PENDAHULUAN
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.
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).
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)
Susunan sistem pneumatik adalah sebagai
berikut :
a.
Catu daya (energi supply)
b.
Elemen masukan (sensors)
c.
Elemen pengolah (processors)
d.
Elemen kerja (actuators)
Gambar berikut adalah diagram alir dari
aliran sinyal sistem pneumatik :
ELEMEN
KERJA
Keluaran
|
|
AKTUATOR :
Silinder pneumatik
Aktuator Putar
Indikator
|
|
|
ELEMEN KONTROL
AKHIR
Sinyal Kontrol
|
|
ELEMEN KONTROL
Katup Kontrol Arah
|
|
|
ELEMEN
PEMROSES
Sinyal Pemroses
|
|
PROSESOR :
Katup Kontrol
Arah
Elemen Logika
Katup Kontrol
Tekanan
|
|
|
ELEMEN
MASUKAN
Sinyal Masukan
|
|
SENSOR :
Katup Kontrol
Arah
Katup Batas
Tombol
Sensor
Proksimitas
|
|
|
CATU
DAYA
Sumber Energi
|
|
PASOKAN ENERGI :
Kompresor
Tangki
Pengatur Tekanan
Peralatan
Pelayanan Udara
|
|
|
Gambar berikut
adalah rangkaian diagram pneumatik :
Pada
bagian ini akan dibahas keuntungan dan kerugian pemakaian pneumatik, produksi
udara bertekanan yaitu tentang cara mendapatkan udara bertekanan yang kering
dan bersih dan pendistribusian udara bertekanan yang berisi cara menyalurkan
udara bertekanan dari kompresor sampai ke pemakai.
TUJUAN
UMUM PEMBELAJARAN
Setelah
pelajaran selesai peserta harus dapat:
1.
memahami keuntungan dan kerugian pemakaian
energi udara bertekanan,
2.
memahami
fungsi kompresor dan aplikasinya dengan benar,
3.
memahami
udara bertekanan yang dibutuhkan sistem pneumatik,
4.
memahami cara penyimpanan udara bertekanan,
5.
memahami cara pengeringan udara dalam sistem
pneumatik,
6.
memahami cara mendrisbusikan udara bertekanan ke
pemakai,
7.
memahami fungsi unit pemeliharaan pada sistem
pneumatik.
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL
Modul
ini dapat digunakan siapa saja terutama siswa-siswa SMK Bidang Keahlian Teknik
Mesin dan Teknik Elektro yang ingin
mempelajari dasar-dasar pneumatik tentang pendistribusian udara dari kompresor
sampai ke pemakai pneumatik. Khusus
siswa-siswa SMK Bidang Keahlian Teknik Elektro, modul ini dapat memenuhi
tuntutan seperti yang tertulis pada profil kompetensi tamatan .
Modul ini berisi tiga kegiatan pembelajaran yaitu :
·
Kegiatan Belajar 1 : Keuntungan Dan Kerugian Pemakaian Pneumatik
·
Kegiatan Belajar 2 : Produksi Udara Bertekanan
·
Kegiatan Belajar 3 : Distribusi Udara Bertekanan
Setiap kegiatan
belajar berisi informasi teori, lembar latihan dan lembar jawaban. Mulailah
mempelajari modul ini secara urut dari kegiatan 1 sampai kegiatan 3. Sebelum memulai kegiatan selanjutnya,
jawablah pertanyaan-pertanyaan pada lembar jawaban. Jawaban pertanyaan anda
dapat mengukur sendiri sampai sejauh mana anda memahami materi yang
diberikan. Kunci jawaban ada pada lembar
jawaban.
Setelah belajar modul “Pembangkitan dan Pendistribusian
Udara Bertekanan“, anda dapat mempelajari modul selanjutnya yaitu modul
pneumatik tentang “ Komponen-Komponen Kontrol Pneumatik “.
Selamat
belajar !
Kegiatan
Belajar 1
KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN PEMAKAIAN PNEUMATIK
Tujuan Khusus Pembelajaran
Peserta
dapat :
1. menyebutkan
minimal 10 keuntungan pemakaian pneumatik.
