BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Masalah Kemajuan teknologi dewasa ini membuat indusri-industri modern berupaya untuk meningkatkan kualitas, kuantitas dan efektivitas produk-produk yang mereka hasilkan.
Oleh
karena
itu
industri-industri
modern
tersebut
memerlukan
pengotomatisasian secara kontinyu dan sistem yang banyak digunakan pada saat sekarang ini adalah pneumatik. Hal ini dikarenakan pneumatik mempunyai beberapa keuntungan yang tidak dipunyai oleh sistem lain. Walaupun dewasa ini dunia industri didalam pencapaian efisiensi yang tinggi, menggabungkan sistem pneumatik dengan sistem elektrik, elektronik, hidrolik, dan mekanik. Pada industri-industri yang bergerak di bidang yang ada kaitannya dengan pengisian cairan dalam suatu tempat atau wadah ( diambil contoh pengisian air dalam galon ), memerlukan suatu proses otomatisasi dalam pelaksanaannya untuk pencapaian target produksi yang diinginkan dan mempermudah pelaksanaan proses produksi. Walaupun mungkin di dalam industri-industri tersebut telah menggunakan sistem otomatisasi yang lebih canggih dalam pelaksanaannya, tetapi pada kesempatan penyusunan skripsi ini penulis bermaksud ingin menciptakan suatu sistem tersendiri dengan imajinasi, daya pikir, pengetahuan, ilmu dan kemampuan yang penulis miliki dan dapatkan selama menempuh pendidikan di Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa dan study lapangan secara langsung di dunia industri. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin menciptakan suatu sistem yaitu otomatisasi pengisian air dalam kemasan, dengan perpaduan gabungan sistem pneumatik, mekanik dan control otomatisasi squence. Pada penyusunan makalah ini penulis memilih judul “ Perancangan Sistem Pneumatik Pada Proses Otomatisasi Pengisian Air Dalam Kemasan”. Dengan judul tersebut penulis mencoba untuk membahas tentang sistem otomatisasi pneumatik pada alat-alat industri, khususnya industri-industri yang bergerak dalam bidang yang ada kaitannya dengan pengisian cairan dalam wadah atau botol / gallon sebagai hasil produknya, dengan sistem yang sederhana dan efesien.
1.2 Manfaat dan Tujuan Adapun manfaat dan tujuan penyusunan makalah ini adalah: A. 1.
Secara umum memperkaya sistem-sistem otomatisasi dalam dunia industri dengan trobosantrobosan baru yang lebih efektif dan efesien.
2.
Pengembangan ilmu teknologi untuk mencapai tujuan pembelajaran ke dalam dunia industri yang nyata.
B.
Bagi civitas akademik Sebagai bahan pertimbangan dalam mengevaluasi proses belajar mengajar pada program studi sehingga dapat diterapkan di lapangan, dan untuk menambah referensi sebagai rekomendasi penelitian yang akan dilaksanakan di waktu yang akan datang, yang berhubungan dengan : Perhitungan Daya pompa, Penentuan sebuah silinder Pneumatik, perhitungan konveyor.
C.
Bagi penulis
1. Sebagai tugas makalah mekatronika. 2. Memperdalam dan memantapkan pengetahuan serta pemahaman penulis tentang ilmu yang telah diterima selama mengikuti pelajaran mekatronika. 3. Melatih penulis untuk menganalisa suatu masalah secara ilmiah dan memberikan solusi yang tepat guna sesuai dengan disiplin ilmu yang dimiliki secara rinci dan dapat dipertanggung jawabkan. 4. Melatih penulis agar dapat manyusun laporan kerja yang akan dihadapinya nanti dengan tepat waktu, jelas dan sistematis. 1.3
Ruang Lingkup Masalah Materi yang akan disajikan dalam penyusunan makalah ini meliputi masalah tentang: proses dan cara kerja alat-alat pneumatik, system control dasar otomatisasi, prinsip dan cara kerja rangkaian alat, perhitungan daya motor listrik yang akan dipergunakan untuk konveyor, perhitungan cylinder pneumatik dan penghitungan waktu untuk setting timmer sesuai dengan volume pengisian.
BAB II TEORI DASAR II.1 DASAR PNEUMATIK II.1.1 Perkembangan Teknik Pemakaian Udara Mampat Udara mampat dikenal juga sebagai udara bertekanan, tentu saja tekanan yang dimaksud di sini adalah tekanan yang memenuhi batas-batas tertentu. Menurut hukum alam, udara yang bertekanan mempunyai energi dan menurut sejarahnya udara bertekanan dapat dibuktikan sebagai salah satu bentuk tenaga tertua yang dikenal manusia untuk mempertinggi kemampuan fisiknya. Salah satu contoh pemakaian udara bertekanan yang sudah ditemukan nenek moyang beberapa abad yang lalu dan sampai sekarang masih banyak digunakan di Negara-negara ketiga sampai Negaranegara yang telah mempunyai teknologi tinggi adalah baling-baling atau kipas angin. Energi yang didapat dari hembusan udara, diubah menjadi energi mekanik (putar) lewat sudu-sudu atau kincir angin. Energi mekanik di sini kemudian berfungsi untuk menggerakan pesawat-pesawat pembangkit seperti generator listrik dan lain sebagainya. Penggunaan udara sebagai media energi karena udara murah dan mudah didapat di alam atmoshper dan juga mudah dibuang di sembarang tempat tanpa menimbulkan pencemaran di lingkungan sekitarnya. Orang pertama yang menggunakan alat pneumatik adalah orang Yunani yang bernama KTESIBIOS. Lebih dari 2005 tahun yang lalu ia membangun suatu perangkat yang menggunakan perangkat gerakan atau jepretan yang ditimbulkan oleh udara mampat. Diantara buku-buku pertama mengenai teknik pemakaian udara mampat sebagai energi adalah diawali pada abad pertama tarikh masehi dan yang menggambarkan peralatan atau perlengkapan yang digerakan oleh energi udara yaitu pesawat yang menggunakan energi panas. Istilah “pneuma” diperoleh dari istilah yunani kuno dan mempunyi arti napas atau tiupan, dan menurut phylosophi istilah “pneumatics” adalah ilmu yang mempelajari tentang gerakan perpindahan udara dan gejala atau fenomena udara, yang diperoleh dari kata “pneuma”. Sekalipun prinsip dasar dari pneumatik digolongkn antara pikiran manusia paling awal, tetapi telah diteliti secara sistematis. Pemakaian alat-alat pneumatik dalam produksi secara nyata pada industri berawal pada sekitar tahun 50-an sampai
sekarang ini. Pada awal mula pemakaian di industri antara lain seperti dalam industri pertambangan, industri pekerjaan-pekerjaan konstruksi, dan pada perkereta-apian yakni sebagai rem angin. Prinsip dasar dari pneumatik dalam industri di seluruh dunia, sebenarnya dimulai hanya ketika industri-industri itu membutuhkan otomatisasi dan rasionalisasi rangkaian operasional secara kontinyu, untuk mempertinggi angka produktivitas dengan biaya yang lebih murah. Meskipun pada permulaan munculnya mengalami hambatan dan penolakan, terutama adalah karena ketidaktahuan dan rendahnya bidang pendidikan, tetapi pemakaian dalam bidang pneumatik cenderung lebih meningkat dan berkembang. Sekarang ini tidak mungkin dalam industri-industri modern tanpa menggunakan teknik udara mampat. Perangkat yang menggunakan teknik udara mampat dipasang dalam hampir semua cabang-cabang industri, seperti industri perakitan, pengecoran, karoseri, pertambangan, pekerjaan-pekerjaan konstruksi, pembentukan, sampai pada industri makanan dan kosmetik. Tidak mustahil apabila menginginkan peralatan yang mempunyai efisiensi yang lebih tinggi, alat-alat pneumatik dalam kontrolnya dikombinasikan dengan sistem kontrol elektrik, elektronik, dan hidrolik. Karena dalam tujuan-tujuan tertentu kombinasi pemakaian sistem kontrol lebih dari dua atau tiga akan menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi. Energi yang ditimbulkan oleh udara bertekanan selain mudah mendapatkan dan membuangnya, juga mudah untuk mengangkut dan menyimpannya. Adapun ciri-ciri dari pada perangkat sistem pneumatik yang tidak dipunyai oleh sistem alat yang lain adalah sebagai berikut: 1.
Pemompaan, udara disedot atau dihisap dari atmosphere, kemudian dimampatkan (kompresi) sampai batas tekanan kerja yang diinginkan.
2.
Pendinginan atau penyimpanan, udara hasil pemompaan yang suhunya naik harus disimpan dan didinginkan dalam keadaan bertekanan sebelum disalurkan ke objek yang memerlukan.
3.
Ekspansi (pengembangan), udara diperbolehkan berekspansi dan melakukan kerja ketika diperlukan.
4.
Pembuangan, udara hasil ekspansi kemudian dibebaskan lagi ke atmosphere (pembuangan bebas).
II.1.2 Keuntungan Penggunaan Udara Mampat Udara mampat banyak digunakan karena mempunyai sifat-sifat yang sangat menguntungkan, diantaranya: 1.
Jumlah Udara tersedia secara praktis dimana saja untuk dimampatkan dalam jumlah yang tak terbatas.
2.
Pengangkutan Udara dengan mudah dapat diangkut dalam pipa-pipa saluran, sekalipun dalam jarak yang jauh. Tidak perlu untuk mengembalikan udara mampat tersebut ke tangki penyimpan semula, tetapi selesai dipakai kemudian dapat langsung dibuang tanpa mengotori lingkungan.
3.
Dapat Disimpan Kompresor tidak perlu dihidupkan secara terus-menerus. Udara mampat dapat disimpan dalam reservoir atau tabung penyimpan, dan sewaktu-waktu dapat digunakan dari reservoir.
4.
Suhu Suhu udara mampat tidak begitu peka (sensitive) terhadap perubahan suhu. Hal ini akan menjamin dalam proses pengoperasian, walaupun di bawah kondisi perbedaan suhu yang besar.
5.
Tahan Ledakan Udara mampat tidak terlalu memberikan risiko terhadap letusan maupun api, oleh karena itu murah terhadap biaya perlindungan melawan bahaya letusan jika diperlukan.
6.
Kebersihan Udara mampat selalu bersih, maka dari itu udara yang keluar karena kebocoran pipa atau bidang lain tidak menimbulkan kontaminasi atau pengotoran terhadap lingkungan. Kebersihan sangat diperlukan terutama dalam industri makanan, pengerjaan kayu, tekstil, industri-industri kulit, dan lain-lain.
7.
Kontruksi Pengoperasian bagian-bagiannya ada dalam kontruksi yang sederhana, oleh karena itu, lebih murah biaya pengoperasiannya.
8.
Kecepatan
Dengan udara mampat merupakan media kerja yang sangat cepat. Ini memungkinkan kecepatan kerja tinggi dapat dicapai. 9.
Dapat Disesuaikan Dengan komponen-komponen udara mampat, kecepatan dan daya mampu diubahubah sesuai dengan kebutuhan.
10.
