpa
bertingkat mulai dari suatu nilai minimum (ditentukan oleh besarnya
30
silinder) sampai maksimum (tergantung katup pengatur yang
digunakan).
2. Tekanan udara dengan sederhana dan kalau dibutuhkan dalam keadaan
sedang bekerja dapat disesuaikan dengan keadaan.
3. Beda perkakas rentang tenaga jepitnya dapat disetel dengan
memvariasikan tekanan udara tanpa bertingkat dari 0 sampai 6 bar.
4. Tumpuan-tumpuan dapat disetel guna mengatur panjang langkah
silinder kerja yang dapat disetel terus-menerus (panjang langkah ini
dapat bervariasi sembarang antara kedua kedudukan akhirnya).
5. Perkakas-perkakas pneumatik yang berputar dapat diatur jumlah
putaran dan momen putarnya tanpa bertingkat.
Q. Ringan sekali
Berat alat-alat pneumatik jauh lebih kecil daripada mesin yang
digerakkan elektrik dan perkakas-perkakas konstruksi elektrik (hal ini
sangat penting pada perkakas tangan atau perkakas tumbuk). Perbandingan
berat (dengan daya yang sama) antara:
1.
motor pneumatik : motor elektrik = 1 : 8 (sampai 10)
2.
motor pneumatik : motor frekuensi tinggi = 1 : 3 (sampai 4)
R. Kemungkinan penggunaan lagi (ulang)
Komponen-komponen pneumatik dapat digunakan lagi, misalnya
kalau komponen-komponen ini tidak dibutuhkan lagi dalam mesin tua.
S. Konstruksi kokoh
Pada umumnya komponen pneumatik ini dikonstruksikan secara
kompak dan kokoh, dan oleh karena itu hampir tidak peka terhadap
gangguan dan tahan terhadap perlakuan-perlakuan kasar.
T. Fluida kerja murah
Pengangkut energi (udara) adalah gratis dan dapat diperoleh
senantiasa dan dimana saja. Yang harus dipilih adalah suatu kompresor
31
yang tepat untuk keperluan tertentu; jika seandainya kompresor yang
dipilih tidak memenuhi syarat, maka segala keuntungan pneumatik tidak
ada lagi.
2.16
Kerugian / terbatasnya Pneumatik
A. Ketermampatan (udara).
Udara dapat dimampatkan. Oleh sebab itu adalah tidak mungkin
untuk mewujudkan kecepatan-kecepatan piston dan pengisian yang
perlahan-lahan dan tetap, tergantung dari bebannya.
B. Pemecahan:
kesulitan ini seringkali diberikan dengan mengikut sertakan elemen
hidrolik dalam hubungan bersangkutan, tertama pada pengerjaanpengerjaan cermat (bor, bubut atau frais) hal ini merupakan suatu alat
bantu yang seringkali digunakan.
C. Gangguan Suara (Bising)
Udara yang ditiup ke luar menyebabkan kebisingan (desisan) mengalir ke
luar, terutama dalam ruang-ruang kerja sangat mengganggu. Pemecahan
dengan memberi peredam suara (silinder)
D. Kegerbakan (volatile)
Udara bertekanan sangat gerbak (volatile). Terutama dalam jaringanjaringan udara bertekanan yang besar dan luas dapat terjadi kebocorankebocoran yang banyak, sehingga udara bertekanan mengalir keluar. Oleh
karena itu pemakaian udara bertekanan dapat meningkat secara luar biasa
dan karenanya harga pokok energi “berguna” sangat tinggi.
Pemecahan: dapat dilakukan dengan menggunakan perapat-perapat
berkualitas tinggi.
E. Kelembaban udara
Kelembaban udara dalam udara bertekanan pada waktu suhu menurun dan
tekanan meningkat dipisahkan sebagai tetesan air (air embun).
32
Pemecahan: penggunaan filter-filter untuk pemisahan air embun (dan juga
untuk penyaring kotoran-kotoran).
F. Bahaya pembekuan
Pada waktu pemuaian tiba-tiba (dibelakang pemakai udara bertekanan)
dan penurunan suhu yang bertalian dengan pemuaian tiba-tiba ini, dapat
terjadi pembentukan es.
Pemecahan:
1) Batasi
pemuaian
udara
bertekanan
dalam
perkakas-perkakas
pneumatik.
2) Biarkan udara memuai sepenuhnya pada saat diadakan peniupan ke
luar.
G. Kehilangan energi dalam bentuk kalor.
Energi kompresi adiabatik dibuang dalam bentuk kalor dalam pendingin
antara dan akhir. Kalor ini hilang sama sekali dan kerugian ini hampir
tidak dapat dikurangi.
H. Pelumasan udara bertekana
Oleh karena tidak adanya sistem pelumasan untuk bagian-bagian yang
bergerak, maka bahan pelumas ini dimasukkan bersamaan dengan udara
yang mengalir, untuk itu bahan pelumas harus dikabutkan dalam udara
bertekanan.
I. Gaya tekan terbatas
1. Dengan udara bertekanan hanya dapat dibangkitkan gaya yang terbatas
saja. Untuk gaya yang besar, pada tekanan jaringan normal dibutuhkan
diameter piston yang besar.
2. Penyerapan energi pada tekanan-tekanan kejutan hidrolik dapat
memberi jalan keluar.
33
J. Ketidakteraturan
Suatu gerakan teratur hampir tidak dapat diwujudkan :
1. Pada pembebanan berganti-ganti
2. Pada kecepatan-kecepatan kecil (kurang dari 0,25 cm/det) dapat timbul
‘stick-slip effect’.
K. Tidak ada sinkronisasi
Menjalankan dua silinder atau lebih paralel sangat sulit dilakukan.
L. Biaya energi tinggi
Biaya produksi udara bertekanan adalah tinggi. Oleh karena itu untuk
produksi dan distribusi dibutuhkan peralatan-peralatan khusus. Setidaktidaknya biaya ini lebih tinggi dibandingkan dengan penggerak elektrik.
Perbandingan biaya ( tergantung dari cara penggerak) :
1. Elektrik : Pneumatik = 1 : 10 (sampai 12)
2. Elektrik : Hidrolik = 1 : 8 (sampai 10)
3. Elektrik : Tangan = 1 : 400 (sampai 500)