Bahan Ajar Sistem Pneumatik
SISTEM PNEUMATIK
1. PENGERTIAN PNEUMATIK Istilah pneumatik berasal dari bahasa Yunani, yaitu ’pneuma’ yang berarti napas atau udara. Istilah pneumatik selalu berhubungan dengan teknik penggunaan udara bertekanan, baik tekanan di atas 1 atmosfer maupun tekanan di bawah 1 atmosfer (vacum).Sehingga pneumatik merupakan ilmu yang mempelajari teknik pemakaian udara bertekanan (udara kempa). Jaman dahulu kebanyakan orang sering menggunakan udara bertekanan untuk berbagai keperluan yang masih terbatas, antara lain menambah tekanan udara ban mobil/motor, melepaskan ban mobil dari peleknya, membersihkan kotoran, dan sejenisnya. Sekarang, sistem pneumatik memiliki aplikasi yang luas karena udara pneumatik bersih dan mudah didapat. Banyak industry yang menggunakan sistem pneumatik dalam proses produksi seperti industry makanan, industri obatobatan, industri pengepakan barang maupun industry yang lain. Belajar pneumatik sangat bermanfaat mengingat hampir semua industri sekarang memanfaatkan sistem pneumatik.
2. KARAKTERISTIK UDARA KEMPA Udara dipermukaan bumi ini terdiri atas campuran dari bermacam-macam gas. Komposisi dari macam-macam gas tersebut adalah sebagai berikut : 78 % vol. gas 21 % vol. nitrogen, dan 1 % gas lainnya seperti carbon dioksida, argon, helium, krypton, neon dan xenon. Dalam sistem pneumatik udara difungsikan sebagai media transfer dan sebagai penyimpan tenaga (daya) yaitu dengan cara dikempa atau dimampatkan. Udara termasuk golongan zat fluida karena sifatnya yang selalu mengalir dan bersifat compressible (dapat dikempa).Sifat-sifat udara senantiasa
mengikuti
hukum-hukum
gas.
Karakteristik
udara
dapat
diidentifikasikan sebagai berikut : a) Udara mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah, b) Volume udara tidak tetap. c) Udara dapat dikempa (dipadatkan), d) Berat jenis udara 1,3 kg/m³, e) Udara tidak berwarna
1
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
3. APLIKASI PENGGUNAAN PNEUMATIK Penggunaan udara bertekanan sebenarnya masih dapat dikembangkan untuk berbagai keperluan proses produksi, misalnya untuk melakukan gerakan mekanik yang selama ini dilakukan oleh tenaga manusia, seperti menggeser, mendorong, mengangkat, menekan, dan lain sebagainya. Gerakan mekanik tersebut dapat dilakukan juga oleh komponen pneumatik, seperti silinder pneumatik, motor pneumatik, robot pneumatik translasi, rotasi maupun gabungan keduanya. Perpaduan dari gerakan mekanik oleh aktuator pneumatik dapat dipadu menjadi gerakan mekanik untuk keperluan proses produksi yang terus menerus (continue), dan flexibel. Pemakaian pneumatik di bidang produksi telah mengalami
kemajuan
(manufacturing),
yang
elektronika,
pesat,
terutama
obat-obatan,
pada
makanan,
proses kimia
dan
perakitan lainnya.
Pemilihan penggunaan udara bertekanan (pneumatik) sebagai sistim control dalam proses otomasinya, karena pneumatik mempunyai beberapa keunggulan, antara lain: mudah diperoleh, bersih dari kotoran dan zat kimia yang merusak, mudah didistribusikan melalui saluran (selang) yang kecil, aman dari bahaya ledakan dan hubungan singkat, dapat dibebani lebih, tidak peka terhadap perubahansuhu dan sebagainya.Udara yang digunakan dalam pneumatik sangat mudah didapat/diperoleh di sekitar kita.Udara dapat diperoleh dimana saja kita berada, sertatersedia dalam jumlah banyak.Selain itu udara yang terdapat di sekitar kitacenderung bersih dari kotoran dan zat kimia yang merugikan.Udara juga dapat dibebani lebih tanpa menimbulkan bahaya yang fatal.Karena tahanterhadap perubahan suhu, maka penumatik banyak digunakan pula padaindustri pengolahan logam dan sejenisnya. Secara umum udara yang dihisap oleh kompresor, akan disimpan dalam suatu tabung penampung. Sebelum digunakan udara dari kompresordiolah agar menjadi kering, dan mengandung sedikit pelumas. Setelahmelalui regulator udara dapat digunakan menggerakkan katub penggerak(aktuator), baik berupa silinder/stang torak yang bergerak translasi, maupunmotor pneumatik yang bergerak rotasi. Gerakan bolak balik (translasi),dan berputar (rotasi) pada aktuator selanjutnya digunakan untuk berbagaikeperluan gerakan yang selama ini dilakukan oleh manusia atau peralatanlain.
2
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
4. EFEKTIFITAS PNEUMATIK Sistim
gerak
dalam
pneumatik
memiliki
optimalisasi/efektifi
tas
biladigunakan pada batas-batas tertentu. Adapun batas-batas ukuran yang dapatmenimbulkan
optimalisasi
penggunaan
pneumatik
antara
lain:
diameterpiston antara 6 s/d 320 mm, anjang langkah 1 s/d 2.000 mm, tenaga yangdiperlukan 2 s/d 15 bar, untuk keperluan pendidikan biasanya berkisar antara4 sampai dengan 8 bar, dapat juga bekerja pada tekanan udara di bawah1 atmosfer
(vacuum),
dansejenisnya
melalui
misalnya katup
untuk karet
keperluan hisap
mengangkat
flexibel.
Adapun
plat
baja
efektifi
tas
penggunaanudara bertekanan dapat dilihat pada grafik berikut:
Penggunaan silinder pneumatik biasanya untuk keperluan antara lain:mencekam benda kerja, menggeser benda kerja, memposisikan benda kerja,mengarahkan aliran material ke berbagai arah. Penggunaan secara nyata padaindustri antara lain untuk keperluan: membungkus (verpacken), mengisi material,mengatur distribusi material, penggerak poros, membuka dan menutup padapintu, transportasi barang, memutar benda kerja, menumpuk/menyusun material,menahan dan menekan benda kerja. Melalui gerakan rotasi pneumatik dapatdigunakanuntuk,mengebor,memutarmengencangkandan mengendorkanmur/baut, memotong, membentuk profil plat, menguji, proses finishing (gerinda,pasak, dll.)
3
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
5. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN PENGGUNAAN UDARA KEMPA
5.1. Keuntungan Pneumatik Penggunaan
udara
kempa
dalam
sistim
pneumatik
memiliki
beberapakeuntungan antara lain dapat disebutkan berikut ini : 1. Ketersediaan yang tak terbatas, udara tersedia di alam sekitar kitadalam jumlah yang tanpa batas sepanjang waktu dan tempat. 2. Mudah disalurkan, udara mudah disalurkan/pindahkan dari satu tempatke tempat lain melalui pipa yang kecil, panjang dan berliku. 3. Fleksibilitas
temperatur,
udara
dapat
fleksibel
digunakan
pada
berbagaitemperatur yang diperlukan, melalui peralatan yang dirancang untukkeadaan tertentu, bahkan dalam kondisi yang agak ekstrem udara masihdapat bekerja. 4. Aman,
udara
dapat
dibebani
lebih
dengan
aman
selain
itu
tidak
mudahterbakar dan tidak terjadi hubungan singkat (kotsleiting) atau meledaksehingga proteksi terhadap kedua hal ini cukup mudah, berbeda dengansistim elektrik yang dapat menimbulkan kostleting hingga kebakaran. 5. Bersih, udara yang ada di sekitar kita cenderung bersih tanpa zatkimia yang berbahaya dengan jumlah kandungan pelumas yang dapatdiminimalkan sehingga sistem pneumatik aman digunakan untuk industry obat-obatan, makanan, dan minuman maupun tekstil 6. Pemindahan daya dan Kecepatan sangat mudah diatur. udara dapatmelaju dengan kecepatan yang dapat diatur dari rendah hingga tinggi atau sebaliknya. Bila Aktuator menggunakan silinder pneumatik,maka kecepatan torak dapat mencapai 3 m/s. Bagi motor pneumatic putarannya 30.000 rpm, sedangkan sistim motor turbin dapat mencapai 450.000 rpm. 7. Dapat disimpan, udara dapat disimpan melalui tabung yang diberipengaman terhadap kelebihan tekanan udara. Selain itu dapat dipasangpembatas tekanan atau pengaman sehingga sistim menjadi aman. 8. Mudah dimanfaatkan, udara mudah dimanfaatkan baik secara langsungmisal untuk membersihkan permukaan logam dan mesin-mesin, maupuntidak langsung, yaitu melalui peralatan pneumatik untuk menghasilkangerakan tertentu.
4
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
5.2. Kerugian/Kelemahan Pneumatik Selain
memiliki
kelebihan
seperti
di
atas,
pneumatik
juga
memilikibeberapa kelemahan antara lain: 1. Memerlukan
instalasi
peralatan
penghasil
udara.
Udara
kempa
harusdipersiapkan secara baik hingga memenuhi syarat. memenuhicriteria tertentu, misalnya kering, bersih, serta mengandung pelumas yangdiperlukan untuk peralatan pneumatik. Oleh karena itu sistem pneumatic memerlukan instalasi peralatan yang relatif mahal, seperti kompresor,penyaring udara, tabung pelumas, pengering, regulator, dll. 2. Mudah terjadi kebocoran. Salah satu sifat udara bertekanan adalahingin selalu menempati ruang yang kosong dan tekanan udara susahdipertahankan dalam waktu bekerja. Oleh karena itu diperlukan seal agarudara tidak bocor. Kebocoran seal dapat menimbulkan kerugian energi.Peralatan pneumatik harus dilengkapi dengan peralatan kekedapanudara agar kebocoran pada sistim udara bertekanan dapat ditekanseminimal mungkin. 3. Menimbulkan suara bising. Pneumatik menggunakan sistim terbuka,artinya udara yang telah digunakan akan dibuang ke luar sistim, udarayang keluar cukup keras dan berisik sehingga akan menimbulkan suarabising terutama pada saluran buang. Cara mengatasinya adalah denganmemasang peredam suara pada setiap saluran buangnya. 4. Mudah mengembun. Udara yang bertekanan mudah mengembun,sehingga sebelum memasuki sistem harus diolah terlebih dahulu agarmemenuhi persyaratan tertentu, misal kering, memiliki tekanan yangcukup, dan mengandung sedikit pelumas agar mengurangi gesekanpada katup-katup dan aktuator.
Diharapkan
setelah
diketahuinya
keuntungan
dan
kerugian
penggunaanudara kempa ini kita dapat membuat antisipasi agar kerugiankerugian inidapat dihindari.
5
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
6. KLASIFIKASI KOMPONEN SISTEM PNEUMATIK Sistem
elemen
pada
pneumatik
memiliki
bagian-bagian
yang
mempunyaifungsi berbeda. Secara garis besar sistim elemen padapneumatik dapatdigambarkan pada skema berikut:
7. PERALATAN SISTEM PNEUMATIK 7.1. Kompresor (Pembangkit Udara Kempa) Kompresor udarabertekanan
berfungsi dengan
cara
untuk menghisap
membangkitkan/menghasilkan dan
memampatkan
udara
tersebutkemudian disimpan di dalam tangki udara kempa untuk disuplai kepadapemakai (sistem pneumatik). Kompresor dilengkapi dengan tabung untukmenyimpan udara bertekanan, sehingga udara dapat mencapai jumlahdan tekanan yang diperlukan. Tabung udara bertekanan pada kompresordilengkapi dengan katup pengaman, bila tekanan udaranya melebihiketentuan, maka katup pengaman akan terbuka secara otomatis. Pemilihan jenis kompresor yang digunakan tergantung dari syarat syarat pemakaian yang harus dipenuhi misalnya dengan tekanan kerja dan volume udara yang akan diperlukan dalam sistim peralatan (katup dan silinder
6
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
pneumatik). Secara garis besar kompresor dapat diklasifikasikan seperti di bawah ini.
Klasifikasi Kompresor Secara garis besar kompresor dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian,yaitu Positive Displacement compressor, dan Dynamic compressor, (Turbo),Positive Displacement compressor, terdiri dari Reciprocating dan Rotary,sedangkan Dynamic compressor, (turbo) terdiri dari Centrifugal, axial danejector, secara lengkap dapat dilihat dari klasifikasi di bawah ini:
a. Kompresor Torak Resiprokal (reciprocating compressor) Kompresor dilengkapidengan
ini
dikenal
torak
juga
yang
dengan bekerja
kompresor
torak,
karena
bolak-balik
atau
gerak
resiprokal.Pemasukanudara diatur oleh katup masuk dan dihisap oleh torak yang gerakannyamenjauhi katup. Pada saat terjadi pengisapan, tekanan udara di dalamsilinder mengecil, sehingga udara luar akan masuk ke dalam silinder secaraalami. Pada saat gerak kompresi torak bergerak ke titik mati bawah ketitik mati atas, sehingga udara di atas torak bertekanan tinggi, selanjutnyadi masukkan ke dalam tabung penyimpan udara. Tabung penyimpanandilengkapi dengan katup satu arah, sehingga udara yang ada dalam tangkitidak akan kembali ke silinder. Proses tersebut berlangsung terus-menerushingga diperoleh tekanan udara yang diperlukan. Gerakan mengisap danmengkompresi ke tabung
7
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
penampung ini berlangsung secara terus menerus,pada umumnya bila tekanan dalam tabung telah melebihi kapasitas, makakatup pengaman akan terbuka, atau mesin penggerak akan mati secaraotomatis.
b. Kompresor Torak Dua Tingkat Sistem Pendingin Udara Kompresor
udara
bertingkat
digunakan
untuk
menghasilkan
tekananudara yang lebih tinggi. Udara masuk akan dikompresi oleh torak pertama,kemudian keduauntuk
didinginkan,
selanjutnya
dimasukkan
dalam
silinder
dikompresi oleh torak kedua sampai pada tekanan yang
diinginkan.Pemampatan (pengompresian) udara tahap kedua lebih besar, temperature udara akan naik selama terjadi kompresi, sehingga perlu mengalami prosespendinginan
dengan
memasang
sistem
pendingin.