Aman Alat-alat pneumatik dan bagian-bagian yang mengoperasikannya dapat dipasang suatu pengaman pada batas kemampuan maksimum. Oleh karena itu, walaupun terjadi beban lebih akan selalu tetap aman. Tetapi selain sifat-sifat yang menguntungkan tersebut, ada juga kekurangankekurangan yang dimiliki oleh udara mampat, yaitu:
1.
Persiapan Perangkat udara mampat memerlukan persiapan yang baik dan teliti. Kotoran dan kelembaban udara tidak boleh masuk, terutama pada pemakaian komponenkomponen pneumatik.
2.
Gaya Udara mampat hanya ekonomis sampai pada persyaratan gaya tertentu dibawah tekanan kerja normal 700 kpa / 7bar / 101,5 psi, dan tergantung pada gerakan serta kecepatan, batasnya adalah dibawah 45.000 N selebihnya beban itu harus menggunakan hydroulik system. (Festo;Katalog Technical Information;22)
3.
Pembuangan Udara Pada saluran pembuangan ke atmosphere menimbulkan suasana yang bising dan keras.
Meskipun
demikian,
masalah
itu
dapat dipecahkan
sebagian
oleh
perkembangan teknik bahan peredam suara. 4.
Biaya Teknik udara mampat relative memerlukan alat-alat mahal untuk dapat menimbulkan suatu tenaga. Komponen-komponen mahal agar dapat menghasilkan energi yang tinggi sebagian dapat diganti oleh komponen-komponen yang murah dengan hasil guna yang lebih tinggi (jumlah langka). II.1.3 Prinsip-Prinsip Dasar Secara Fisika
Seluruh permukaan bumi ditutupi oleh lapisan udara, dengan komposisi campuran gas sebagai berikut: a.
Nitrogen 78% dari volume.
b.
Oksigen 21% dari volume. Selain itu juga berisi karbon dioksida, argon, hidrogen, neon, helium, cripton, dan xenon. Untuk membantu dan mempermudah mengetahui hukum alam dan juga sifatsifat dari udara, besaran-besaran fisika yang digunakan diklasifikasikan dalam sistem satuan. Dengan maksud memberikan kejelasan dan menghilangkan definisi-definisi yang membingungkan. Ilmuan-ilmuan dalam bidang teknik dan fisika dari hampir seluruh dunia sepakat menyeragamkan sistem satuan tersebut dalam sistem internasional yang disebut “International System of Unit” dan disingkat “SI”. Berikut di bawah ini adalah istilah-istilah dan satuan-satuan yang sering digunakan dalam pneumatik: a.
Besaran Pokok Tabel 2.1.1 Besaran Pokok (K.Gieck; 2005; XI) Satuan dan Simbol Satuan
Simbol/
Satuan
Singkatan
Sistem Teknik
Sistem SI
Panjang
ℓ
meter (m)
meter (m)
Massa
m
kp.s2
Kilogram (kg)
Waktu
t
m
second (s)
Suhu
T
second (s)
Kelvin (K)
Arus listrik
I
derajat C (0C)
Ampere (A)
Intensitas Cahaya
Iv
Ampere (A)
candela (cd)
Jumlah Zat
n
mole (mol)
b. Besaran Turunan Tabel 2.1.2 Besaran Turunan (Drs.Budi purwanto,Msi; 2003; 7) Satuan
Simbol/ Singkatan
Satuan dan Simbol Satuan Sistem Teknik
Sistem SI
Gaya
F
Kilopound (kp)
Luas
A
meter bujur Sangkar (m2)
Isi
V
meter kubik (m3)
Debit
Q
(m / s)
Tekanan
P
atmosphere (at)
1kg. m s2 1N = Newton (N)
3
meter bujur sangkar (m2)
(kgf/ cm2) meter kubik (m3) (m3/ s) Pascal (pa) 1 pa = 1 N/ m2(bar)
1 bar = 105pa = 100kPa = 14,5 psi II.1.3.1 Analisa Aliran Fluida Udara yang melewati saluran dengan luas penampang A (m2) dengan kecepatan udara mengalir V (m/s), maka akan memiliki debit aliran Q (m3/s) sebesar A (m2) x V (m/s). Debit Aliran Udara (Q)
Q (m3/s) = A (m2) . V (m/s)…… (1) (Andrew parr,Msc; 2003; 20) Bila udara melalui saluran yang memiliki perbedaan luas penampang A, maka debit udara akan tetap, namun kecepatannya akan berubah, sebanding dengan perubahan luas penampangnya Q1 = Q2. II.1.3.2 Gaya Torak Besarnya gaya suatu silinder ditentukan oleh besarnya tekanan yang diberikan terhadap silinder tersebut dan juga luas penampang dari piston torak itu sendiri.
Gambar 2.1.2 Analisa gaya torak (Andrew parr,Msc; 2003; 11)
… (2) (Andrew parr,Msc; 2003; 11) Dimana,
F
= Gaya ……( N )
P
= Tekanan …..( N/m2)
A = Luas penampang tekanan ……( m2) II.1.3.3 Udara yang diperlukan Silinder Suatu silinder memerlukan jumlah debit udara tertentu untuk melakukan kerja sesuai dengan yang diharapkan.
……(3) (Drs.Wirawan,MT;2004;494) Dimana,
Q = Debit aliran (m3/menit) A = Luas penampang silinder ( m2) S
= Panjang langkah torak ( m )
Pe = Tekanan operasional ( N/m2) Patm = Tekanan atmosfer (101325 N/m2) n
= Banyaknya langkah ( kali/menit)
Udara tidak mempunyai bentuk yang khusus, ia berubah-ubah bentuk dengan sedikit hambatan yakni mengambil bentuk yang sesuai dengan sekelilingnya. Udara dapat dimampatkan berbeda dengan media fluida atau cairan yang tidak dapat dimampatkan. Perbedaan utama system pneumatic dengan system hidroulik adalah
media yang digunakan, system pneumatic menggunakan udara dan system hidroulik menggunakan media fluida ( air, oli dll). Secara prinsip kerja, system pneumatic dan system hidroulik tidak jauh berbeda. II.1.3.4 Energi Fluida yang mengalir Cairan atau fluida yang mengalir mempunyai energy yang dapat dibedakan menjadi 3 yaitu : 1.Energi potensial Karena letaknya diatas permukaan air laut dan karena percepatan grafitasi, maka cairan mempunyai energi potensial. 2.Energi tekan Karena cairan yang mengalir dengan terkanan dapat melakukan suatu pekerjaan 3.Energi kinetic Energi yang timbul karena geraknya cairan yang mempunyai berat Jadi jumlah energi cairan tiap satuan berat adalah
…………….(4) ( LLK-BS;Modul Oil-Pressure;48) Dimana
h
= Tinggi potensial cairan ( m )
P
= Tekanan cairan ( N/m2)
ω = Berat jenis cairan ( N/m3) v
= Kecepatan alir cairan ( m/s )
g
= Grafitasi (m/s2)
Jenis aliran fluida dapat diklasifkasikan berdasarkan nilai harga angka reynold. Aliran fluida pada pipa-pipa bulat harga angka reynoldnya adalah: ……(5) ( K.Gieck;2005;164) Dimana
v = kecepatan fluida (m/s) d = Diameter dalam pipa (m) Q = Debit fluida (m3/s)
= Viskositas dinamis Catatan : Jikalau Re < 2000 Maka aliran adalah laminer Jikalau Re > 3000 Maka aliran adalah turbulen Jikalau Re = 2000… 3000 Maka aliran adalah laminer ataupun turbulen II.1.4 Pompa dan Kompresor Secara prinsip kerja, antara kompresor dan pompa adalah sama. Yang membedakan dari kedua komponen tersebut adalah jenis zat yang ditransmisikan, pompa mentransmisikan fluida sementara kompresor menstransmisikan udara yang compresible. Perhitungan velocity head (hc) pompa dengan rumus:
hc =
……( 6 )
(Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25) dimana
hc = velocity head ( m ) = kecepatan aliran air rata-rata ( m3/s) = grafitasi bumi ( 9,81 m/s2)
Kerugian head yang terjadi pada pipa isap (∆hs)
∆hs =
…..(7)
(Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25) dimana
∆hs
= Kerugian head yang terjadi pada pipa isap ( m )
= Besar fungsi kekasaran relatif pipa = Panjang pipa isap (m) = diameter pipa isap (m)
Kerugian yang terjadi pada pipa tekan (∆hd)
∆hd =
…..(8)
(Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25) dimana
∆hd
= Kerugian head yang terjadi pada pipa tekan ( m )
= Besar fungsi kekasaran relatif pipa = Panjang pipa tekan (m) = diameter pipa tekan (m) Kerugian head totalnya ( ∑∆h ) menjadi : ∑∆h = ∆hs + ∆hd……(9) (Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25) Dimana
∆hs = Kerugian head yang terjadi pada pipa isap ( m ) ∆hd = Kerugian head yang terjadi pada pipa tekan ( m )
Tinggi kenaikan geometris total pompa (Hz) adalah: Hz = Hd – Hs……(10) (Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25) Dimana
Hd = Tinggi kenaikan tekanan air dari pompa ( m ) Hs = tinggi kenaikan isap air sebelum pompa ( m )
Ketika merencanakan pemasangan suatu kompresor dan kelengkapannya, seharusnya direncanakan pula untuk pengembangannya, apabila kemudian hari masih perlu untuk membeli perlengkapan pneumatik yang baru. Kebersihan dari udara sekeliling juga merupakan hal yang penting untuk direncanakan sebelumnya. Udara yang bersih, jauh dari lingkungan debu dan kelembaban akan menjamin umur pesawat pembangkit (kompresor) akan lebih lama. Maka dari itu macam dan jenis kompresor yang dipakai harus sesuai dengan keadaan lingkungan. II.1.4.1 Jenis-jenis Kompresor
Jenis kompresor yang digunakan tergantung dari syarat-syarat pemakaian yang harus dipenuhi yang berkenaan dengan tekanan kerja dan volume yang akan didistribusikan ke pemakai. Dalam hal ini yang termasuk pemakai adalah silinder dan katup-katup pengontrol lainnya. Jenis kompresor terdiri dari dua kelompok, yaitu: 1.
Kelompok pertama, adalah yang bekerja pada prinsip pemindahan dimana udara dikompresikan dengan mengisikannya ke dalam suatu ruangan, kemudian mengurangi dan memperkecil isi dari ruangan tersebut. Jenis ini disebut kompresor torak (Reciprocating
Piston
Compressor,
Rotari
Piston
Kompresor).
(Drs.
Suyanto,M.T;2002;5) 2.
