Teori Pneumatik dan Elektropneumatik
LAPORAN PRAKTIKUM UNTUK MEMENUHI TUGAS MATAKULIAH Mekatronika Yang diampu oleh Bapak Didin Zakaria S.Pd., M.Eng.
Disusun oleh: Abdul Muhsi
(150514603618)
Achmad Dody Irawan
(150514608260)
Adhi Andoyo L.
(150514600139)
Aldi Ferara
(150514601235)
Alif Firstya Akbar
(150514607045)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN OKTOBER 2017
ii
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI............................................................................................
ii
DAFTAR LAMPIRAN............................................................................
iii
BAB I PENDAHULUAN........................................................................
1
A. Latar Belakang.......................................................................
2
B. Rumusan Masalah..................................................................
2
C. Tujuan Makalah......................................................................
2
BAB II PEMBAHASAN...........................................................................
3
A. Definisi Sistem Pneumatik.....................................................
3
B. Prinsip Kerja Sistem Pneumatik.............................................
4
C. Elemen Kerja Sistem Pneumatik............................................
5
D. Valve (Katup).........................................................................
6
E. Rangkaian Sistem Pneumatik................................................
7
F. Definisi Elektropneumatik.....................................................
7
G. Prinsip Kerja Elektropneumatik............................................
8
H. Desain Sistem Kontrol Elektropneumatik.............................
9
BAB III PENUTUP.................................................................................
18
LAMPIRAN............................................................................................
19
DAFTAR RUJUKAN..............................................................................
26
iii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1: Simbol Katup dan Katup Kontrol Arah................................. 19 Lampiran 2: Penomoran, Metode Kontrol dan Pengaktifan...................... 21 Lampiran 3: Simbol Aplikasi Katup Kontrol Arah................................... 22 Lampiran 4: Simbol Valve Aplikasi dan Sumber Udara.............................. 23 Lampiran 5: Simbol Silinder......................................................................... 25
1
BAB I PENDAHULUAN Pneumatik di ciptakan oleh Macron Matik dari bangsa Eropa pada tahun 1889. Awalnya pneumatik hanya berupa sebuah kumpulan udara yang di berikan sedikit tenaga manusia yang kita sebut juga alat nya bernama pompa tetapi tidak hanya itu saja macron berfikir untuk mengembang alat tersebut agar bisa mendorong benda dengan menggunakan tekanan udara macron mulai merubah design alat tersebut dan pada tahun 1995 Macron berhasil menciptakan alat yang bisa mendorong benda dengan tekan udara yang disebut cylinder single acting return yang di pergunakan untuk mendorong suatu benda tapi dengan bantuan menggunakan alat komperesor awal percobaan yang di dorong benda tersebut berupa kayu berbentuk kontak setelah berhasil menyempurnakan alat tersebut, Macron mempublikasikan kepada publik tetapi tidak lama bertahan pada tahun 2000 ciptaan Macron di sempurnakan oleh Busten Matik yaitu adik dari Macron Matik. Busten Matik hanya menambahkan one-way flow control valve yang di pergunakan untuk mengatur kecepatan masuk dan keluarnya katup. Busten Matik mempublikasikan kepada orang umum kemudian menggunakannya untuk keperluan industri besar maupun industri kecil dan pneumatik di kembang semakin maju hingga dapat digunakan sebagai pintu kereta, mesin press dan menggeser benda seperti kardus, dll. Alat ciptaan Busten Matic di kembangkan lagi dengan mensempurnakan single acting cylinder yang bisa di kendalikan masuk dan keluar dan menciptakan 3/n arah katup dan 2/n arah katup berguna untuk membantu masuk dan keluar tanpa harus menggunakan one-way flow control valve seperti pada tahun 2006. Akan tetapi alat ciptaan Busten Matic di kembangkan lagi oleh Austin Barcker pada tahun 2007 dengan membuat double acting cylinder , sama seperti single acting cylinder fungsi nya akan tetapi double acting cylinder dapat mengeluarkan dorongan yang sangat kuat di bandingkan dengan single acting cylinder dan ciptaan Austin Barcker di gunakan hingga saat ini.