Metode
pendinginanyang sering digunakan misalnya dengan sistem udara atau dengan system air bersirkulasi.
8
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Batas tekanan maksimum untuk jenis kompresor torak resiprokal antaralain, untuk kompresor satu tingkat tekanan hingga 4 bar, sedangkan duatingkat atau lebih tekanannya hingga 15 bar. c. Kompresor Diafragma (diaphragma compressor) Jenis
Kompresor
ini
termasuk
dalam
kelompok
kompresor
torak.Namunletak torak dipisahkan melalui sebuah membran diafragma.Udara yangmasuk dan keluar tidak langsung berhubungan dengan bagian-bagian yangbergerak secara resiprokal. Adanya pemisahan ruangan ini udara akan lebihterjaga dan bebas dari uap air dan pelumas/oli. Oleh karena itu kompresordiafragma banyak digunakan pada industri bahan makanan, farmasi, obat – obatandan kimia.Prinsip kerjanya hampir sama dengan kompresor torak. Perbedaannyaterdapat pada sistem kompresi udara yang akan masuk ke dalam tangkipenyimpanan udara bertekanan. Torak pada kompresor diafragma tidaksecara
langsung
menghisap
dan
menekan
udara,
tetapi
menggerakkansebuah membran (diafragma) dulu. Dari gerakan diafragma yang kembangkempis itulah yang akan menghisap dan menekan udara ke tabungpenyimpan.
d. Kompresor Putar (Rotary Compressor) Kompresor Rotari Baling-baling Luncur secara eksentrik rotor dipasang berputar dalam rumah yang berbentuksilindris, mempunyai lubang-lubang masuk dan keluar. Keuntungan dari kompresor jenis ini adalah mempunyai bentuk yang pendek dan kecil,sehingga menghemat ruangan.Bahkan suaranya tidak berisik dan halusdalam, dapat menghantarkan dan menghasilkan udara secara terus menerusdengan mantap.Baling-baling luncur dimasukkan ke dalam lubang yangtergabung dalam rotor dan ruangan dengan bentuk dinding silindris.
9
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Ketikarotor mulai berputar, energi gaya sentrifugal baling-balingnya akan melawandinding. Karena bentuk dari rumah baling-baling itu sendiri yang tidak sepusatdengan
rotornya
maka
ukuran
ruangan
dapat
diperbesar
atau
diperkecilmenurut arah masuknya (mengalirnya) udara.
e. Kompresor Sekrup (Screw) Kompresor Sekrup memiliki dua rotor yang saling berpasangan ataubertautan
(engage),
yang
satu
mempunyai
bentuk
cekung,
sedangkanlainnya berbentuk cembung, sehingga dapat memindahkan udara secaraaksial ke sisi lainnya.Kedua rotor itu identik dengan sepasang roda gigihelix yang saling bertautan.Jika roda-roda gigi tersebut berbentuk lurus,maka kompresor ini dapat digunakan sebagai pompa hidrolik pada pesawatpesawathidrolik.Roda-roda gigi kompresor sekrup harus diletakkan pada rumah rumah roda gigi dengan benar sehingga betul-betul dapat menghisap dan menekan fluida.
10
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
f. Kompresor Root Blower (Sayap Kupu-kupu) Kompresor jenis ini akan mengisap udara luar dari satu sisi ke sisi yanglain tanpa ada perubahan volume. Torak membuat penguncian pada bagiansisi yang bertekanan. Prinsip kompresor ini ternyata dapat disamakan denganpompa
pelumas
model
kupu-kupu
pada
sebuah
motor
bakar.
Beberapakelemahannya adalah: tingkat kebocoran yang tinggi. Kebocoran terjadikarena antara baling-baling dan rumahnya tidak dapat saling rapat betul.Berbeda jika dibandingkan dengan pompa pelumas pada motor bakar, karena fluidanya adalah minyak pelumas maka film-film minyak sendirisudah menjadi bahan perapat antara dinding rumah dan sayap-sayap kupuitu.Dilihat dari konstruksinya, Sayap kupu-kupu di dalam rumah pompadigerakkan oleh sepasang roda gigi yang saling bertautan juga, sehinggadapat berputar tepat pada dinding.
g. Kompresor Aliran (turbo compressor) Jenis
kompresor
ini
cocok
untuk
menghasilkan
volume
udara
yangbesar.Kompresor aliran udara ada yang dibuat dengan arah masuknyaudara secara aksial dan ada yang secara radial.Arah aliran udara dapatdirubah dalam satu roda turbin atau lebih untuk menghasilkan kecepatanaliran udara yang diperlukan.Energi kinetik yang ditimbulkan menjadi energy bentuk tekanan. h. Kompresor Aliran Radial Percepatan yang ditimbulkan oleh kompresor aliran radial berasal dariruangan pertamaudara
11
ke
ruangan
dilemparkan
berikutnya keluar
secara
menjauhi
radial.Pada sumbu.
Bila
lubang
masuk
kompresornya
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
bertingkat,maka dari tingkat pertama udara akan dipantulkan kembali mendekati sumbu.Dari tingkat pertama masuk lagi ke tingkat berikutnya, sampai beberapatingkat sesuai yang dibutuhkan. Semakin banyak tingkat dari susunan sudu- sudutersebut maka akan semakin tinggi tekanan udara yang dihasilkan. Prinsip kerja kompresor radial akan mengisap udara luar melalui sudusudurotor, udara akan terisap masuk ke dalam ruangan isap lalu dikompresidan akan ditampung pada tangki penyimpanan udara bertekanan hinggatekanannya sesuai dengan kebutuhan.
i. Kompresor Aliran Aksial Pada kompresor aliran aksial, udara akan mendapatkan percepatanoleh sudu yang terdapat pada rotor dan arah alirannya ke arah aksial yaitusearah (sejajar) dengan sumbu rotor. Jadi pengisapan dan penekananudara terjadi saat rangkaian sudu-sudu pada rotor itu berputar secara cepat.Putaran cepat ini mutlak diperlukan untuk mendapatkan aliran udara yangmempunyai tekanan yang diinginkan.Teringat pula alat semacam ini adalahseperti kompresor pada sistem turbin gas atau mesin-mesin pesawat terbangturbo propeller.Bedanya, jika pada turbin gas adalah menghasilkan mekanikputar pada porosnya. Tetapi, pada kompresor ini tenaga mekanik dari mesinakan memutar rotor sehingga akan menghasilkan udara bertekanan.
12
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Penggerak Kompresor Penggerak
kompresor
berfungsi
untuk
memutar
kompresor,
sehinggakompresor dapat bekerja secara optiomal. Penggerak kompresor yang seringdigunakan biasanya berupa motor listrik dan motor bakar seperti gambar12. Kompresor berdaya rendah menggunakan motor listrik dua phase ataumotor bensin. sedangkan kompresor berdaya besar memerlukan motorlistrik 3 phase atau mesin diesel. Penggunaan mesin bensin atau dieselbiasanya digunakan bilamana lokasi disekitarnya tidak terdapat aliran listrikatau cenderung non
stasioner.
Kompresor
yang
digunakan
di
pabrik-pabrikkebanyakan
digerakkan oleh motor listrik karena biasanya terdapat instalasilistrik dan cenderung stasionar (tidak berpindah-pindah).
13
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
7.2. Unit Pengolahan Udara Bertekanan (Air Service Unit) Udara bertekanan (kempa) yang akan masuk dalam sistem pneumatic harus diolah terlebih dahulu agar memenuhi persyaratan, antara lain; a) tidak mengandung banyak debu yang dapat merusak keausankomponenkomponendalam sistem pneumatik, b) mengandung kadar air rendah, kadarair yang tinggi dapat merimbulkan korosi dan kemacetan pada peralatanpneumatik, c) mengandung pelumas, pelumas sangat diperlukan untukmengurangi gesekan antar komponen yang bergerak seperti pada katup – katupdan aktuator.
Secara lengkap suplai udara bertekanan memiliki urutan sebagaiberikut: Filter udara, sebelum udara atmosfer dihisap kompresor, terlebihdahulu disaring agar tidak ada partikel debu yang merusak kompresor. Kompresor digerakkan oleh motor listrik atau mesin bensin/diesel tergantungkebutuhan. Tabung penampung udara bertekanan akan menyimpan udaradari kompresor, selanjutnya melalui katup satu arah udara dimasukan keFR/L unit, yang terdiri dari Filter, Regulator dan Lubrication/pelumasan agarlebih memenuhi syarat. Setelah memenuhi syarat kemudian baru ke sistimrangkaian pneumatik, seperti tertera dalam bagan di bawah ini:
a. Peralatan Pengolahan Udara Bertekanan Pengolahan udara bertekanan agar memenuhi persyaratan diperlukanperalatan yang memadai, antara lain:
Filter Udara (air filter), berfungsi sebagai alat penyaring udara yangdiambil dari udara luar yang masih banyak mengandung kotoran. Filterberfungsi untuk memisahkan partikel-partikel yang terbawa seperti debu,oli residu, dsb.
14
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Tangki udara, Berfungsi untuk menyimpan udara bertekanan hinggapada tekanan
tertentu
hingga
pengisian
akan
berhenti,
kemudian
dapatdigunakan sewaktu-waktu diperlukan
15
Pengering udara (air dryer)
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Kompresor, Berfungsi untuk menghisap udara atmosfir kemudian dimampatkan ketabung penyimpan hingga tekanan tertentu. Sebelum digunakan harus ada sistim pengolahan udara bertekanan untuk membersihkan danmengeringkan sebelum digunakan.
•
Pemisah air Udara bertekanan yang keluar melalui filter masih mengandung uapair. Kelembaban dalam udara bertekanan dapat menyebabkan korosipada semua saluran, sambungan, katup, alat-alat yang tidak dilindungisehingga harus dikeringkan dengan cara memisahkan air melalui tabungpemisah air.
•
Tabung pelumas Komponen sistim pneumatik memerlukan pelumasan (lubrication)agar tidak
cepat
aus,
akibatgesekan.Oleh
serta karena
dapat itu
mengurangi udara
panas
yang
timbul
bertekanan/mampat
harus
mengandungkabut pelumas yang diperoleh dari tabung pelumas pada regulator.
16
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
•
Regulator udara bertekanan Udara
yang
telah
memenuhi
persyaratan,
selanjutnya
akan
disalurkansesuai dengan kebutuhan. Untuk mengatur besar kecilnya udara yangmasuk, diperlukan keran udara yang terdapat pada regulator, sehinggaudara yang disuplai sesuai dengan kebutuhan kerjanya. Adapun unitpengolahan udara dapat dilihat pada gambar berikut ini:
Unit pengolahan udara bertekanan memiliki jaringan instalasiperpipaan yang sudah dirancang agar air dapat terpisah dari udara.Airmemiliki masa jenis (Rho) yang lebih tinggi sehingga cenderung berada dibagian bawah. Untuk menjebaknya maka intalasi pipa diberi kemiringan,air akan mengalir secara alami ke tabung penampung air, selanjutnyadibuang. Sedangkan udara kering diambil dari bagian atas instalasaiagar memiliki kadar air yang rendah. Secara lengkap unit pengolahanudara bertekanan dapat dilihat dalam skema berikut:
17
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Pemeriksaan Udara Kempa dan Peralatan Sebelum
mengaktifkan
sistem
pneumatik,
udara
kempa
dan
peralatannyaperlu diperiksa terlebih dahulu. Prosedur pemantauan penggunaan udarakempa yang perlu diperhatikan antara lain sebagai berikut: a. Frekuensipemantauan,
misalnya
setiap
akan
memulai
bekerja
perlu
memantaukebersihan udara, kandungan air embun, kandungan oli pelumas dansebagainya. b. Tekanan udara perlu dipantau apakah sesuai denganketentuan. c. Pengeluaran udara buang apakah tidak berisik/bising, d. Udarabuang perlu dipantau pencampuranya e. Katup pengaman/regulator tekananudara perlu dipantau apakah bekerja dengan baik, f. Setiap sambungan(konektor) perlu dipantau agar dipastikan cukup kuat dan rapat karena udarakempa cukup berbahaya.
Peralatan
sistim
pneumatik
seperti
valve,
silinder
dan
lain-lain
umumnyadirancang untuk tekanan antara 8–10 bar.Pengalaman praktik menunjukkanbahwa tekanan kerja pada umumnya sekitar 6 bar. Kehilangan tekanandalam
perjalanan
udara
kempa
karena
bengkokan
(bending),
bocoranrestriction dan gesekan pada pipa dapat menimbulkan kerugian tekananyang diperkirakan antara 0,1 s.d 0,5 bar. Dengan demikian kompresor harusmembangkitkan tekanan 6,5–7 bar.