- menyebutkan minimal 5 kerugian
pemakaian pneumatik
1.1 Alasan Pemakaian Pneumatik
Persaingan antara peralatan pneumatik
dengan peralatan mekanik, hidrolik atau elektrik makin menjadi besar. Dalam
penggunaannya sistem pneumatik diutamakan karena beberapa hal yaitu :
a. paling banyak dipertimbangkan untuk beberapa
mekanisasi,
b. 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 :
1). 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.
2).
Pesawat-pesawat pneumatik telah mengambil suatu kedudukan monopoli yang penting
pada :
a). rem-rem udara bertekanan untuk mobil angkutan
dan gerbong-gerbong kereta api, alat-alat angkat dan alat-alat angkut.
b).
pistol-pistol ( alat cat semprot, mesin-mesin peniup kaca, berbagai
jenis penyejukan udara, kepala-kepala asah kecepatan tinggi ).
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.
1.2
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.
3).
Suatu daur kerja yang telah dimulai selalu dapat diselesaikan, demikian
pula kalau penyediaan listrik tiba-tiba dihentikan.
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 dansebagainya.
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.
2). Dalam ruang-ruang dengan resiko
timbulnya kebakaran atau ledakan atau gas-gas yang dapat meledak dapat
dibebaskan, alat-alat pneumatik dapat digunakan
tanpa dibutuhkan pengamanan yang mahal dan luas. 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.
j.
Aman
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
1).
Mengembalikan udara bertekanan yang telah digunakan ke sumbernya
(kompresor) tidak perlu dilakukan. Udara bekas dengan segera 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
1).
Dengan katup pengatur aliran, kecepatan dan gaya dapat diatur tanpa bertingkat mulai dari
suatu nilai minimum (ditentukan oleh besarnya 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.
p. 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 :
·
motor pneumatik : motor elektrik = 1 : 8 (sampai 10)
·
motor pneumatik : motor frekuensi
tinggi = 1 : 3 (sampai 4)
q.
Kemungkinan penggunaan lagi (ulang)
Komponen-komponen pneumatik dapat
digunakan lagi, misalnya kalau komponen-komponen ini tidak dibutuhkan lagi
dalam mesin tua.
r.
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.
s.
Fluida kerja murah
Pengangkut energi (udara) adalah gratis
dan dapat diperoleh senantiasa dan dimana saja. Yang harus dipilih adalah suatu
kompresor yang tepat untuk keperluan tertentu; jika seandainya kompresor yang
dipilih tidak memenuhi syarat, maka segala keuntungan pneumatik tidak ada lagi.
1.3
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.
Pemecahan :
·
kesulitan ini seringkali diberikan dengan
mengikutsertakan elemen hidrolik dalam hubungan bersangkutan, tertama pada
pengerjaan-pengerjaan cermat ( bor,
bubut atau frais ) hal ini merupakan suatu alat bantu yang seringkali
digunakan.
b. 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 (silincer)
c.
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.
d.
Kelembaban udara
Kelembaban
udara dalam udara bertekanan pada waktu suhu menurun dan tekanan meningkat
dipisahkan sebagai tetesan air (air embun).
Pemecahan :
·
penggunaan filter-filter untuk
pemisahan air embun (dan juga untuk penyaring kotoran-kotoran).
e.
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
:
·
Batasi pemuaian udara bertekanan dalam
perkakas-perkakas pneumatik.
·
Biarkan udara memuai sepenuhnya pada
saat diadakan peniupan ke luar.
f. 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.
g. Pelumasan udara bertekanan
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.
h.
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.
2). Penyerapan energi pada
tekanan-tekanan kejutan hidrolik dapat memberi
jalan keluar.
i.
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’.
j.
Tidak ada sinkronisasi
Menjalankan dua silinder atau lebih paralel sangat sulit
dilakukan.
k. 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 ) :
·
Elektrik :
Pneumatik = 1 : 10 (sampai 12)
·
Elektrik :
Hidrolik = 1 : 8
(sampai 10)
·
Elektrik :
Tangan = 1 : 400 (sampai 500)
1.4
Pemecahan Kerugian Pneumatik
Pada umumnya, hal-hal yang merugikan dapat dikurangi atau
dikompensasi dengan :
a.
Peragaman yang cocok dari
komponen-komponen maupun alat pneumatik.
b.
Pemilihan sebaik mungkin sistem
pneumatik yang dibutuhkan.
c.
Kombinasi yang sesuai dengan tujuannya
dari berbagai sistem penggerakan dan
pengendalian (elektrik, pneumatik dan
hidrolik).