Prinsip Dasar Kerja Pengendalian Pneumatik

Pengendalian Pneumatik

            Pengendali pneumatic adalah semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan untuk menghasilkan suatu kerja.  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 (dunia perusahaan) (dan 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, pengukur-an, 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.

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 atmosphere 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 atmosphere (dibuang).

Prinsip Dasar Kerja Pneumatik

            Sistem pneumatik adalah suatu sistem yang menggunakan udara sebagai media kerjanya, dimana untuk menghasilkan kerja tersebut udara dimampatkan terlebih dahulu. Sistem-sistem pneumatik terutama terdiri dari suatu kompresor udara atau perapat udara (sumber udara mampat), motor-motor udara mampat (pemakai-pemakai udara mampat) ditambah dengan bagian-bagian pengatur dan pengendali. Untuk lebih jelasnya berikut adalah gambar sistem pneumatik secara rinci.

Gambar Sistem Peumatik

Keterangan gambar:

            1. Kompresor adalah peralatan yang dipergunakan untuk menghasilkan udara kempa, udara akan diserap dan dimampatkan oleh kompresor yang digerakkan oleh motor listrik.

            2. After Cooler, salah satu alat yang digunakan untuk mendinginkan udara kempa dengan menggunaka air atau media lain yang dapat berfungsi sebagai pendingin udara kempa.

            3. Main Line Air Filter, peralatan yang berfungsi untuk mengeleminir debu dan air serta kandungan minyak pada udara kempa.

            4. Refrigerated Air Dryer, alat ini berfungsi untuk mengeringkan udara basah atau udara yang masih mengandung embun atau titk air, sehingga dapat menghasilkan udara kempa yang benar-benar kering.

            5. Air Filter, alat ini dipergunakan untuk menyaring debu yang terbawa oleh air.

            6. Air Pressure Reducing Valve, berfungsi untuk mereduksi udara kempa pada batas yang dikehendaki dan menjaga agar tetap konstan pada saat digunakan.

            7. Air Lubricator, alat ini berfungsi untuk mensuplai pelumas kedalam udara kempa dengan menggunakan aliran udara sehingga peralatan dapat bekerja dengan halus dan bisa digunakan dalam jangka waktu yang panjang.

            8. Air Silincer, berfungsi untuk mereduksi nozel yang timbul sampai pada batas yang aman.

            9. Air Flow (Change Selenoide Valve), berfungsi untuk merubah(mengubah) aliran lkangsung dari kompresor dengan cara membuka atau menutup katup yang menerima singnal elektrik.

            10. Speed Control Valve, berfungsi mengontrol kecepatan silinder dengan mengatur valve aliran dari udara kempa.

            11. Air Cylinder, berfungsi untuk merubah energi udara kempa menjadi gaya yang efektif dan gerakan.

Gambar  Instalasi Pneumatik Sebagai Perubah Energi 

Dari bagan dapat dijelaskan bahwa :

            1. Perubahan energi mekanik dari penggerak (misalnya motor listrik, diesel dan penggerak mekanis lainnya) menjadi energi pneumatik oleh kompresor udara (sumber udara mampat).Energi pneumatik ini dapat dianggap sebagai energi potensial, energi kinetik fluida kerja atau pengangkut (udara mampat).

            2. Perpindahan energi pneumatik oleh udara mampat yang mengalir dari kompresor melalui bagian pengatur atau pengendali (sorong, katup).

            a. ke silinder yang bergerak bolak-balik.

            b. ke motor-motor udara mampat yang berotasi (berputar).

            3. Perubahan energi pneumatik menjadi energi mekanik oleh pemakai udara mampat (silinder atau motor udara mampat). Unsur-unsur pneumatik ini mengubah energi potensial dan energi kinetik dalam udara mampat menjadi energi mekanik yang akan menggerakkan penggerak-penggerak suatu mesin produksi (mesin perkakas, perkakas angkut, mesin produksi dan sebagainya).

Bagian pengatur dan pengendali berfungsi sebagai pembawa arus udara mampat menurut cara-cara yang telah ditetapkan untuk pemakaian-pemakaian udara mampat. Katup (dengan dudukan katup atau dengan sorongan) dapat mengatur tekanan dan kecepatan aliran.

Komponen Sistem Pneumatik

1.       Kompressor

Kompressor digunakan untuk menghisap udara di atmosfer dan menyimpannya kedalam tangki penampung  atau receiver. Kondisi udara dalam atmosfer dipengaruhi oleh suhu dan tekanan.

Kompresor yang biasa digunakan ada 2 macam yaitu :

a.     Kompresor langkah positif (positive-displecement)

Pada kompresor langkah positif ada dua jenis :

1.    Kompresor bolak-balik (reciprocating) input terbagi lagi jadi 2 yaitu : dengan mempergunakan piston (piston compressor) dan dengan mengunakan diapragma (diaphragma compressor).