2
1.1 Latar Belakang Laporan praktikum ini ditulis sebagai bentuk pemahaman dari praktek yang telah dilakukan di laboratorium yang menyinggung mengenai pneumatik maupun elektropneumatik.
1.2 Rumusan Masalah Sejalan dengan apa yang telah penulis kemukakan dengan latar belakang diatas, maka penulis bermaksud merumuskan rumusan masalah yakni sebagai berikut. a. Apa yang dimaksud dengan sistem pneumatik? b. Bagaimana prinsip kerja sistem pneumatik? c. Apa yang dimaksud dengan elektropneumatik? d. Bagaimana cara kerja sistem kontrol sinyal elektropneumatik? 1.3 Tujuan Makalah Sesuai dengan apa yang telah penulis rumuskan pada rumusan masalah diatas, makalah ini disusun dengan tujuan sebagai berikut. a. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan sistem pneumatik. b. Untuk mengetahui prinsip kerja sistem pneumatik. c. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan sistem elektropneumatik. d. Untuk mengetahui sistem kontrol sinyal dari sistem elektropneumatik.
3
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Definisi Sistem Pneumatik 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 dua, yakni pneumatik yang menggunakan udara, serta pneumatik yang menggunakan cairan. Namun pada dasarnya sistem pneumatik dan pneumatik tidaklah jauh berbeda. Pembeda utama keduanya adalah sifat dari fluida kerja yang digunakan. Cairan adalah fluida yang tidak dapat ditekan (incompressible fluid) sedangkan udara adalah fluida yang dapat terkompresi (compressible fluid). Dari perbedaan itulah maka dapat ditarik kesimpulan bahwa fluida cair dan fluida tekan memiliki karakteristik yang berbeda. Fluida tekan sendiri memiliki karakteristik sebagai berikut, yakni jumlahnya tak terbatas, mampu mencapai tekanan yang lebih rendah, dapat dimampatkan, memberi tekanan yang sama rata ke segala arah, tidak mempunyai bentuk (menyesuaikan dengan tempatnya), dan mengandung kadar air. Pneumatik berasal dari bahasa Yunani yang berarti udara atau angin. Semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan untuk menghasilkan suatu kerja disebut dengan sistem Pneumatik. Dalam penerapannya, sistem pneumatik banyak digunakan sebagai sistem automasi.
4
2.2 Prinsip Kerja Sistem Pneumatik Sistem Pneumatik bekerja dengan menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan dan di alirkan menuju sistem untuk menghasilkan suatu kerja dalam bentuk aktuator. Fluida mampu mampat adalah fluida yang dapat mengalami perubahan volume apabila mengalami tekanan tertutup dalam suatu boundary. Dalam hal ini fluida mampu mampat bisa kita sebut sebagai udara. Udara merupakan media yang menjadi ciri khas pada sistem pneumatik. Kelebihan penggunaan udara dalam sistem pneumatik adalah karena dapat mengembang dengan kuat dan cepat dalam ruangan yang sempit sekalipun dalam waktu yang relatif singkat. Proses pengangkutannya juga mudah yakni dengan membuat sistem perpipaan sebagai alur jalannya sistem penumatik ini. Udara dimampatka kira-kira 1/7 dari volume udara bebas kemudian disalurkan menuju tangki udara bertekanan dan atau menuju sistem pendistribusian udara secara langsung. Untuk menjada kualitas udara juga menghindari kerusakan pada komponen dalam sistem pneumatik maka diperlukan air service unit. Berikut adalah elemen-elemen penting yang digunakan untuk menyiapkan udara sebelum masuk ke sisem pendistribusian udara sistem penumatik. (Lampiran 1, Gambar 1) a. Kompresor b. Tangki Udara c. Penyaring Udara dengan pemisah air ( Air Dryer) d. Pengatur Tekanan
5
2.3 Elemen Kerja Sistem Pneumatik Elemen kerja adalah alat yang digunakan untuk mengubah suatu energi menjadi energi gerak translasi (dengan silinder pneumatik) ataupun gerak rotasi (dengan alat pompa pneumatik). Silinder pneumatik adalah salah satu
komponen
yang
berfungsi
untuk
melakukan
gerakan
dengan
menggunakan metode kompresi udara sebagai medianya. Dalam suatu elemen kerja yang terkait dengan bahasan kita adalah elemen kerja yang menggunakan silinder pneumatik. Secara umum silinder pneumatik sendiri memiliki dua jenis berdasarkan mekanisme keluar masuk udaranya, yaitu silinder pneumatik single acting dan silinder pneumatik double acting.
