Pneumatic System

PNEUMATIC SYSTEM

1.             PENGERTIAN PNEUMATIC

Pneumatik berasal dari bahasa Yunani  yang berarti udara atau angin. Semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan untuk menghasilkan suatu kerja disebut dengan sistem Pneumatik. Dalam penerapannya, sistem pneumatic banyak digunakan sebagai sistem automasi.

 Pneumatik adalah suatu filsafat (science) yang menggunakan tekanan udara (compressed air) untuk mengerjakan sesuatu yang sifatnya lurus (linear) atau memutar (rotational).

Tenaga fluida adalah istilah yang mencakup pembangkitan, kendali dan aplikasi dari fluida bertekanan yang digunakan untuk memberikan gerak. Berdasarkan fluida yang digunakan tenaga fluida dibagi menjadi pneumatik, yang menggunakan udara, serta hidrolik, yang menggunakan cairan.

Dasar dari aktuator tenaga fluida adalah bahwa fluida mempunyai tekanan yang sama ke segala arah. Dalam sistem pneumatik, aktuator berupa batang piston mendapat tekanan udara dari katup masuk, yang kemudian memberikan gaya kepadanya.
Gaya inilah yang menggerakkan piston pneumatik, baik maju atau mundur. Pada dasarnya sistem pneumatik dan hidrolik tidaklah jauh berbeda. Pembeda utama keduanya adalah sifat dari fluida kerja yang digunakan. Cairan adalah fluida yang tidak dapat ditekan (incompressible fluid) sedangkan udara adalah fluida yang dapat terkompresi (compressible fluid).

Gambar 1 Prinsip kerja pneumatika, gerakan disebabkan oleh adanya tekanan udara.

Udara sebagai fluida kerja pada sistem pneumatik memiliki karakteristik khusus, antara lain :

• Jumlahnya tak terbatas
• Mencari tekanan yang lebih rendah
• Dapat dimampatkan
• Memberi tekanan yang sama rata ke segala arah
• Tidak mempunyai bentuk (menyesuaikan dengan tempatnya)
• Mengandung kadar air

Pada sistem pneumatik terdapat beberapa komponen utama, yaitu

• sistem pembangkitan udara terkompresi yang mencakup kompresor, cooler, dryer, tanki penyimpan
• unit pengolah udara berupa filter, regulator tekanan, dan lubrifier (pemercik oli) yang lebih dikenal sebagai Air Service Unit
• Katup sebagai pengatur arah, tekanan, dan aliran fluida
• Aktuator yang mengkonversikan energi fluida menjadi energi mekanik
• Sistem perpipaan
• Sensor dan transduser
• Sistem kendali dan display

Pada gambar 2 menunjukkan suatu sistem pneumatik yang disederhanakan. 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.

Gambar 2 Sistem pneumatik sederhana (disederhanakan)

Pneumatik menggunakan hukum-hukum aeromekanika, yang menentukan keadaan keseimbangan gas dan uap (khususnya udara atmosfir) dengan adanya gaya-gaya luar (aerostatika) dan teori aliran (aerodinamika). Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanik dimana udara memindahkan suatu gaya atau gerakan. Jadi pneumatik meliputi semua komponen mesin atau peralatan, dalam mana terjadi proses-proses pneumatik. Dalam bidang kejuruan teknik pneumatik dalam pengertian yang lebih sempit lagi adalah teknik udara mampat (udara bertekanan).

Susunan sistem pneumatik adalah sebagai berikut :
a. Catu daya (energi supply)
b. Elemen masukan (sensors)
c. Elemen pengolah (processors)
d. Elemen kerja (actuators)

2.             SISTEM PNEUMATIC DAN FUNGSI PADA BAGIAN

1. Air Compressor

a.    Mengadakan tekanan udara (compressed air) sebagai sumber tenaga dari system pneumatic.

2. Aftercooler

a.    Mendinginkan udara panas dari compressor

b.   Membuang sebagian besar lembab (condensate), Minyak (oil), Debu (dust).