18
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Apabila suplai udara kempa tidak sesuaidengan syarat-syarat tersebut di atas maka berakibat kerusakan sepertiberikut: a. Terjadi cepat aus pada seal (perapat) dan bagian-bagian yangbergerak di dalam silinder atau valve (katup-katup), b. Terjadi oiled-up padavalve, c. Terjadi pencemaran (kontaminasi) pada silencers. 7.3. Konduktor dan Konektor a. Konduktor (Penyaluran) Penginstalan sirkuit pneumatik hingga menjadi satu sistem yang dapatdioperasikan diperlukan konduktor, sehingga dapat dikatakan bahwa fungsikonduktor
adalah
untuk
menyalurkan
udara
kempa
yang
akan
membawa/mentransfer tenaga ke aktuator. Macam-macam konduktor: a. Pipa yang terbuat dari tembaga, kuningan, baja, galvanis atau stenleessteel. Pipa ini juga disebut konduktor kaku (rigid) dan cocok untukinstalasi yang permanen. b. Tabung (tube) yang terbuat dari tembaga, kuningan atau aluminium. Initermasuk konduktor yang semi fl eksible dan untuk instalasi yang sesekalidibongkar-pasang. c. Selang fleksible yang biasanya terbuat dari piastik dan biasa digunakanuntuk instalasi yang frekuensi bongkar-pasangnya lebih tinggi.
19
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
b. Konektor Konektor
berfungsi
untuk
menyambungkan
atau
menjepit
konduktor(selang atau pipa) agar tersambung erat pada bodi komponen pneumatik.Bentuk ataupun macamnya disesuaikan dengan konduktor yang digunakan.Adapun nacam-macam konektor dapat kita lihat pda gambar berikut.
7.4. Katup-Katup Pneumatik Katup berfungsi untuk mengatur atau mengendalikan arah udara kempayang akan bekerja menggerakan aktuator, dengan kata lain katup ini berfungsiuntuk mengendalikan arah gerakan aktuator. Katup-katup pneumatik diberinama berdasarkan pada: a) Jumlah lubang/saluran kerja (port), b) Jumlahposisi kerja, c) Jenis penggerak katup, dan d) Nama tambahan lain sesuaidengan karakteristik katup. Berikut ini contoh-contoh penamaan katup yang pada umumnya disimbolkan sebagai berikut:
20
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Dari simbol katup di atas menunjukkan jumlah lubang/port bawah adatiga (1,3,5) sedangkan di bagian output ada 2 port (2,4). Katup tersebut jugamemiliki dua posisi/ruang yaitu a dan b. Penggerak katup berupa udarabertekanan dari sisi 14 dan 12. Sisi 14 artinya bila disisi tersebut terdapattekanan udara, maka tekanan udara tersebut akan menggeser katup kekanan sehingga udara bertekanan akan mengalir melalui port 1 ke port 4ditulis 14. Demikian pula sisi 12 akan mengaktifkan ruang b sehingga port1 akan terhubung dengan port 2 ditulis 12.
Jenis-jenis Katup Pneumatik: a. Katup Kontrol Arah(KKA) Katup 3/2 adalah katup yang membangkitkan sinyal dengan sifat bahwa sebuah
sinyal
keluaran
dapat
dibangkitkan
juga
dapat
dibatalkan/diputuskan. Katup 3/2 mempunyai 3 lubang dan 2 posisi. Ada 2 konstruksi sambungan keluaran : posisi normal tertutup (N/C) artinya katup belum diaktifkan, pada lubang keluaran tidak ada aliran udara bertekanan yang keluar. posisi normal terbuka (N/O) artinya katup belum diaktifkan, pada lubang keluaran sudah ada aliran udara bertekanan yang keluar.
21
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Simbol KKA Cara membaca simbol katup pneumatik sebagai berikut :
Simbol-simbol katup kontrol arah sebagai berikut :
22
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Penomoran Pada Lubang KKA Sistem penomoran yang digunakan untuk menandai
KKA sesuai
dengan DIN ISO 5599. Sistem huruf terdahulu digunakan dan sistem penomoran dijelaskan sebagai berikut :
Metode Pengaktifan KKA Metode pengaktifan KKA bergantung pada tugas yang diperlukan . Jenis pengaktifan bervariasi, seperti secara mekanis, pneumatis, elektris dan kombinasi
dari
semuanya.
Simbol
metode
pengaktifan
diuraikan
dalam standar DIN 1219 berikut ini :
23
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
24
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Konfigurasi dan Konstruksi Perencanaan dikategorikan sebagai berikut : a. Katup duduk : Katup dengan kedudukan bola Katup dengan kedudukan piringan b. Katup geser : Katup geser memanjang Katup geser rata memanjang Katup geser dengan piringan a. Katup Duduk Dengan
katup
menggunakan bola, ditutupi
duduk
piringan
aliran
dan
dengan menggunakan
mempunyai
sedikit
terbuka
dan
tertutup
kerucut.
Kedudukan
penutup
elastis.
katup
dengan biasanya
Kedudukan
katup
bagian yang aktif dan karena itu ia mempunyai
kelangsungan hidup yang lama. Katup ini
sangat
peka
sekali
dan
tidak
lebih
besar
tahan
terhadap
kotoran.
untuk
menahan
Bagaimanapun juga gaya
aktuasinya
relatif
seperti
gaya pegas pengembali yang ada di dalam dan tekanan udara.. b. Katup Geser Pada
katup
geser
masing-masing
sambungan
dihubungkan
bersama atau ditutup oleh kumparan geser, kumparan geser yang rata dan katup dengan piringan geser.
Jenis Katup KKA a. Katup 3/2 Katup 3/2 adalah katup yang membangkitkan sinyal dengan sifat bahwa sebuah sinyal keluaran dapat dibangkitkan juga dapat dibatalkan/diputuskan. Katup 3/2 mempunyai 3 lubang dan 2 posisi. Ada 2 konstruksi sambungan keluaran : • posisi normal tertutup (N/C) artinya katup belum diaktifkan, pada lubang keluaran tidak ada aliran udara bertekanan yang keluar. • posisi normal terbuka (N/O) artinya katup belum diaktifkan, pada lubang keluaran sudah ada aliran udara bertekanan yang keluar.
25
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
a.1. Katup 3/2 N/C,Bola Duduk
Hubungan posisi awal katup adalah lubang keluaran sinyal 2(A) terhubung dengan
lubang
pembuangan
sebuah
bola pada
3 (R).
kedudukan
Gaya
katup
pegas
sehingga
mengembalikan
mencegah
udara
bertekanan mengalir dari lubang 1(P) ke lubang keluaran 2(A) . Dengan tertekannya tuas penekan katup menyebabkan bola duduk menerima gaya dan lepas dari kedudukannya. Dalam melakukan ini gaya tekan harus dapat melawan gaya pegas pengembali dan akhirnya udara bertekanan harus mengalir. Suplai udara bertekanan ke posisi keluaran katup dan sinyal dikeluarkan. Sekali tuas penekan dilepas lubang 1(P) tertutup dan lubang keluaran 2(A) terhubung ke lubang pembuangan 3(R) melalui tuas penekan sehingga sinyal dipindahkan. Dalam hal ini katup dioperasikan secara manual atau mekanik. Untuk menggerakkan tuas katup sebagai tambahan pengaktifan bias dipasang langsung
pada
kepala
katup
seperti
tombol
tekan,
rol
dan
sebagainya. Gaya yang dibutuhkan untuk mengaktifkan tuas tergantung pada tekanan suplai gaya pegas pengembali dan kerugian gesekan dalam katup. Ukuran katup dan luas permukaan kedudukan katup harus lebih kecil
untuk
mendapatkan
Konstruksi katup
batasan gaya
bola duduk sangat
aktifnya yang kecil
pula.
sederhana dan oleh karena itu
harganya relatif murah. Yang membedakan adalah ukuran yang sederhana dan praktis.
26
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
a.2. Katup 3/2 N/C, Dudukan Piring
Katup
yang
ditunjukkan
disini
dikonstruksi
pada
prinsip
dudukan
piring. Karet sealnya sederhana tetapi efektif. Waktu reaksinya pendek dan gerakan sedikit pada permukaan yang luas cukup untuk mengalirkan udara. Sama juga dengan katup dudukan bola, katup ini sangat peka dan tidak tahan terhadap kotoran dan mempunyai kelangsungan hidup yang lama. Katup jenis dudukan piring tunggal adalah jenis tanpa konflik sinyal. Jika dioperasikan dengan lambat tidak ada udara yang hilang. Dengan aktifnya tuas menyebabkan tertutupnya saluran udara dari lubang 2(A) ke
lubang
pembuangan 3(R). Selanjutnya dengan menekan tuas piring didorong dari dudukannya sehingga memperbolehkan udara bertekanan mengalir dari lubang masukan 1(P) ke lubang keluaran 2(A). Pengembalian ke posisi awal dilakukan oleh pegas
pengembali. Dengan melepas tuas,
lubang masukan 1(P) tertutup dan saluran keluaran terhubung ke atmosfir melalui lubang pembuangan 3(R).
27
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
a.3. Katup 3/2 N/O, Dudukan Piring
Sebuah katup 3/2 yang posisi normalnya terbuka mengalirkan udara dari lubang masukan 1(P) ke lubang keluaran 2(A), dinamakan katup normal terbuka (N/O). Posisi awal lubang masukan 1(P) tersambung
ke
lubang
keluaran 2( A ) melalui tangkai katup dan dudukan piringan menutup lubang ke pembuangan 3(R). Ketika tuas ditekan, udara dari lubang masukan 1(P) ditutup oleh tangkai duduk dan selanjutnya piringan tertekan sehingga lubang keluaran 2(A) terhubung ke atmosfir melalui lubang pembuangan 3(R). Ketika tuas dilepas, piston dengan dua karet seal pada kedudukannya dikembalikan ke posisi awal oleh pegas pengembali. Sekali lagi lubang pembuangan 3(R) tertutup dan udara mengalir dari lubang masukan 1(P) ke lubang keluaran 2(A).
28
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Katup bias diaktifkan secara manual, mekanik, listrik dan pneumatik. Perbedaan metode pengaktifan bias diterapkan pada kebutuhan yang sesuai dengan aplikasi itu sendiri.
a.4. Katup 3/2 Geser Dengan Tangan (Hand Slide Valve) Katup 3/2 geser dengan tangan digunakan untuk mensuplai udara dari sebuah leher pensuplai udara ke pemakai. Konstruksi katup ini sederhana dan difungsikan sebagai katup pemutus dan penghubung aliran udara. Bentuknya kompak dan mempunyai dua penahan untuk memegang
katup
pada
menggeser
rumah
luar
kondisi terbuka katup
saluran
atau
1(P) terhubung
keluaran 2(A) pada satu posisi., sedangkan posisi keluaran
2(A)
terhubung ke
tertutup.
ke saluran
yang lain
saluran pembuangan
Dengan
saluran
3(R)
yang
membuang udara dari rangkaian kerja ke atmosfir.
a.5. Katup 3/2 Diaktifkan Secara Pneumatik Katup 3/2 diaktifkan secara pneumatik , dioperasikan oleh sinyal udara pada luar
lubang
pengaktifan
12(Z),
menggunakan
udara
dari
sebagai pembantu. Ini digolongkan sebagai katup beroperasi
dengan pilot tunggal, karena hanya ada satu sinyal kontrol dan katup mempunyai pegas pengembali.
- Katup 3/2 Pilot Tunggal N/C Pada posisi awal katup adalah normal tertutup karena saluran masukan 1(P) diblok oleh kedudukan piringan dan saluran keluaran 2(A)
dibuang
ke atmosfir. Katup yang diaktifkan secara pneumatik
dapat dipakai sebagai sebuah elemen kontrol akhir dengan sistem kontrol tidak langsung.
29
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Udara yang diberikan pada lubang pengaktifan 12( Z ) menggerakkan tuas katup dan akibatnya pegas tertekan. Saluran masukan 1(P) dan
saluran keluaran
lubang
pembuangan
2(A)
mengeluarkan
sinyal,
sedangkan
3(R) terblok. Pada saat sinyal pada lubang
12(Z) dihentikan , tuas katup kembali ke posisi awal oleh gaya pegas pengembali. Piringan menutup sambungan antara saluran
masukan
1(P) dan saluran keluaran 2(A), akibatnya udara yang ada dalam elemen
kerja
(silinder)
dibuang
ke
saluran
pembuangan
3(R)
melalui saluran keluaran 2(A). Konstruksi katup 3/2, pilot tunggal dengan posisi normal tertutup seperti pada gambar di bawah.
. - Katup 3/2 Pilot Tunggal N/O Pada posisi awal katup adalah normal terbuka karena saluran masukan 1(P) terhubung dengan saluran keluaran 2(A). Udara yang diberikan pada lubang pengaktifan 12( Z ) menggerakkan tuas katup dan akibatnya pegas tertekan. Saluran masukan 1(P ) terblok dan saluran keluaran 2(A) tidak mengeluarkan sinyal, sedangkan lubang pembuangan 3(R) terhubung dengan saluran keluaran 2(A) sehingga udara yang ada dalam elemen kerja ( silinder ) dibuang ke saluran pembuangan 3(R). Pada saat sinyal pada lubang 12(Z) dihentikan , tuas katup kembali ke posisi awal oleh gaya pegas pengembali, sehingga aliran udara dari lubang 1(P) mengalir ke lubang 2( A ) Konstruksi katup 3/2, pilot tunggal dengan posisi normal terbuka seperti pada gambar di bawah.
30
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
- Katup 3/2 Dengan Tuas Rol Untuk menahan gaya tekan pengaktifan yang tinggi, KKA yang diaktifkan secara
mekanik
bisa
dilengkapi
dengan
katup
pilot
internal dan piston servo untuk membantu pembukaan katup. Gaya pengaktifan katup sering sebagai factor penentu dalam aplikasinya. Bantuan servo
memperbolehkan katup diaktifkan dengan gaya
pengaktifan yang rendah,
hal
ini
meningkatkan kepekaan dari
sistem. Sebuah
lubang
kecil
menghubungkan
saluran
masukan
1(P)
dengan katup pilot. Jika tuas rol diaktifkan katup pilot membuka . Udara bertekanan mengalir ke piston servo dan mengaktifkan piringan katup utama.