2.3.1 Silinder pneumatik single acting Silinder ini hanya memiliki satu koneksi kompresi udara. Udara yang bertekanan masuk menggerakkan piston dalam satu arah, dan kekuatan silinder terbentuk pada arah tersebut. Untuk mengembalikan keposisinya kembali cukup membuang tekanan udara tersebut dari silinder. Per mekanik didalam silinder memberikan dorongan untuk kembali ke posisi awal. Bagian ini memiliki lubang ventilasi / exhaust sehingga tidak ada tekanan berlebihan atau tekanan rendah yang dihasilkan oleh gerakan piston di dalam ruang silinder. Akan tetapi silinder ini memilki kelemahan dimana sebagian kekuatan dari silinder hilang untuk mendorong pegas.
2.3.2 Silinder pneumatik double acting Silinder pneumatik double acting merupakan silinder yang memiliki dua port untuk instroke dan outstroke. Silinder jenis ini menggunakan kekuatan udara bertekanan untuk mendorong piston keluar dan mendorong piston untuk kembali pada posisi awal (menarik kedalam). Sehingga silinder ini membutuhkan lebih banyak udara dan
6
katup pengontrol arah yang lebih kompleks bila dibandingkan dengan silinder kerja tunggal.
Untuk menjaga kinerja dari silinder pneumatik, maka diperlukan perawatan yang secara berkala. Dimana dalam perawatan ini yang perlu diperhatikan adalah kualitas dari udara. Kualitas udara bertekanan yang masuk ke tabung silinder harus dalam keadaan kering, bersih, dan tidak mengandung air. Sehingga perlu diperhatikan sistem penyaringan (filter) dan pengeringan (dryer) udaranya, apakah dalam keadaan baik atau buruk. Kemudian juga harus perhatikan pergesekan akibat pergerakan keluar masuknya piston. Dalam sistem pneumatik biasanya juga terdapat lubrikator yang memberikan pelumasan untuk mengurangi pergesekan dalam silinder. Rusaknya seal akibat masa pemakaian yang lama (lifetime), aus atau berbagai penyebab yang lainnya akan menyebabkan kebocoran udara pada silinder. Apabila ditemukan kebocoran maka pergantian seal harus dilakukan, karena apabila rusaknya seal tersebut akibat aus dan tidak diganti, maka akan menyebabkan kerusakan yang lebih parah, seperti scratch atau goresan – goresan pada tabung rumah silinder.
2.4 Valve (Katup) Directional Control Valve/Katup Kontrol Arah (DCV) digunakan untuk mengarahkan udara menuju sirkuit yang berbeda pada sistem hidrolik. Kapasitas aliran maksimum dan tekanan yang turun saat melewati valve merupakan pertimbangan utama. Directional Control Valve/Katup Kontrol Arah dapat dikombinasikan dengan manual, hidrolik, pneumatik dan kontrol elektronik. Faktor ini umumnya ditentukan selama melakukan desain sistem untuk pertama kali. Directional Control Valve/Katup Kontrol Arah mengarahkan aliran udara menuju sistem hidrolik. Dengan kata lain merupakan komponen dimana operator mengontrol mesin. Directional Control Valve/Katup Kontrol Arah mengarahkan suplai udara menuju aktuator pada sistem Valve body dilubangi, dihaluskan dan kadang lubangnya di keraskan dengan perlakuan panas.
