Dasar-dasar Pneumatik dan Sistem Pneumatik

Dasar-dasar Pneumatik dan Sistem Pneumatik

Pneumatik telah lama memainkan peran penting sebagai teknologi dalam kinerja pekerjaan mekanik. Ini juga digunakan dalam pengembangan solusi otomatisasi. Sistem pneumatik mirip dengan sistem hidrolik tetapi dalam sistem ini udara tekan digunakan sebagai pengganti cairan hidrolik.

Sistem pneumatik adalah sistem yang menggunakan udara terkompresi untuk mengirimkan dan mengontrol energi. Sistem pneumatik digunakan secara luas di berbagai industri. Kebanyakan sistem pneumatik bergantung pada pasokan konstan udara terkompresi untuk membuatnya bekerja. Ini disediakan oleh kompresor udara. Kompresor menyedot udara dari atmosfer dan menyimpannya dalam tangki bertekanan tinggi yang disebut penerima. Udara terkompresi ini kemudian disuplai ke sistem melalui serangkaian pipa dan katup.

Kata 'Pneuma' berarti udara. Pneumatik adalah tentang menggunakan udara terkompresi untuk melakukan pekerjaan. Udara terkompresi adalah udara dari atmosfer yang diperkecil volumenya dengan cara kompresi sehingga tekanannya meningkat. Ini digunakan sebagai media kerja biasanya pada tekanan 6 kg/sq mm sampai 8 kg/sq mm. Untuk menggunakan sistem pneumatik, gaya maksimum hingga 50 kN dapat dikembangkan. Aktuasi kontrol dapat berupa aktuasi manual, pneumatik atau elektrik. Udara terkompresi terutama digunakan untuk melakukan pekerjaan dengan bekerja pada piston atau baling-baling. Energi ini digunakan di banyak bidang industri baja.

Keuntungan sistem pneumatik

Sistem pneumatik banyak digunakan di berbagai industri untuk penggerak mesin otomatis. Sistem pneumatik memiliki banyak keuntungan.

• Efektifitas tinggi – Ada pasokan udara tak terbatas di atmosfer untuk menghasilkan udara bertekanan. Juga ada kemungkinan penyimpanan yang mudah dalam volume besar. Penggunaan udara terkompresi tidak dibatasi oleh jarak, karena dapat dengan mudah diangkut melalui pipa. Setelah digunakan, udara terkompresi dapat dilepaskan langsung ke atmosfer tanpa perlu diproses.
• Daya tahan dan keandalan tinggi – Komponen sistem pneumatik sangat tahan lama dan tidak mudah rusak. Dibandingkan dengan komponen gerak listrik, komponen pneumatik lebih tahan lama dan andal.
• Desain sederhana – Desain komponen sistem pneumatik relatif sederhana. Dengan demikian mereka lebih cocok untuk digunakan dalam sistem kontrol otomatis sederhana. Ada pilihan gerakan seperti gerakan linier atau gerakan rotasi sudut dengan kecepatan operasional variabel yang sederhana dan kontinu.
• Kemampuan beradaptasi yang tinggi terhadap lingkungan yang keras – Dibandingkan dengan elemen sistem lain, udara terkompresi kurang terpengaruh oleh suhu tinggi, debu, dan lingkungan korosif, dll. Oleh karena itu, mereka lebih cocok untuk lingkungan yang keras.
• Aspek keselamatan – Sistem pneumatik lebih aman daripada sistem gerak listrik karena dapat bekerja di lingkungan yang mudah terbakar tanpa menyebabkan kebakaran atau ledakan. Selain itu, overloading pada sistem pneumatik hanya menyebabkan sliding atau penghentian operasi. Tidak seperti komponen sistem gerak listrik, komponen sistem pneumatik tidak terbakar atau menjadi terlalu panas saat kelebihan beban.
• Pilihan kecepatan dan tekanan yang mudah – Kecepatan gerakan bujursangkar dan osilasi sistem pneumatik mudah disesuaikan dan tunduk pada beberapa batasan. Tekanan dan volume udara terkompresi dapat dengan mudah diatur oleh pengatur tekanan.
• Ramah lingkungan – Pengoperasian sistem pneumatik tidak menghasilkan polutan. Sistem pneumatik bersih secara lingkungan dan dengan pengolahan udara buang yang tepat dapat dipasang sesuai standar ruang bersih. Oleh karena itu, sistem pneumatik dapat bekerja di lingkungan yang menuntut tingkat kebersihan yang tinggi. Salah satu contohnya adalah jalur produksi sirkuit terpadu.
• Ekonomis – Karena komponen sistem pneumatik tidak mahal, biaya sistem pneumatik cukup rendah. Selain itu, karena sistem pneumatik sangat tahan lama, biaya perawatannya jauh lebih rendah daripada sistem lain.

