SISTEM KONTROL PNEUMATIK PADA PINTU BUS OTOMATIS
PROYEK AKHIR
Diajukan dalam rangka menyelesaikan Studi Sarjana Strata Satu di Universitas Negeri Semarang Jurusan Pendidikan Teknik Mesin
Oleh : Nama : Heri Widiantono NIM : 5219990016 Program Studi : Pend. Teknik Mesin S1
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2004
BAB I
PENDAHULUAN A. Latar Belakang Di masa sekarang dan masa yang akan datang, kebutuhan akan transportasi sangat vital dalam menunjang aktivitas sehari-hari, seperti mengantar anak ke sekolah, ke kantor, ke pasar dan lain-lain. Dari sekian banyak jenis alat transportasi yang ada, maka jenis transportasi daratlah yang paling banyak. Mulai dari sepeda, becak, sepeda motor, mobil sampai kereta api. Dalam usaha pemenuhan kebutuhan alat transportasi maka bukan suatu masalah bagi golongan masyarakat ekonomi menengah ke atas. Mereka dapat memilih alat transportasi sesuai dengan kemampuannya. Namun merupakan suatu masalah bagi masyarakat ekonomi bawah. Sehingga sebagai alternatifnya adalah menggunakan angkutan umum, misalnya bus. Seiring dengan tuntutan kebutuhan masyarakat sekarang ini, maka penggunaan angkutan umum seperti bus tidak terbatas pada masyarakat ekonomi bawah saja tetapi juga masyarakat ekonomi menengah ke atas. Dengan beragamnya pengguna angkutan umum tersebut, maka beragam pula tuntutan pelayanannya. Bagi golongan menengah ke atas, mereka lebih mengutamakan pelayanan dan fasilitas yang baik. Mereka akan merasa puas bila dapat melakukan perjalan dengan cepat, selamat, serta aman dan nyaman meskipun tarif yang harus dibayar lebih mahal. Tetapi
bagi golongan ekonomi bawah lebih memilih angkutan umum yang tarifnya murah sesuai dengan kemampuannya meskipun dengan fasilitas di bawah standar. Salah satu usaha dalam rangka peningkatan mutu pelayanan khususnya bagi keamanan dan keselamatan penumpang adalah dengan mengkaji ulang masalah konstruksi kendaraan. Konstruksi kendaraan yang baik dapat meminimalkan terjadinya kecelakaan penumpang. Sebagai salah satu contoh adalah pintu bus. Banyak orang beranggapan bahwa pintu bus merupakan bagian dari bus yang berfungsi sebagai pelengkap saja. Hal ini bisa dilihat dari tidak difungsikannya pintu bus dengan baik. Padahal tujuan dari dibuatnya pintu bus adalah untuk keamanan dan keselamatan penumpangnya. Agar pintu bus dapat berfungsi dengan baik sesuai dengan tujuannya maka perlu dibuat suatu konstruksi pintu bus yang baik. Sebagian besar konstruksi pintu bus yang ada saat sekarang ini masih menggunakan sistem manual, sehingga masih banyak dijumpai kekurangan-kekurangannya, antara lain : 1.
Sistem manual memerlukan tenaga manusia untuk membuka dan menutupnya.
2.
Konstruksi pintu sistem manual cepat rusak apabila pada saat membuka dan menutupnya terlalu keras.
3.
Keamanan dan keselamatan penumpang kurang terjamin.
Mengingat kekurangan-kekurangan yang ada pada konstruksi pintu bus sistem manual, maka perlu dipertimbangkan suatu konstruksi yang lebih baik sehingga kekurangan-kekurangan yang ada pada sistem tersebut dapat diatasi. Salah satunya adalah dengan merancang konstruksi pintu bus otomatis dengan sistem pneumatik, yaitu suatu pintu bus otomatis yang dikendalikan oleh sistem kontrol pneumatik.
B.
Permasalahan Dalam merencanakan sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis ini, perlu dipertimbangkan kemungkinan masalah-masalah yang dapat terjadi. Hal ini untuk menghindari suatu desain sistem kontrol pneumatik yang kurang baik sehingga justru dapat membahayakan keselamatan penumpang. Untuk itu dalam merancang sistem kontrol pneumatik ini harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut : 1.
Konstruksinya sederhana.
2.
Pengoperasiannya mudah
3.
Pemeliharaan dan perawatan mudah
4.
Memenuhi persyaratan keamanan dan keselamatan penumpang. Mengingat
keterbatasan-keterbatasan
yang
ada,
maka
dalam
pembuatan sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis hanya berupa desain. Meskipun demikian diharapkan dapat dipergunakan sebagai pedoman dalam pembuatan pintu bus otomatis yang sebenarnya.
C. Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dari pembuatan sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis ini adalah untuk mengatasi permasalahanpermasalahan yang ada pada pintu bus sistem manual. Sehingga diharapkan akan diperoleh suatu konstruksi pintu bus yang baik, yang mempunyai persyaratan-persyaratan sebagai berikut : 1.
Konstruksi yang sederhana.
2.
Mudah dioperasikan.
3.
Mudah dan sederhana dalam pemeliharaan dan perawatannya.
4.
Memenuhi persyaratan keamanan dan keselamatan penumpang.
D. Manfaat Apabila semua tujuan dari pembuatan sistem kontrol pneumatik pada pintu bus tersebut dapat dicapai maka akan didapatkan beberapa manfaat, antara lain : 1.
Penumpang merasa nyaman karena dapat keluar dan masuk bus dengan mudah.
2.
Pintu kendaraan lebih awet.
3.
Biaya pemeliharaan dan perawatan murah
4.
Keamanan dan keselamatan penumpang lebih terjamin.
E.