7
Saluran Inlet dan outlet dilubangi dan diberi ulir. Valve spool dibuat dengan mesin dengan bahan high-grade steel. Beberapa valve spool dikeraskan dengan perlakuan panas, digerinda dan dihaluskan hingga mencapai ukuran tertentu. Valve spool lainnya ada yang di chrome plated, digerinda dan dipolish hingga ukuran tertentu.Valve body dan valve spool kemudian dirangkai sesuai spesifikasi rancangan. Ketika dirakit, valve spool adalah satu-satunya komponen yang dapat bergerak. Penggambaran simbol terlampir.
2.5 Rangkaian Sistem Pneumatik Dalam sistem pneumatik
terdapat
simbol-simbol
unik
dari
penggambaran rangkaian sistemnya, dan setiap simbol memiliki fungsi dan kegunaan yang berbeda tergantung alat atau medianya. (Lampiran 1,2 dan 3,4)
2.6 Definisi Elektropneumatik Elektropneumatik merupakan pengembangan dari pneumatik, dimana prinsip kerjanya memilih energi pneumatik sebagai media kerja (tenaga penggerak) sedangkan media kontrolnya mempergunakan sinyal elektrik ataupun elektronik. Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik dengan mengaktifkan sakelar, sensor ataupun sakelar pembatas yang berfungsi sebagai penyambung ataupun pemutus sinyal. Sinyal yang dikirimkan ke kumparan tadi akan menghasilkan medan elektromagnit dan akan mengaktifkan/mengaktuasikan katup pengatur arah sebagai elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik. Sedangkan media kerja pneumatik akan mengaktifkan atau menggerakkan elemen kerja pneumatik seperti motor-pneumatik atau silinder yang akan menjalankan sistem.
8
2.7 Prinsip Kerja Elektropneumatik
Pada sistem kontrol elektro pneumatik terdapat empat kelompok komponen yaitu : a. Energi Supply (Pemasok Energi), yang meliputi arus listrik dan udara bertekanan. b. Komponen Input (Sensor-Sensor), yang meliputi limit switch, tombol tekan dan proximity sensor. c. Komponen Pemroses (Prosessor), yang meliputi switching logic, katup solenoid dan konverter dari pneumatik ke elektrik. d. Aktuator dan Komponen Kontrol Akhir, yang meliputi silinder, motor listrik dan katup kontrol akhir.
Komponen-komponen peralatan kontrol yang telah disebutkan di atas digambarkan oleh simbol-simbol yang mewakili fungsinya (Lampiran 4). Simbol-simbol tersebut dikombinasikan dan dirangkai sesuai dengan perencanaan fungsi dari suatu sistem atau mesin untuk melakukan pekerjaan tertentu. Dalam menggambar rangkaian, simbol-simbol komponen secara
9
umum ditempatkan sesuai dengan tingkatan suatu sistem. Tingkatan suatu struktur sistem dalam gambar rangkaian diatur sesuai dengan aliran sinyal. Solenoid mengaktuasikan katup pengarah dan relay bisa sebagai pemroses atau fungsi pengontrol aktuator. Sebagai contoh, jika katup pengarah digunakan untuk mengontrol silinder, maka katup pengarah adalah komponen kontrol untuk kelompok ke empat (aktuator dan komponen kontrol akhir). Jika komponen tersebut didefinisikan sebagai sinyal pemroses, maka harus ditempatkan pada kelompok ketiga.
2.8 Desain Sistem Kontrol Elektropneumatik Dalam mendesain sistem kontrol pneumatik bisa menggunakan software bernama Festo Fluidsim. Pada sub-bab ini akan membahas mengenai desain dan konflik sinyal elektropneumatik dua silinder dan tiga silinder.
10
2.8.1 Konflik sinyal 2 silinder 3 saluran 5/3 valve
Berdasarkan diagram gerakan diatas, maka dapat kita ketahui bahwa gerakan sistem silindernya adalah silinder 1 maju, silinder 1 mundur, silinder 2 maju, dan silinder 2 mundur. Setelah mengetahui diagram gerakannya maka dapat diobservasi diagram alurnya seperti yang sudah terlampir diatas. Maka dapat kita buat dahulu sistem saluran elektropneumatiknya berdasarkan diagram gerakan sebagai berikut.