Kelompok kedua, adalah yang bekerja pada prinsip aliran udara yaitu dengan menyedot udara masuk ke dalam satu sisi dan memampatkannya dengan percepatan massa (turbin). (Drs. Suyanto,M.T;2002;7) II.1.4.1.1 Kompresor Torak II.1.4.1.1.1 Kompresor Torak Resiprok Jenis kompresor torak resiprok sering dan banyak digunakan akhir-akhir ini, karena dapat digunakan pada tekanan rendah dan menengah, tetapi juga mampu untuk tekanan tinggi. Batas tekanannya kira-kira diantara 100 kpa / 1bar / 14,5 psi sampai beberapa ribu kpa. Prinsip kerja daripada kompresor torak hampir sama dengan prinsip kerja motor bakar, tetapi ada perbedaan yaitu pada zat yang diprosesnya. Pemasukan udara diatur oleh katup dan diisap oleh torak yang gerakannya menjauhi katup kemudian didesak dan didorong kembali oleh torak. Saat terjadi penghisapan, katup masih terbuka dan katup buang tertutup sedangkan pada waktu penekanan terjadi sebaliknya. Demikian proses ini berlangsung sampai mencapai tekanan yang diinginkan pada tabung penampungan. Selama ini terjadi, yaitu proses kompresi panas akan naik, maka hal semacam ini harus dihilangkan dengn proses pendinginan. Pendinginannya dapat menggunakan pendinginan udara ataupun air. Di bawah ini adalah merupakan gambar dari kompresor torak resiprok
Gambar 2.1.3 Kompresor Torak Resiprok (Drs. Suyanto,M.T;2002;5) II.1.4.1.1.2 Kompresor Diafragma Jenis kompresor ini penempatan toraknya dipisahkan dengan ruangan penyedotan oleh sebuah diafragma. Udara tidak masuk dan berhubungan langsung dengan bagian-bagian yang bergerak. Oleh karena itu, udara selalu terjaga dan bebas dari oli. Kompresor jenis ini banyak digunakan dalam industri bahan makanan, farmasi dan kimia.
Gambar 2.1.4 Kompresor Diafragma(Drs. Suyanto,M.T;2002;5) II.1.4.1.1.3 Kompresor Torak Rotari Kompresor torak sistem putar (rotary) adalah kompresor dengan torak yang berputar. Udara masuk ke dalam suatu ruangan, dan kemudian pada saat yang sama
volume ruangan dipadatkan atau dikompresikan. Sehingga akan diperoleh udara bertekanan pada alat tersebut. II.1.4.1.1.4 Kompresor Rotari Baling-baling Luncur Kompresor Rotari Baling-baling Luncur merupakan suatu kompresor dengan gerakan baling-baling yang dipasang secara eksentrik dalam rumah berbentuk silindris, yang mempunyai lubang masuk dan lubang keluaran. Keuntungan dari kompresor jenis ini adalah karena mempunyai bentuk yang pendek dan kecil, juga menghemat ruangan dan tidak berisik tetapi halus dalam putarannya. Baling-baling luncur dimasukan ke dalam lubang yang tergabung dalam rotor dan ruangan dengan bentuk dinding silindris atau tabung. Ketika berputar, energi gaya sentrifugal baling-baling melawan dinding dan karena bentuk dari rumah balingbaling, ukuran ruangan diperbesar atau diperkecil menurut arah masuknya udara.
Gambar 2.1.5 Kompresor Rotari Baling-baling Luncur (Drs. Suyanto,M.T;2002;7) II.1.4.1.1.5 Kompresor Sekerup Kompresor Sekerup terdiri dari dua buah sekerup yang saling berpasangan, yaitu satu mempunyai bentuk cekung dan yang lain mempunyai bentuk cembung, dengan prinsip kerja memindahkan pemasukan udara secara aksial ke sisi yang lainnya. Untuk memperoleh gambaran yang lebih jelas tentang alat tersebut, coba perhatikan gambar berikut.
Gambar 2.1.6 Kompresor Sekerup.(Sri utami H,ST,MT;Modul;2)
II.1.4.1.1.6 Root Blower Pada kompresor jenis ini, udara dibawa dari satu sisi ruang menuju sisi ruang yang lainnya tanpa ada perubahan volume. Tetapi torak membuat penguncian pada bagian sisi yang bertekanan.
Gambar 2.1.7 Root Blower(Andrew Parr,Msc;2003;40)
II.1.4.1.2 Kompresor Aliran (Turbo-Compressor) Pada prinsipnya kompresor ini sama seperti pada kompresor jenis rotari. Jenis kompresor ini cocok untuk penghantaran volume yang besar. Kompresor aliran ada yang dibuat arah masuknya udara secara aksial dan ada juga yang radial. Keadaan udara diubah dalam satu roda turbin atau lebih untuk mengalirkan kecepatan udara. Disini energi kinetik diubah menjadi energi bentuk tekanan.
Gambar 2.1.8 Kompresor Aliran Aksial (Sri utami H,ST,MT;Modul;4) Pada kompresor aliran aksial, udara memperoleh percepatan oleh sudu-sudu yang terdapat pada rotor yang alirannya kearah aksial. Sedagkan percepatan yang ditimbulkan oleh kompresor aliran radial berasal dari ruangan ke ruangan berikutnya secara radial. Pada lubang masuk pertama, udara dilemparkan keluar menjauhi sumbu dan oleh dinding ruangan dipantulkan dan kembali mendekati sumbu. Dan tingkat pertama masuk lagi ke tingkat berikutnya, sampai beberapa tingkat sesuai dengan kebutuhan.
Gambar 2.1.9 Kompresor Aliran Radial (Sri utami H,ST,MT;Modul;4) II.1.4.2 Kriteria Pemilihan Kompresor Suatu kompresor dalam pemilihannya harus memperhatikan hal-hal penting berikut ini: II.1.4.2.1 Penghantaran Volume Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui jumlah atau volume yang dapat dihantarkan atau dibangkitkan oleh kompresor pada volume persatuan waktu tertentu dan pada tekanan tertentu juga.
Penghanaran volume ditentukan dalam dua cara, yaitu: 1.
Penghantaran volume secara teoritis,
2.
Penghantaran volume secara efektif. Penghantaran volume secara teoritis untuk torak resiprok adalah sama dengan
hasil perkalian volume udara yang ditiup atau disedot pada satu langkah torak dikalikan jumlah putaran dari poros engkol. Penghantaran volume efektif, tergantung dari jenis kompresor dan tekanan yang ditimbulkannya. Hal ini sangat dipengaruhi oleh efisiensi volumetric. Penghantaran volume efektif kumparan adalah kesesuaian antara putaran engkol dengan tekanan yang dihasilkan. Volume isi hanya tersedia untuk menggerakan dan mengontrol peralatan pneumatik. II.1.4.2.2 Tekanan Tekanan yang ada dalam suatu perangkat pneumatik dibedakan menjadi dua macam, yaitu: 1.
Tekanan Kerja Tekanan kerja adalah tekanan yang keluar dari kompresor, atau tekanan yang
keluar dari penampung dan tekanan dalam pipa-pipa saluran ke seluruh pemakai (silinder, kontrol, katup, dan sebagainya). 2.
Tekanan Operasi (Operational Pressure) Tekanan operasional adalah tekanan yang dibutuhkan pada saat posisi operasi atau peralatan pneumatik itu pada saat berjalan. Pada umumnya tekanan operasi sebesar 600 kpa (6 bar). (Festo;Katalog Technical Information;3) Perlu diperhatikan bahwa tekanan yang konstan adalah suatu hal yang pokok untuk menjamin ketelitian atau akurasi operasional. Hal-hal yang berhubungan dengan tekanan konstan adalah: 1.
Tekanan
2.
Gaya
3.
Waktu urutan dari bagian kerja.
Gambar 2.1.10 Pesawat Kompresor Torak (Dokumentasi) II.1.4.2.3 Penggerak Penggerak kompresor tergantung pada syarat-syarat cara kerja. Kompresor digerakkan oleh motor listrik, selain itu ada juga yang digerakkan oleh motor bakar baik diesel maupan bensin. Kompresor yang terdapat di pabrik-pabrik kebanyakan menggunakan motor listrik. Tetapi untuk kompresor non stasioner lebih baik dan lebih menguntungkan jika menggunakan motor bakar.
Gambar 2.1.11 Penggerak Kompresor (Siemens;KatalogueM17/50Hz;2003) Penghitungan daya motor penggerak yang berhubungan dengan pompa fluida ataupun kompresor adalah ……(11) (LLK-BS;Modul Oil-Pressure;37)
Dimana
P = Daya motor (watt) p = Tekanan (N/m2) Q = Debit (m3/s)
Perhitungan daya poros suatu pompa adalah
Psh =
……..(12)
( Jurnal Teknik Elektro Vol. 4, No. 1; Maret 2004;23)
Dimana
Psh = Daya poros pompa (watt) = Massa jenis fluida (kg/m3) Q
= Debit (m3/s) = Efisiensi pompa
Perhitungan daya tiga fase suatu motor listrik adalah
Daya total
………….(13)
Gambar 2.1.12 Rangkaian tiga-fase (K.Gieck;2005;280) Dimana
I L1, L2, L3
= Arus saluran = Pengantar luar
N
= Pengantar netral
V
= Tegangan saluran
II.1.5 Konveyor Fugsi utama dari sebuah konveyor adalah untuk memindahkan barang atau benda dari satu tempat ke tempat yang lain. Macam dan jenis konveyor sangat banyak tergantung dari tujuan,fungsi dan tempat penggunaannya. Konveyor disini yang akan dipakai adalah jenis konveyor flat belt, yang berfungsi untuk menghantarkan botol atau galon kosong ketempat pengisian. Perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada konveyor jenis flat belt adalah
Gambar 2.1.13 Gaya pada belt ( LLK-BS;Modul Elemen Mesin III;2003;673) Gaya yang terdapat pada belt:
............(14) ( LLK-BS;Modul Elemen Mesin III;2003;699)
dimana
= Gaya yang terdapat pada belt (N) = Tegangan tarik maximum yang diizinkan pada belt (N/m2) = luas penampang belt ( m2)
Masa konveyor yang digunakan (
) ............(15)
( LLK-BS;Modul Elemen Mesin III;2003;675) dimana
= Massa konveyor ( N/m ) = massa jenis belt ( N/m3 ) = luas penampang belt ( m2)
Tegangan akibat gaya centrifugal yang terjadi (
.............(16) ( LLK-BS;Modul Elemen Mesin III;2003;675)
dimana
= Gaya akibat centrifugal yang terjadi (N) = Massa konveyor ( N/m ) = kecepatan keliling sabuk (m2/s2) = Percepatan grafitasi (m/s2)
Tegangan belt pada sisi kencang
............(17) ( LLK-BS;Modul Elemen Mesin III;2003;675)
dimana
= Tegangan pada sisi kencang belt (N) = Gaya yang terdapat pada belt (N) = Gaya akibat centrifugal yang terjadi (N)
Rumus umum untuk ketetapan flat belt konveyor yaitu:
..........(18) ( LLK-BS;Modul Elemen Mesin III;2003;678)
dimana
= Tegangan pada sisi kencang belt (N) = Tegangan pada sisi kendor belt (N) = Koefisien gesek belt = sudut kontak belt
Daya motor yang diperlukan pada konstruksi konveyor adalah :
..........(19) ( LLK-BS;Modul Elemen Mesin III;2003;678)
dimana P = Daya (Kw) = Tegangan konveyor pada sisi kencang belt (N) = Tegangan konveyor pada sisi kendor belt (N) = kecepatan keliling sabuk (m2/s2) Torsi motor yang diperlukan pada konstruksi konveyor adalah :
................(20) ( LLK-BS;Modul Elemen Mesin III;2003;410)
dimana
= Torsi (Nm) P = Daya (Kw)
II.2 KOMPONEN DASAR PNEUMATIK II.2.1 Air Service Unit Udara yang dihasilkan oleh kompresor umumnya bukan udara yang bersih. dikarenakan mengandung uap air, kotoran, debu dan lain sebagainya, sehingga harus dibersihkan sebersih mungkin. Alat-alat pneumatik juga mempunyai batas-batas tekanan yang diizinkan, sehingga memungkinkan umur pemakaian menjadi tahan lama. Sedangkan pada bagian-bagian yang bergerak dan bagian-bagian komponen
penggerak akan terjadi gesekan diantara permukaannya. Akibat dari gesekan tersebut akan timbul panas dan juga akan dapat menyebabkan kerusakan serta keausan pada komponen tersebut. Oleh karena itu, pelumasan pada komponen-komponen tersebut sangat diperlukan untuk memperpanjang umur dari alat-alat tersebut.Untuk mengatasi hal-hal tersebut di atas, maka sebelum udara mampat disalurkan kebagian-bagian penggerak ataupun yang digerakkan, dipasang suatu alat rangkaian yang diberi nama Air Service Unit. Bagian-bagian ini saling bekerja sama antara yang satu dengan yang lainnya.