Sistematika Guna memberikan
gambaran lengkap tentang sistem kontrol
pneumatik pada pintu bus otomatis, maka perlu disusun dan dituangkan dalam rumusan yang sederhana, jelas dan mudah dipahami maknanya. Untuk itu maka penulisan karya ilmiah ini disusun dengan tata urutan sebagai berikut : 1.
Bagian Depan Bagian ini berisi pendahuluan yang meliputi latar belakang, permasalahan, tujuan dan manfaat dari pembuatan sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis.
2.
Bagian Isi Bagian ini terdiri dari 3 (tiga) bab yaitu Bab II yang berisi tentang landasan teori, Bab III yang berisi uraian tentang sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis dan Bab IV berisi analisa sistem kontrol pneumatik.
3.
Bagian Akhir Bagian ini merupakan bagian penutup yang berisi kesimpulan dan saran.
BAB II LANDASAN TEORI
Pengertian Teknik Otomasi Berawal dari keinginan manusia untuk memperoleh sesuatu yang banyak dengan tenaga yang sedikit atau mengerjakan pekerjaan yang berat dengan menggunakan tenaga yang ringan. Maka secara bertahap manusia berinovasi memanfaatkan sumber daya alam untuk mendapatkan kemudahankemudahan dan manfaat-manfaat tersebut. Hingga kini manusia mengembangkan inovasi untuk menggunakan alat-alat atau pesawat-pesawat yang dapat bekerja secara otomatis, sebagai contoh: pintu bus yang dapat membuka dan menutup secara otomatis, karena pintu bus dikontrol secara otomatis oleh suatu sistem kontrol otomatis. Otomatisasi suatu alat atau mesin diperoleh dari suatu masukan (input) kemudian melalui suatu proses didapat suatu keluaran (output) yang berbeda yang lebih baik dan lebih menguntungkan. Otomatisasi adalah suatu pengubahan input menjadi output yang lebih baik. Proses pengubahan input menjadi output ini menggunakan teknik kontrol, sehingga untuk mendapatkan sistem kontrol yang otomatis maka digunakan sistem kontrol yang otomatis juga.
Definisi Kontrol menurut Deutche Institut für Normung (DIN) 19226 : “Kontrol berarti proses dalam suatu sistem yang di dalamnya terdapat beberapa input variabel mempengaruhi variabel output yang lain sebagai akibat hukum-hukum yang mengenai sistem. Pengontrolan dikarakteristikkan dengan sekuensi rangkaian terbuka dari gerakan-gerakan melalui elemen pemindah tunggal atau rangkaian kontrol” (Sugihartono, 1992 : 4). Definisi Kontrol Otomatis menurut DIN 19226 : “Kontrol otomatis adalah suatu proses dimana satu variabel yang akan dikontrol (variabel yang dikontrol), adalah diukur secara terus-menerus dan dibandingkan dengan variabel yang lain, variabel perintah, proses yang dipengaruhi menurut hasil perbandingan ini dengan memodifikasi untuk menyesuaikan variabel perintah. Sekuensi gerakan yang dihasilkan dari ini terjadi dalam suatu rangkaian tertutup, rangkaian kontrol. Tujuan kontrol rangkaian untuk menyesuaikan harga variabel yang dikontrol terhadap harga yang ditentukan oleh variabel perintah sekalipun ekualisasi tidak dicapai berlaku dalam keadaan ini (Sugihartono, 1992 : 4).
Dasar –Dasar Pneumatik 1.
Pengertian Pneumatik Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Pneumatik berasal dari bahasa Yunani “pneuma” yang berarti “nafas” atau “udara”. Jadi pneumatik berarti terisi udara atau digerakkan oleh udara mampat. Sistem pneumatik (pneumatic system) adalah semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan, serta dimanfaatkan untuk menghasilkan suatu kerja.
Udara mampat adalah udara atmosfer yang diisap oleh kompresor dan dimampatkan dari tekanan normal (0,98 bar) sampai tekanan yang lebih tinggi (antara 4 – 8 bar). Pada mulanya pemakaian udara mampat terbatas untuk alat-alat kerja
dengan
peralatan
tumbuk
atau
putar.
Namun
dengan
perkembangan teknologi, mekanisasi dan otomatisasi, maka setelah Perang Dunia II banyak digunakan pada proses produksi. 2.
Karakteristik Udara Mampat Dalam jangka waktu yang relatif singkat, penggunaan sistem kontrol pneumatik sudah sedemikian luasnya. Salah satu alasannya adalah bahwa udara mudah diperoleh dan murah. Karakteristik-karakteristik udara mampat berkaitan dengan penerapan pada sistem kontrol pneumatik : Jumlah
:
udara tersedia di mana saja dan dalam jumlah yang tak terhingga.
Pengangkutan
:
udara mampat dapat diangkut dengan mudah melalui saluran pipa-pipa atau selang. Di sini tidak dibutuhkan saluran balik, karena udara bekas dapat langsung dibuang di udara bebas.
Penyimpanan
:
kompresor tidak harus selalu beroperasi. Udara mampat dapat disimpan di dalam tangki.
Suhu
:
udara mampat tahan terhadap perubahan suhu.
Hal ini menjadikan jaminan kerja yang lebih besar dari sistem kontrol pneumatik. Tahan ledakan :
udara mampat tidak menyebabkan bahaya ledakan atau kebakaran.
Kebersihan
:
udara mampat bersih. Bila terdapat kebocoran saluran atau komponen, maka tidak akan menyebabkan polusi.
Konstruksi
:
konstruksinya sederhana sehingga komponen komponennya murah.
Kecepatan
:
udara mampat dapat mencapai kecepatan aliran yang tinggi (kecepatan operasi silinder pneumatik adalah 1 – 2 m/s)
Pengaturan
:
kecepatan dan gaya dari udara mampat serta peralatan pneumatik dapat diatur secara tak terbatas.