Pada katup 3/2
dengan
posisi
normal
tertutup,
pengaruhnya adalah tertutupnya saluran keluaran 2(P) ke saluran pembuangan 3(R), diikuti oleh kedua kedudukan piringan membuka udara mengalir dari saluran 1(P) ke 2(A). Konstruksi katup 3/2 normal tertutup (N/C)
dengan tuas rol
digambarkan seperti di bawah :
31
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Jenis katup 3/2 normal terbuka dengan tuas rol diperlihatkan seperti pada gambar di bawah :
b. Katup 4/2 Katup 4/2 mempunyai 4 lubang dan 2 posisi kontak. Sebuah katup 4/2 dengan kedudukan piringan adalah sama konstruksi
dengan
kombinasi gabungan dua katup 3/2 : satu katup N/C dan satu katup N/O. Konstruksi katup 4/2 dengan posisi awal ( tidak tertekan ) seperti pada gambar di bawah :
Jika dua tuas diaktifkan secara bersamaan, saluran 1(P) ke 2(B)
dan
4(A) ke 3(R) ditutup oleh gerakan pertama. Dengan menekan tuas katup selanjutnya piringan
melawan
gaya
pegas
pengembali, aliran
antara
saluran 1(P) ke 4(A) dan 2(B) ke 3(R) terbuka. Tuas katup bisa dioperasikan dengan menambah pada bagian puncak tuas dengan lengan rol atau tombol
32
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
tekan. Katup 4/2 dudukan piringan, tertekan diperlihatkan seperti pada gambar di bawah :
c. Katup 4/3 Katup 4/3 mempunyai 4 lubang dan 3 posisi kontak. Contoh katup ini adalah
katup
geser
pelat
dengan
pengaktifan
tangan.
Konstruksi katup diperlihatkan seperti pada gambar di bawah :
Pada saat posisi normal (pegangan di tengah), semua lubang terblokir. Pada saat aktif, kanal-kanal sirkulasi akan salin berhubungan dengan berputarnya dua piringan. Jika pegangan diputar ke kanan, aliran dari 1(P) ke 4(A) dan 2(B)
ke
3(R) terbuka. Sedangkan jika pegangan diputar ke kiri,
aliran dari 1(P) ke 2(B) dan 4(A) ke 3(R) terbuka.
33
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
d. Katup 5/2 Katup 5/2 mempunyai 5 lubang dan 2 posisi kontak. Katup ini dipakai sebagai elemen kontrol akhir untuk menggerakkan silinder.Katup geser memanjang adalah contoh katup 5/2. Sebagai elemen kontrol, katup ini memiliki
sebuah
menghubungkan
piston atau
kontrol
yang
memisahkan
dengan saluran
gerakan yang
horisontalnya
sesuai.
Tenaga
pengoperasiannya adalah kecil sebab tidak ada tekanan udara atau tekanan pegas yang harus diatasi ( prinsip dudukan bola atau dudukan piring ). Pada katup geser memanjang semua cara pengaktifan manual, mekanis, elektris atau pneumatis adalah mungkin. Juga untuk pengembalian katup ke posisi awal, dapat digunakan cara-cara pengaktifan ini.Jalan pengaktifan jauh lebih panjang dari pada katup duduk. Dalam memasang katup geser, perapatan menjadi masalah . Perapatan yang sudah dikenal dalam hidrolik : “Logam pada logam“ memerlukan pengepasan
piston
geser
secara tepat ke dalam rumahnya. Pada katup pneumatik, jarak antara dudukan dan rumahnya tidak boleh lebih dari 0,002 - 0,004 mm, kalau tidak kerugian kebocoran akan menjadi lebih besar. Untuk menghemat biaya pemasangan yang mahal, dudukan sering memakai seal jenis O. Untuk menjaga kerusakan seal, lubang sambungan bisa ditempatkan di sekitar keliling rumah dudukan.
Contoh katup 5/2 , prinsip geser mendatar sebagai berikut :
34
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Metode
lain
dari
seal
adalah
menggunakan
sebuah
dudukan
piring penutup dengan gerakan memutus-menghubung relatif kecil. Dudukan piringan seal menyambung saluran masukan 1(P) ke saluran keluaran 2(B) atau 4(A). Seal kedua pada kumparan piston menghubungkan saluran pembuangan ke lubang pembuangan . Ada tombol manual yang menumpang pada setiap akhir dari pengoperasian katup secara manual. Katup 5/2 dengan pilot udara ganda mempunyai sifat memori kontrol. Posisi pensakelaran terakhir dipertahankan sampai posisi pensakelaran baru diawali oleh sinyal pilot pada sisi yang berlawanan dari sinyal terakhir. Posisi yang baru ini disimpan sampai sinyal yang lain diberikan . Konstruksi katup 5/2 dudukan piringan seperti gambar berikut :
Pemasangan Katup a. Pemasangan Katup Dengan Tuas Rol Keandalan sebuah pengontrolan bertahap sangat bergantung pada pemasangan katup batas ( limit switch ) yang benar. Untuk semua perencanaan pemasangan kedudukan
dengan
katup
batas
harus
bisa
diatur
posisi
mudah agar supaya mendapatkan keserasian
koordinasi gerakan silinder dalam urutan kontrol. b. PenempatanKatup Pemilihan katup yang cermat, penempatan yang benar adalah sebagai salah satu persyaratan lanjutan, untuk keandalan sifat pensakelaran harus bebas
35
gangguan
pengoperasiannya,
hal
ini
memberikan
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
kemudahan untuk mereparasi dan memelihara. Pemakaian ini pada katup-katup dalam bagian daya dan katup-katup dalam bagian kontrol. Katup yang diaktifkan secara manual untuk sinyal masukan pada umumnya ditempatkan pada panel kontrol atau meja kontrol. Maka dari
itu praktis
dan tepat sekali untuk memakai katup-katup dengan
pengaktifan yang bisa ditempatkan pada katup dasar. Variasi pengaktifan tersedia untuk macam yang luas dari fungsi masukan. Penempatan katup kontrol harus bisa diambil dengan mudah untuk mereparasi,
mengeluarkan
atau
memodifikasi
kerjanya.
Penomoran
komponen dan pemakai indikator sebagai penunjuk untuk sinyal kontrol merupakan hal yang paling penting guna untuk mengurangi waktu tunda dan memudahkan pencarian kesalahan. Katup-katup daya mempunyai tugas pengaktifan pneumatic untuk mengatur sesuai dengan urutan tahapan kontrol yang telah ditentukan. Persyaratan dasar untuk katup daya adalah
untuk
membolehkan
membalik aliran
udara ke silinder begitu sinyal kontrol telah diberikan. Katup daya sebaiknya ditempatkan sedekat mungkin dengan silinder. Agar supaya panjang saluran bisa diperpendek dan juga waktu pensakelaran seideal dan sependek mungkin. Katup
daya
bisa
ditempatkan langsung ke
pengatur. Sebagai keuntungan tambahan adalah bahwa penyambung, slang dan waktu pemasangan bisa dihemat.
b. Katup Satu Arah Katup satu arah adalah bagian yang menutup aliran ke satu arah dan melewatkannya ke arah yang berlawanan. Tekanan pada sisi aliran membebani bagian yang menutup dan dengan demikian meningkatkan daya perapatan katup. Ada banyak variasi dalam ukuran dan konstruksi dikembangkan dari katup satu arah. elemen
yang
Disamping
itu
katup
satu
arah
dengan
fungsi
lain membentuk elemen yang terpadu, seperti katup kontrol
aliran satu arah, katup buangan cepat,
katup fungsi “DAN”,
katup fungsi
“ATAU”. b.1. Katup Cek (Check Valves) Katup satu arah dapat menutup aliran secara sempurna pada satu arah. Pada arah yang berlawanan, udara mengalir bebas dengan kerugian
36
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
tekanan seminimal
mungkin.
Pemblokiran
ke
satu
arah
dapat
dilakukan dengan konis (cones ), bola, pelat atau membran.
b.2. Katup Dua Tekanan/Katup Fungsi “DAN“(Two PressureValves) Elemen-elemen pada 3 saluran penghubung yang mempunyai sifat satu arah dapat dipasang sebagai elemen penghubung sesuai arah aliran udara. Dua katup yang ditandai sebagai elemen penghubung mempunyai karakteristik logika yang ditentukan melalui dua sinyal masukan dan satu keluaran. Salah satu katup yang membutuhkan dua sinyal masukan untuk menghasilkan sinyal keluaran adalah katup dua tekanan (Two Pressure Valves) atau katup fungsi “DAN”.
Udara bertekanan hanya mengalir jika ke dua lubang masukan diberi sinyal. Satu sinyal masukan memblokir aliran. Jika sinyal diberikan ke dua sisi masukan ( X dan Y ), sinyal akan lewat ke luar. Jika sinyal masukan berbeda tekanannya, maka sinyal dengan tekanan yang lebih besar memblokir katup dan sinyal dengan tekanan yang lebih kecil yang mengalir digunakan
ke
sinyal keluaran. Katup dua tekanan pada umumnya
untuk
kontrol pengunci, kontrol pengaman, fungsi cek dan
fungsi logika.
37
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
b.3. Katup Ganti/Katup Fungsi “ATAU”(Shuttle Valve) Katup ini mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Jika udara dialirkan melalui lubang pertama (Y), maka kedudukan seal katup menutup lubang masukan yang lain sehingga sinyal dilewatkan ke lubang keluaran (A). Ketika arah aliran udara dibalik (dari A ke Y), silinder atau ka tup terhubung
ke
pembuangan.
Kedudukan
seal
tetap
pada
posisi
sebelumnya karena kondisi tekanan. .
38
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Katup ini disebut juga komponen fungsi “ATAU”. Jika silinder atau katup Pada contoh berikut menunjukkan sebuah silinder yang diaktifkan dengan menggunakan sebuah katup yang dioperasikan dengan tangan dan lainnya dipasang pada posisi yang berjauhan
b.4. Katup Buangan – Cepat (Quick Exhaust Valve) Katup buangan-cepat digunakan untuk meningkatkan kecepatan silinder. Prinsip kerja silinder dapat maju atau mundur sampai mencapai kecepatan maksimum
dengan
jalan
memotong
jalan
pembuangan
udara ke atmosfir. Dengan menggunakan katup buangan cepat, udara pembuangan dari silinder keluar lewat lubang besar katup tersebut.
39
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Katup buangan cepat mempunyai sambungan udara masuk P, keluaran A dan lubang pembuangan R. Aliran udara masuk lewat P dan keluar bebas melaui terbukanya komponen katup cek. Lubang R terblokir oleh piringan Jika udara disuplai dari lubang A, piringan akan menutup lubang P dan udara keluar ke atmosfir lewat lubang R. Peningkatan kecepatan tersebut dibandingkan dengan
pembuangan
udara lewat
katup kontrol akhir. Cara tersebut mudah dilaksanakan dengan jalan
40
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
memasang
katup
buangan-cepat langsung pada silinder atau sedekat
mungkin dengan silinder.
c.
Katup Kontrol Aliran Katup kontrol aliran mempengaruhi volume aliran udara bertekanan
yang keluar pada dua arah. Bila katup cek dipasang bersama-sama dengan katup ini, maka pengaruh kontrol kecepatan hanya pada satu arah saja. Gabungan katup ini dapat dipasang langsung pada lubang masukan atau keluaran silinder atau pada lubang pembuangan katup kontrol arah. c.1. Katup Cekik, Dua Arah (Throttle Valves) Katup cekik pada keadaan normal dapat diatur dan pengesetannya dapat dikunci
pada
posisi
yang
diinginkan.
Karena
sifat
udara
yang
kompresibel, karakteristik gerakan silinder tergantung dari beban dan tekanan
udara.
Oleh karena itu katup kontrol aliran digunakan untuk
mengontrol kecepatan silinder dengan berbagai harga yang bervariasi. Hati-hati agar tidak menutup katup ini penuh, karena akan menutup udara ke system.
41
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
c.2. Katup Kontrol Aliran, Satu Arah Dengan konstruksi katup seperti ini, aliran udara lewat pencekikan (penyempitan) hanya satu arah saja. Blok katup cek akan memblokir aliran udara, sehingga aliran
udara
hanya
lewat
pencekikan.
arah yang berlawanan udara bebas mengalir lewat katup cek.
Pada
Katup ini
digunakan untuk mengatur kecepatan silinder.
42
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Ada dua jenis rangkaian pencekikan aliran udara untuk silinder kerja ganda : • Pencekikan udara masukan. • Pencekikan udara buangan. Pencekikan udara masukan Pada pencekikan udara masukan, katup kontrol aliran satu arah dipasang sedemikian rupasehingga Udara yang masuk silinder dicekik. Udara pembuangan bisa keluar dengan bebas melalui katup satu arah yang dipasang pada sisi keluaran silinder. Perubahan pergeseran beban
ketika
melewati sebuah katup pembatas,
menunjukkan
ketidakteraturan yang besar dalam pemberian kecepatan, jika udara masukan diperkecil. Pencekikan udara masukan dapat digunakan pada silinder kerja tunggal dan dan silinder dengan volume kecil.