Batasan sistem pneumatik

Meskipun sistem pneumatik memiliki banyak keuntungan, mereka juga memiliki beberapa keterbatasan. Batasan ini diberikan di bawah ini.

• Akurasi yang relatif rendah – Karena sistem pneumatik ditenagai oleh gaya yang diberikan oleh udara terkompresi, pengoperasiannya bergantung pada volume udara terkompresi. Karena volume udara dapat berubah saat dikompresi atau dipanaskan, pasokan udara ke sistem mungkin tidak akurat, sehingga menyebabkan penurunan akurasi sistem secara keseluruhan.
• Pemuatan rendah – Karena silinder yang digunakan dalam sistem pneumatik tidak terlalu besar, sistem pneumatik tidak dapat menggerakkan beban yang terlalu berat.
• Pemrosesan diperlukan sebelum digunakan – Udara bertekanan harus diproses sebelum digunakan untuk memastikan tidak adanya uap air atau debu. Jika tidak, bagian komponen pneumatik yang bergerak dapat cepat aus karena gesekan.
• Kecepatan gerak tidak merata – Karena udara dapat dengan mudah dikompresi, kecepatan gerak piston relatif tidak merata.
• Kebisingan – Kebisingan biasanya dihasilkan ketika udara terkompresi dilepaskan dari komponen pneumatik.

Komponen sistem pneumatik

Silinder pneumatik, aktuator putar, dan motor udara memberikan gaya dan gerakan untuk sebagian besar sistem pneumatik, untuk menahan, memindahkan, membentuk, dan memproses bahan. Untuk mengoperasikan dan mengontrol aktuator ini, diperlukan komponen pneumatik lainnya seperti unit layanan udara untuk persiapan udara tekan dan katup untuk kontrol tekanan, aliran dan arah pergerakan aktuator. Sistem pneumatik dasar terdiri dari dua bagian utama berikut.

• Sistem produksi, transportasi, dan distribusi udara terkompresi
• Sistem konsumsi udara terkompresi

Komponen utama dari sistem produksi, transportasi, dan distribusi udara tekan terdiri dari kompresor udara, motor listrik dan pusat kendali motor, sakelar tekanan, katup periksa, tangki penyimpanan, pengukur tekanan, pembuangan otomatis, pengering udara, filter, pelumas udara, saluran pipa , dan berbagai jenis katup. Komponen utama sistem konsumsi udara terdiri dari filter intake, kompresor, katup pelepasan udara, pembuangan otomatis, unit servis udara, katup pengarah, aktuator, dan pengatur kecepatan. Komponen dasar sistem pneumatik ditunjukkan pada Gambar 1.

Gbr 1 Komponen utama sistem pneumatik

Filter masuk juga dikenal sebagai filter udara digunakan untuk menyaring kontaminan dari udara.

Kompresor udara mengubah energi mekanik dari motor listrik atau pembakaran menjadi energi potensial dari udara terkompresi. Ada beberapa jenis kompresor yang digunakan dalam sistem udara tekan. Kompresor yang digunakan untuk menghasilkan udara tekan dipilih berdasarkan tekanan pengiriman maksimum yang diinginkan dan laju aliran udara yang diperlukan Jenis kompresor dalam sistem udara tekan adalah (i) kompresor piston atau reciprocating, (ii) kompresor putar, ( iii) kompresor sentrifugal, dan (iv) kompresor aliran aksial. Kompresor reciprocating adalah (i) kompresor piston satu tahap atau dua tahap, dan (ii) kompresor diafragma. Kompresor putar adalah (i) kompresor baling-baling geser, dan (ii) kompresor sekrup.

Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Ini digunakan untuk menggerakkan kompresor udara.

Udara terkompresi yang berasal dari kompresor disimpan di penerima udara. Tujuan dari penerima udara adalah untuk memperlancar aliran berdenyut dari kompresor. Ini juga membantu udara untuk mendinginkan dan memadatkan kelembapan yang ada. Penerima udara harus cukup besar untuk menampung semua udara yang dikirim oleh kompresor. Tekanan di penerima diadakan lebih tinggi dari tekanan operasi sistem untuk mengkompensasi kehilangan tekanan di pipa. Area permukaan penerima yang besar juga membantu menghilangkan panas dari udara terkompresi.

Untuk pengoperasian sistem pneumatik yang memuaskan, udara terkompresi perlu dibersihkan dan dikeringkan. Udara atmosfer terkontaminasi debu, asap dan lembab. Partikel ini dapat menyebabkan keausan pada komponen sistem dan adanya uap air dapat menyebabkan korosi. Oleh karena itu penting untuk mengolah udara untuk menghilangkan kotoran ini. Selanjutnya selama operasi kompresi, suhu udara meningkat. Oleh karena itu pendingin digunakan untuk menurunkan suhu udara terkompresi. Uap air atau uap air di udara dipisahkan dari udara dengan menggunakan separator atau pengering udara.

Pengolahan udara dapat dibagi menjadi tiga tahap. Pada tahap pertama, partikel berukuran besar dicegah memasuki kompresor udara dengan filter intake. Udara yang keluar dari kompresor mungkin lembab dan mungkin bersuhu tinggi. Udara terkompresi dari kompresor diperlakukan pada tahap kedua. Pada tahap ini suhu udara terkompresi diturunkan menggunakan pendingin dan udara dikeringkan menggunakan pengering.

Sistem pengering udara dapat berupa tipe adsorpsi, tipe absorpsi, tipe refrigerasi, atau tipe yang menggunakan membran semi permeabel. Juga filter inline disediakan untuk menghilangkan partikel kontaminan yang ada. Perawatan ini disebut perawatan udara primer. Pada tahap ketiga yaitu proses secondary air treatment dilakukan penyaringan lebih lanjut.

Pelumasan bagian silinder dan katup yang bergerak sangat penting dalam sistem pneumatik. Untuk tujuan ini, pelumas udara tekan digunakan sebelum peralatan pneumatik. Pelumas memperkenalkan kabut halus minyak ke udara terkompresi. Ini membantu dalam pelumasan komponen bergerak dari sistem yang udara terkompresi diterapkan. Grade oli pelumas yang benar biasanya dengan viskositas kinematik sekitar 20-50 centistokes.

Katup kontrol digunakan untuk mengatur, mengontrol, dan memantau untuk mengontrol aliran arah, tekanan, dll. Fungsi utama katup kontrol adalah mempertahankan tekanan hilir yang konstan di saluran udara, terlepas dari variasi tekanan hulu. Karena kecepatan aliran udara terkompresi yang tinggi, ada penurunan tekanan yang bergantung pada aliran antara penerima dan beban (aplikasi). Oleh karena itu tekanan di penerima selalu dijaga lebih tinggi dari tekanan sistem. Di lokasi aplikasi, tekanan diatur agar tetap konstan. Ada tiga cara untuk mengontrol tekanan lokal yang diberikan di bawah ini.