2.    Kompressor berputar (rotary compressor) terbagi lagi menjadi beberapa bagian yaitu : slinding vane rotary compressor (baling-baling), two axial screw compresor (kompressor ulir) dan root blower.

b.    Kompressor turbo (turbo compressor)

Kompresor ini tidak cocok apabila digunakan sebagai sumber (pengolah) udara yang dimampatkan untuk pneumatik, hal ini disebabkan kerena tekanan udara yang dihasilkan terlalu besar.

2.       Oil and Water Trap

Pneumatik,  tetapi dapat menjadi penyebab serius dari tidak berfungsinya sistem. Fungsi dari Oil and Water Trap adalah sebagai pemisah oli dan air dari udara yang masuk dari kompressor. Jumlah air persentasenya sangat kecil dalam udara yang masuk kedalam sistem

3.       Dehydrator.

Fungsi unit ini adalah sebagai pemisah kimia untuk memisahkan sisa uap lembab yang mana boleh jadi tertinggal waktu udara melewati unit Oil and Water Trap.

4.       The Air Filter

Setelah udara yang dikompresi melewati unit Oil and Water Trap dan unit Dehydrator, akhirnya udara yang dikompresi akan melewati Filter untuk memisahkan udara dari kemungkinan adanya debu dan kotoran yang mana mungkin tedapat dalam udara.

Gambar 2.1 The Air Filter

5.       Restrictor

Restrictor adalah tipe dari pengontrol klep yang digunakan dalam sistem Pneumatik, Restrictor yang biasa digunakan ada dua tipe yaitu : tipe Orifice dan Variable Restrictor.

6.       Pressure Regulator.

Sistem tekanan udara siap masuk pada tekanan tinggi menambah tekanan pada bilik dan mendesak beban pada piston.

Gambar 2.2 Pressure Regulator

Aktuator

Aktuator adalah bagian terakhir dari output suatu sistem kontrol Pneumatik. Output biasanya digunakan untuk mengidentifikasi suatu sistem kontrol ataupun aktuator. Pada Pneumatik, jenis aktuator ada bermacam-macam, diantaranya:

            1. Aktuator gerakan linier:

a.     Silinder aksi tunggal (Single acting cylinder)

Silinder kerja tunggal mempunyai seal piston tunggal yang dipasang pada sisi suplai udara bertekanan. Pembuangan udara pada sisi batang piston silinder dikeluarkan ke  atmosfir melalui saluran pembuangan.

Gambar 2.3 Silinder Aksi Tunggal

b.    Silinder aksi ganda (Double acting cylinder)

Konstruksi silinder kerja ganda adalah sama dengan silinder kerja tunggal, tetapi tidak mempunyai pegas pengembali. Silinder kerja ganda mempunyai dua saluran (saluran masukan dan saluran pembuangan).

Prinsip kerja dari silinder kerja ganda ini dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston (arah maju), sedangkan sisi yang lain (arah mundur) terbuka ke atmosfir,

Gambar 2.4 Silinder Aksi Ganda

2. Aktuator gerakan berputar:

a.     Motor yang digerakkan oleh udara. Motor Pneumatik adalah suatu peralatan Pneumatik yang menghasilkan gerakan putar yang sudut putarnya tidak terbatas bila terhadap peralatan ini dialiri udara yang dimampatkan. Ada 4 jenis motor Pneumatik, yaitu piston motors, sliding vane motors, gear motors, turbin.

b.    Aktuator yang berputar atau gerakan putar.

Katup  Pneumatik

Sistem perangkaian Pneumatik terdiri atas katup-katup yang memiliki fungsi dan kegunaan yang berbeda-beda, diantaranya yaitu:

1.       Katup kontrol arah (Directional Control Valve),

Katup kontrol arah adalah bagian yang mempengaruhi jalannya aliran udara. Aliran udara akan lewat, terblokir atau membuang ke atmosfir tergantung dari lubang dan jalan aliran katup kontrol arah tersebut.

Menurut jenisnya katup pengarah dapat di bagi menjadi beberapa jenis :

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 :

a.       Posisi normal tertutup (N/C): katup belum diaktifkan, pada lubang keluaran tidak ada aliran udara bertekanan yang keluar.

b.       Posisi normal terbuka (N/O): katup belum diaktifkan, pada lubang keluaran sudah ada aliran udara bertekanan yang keluar.

Bagian Utama Sistem Pneumatik

            Dalam sistem pneumatik terdapat beberapa komponen utama, yang sering disebut sebagai elemen kerja. Elemen kerja disini adalah suatu alat pneumatik yang digerakkan dan akan menghasilkan suatu kerja dan usaha, seperti gerak lurus, gerak putar, dan lain sebagainya. Umumnya disebut juga sebagai aktuator (actuator). Jadi prinsipnya udara betekanan yaitu udara kempaan yang sering juga disebut sebagai tenaga pneumatik dirubah menjadi gerakan lurus bolak-balik (straight line reciprocating) oleh silinder pneumatik dan gerakan putar (rotary) oleh motor pneumatic.