- Pencekikan Udara Keluaran Dengan
pencekikan
udara
buangan,
udara
masukan
mengalir
dengan bebas ke silinder dan udara buangan dicekik. Dalam hal ini piston dibebani antara dua pengereman. Pertama, efek pengereman adalah tekanan masukan pada silinder dan yang kedua adalah udara buangan yang ditahan oleh katup kontrol aliran satu arah.. Pencekikan udara buangan digunakan untuk mengatur kecepatan silinder kerja ganda.
43
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
d.
Katup Tekanan Katup tekanan adalah elemen yang sangat mempengaruhi tekanan atau dikontrol oleh besarnya tekanan. Katup tekanan dapat dibagi dalam 3 kelompok sebagai berikut : • Katup pengatur tekanan ( Pressure Regulating Valve ) • Katup pembatas tekanan ( Pressure Limiting Valve ) • Katup sakelar tekanan ( Sequence Valve )
d.1. Katup Pengatur Tekanan Katup pengatur tekanan diuraikan di bagian perlengkapan pemeliharaan udara (Servis Unit). Yang penting dari unit ini adalah untuk menjaga tekanan yang stabil, walaupun dengan tekanan masukan yang berubahubah. Tekanan masukan harus lebih besar daripada tekanan keluaran yang diinginkan.
44
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
d.2. Katup Pembatas Tekanan Katup ini terutama dipakai sebagai katup pengaman (katup tekanan lebih). Katup ini mencegah terlampauinya tekanan maksimal yang ditolerir dalam sistem. Apabila nilai dalam tekanan maksimal tercapai pada lubang masukan, maka lubang keluaran pada katup akan terbuka dan udara bertekanan dibuang ke atmosfir. Katup tetap terbuka sampai katup ditutup oleh gaya pegas di dalam setelah mencapai tekanan kerja yang diinginkan.
45
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
d.3. Katup Sakelar Tekanan Katup
ini
bekerja
sesuai
dengan
prinsip
yang
sama
seperti
katup pembatas tekanan. Katup akan terbuka apabila tekanan yang diatur pada pegas terlampaui. Udara mengalir dari 1(P) ke 2(A). Lubang keluaran 2(A) terbuka apabila sudah terbentuk tekanan yang diatur pada saluran control 12(X). Piston kontrol membuka jalur 1(P) ke 2(A).
e.
KatupTunda Waktu
Macam-Macam Katup Tunda Waktu Katup tunda waktu adalah kombinasi/gabungan dari katup 3/2, katup kontrol aliran satu arah, dan tangki udara. Katup 3/2 dapat sebagai katup dengan posisi normal membuka (NO) atau menutup (NC). Jika hanya menggunakan katup 3/2 dan katup kontrol aliran satu arah, tunda waktunya biasanya tambahan
berkisar
tangki udara,
antara
waktu
0-30
dapat
detik.
Dengan
diperlambat.
menggunakan
Perubahan
waktu
secara akurat dijamin, jika udara bersih dan tekanan relatif stabil.
e.1. Katup Tunda Waktu NC Berdasarkan gambar diagram dibawah, udara bertekanan dimasukkan ke katup pada saluran 1(P). Aliran udara kontrol masuk katup pada saluran 12(Z). Udara ini akan mengalir melalui katup kontrol aliran satu arah dan
46
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
tergantung pada setting sekrup pencekik, lebih besar atau lebih kecil dari jumlah aliran udara setiap unit waktunya ke dalam tangki udara. Ketika tekanan kontrol yang diperlukan telah terpenuhi di dalam tangki udara, bantalan pemandu katup 3/2 digerakkan turun ke bawah. Hal ini akan memblok saluran 2(A) ke 3(R). Piringan katup diangkat dari kedudukan semula dan kemudian udara dapat mengalir dari 1(P) ke 2(A). Waktu yang diperlukan untuk tekanan mencapai nominal dalam tangki udara adalah sama dengan waktu tunda kontrol pada katup. Jika katup tunda waktu adalah menghubung ke posisi inisialnya, jalur pilot 12(Z) harus dibuang. Udara mengalir dari tangki udara ke atmosfer. melalui jalan pintas katup kontrol aliran satu arah dan kemudian ke jalur pembuangan. Pegas
katup
mengembalikan
bantalan
pemandu
dan
piringan katup ke posisi inisialnya. Jalur kerja 2(A) membuang ke 3(R) dan 1(P) terblok.
e.2. Katup Tunda Waktu N0 Katup tunda waktu normal membuka memiliki katup 3/2 dengan posisi NO. Pada posisi inisial output 2(A) adalah aktif. Ketika katup dihubungkan dengan 10(Z) output 2(A) dibuang. Akibatnya sinyal keluaran akan segera mati setelah setting tunda waktu tercapai..
47
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Rangkaian Katup Tunda Waktu Rangkaian berikut ini menggunakan 2 buah katup tunda waktu, sebuah katup NC (1.5) dan yang lain katup NO (1.4). Pengoperasian dimulai dengan tombol tekan (1.2), sinyal yang dikeluarkan diteruskan melalui katup (1.4) dan menyebabkan silinder bergerak maju melalui lubang 14(Z) katup memori (1.1). Katup tunda waktu (1.4) mempunyai set tunda waktu yang sangat pendek yaitu 0.5 detik. Hal ini cukup lama untuk memulai sinyal start tetapi kemudian sinyal 14(Z) diputuskan oleh sinyal pemandu timer 10(Z). Silinder
mengoperasikan katup
rol
(1.3).
Katup
tunda
waktu
(1.5)
menerima sinyal pemandu yang kemudian setelah setting waktu terlampaui akan membuka katup tunda waktu. Sinyal keluaran ini mensuply sinyal 12(Y) yang akan membalik katup (1.1) dan silinder bergerak mundur. Siklus baru hanya
dapat
dimulai
jika
tombol
start telah dilepas. Terlepasnya katup
tombol mereset timer (1.4) dengan membuang sinyal 10(Z).
48
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
49
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Selain sistem penggerak katup, jenis dan simbol komponen pneumatic Lainnya juga terdiri dari berbagai jenis seperti dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel Jenis dan Simbol Komponen Sistim Pneumatik Lainnya(FESTO FluidSIM)
50
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
7.5.Unit Pengerak (Working Element = Aktuator) Aktuatoradalahbagiankeluaranuntukmengubahenergisuplaimenjadi energikerjayangdimanfaatkan.Sinyalkeluarandikontrololehsistemkontrol danaktuatorbertanggungjawabpadasinyalkontrolmelaluielemenkontrol terakhir. Unit ini berfungsi untuk menghasilkan gerak atau usaha yang merupakan hasil akhir atau output dari sistim pneumatik. Aktuatorpneumatikdapatdigolongkanmenjadi2kelompok:geraklurusdanput ar.: 1.Gerakanlurus(Linear Motion Actuator):
Silinderkerjatunggal (Single Acting Cylinder)
Silinderkerjaganda (Double Acting Cylinder)
2.Gerakanputar(Rotary Motion Actuator)
Motorudara (Air Motor)
Aktuatoryangberputar(Rotary Aktuator)
Pemilihan jenis aktuator tentu saja disesuaikan dengan fungsi, bebandan tujuan penggunaan sistim pneumatik.
Simbol-simbolaktuatorlinearsebagaiberikut:
51
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Simbolaktuatorgerakanputar:
a. SilinderKerjaTunggal(Single Acting Cylinder) Silinder
ini
mendapat
suplai
udara
hanya
dari
satu
sisi
saja.Untukmengembalikan ke posisi semula biasanya digunakan pegas.Silinder kerjatunggal hanya dapat memberikan tenaga pada satu sisi saja. Gambar berikutini adalah gambar silinder kerja tunggal
52
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Gambar 39.Jenis Single Acting Cylinder (a) dan Simbolnya (b)
Silinder Pneumatik sederhana terdiri dari beberapa bagian, yaitu torak,seal, batang torak, pegas pembalik, dan silinder. Silinder sederhana akanbekerja bila mendapat udara bertekanan pada sisi kiri, selanjutnya akankembali oleh gaya pegas yang ada di dalam silinder pneumatik. Secara detailsilinder pneumatik sederhana pembalik pegas dapat dilihat pada gambar PrinsipKerjaSAC Denganmemberikanudarabertekananpadasatusisipermukaanpiston, sisiyanglainterbukakeatmosfir.Silinderhanyabisamemberikangayakerja kesatuarah.Gerakanpistonkembalimasukdiberikanolehgayapegasyang adadidalamsilinderdirencanakanhanyauntukmengembalikansilinderpada posisiawaldenganalasanagarkecepatankembalitinggipadakondisitanpa beban.
53
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Padasilinderkerjatunggaldenganpegas,langkahsilinderdibatasioleh panjangnyapegas.Olehkarenaitusilinderkerjatunggaldibuatmaksimum langkahnyasampaisekitar80mm. KegunaanSAC Menurutkonstruksinyasilinderkerjatunggaldapatmelaksanakan berbagaifungsigerakan,seperti: menjepitbendakerja pemotongan pengeluaran pengepresan pemberiandanpengangkatan. Macam-MacamSilinderKerjaTunggal Adabermacam-macamperencanaansilinderkerjatunggaltermasuk: Silindermembran(diafragma) Silindermembrandenganrol b. Silinder Penggerak Ganda (Double Acting Cyinder) Silinder
ini
mendapat
suplai
udara
kempa
dari
dua
sisi.
Konstruksinyahampir sama dengan silinder kerja tunggal. Keuntungannya adalah bahwasilinder
ini
dapat
memberikan
tenaga
kepada
dua
belah
sisinya.Silinderkerja ganda ada yang memiliki batang torak (piston road) pada satu sisi dan ada pada kedua pula yang pada kedua sisi. Konstruksinya yang mana yangakan dipilih tentu saja harus disesuaikan dengan kebutuhan.
Gambar 40.Double Acting Cylinder dan simbolnya
54
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Silinder pneumatik penggerak ganda akan maju atau mundur oleh karenaadanya udara bertekanan yang disalurkan ke salah satu sisi dari dua saluranyang ada. Silinder pneumatik penggerak ganda terdiri dari beberapa bagian,yaitu torak, seal, batang torak, dan silinder.Sumber energi silinder pneumatic penggerak ganda dapat berupa sinyal langsung melalui katup kendali, ataumelalaui katup sinyal ke katup pemroses sinyal (processor) kemudian baruke katup kendali.Pengaturan ini tergantung pada banyak sedikitnya tuntutanyang harus dipenuhi pada gerakan aktuator yang diperlukan. Secara detailsilinder pneumatik dapat dilihat seperti gambar 40.
Biasanyatabungsilinderterbuatdaritabungbajatanpasambungan.
Untukmemperpanjangusiakomponensealpermukaandalamtabungsilinder dikerjakandenganmesinyangpresisi.Untukaplikasikhusustabungsilinder bisadibuatdarialuminium,kuningandanbajapadapermukaanyangbergeser dilapisichromkeras.Rancangankhususdipasangpadasuatuareadimana tidakbolehterkenakorosi. Penutupakhirtabungadalahbagianpalingpentingyangterbuatdari bahancetaksepertialuminiumbesituang.Keduapenutupbisadiikatkanpada tabungsilinderdenganbatangpengikatyangmempunyaibautdanmur.
55
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Batangpistonterbuatdaribajayangbertemperaturtinggi.Untukmenghindari korosidanmenjagakelangsungankerjanya,batangpistonharus dilapisichrom. Ringsealdipasangpadaujungtabunguntukmencegahkebocoran udara.BantalanpenyanggagerakanbatangpistonterbuatdariPVC,atau perunggu.Didepanbantalanadasebuahringpengikisyangberfungsi mencegahdebudanbutirankecilyangakanmasukkepermukaandalam silinder.
Bahansealpasakdenganalurganda:
PrinsipKerjaDAC Denganmemberikanudarabertekananpadasatusisipermukaanpiston(arah maju),sedangkansisiyanglain(arahmundur)terbukakeatmosfir,maka gayadiberikanpadasisipermukaanpistontersebutsehinggabatangpiston akanterdorongkeluarsampaimencapaiposisimaksimumdanberhenti. Gerakansilinderkembalimasuk,diberikanolehgayapadasisipermukaan batangpiston(arahmundur)dansisipermukaanpiston(arahmaju)udaranya terbukakeatmosfir. Keuntungansilinderkerjagandadapatdibebanipadakeduaarahgerakanbat angpistonnya.Inimemungkinkanpemasangannyalebihfleksibel.Gaya yangdiberikanpadabatangpistongerakankeluarlebihbesardaripada gerakanmasuk.Karenaefektifpermukaanpistondikurangipadasisibatangpistonole hluaspermukaanbatangpiston. Silinderaktifadalahdibawahkontrolsuplaiudarapadakeduaarah gerakannya.Padaprinsipnyapanjanglangkahsilinderdibatasi,walaupunfaktor lengkungandanbengkokanyangditerimabatangpistonharusdiperbolehkan. Sepertisilinderkerjatunggal,padasilinderkerjagandapistondipasangdengan sealjeniscincinOataumembran.