Tahan beban lebih : peralatan pneumatik dan perlengkapan operasinya dapat dibebani lebih hingga berhenti. Suatu jaringan pneumatik dapat diberi beban lebih tanpa merusak.
3.
Konstruksi Sistem Pneumatik Yang dimaksud dengan konstruksi sistem pneumatik di sini adalah konstruksi rangkaian komponen-komponen pneumatik yang lengkap. Secara umum komponen-komponen pneumatik dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga) yaitu : unit tenaga, unit pengatur dan unit penggerak. a. Unit Tenaga (power pack) Unit ini berfungsi untuk membangkitkan tenaga fluida yaitu berupa aliran udara mampat. Unit tenaga ini terdiri atas kompresor yang digerakkan oleh motor listrik atau motor bakar, tangki udara (receiver) dan kelengkapannya, serta unit pelayanan udara yang terdiri atas filter udara, regulator pengatur tekanan dan lubricator. 1) Kompresor Berfungsi untuk membangkitkan udara mampat. Menurut cara kerjanya, kompresor dibagi menjadi : a) Kompresor pemindah. Kompresor
yang
bekerja
berdasarkan
prinsip
pemindahan. Udara dikempa oleh gerakan torak yaitu udara dimasukkan ke dalam ruangan kemudian dimampatkan. b) Kompresor aliran. Kompresor yang bekerja berdasar prinsip aliran udara. Udara disedot masuk ke dalam kompresor melalui satu sisi dan mengempanya dengan percepatan masa.
Gambar 1 : Kompresor torak langkah tunggal dengan silinder yang didinginkan oleh udara (Dr. Ing. Thomas Krist, Alih Bahasa Dines Ginting, 1993 : 179)
Gambar 2 : Kompresor baling-baling luncur (Sisjono, 1999 : 5)
2) Tangki Udara Berfungsi untuk menampung dan menstabilkan pemakaian udara mampat serta dapat berfungsi untuk mendinginkan udara mampat yang terdapat di dalam tangki. 3) Unit Pelayanan Udara (sevice unit) Bila
udara
mampat
di
dalam
tangki
udara
akan
didistribusikan ke seluruh sistem pneumatik harus diatur sedemikian rupa sehingga udara yang keluar memenuhi kriteria sebagai berikut : a) Udara yang masuk ke dalam sistem harus bersih. Untuk itu udara yang keluar dari tangki harus disaring dengan filter.
Gambar 3 : Unit Pelayanan Udara (service unit) (Catalogue, hal. 27)
b) Tekanan udara mampat yang masuk ke dalam sistem harus sesuai dengan tekanan operasi. Untuk itu perlu adanya alat pengatur tekanan (pressure regulator).
c) Udara yang masuk ke dalam sistem harus mampu melumasi komponen-komponen yang bergerak. Untuk itu udara harus dicampur dengan kabut oli. Hal ini dapat dicapai dengan adanya lubricator.
b. Unit Pengatur (control element) Unit pengatur merupakan bagian pokok yang menjadikan sistem pneumatik termasuk sistem otomasi. Karena dengan unit pengatur ini hasil kerja dari sistem pneumatik dapat diatur secara otomatis baik gerakan, kecepatan, urutan gerak, arah gerakan maupun kekuatannya. Dengan unit pengatur ini sistem pneumatik dapat didesain untuk berbagai tujuan otomatis dalam suatu mesin industri. Fungsi dari unit pengatur ini adalah untuk mengatur atau mengendalikan
jalannya
penerusan
tenaga
fluida
hingga
menghasilkan bentuk kerja (usaha) yang berupa tenaga mekanik. Bentuk-bentuk dari unit pengatur ini berupa katup (valve) yang bermacam-macam. Katup adalah suatu alat yang menerima perintah dari luar untuk melepas, menghentikan atau mengarahkan fluida yang melalui katup tersebut.
Menurut fungsinya katup-katup tersebut dibedakan menjadi 5 (lima) kelompok yaitu :
Katup pengarah (Directional control valves) Katup satu arah (Non-return valves) Katup pengatur tekanan (Pressure control valves) Katup pengatur aliran (Flow control valves) Katup kombinasi 1) Katup Pengarah (directional control valves) Katup ini berfungsi untuk mengontrol aliran dalam rangkaian dan melangsungkan fungsi-fungsi logic control.
Gambar 4 : Katup pengarah (directional control valve) (Catalogue, hal 15)
2) Non-return Valve / Check Valve
Check valve adalah katup satu arah, artinya katup hanya dapat digunakan untuk satu arah aliran saja. Check valve dapat berfungsi sebagai pengarah aliran dan juga sebagai pressure
control.
Gambar 5 : Katup satu arah (check valve) (Catalogue, hal. 65)
3) Katup Pengatur Tekanan (pressure control valve)
Gambar 6 : Katup pengatur tekanan (pressure control valve) (Catalogue, hal. 20)
Pengatur tekanan udara dilakukan untuk berbagai tujuan antara lain untuk membatasi tekanan operasional dalam sistem
pneumatik, untuk mengatur tekanan agar penggerak pneumatik dapat bekerja secara berurutan, untuk mengurangi tekanan yang mengalir dalam saluran tertentu menjadi kecil. Sehingga sesuai dengan tujuan penggunaan tersebut maka katup pengatur tekanan dibedakan menjadi beberapa macam antara lain : relief valve, sequence valve, dan lain-lain. 4) Katup Pengatur Aliran (flow control valve) Katup ini digunakan untuk mengatur volume aliran yang berarti mengatur kecepatan gerak piston (actuator).
Gambar 7 : Katup pengatur aliran (flow control valve) (Catalogue, hal. 56)
Fungsi dari pemasangan flow control valve pada rangkaian pneumatik antara lain untuk membatasi kecepatan maksimum gerakan piston/motor pneumatik, untuk membatasi daya yang bekerja (daya = rata-rata aliran x tekanan), serta untuk menyeimbangkan aliran yang mengalir pada cabang-cabang rangkaian pneumatik.
Gambar 8 : Penampang pengatur aliran (Peter P, dkk. , 1985 : 43)
Sehingga untuk memenuhi fungsi-fungsi tersebut di atas maka flow control valve dibedakan menjadi beberapa jenis, antara lain fixed flow control, variable flow control, flow control dengan check valve dan flow control dengan relief valve.
c. Unit Penggerak (actuator) Unit ini berfungsi untuk mewujudkan hasil transfer daya dari tenaga fluida, berupa gerakan lurus atau gerakan putar. Penggerak yang menghasilkan gerakan lurus adalah silinder penggerak, sedangkan yang menghasilkan gerakan putar adalah motor pneumatik.
1) Silinder Pneumatik Dalam sistem pneumatik, silinder penggerak dibedakan menjadi : a) Silinder Kerja Tunggal Pada silinder ini udara mampat bekerja hanya pada satu sisi. Untuk mengembalikan piston ke posisi semula digunakan pegas. Cara pemasangan pegas ada 2 (dua) macam, yaitu :
•
Pegas dipasang pada sisi batang piston. Dalam hal ini pegas hanya berfungsi untuk mengembalikan piston ke posisi semula, sedangkan langkah kerja dilakukan oleh tekanan udara mampat. Silinder penggerak jenis ini biasanya digunakan untuk pencekaman, pengepresan, pengungkitan, pengangkatan dan sebagainya.
•
Pegas dipasang pada sisi yang tanpa batang piston. Dalam hal ini pegas berfungsi sebagai pelaku langkah kerja, sedangkan udara mampat dari sebelah sisinya berfungsi untuk mengembalikan ke posisi semula yaitu posisi tidak kerja.
Gambar 9 : Silinder- silinder pneumatik (Catalogue, hal. 43 dan 44)
b) Silinder Kerja Ganda Silinder kerja ganda adalah apabila langkah kerja terjadi pada kedua belah sisi piston, jadi udara mampat mendorong pada sisi depan maupun sisi belakang secara bergantian. 2) Motor Pneumatik Menurut bentuk dan konstruksinya, motor pneumatik dibedakan menjadi :
•
Motor torak
•
Motor baling-baling luncur
•
Motor roda gigi
•
Motor aliran
Gambar 10 : Rotary actuator (Catalogue, hal. 51)
Karakteristik motor pneumatik :
•
Kecepatan putaran dan tenaga dapat diatur secara tak terbatas.
•
Batas kecepatan cukup lebar.
•
Ukuran kecil sehingga ringan.
•
Ada pengaman beban lebih.
•
Tidak peka terhadap debu, cairan, panas dan dingin.
•
Tahan ledakan.
•
Mudah dalam pemeliharaan.
•
Arah putaran mudah dibolak-balik.
BAB III SISTEM KONTROL PNEUMATIK PADA PINTU BUS OTOMATIS
Definisi Persoalan Dan Kondisi Persoalan : Guna mengatasi kekurangan-kekurangan yang terdapat pada pintu bus manual, maka akan didesain suatu pintu bus otomatis. Pintu ini akan dikontrol secara otomatis dengan menggunakan sistem kontrol pneumatik. Dengan adanya sistem kontrol ini maka diharapkan dapat mengatasi kekurangan-kekurangan yang ada pada pintu bus konvensional. Kondisi-kondisi Bantu : Adapun kondisi-kondisi yang diharapkan dari sistem kontrol pneumatik ini adalah sebagai berikut : a. Pada saat bus sedang menunggu penumpang di terminal, halte atau pada tempat-tempat pemberhentian bus lainnya, maka pintu bus dalam kondisi terbuka. b. Bila bus akan berangkat atau melanjutkan perjalanan, maka pintu bus segera ditutup. c. Apabila di tengah perjalanan ada penumpang yang akan turun, maka penumpang tersebut tinggal menekan tombol di depan pintu bus, dan pintu akan segera membuka. Dan bila penumpang telah turun maka pintu akan segera menutup kembali secara otomatis. d. Saat akan menaikkan penumpang di tengah perjalanan, maka sopir atau kondektur cukup menekan katup tombol dan pintu akan segera terbuka secara otomatis. Setelah penumpang naik maka pintu bus akan menutup kembali secara otomatis.
Energi Kerja Dan Ukuran Elemen 1. Energi Kerja Operasi yang harus dilakukan oleh silinder dapat dibentuk dengan gerakan garis lurus. Gaya yang diperlukan
:
kecil (kurang dari 50.000 N)
Panjang gerakan
:
kecil (kurang dari 2000 mm)
Energi yang dipilih
:
pneumatik
2. Ukuran Elemen Kerja Ukuran elemen kerja dipilih sesuai dengan hasil analisis sehingga gaya dan langkah cukup untuk mengoperasikan saklar batas.
Sket Posisional
Gambar 11 Sket posisional pintu bus otomatis dengan sistem kontrol pneumatik
Sekuensi Operasi Sekuensi Kronologis Silinder A bergerak mundur dan pintu bus membuka. Silinder A bergerak maju dan pintu bus menutup.
Tabel Susunan Tabel 1 Tahapan Kerja Sistem Kontrol Pneumatik
Tahapan Kerja 1
Gerak Silinder -
2
mundur
3
maju
Notasi Singkatan A-
(Silinder A mundur, pintu bus membuka)
A + (Silinder A maju, pintu bus menutup) Jenis Kontrol Identifikasi kelompok utama : Ini adalah suatu kontrol program (kontrol dengan suatu program kerja yang dilakukan secara otomatis sesuai dengan kaidah-kaidah tertentu). Jenis kontrol programnya adalah kontrol gerakan yang dikoordinasikan, dengan pertimbangan sebagai berikut : • Kepastian operasi. •
Penyelesaian paling murah dan sederhana.
•
Tidak memerlukan perubahan program.
Energi Kontrol Berkenaan dengan media kerja dan bidang persoalan, ada 2 (dua) kemungkinan yaitu pneumatik dan elektrik. Dalam hal ini penyelesaian seluruh pneumatik adalah kemungkinan paling menguntungkan, dengan pertimbangan sebagai berikut :
•
Hanya 1 (satu) bentuk energi untuk kerja dan kontrol, sehingga tidak membutuhkan konverter.
•
Tingkat reliabilitas atau keandalan tinggi, karena tidak peka terhadap lingkungan yang mempengaruhi.
•
Umurnya panjang.
Oleh karena itu, untuk sistem kontrol ini dipilih sistem kontrol pneumatik.
Diagram Rangkaian Kontrol Pintu Bus Otomatis Silinder 1 A
1S1
1V6
1V5
4
2
5
3
1.4 (Y)
1V4 1.2 (X)
1V3
1
1V2 1V1
Pintu bus 1S2
2
1S1
1
3
1
Sopir 2
2
1S 3
3
1
Sopir 2
1S4
3
1
3
0Z1
Keterangan :Gambar 12 Diagram Rangkaian Kontrol Pintu Bus Otomatis
=
Silinder kerja ganda
=
Katup kontrol aliran satu arah
=
Katup 5/2 untuk kontrol silinder, katup pilot ganda
=
Katup tunda waktu
=
Katup balik fungsi “ATAU”
=
Katup batas 3/2 dengan pegas pembalik
=
Katup tombol 3/2 dengan pegas pembalik
=
Katup tuas 3/2 dengan penahan
=
Unit pelayanan udara
=
Sumber udara mampat
=
Saluran kontrol
=
Saluran kerja
Diagram tahap perpindahan 1S2
1S3
1S4
2
3=1
1
0
1S1 Gambar 13 Diagram Tahap Perpindahan
Simbol Logika 1S2 1S3
≥1 ≥1
1S4
1V4 1.2 (X)
(a) Gerakan pintu bus membuka (silinder mundur)
1S1
1
1V4 1.4 (Y)
(b) Gerakan pintu menutup (silinder maju)
Gambar 114 Simbol logika untuk gerakan pintu bus
Table 2 Tabel Biner Gerakan Pintu Bus
1S1
1S2
1S3
1S4
1V4 1.2 (X) 1.4 (Y) 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
A
KETERANGAN
0 0 0 0 tidak tentu 0 0 0 1 0 sil. mundur (pintu membuka) 0 0 1 0 0 sil. mundur (pintu membuka) 0 0 1 1 0 sil. mundur (pintu membuka) 0 1 0 0 0 sil. mundur (pintu membuka) 0 1 0 1 0 sil. mundur (pintu membuka) 0 1 1 0 0 sil. mundur (pintu membuka) 0 1 1 1 0 sil. mundur (pintu membuka) 1 0 0 0 1 sil. maju (pintu menutup) 1 0 0 1 * tidak tentu 1 0 1 0 * tidak tentu 1 0 1 1 * tidak tentu 1 1 0 0 * tidak tentu 1 1 0 1 * tidak tentu 1 1 1 0 * tidak tentu 1 1 1 1 * tidak tentu Keterangan : = tidak ada tekanan udara pada saluran 1.2 (X) dan saluran 1.4 (Y) * = ada tekanan udara pada kedua saluran 1.2 (X) dan 1.4 (Y) Untuk Saluran 1.2 (X) Persamaan matematisnya :
X = ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 )
X = ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S 1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 )
Diagram Karnought :
S2
0
S1
S4
0
X = S2 ∨ S3 ∨ S4
S3 Gambar 15 Diagram Karnought untuk saluran 1.2 (X)
Untuk saluran 1.4 (Y) Persamaan matematisnya : Y = ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 )
Y = ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 ) ∨ ( S1 ∨ S 2 ∨ S 3 ∨ S 4 )
Diagram Karnought
S2
S1
1
1
1
1
1
1
1
1 S4
Y = S1
S3 Gambar 16 Diagram Karnought untuk saluran 1.4 (Y)
Cara Kerja Rangkaian Pada saat bus sedang menunggu penumpang di terminal, halte ataupun tempattempat pemberhentian bus lainnya, maka pintu dikondisikan terbuka terus. Hal ini dimungkinkan dengan mengoperasikan katup 1S4. Ketika katup 1S4 dioperasikan, saluran 1 terbuka, saluran 3 tertutup, aliran udara dari saluran 1 ke saluran 2 menuju saluran 1.2 (X) pada katup 1V4 melalui katup 1V3. Aliran udara pada katup 1V4 adalah udara masuk saluran 1 keluar saluran 2 menuju saluran silinder bagian depan melalui katup 1V6. Udara mendorong silinder ke belakang (A-). Udara dalam silinder bagian belakang didorong keluar menuju saluran 4 dan keluar saluran 5 pada katup 1V4 melalui katup 1V5. Dengan gerakan A- (silinder mundur) maka pintu bus akan terbuka.
Pada saat kondisi pintu bus terbuka maksimal, akan mengaktifkan katup 1S1. Sehingga aliran udara pada katup 1S1 adalah saluran 1 terbuka, saluran 3 tertutup, udara mengalir dari saluran 1 ke saluran 2 dan selanjutnya diteruskan ke katup 1V1. Aliran udara ini akan mengaktifkan katup 1V1 sehingga udara dari kompresor akan mengalir ke katup 1V4 melalui saluran 1.4 (Y). Pada saat yang bersamaan, pada saluran 1.2 (X) masih terdapat udara mampat sehingga kondisi ini tidak akan mempengaruhi posisi katup 1V4. Posisi silinder masih dalam kondisi awal dan posisi pintu bus masih dalam keadaan terbuka terus. (lihat gambar 17) Silinder 1 A
1S1
1V6
1V5
1V4
4
2
1.4 (Y) 5
1.2 (Y)
3 1
1V3
1V1
1S1
1
Sopir
1S4
2
3
2
1
3
Gambar 17 Membuka pintu bus dengan menggunakan katup 1S4
Pada saat bus akan berangkat, sopir/kondektur bus harus menutup pintu bus terlebih dahulu. Untuk itu maka katup 1S4 harus dikembalikan ke posisi semula. Saluran 1 tertutup dan saluran 3 terbuka. Udara mampat pada saluran 1.2 (X) akan mengalir ke katup 1V3 menuju saluran 2 dan dibuang melalui saluran 3 pada katup 1S4. Akibatnya udara pada saluran 1.4 (Y) akan mendorong katup 1V4 sehingga aliran udara pada katup 1V4 adalah udara dari kompresor masuk saluran 1 diteruskan ke saluran 4 menuju katup 1V5 dan kemudian masuk ke saluran silinder bagian belakang. Udara pada bagian depan akan didorong ke luar melewati katup 1V6 menuju
saluran 2 dan dibuang melalui saluran 3 pada katup 1V4. Dengan gerakan maju ini (A+), pintu bus akan segera tertutup (lihat gambar 18 ) Silinder 1 A
1V5
4
1S1
1V6
2
1.4 (Y)
1V4 1.2 (X)
5
3 1
1V3
1V1
1S1
1
1S4
2
3
2
1
Sopir
3
Gambar 18 Menutup pintu bus dengan menggunakan katup 1S4
Apabila di tengah perjalanan ada penumpang yang akan turun, maka untuk membuka pintu, penumpang tinggal menekan katup 1S2. Pada waktu katup 1S2 ditekan maka saluran 1 terbuka dan saluran 3 tertutup. Aliran udara dari saluran 1 menuju saluran 2 untuk selanjutnya diteruskan ke 1V2 dan 1V3, kemudian menuju ke katup 1V4 melalui saluran 1.2 (X). Aliran udara pada katup 1V4 udara masuk saluran 1 menuju saluran 2 kemudian diteruskan ke katup 1V6. Selanjutnya diteruskan ke silinder melalui saluran bagian depan. Udara mendorong silinder ke belakang. Udara pada bagian belakang silinder akan didorong ke luar melalui katup 1V5 menuju
saluran 4 dan dibuang melalui saluran 5. Silinder bergerak mundur (A-) dan pintu bus terbuka (lihat gambar 19). Silinder 1 A
1S1
1V6
1V5
1V4 4
2 1.2 (X)
1.4 (Y) 5
3 1V3
1
1V2 1V1
Pintu bus 1S1
1
2
2
3
1
1S2
3
Gambar 19 Membuka pintu bus dengan menggunakan katup 1S2
Pada waktu pintu terbuka maksimal maka akan mengaktifkan katup 1S1. Dengan terbukanya katup 1S1, maka katup 1V1 akan mengalirkan udara dari kompresor menuju katup 1V4 melalui saluran 1.4 (Y). Pada saat udara masuk ke saluran 1.4 (Y), pada saluran 1.2 (X) tidak ada udara mampat karena pada saat katup 1S2 dilepas maka posisi akan kembali ke posisi awal. Sehingga udara pada saluran 1.2 (X) akan segera dibuang ke udara bebas melalui saluran 3 pada katup 1S2. Akibatnya silinder akan bergerak maju (A+) dan pintu bus akan segera menutup kembali (lihat gambar 20).
Silinder 1 A
1S1
1V6
1V5
1V4 4
2 1.2 (X)
1.4 (Y) 5
3 1V3
1
1V2 1V1
Pintu bus 2
1
1S1
3
2
1S2
1
3
Gambar 20 Menutup pintu bus dengan menggunakan katup 1S2
Apabila akan menaikkan penumpang di tengah perjalanan, maka untuk membuka pintu bus, dilakukan oleh sopir atau kondektur bus tersebut yaitu dengan cara menekan katup 1S3. Ketika katup ditekan, maka saluran 1 terbuka, saluran 3 tertutup, udara mengalir dari saluran 1 ke saluran 2 untuk selanjutnya diteruskan ke saluran 1.2 (X) pada katup 1V4 melalui katup 1V2 dan katup 1V3. Aliran udara ini akan mengubah arah aliran pada katup 1V4 yaitu udara masuk dari saluran 1 ke saluran 2 menuju katup 1V6. Selanjutnya masuk ke silinder melalui saluran bagian depan. Silinder bergerak mundur (A-) dan pintu bus akan terbuka (lihat gambar 21)
Silinder 1 A
1S1
1V6
1V5
1V4
4
2 1.2 (X)
1.4 (Y) 5
3 1V3
1
1V2 1V1
1S3
2
1S1
1
3
1
2 Sopir
3
Gambar 21 Membuka pintu bus dengan menggunakan katup 1S3
Pada saat pintu terbuka maksimal maka akan mengaktifkan katup 1S1 sehingga udara dari kompresor akan mengalir dari saluran 1 ke saluran 2 menuju katup 1V1. Dengan terbukanya katup 1V1, maka udara dari kompresor akan masuk ke katup 1V4 melalui saluran 1.4 (Y). Akibatnya udara dari kompresor akan mengalir dari saluran 1 ke saluran 4 menuju katup 1V5 menuju silinder bagian belakang. Maka silinder akan bergerak maju (A+) dan pintu akan tertutup kembali (lihat gambar 22).
Silinder 1 A
1S1
1V6
1V5
4
2
1V4 1.2 (X)
1.4 (Y) 5
3 1V3 1
1V2 1V1
2
1
1S1
3
1S3
1
2 Sopir
3
Gambar 122 Menutup pintu bus dengan menggunakan katup 1S3
Fungsi-fungsi katup 1V5 dan 1V6 adalah untuk mengatur kecepatan gerak pintu bus pada saat membuka dan menutup. Katup 1V1 merupakan katup tunda waktu. Katup ini berfungsi untuk memberikan selang waktu pintu bus menutup kembali setelah pintu bus terbuka. Sedangkan katup 1V2 dan 1V3 merupakan katup balik fungsi “ATAU” yang memungkinkan pintu bus dapat dioperasikan dengan menggunakan beberapa
jenis katup pneumatik menurut situasi dan kondisi pada saat pintu bus tersebut dioperasikan.
BAB IV ANALISA SISTEM KONTROL PNEUMATIK PADA PINTU BUS OTOMATIS
Kompresor Kompresor yang dipilih adalah kompresor jenis torak dengan pertimbangan sebagai berikut : 1. Kompresor torak hampir tidak memerlukan perbaikan dibandingkan dengan kompresor berputar. 2. Untuk instalasi mobil maka untuk untuk jenis torak dengan kapasitas yang kecil masih menguntungkan (kurang dari 200 kg per m3 udara mampat efektif). 3. Sampai ukuran besar tertentu (kurang dari 10 m3/menit) merupakan mesin langkah ganda yang terbaik.
Tangki udara mampat
Ke sistem kontrol pneumatik
Kompresor Gambar 23
Penggerak Instalasi Kompresor
Ukuran Tangki Udara Diket :
Kapasitas kompresor
= 145 l/min = 145.10-3 m3/min. Banyaknya kontak/h= 20 Kerugian tekanan = 0,1 bar (10 kPa) Tabung yang digunakan mempunyai volume 0,12 m3 dengan tekanan 10 bar. Maka kapasitas tabung tersebut adalah : volume tabung x tekanan absolut = 0,12 x ((10+1)/1) = 1,32 m3 Besarnya tangki penyimpanan (berdasarkan diagram): VB = 1,2 m3 (lihat lampiran 5, Diagram Volum Simpan Tangki Udara) Perhitungan Silinder Data : 50 mm Diameter dalam piston : d1 = Diameter batang piston : d2 = 25 mm Panjang langkah piston : s = 300 mm Tekanan pengukuran : pe = 8 bar η = 0,8 (asumsi) Efisiensi : Apabila suhu udara setelah pemampatan adalah 40° C (asumsi), maka kandungan uap air jenuhnya = 51 g/m3 (lihat lampiran 3, Dew Point Curve)
d2
d1
s
1. Gaya gerak piston (F)
F = pe .AGambar .η .... ………….(Volker vonkerja der Heide/Franz Josef 24 Penampang silinder ganda Hölken, 2000 : 44) Dimana : F = gaya gerak piston (N) pe = tekanan pengukuran (N/cm2) A = luas penampang piston (cm2) η = efisiensi a. Langkah Maju
F1 = pe . A1.η
Dimana : A1
pe F1 = =
=
π
.d1
2
= =
4 0,785 . 52 19,625 cm2
= =
8 bar 8 .10 N/cm2
(8.10) . 19,625 . 0,8 1256 N
b. Langkah Mundur
F2 = pe . A2 .η
Dimana : A2
= = =
F2 = =
π 4
(d
2 1
− d 22
)
0,785 . (52 – 2,52) 14,719 cm2
(8.10) . 14,719 . 0,8 942 N
2. Kebutuhan Udara Mampat (qv) Kebutuhan udara mampat untuk silinder kerja ganda digunakan persamaan sebagai berikut p + p amb .2 ……………(Volker von der Heide/Franz Josef q v = A.s.n. e p amb Hölken, 2000 : 46) Dimana : qv = kebutuhan udara mapat (l/min) s = panjang langkah piston (dm) n = jumlah langkah tiap menit
pamb
q v = 0,19625.3.1.
(8 + 1) .2 1
q v = 10 , 598 l/min 3. Kecepatan Gerak Piston (v)
= tekanan udara luar (bar) = 1 bar
q v = v. A ……(Volker von der Heide/Franz JosefHölken, 2000 : 40) Dimana : v = kecepatan gerak piston (m/min)
a. Langkah maju
q v 10,598.100 = A1 19,625 v1 = 54,003 dm/min = 5,4 m/min b. Langkah mundur v1 =
q v 10,598.100 = A2 14,719 v 2 = 72,002 dm/min = 7,2 m/min 4. Waktu yang dibutuhkan (t) v2 =
v=
s ……..…(Volker von der Heide/Franz JosefHölken, 2000 : 228) t Dimana : t = waktu yang dibutuhkan
a. Langkah maju
t1 =
s 0 ,3 = v1 5 , 4
t1 = 0,056 menit = 3,36 detik b. Langkah mundur s 0,3 = v 2 7, 2 t 2 = 0,042 menit = 2,52 detik
t2 =
Kebutuhan Komponen-Komponen Pneumatik Dalam pembuatan sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis dibutuhkan komponen-komponen pneumatik sebagai berikut : Tabel 3 Daftar kebutuhan komponen-komponen pneumatik
NO NAMA KOMPONEN 1 Silinder kerja ganda 2 Katup kontrol aliran satu arah 3 Katup 5/2 untuk kontrol silinder, katup kontrol ganda 4 Katup balik fungsi "ATAU" 5 Katup tunda waktu 6 Katup batas 3/2 dengan pegas pembalik 7 Katup tombol 3/2 dengan pegas pembalik 8 Katup tuas 3/2 dengan penahan 9 Unit pelayanan udara 10 Kompresor dan perlengkapannya 11 Sambungan Tee 12 Nipel/adaptor 13 Peredam/silencer 14 Selang pneumatik
JUMLAH 1 buah 2 buah 1 buah 2 buah 1 buah 1 buah 2 buah 1 buah 1 unit 1 unit 5 buah 37 buah 7 buah secukupnya
KET.