Gambar 2.2.1 Air Service Unit (Norgren;Katalog2001;Air Line) Komponen-komponen air service unit diantaranya adalah: 1.
Saringan Udara
2.
Air Regulator
3.
Pressure Gauge
4.
Oiler/ Lubricator
II.2.1.1 Saringan Udara Sudah kita ketahui bahwa udara dari kompresor mengandung benda-benda luar seperti uap basah, debu dan oil residu yang dapat menyebabkan gangguan kontrol seperti pneumatik. Hampir seluruh benda-benda asing yang tidak diinginkan tersebut dibersihkan oleh saringan udara. Saringan udara dapat membersihkan udara dengan bersih dan kering. Saringan udara dapat dipasang sebagai perlengkapan tunggal atau sebagai unit gabungan dengan pelumasan dan pengatur tekanan. Efisiensi dari saringan tergantung pada konstruksi, tekanan dan diameter lubang saringannya.
Prinsip kerja dari saringan udara adalah ketika udara masuk saringan, udara mampat tersebut harus mengalir melalui lubang putaran angin. Ini menyebabkan udara yang masuk harus berputar terlebih dahulu, karena gerakkan sentrifugal akibat putaran tersebut dapat menyebabkan butiran-butiran air dan benda-benda padat yang ikut terbawa terlempar melawan dinding dalam mangkuk saringan. Kotoran-kotoran mengalir dan akibatnya mengumpul dibagian bawah mangkuk. Udara mampat mengalir melalui dinding-dinding saringan (filter cartride) ke saluran luar. Ukuran daripada butiran-butiran kotoran yang masih terbawa udara tergantung pada besarnya celah-celah dinding saringan. Mangkuk saringan harus sering dibersihkan dari butiran-butiran debu dan karat yang sudah terperangkap di dalamnya, karena apabila tidak dibersihkan maka lubang akan tersumbat dan diameter lubang saluran terkurangi. Hal yang perlu untuk diperhatikan bahwa apabila cairan dan kotoran yang terkumpul pada bagian bawah sudah mencapai ketinggian maksimum dari yang ditentukan, maka cairan tersebut harus dikeluarkan. Cara mengeluarkannya yaitu dengan cara menekan tombol drain. Syarat-syarat saringan udara: 1.
Mempunyai tempat penampungan cairan yang besar.
2.
Tembus pandang dan tahan pecah, mangkuk saringan dengan kran pembuangan.
3.
Dapat dicuci dan bagian-bagian saringan dapat diganti-ganti.
4.
Dapat membuat putaran angin dengan baik.
5.
Memungkinkan untuk pemasangan pengeluaran otomatis.
6.
Memungkinkan untuk dibersihkan tanpa penggantian saringan.
Gambar 2.2.2 Saringan Udara(LLK-BS; Modul Basic Pipe Instalation&Pneumatic;21) II.2.1.2 Air Regulator Tekanan udara yang keluar dari kompresor masih mempunyai tekanan yang tinggi dan ini lebih tinggi dari tekanan yang diizinkan pada bagian kontrol atau bagian kerjanya, oleh karena itu digunakanlah air regulator. Tujuan dari penggunaan air regulator adalah untuk menjaga tekanan operasional agar tetap konstan tanpa melihat perubahan tekanan dalam saluran dan pemakaian udara. Prinsip kerja dari air regulator adalah udara mampat mengalir ke dalam pengatur tekanan yang diatur oleh diafragma dan pegas. Pegas yang diberikan gaya tekan dapat diatur diperbesar atau diperkecil dengan menggunakan baut penyetel yang bekerja pada sisi lain permukaan diafragma. Apabila udara bertekanan dipakai pada saluran keluar, gaya tekan bekerja menurut diafragma yaitu mengecil. Dengan demikian pegas tekan dapat mendorong tangkai katup ke atas. Jika tekanan kerja naik sampai di atas harga yang diseting, misalnya akibat gaya luar pada perlengkapan atau penyetelan yang rendah pada pegas penekan, pembebanan yang lebih besar pada diafragma menyebabkan pegas terdorong ke bawah. Oleh karena itu batang katup melepas dudukan katup dan udara bertekanan dapat keluar bebas melalui lubang saluran. Udara bertekanan akan terus menerus
keluar sampai tekanan yang diset. Sebelum tercapai kembali, lubang saluran tidak boleh tertutup karena akan mengakibatkan perlengkapan di dalamnya tidak berfungsi.
Gambar 2.2.3 Air Regulator (LLK-BS; Modul Basic Pipe Instalation&Pneumatic;21) II.2.1.3 Pressure Gauge Untuk mengetahui besarnya tekanan yang kita atur pada air regulation, maka kita dapat melihatnya pada pressure gauge. Pada pressure gauge ini juga kita dapat mengetahui besarnya tekanan udara yang kita atur untuk menggerakkan silinder yang akan dikontrol tersebut. Prinsip kerja dari pressure gauge adalah udara masuk ke dalam pipa bourdon melewati saluran P dan udara bertekanan tersebut menyebabkan pipa bourdon mengemabang. Jika udara bertekanan tersebut semakin besar, maka radius dari pipa bourdon tersebut juga semakin besar dan jarum penunjuk akan berputar menunjukan suatu besaran tertentu, yang dikarenakan pertambahan radius dari pipa bourdon yang dihubungkan oleh tuas penghubung ke tembereng roda gigi penggerak dan roda gigi tersebut menggerakkan jarum penunjuk.
Gambar 2.2.4 Pressure Gauge(Andrew Parr,Msc;2003;21) II.2.1.4 Oiler Bagian yang bergerak dan bergesek pasti memerlukan pelumasan. Untuk menjamin supaya bagian-bagian yang bergerak pada perlengkapan pneumatik dapat bekerja dan dipakai terus menerus, maka harus diberi pelumasan yang cukup. Untuk melakukan hal itu maka diperlukan suatu perlengkapan pneumatik yaitu oiler (lubricator). Keuntungan dari pelumasan adalah terjadinya penurunan angka gesekan, perlindungan dari korosi dan umur pemakaian lebih awet. Suatu oiler harus mempunyai syarat-syarat yang harus dipenuhi, antara lain yaitu: 1.
Pengoperasian, pemeliharaan dan perlengkapannya sederhana.
2.
Kerja oiler dengan cara otomatis, pada waktu dimulai kerja, oiler pun harus mulai kerja, demikian juga waktu berakhir.
3.
Banyaknya oli untuk kontrol pneumatik harus dapat diset/ disesuaikan ukurannya.
4.
Mampu membuat campuran udara dan oli dengan halus.
5.
Oiler harus dapat berfungsi sekalipun udara bertekanan yang diperlukan hanya dengan sebentar.
Gambar 2.2.5 Oiler (LLK-BS;Modul Basic Pipe Instalation&Pneumatic;22) Cara kerja dari oiler adalah udara mampat mengalir melalui perangkat lumas dari air in ke air out dan mendorong katup cek lintasan udara ketika tidak ada udara yang sedang mengalir. Sewaktu udara mengalir, katup pengecek membuka dan udara mampat dapat mengalir dengan bebas ke air out. Pembatas dalam lintasan aliran menimbulkan penurunan tekanan. Hampa udara ditentukan dalam puncak lengkungan penetes dan oli terisap ke atas melalui pipa oli yang menaik. Tetesan-tetesan oli terbawa dalam aliran udara melalui pipa berbentuk kabut yang diteruskan menuju berbagai macam bagian-bagian pneumatik. Bushing dengan bentuk katup pengecek memberikan kemungkinan untuk menambah volume oli dalam gelas, sementara oiler sedang dalam keadaan bekerja. II.2.2 Pengontrolan Arah Gerak Silinder Peralatan pneumatik mempunyai sebuah mekanisme yang dapat digerakkan yaitu dapat membuka dan menutup. Sebuah bagian yang berfungsi untuk menghentikan atau mengontrol fluida (dalam hal ini udara) dinamakan katup pengontrol arah. Sebuah katup pengontrol arah dipasang di samping jalur pipa sirkuit
pneumatik. Ini akan mengoperasikan sebuah actuator seperti sebuah silinder pneumatik, untuk merubah arah aliran udara sesuai dengan tujuannya. Ketika sebuah katup pengontrol digunakan sebagai peralatan pneumatik, maka dinamakan sebuah katup udara atau sebuah katup sederhana. Saat ini ada banyak macam tipe-tipe katup kontrol, tetapi secara garis besar diklasifikasikan ke dalam 2 (dua) tipe, yaitu: II.2.2.1 Solenoid Valve Fungsi utama dari sebuah solenoid adalah untuk mengatur arah udara bertekanan yang bekerja pada solenoid. Selonoid digerakkan oleh 2 (dua) penggerak, yaitu udara dan elektrik. Pergerakan kontrol udara biasanya digunakan untuk pengontrol dengan jarak yang dekat. Pergerakkan elektrik biasanya dipilih untuk mengontrol dengan jarak yang jauh dan untuk perubahan dengan waktu yang singkat. Cara kerja solenoid valve: Ketika solenoid diposisi On, plunyer tertarik ke atas melawan gaya pegas, yang menyebabkan sambungan P dan A berhubung bersama. Cakra punggung dari pada plunyer menutup saluran R. Untuk mengembalikan spoolnya ada yang menggunakan satu solenoid, ada juga yang menggunakan dua solenoid. Untuk yang menggunakan satu solenoid valve sebelahnya diganti dengan menggunakan pegas. Cara kerja untuk yang menggunakan satu solenoid adalah jika ada masukan arus pada kumparan solenoid, maka lubang P akan dihubungkan dengan lubang A. Jika arus tersebut terputus maka kumparan solenoid akan kembali ke posisi semula karena adanya dorongan pegas. Fungsi dari pegas di sini adalah sebagai pengganti dari kumparan solenoid dan syarat kekuatan pegas harus di bawah kekuatan solenoid. Solenoid valve yang umumnya dipakai antara lain 2/2 way valve, 3/2 way valve, 4/2 way valve, 5/2 way valve, 4/3 way valve, 5/3 way valve Sebagai contoh, katup 3/2 way valve mempunyai 3 (tiga) lubang masuk dan keluar yaitu masukan P, keluaran A, dan udara bebas R. Dari lubang tersebut mempunyai 2 (dua) posisi pengontrolan yaitu saat posisi udara dari masukan masuk ke A dan posisi udara keluaran dari A ke R, sehingga mempunyai 3 (tiga) lubang dan 2 (dua) posisi pengontrolan dan disebut katup 3/2 way valve.