11
mendapatkan bahwa LS 1 adalah B0, LS2 adalah A1, LS3, adalah A0, dan LS 4 adalah B1. Sehingga dapat dilihat bahwa B0, A1, dan B1 adalah pemindah saluran sedangkan A0 merupakan penggerak silinder. Gerakan akan dimulai apabila B0 aktif, dan detent switch diaktifkan maka K1 relay akan menyaa dan mengaktifkan saluran 1 (K2). Setelah saluran 1 aktif maka K2 akan menggerakkan silinder 1 maju namun dikarenakan katub yang digunakan adalah 5/3 maka saluran satu harus dikunci menggunakan makeswitch K2. Setelah silinder 1 maju, akan menekan switch A1 dan mengaktifkan saluran 2 (K3), dan otomatis memindahkan saluran 1 menuju saluran 2 karena terdapat switch normally closed K3 di saluran 1. K3 aktif akan menggerakkan silinder 1 mundur kemudian dikundi dengan makeswitch K3. Dan masih pada saluran kedua, silinder 1 yang mundur akan bertemu A0 yang akan mengaktifkan K4 yang menggerakkan silinder 2 maju. Silinder 2 akan bertemu switch B1 yang akan memindahkan saluran dari saluran 2 (K3) menuju saluran 3 (K5). Bila K5 aktif maka akan memutus K3 terlebih dahulu karena terdapat switch normally closed K5 di saluran 2 (K3) dan kemudian menggerakkan silinder 2 mundur setelah itu relay K5 dikunci kembali. Silinder 2 mundur akan bertemu switch B0 yang merupakan awal dari proses. Bila rangkaian sukses, saat menghidupkan detent switch, kedua silinder akan terus bekerja hingga suplai listrik dimatikan, namun untuk memulai dengan satu putaran saja cukup dengan mangaktifkan push button.
Maka rangkaian 2 silinder 3 saluran akan terbentuk seperti ini. Dimana setiap limit switch sudah dirubah formatnya sesuai dengan diagram alurnya, dan ditambahkan selenoid valve yang menggerakkan silinder sesuai urutannya dari suplai yang ditransfer oleh kontaktor.
12
2.8.2 Konflik sinyal 2 silinder 3 saluran 5/3 valve modifikasi
2.8.3 Konflik sinyal 3 silinder 3 saluran 5/3 valve
Dari diagram gerakan diatas maka kita dapat mengobservasi
13
alur gerakan dari ketiga silinder, yaitu silinder 1 maju, silinder 2 maju, silinder 3 maju, silinder 3 mundur, silinder 2 mundur dan silinder 1 mundur. Setelah mendapatkan data diagram gerakannya, maka dapat diketahui pula diagram alurnya seperti yang terlampir diatas. Dari data yang telah diperoleh diatas, maka kita dapat langsung membuat wiring diagram elekctropneumatic sesuai dengan input diagram alurnya seperti rangkaian yang telah terlampir. Dari rangkain yang terlampir, maka dapat kita lihat bahwa gerakan dimulai dari A0 dan tombol detent switch akan mengaktifkan K1 dab memutus K5 atau saluran 2. Hal ini dimaksudkan untuk memindah saluran dari saluran 2 menuju ke saluran 1. Maka K1 akan mengaktifkan K2 yang menggerakkan silinder 1 maju karena katupnya adlah 5/3 maka K2 harus dikunci. Masih pada saluran 1, silinder 1 maju akan menekan switch A1 yang mengaktifkan K3 yang kemudian menggerakkan silinder 2 maju. Silinder 2 maju akan menekan switch B1 dan mengaktifkan K4 untuk menggerakkan silinder 3 maju. Silinder 3 maju menekan switch C1 yang akan mengaktifkan K5 dan memutus saluran 1 agar aliran listrik menuju saluran 2. K5 akan menggerakkan silinder 3 mundur, karena katup sistem menggunakan 5/3 maka K5 perlu dikunci. Kemundian silinder 3 mundur akan menekan switch C0 yang akan mengaktifkan K6 yang menggerakkan silinder 2 untuk mundur. Kemudian silinder 2 bergerak mundur menekan switch B0 yang akan mengaktifkan K7 yang berfungsi untuk menggerakkan silinder 1 mundur. Setelah silinder 1 mundur maka akan bertemu dengan switch A0. Jika rangkaian benar, saat detent switch ditekan maka ketiga silinder akan bekerja berurutan secara terus menerus hingga power supplai dimatikan, untuk menggerakkan ketiga silinder hanya dengan satu siklus cukup dengan menekan push button.
