Pneumatik

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh

Pernahkah kita berfikir tentang bagaimana pentingnya suatu teknologi terhadap lingkungan kita? Tentu sangat penting sekali terutama pada kehidupan sehari-hari kita yang sangat memerlukan suatu teknologi. Sudah tidak heran lagi banyak teknologi yang diciptakan dalam berbagai bidang yang semakin lama semakin canggih tentunya.

Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi telah merambah ke dalam banyak bidang ilmu pengetahuan, tidak terkecuali di bidang Teknik atau Teknik Mesin. Mekanisasi dan otomatisasi sangat diprioritaskan dalam aspek-aspek bidang teknik, terutama teknik mesin. Ini dimaksudkan agar memudahkan dalam mencapai tingkat praktis, efisien, dan presisius. Dalam tulisan ini saya akan membahas tentang sistem Pneumatik dalam dunia teknik sehingga dapat membantu atau memberikan informasi tentang bagaimana sistem ini bekerja dengan baik, berikut penjelasan tentang teknologi Pneumatik pada bidang teknik mesin.

1          Pneumatik


 

1.1       Penjelasan Tentang Pneumatik

            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 pneumatik. Dalam penerapannya, sistem pneumatik digunakan sebagai sistem otomatis.

            Dalam suatu rangakaian pneumatik, udara diluar dihisap ke dalam kompressor dan mengalami kompresi, sehingga memiliki bentuk energi yang kemudian diubah menjadi gerak mekanik (gerak piston).

            Berkaitan dengan ilmu pneumatik yang terus berkembang maka pada kesempatan kali ini kita akan mencoba untuk mempraktikan bagaimana sebenarnya udara itu dimampatkan dan dengan alat bantu apa sehingga semua gagasan mengenai pemanfaatan udara ini bisa diwujudkan

1.      Kelebihan sistem Pneumatik antara lain :

a.       Fluida kerja yang mudah didapat untuk ditransfer.

b.      Dapat disimpan dengan baik.

c.       Penurunan tekanan relatif lebih kecil dibandingkan dengan hidrolik.

d.      Viskositas fluida yang lebih kecil sehingga gesekan dapat diabaikan.

e.       Aman terhadap kebakaran.

2.      Kekurangan sistem Pneumatik antara lain :

a.       Gangguan udara yang bising.

b.      Gaya yang ditransfer terbatas.

c.       Dapat terjadi pengembunan

1.2       Komponen Pendukung Sistem Pneumatik

      1.   Kompresor

     Kompresor digunakan untuk menghisap udara atmosfer dan memampatkannya ke dalam tangki penampung atau receiver, kondisi udara pada atmosfer dipengaruhi oleh suhu dan tekanan, sehingga berlaku :

P . V = M . R₁ . T

Dimana :          P          = Tekanan (Pa)

                                    V         = Volume yang dibutuhkan oleh gas (m²)

                                    M         = Massa molar

                                    R₁        = Konstanta gas spesifik = 287 j/kg.ºK

                                    T           = Temperatur absolut (ºK)

Simbol :

 

 Gambar 1.1 kompresor

Secara garis besar kompressor dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian, yaitu Positive Displacement kompressor, dan Dynamic kompressor, (Turbo), Positive Displacement kompressor, terdiri dari Reciprocating dan Rotary, sedangkan Dynamic kompressor, (turbo) terdiri dari Centrifugal, axial dan ejector, secara lengkap dapat dilihat dari klasifikasi di bawah ini:

1. Kompresor Torak Resiprokal (reciprocating kompressor)

      Kompresor ini dikenal juga dengan kompresor torak, karena dilengkapi dengan torak yang bekerja bolak-balik atau gerak resiprokal. Pemasukan udara diatur oleh katup masuk dan dihisap oleh torak yang gerakannya menjauhi katup. Pada saat terjadi pengisapan, tekanan udara di dalam silinder mengecil, sehingga udara luar akan masuk ke dalam silinder secara alami. Pada saat gerak kompresi torak bergerak ke titik mati bawah ke titik mati atas, sehingga udara di atas torak bertekanan tinggi, selanjutnya di masukkan ke dalam tabung penyimpan udara. Tabung penyimpanan dilengkapi dengan katup satu arah, sehingga udara yang ada dalam tangki tidak akan kembali ke silinder. Proses tersebut berlangsung terus menerus hingga diperoleh tekanan udara yang diperlukan. Gerakan mengisap dan mengkompressi ke tabung penampung ini berlangsung secara terus menerus, pada umumnya bila tekanan dalam tabung telah melebihi kapasitas, maka katup pengaman akan terbuka, atau mesin penggerak akan mati secara otomatis.

Gambar 1.2 Kompresor Torak Resiprokal

b.      Kompresor Torak Dua Tingkat Sistem Pendingin Udara

      Kompresor udara bertingkat digunakan untuk menghasilkan tekanan udara yang lebih tinggi. Udara masuk akan dikompresi oleh torak pertama, kemudian didinginkan, selanjutnya dimasukkan dalam silinder kedua untuk dikompresi oleh torak kedua sampai pada tekanan yang diinginkan. Pemampatan (pengompresian) udara tahap kedua lebih besar, temperatur udara akan naik selama terjadi kompresi, sehingga perlu mengalami proses pendinginan dengan memasang sistem pendingin. Metode pendinginan yang sering digunakan misalnya dengansistem udara atau dengan sistem air bersirkulasi.

Gambar 1.3 Kompresor Torak Dua Tingkat Sistem Pendinginan Udara 

Batas tekanan maksimum untuk jenis kompresor torak resiprokal antara lain, untuk kompressor satu tingkat tekanan hingga 4 bar, sedangkan dua tingkat atau lebih tekanannya hingga 15 bar.

3. Kompresor Diafragma (diaphragma compressor)

Jenis Kompresor ini termasuk dalam kelompok kompresor torak. Namun letak torak dipisahkan melalui sebuah membran diafragma. Udara yang masuk dan keluar tidak langsung berhubungan dengan bagian-bagian yang bergerak secara resiprokal. Adanya pemisahan ruangan ini udara akan lebih terjaga dan bebas dari uap air dan pelumas/oli. Oleh karena itu kompressor diafragma banyak digunakan pada industri bahan makanan, farmasi, obat-obatan dan kimia. Prinsip kerjanya hampir sama dengan kompresor torak. perbedaannya terdapat pada sistem kompresi udara yang akan masuk ke dalam tangki penyimpanan udara bertekanan. Torak pada kompresor diafragma tidak secara langsung menghisap dan menekan udara, tetapi menggerakkan sebuah membran (diafragma) dulu. Dari gerakan diafragma yang kembang kempis itulah yang akan menghisap dan menekan udara ke tabung penyimpan.

Gambar 1.4 Kompresor Diafragma

4. Kompressor Rotari Baling-baling Luncur

      Secara eksentrik rotor dipasang berputar dalam rumah yang berbentuk silindris, mempunyai lubang-lubang masuk dan keluar. Keuntungan dari kompressor jenis ini adalah mempunyai bentuk yang pendek dan kecil, sehingga menghemat ruangan. Bahkan suaranya tidak berisik dan halus dalam, dapat menghantarkan dan menghasilkan udara secara terus menerus dengan mantap. Baling-baling luncur dimasukkan ke dalam lubang yang tergabung dalam rotor dan ruangan dengan bentuk dinding silindris. Ketika rotor mulai berputar, energi gaya sentrifugal baling-balingnya akan melawan dinding. Karena bentuk dari rumah baling-baling itu sendiri yang tidak sepusat dengan rotornya maka ukuran ruangan dapat diperbesar atau diperkecil menurut arah masuknya (mengalirnya) udara.

 Gambar 1.5 Kompresor Rotari Baling-baling Luncur (Festo Transparan)

5. Kompresor Sekrup (Screw)

           Kompressor Sekrup memiliki dua rotor yang saling berpasangan atau bertautan (engage), yang satu mempunyai bentuk cekung, sedangkan lainnya berbentuk cembung, sehingga dapat memindahkan udara secara aksial ke sisi lainnya. Kedua rotor itu identik dengan sepasang roda gigi helix yang saling bertautan.