• Pada metode pertama, beban mengalirkan udara ke atmosfer secara terus-menerus. Regulator tekanan membatasi aliran udara ke beban, sehingga mengontrol tekanan udara. Dalam jenis pengaturan tekanan ini, beberapa aliran minimum diperlukan untuk mengoperasikan regulator. Jika beban adalah jenis buntu yang tidak menarik udara, tekanan di penerima naik ke tekanan manifold. Jenis regulator ini disebut sebagai 'regulator non-relieving', karena udara harus melewati beban.
• Pada tipe kedua, beban adalah beban buntu. Namun regulator mengeluarkan udara ke atmosfer untuk mengurangi tekanan. Jenis regulator ini disebut sebagai 'regulator pelepas'.
• Regulator jenis ketiga memiliki beban yang sangat besar. Oleh karena itu kebutuhan volume udaranya sangat tinggi dan tidak dapat dipenuhi dengan menggunakan regulator sederhana. Dalam kasus seperti itu, loop kontrol yang terdiri dari transduser tekanan, pengontrol dan katup ventilasi digunakan. Karena beban besar, tekanan sistem dapat naik di atas nilai kritisnya. Ini dideteksi oleh transduser. Kemudian sinyal tersebut diproses oleh pengontrol yang mengarahkan katup untuk dibuka untuk mengeluarkan udara. Teknik ini juga digunakan ketika sulit untuk memasang katup pengatur tekanan di dekat titik di mana pengaturan tekanan diperlukan.

Silinder udara dan motor adalah aktuator yang digunakan untuk mendapatkan gerakan elemen mekanik sistem pneumatik yang diperlukan. Aktuator adalah perangkat keluaran yang mengubah energi dari udara terkompresi menjadi jenis tindakan atau gerakan yang diperlukan. Secara umum, sistem pneumatik digunakan untuk mencengkeram dan/atau memindahkan operasi di berbagai industri. Operasi ini dilakukan dengan menggunakan aktuator. Aktuator dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis yaitu (i) aktuator linier yang mengubah energi pneumatik menjadi gerak linier, (ii) aktuator putar yang mengubah energi pneumatik menjadi gerak putar, dan (iii) aktuator untuk mengoperasikan katup pengatur aliran - ini digunakan untuk mengontrol aliran dan tekanan cairan seperti gas, uap atau cairan. Konstruksi aktuator linier hidrolik dan pneumatik serupa. Namun mereka berbeda pada rentang tekanan operasi mereka. Tekanan khas silinder hidraulik adalah sekitar 100 kg/mm ​​persegi dan tekanan silinder pneumatik sekitar 10 kg/mm ​​persegi.

Distribusi udara bertekanan

Distribusi yang tepat dari udara terkompresi sangat penting untuk mencapai kinerja yang baik. Beberapa persyaratan penting yang harus dipastikan adalah sebagai berikut.

• Tata letak perpipaan (loop terbuka atau tertutup) dengan jumlah katup pembuangan yang sesuai pada sudut yang berlawanan secara diagonal
• Desain perpipaan memiliki parameter penting seperti diameter pipa untuk aliran tertentu, penurunan tekanan, jumlah dan jenis fitting dan tekanan absolut
• Kemiringan header horizontal utama dari kompresor yang biasanya 1:20
• Lepas cabang dari atas header horizontal dengan U atau 45 derajat
• Penyediaan akumulator dengan saluran pembuangan di bagian bawah semua header vertikal
• Unit layanan udara terhubung di sudut kanan ke header vertikal

Semua komponen pneumatik utama dapat diwakili oleh simbol pneumatik sederhana. Setiap simbol hanya menunjukkan fungsi dari komponen yang diwakilinya, tetapi tidak strukturnya. Simbol pneumatik dapat digabungkan untuk membentuk diagram pneumatik. Diagram pneumatik menggambarkan hubungan antara setiap komponen pneumatik, yaitu desain sistem. Diagram tipikal sistem pneumatik ditunjukkan pada Gambar 2.

Gbr 2 Diagram tipikal sistem pneumatik

Saat menganalisis atau merancang rangkaian pneumatik, empat pertimbangan penting berikut harus diperhitungkan

• Keamanan pengoperasian
• Kinerja fungsi yang diinginkan
• Efisiensi operasi
• Biaya

Penerapan sistem pneumatik

Ada beberapa aplikasi untuk sistem pneumatik. Beberapa di antaranya adalah penekan pneumatik, bor pneumatik, pengoperasian katup sistem untuk udara, air atau bahan kimia, pembongkaran hopper dan bin, peralatan mesin, rammers pneumatik, pengangkatan dan pemindahan benda, pengecatan semprot, penahan jig dan perlengkapan, penahan untuk mematri atau mengelas, membentuk operasi, memukau, pengoperasian peralatan proses, dll.