Gambar 2.2.6 Solenoid 3/2 Way Valve (Wirawan S,MT;2004;33)
II.2.2.2 Sistem Pengontrol Selain menggunakan solenoid valve, pengontrolan arah gerak silinder mempunyai sistem lain. Ada yang menggunakan tangan ataupun dengan mekanik. Mekanisme-mekanisme yang sering digunakan antara lain: hand valve, dengan tuas, dengan tombol, dengan roda, dengan pluyer. Sebagai contoh yaitu katup 5/2 way valve. Cara kerjanya adalah apabila tuas dalam posisi Off, maka udara bertekanan akan masuk melalui lubang A, dan akan meninggalkan katup dari lubang B menuju ke silinder. Sedangkan udara buangan dari silinder akan keluar melalui lubang R1 dan dibuang ke udara bebas. Ketika tuas dioperasikan maka udara masuk dari lubang P menuju lubang B dan meninggalkan lubang A kemudian masuk ke dalam silinder. Sementara udara yang ada di dalam silinder keluar melalui lubang R2.
Gambar 2.2.7 Mekanisme Pengontrol (Norgren;Katalog 2001;Valves) Secara garis besar sistem kontrol dibagi menjadi 4 (empat) macam sistem atau alat kontrol, yaitu: kontrol mekanik, kontrol secara manual, kontrol elektrik dan kontrol tekanan. Berikut ini diuraikan tentang macam-macam sistem kontrol tersebut. II.2.2.2.1 Kontrol Mekanik Alat dengan control mekanik yang sering digunakan dalam pneumatik biasanya adalah katup 3/2 way valve, dengan bagian depan terdapat alat atau komponen berupa roll atau plunger, sedangkan bagian belakang terdapat pegas pembalik. Alat ini biasanya menggunakan katup 3/2 normally close. Cara kerja dari sistem kontrol mekanik adalah apabila plunger atau roll (mekanisme lainnya) tertekan oleh penggerak mesin, maka katup 3/2 tersebut akan terbuka dan udara masukan siap mengalir melalui katup 3/2 tersebut dan akan memberikan sinyal ke kontrol tekanan. Jadi kontrol mekanik ini berfungsi untuk melanjutkan proses kerja mesin dan memberikan sinyal selama tertekan saja. Apabila sudah dalam keadaan bebas maka sinyal yang diberikan ke kontrol tekanan akan terputus. Alat ini sering digunakan untuk membatasi langkah torak dari sebuah silinder. Di bawah ini digambarkan macam-macam mekanik kontrol yang sering digunakan. Tabel 2.2.1 Mekanik Pengontrol (Festo;Katalog Technical Information;12)
Mekanik Kontrol dengan Plunger
Mekanik Kontrol dengan Pegas
Mekanik Kontrol dengan Roll
Mekanik Kontrol dengan Tuas pengunci
Mekanik Kontrol dengan Tuas Kembali Bebas
II.2.2.2.2 Manual Kontrol Tujuan rangkaian pneumatik menggunakan manual kontrol adalah untuk mengawali proses atau langkah kerja dan juga berfungsi untuk mengambil alih langkah kerja sehingga dapat bekerja secara manual, apabila suatu saat terjadi kesalahan langkah kerja atau kerusakan alat pengontrol yang lain sehingga mesin dapat dioperasikan walaupun tidak secara otomatis lagi. Pengontrolan dari manual kontrol sederhana sekali karena dalam pengoperasiannya kita hanya menekan tombol, menginjak pedal atau menekan tuas. Prinsip kerja dari manual kontrol hampir sama dengan mekanik kontrol, prinsip kerjanya adalah apabila mekanismenya ditekan (pedal, tombol, ataupun tuas) maka udara dari masukan akan mengalir ke kontrol tekanan yang akan mengontrol gerakan
silinder. Apabila mekanismenya dilepas maka dikembalikan ke posisi semula oleh pegas pembalik sehingga sinyal yang dikirim ke kontrol tekanan akan terputus. Berikut ini lambang-lambang dari manual kontrol yang sering digunakan. Tabel 2.2.2 Manual Kontrol (Festo;Katalog Technical Information;12) Manual Kontrol Umum
Kontrol Manual dengan Tombol Tekan
Kontrol Manual dengan Tuas
Kontrol Manual dengan Pedal
II.2.2.2.3 Kontrol Elektrik Kontrol elektrik bekerja berdasarkan elektromagnetik yang dihasilkan oleh suatu kumparan yang dialiri arus listrik. Bekerjanya kontrol ini karena mendapat sinyal dari limit switch elektrik yang telah dipasang pada mesin, sehingga gerakannya akan terkontrol. Kontrol ini akan bekerja apabila solenoid mendapatkan arus listrik sehingga kumparan akan menjadi magnet dan menarik plunger, sehingga udara akan mengalir dan mendorong piston valve. Solenoid ini ada yang satu kumparan ada juga yang dua kumparan. Untuk yang satu kumparan, pengembalian piston valve ke posisi semula dengan menggunakan pegas. Berikut ini gambaran mengenai macam-macam elektrik kontrol. Tabel 2.2.3 Kontrol Elektrik (Festo;Katalog Technical Information;12)
Solenoid dengan Satu Kumparan Aktif
Solenoid dengan Dua Kumparan Aktif Berlawanan
Solenoid dengan Dua Kumparan Aktif Searah
Motor Listrik dengan Gerak Putaran Terus Menerus
Motor Listrik Bertingkat
II.2.2.2.4 Kontrol Tekanan Sistem ini hampir sama dengan sistem control elektrik, hanya saja pemberi sinyal adalah katup 3/2 yang sinyalnya berupa sinyal udara. Udara akan menekan piston valve sehingga bergeser dan terbuka, menghubungkan lubang P dengan lubang A / B sehingga mengalir ke bagian penggerak. Bagian yang mendapat sinyal biasanya digambarkan dengan segitiga. Berikut digambarkan masing-masing tekanan pengontrol. Tabel 2.2.4 Tekanan Pengontrol (Festo;Katalog Technical Information;12)
Langsung dengan Memakai Tekanan
Langsung dengan Tekanan Bantu
Gerakan Tekanan Differensial
Tekanan Terpusat
Dengan Kontrol Pemandu
Dengan Tekanan Bantu Tak Langsung
II.2.2.2.5 Pengontrol Kecepatan Pengontrolan kecepatan silinder pneumatik seringkali diterapkan dalam berbagaai penerapan. Pengontrolan mungkin diperlukan hanya untuk satu arah gerak saja. Namun kadang-kadang kecepatan gerak torak perlu dikontrol baik ketika melakukan instroke maupun outstroke. Pengontrolan dilakukan dengan cara mengatur laju kecepatan udara yang mengalir meninggalkan tabung. Alat yang digunakan untuk mengatur hal ini adalah katup pengontrol aliran searah.
Gambar 2.2.8 Pengontrol Kecepatan (Norgren;Catalog2001;Valves) Udara dapat mengalir kearah manapun bila melalui sebuah pengatur aliran. Bila udara mengalir ke dalam alat tersebut melalui lubang B dan kelur melalui lubang A, laju aliran dapat ditambah atau dikurangi dengan memutar baut pengaturannya. Bila udara mengalir dari arah sebaliknya yaitu dari lubang A dan keluar melalui lubang B, baut pengaturnya tidak dapat berfungsi dan udara dapat mengalir dengan bebas.
Gambar 2.2.9 Penampang Sebuah Pengaturan Aliran (Peter P,Dkk;1985;43)
Prinsip kerja dari pengaturan kecepatan (untuk lebih jelas lihat gambar 2.9) adalah udara mengalir dari lubang A ke lubang B, tekanan udara mampu menekan sebuah pegas yang menahan penyekat dalam katup searah. Akibatnya udara dapat mengalir dengan bebas. Dalam gambar 2.9, berikutnya udara mengalir dari lubang B ke lubang A, karena arah kerjanya pegas sama dengan arah tekanan udara, maka katup searah menutup, akibatnya udara hanya dapat mengalir melalui sebuah jarum pengatur yang laju alirannya tergantung pada posisi jarum tersebut.
II.2.3 Silinder Tenaga dari udara yang bertekanan atau sering juga disebut tenaga pneumatik diubah menjadi gerakan garis lurus atau translasi oleh silinder pneumatik. Besarnya tenaga yang ditimbulkan tergantung dari besarnya tekanan, luas penampang silinder, serta gesekan yang timbul antara dinding dalam silinder dengan kulit luar piston. Alat-alat pneumatik yang digabungkan dengan kontrol elektrik bahkan elektronik akan menjadikan jaringan tersebut kompleks dan solid. Tetapi mempunyai kelebihan yaitu jaringan semakin membutuhkan sedikit ruangan, mempunyai ketelitian yang tinggi dan menjadikan jaringan rangkaian tersebut semakin sempurna. Dalam prakteknya silinder pneumatik yang sering digunakan ada dua macam, yaitu silinder kerja tunggal dan silinder kerja ganda. Tetapi sebenarnya tidak hanya itu, masih ada silinder dengan penggerak ganda khusus yang dipakai untuk hal-hal yang khusus. II.2.3.1 Silinder Penggerak Tunggal Pada silinder penggerak tunggal, udara bertekanan diberikan hanya pada satu sisi saja. Silinder jenis ini dapat menghasilkan kerja dalam satu arah gerakan. Pegas di dalam silinder terpasang tetap atau sebagai gaya luar yang menggerakan torak dalam arah
berlawanan.
Gaya
pegas
yang
terpasang
tetap
direncanakan
untuk
mengembalikan torak ke posisi awal dengan kecepatan cukup tinggi. Pada silinder tunggal yang dilengkapi pegas yang terpasang tetap, langkahnya dibatasi oleh panjang dasar dari pegas. Oleh karena itu, silinder gerak tunggal dipasang dengan panjang langkah kurang dari 100 mm. Silinder gerak tunggal mempunyai beberapa macam jenis, antara lain: silinder torak, silinder diafragma, dan silinder roll diafragma.