Gambar 1.6 Kompresor Sekrup

      Jika roda-roda gigi tersebut berbentuk lurus, maka kompressor ini dapat digunakan sebagai pompa hidrolik pada pesawat-pesawat hidrolik. Roda-roda gigi kompressor sekrup harus diletakkan pada rumah-rumah roda gigi dengan benar sehingga betul-betul dapat menghisap dan menekan fluida.

f.          Kompressor Sayap Kupu-kupu ( Root Blower )

Kompressor jenis ini akan mengisap udara luar dari satu sisi ke sisi yang lain tanpa ada perubahan volume. Torak membuat penguncian pada bagian sisi yang bertekanan. Prinsip kompresor ini ternyata dapat disamakan dengan pompa pelumas model kupu-kupu pada sebuah motor bakar. Beberapa kelemahannya adalah: tingkat kebocoran yang tinggi. Kebocoran terjadi karena antara baling-baling dan rumahnya tidak dapat saling rapat betul. Berbeda jika dibandingkan dengan pompa pelumas pada motor bakar, karena fluidanya adalah minyak pelumas maka film-film minyak sendiri sudah menjadi bahan perapat antara dinding rumah dan sayap-sayap kupu itu. Dilihat dari konstruksinya, Sayap kupu-kupu di dalam rumah pompa digerakan oleh sepasang roda gigi yang saling bertautan juga, sehingga dapat berputar tepat pada dinding.

Gambar 1.7 Kompressor Model Root Blower

g.      Kompresor Aliran (Turbo Kompressor)

      Jenis kompresor ini cocok untuk menghasilkan volume udara yang besar. Kompresor aliran udara ada yang dibuat dengan arah masuknya udara secara aksial dan ada yang secara radial. Arah aliran udara dapat dirubah dalam satu roda turbin atau lebih untuk menghasilkan kecepatan aliran udara yang diperlukan. Energi kinetik yang ditimbulkan menjadi energi bentuk tekanan.

h.      Kompressor Aliran Radial

      Percepatan yang ditimbulkan oleh kompressor aliran radial berasal dari ruangan ke ruangan berikutnya secara radial. Pada lubang masuk pertama udara dilemparkan keluar menjauhi sumbu. Bila kompresornya bertingkat, maka dari tingkat pertama udara akan dipantulkan kembali mendekati sumbu. Dari tingkat pertama masuk lagi ke tingkat berikutnya, sampai beberapa tingkat sesuai yang dibutuhkan. Semakin banyak tingkat dari susunan sudut-sudut tersebut maka akan semakin tinggi tekanan udara yang dihasilkan. Prinsip kerja kompressor radial akan mengisap udara luar melalui sudu-sudu rotor, udara akan terisap masuk ke dalam ruangan isap lalu dikompressi dan akan ditampung pada tangki penyimpanan udara bertekanan hingga tekanannya sesuai dengan kebutuhan.

Gambar 1.8 Kompresor Aliran Radial

i.        Kompresor Aliran Aksial

      Pada kompresor aliran aksial, udara akan mendapatkan percepatan oleh sudu yang terdapat pada rotor dan arah alirannya ke arah aksial yaitu searah (sejajar) dengan sumbu rotor. Jadi pengisapan dan penekanan udara terjadi saat rangkaian sudut-sudut pada  rotor itu berputar secara cepat. Putaran cepat ini mutlak diperlukan untuk mendapatkan aliran udara yang mempunyai tekanan yang diinginkan.

      Teringat pula alat semacam ini adalah seperti kompresor pada sistem turbin gas atau mesin – mesin pesawat terbang turbo propeller. Bedanya, jika pada turbin gas adalah menghasilkan mekanik putar pada porosnya. Tetapi, pada kompresor ini tenaga mekanik dari mesin akan memutar rotor sehingga akan menghasilkan udara bertekanan.