PemasanganSilinderDAC Jenispemasangansilinderditentukanolehcaracaragerakansilinder
56
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
yangditempatkanpadasebuahmesinatauperalatan.Silinderbisadirancang denganjenispemasanganpermanenjikatidakharusdiatursetiapsaat. Alternatiflain,silinderbisamenggunakanjenispemasanganyangdiatur, yangbisadiubahdenganmenggunakanperlengkapanyangcocokpadaprinsip konstruksimodul.Alasaniniadalahpenyederhanaanyangpentingsekalidalam penyimpanan,lebihkhususlagidimanasilinderpneumatikdenganjumlah besardigunakansepertihalnyasilinderdasardanbagianpemasangandipilih secarabebasmembutuhkanuntukdisimpan. Pemasangansilinderdankoplingbatangpistonharusdigabungkan denganhati-hatipadapenerapanyangrelevan,karenasilinderharusdibebani hanyapadaarahaksial.Secepatgayadipindahkankesebuahmesin,secepat itupulatekananterjadipadasilinder.Jikasumbusalahgabungdantidak segarisdipasang,tekananbantalanpadatabungsilinderdanbatangpiston dapatditerima.Sebagaiakibatnyaadalah: Tekanansampingyangbesarpadabantalansilindermemberikan indikasibahwapemakaiansilindermeningkat. Tekanansampingpadabatangpistonakanmengikisbantalan Tekanantidakseimbangpadasealpistondanbatangpiston. Tekanansampinginiseringmendahuluifaktorpenguranganperawatan silinderyangsudahdirencanakansebelumnya.Pemasanganbantalansilinder yangdapatdiaturdalamtigadimensi
membuatkemungkinanuntuk
menghindaritekananbantalanyangberlebihanpadasilinder.Momenbengkok yangakanterjadiselanjutnyadibatasiolehpenggesekanyangbergeserpadabantala n.Inibertujuanbahwasilinderdiutamakanbekerjahanyapadatekananyangsudahdir encanakan,sehinggabiasmencapaisecaramaksimum perawatanyangsudahdirencanakan.
Gambardibawahmenunjukkancarapemasangansilinder.
57
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
KegunaanDAC Silinderpneumatiktelahdikembangkanpadaarahberikut: Kebutuhanpenyensorantanpasentuhan(menggunakanmagnitpada pistonuntukmengaktifkankatupbatas/limitswitchdenganmagnit) Penghentianbebanberatpadaunitpenjepitandanpenahanluartiba- tiba. Silinderrodlessdigunakandimanatempatterbatas. Alternatifpembuatanmaterialsepertiplastik Mantelpelindungterhadappengaruhlingkunganyangmerusak, misalnyasifattahanasam Penambahkemampuanpembawabeban. Aplikasirobotdengangambarankhusussepertibatangpistontanpa putaran,batangpistonberlubanguntukmulutpengisap.
Macam-MacamSilinderKerjaGanda
58
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
SilinderDenganPeredamDiakhirLangkah(Double Acting Cylinder With Cushioning) Cushion ini berfungsi untuk menghindari kontak yang keras pada akhirlangkah. Jadi dengan sistem cushion ini kita memberikan bantalan ataupegas pada akhir langkah. Jikasilinderharusmenggerakkanmassayangbesar,makadipasang peredamdiakhirlangkahuntukmencegahbenturankerasdankerusakan silinder.Sebelummencapaiposisiakhirlangkah,peredampistonmemotong langsungjalanaruspembuanganudarakeudarabebas.Untukitudisisakan sedikitsekalipenampangpembuanganyangumumnyadapatdiatur.Sepanjang bagianterakhirdarijalanlangkah,kecepatanmasukdikurangisecaradrastis.
Jangansekali-sekalimenutupbautpengatursecarapenuhsebabakan mengakibatkanbatangpistontidakdapatmencapaiposisiakhirgerakannya.
59
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Padagayayangsangatbesardanpercepatanyangtinggi,harusdilakukan upayapengamanankhusus.Pasanglahperedamkejutluaruntukmemperkuat dayahambat.
Konstruksisilinderkerjagandadenganbantalanudarasebagaiberikut:
Gambar 41.Double Acting Cylinder with Cushioning
Parameter Perhitungan Silinder Aktuator : a) KarakteristikSilinder Karakteristikpenampilansilinderdapatditentukansecarateoriatau
60
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
dengandata-datadaripabriknya.Keduametodeinidapatdilaksanakan,tetapi biasanyauntuk
pelaksanaandanpenggunaantertentu,data-datadari
pabriknyaadalahlebihmenyakinkan.
b) GayaPiston Gayapistonyangdihasilkanolehsilinderbergantungpadatekananudara, diametersilinderdantahanangesekandarikomponenperapat.Gayapiston secarateoritisdihitungmenurutrumusberikut:
Untuksilinderkerjatunggal:
Untuksilinderkerjaganda: langkahmaju
langkahmundur
61
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Padasilinderkerjatunggal,gayapistonsilinderkembalilebihkecil daripadagayapistonsilindermajukarenapadasaatkembalidigerakkanolehpegas.S edangkanpadasilinderkerjaganda,gayapistonsilinderkembalilebih kecildaripadasilindermajukarenaadanyadiameterbatangpistonakan mengurangiluaspenampangpiston.Sekitar3-10%adalahtahanangesekan. Berikutiniadalahgayapistonsilinderdariberbagaiukuranpadatekanan1-10 bar.
Silinderpneumatiktahanterhadapbebanlebih.Silinderpneumatikdapatdibe banilebihbesardarikapasitasnya.Bebanyangtinggimenyebabkan silinderdiam.
c) KebutuhanUdara Untukmenyiapanudaradanuntukmengetahuibiayapengadaanenergi, terlebihdahuluharusdiketahuikonsumsiudarapadasistem.Padatekanan kerja,diameterpistondanlangkahtertentu,konsumsiudaradihitungsebagai berikut:
62
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Untukmempermudahdanmempercepatdalammenentukankebutuhanudar a,tabeldibawahinimenunjukkankebutuhanudarapersentimeterlangkah pistonuntukberbagaimacamtekanandandiameterpistonsilinder.
Kebutuhanudaradihitungdengansatuanliter/menit(l/min)sesuaidengansta ndarkapasitaskompresor.Kebutuhanudarasilindersebagaiberikut:
63
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
d) KecepatanPiston Kecepatanpistonrata-ratadarisilinderstandarberkisarantara0,1-1,5m/s(690m/min).Silinderkhususdapatmencapaikecepatan10m/s.Kecepatan silinderpneumatiktergantung:
beban(gayayangmelawansilinder),
tekanankerja,
diameterdalamdanpanjangsaluranantarasilinderdankatupkontrol arah,
ukurankatupkontrolarahyangdigunakan. Kecepatanpistondapatdiaturdengankatuppengontrolalirandandapat
ditingkatkandengankatuppembuangcepatyangdipasangpadasistemkontrol tersebut.Kecepatanrata-ratapistontergantungdarigayaluaryangmelawan piston(beban)danukuranlubangalirandapatdilihatsepertipadatabelberikut:
64
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
e)
LangkahPiston Langkahsilinderpneumatiktidakbolehlebihdari2m,sedangkanuntuk
silinderrodlessjanganlebihdari10m.Akibatlangkahyangpanjang,tekanan mekanikbatangpistondanbantalanmenjaditerlalubesar.Untukmenghindari bahayatekanan,diameterbatangpistonpadalangkahyangpanjangharus sedikitlebihbesar.
65
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
LATIHAN SOAL
66
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
7.6.Air Motor (Motor Pneumatik) Motor
pneumatik
mengubah
energi
pneumatik
(udara
kempa)
menjadigerakan putar mekanik yang kontinyu. Motor pneumatik ini telah cukupberkembang dan penggunaanya telah cukup meluas. Macam-macammotor pneumatik, antara lain: a) Piston Motor Pneumatik, b) Sliding VaneMotor , c) Gear Motor, d) Turbines (High Flow). Berikut contoh-contoh motorpneumatik.
Gambar 42.Motor Piston Radial dan Motor Axial
Gambar 43.Rotari Vane Motor
67
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Menurut bentuk dan konstruksinya, motor pneumatik dibedakan menjadi: a) Motor torak, b) Motor baling-baling luncur, c) Motor roda gigi, d) d) Motoraliran.
Cara kerja motor pneumatik berupa piston translasi kemudiandikonversi menjadi gerakan berputar/rotasi dimana udara bertekanandialirkan melalui torak atau baling-baling yang terdapat pada porosnya.
Gambar 44.Jenis dan Simbol Motor Pneumatik/Rotary Actuator
Ada beberapa kelebihan penggunaan motor pneumatik, antara lain: a) Kecepatan putaran dan tenaga dapat diatur secara tak terbatas, b) Bataskecepatan cukup lebar, c) Ukuran kecil sehingga ringan, d) Ada pengamanbeban lebih, e) Tidak peka terhadap debu, cairan, panas dan dingin, f)
Tahanterhadap ledakan,
g) Mudah dalam pemeliharaan, h)
68
Arah putaran mudahdibolak-balik.
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
7.7. Model Pengikat (Types Of Mounting) Cara-cara pengikat silinder (aktuator) pada mesin atau pesawatdapat dilaksanakan/dirancang dengan pengikat permanen atau remanentergantung keperluan. Berikut ini gambar-gambar cara pengikatan.
Gambar 51.Tipe-Tipe Mounting
8. SISTEMKONTROL PNEUMATIK Komponen dapatbekerja
yang
sama
outputaktuator
ada
satu
yang
dalam
dengan sesuai
rangkaian lainnya
dengan
sistim
agar
pneumatik
menghasilkan
kebutuhan.
harus
gerakan
Bagian
ini
akanmendiskripsikantentang komponen-komponen sistim kontrol pneumatik, seperti katup sinyal,katup pemroses sinyal, dan katup kendali. Selain itu untuk memudahkansecara teoritis, akan dijelaskan pula tentang Karnaught Diagram. 8.1 Pengertian Sistim Kontrol Pneumatik Sistim udara bertekanan tidak terlepas dari upaya mengendalikanaktuator baik berupa silinder maupun motor pneumatik, agar dapatbekerja sebagaimana yang diharapkan. Masukan (input) diperolehdari katup sinyal, selanjutnya diproses melalui katup pemroses sinyalkemudian ke katup kendali sinyal. Bagian pemroses sinyal danpengendali sinyal dikenal dengan bagian kontrol. Bagian kontrol
akanmengatur
kebutuhan.Sistim pengendalianyang
69
gerakan
kontrol
aktuator
pneumatik
menjadikan
sistem
(output)
merupakan pneumatik
agar bagian dapat
sesuai
dengan
pokok
sistim
bekerja
secara
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
otomatis.Adanya sistim kontrol pneumatik ini akan mengatur hasil kerja baikgerakan,
kecepatan,
urutan
gerak,
arah
gerakan
maupun
kekuatannya.Dengan sistim kontrol pneumatik ini sistem pneumatik dapat didesainuntuk berbagai tujuan otomasi dalam suatu mesin industri. Fungsi dari sistim kontrol pneumatik ini untuk mengatur ataumengendalikan jalannya tenaga fl uida hingga menghasilkan bentuk kerja (usaha) yang berupa tenaga mekanik melalui silinder pneumatic maupun motor pneumatik.Bentukbentuk dari sistim kontrol pneumatic ini berupa katup (valve) yang bermacammacam. Menurut fungsinya katup-katup tersebut dibedakan menjadi tiga kelompok yaitu: a) KatupSinyal (sensor), b) Katup pemroses sinyal (processor), dan c) Katuppengendalian. Katup-katup
tersebut
akan
mengendalikan
gerakanaktuator
agar
menghasilkan sistim gerakan mekanik yang sesuai dengankebutuhan.Katup sinyal adalah suatu alat yang menerima perintah dari luar untukmengalirkan, menghentikan atau mengarahkan fluida yang melalui katup tersebut.Perintah tersebut berupa aksi, bisa melalui penekan, roll, tuas, baik secara mekanik maupun elektrik yang akan menimbulkan reaksipada sistim kontrol pneumatik. Unit katup sinyal merupakan gabungandari berbagai katup yang berfungsi memberikan input (sinyal) pada suatuunit prosesor (pemroses sinyal) agar menghasilkan gerakan actuator yang sesuai dengan kebutuhan. Katup sinyal akan menghasilkan sinyal/sensor sebagai masukan (input)guna
diproses
ke
katup
pemroses
sinyal.
Katup
sinyal
dilambangkandengan katup yang terdiri dari beberapa ruangan (misal: ruang a, b, c) dansaluran udara yang dituliskan dalam bentuk angka, misal saluran 1, 2, 3,dan
seterusnya.
Sedangkan
jenis
penekannya
(aksi)
mempunyai
beberapapilihan missal, melalui penekan manual, tuas, roll, dan sebagainya.