Gambar 2.2.10 Silinder Penggerak tunggal (Norgren;Katalog2006;7) II.2.3.2 Silinder Penggerak Ganda Gaya dorong yang ditimbulkan oleh udara bertekanan, menggerakan torak pada silinder penggerak ganda dalam dua arah. Gaya dorong yang besarnya tertentu digunakan pada dua arah gerakan maju dan mundur. Silinder penggerak ganda digunakan terutama apabila torak diperlukan untuk melakukan kerja bukan hanya pada gerakan maju tetapi juga pada gerakan mundur. Pada prinsipnya panjang langkah silinder tidak terbatas, walaupun demikian tekukan dan bengkokan dari perpanjangan batang torak harus diperhitungkan pada silinder penggerak ganda. Penahan kebocoran pada silinder penggerak ganda adalah dengan memakai seal, Guide ring dan torak atau diafragma.
Gambar 2.2.11 Silinder Penggerak Ganda (Norgren;Katalog2006;10) II.2.4 Peralatan Lain Dalam Pneumatik
II.2.4.1 Katup Aliran Searah Katup non balik terdapat komponen yang mempunyai kelebihan dalam menghambat udara dalam satu aliran. Adapun yang termasuk dalam katup aliran searah ini adalah: 1.
Katup satu arah
2.
Katup bola
3.
Katup pembuangan cepat
4.
Katup dua tekanan II.2.4.1.1 Katup Satu Arah Katup ini dapat manghambat aliran udara secara menyeluruh pada satu aliran dan mengalirkan pada arah yang sebaliknya. Hal ini dapat dilaksanakan dengan media kerucut, bola atau diafragma dengan bantuan pegas.
Gambar 2.2.12 katup satu arah (Andrew Parr,Msc;2003;38) II.2.4.1.2 Katup Bola Katup ini sering juga disebut dengan katup “atau”. Katup ini memisahkan sinyal yang diterima dari katup sinyal dalam posisi yang berbeda dan akan mencegah udara yang dibalikan melalui sinyal katup kedua. Jadi katup bola ini dapat dioperasikan dari dua arah pengoperasian.
Gambar 2.2.13 Katup Bola (Festo;Katalog Technical Information;11)
II.2.4.1.3 Katup Buangan Cepat Katup ini digunakan untuk menambah kecepatan torak pada silinder, terutama pada saat langkah mundur. Kerena pada saat langkah mundur ini, biasanya tidak dipergunakan untuk langkah kerja. Ini memungkinkan waktu yang diperlukan pada saat langkah mundur dapat dipercepat terutama pada silinder gerak ganda. Katup ini mempunyai sambungan tekanan P yang dapat diblokir, satu pembuangan R yang dapat diblokir, dan satu keluaran A.
Gambar 2.2.14 Katup Pembuangan Cepat (Festo;Katalog Technical Information;11) II.2.4.2 Katup Dua Tekanan Katup ini mempunyai dua saluran masuk, yaitu saluran X dan Y serta satu aliran keluaran A. Katup ini harus dioperasikan dari dua tempat. Apabila mendapat satu sinyal saja maka katup ini tidak akan mengalirkan udara, oleh karena itu katup ini disebut katup “DAN”.
Gambar 2.2.15 Katup Dua Tekanan (Festo;Katalog Technical Information;11) II.2.4.3 Katup Kontrol Tekanan Katup penggontrol tekanan ini bekerja berdasarkan tekanan udara yang digunakan untuk menggerakan silinder. Dan jenisnya antara lain: II.2.4.3.1 Reducing Valve Katup ini berfungsi untuk membatasi tekanan keluar maksimal pada sebuah rangkaian yang digunakan untuk menggerakan silinder dan apabila katup ini diset dengan tekanan tertentu maka tekanan maksimum dari udara yang menggerakan silinder sesuai dengan yang disetting.
Gambar2.2.16 LambangReducingValve(Festo; Katalog Technical Information;11) II.2.4.3.2 Pressuare Valve Katup ini bekerja berdasarkan tekanan, tetapi sinyal yang diambil adalah sinyal yang berasal dari saluran masuk. Alat ini berfungsi membatasi tekanan minimal yang
digunakan untuk menggerakan silinder. Apabila tekanan yang ada pada saluran yang masuk belum terpenuhi atau belum sesuai dengan yang disetting maka udara tidak akan bisa mengalir.
Gambar2.2.17 LambangPressuareValve (Festo;Katalog Technical Information;11) II.2.4.3.3 Safety Valve Katup ini berfungsi untuk membatasi tekanan kerja masuk maksimal dalam jaringan. Jadi apabila tekanan yang masuk terlalu besar maka aliran udara putus dan terbuang.
Gambar 2.2.18 Lambang Safety Valve (Festo;Katalog Technical Information;11) II.2.4.3.4 Time Delay Alat ini digunakan untuk memberi jangka waktu aliran udara, biasanya digunakan pada saat memberikan sinyal untuk menggerakan katup pengarah. Cara
kerja dari alat ini adalah mengisi tangki reservoir terlebih dahulu. Setelah tangki penuh maka udara baru mengalir ke alat kontrol yang lain. Adapun untuk mengatur lamanya waktu adalah dengan cara memperbesar atau memperkecil saluran udara yang masuk.
Gambar 2.2.19 Time Delay(Festo;Katalog Technical Information;23) II.2.5 Simbol-simbol Pneumatik Seperti halnya apabila membaca gambar dalam diagram hidrolik, elektrik, elektronik maupun gabungan ketiganya. Didalam pneumatikpun tidak jauh berbeda, apabila ingin mengetahui maksud daripada diagram pneumatik ini secara keseluruhan, maka harus mengetahui terlebih dahulu maksud daripada simbol-simbol yang terdapat dalam setiap diagram tersebut. Simbol-simbol yang terdapat pada tebel ini berdasarkan ISO 1219 (August, 1978) DIN 24300 “Oil Hydraulics and Pneumatics, Names and Simbols”. II.2.5.1 Kontrol Katup Pengarah Tabel 2.2.5 Katup Pengarah (Festo;Katalog Technical Information;11) Katup 2/2- way posisi normal menutup
Katup 2/2- way posisi normal membuka
Katup 3/2- way posisi normal menutup
Katup 3/2- way posisi normal membuka
Katup 3/3- way posisi normal menutup
Katup 4/2- way
Katup 4/3- way posisi tengah menutup
Katup 4/3- way posisi tengah mengembang
Katup 5/3- way posisi tengah menutup
Katup 5/2- way
II.2.5.2 Katup Non-Balik Tabel 2.2.6 Katup Non-Balik(Festo;Katalog Technical Information;11)
Katup Pengecek Tanpa Pegas
Katup Pengecek Dengan Pegas
Katup Bola
Katup Buangan Cepat
Katup Dua Tekanan
II.3
DASAR-DASAR OTOMATISASI
II. 3.1 Pengertian Otomatisasi Otomatisasi adalah suatu pengubahan input menjadi output yang lebih baik. Proses pengubahan input menjadi output ini menggunakan teknik kontrol, sehingga untuk mendapatkan suatu sistem yang otomatis maka digunakan kontrol yang otomatis juga. Definisi Kontrol menurut Deutsches Institut fur Normung (DIN) 19226 : “Kontrol berarti proses dalam suatu sistem yang di dalamnya terdapat beberapa input variabel mempengaruhi variabel output yang lain sebagai akibat hukum-hukum yang mengenai sistem. Pengontrolan dikarakteristikkan dengan squence rangkaian terbuka dari gerakan-gerakan melalui elemen pemindah tunggal atau rangkaian kontrol” (Sugihartono,1992 : 4). Definisi Kontrol Otomatis menurut DIN 19226 : “Kontrol otomatis adalah proses dimana suatu variabel yang akan dikontrol, adalah diukur secara terus-menerus dan dibandingkan dengan variabel yang lain, yaitu variabel perintah dan proses yang dipengaruhi menurut hasil perbandingan tersebut dengan memodifikasi untuk menyesuaikan variabel perintah. Squence gerakan yang dihasilkan dari hal tersebut terjadi dalam suatu rangkaian tertutup, rangkaian kontrol. Tujuan control rangkaian untuk menyesuaikan harga variabel yang dikontrol terhadap harga yang ditentukan oleh variabel perintah sekalipun ekualisasi tidak dicapai, berlaku dalam keadaan ini (Sugihartono, 1992 : 4). Sequence dapat diartikan suatu peralatan dan rangkaian pengendalian untuk mencapai tujuan tertentu dan mempertahankan keadaan. Maka rangkaian sequence dapat diartikan pula seperangkat peralatan yang bekerja secara berkesinambungan dan satu sama lain saling berhubungan membentuk suatu sistem yang solid. (LLKBS;Modul Dasar Kontrol Listrik;2002;1) Oleh karena itu diperlukan suatu sarana yang dapat digunakan sebagai informasi tentang urutan dan susunan rangkaian tersebut sehingga orang lain dapat memahami prinsip kerjanya dan mudah dalam pengamatan suatu rangkaian. Maka kita gunakan gambar kerja atau gambar rangkaian yang di dalamnya terdapat
informasi tentang hubungan peralatan sequence pada suatu rangkaian, sehingga akan memudahkan kita dalam mencari kerusakan apabila dalam suatu rangkaian tersebut tidak bekerja sebagaimana mestinya. Dalam penggambaran diagram sequence perlu diperhatikan hal-hal di bawah ini: 1.
Dibuat menjadi mengembang menyamping sehingga menjadi bentuk yang mudah dilihat walaupun sangat rumit sekali.
2.
Hubungan dibuat secara structural, artinya alat-alat pengendali dinyatakan dengan huruf dan kode yang menerangkan hubungan antara satu dengan yang lain.
3.
Penggambaran instalasi pengendali dinyatakan dengan penggembaran secara garis vertikal supaya dapat dimengerti dengan mudah.
4.
Penyajian gambar instalasi harus ringkas, sehingga memudahkan dalam pemeriksaannya. II.3.2 Komponen-Komponen Dasar Sequence Dengan majunya zaman disertai kemajuan tekhnologi, khususnya dalam bidang elektronik maka sistem pengendalipun tak luput dari kemajuan bidang tersebut, sehingga hampir semua peralatan dalam industri telah terkontrol secara elektris. Pada dasarnya rangkaian tersusun atas beberapa unsur sehingga rangkaian tersebut dapat berjalan sebagaimana fungsinya, yaitu:
1.
Bagian Pengendali Dalam bagian ini digolongkan sebagai tempat awal energi listrik yang masuk, selanjutnya akan dialirkan ke bagian-bagian yang lain menurut urutan yang akan digerakan langsung atau menunggu komando dari komponen lainnya ataupun dari operator secara manual seperti sumber dari push bottom, stop kontak, saklar dan sebagainya. Secara umum alat pengendali dapat dibagi menurut fungsi dan cara kerjanya, yaitu:
a.
Peralatan masukan (input), merupakan peralatan yang berfungsi sebagai input atau sinyal kontrol terhadap peralatan lain yang memerlukan masukan tenaga listrik dengan secara berkala atau pada saat-saat tertentu. Sebagai contoh: tombol atau saklar, selector switch, limit switch dan lain-lain.
b.