Gambar 1.9 Kompresor Aliran Aksial

2. Kompresor Air Filter

      Kompressor air filter berfungsi sebagai penyaring udara yang digunakan pada sistem dengan memisahkan partikel – partikel air dan debu dari udara.

Simbol :

 
Gambar 1.10 Kompresor Air Filter

3. Katup 3/2 (3/2 Way Valve)

            Berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk mengatur arah aliran dari fluida.

            Simbol:

		Gambar 1.11 katup 3/2

4. Katup 5/2 (5/2 Valve)

            Berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk mengatur arah aliran dari fluida.

       Simbol :

 Gambar 1.12 Katup 5/2

5. Katup Pengatur Aliran Searah ( One Way Flow Control )

      Berfungsi sebagai pengatur debit aliran fluida, sehingga dapat mempengaruhi kecepatan silinder.

       Simbol :

     Gambar 1.13 Katup Pengatur Aliran Searah

6. Katup gerbang Logika “AND”

    Berfungsi sebagai switch yang berkerja apabila terjadi tekanan pada kedua lubangnya.

    Simbol :

 Gambar 1.14 Katup Gerbang Logika "AND"

7. Katup Gerbang Logika “OR”

      Berfrungsi sebagai switch yang berkerja apabila terjadi tekanan pada salah satu lubangnya saja.

Simbol :

 Gambar 1.15 Katup Gerbang Logika "OR"

8. Time Delay Valve

            Berfungsi untuk menunda kerja dari silinder.

Simbol :

  Gambar 1.16 Gambar Time Delay valve

9. Tabung Gerak Tunggal ( Single Acting Cylinder )

      Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir. Pada SAC ini silinder bergerak maju dengan tekanan dan kembali secara otomatis karena pengaruh kerja pegas di dalamnya.

Simbol :

 Gambar 1.17 SAC

10. Tabung Gerak Ganda (Double Acting Cylinder)

      Berfungsi sebagai elemen penggerak akhir. Pada DAC ini silinder bergerak maju tanpa bisa kembali lagi secara otomatis, silinder ini akan kembali ke posisi awalnya setelah mendapatkan tekanan fluida dari arah yang berlawanan.

Simbol :

Gambar 1.18 DAC

 

11. Pressure Relief

      Berfungsi sebagai saklar otomatis, komponen ini berkerja apabila tekanan pada tabung di dalam komponen telah mencapai tekanan maksimum, maka udara akan mengalir dan mengaktifkan katup 3/2 yang juga terdapat di dalam komponen pressure relief ini.

Simbol :

 Gambar 1.19 Pressure Relief

12. Pressure Gauge

      Berfungsi sebagai alat pengukur tekanan fluida (udara) pada sistem pengontrol pneumatik.

Simbol:

 Gambar 1.20 Pressure Gauge

1.3       Aplikasi Penggunaan Pneumatik

Penggunaan udara bertekanan sebenarnya masih dapat dikembangkan untuk berbagai keperluan proses produksi, misalnya untuk melakukan gerakan mekanik yang selama ini dilakukan oleh tenaga manusia, seperti menggeser, mendorong, mengangkat, menekan, dan lain sebagainya. Gerakan mekanik tersebut dapat dilakukan juga oleh komponen pneumatik, seperti silinder pneumatik, motor pneumatik, robot pneumatik translasi, rotasi maupun gabungan keduanya. Perpaduan dari gerakan mekanik oleh aktuator pneumatik dapat dipadu menjadi gerakan mekanik untuk keperluan proses produksi yang terus menerus (continue), dan flexibel. Pemakaian pneumatik dibidang produksi telah mengalami kemajuan yang pesat, terutama pada proses perakitan (manufacturing), elektronika, obat-obatan, makanan, kimia dan lainnya.