3. Main Line Air Filter

a.    Menyaring debu halus

b.    Membuang sisa lembab dan minyak

4. Refrigerated Air Dryer

a.    Membuat udara agar kering. Setelah melewati alat 2, 3 dan 4, udara menjadi sejuk, bersih dan kering yang dibutuhkan oleh peralatan berikutnya untuk kesempurnaan operasi dari system pneumatic.

5. Air Filter

a.    Menyaring kotoran yang terdapat dalam pipa

b.    Membuang lembab (drain).

6. Air Pressure Reducing Valve

a.    Mengurangi tekanan utama (main) sesuai kebutuhan.

7. Air Lubricators

a.    Menyiram minyak bersih sebagai pelicin cylinder agar tidak cepat haus.

8. Air Silinder

a.    Peredam suara dari pembuangan udara (exhaust)

b.    Menjaga kotoran luar untuk memasuki lubang valve.

9. Air Flow Change Solenoid Valve.

a.    Alat pengatur jalannya udara yang digerakkan oleh listrik (solenoid).

10. Speed Control Valve

a.    Mengatur kecepatan cylinder

11. Air Cylinder

a.    Alat dimana tenaga udara tertekan (compressed air) digunakan untuk mengadakan
pergerakan linear atau rotasi.

Ada 3 Sistem Tekanan pada Sistem Pneumatic

1.             Sistem Tekanan Tinggi

Untuk sistem tekanan tinggi, udara biasanya disimpan dalam tabung metal (Air Storage Cylinder) pada range tekanan dari 1000 – 3000 Psi, tergantung pada keadaan sistem.Tipe dari tabung ini mempunyai 2 Klep, yang mana satu digunakan sebagai klep pengisian, dasar operasi Kompresor dapat dihubungkan pada klep ini untuk penambahan udara kedalam tabung. Klep lainnya sebagai klep pengontrol. Klep ini dapat sebagai klep penutup dan juga menjaga terperangkapnya udara dalam tabung selama sistem dioperasikan.

2.             Sistem Tekanan Sedang.

Sistem Pneumatik tekanan sedang mempunyai range tekanan antara 100 – 150 Psi, biasanya tidak menggunakan tabung udara. Sistem ini umumnya mengambil udara terkompresi langsung dari motor kompresor

3.             Sistem Tekanan Rendah.

Tekanan udara rendah didapatkan dari pompa udara tipe Vane. Demikian pompa udara mengeluarkan tekanan udara secara kontinu dengan tekanan sebesar 1 –10 Psi. ke sistem Pneumatik.

4.             Sistem Sumber Udara Pneumatic

Sumber udara pneumatic merupakan perangkat yang menghasilkan udara pneumati berserta perangkat yang ada pada jalur udara pneumatic.

• Penyedia udara/Kompressor adalah mesin yang menghasilkan udara pneumatic dengan tekanan kerja yang dipakai dalam sistem pneumatic (2,5 ~ 7 bar)
• Tangki atau pengumpul udara/header berupa sistem pengumpul udara pneumatic (storage) sementara sebelum distribusi
• Filter digunakan untuk menyaring udara pneumatic dari kotoran. Penyaring filter ini disesuaikan dengan kebutuhan udara pneumatic
• Driyer /pengering digunakan untuk mengeringkan udara pneumatic dari uap air
• Pemisah air, sistem pemisah air ini biasanya dibuat dalam suatu sistem yang lengkap dengan pressure regulator. Digunakan untuk memisahkan kadar air dalam udara pneumatic
• System pelumas, digunakan untuk aplikasi kusus terhadap instrumentasi pneumatic
• Meter pneumatic /manometer berupa indikator tekanan pada suatu jalur atau tangki pneumatic
• Sumber tekanan berupa terminal dari suatu header atau jalur lain