Peralatan proses, merupakan peralatan yang berfungsi untuk memproses sistem yang dibuat sehingga menghasilkan keluaran atau output sesuai dengan yang diharapkan. Sebagai contoh: relay, timer dan lain-lain.
c.
Peralatan keluaran (output), merupakan peralatan yang langsung digerakan atau dioperasikan oleh peralatan proses. Sebagai contoh: relay beban, contractor, lampu, solenoid dan lain-lain. Dalam pengendalian berlaku kontak-kontak singgung sebagai berikut:
a.
Titik-titik sambung A “Normally Open (NO)” adalah titik sambungan dengan posisi awal membuka sehingga tidak ada hubungan antara titik kontaknya sebelum mendapat pengaruh dari luar atau dari sistem lain. Titik sambung ini akan menutup setelah ada pengaruh dari luar yaitu dengan cara mengaktifkannya.
b.
Titik sambung B “Normally Close (NC)” adalah kebalikan dari titik sambungan normally open (NO). apabila dalam keadaan normal menutup (artinya arus dapat mengalir), tetapi apabila mendapat pengaruh dari luar maka titik kontaknya akan membuka sehingga arus listrik tidak dapat mengalir.
Gambar 2.3.1 Titik Kontak(LLK-BS;Modul Dasar Kontrol Listrik;2002;8) 2.
Bagian Penghubung Didalam suatu instalasi pengendalian pada bagian yang dikendalikan masingmasing memiliki bagian penghubung penggerak agar dapat berhubungan dengan yang lain. Dan dalam gerak suatu alat disesuaikan dengan komando dari lingkungan instalasi pengendali melewati bagian penghubung. Karena bagian seluruh konstruksi masing-masing merupakan penghubung yang bergerak, maka gerakan strukturnya disesuaikan dengan kondisi dan keperluan yang dibutuhkan. Penghubung yang sering digunakan dan merupakan penghubung tetap adalah sebuah kabel.
3.
Bagian yang Dikendalikan
Bagian ini merupakan bagian yang dikendalikan gerakannya, pengendalian tersebut dilakukan oleh bagian pengendali dengan melewati bagian penghubung. Bagian ini dikendalikan dengan menggunakan alat perantara seperti solenoid, contractor dan lain-lain. Sebagai contoh bagian ini yaitu: motor, silinder dan lain-lain. 4.
Bagian Penjagaan dan Pertahanan Dalam bagian ini disesuaikan dengan fungsinya yaitu sebagai penjagaan yang dapat mempertahankan setiap bagian masing-masing pengendalian dalam melakukan hubungannya, pada saat menerima sinyal sehingga dapat bertahan. Dengan demikian pula bagian penjagaan ini akan saling memberikan sinyal sebagai energi gerak dan gaya yang saling berhubungan dengan kontak-kontaknya. Sebagai contoh: fuse, thermis dan lain-lain. II.3.2.1 Alat Perintah Alat perintah ini meliputi peralatan yang dioperasikan secara manual atau dengan menggunakan tenaga manusia. II.3.2.1.1 Sakelar (Switch) Adalah suatu alat yang berfungsi memutus dan menghubungkan arus listrik dalam suatu rangkaian yang umumnya dioperasikan secara manual, yang mempunyai titik kontak dapat diatur untuk posisi membuka dan menutup secara konstan. Sedangkan jumlah titik sambungnya tergantung dari kebutuhan, ada yang tunggal dan adapula yang ganda. Selain itu adapun sakelar yang memberikan alternatif kepada kita untuk suatu pengoperasian disebut “selector switch” atau sakelar pilihan yang memungkinkan kita memilih apabila suatu rangkaian manual atau otomatis dan juga menggerakan suatu mesin yang harus bekerja secara tunggal, sehingga hanya salah satu mesin yang boleh bekerja. Untuk lebih jelasnya dapat diperhatikan gambar di bawah ini:
Gambar2.3.2 Titik kontak Switch. (LLK-BS;Modul Dasar Kontrol Listrik;2002;9) II.3.2.1.2 Sakelar Tombol (Push Bottom Switch) Sakelar tombol adalah suatu alat yang paling sederhana dalam peralatan pengendali, yang pengoperasiannya secara manual atau dengan menggunakan tenaga manusia. Fungsi utama dari alat ini adalah menghubungkan dan memutuskan suatu sistem dengan cara menekan tombolnya. Sakelar tombol akan aktif pada saat tombol ditekan dan akan kembali keposisi semula atau normal apabila tekanan pada tombol dilepaskan. Alat ini mempunyai dua titik sambungan yang dapat digunakan dimana sambungan terbuka atau normally open (NO) dan titik sambungan yang lain tertutup atau normally close (NC). Titik sambungan normally close artinya dalam keadaan normal atau belum aktif titik sambungan ini menutup (dapat mengalirkan arus), dan pada saat push bottom ditekan maka titik tersebut terbuka. Sebaliknya utuk titik sambungan normally open pada saat push bottom belum ditekan titik sambungan akan terbuka, sedangkan pada saat aktif akan tertutup. Push bottom umumnya digunakan sebagai awal suatu rangkaian bekerja, juga untuk mengakhiri proses kerja dari suatu alat.
Gambar 2.3.3 Titik Kontak Push Bottom Switch. (LLK-BS;Modul Dasar Kontrol Listrik;2002;8) II.3.2.2 Alat Pengecek / Pendeteksi Alat yang termasuk kelompok ini sebagian besar adalah sebagai sensor, baik sensor cahaya, frekuensi maupun dengan sentuhan langsung. Dari banyaknya alat sensor yang ada, disini hanya akan dibahas lebih lanjut mengenai limit switch, dan photo switch. Dikarenkan kedua alat sensor tersebut berkenaan langsung dengan perancangan sistem pada alat yang penulis rencanakan. II.3.2.2.1 Limit Switch Limit switch adalah alat penghubung dan pemutus arus yang bekerja berdasarkan sentuhan langsung yang digerakan oleh peralatan mekanik sehingga merubah posisi titik sambungnya. Alat ini banyak sekali jenisnya namun fungsi dan prinsip kerjanya sama. Adapun yang membedakan adalah aktuatornya atau luas sensor penghubung mikro switch. Limit switch terdiri dari tiga komponen utama, yaitu: 1.
Rumah limit switch, tempat dudukan kontak dan mikro switch.
2.
Mikro switch, alat penghubung dan pemutus arus.
3.
Actuator, merupakan sensor yang mengaktifkan mikro switch. Seperti halnya pada push buttom switch, limit switch pun terdapat dua titik sambungan yaitu NO dan NC yang bekerjanya saling bertolak belakang. Dalam penggambarannya limit switch dilukiskan seperti gambar di bawah ini:
Gambar 2.3.4 Titik Kontak Limit Switch.(Anly;Katalog Ver.9.0;2002;16D) II.3.2.2.2 Photo Switch Photo switch adalah pemutus dan penghubung arus yang bekerja berdasarkan sinyal sinar yang dipancarkan dengan frekuensi tertentu pada alat penerima sinar. Alat ini akan aktif apabila pancaran sinar tersebut terhalangi atau tidak dapat diterima oleh sensor penerima sinar. Photo switch terdiri dari dua komponen utama, yaitu: 1.
Transceiver Sebagaimana namanya alat ini berfungsi untuk memancarkan sinar pada frekuensi tertentu. Adapun pembangkitnya dapat berupa lensa atau LED khusus, namun ada pula yang menggunakan lampu pijar.
2.
Receiver Alat ini berfungsi untuk menerima pancaran sinar dari transceiver. Setelah gelombang diterima, gelombang tersebut dibangkitkan lagi sesuai dengan frekuensi yang dipancarkan oleh transceiver. Besarnya gelombang yang dipancarkan dan yang diterima harus sama, dengan demikian apabila pancaran gelombang terhalang atau tidak dapat diterima oleh receiver mengakibatkan terjadinya perbedaan gelombang antara keduanya. Sehingga receiver memberikan sinyal kepada amplifier yang menghasilkan output berupa kode yang merubah posisi kontak sambungannya. Menurut letaknya photo switch terbagi atas:
Jenis terpisah
Jenis bersatu Perbedaan dari kedua jenis di atas adalah letak antara transceiver dan receiver. Untuk jenis terpisah, transceiver diposisikan terpisah dengna receiver.
Gambar 2.3.5 Wiring Diagram Photo Switch Terpisah.(Omron;Katalog Vol.4;80)
Gambar 2.3.6 Wiring Diagram Photo switch Bersatu. .(Omron;Katalog Vol.4;80)
Gabar 2.3.7 Photo Switch.(Anly;Katalog Ver.9.0;2002;5)
II.3.2.3 Alat Logika Peralatan ini berfungsi sebagai penyimpan informasi atau mempertahankan keadaan sesuai dengan sinyal yang diterimanya. Sehingga akan didapat suatu output on atau off sesuai dengan yang diharapkan. II.3.2.3.1 Relay Auxiliary Relay yaitu suatu alat yang bekerja berdasarkan kemagnetan akibat adanya arus pada inti besi (coil) sehingga akan memutuskan titik kontaknya. Pada relay terdapat dua macam titik sambungan yaitu normally close (NC) dan normally open (NO). Normally close adalah titik sambungan pada saat belum ada kemagnetan atau relay dalam keadaan normal posisinya menutup dan pada saat relay aktif titik sambungan tersebut akan membuka. Titik sambungan ini biasanya digunakan sebagai pemutus arus. Sedangkan normally open adalah kebalikannya.
Gambar 2.3.8 Wiring Diagram Relay Auxiliary. .(Omron;Katalog Vol.4;385) Keterangan: 1.
Sumber Listrik
6.
Titik NC
2.
Sakelar Pemberi Sinyal
7.
Titik Hubung Gerak
3.
Inti Besi (core)
8.
Plat Pembawa
4.
Kumparan (coil)
9.
Pegas Pembalik
5.
Titik NO
10.
Titik Engsel
Prinsip kerja relay: Pada saat sakelar (2) dalam posisi on, maka akan timbul kemagnetan pada inti besi (core) karena arus mengalir pada lilitan (coil) disekelilingnya. Sehingga Plat pembawa akan tertarik oleh gaya magnet, akibatnya akan merubah titik sambungan yaitu kontak B akan behubungan dengan kontak C sebagai titik sambungan terbuka, sehingga hubungan arus antara A dan B terputus dan arus dari B akan mengalir ke C. kemudian pada saat switch di off kan, kemagnetan pada inti besi hilang Karena hilangnya tegangan pada lilitan sehingga gaya magnet yang menarik Plat pembawa terputus. Dengan cepat kontak A dan B akan terhubung kembali akibat adanya gaya tarik pegas.