70
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
9. DASAR PERHITUNGAN PNEUMATIK Dasar
perhitungan
pneumatik
merupakan
bagian
yang
akanmembahastentang perhitungan dasar dalam pneumatik. Bagian ini akan mendeskripsikantentang perhitungan tekanan udara (P), perhitungan debit aliran udara (Q),kecepatan torak (V), Gaya Torak (F) dan dasar perhitungan daya motor.Sebelum
melaksanakan
harusmengetahui
perhitungan
konversi-konversi
satuan
pneumatik yang
sering
terlebih
dahulu
dipakai
dalam
perhitungandasar pneumatik. Adapun konversi satuan tersebut antara lain: a) Satuanpanjang, b)
Satuan volume,
c) Satuan tekanan, d) Satuan massa, e) Satuanenergi, f)
Satuan gaya dan
g) Satuan temperatur. Selengkapnya dapat dilihatdi bawah ini: ■ Satuan Panjang
■ Satuan Volume
1 ft = 0.3084 m
1liter = 10-3m3 = 1 dm3
1 inch = 2.540 cm
1 gal = 3.7854 liter
1 mile = 5280 ft
1ft3 = 28.317 liter
= 1.6093 km
1 inch3 = 16.387 cm3
1 km = 1000 m 1 m = 100 cm 1 cm = 10 mm ■ Satuan Massa
■ Satuan Gaya
1 Ib(m) = 0.45359237 kg
1Ibf = 4.4482 N
= 7000 grain
1 N = 1 kg-m/s2
1 kg = 1000 g
1 ton = 0.22481 Ibf
1 ton = 1000 kg 1 slug = 32.174 Ibm = 14.5939 kg = 444, 800 dyne
71
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
■ Satuan Tekanan 1 kPa = I000 N/m2 = 20.886 Ibf /ft2 1 atm = 760 torr
= 1.01325 x 105 N/m2
1 Pa = 1 N/m2 1 bar = 1.105 Pa 1 bar = 0.9869 atm ■ Satuan Energi 1 torr
= 1 mm Hg
1J
= 1 kg-m2 /s2 = 1.933 × 10-2 psi
1 mm Hg
= 0.01934 Ibf /in2 = 10 7 erg
1 erg
= 1 dyne-cm
1 kalori
= 4.186 J
1 Btu
= 252.16 kal
1 in. Hg
= 0.491 Ibf /in2= 1.05504 kJ
1 ft-lbf
= 1.3558 J
1dyne/cm 2 = 10-1 N/m1 1 ev = 1.602 x 10-19 J 1W
= 1 J/s
■ Satuan Temperatur/suhu C=5R=4F=9 o
= 4/5 x oC
o
= 5/4 x oR
o
= (9/5 xoC) + 32o
o
= 5/9 x (oF-32o)
1°K
= 1.8 °R
°K
= °C + 273.15
R C F C
72
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
9.1 Tekanan Udara A. Pe = A. P atm + W1 Dimana: W = berat benda = m.g = p.V.g = p.A.h.g A = luas penampang P atm = tekanan atmosfer Pe = tekanan pengukuran Dengan mengeliminasi A, maka P1 = p.g.h Δ P = Pe – P atm = p.g.h – 1 = p.g.h (kPa)
Gambar 52.Sistim Tekanan dalam Pneumatik
Udara
yang
mengalir
ke
saluran
sistem
pneumatik
akan
mengalamipenurunan tekanan (head losses) akibat adanya gesekan sepanjang salurandan belokan. Penurunan tekanan tersebut menurut Majumdar: 2001, memilikipersamaan:
Dimana : L = panjang saluran (m) D = Diameter dalam saluran (m) Q = Debit aliran udara (m3/s) Pabs = Tekanan absolute dalam Pa (N/m2) Catatan : 1 bar = 105 (N/m2) = 105Pa (Pascal)
73
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
9.2 Analisa Aliran Fluida (V) Udara yang melewati saluran dengan luas penampang A (m2) dengankecepatan udara mengalir V (m/dtk), maka akan memiliki debit aliran Q(m3/dtk) sebesar A (m2) x V (m/dtk).
Debit Aliran Udara (Q) Q (m3/dtk) = A (m2) . V (m/dtk) Bila melewati melalui saluran yangmemiliki perbedaan luas penampang A, maka debit udara akan tetap namunkecepatannya akan berubah, sebanding dengan perubahan luas penampangnya Gambar 53.Analisa Debit Udara
9.3 Kecepatan Torak (V) Suatu silinder pneumatik memiliki torak dengan luas dan memiliki stang torak, maka kecepatan torak saat maju akan lebih kecildibandingkan dengan saat torak bergerak mundur.
Gambar 54. Analisis Kecepatan Torak
74
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Dimana: V = kecepatan torak (m/s) Q = debit aliran udara (ltr/mnt) A = luas Penampang Torak (m2) An = A–Ak (m2) 9.4 Gaya Torak (F)
Gambar 55. Analisis Gaya Torak
Dimana: F = Gaya torak (N) Pe = Tekanan kerja/effektif (N/m2) A = Luas Penampang (m2) An = A–Ak (m2) Ak = Luas batang torak (m2)
9.5 Udara yang Diperlukan (Q)
Gambar 56. Analisis Debit Udara
75
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Dimana: S = Langkah torak (m) Pe = Tekanan (N/m2) A = Luas Penampang (m2) An = A–Ak (m2) Ak = Luas batang torak (m2) n = Banyaknya langkah (kali/menit) Kebutuhan udara bertekanan yang diperlukan (Q) juga dapat dicarimelalui rumus:
9.6 Perhitungan Daya Kompresor
Gambar 57. Analisis Daya Pompa
P2 = Daya output pompa (kW) P1 = Daya Motor (kW)
76
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
9.7 Pengubahan Tekanan
Gambar 58. Analisis Tekanan pada Penampang Berbeda
Dimana : Pe1 = Tekanan awal (N/m2) Pe2 = Tekanan akhir (N/m2) A1 = Luas Penampang 1 A2 = Luas Penampang 2
77
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
10. ANALISIS KERJA SISTEM PNEUMATIK 10.1 Pengendalian Langsung Silinder Sederhana
Cara Kerja: Bila katup sinyal/sensor ditekan secara manual, maka udara bertekanan darikompresor akan mengalir ke katup tekan 3/2 pembalik pegas (1.1) melaluisaluran 1 ke saluran 2. Udara bertekanan akan diteruskan ke silindersederhana pembalik pegas (1.0), sehingga bergerak ke kanan (ON). Bilakatup 1.1 di lepas, maka silinder 1.1 akan kembali dengan sendirinya akibatadanya gaya pegas di dalamnya. Udara sisa yang ada di dalam silinder 1.0akan dikeluarkan melalui katup 1.1 melalui saluran 2 ke saluran 3 selanjutnyadikembalikan ke udara luar (atmosfer). Rangkaian tersebut termasuk dalamkategori pengendalian langsung, karena tanpa melalui katup pemroses sinyal.Rangkaian ini hanya dapat digunakan untuk menggeser/ mengangkat bendakerja paling sederhana.
Tabel 11. Logika untuk sistim di atas adalah sebagai berikut:
Rangkaian ini dapat juga disebut identity, karena bila diberi sinyal, silinderlangsung
bekerja,
dan
bila
tidak
diberi
sinyal,
silinder
tidak
bergerak.Rangkaianini dapat digunakan untuk menggeser benda kerja, namun
78
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
agar dapatbekerja secara otomatis, rangkaian tersebut masih harus banyak mengalamipenyempurnaan.Penggunaan silinder pneumatik sederhana pembalik pegaspada mesin ini sangat rawan, karena saat silinder harus kembali ke posisisemula memerlukan tenaga besar.Rangkaian tersebut dapat digunakan bilamana bendanya ringan dan gesekan benda seminal mungkin, sehingga dengan gaya pegas pembalik yang ada dapatmengembalikan silinder ke posisi semula dengan mudah. Idealnya untuk mesinpenggeser seperti di bawah ini menggunakan silinder penggerak ganda.Dimanatekanan udara yang ada dapat digunakan untuk gerak maju silinderpneumatik secara sempurna.
Gambar 60.Penggeser Benda Kerja
10.2 Pengendalian Tak Langsung Silinder Penggerak Ganda Pengendalian udarabertekanan
tak
tidak
langsung langsung
pada
sistim
disalurkan
pneumatik
untuk
karena
menggerakkan
aktuator,melainkan disalurkan ke katup kendali terlebih dahulu. Setelah katupbergeser,
baru
kemudian
udara
bertekanan
akan
mengalir
menggerakanaktuator. Adapun sistim kendali tak langsung dapat dilihat pada gambar 61di bawah ini:
79
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Cara Kerja: Bila
katup
sinyal
1.2
ditekan
secara
manual
sesaat,
maka
udarabertekanan dari kompresor akan mengalir ke katup kendali 1.1 melaluisisi 14, sehingga katup kendali 5/2 akan bergeser ke kanan. Udara darikompresor akan mengalir melalui saluran 1 ke 4 diteruskan ke pengaturaliran (cekik) kemudian ke Silinder 1.0. Silinder 1.0 akan bergerak ke kanansecara perlahanlahan sesuai dengan pengaturan cekik.Silinder 1.0 akan kembali bila katup sinyal 1.3 ditekan/diaktifkan sesaatsehingga udara akan mengalir ke katup kendali 1.1 yang menyebabkan katup 1.1 kembali ke kiri melalui sisi 12. Udara dari kompresor akan mengalirke silinder pneumatik melalui saluran 1 ke 2 diteruskan
80
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
ke silinder dari sisikanan. Silinder akan kembali secara berlahan sesuai dengan pengaturancekik.
10.3 Pengendalian Gerak Otomatis Silinder Penggerak Ganda Aplikasi dari gerakan ini dapat digunakan untuk menekan atau menggeserbenda kerja sampai titik tertentu hingga menekan katup roll 1.3, kemudiansilinder akan kembali secara otomatis. Silinder Penggerak Ganda akanbergerak maju dan mundur secara otomatis, bila katup 1.2 diganti Penekanroll kemudian dipasang bersama dengan katup roll 1.4. Klasifikasi rangkaianini dapat dituliskan sebagai berikut:
81
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Sistim gerak silinder penggerak ganda dapat dilihat pada diagram geraksilinder 1.0 di bawah ini. Bila katup 1.4 aktif pada posisi awal dan knop katup1.2 ditekan maka katup 1.2 dan 1.4 akan aktif secara bersamaan atau dapatditulis sebagai 1.2 and 1.4 (1.2 Λ 1.4), maka silinder 1.0 akan bergerakmaju, silinder 1.0 akan kembali secara otomatis bila telah menekan katuproll 1.3
Aplikasi dari sistem gerak ini dapat digunakan pada mesin penekuk platotomatis seperti di bawah ini:
82
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
11. APLIKASI PNEUMATIK DALAM PROSES PRODUKSI 11.1 Pintu Bus dengan Kontrol Pneumatik Silinder pneumatik penggerak ganda diletakkan di sisi dalam salahsatu daun pintu lipat bus. Bagian pangkal silinder penggerak gandadiikatkan pada bodi mobil melalui engsel, demikian pula pada ujung batang torak silinder, sehingga gerakan maju mundur stang torak akanmemudahkan pintu bus membuka dan menutup dengan fleksibel. Pintubus akan menutup bila batang torak silinder pneumatik penggerak ganda bergerak maju (A+), sedangkan pintu bus akan membuka bila batangtorak silinder pneumatik penggerak ganda tersebut bergerak mundur(A -).Agar dapat bekerja seperti di atas, maka rangkaiannya adalahsebagai berikut:
83
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
84
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
85
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
11.1.1 Simbol Logika
86
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
87
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Cara Kerja Rangkaian Pintu Bus dengan Kontrol Pneumatik Pada saat bus sedang menunggu penumpang di terminal, halte ataupuntempat-tempat pemberhentian bus lainnya, maka pintu dikondisikan terbukaterus.Hal ini dimungkinkan dengan mengoperasikan katup S4. Ketika katup S4dioperasikan, saluran 1 terbuka, saluran 3 tertutup, aliran udara dari saluran1 ke saluran 2 menuju saluran 1.2 (X) pada katup V4 melalui katup V3. Aliranudara pada katup V4 adalah udara masuk saluran 1 keluar saluran 2 menujusaluran silinder bagian depan melalui katup V6. Udara mendorong silinder kebelakang (A-).Udara dalam silinder bagian belakang didorong keluar menujusaluran 4 dan keluar saluran 5 pada katup V4 melalui katup V5. Dengan gerakanA- (silinder mundur) maka pintu bus akan terbuka. Pada saat kondisi pintu busterbuka maksimal, akan mengaktifkan katup S1. Sehingga aliran udara padakatup S1 adalah saluran 1 terbuka, saluran 3 tertutup, udara mengalir dari saluran1 ke saluran 2 dan selanjutnya diteruskan ke katup V1. Aliran udara ini akanmengaktifkan katup V1 sehingga udara dari kompresor akan mengalir ke katupV4 melalui saluran 1.4 (Y). Pada saat yang bersamaan, pada saluran 1.2 (Xmasih
terdapat
udara
mampat
sehingga
kondisi
ini
tidak
akan
mempengaruhiposisi katup V4. Posisi silinder masih dalam kondisi awal dan posisi pintu busmasih dalam keadaan terbuka terus. (lihat gambar 70)
88
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Pada saat bus akan berangkat, sopir/kondektur bus harus menutup pintu busterlebih dahulu. Untuk itu maka katup S4 harus dikembalikan ke posisi semula.Saluran 1 tertutup dan saluran 3 terbuka. Udara mampat pada saluran 1.2 (X)akan mengalir ke katup V3 menuju saluran 2 dan dibuang melalui saluran 3pada katup S4. Akibatnya udara pada saluran 1.4 (Y) akan mendorong katupV4 sehingga aliran udara pada katup V4 adalah udara dari kompresor masuksaluran 1 diteruskan ke saluran 4 menuju katup V5 dan kemudian masuk kesaluran silinder bagian belakang. Udara pada bagian depan akan didorong keluar melewati katup V6 menuju saluran 2 dan dibuang melalui saluran 3 padakatup V4. Dengan gerakan maju ini (A+), pintu bus akan segera tertutup (lihatgambar 71)
89
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Apabila di tengah perjalanan ada penumpang yang akan turun, maka untukmembuka pintu, penumpang tinggal menekan katup S2. Pada waktu katup S2ditekan maka saluran 1 terbuka dan saluran 3 tertutup. Aliran udara dari saluran1 menuju saluran 2 untuk selanjutnya diteruskan ke V2 dan V3, kemudian menujuke katup V4 melalui saluran 1.2 (X). Aliran udara pada katup V4 udara masuksaluran 1 menuju saluran 2 kemudian diteruskan ke katup V6. Selanjutnyaditeruskan ke silinder melalui saluran bagian depan. Udara mendorong silinderke belakang. Udara pada bagian belakang silinder akan didorong ke luar melaluikatup V5 menuju saluran 4 dan dibuang melalui saluran 5. Silinder bergerakmundur (A-) dan pintu bus terbuka (lihat gambar 72).