A.           Katup Kontrol Arah ( KKA )

Katup kontrol arah adalah alat atau instrumentasi pneumatic yang berfungsi sebagai switch/saklar aliran udara. Pensaklaran yang diaplikasikan memiliki banyak sistem, diantaranya memakai coil selenoid, penggerak tangan atau mekanik lain. KKA juga difungsikan sebagai serangkaian fungsi logika atau timer pneumatik. Penggambaran simbol KKA pada sistem peumatik

1.             Simbol

Cara membaca simbol katup pneumatik sebagai berikut :

Simbol-simbol katup kontrol arah sebagai berikut

2.             Penomoran pada Lubang

Sistem penomoran yang digunakan untuk menandai KKA sesuai dengan DIN ISO 5599. Sistem huruf terdahulu digunakan dan sistem penomoran dijelaskan sebagai berikut :

3.             Metode Pengaktifan

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 :

Contoh Simbol Aplikasi KKA sebagai berikut:

Contoh solenoid valve/katup kontrol arah

B.            Actuator Cylinder

Actuator cylinder adalah katup yang digunakan untuk menggerakkan beban berat. Memiliki 2 type, single action dan double action. Single action dimana pergerakan batang aktuator setengahnyadilakukan oleh pegas, sedangkan double action dua pergerakan keluar dankedalam sama dilakukan oleh pneumatic.

Berikut ini adalah symbol dan gambar aktuator System single action, input di bagian belakang pneumatic akan mendorong batang keluar.

Jika udara pneumatic off maka batang kembali kebelakang dengan pegas

System double action, dua input pneumatic digunakan untuk mendorong batang keluar dan kedalam

Berikut ini tabel jenis cylinder lengkap

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.

Pada gambar 3 Rangkaian dasar pengendali silinder kerja tunggal pada keadaan (i) mundur dan (ii) maju. Gambar 3 menunjukkan rangkaian pengendali silinder kerja tunggal menggunakan katup, yaitu katup 3/2 dengan pegas. Pada saat katup tidak aktif, ruang dalam silinder terhubung dengan atmosfer, sehingga karena adanya gaya pegas silinder dalam keadaan mundur seperti ditunjukkan pada Gambar 3(a). Jika katup diaktifkan maka udara bertekanan akan masuk ke silinder dan menghasilkan gaya tekan yang mengatasi gaya pegas sehingga silinder akan bergerak maju seperti terlihat pada Gambar 3(a). Saat ini dalam penggunaannya pneumatik banyak dikombinasikan dengan sistem elektrik. Rangkaian
elektrik berupa saklar, solenoid, dan limit switch digunakan sebagai penyusun sistem kendali katup. Untuk aplikasi yang cukup rumit digunakan PLC (Programmable Logic Controller) yaitu kontroler yang dapat diprogram.

C.            Check Valve

Merupakan valve dengan mekanisme nonreturn, sistem pegas dan katupnya hanya memperbolehkan aliran udara lewat dengan satu arah saja. Check valve ini banyak digunakan

pada rangkaian pengaman2 pneumatic.

Symbol dari chek valve adalah sebagai berikut

Contoh chek valve adalah sebagai berikut:

Perancangan Sistem Kontrol Pneumatik terdapat arsitektur dan bagian-bagian yang menyangkut fungsi kerja alat tersebut. Perancangan sistem kontrol pneumatik mengacu pada diagram alir sistem.Diagram Alir adalah diagram rangkaian harus digambar dengan tata cara penggambaran yang benar. Karena hal ini akan memudahkan seseorang untuk membaca rangkaian, sehingga mempermudah pada saat merangkai atau mencari kesalahan sistem
pneumatik.

Tata letak komponen diagram rangkaian harus disesuaikan dengan
diagram alir dari mata rantai kontrol yaitu sebuah sinyal harus mulai mengalir dari
bawah menuju ke atas dari gambar rangkaian. Elemen yang dibutuhkan untuk
catu daya akan digambarkan pada bagian bawah rangkaian secara simbol
sederhana atau komponen penuh dapat digunakan. Pada rangkaian yang lebih
luas , bagian catu daya seperti unit pemelihara, katup pemutus dan berbagai
distribusi sambungan dapat digambarkan tersendiri.