Kelebihan dan Kekurangan Pneumatik

            Kelebihan dari alat penumatik yang sangat menonjol adalah karena udara dapat mengembang dengan begitu kuat dan cepat di ruangan yang sempit dalam waktu yang relatif singkat. Berdasarkan itu maka peralatan pneumatik banyak digunakan di indistri-industri dan pabrik-pabrik. Juga karena beberapa bukti yang nyata bahwa dalam berbagai masalah untuk otomatisasi tidak ada media lain yang dapat dipakai secara lebih mudah dan ekonomis.

            Selain dari kelebihan di atas, alat pneumatik juga mempunyai kelebihan-kelebihan lainnya sehingga alat pneumatik seringkali diutamakan dibandingkan alat-alat yang lain. Kelebihan-kelebihan itu antara lain bisa dilihat dari: (Thomas Krist, 1993 : 6-8) (Krist,T, 1993)

1. Fluida kerja yang mudah diperoleh dan mudah ditransfer

            a. Udara dimana saja tersedia dalam jumlah yang tak terhingga.

            b. Saluran-saluran balik tidak diperlukan, karena udara bekas (udara yang telah memuai dan telah             menyerahkan energinya) dapat dibuang bebas.

2. Dapat disimpan dengan baik.

            a. Sumber udara mampat (kompresor) hanya memproduksi udara mampat kalau udara itu memang digunakan, jadi kompresor tidak selalu bekerja.

            b. Pengangkutan dan penyimpanan dari tangki-tangki penampungan juga dimungkinkan.

3. Bersih dan kering.

            a. Udara mampat adalah bersih, jadi kalau ada kebocoran pada saluran pipa benda-benda kerja     ataupun bahan-bahan tidak akan menjadi kotor.

            b. Udara mampat adalah kering, jadi kalau ada kerusakan pipa-pipa tidak akan ada pengotoran-    pengotoran, bintik (stain) minyak dan sebagainya.

4. Tidak peka terhadap suhu.

            a. Udara bersih dapat digunakan sepenuhnya pada suhu-suhu tinggi dan pada nilai-nilai yang       rendah.

            b. Udara mampat juga dapat digunakan di tempat-tempat yang sangat panas.

            c. Peralatan-peralatan atau saluran-saluran pipa dapat digunakan secara aman dalam lingkungan   yang panas sekali.

5. Aman terhadap ledakan dan kebakaran.

            a. Keamanan kerja serta produksi besar dari udara mampat tidak mengandung bahaya kebakaran maupun ledakan.

            b. Alat-alat pneumatik dapat digunakan tanpa dibutuhkan pengamanan yang mahal dan luas.

6. Kesederhanaan (mudah dipelihara)

            a. Karena kontruksinya sangat sederhana, peralatan-peralatan udara mampat hampir tidak peka    gangguan.

            b. Konstruksinya yang sederhana menyebabkan waktu motase (pemasangan) menjadi singkat,      kerusakan-kerusakan seringkali dapat diperbaiki sendiri.

            c. Komponen-komponennya dengan mudah dipasang dan setelah dibuka dapat digunakan            kembali untuk penggunaan-penggunaan lainnya.

7. Konstruksi kokoh.

            Pada umumnya komponen pneumatik kostruksinya kokoh sehingga tahan terhadap gangguan dan perlakuan-perlakuan kasar. Namun demikian, udara bertekanan dan peralatan pneumatik masih tetap juga mempunyai kelemahan-kelemahan.

Kekurangan dari sistem pneumatik antara lain: (Thomas Krist, 1993 : 9-10) 

1. Gangguan suara (bising).

            Udara yang ditiup keluar menyebabkan kebisingan (desisan) terutama dalam ruang-ruang kerja yang sangat mengganggu.

2. Mudah menguap (volatile).

            Udara mampat mudah menguap (volatile). Terutama dalam jaringan udara-udara mampat yang besar dan luas dapat terjadi kebocoran-kebocoran yang banyak dan menyebabkan udara mampat mengalir keluar.

3. Bahaya pembekuan.

            Pada waktu pemuaian (expansion) mendadak dan penurunan suhu yang berkaitan dengan pemuaian mendadak ini, dapat terjadi pembentukan es.

4. Gaya tekan terbatas.

            Udara mampat hanya dapat membangkitkan gaya yang terbatas. Untuk gaya-gaya yang besar pada suatu tekanan bisa dalam jaringan, dan dibutuhkan diameter torak yang besar.

5. Biaya energi tinggi.

            Biaya produksi udara mampat tinggi, oleh karena itu untuk produksi dan distribusi dibutuhkan peralatan-peralatan khusus.