Gambar 2.3.9 Relay Auxiliary.(Anly;Katalog Ver.9.0;2002;10) II.3.2.3.2 Magnet Contactor Pada dasarnya prinsip kerja daripada magnet contactor adalah sama dengan relay auxiliary. Hanya saja magnet contactor umumnya digunakan untuk memutus dan menghubungkan arus tegangan yang besar. Oleh karenanya banyak digunakan sebagai relay daya untuk motor-motor induksi. Magnet contactor memiliki titik kontak utama yang disebut relay daya dan beberapa buah kontak bantu atau auxiliary. Relay daya hanya terdiri dari titik sambungan normally open (NO), sedangkan kontak bantu terdiri dari dua titik sambungan yaitu normally open (NO) dan normally close (NC) yang bekerja saling bertolak belakang. Contactor ini banyak digunakan karena berbagai pertimbangan seperti:
1.
Pemasangan sangat sederhana,
2.
Dapat digunakan sebagai control beban yang besar,
3.
Dapat bekerja dengan arus yang baik.
Gambar 2.3.10 Wiring Diagram Magnet Contactor. (LLK-BS;Modul Dasar Kontrol Listrik;2002;10)
Keterangan: 1. Tuas Penekan manual
5. Inti Gerak
2. Kontak Tetap
6. Inti Tetap
3. Kontak Gerak
7. Coil
4. Spring Pembalik Perhitungan kapasitas maint NFB didasarkan pada rumus : = 2,5 x In…….(21) (LLK-BS Modul Dasar control listrik;2002;24) Dimana In adalah arus nominal yang mengalir pada rangkaian Perhitungan setting thermisnya adalah : = 1,1 x In……..(22) (LLK-BS Modul Dasar control listrik;2002;24)
Dalam penggambarannya tidak terlalu rumit yaitu coil digambarkan dengan lingkaran beridentitas, sedangkan titik kontak auxiliarlynya diberi identitas dari coil yang mengubahnya. Untuk lebih jelas dapat dilihat gambar di bawah ini:
Gambar 2.3.11 Simbol Penggambaran Magnetic Contractor. (LLK-BS;Modul Dasar Kontrol Listrik;2002;30)
II.3.2.3.3 Time Relay Time relay adalah peralatan logika yang bekerja secara elektronik, yang menghubungkan dan memutuskan arus secara otomatis sesuai dengan masukan yang diterimanya. Kemudian mengolah masukan tersebut dan menghasilkan keluaran berupa perubahan titik sambungan. Time relay terdiri dari dua komponen, yaitu: 1.
Relay, berfungsi sebagai titik sambungan yang dioperasikan,
2.
Timer, berfungsi sebagai pengatur jarak waktu bekerjanya relay dengan mengatur tegangan yang masuk dalam lilitan relay. Dengan demikian titik sambungan bekerja sesuai waktu yang telah disetting. Umumnya time relay digunakan sebagai pengontrol rangkaian tegangan rendah untuk melaksanakan buka dan tutup titik sambungan. Pada time relay terdapat tiga terminal utama, yaitu:
1.
Terminal kontak NO yang dibatasi waktunya,
2.
Terminal kontak NC yang dibatasi waktunya,
3.
Terminal kontak yang tidak dipengaruhi waktu. Untuk menentukan titik sambungnya dapat dilihat pada wiring diagram yang dicantumkan pada rumah timer atau buku petunjuk penggunaanya. Sedangkan untuk penggambarannya dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 2.3.12 Simbol Penggambaran Timer. (LLK-BS;Modul Dasar Kontrol Listrik;2002;38)
Gambar 2.3.13 Timer(Anly;Katalog Ver.9.0;2002;8) II.3.2.4 Alat Pengaman
Peralatan ini sangat penting peranannya untuk rangkaian sendiri maupun bagi yang mengoperasikannya. Adapun tujuan dipasang alat pengaman adalah: 1.
Mengalirkan arus normal dan digunakan untuk menutup rangkaian apabila diperlukan,
2.
Digunakan untuk membuka rangkaian atau untuk menghentikan suatu aliran listrik yang tidak normal atau hubungan singkat,
3.
Untuk memberikan perlindungan terhadap hubungan singkat rangkaian sehingga peralatan tidak mudah rusak,
4.
Untuk mengatasi lonjakan tegangan yang terjadi secara tiba-tiba akibat hubungan singkat. Peralatan pengaman ini banyak sekali macamnya, namun di sini akan dibahas jenis yang sering digunakan dalam rangkaian. II.3.2.4.1 Fuse Fuse (pengaman lebur) terbuat dari kawat perak, timah, tembaga dengan bermacam-macam bentuk yang tertutup oleh isolasi seperti keramik, plastik dan sebagainya. Fuse ini biasanya digunakan untuk elektronik atau komponen-komponen yang mempunyai tegangan rendah. Tipe dan jenis dari fuse banyak sekali macamnya, dilihat dari bentuknya fuse terdiri dari:
5.
Fuse tipe ulir,
6.
Fuse tipe pisau,
7.
Fuse tipe tabung. II.3.2.4.2 Thermal Over Load Pengaman jenis ini memberikan pengamanan secara thermis, yaitu dengan menggunakan bimetal (dua logam yang mempunyai muai jenis berbeda) sebagai pemutus arusnya. Peralatan in biasanya digunakan untuk membatasi jumlah arus nominal pada motor induksi baik untuk satu pasha ataupun lebih. Dilihat dari konstruksinya alat ini bekerja berdasarkan panas yang diterima oleh bimetal, dimana bila panas yang diterima bimetal besar maka akan membengkok dan dimanfaatkan untuk memutuskan arus atau titik kontaknya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar di bawah ini:
Gambar 2.3.14 Prinsip Kerja Thermal Over Load. (Andrew Parr,Msc;2003;28)
II.3.3 Simbol-simbol Squence Tabel 2.3 Simbol-simbol Squence.(LLK-BS;Modul Dasar Kontrol listrik;2002;10) No 1
2
Nama Miniatur Circuit Breaker
No Fuse Breaker
Simbol
Kontak
MCB
Fungsi Pengaman aliran arus listrik.
NFB
Pengaman aliran arus listrik. Pengaman Rangkaian.
3
Fuse Open Type
FS
Pengaman Rangkaian. 4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Thermal Over Load
Time Relay
Magnet Contactor
Auxiliary Relay
Photo Switch
Proximity Switch
Limit Switch
Motor
Pilot Lamp
Buzer
Th
TR
Penghubung dan pemutus arus secara otomatis sesuai dengan setting waktu.
MC
Menghubungkan dan memutuskan arus.
RA
PH
TL
LS
Menghubungkan dan memutuskan arus.
Penghubung dan pemutus arus secara otomatis berdasarkan sinyal sinar. Penghubung dan pemutus arus secara otomatis bedasarkan sensor logam. Penghubung dan pemutus arus secara otomatis berdasarkan kontak langsung.
M
Merubah energi listrik menjadi energi mekanik.
PL
Merubah energi listrik menjadi energi cahaya.
BZ
Merubah energi listrik menjadi energi bunyi.
14
Solenoid Valve
Penghubung dan pemutus aliran udara melalui sinyal listrik.
SV
BAB III PERENCANAAN SISTEM PNEUMATIK III.1 Prinsip Kerja M/c Otomatisasi Pengisian Air Dalam Kemasan. Prinsip kerja dari mesin ini pada dasarnya adalah kombinasi dari sistem pneumatik dan sisitem kontrol listrik. Karena dengan sistem kombinasi tersebut akan menghasilkan efisiensi kerja yang tinggi dengan hasil sesuai yang diharapkan. Kedua sistem tersebut mempunyai fungsi yang saling mendukung dan berhubungan, yaitu kontrol listrik akan memberikan sinyal ke kontrol pneumatik untuk bergerak dan kontrol pneumatik akan memberikan sinyal ke sensor kontrol listrik sehingga memutuskan atau menghubungkan rangkaian listrik. Secara singkatnya prinsip kerja dari alat otomatisasi pengisian air dalam kemasan ini adalah menggunakan 2 (dua) sistem kerja yaitu secara manual dan otomatis. III.1.1 Prinsip Kerja Secara Manual Pada saat panel utama (NFB) dionkan maka arus akan mengalir ke kontak MC1 dan MC2. Dan ketika panel rangkaian (NFB) dionkan maka arus juga masuk ke dalam rangkaian ditandai dengan pilot lamp kuning (PLk) nyala. Setelah posisi selector switch dipilih ke “manual” maka rangkaian manual yang bekerja dan apabila dipilih ke “auto” maka rangkaian otomatis yang bekerja.
Ketika selector switch pada posisi “manual” (M) di tandai dengan pilot lamp biru (PLb) nyala, maka: 1.
PB2 ditekan motor konveyor berputar dan konveyor berjalan ditandai dengan pilot lamp merah (PLm) nyala, PB1 ditekan motor konveyor berhenti ditandai dengan pilot lamp hijau (PLh) nyala.
2.
PB4 ditekan silinder clamp maju, PB3 ditekan silinder clamp mundur.
3.
PB6 ditekan silinder chuck maju, PB5 ditekan silinder chuck mundur.
III.1.2 Sistem Kerja Otomatis Setelah semua panel (NFB) dionkan dan selector switch dipilih pada posisi “auto” (A) maka rangkaian otomatis bekerja, ditandai dengan pilot lamp biru (PLb) mati. Untuk lebih jelasnya, prinsip kerja secara otomatis akan digambarkan dalam Flow Chart diagram kerja di bawah ini: Time (s) 10"
20"
30"
40"
50"
60"
PB off PB on LS2.0
Motor Konveyor
PH1
LS1.0
Brake Motor SvXa (Silinder Chuck Forward) SvXb (Silinder Chuck Revert) SvYa (Silinder Clamp Forward) SvYb (Silinder Clamp
LS1.1
70"
Revert) LS2.1
SvQ (Pompa Inflation)
TR
PLm (Pilot Lamp Merah) PLh (Pilot Lamp Hijau)
Gambar 3.1 Flow chart Digram Kerja Cara membacanya adalah: 1.
Setelah Auto Start bekerja atau PBon ditekan, maka motor konveyor berputar dan lampu pilot lamp merah (PLm) hidup. Ketika PBoff ditekan, maka rangkaian otomatis berhenti ditandai dengan pilot lamp hijau (PLh) nyala.
2.
Beberapa saat setelah motor konveor bekerja dan memutarkan konveyor yang membawa botol-botol, ketika botol-botol tersebut memotong sinyal PH1 maka motor konveyor berhenti, brake motor hidup (pengeriman On), diikuti silinder clamp maju mencekam botol.
3.
Setelah silinder clamp maju dan menyentuh LS 1.1 maka silinder chuck turun.
4.
Setelah silinder chuck turun dan menyentuh LS 2.1 maka pengisian bekerja (SVQ on) pompa pengisian nyala.
5.
Setelah settingan timer terpenuhi waktunya, maka pompa pengisian mati, silinder clamp dan silinder chuck mundur bersamaan.
6.
Setelah silinder chuck naik menyentuh LS 2.0 dan silinder clamp mundur menyentuh LS 1.0 maka brake motor mati (pengeriman Off) dan motor konveyor berputar kembali.
7.
Setelah botol dibawa konveyor memotong sinyal PH 2 maka reset sistem terpenuhi. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada diagram kelistrikan dan rangkaian konstruksinya (pada halaman lampiran).