90
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Pada waktu pintu terbuka maksimal maka akan mengaktifkan katup S1.Dengan terbukanya katup S1, maka katup V1 akan mengalirkan udara darikompresor menuju katup V4 melalui saluran 1.4 (Y). Pada saat udara masukke saluran 1.4 (Y), pada saluran 1.2 (X) tidak ada udara mampat karena padasaat katup S2 dilepas maka posisi akan kembali ke posisi awal. Sehingga udarapada saluran 1.2 (X) akan segera dibuang ke udara bebas melalui saluran 3pada katup S2. Akibatnya silinder akan bergerak maju (A+) dan pintu bus akansegera menutup kembali (lihat gambar 73).
91
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Apabila akan menaikkan penumpang di tengah perjalanan, maka untukmembuka pintu bus, dilakukan oleh sopir atau kondektur bus tersebut yaitudengan cara menekan katup S3. Ketika katup ditekan, maka saluran 1 terbuka,saluran 3 tertutup, udara mengalir dari saluran 1 ke saluran 2 untuk selanjutnyaditeruskan ke saluran 1.2 (X) pada katup V4 melalui katup V2 dan katup V3. Aliranudara ini akan mengubah arah aliran pada katup V4 yaitu udara masuk darisaluran 1 ke saluran 2 menuju katup V6. Selanjutnya masuk ke silinder melaluisaluran bagian depan. Silinder bergerak mundur (A-) dan pintu bus akan terbuka(lihat gambar 74)
Pada saat pintu terbuka maksimal maka akan mengaktifkan katup S1sehinggaudara dari kompresor akan mengalir dari saluran 1 ke saluran 2 menuju katupV1. Dengan terbukanya katup V1, maka udara dari kompresor akan masuk kekatup V4 melalui saluran 1.4 (Y). Akibatnya udara dari kompresor akan mengalirdari saluran 1 ke saluran 4 menuju katup V5 menuju silinder bagian belakang.Maka silinder akan bergerak maju (A+) dan pintu akan tertutup kembali (lihat gambar 75).
92
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
93
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Fungsi-fungsi katup V5 dan V6 adalah untuk mengatur kecepatan gerakpintu bus pada saat membuka dan menutup.Katup V1 merupakan katup tundawaktu.Katup ini berfungsi untuk memberikan selang waktu pintu bus menutupkembali setelah pintu bus terbuka.Sedangkan katup V2 dan V3 merupakan katupbalik fungsi “ATAU” yang memungkinkan pintu bus dapat dioperasikan denganmenggunakan beberapa jenis katup pneumatik menurut situasi dan kondisi padasaat pintu bus tersebut dioperasikan.
Sistim pneumatik juga bisa digunakan untuk melakukan gerakan yang selamaini digerakan oleh tenaga manusia seperti menekan/menyetempel benda kerja,memotong, membuat profi l pada plat, dan lain-lain, seperti di bawah ini:
11.2 Penahan/penjepit benda (ragum) Arah gerakan silinder pneumatik penggerak ganda pada ragum di bawahini adalah : A+ (menekan/menahan), A- (melepaskan kembali ke posisiawal).
Gambar 76.Ragum pneumatic
11.3 Pemotong plat Arah gerakan silinder pneumatik penggerak ganda : A+ (memotong),A(kembali ke Posisi Awal). Ujung silinder pneumatik diberi slide untukpengarahkan mata pisau gergaji.
94
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Gambar 77.Pemotong Material
11.4 Membuat profil plat Benda kerja berupa plat diletakan di atas landasan berupa profi l sesuaibentuk yang diinginkan. Silinder pneumatik yang digunakan berupa silinderpneumatik penggerak ganda. Gerakan menekan benda kerja diawali dengannaiknya stang torak ke atas (A+) selanjutnya akan menekan tuas mekanik,yang dihubungkan dengan profi l menekan plat. Setelah selesai denganpenekanan silinder pneumatik kembali ke Posisi Awal (A-).Tombol penekandibuat dua buah, agar tidak terjadi kecelakaan pada lengan tangan saatpenekanan, sedangkan untuk mengangkat dilakukan dengan menekan satubuah tombol.
Gambar 78.Proses pembuatan profi l plat
11.5 Pengangkat dan Penggeser Benda Arah
gerakan
silinder
pneumatik
penggerak
ganda
mengangkat
materialke posisi atas (lihat Gambar 79), silinder A naik/mengangkat (A+), ketikasampai di atas, silinder B mendorong material ke konveyor atas (B+). SilinderB kembali ke Posisi Awal (B-).selanjutnya silinder pneumatik A kembaliturun ke posisi semula (A-), sehingga siklusnya dapat ditulis: A+, B+, B-, A-.Untuk
membuat
kontrol
tersebut
dapat
menggunakan
sistem
Full
Pneumatik,elektropneumatik, maupun PLC (Programmable Logic Kontrol).
95
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Gambar 79.Pengangkat dan Penggeser Benda
12. Pengangkat dan Penggeser Material Full Pneumatik Silinder pneumatik penggerak ganda 1.0 terletak pada arah vertical.Pada ujung batang toraknya diletakan plat sebagai tempat dudukan silinder2.0. Batang torak slinder 1.0 akan mengangkat material sampai ketinggiantertentu (A+). Selanjutnya stang torak silinder 2.0 akan menggeser materialke konveyor lainnya (B+). Silinder 1.0 akan kembali ke posisi awal (A)selanjutnya silinder 2.0 juga akan kembali ke posisi awal (B-). SiklusA+,B+,A, B- tersebut akan berlangsung secara terus menerus selama suplaiudara dari katup 3/2 penggerak tuas 0.2 dihentikan.
96
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Gambar 80.Pengangkatan benda
12.1 Cara kerja Untuk mengaktifkan rangkaian harus menekan terlebih dahulu tuaskatup 3/2 Way valve ke posisi ON. Tombol start 1.2 ditekan, udara akanmengalir dari kompresor ke katup 1.2 dan katup 1.4, sehingga katupAND akan mendapat suplai udara bertekanan dari dua sisi, yaitu sisi 10 dan 11. Udara bertekanan akan diteruskan keluar melalui saluran 16menuju ke katup kontrol 1.1 (5/2 Way Valve) melalui sisi 14, sehinggamengakibatkan katup kontrol bergeser ke kanan sehingga saluran 1akan terhubung dengan saluran 4. Udara bertekanan akan masuk kesisi torak silinder bagian kiri, akibatnya silinder A akan bergerak kekanan hingga ujung stang torak menekan katup 2.2. Tertekannya katup2.2 mengakibatkan udara dari konpressor mengalir dari saluran 1 ke 2,diteruskan ke katup kontrol 2.1 (5/2 Way Valve), melalui sisi 14, sehinggasaluran 1 akan terhubung dengan 4 diteruskan ke silinder bagian kiri.Silinder B menjadi bergerak ke kanan (B+) hingga menekan katup 1.3(3/2 Way Valve). Aktifnya katup 1.3 mengakibatkan udara mengalir darikompresor menuju katup kontrol 1.1 dari sisi 12, sehingga katup 1.1 akankembali bergeser ke kiri. Udara dari kompresor akan melalui saluran1 ke 2 diteruskan ke sisi silinder sebelah kanan, sehingga silinder Aakankembali ke posisi awal (A-), hingga menekan katup 2.3. Tertekannyakatup 2.3 akan menyebabkan udara dari komporesor akan mengalirke katup kontrol 2.1 dari sisi 12, sehingga katup 2.1 akab kembali keposisi semula. Udara dari kompresor akan mengalir dari saluran 1 ke2 diteruskan ke ke sisi silinder sebelah kiri, sehingga silinder B akankembali ke posisi awal (B-). Apabila tombol Strat 1.2
97
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
ditekan, maka siklustersebut akan terus berlangsung seperti di atas, demikian seterusnya.
13. Tes Formatif a.1 Soal-Soal a. Sebutkan
kelebihan
dan
kekurangan
sistem
pneumatik
dibandingkandengan sistem yang lain? b. Gambarkan secara singkat cara kerja sistem pneumatik besertadengan komponen-komponen yang digunakan? c. Sebutkan jenis-jenis katup beserta kegunaanya?
13.2 Kunci Jawaban a. Sistem pneumatik memiliki keuntungan dan kelemahan sebagaiberikut: 1) Keuntungan/kelebihan a. Ketersediaan yang tak terbatas, udara tersedia di alamsekitar kita dalam jumlah yang tanpa batas sepanjang waktudan tempat. b. Mudah disalurkan, udara mudah disalurkan/pindahkan darisatu tempat ke tempat lain melalui pipa yang kecil, panjangdan berliku. c. Fleksibilitat Temperatur, udara dapat fl eksibel digunakanpada berbagai temperatur yang diperlukan, melalui peralatan yang dirancang untuk keadaan tertentu, bahkan dalamkondisi yang agak ekstrem udara masih dapat bekerja. d. Aman, udara dapat dibebani lebih dengan aman selainitu tidak mudah terbakar, hubungan singkat (kotsleiting) atau meledak sehingga proteksi terhadap kedua hal inicukup mudah, berbeda dengan sistim elektrik yang dapatmenimbulkan kostleting hingga kebakaran. e. Bersih, udara yang ada di sekitar kita cenderung bersihtanpa zat kimia yang berbahaya, dengan jumlah kandunganpelumas yang dapat diminimalkan sisterm pneumatic aman digunakan untuk industri obatobatan, makanan, danminuman maupun tekstil. f.
Pemindahan daya dan Kecepatan sangat mudah diatur,udara dapat melaju dengan kecepatan yang dapat diaturdari rendah hingga tinggi atau sebaliknya. Bila Aktuatormenggunakan silinder pneumatik, maka kecepatan torakdapat mencapai 3 m/s. Bagi motor
pneumatik
putarannyadapat mencapai 30.000 rpm, sedangkan sistim motor turbindapat mencapai 450.000 rpm.
98
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
g. Dapat disimpan, udara dapat disimpan melalui tabungyang diberi pengaman terhadap kelebihan tekanan udara.Selain itu dapat dipasang pembatas tekanan atau pengamansehingga sistim menjadi aman. h. Mudah dimanfaatkan, udara mudah dimanfaatkan baiksecara langsung misal untuk membersihkan permukaanlogam dan mesin-mesin, maupun tidak langsung, yaitumelalui peralatan pneumatik untuk menghasilkan gerakantertentu. 2) Kerugian/Kelemahan Pneumatik a. Memerlukan instalasi peralatan penghasil udara. Udarakempa harus dipersiapkan secara baik hingga memenuhisyarat. memenuhi kriteria tertentu, misalnya kering, bersih,serta mengandung pelumas yang diperlukan untuk peralatanpneumatik, sehingga memerlukan instalasi peralatan yangrelatif mahal, seperti kompresor, penyaring udara, tabung pelumas, pengeering, regulator, dll. b. Mudah terjadi kebocoran, Salah satu sifat udara bertekananadalah ingin selalu menempati ruang yang kosong. Selainitu tekanan udara susah dipertahankan dalam waktubekerja. Oleh karena itu diperlukan seal agar udara
tidakbocor.
Kebocoran
seal
dapat
menimbulkan
kerugian
energi.Peralatan pneumatik harus dilengkapi dengan peralatankekedapan udara agar kebocoran pada sistim udarabertekanan dapat ditekan seminimal mungkin. c. Menimbulkan suara bising, Pneumatik menggunakan sistimterbuka, artinya udara yang telah digunakan akan dibuangke luar sistim, udara yang keluar cukup keras sehinggaberisik sehingga akan menimbulkan suara bising terutamapada saluran buang. Cara mengatasinya adalah denganmemasang peredam suara pada setiap saluran buangnya. d. Mudah Mengembun, Udara yang bertekanan mudahmengembun, sehingga sebelum memasuki sistem harusdiolah terlebih dahulu agar memenuhi persyaratan tertentu,misal kering, memiliki tekanan yang cukup, dan mengandungsedikit pelumas agar mengurangi gesekat pada katup-katupdan aktuator. e. Secara garis besar sistim elemen pada pneumatik dapatdigambarkan pada skema berikut:
99
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
c. Jenis-jenis katup pneumatik sebagai berikut: 1) Katup sinyal Katup yang berfungsi sebagai saklar udara bertekanan darikompresor ke katup pemroses sinyal atau langsung ke katup kendali.Katup sinyal dipasang antara kompresor dengan katup pemrosessinyal. Contoh katup sinyal adalah katup 3/2 baik penggerak roll,tuas, tekan dan lain-lain. 2) Katup pemroses sinyal Katup pemroses sinyal berfungsi mengatur udara bertekanandari katup sinyal ke katup kendali.Katup pemroses sinyal biasanyadipasang antara katup sinyal sengan katup kendali, tetapi adayang dipasang antara katup kendali dengan aktuator.Contoh katup pemroses sinyal adalah katup cekik satu arah, katup cekik dua arah, time delay dan lain-lain. 3) Katup kendali Katup katuppemroses
kendali sinyal
berfungsi ke
mengalirkan
aktuator.
Katup
udara
bertekanan
kendali
juga
dari yang
mengendalikan/mengatur aktuator (silinder) akan bergerak maju atau mundur. Katupkendali dipasang antara katup pemroses sinyal dengan katuator.Contoh katup kendali adalah katup 5/2 baik yang selenoid (elektrik)maupun yang full pneumatik.
DAFTAR PUSTAKA
Komponen Kontrol Sistem Pneumatik, NN. Elektronika Industri, NN.
100
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri
Bahan Ajar Sistem Pneumatik
Teknik Produksi Mesin Industri, jilid 3. Wirawan sumbodo, dkk. BSE. Direktorat Pembinaan SMK. Tahun 2008.
101
Jemi Jamhur - Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri