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