Diagram alir mata rantai kontrol dan elemen-elemennya digambarkan
sebagai berikut:

A.      Keuntungan Menggunakan Pneumatik

Penggunaan udara kempa dalam sistim pneumatik memiliki beberapa keuntungan antara lain dapat disebutkan berikut ini :

    • Ketersediaan yang tak terbatas, udara tersedia di alam sekitar kita dalam jumlah yang tanpa batas sepanjang waktu dan tempat.

    • Mudah disalurkan, udara mudah disalurkan/pindahkan dari satu tempat ke tempat lain melalui pipa yang kecil, panjang dan berliku.

    • Fleksibilitas temperatur, udara dapat fleksibel digunakan pada berbagai temperatur yang diperlukan, melalui peralatan yang dirancang untuk keadaan tertentu, bahkan dalam kondisi yang agak ekstrem udara masih dapat bekerja.

    • Aman, udara dapat dibebani lebih dengan aman selain itu tidak mudah terbakar dan tidak terjadi hubungan singkat (kotsleiting) atau meledak sehingga proteksi terhadap kedua hal ini cukup mudah, berbeda dengan sistim elektrik yang dapat menimbulkan kostleting hingga kebakaran.

    • Bersih, udara yang ada di sekitar kita cenderung bersih tanpa zat kimia yang   berbahaya dengan jumlah kandungan pelumas yang dapat diminimalkan sehingga sistem pneumatik aman digunakan untuk industri obat-obatan, makanan, dan minuman maupun tekstil

    • Pemindahan daya dan Kecepatan sangat mudah diatur. udara dapat melaj 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 pneumatik putarannya dapat mencapai 30.000 rpm, sedangkan sistim motor turbin dapat mencapai 450.000 rpm.

    • Dapat disimpan, udara dapat disimpan melalui tabung yang diberi pengaman terhadap kelebihan tekanan udara. Selain itu dapat dipasang pembatas tekanan atau pengaman sehingga sistim menjadi aman.

    • Mudah dimanfaatkan, udara mudah dimanfaatkan baik secara langsung missal untuk membersihkan permukaan logam dan mesin-mesin, maupun tidak langsung, yaitu melalui peralatan pneumatik untuk menghasilkan gerakan tertentu.

B.      Kerugian / kelemahan Pneumatik

Selain memiliki kelebihan seperti di atas, pneumatik juga memiliki beberapa

kelemahan antara lain:

    •  Memerlukan instalasi peralatan penghasil udara. Udara kempa harus dipersiapkan secara baik hingga memenuhi syarat. memenuhi kriteria tertentu, misalnya kering, bersih, serta mengandung pelumas yang diperlukan untuk peralatan pneumatik. Oleh karena itu sistem pneumatik memerlukan instalasi peralatan yang relatif mahal, seperti kompressor, penyaring udara, tabung pelumas, pengeering, regulator, dll.

    •  Mudah terjadi kebocoran, Salah satu sifat udara bertekanan adalah ingin selalu menempati ruang yang kosong dan tekanan udara susah dipertahankan dalam waktu bekerja. Oleh karena itu diperlukan seal agar udara tidak bocor. Kebocoran seal dapat menimbulkan kerugian energi. Peralatan pneumatik harus dilengkapi dengan peralatan kekedapan udara agar kebocoran pada sistim udara bertekanan dapat ditekan seminimal mungkin.

    • Menimbulkan suara bising, Pneumatik menggunakan sistim terbuka, artinya udara yang telah digunakan akan dibuang ke luar sistim, udara yang keluar cukup keras dan berisik sehingga akan menimbulkan suara bising terutama pada saluran buang. Cara mengatasinya adalah dengan memasang peredam suara pada setiap saluran buangnya.

    •  Mudah Mengembun, Udara yang bertekanan mudah mengembun, sehingga sebelum memasuki sistem harus diolah terlebih dahulu agar memenuhi