BAB V PENUTUP
A.
Kesimpulan Sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis adalah suatu jenis sistem kontrol yang digunakan untuk mengendalikan gerak pintu bus secara otomatis dengan menggunakan jenis fluida udara mampat. Sistem kontrol ini merupakan salah satu alternatif pemecahan masalah untuk mengatasi kekurangan-kekurangan yang ada pada pintu bus sistem manual yang ada saat sekarang. Dengan dibuatnya sistem kontrol pneumatik ini maka akan diperoleh beberapa keuntungan antara lain : 1.
Pintu bus otomatis dengan konstruksi yang sederhana karena komponen-komponen yang dibutuhkan sedikit dan murah.
2.
Pintu bus yang mudah dioperasikan karena untuk membuka dan menutup pintu tersebut selain dapat dilakukan oleh sopir bus tersebut dengan cara menekan tombol katup, dapat dikontrol secara otomatis pada saat penumpang akan turun dan menginjak lantai di depan pintu bus, sehingga tidak merepotkan penumpang yang akan naik maupun turun bus tersebut karena tidak perlu membuka dan menutup pintu bus secara manual.
3.
Mudah dalam hal perawatan dan pemeliharaan sistem kontrol pintu bus tersebut karena konstruksi pneumatik sederhana.
4.
Memenuhi persyaratan keamanan dan keselamatan penumpangnya karena pintu bus tertutup dengan baik sehingga kecelakaan seperti terjatuh atau terlempar dari kendaraan dapat dihindari.
B.
Saran 1.
Bagi dunia pendidikan : Pembuatan sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis merupakan salah satu contoh penggunaan udara mampat. Dengan adanya contoh ini diharapkan bagi dunia pendidikan lebih giat lagi dalam penelitian tentang kemungkinan-kemungkinan penggunaan udara mampat.
2.
Bagi dunia usaha/industri : Agar dapat memanfaatkan sebaik mungkin teknologiteknologi yang ada khususnya tentang penggunaan udara mampat. Selain itu juga bagi dunia usaha/industri diharapkan partisipasinya dalam hal penelitian dan pengembangan teknologi yang dilaksanakan oleh dunia pendidikan mengingat keterbatasan-keterbatasan yang ada pada dunia pendidikan.
DAFTAR PUSTAKA
H. Meixner, E. Saver, 1989, Introduction to Electro-Pneumatic, Esslingen : Festo Didactic KG. Joseph J Sullivan, Hadi Podo, 1996, Kamus Ungkapan Inggris-Indonesia Dictionary of Idioms and Idiomatic Expressions, Jakarta : Gramedia Pustaka Utama. Peter Patient, Roy Pickup, Norman Powell, 1985, Pengantar Ilmu Teknik Pneumatika, Alih Bahasa Alex Tri Kantjono Widodo, Jakarta : Gramedia. Sisjono, 1997, Sistem Kontrol Nyumatik, Bandung : Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah Pusat Pengembangan Penataran Guru Teknologi Bandung. ______, 1999, Pneumatik dan Hidrolik Lanjut, Bandung : Departemen Pendidikan Nasional Direktorat Pendidikan Dasar dan Menengah Pusat Pengembangan Penataran Guru Teknologi Bandung. ______, Petrus Uty, 2001, Dasar-dasar Teknik Otomasi, Bandung : Departemen Pendidikan Nasional Direktorat Pendidikan Dasar dan Menegah Pusat Pengembangan Penataran Guru Teknologi Bandung. Sugihartono, 1992, Dasar-dasar Teknik Kontrol Pneumatik, Bandung : Divisi Pengembangan Bahan Belajar PPPG Teknologi Bandung. __________, 1995, Diagram Rangkaian Pneumatik, Bandung : Media Cetak PPPG Teknologi Bandung. S. Wojowasito, Tito Wasito W, 1980, Kamus Lengkap Inggris-Indonesia Indonesia-Inggris, Bandung : Penerbit Hasta. Suyanto, 2002, Kumpulan Modul Latihan Lewat Simulator Pneumatik Tingkat Dasar, Yogyakarta :Universitas Negeri Yogyakarta.
Thomas Krist, 1993, Dasar - dasar Pneumatik, Alih Bahasa Dines Ginting, Jakarta :Erlangga. Tim Penulis, Pneumatik, Jakarta : Festo Didactic Volker von der Heide, Franz-Josef Hölken, Arbeitsbuch Steuerungstechnik Metall Lehrerhandbuch, Köln : Dűmler
Lampiran 1
MECHANICAL VALVE 1
(Catalogue, hal. 16)
Lampiran 2 MECHANICAL VALVE 2
(Catalogue, hal. 17)
Lampiran 3 DEW POINT CURVE
(Introduction to Electro Pneumatic, hal. 139)
Lampiran 4
BATAS-BATAS EKONOMIS PNEUMATIK DAN HIDROLIK
(Dasar-dasar Pneumatik, hal. 13)
Lampiran 5
DIAGRAM VOLUM SIMPAN TANGKI UDARA
(Pneumatik, hal. 122)
Lampiran
BATAS-BATAS EKONOMIS PNEUMATIK DAN HIDROLIK
(Dasar-dasar Pneumatik, hal. 13)