14
15
2.8.4 Konflik sinyal 3 silinder 4 saluran 7/5/1 valve Diagram Gerakan
Diagram Alur
A0->C+-C1->C- -C0-B- -B0->B+-B1->A+-A1->A- -A0 Diagram Ledder
16
Intuitif diubah ke cascade Diagram Gerak
K1/K2
K3
K4
K5
K6
Diagram Alur
B1->C- -C0->A+-A1->B- -B0->C+-C1->B+-B1
Diagram Ledder
K7
17
Diagram Leadder Modifan
18
BAB III PENUTUP Sistem pneumatik adalah sistem yang seluruh media kerja dan media penghantarnya menggunakan fluida mampu tekan, baik dari saluran sinyal/kontrol, saluran masuk, dan saluran keluarnya. Sistem ini masih banyak digunakan pada mekanisme-mekanisme sederhana seperti rem angin konvensional. Namun dalam penggunaannya sistem ini masih kurang aman karena semua sistem bekerja menggunakan udara saja. Sedangkan sistem pneumatik adalah sistem yang bekerja menggunakan fluida mampu mampat dan dibantu dengan media kerja otomasi elektronika. Rangkaian sinyal dari sistem ini menggunakan sinyal elektrik dari mediamedia kerja elektrik sedangkan media penghantar input dan output dari sistem ini menggunakan fluida mampu mampat. Sistem ini dinilai lebih aman dan ekonomis namun membutuhkan rangkaian yang kompleks. Tiada hal yang ada di dunia ini yang sempurna, kesempurnaan hanyalah milik Allah SWT. Termasuk laporan praktikum ini, pastilah ada kesalahan atau kekurangan. Demi tertujunya laporan praktikum ini yang mendekati kesempurnaan penulis memerlukan kritik dan saran yang membangun yang bersifat positif yang bertujuan untuk memperbaiki laporan praktikum ini kedepannya. Apabila penulis berniat membuat laporan praktikum lagi maka dapat menggunakan kritik dan saran yang dibuat oleh pembaca untuk mengurangi kesalahan dan kekurangan dalam membuat laporan praktikum.
19
Lampiran 1: Simbol Katup dan Katup Kontrol Arah
20
21
Lampiran 2: Penomoran, Metode Kontrol dan Pengaktifan
22
Lampiran 3: Simbol Aplikasi Katup Kontrol Arah
23
Lampiran 4: Simbol Valve Aplikasi Khusus dan Sumber Udara
24
25
Lampiran 5: Simbol Silinder
26
DAFTAR RUJUKAN Suwarno, Drs., Mpd. 2010. Pengantar Sistem Pneumatik dan Dasar-dasar Otomasi. Malang: Universitas Negeri Malang Program Studi D3 Teknik Mesin. 2015. Otomasi Pneumatik dan Elektropneumatik. Malang: Universitas Negeri Malang Teknik Pneumatik Basic. 2017. Sejarah Pneumatik, (Online), (https://4ghr.blogspot.co.id/2017/02/assalamualaikum-wb.html), diakses 2 Oktober 2017. Abi, Royen. 2016. Pengertian, Jenis Dan Fungsi Silinder Pneumatik, (Online), (http://abi-blog.com/pengertian-jenis-dan-fungsi-silinder-pneumatik/), diakses 2 Oktober 2017. Blandong. 2017. Directional Control Valve, (Online), (https://goo.gl/6bnD9D), diakses 2 Oktober 2017. Gohoits. 2017. Sistem Pneumatik, (Online), (https://goo.gl/77KbKi), diakses 2 Oktober 2017.