Pemilihan penggunaan udara bertekanan (pneumatik) sebagai sistim kontrol dalam proses otomasinya, karena pneumatik mempunyai beberapa keunggulan, antara lain: mudah diperoleh, bersih dari kotoran dan zat kimia yang merusak, mudah didistribusikan melalui saluran (selang) yang kecil, aman dari bahaya ledakan dan hubungan singkat, dapat dibebani lebih, tidak peka terhadap perubahan suhu dan sebagainya. Udara yang digunakan dalam pneumatik sangat mudah didapat/diperoleh di sekitar kita. Udara dapat diperoleh dimana saja kita berada, serta tersedia dalam jumlah banyak. Selain itu udara yang terdapat di sekitar kita cenderung bersih dari kotoran dan zat kimia yang merugikan. Udara juga dapat dibebani lebih tanpa menimbulkan bahaya yang fatal. Karena tahan terhadap perubahan suhu, maka penumatik banyak digunakan pula pada industri pengolahan logam dan sejenisnya. Secara umum udara yang dihisap oleh kompressor, akan disimpan dalam suatu tabung penampung. Sebelum digunakan udara dari kompressor diolah agar menjadi kering, dan mengandung sedikit pelumas. Setelah melalui regulator udara dapat digunakan menggerakkan katub penggerak (aktuator), baik berupa silinder/stang torak yang bergerak translasi, maupun motor pneumatik yang bergerak rotasi. Gerakan bolak balik (translasi), dan berputar (rotasi) pada aktuator selanjutnya digunakan untuk berbagai keperluan gerakan yang selama ini dilakukan oleh manusia atau peralatan.

1.5       Efektifitas Pneumatik

Sistim gerak dalam pneumatik memiliki optimalisasi/efektifitas bila digunakan pada batas-batas tertentu. Adapun batas-batas ukuran yang dapat menimbulkan optimalisasi penggunaan pneumatik antara lain: diameter piston antara 6 s/d 320 mm, panjang langkah 1 s/d 2.000 mm, tenaga yang diperlukan 2 s/d 15 bar, untuk keperluan pendidikan biasanya berkisar antara 4 sampai dengan 8 bar, dapat juga bekerja pada tekanan udara di bawah 1 atmosfer (vacuum), misalnya untuk keperluan mengangkat plat baja dan sejenisnya melalui katup karet hisap flexibel. 

 

Penggunaan silinder pneumatik biasanya untuk keperluan antara lain: mencekam benda kerja, menggeser benda kerja, memposisikan benda kerja, mengarahkan aliran material ke berbagai arah. Penggunaan secara nyata pada industri antara lain untuk keperluan: membungkus (verpacken), mengisi material, mengatur distribusi material, penggerak poros, membuka dan menutup pada pintu, transportasi barang, memutar benda kerja, menumpuk/menyusun material, menahan dan menekan benda kerja. Melalui gerakan rotasi pneumatik dapat digunakan untuk, mengebor, memutar mengencangkan dan mengendorkan mur/baut, memotong, membentuk profil plat, menguji, proses finishing (gerinda, pasah, dll.)

            Demikianlah informasi tentang Pneumatik yang bisa saya bagikan memoga bermanfaat agar kita dapat mengerti sedikit informasi tentang teknologi Pneumatik dalam bidang teknik mesin sehingga kita dapat menghasilkan suatu teknologi yang terbaru.

Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh

Sumber: 
→MODUL PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN LABORATURIUM TEKNIK MESIN MENENGAH UNIVERSITAS GUNADARMA

→https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwidqM6F1ajRAhWJOo8KHfTyCaQQjB0IBg&url=http%3A%2F%2Fyohan46.blogspot.com%2F2012%2F05%2Fdiagram-pada-proses-pneumatik.html&psig=AFQjCNHsK3TboPutryPGB5QgAbRqQKFMJw&ust=1483624705594306

→ https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwifj53J1ajRAhUDpY8KHflTCbcQjB0IBg&url=http%3A%2F%2Fsyoiful.blogspot.com%2F2015%2F01%2Fpneumatik-electro-pneumatik.html&psig=AFQjCNHsK3TboPutryPGB5QgAbRqQKFMJw&ust=1483624705594306