Merancang Sistem Pneumatik Dalam 10 Menit

Pneumatik merupakan salah satu disiplin limu dalam engineering yang khusus membahas udara bertekanan dan pemanfaatnya dalam rekayasa teknik/engineering. Pneumatik umumnya dibunakan dalam sistem otomasi sebagai penggerak dan actuator, missal valve dan piston silinder.

Sistem kerja pneumatik sama dengan sistem kerja hidrolik hanya berbeda fluida yang dipakai. Pada aplikasinya dalam industry pneumatik digunakan untuk aplikasi yang lebih mementingkan kecepatan dan ketepatan dibandingkan tenaga yang dihasilkan.

Gambar1. sistem kerja pneumatik

Pengenalan komponen dasar pneumatik

Sebelum merancang sistem pneumatik terlebih dahulu kita harus memahami komponen-komponen dasar pneumatik dan prinsip kerjanya.
Komponen-komponen dasar pneumatik dibedakan ke dalam lima kelompok, yaitu:

1. pasokan energy/air service unit

2. valve aktuator

3. valve pneumatik

4. aktuator silinder/piston

5. line & functions symbol

1. Pasokan energi / air service unit

Angin atau udara bertekanan adalah energi utama yang dimanfaatkan dalam aplikasi pneumatik. Sehingga komponen ini merupakan jantung dari sistem pneumatik karena tanpanya sistem pneumatik tidak akan bisa berfungsi.

Udara bertekanan dihasilkan oleh compressor. Contoh paling sederhana adalah compressor yang dipakai oleh tukang tambal ban, namun untuk aplikasi di industry jenis dan spesifikasi compressor menyesuaikan sesuai kebutuhan udara yang bekerja dalam sistem pneumatik.
Yang perlu menjadi perhatian khusus adalah kualitas angin yang dihasilkan compressor untuk kemudian dipakai dalam sistem pneumatik. 

Angin yang mengalir dalam sistem pneumatik harusnya kering dan tidak mengandung air sama sekali. Karena komponen-komponen pneumatik merupakan komponen presisi dan air bisa menggangu kinera dari komponen-komponen pneumatic (menyebabkan karat dan jammed).

Oleh sebabt itu biasanya pada mesin-mesin industry compressor angin dilengkapi juga dengan air dan buffer tank lengkpa dengan water trap untuk memastikan tidak ada air di dalam sistem pneumatik.

Simbol-simbol komponen pasokan energy/air service unit

• kompresor                                                          : 
• Akumulator dengan koneksi T                             : 
• Filter                                                                   : 
• Pemisah air/water trap                                         :
• lubricator                                                             :
• regulator tekanan angin                                        :
• air service unit, complete                                     : 
• air service unit, simplified                                     : 
• compressed air supply                                         :

2. valve aktuator

Valve aktuator berfungsi sebagai sinyal input ke dalam sistem pneumatic untuk menjadi pemicu aksi selanjutnya dari sistem pneumatic. 

simbol-simbol valve aktuator

• remote pilot supply                                                                                  : 
• solenoid dilengkap dengan internal pilot untuk override/pemicu manual      :
• simbol umum untuk manual trigger                                                            :
• push button                                                                                              :
• tuas atau pengungkit                                                                                  :
• pedal                                                                                                        :
• switch/mechanical toggle                                                                           :
• pegas                                                                                                       :
• solenoid                                                                                                   :
• internal pilot supply                                                                                   :

3. Valve pneumatik

Valve pneumatik merupakan katup-katup yang mengatur jalur angin pada sistem pneumatik untuk menghasilkan pergerakan yang kita inginkan.

Valve pneumatik terdiri dari 2 bagian, sambungan angin dan ruang/posisi beralih. Sambungan angin merupakan tempat masuk dan keluarnya angin sedangakn ruang/posisi beralih merupakan bagian yang mengatur keluarnya angin sesuai sinya yang diterima.

Jenis valve pneumatik ditentukan oleh jumlah sambungan dan jumlah ruang/posisi beralih. 

Penamaan valve pneumatik :        n/m way valve , dimana n=jumlah sambungan, dan m=jumlah ruang/posisi beralih 

simbol-simbol valve pneumatik

• 2/2 way valve normally open                         :
• 3/2 way valve normally closed                      :
• 3/2 way valve normally open                        :
• 4/2 way valve                                              :
• 5/2 way valve                                                :
• 5/3 way valve blocking middle position          :
• Relief valve                                                   :
• shuttle valve                                                  :
• throttle valve                                                 :
• check valve                                                  :
• flow control                                                  :

4.Aktuator silinder/piston

Aktuator silinder/piston merupakan keluaran atau output akhir dari sistem pneumatik.  Berikut macam-macam piston/silinder:

• single-acting cylinder                                                                 :
• double-acting cylinder                                                               :
• double-acting cylinder with double-sided piston rod                   :
• double acting cylinder with unilateral evaporation, not adjustable :
• double acting cylinder with unilateral evaporation, adjustable       :
• double acting cylinder with bilateral evaporation,  not adjustable  :

5. Line and function symbol

Line and function adalah simbol berupa garis pada gambar kerja rangkaian sistem pneumatik yang mewakili fungsi-fungsi tertentu. Untuk jenis-jenis garis dan fungsinya bisa dilihat pada tabel dibawah ini.

Gambar 2. simbol garis dan fungsinya

Merancang sistem Pneumatik

Setelah mengetahui komponen-komponen pneumatik kita bisa mulai merancang sistem pneumatik. Hal
pertama yang perlu diperhatikan dalam merancang sistem pneumatik adalah kita harus menentukan telrebih dahulu sistem kerja dari sistem pneumatik yang kita rancang.

Sebelum mulai mecancang kita harus paham terlebih dahulu struktur dari sistem pneumatik. Secara hirarki, sistem pneumatik memiliki empat tingkatan yang bisa dilihat pada gambar berikut.

Gambar 3. struktur sistem pneumatik

Berpedoman pada struktur sistem penumatic diatas, selanjutnya kita mulai pada langkah perancang sistem pneumatik:

1. membuat deskripsi sistem kerja dengan menggunakan diagram fungsi

Langkah awal dalam merancang suatu sistem pneumatik adalah membuat deskripsi sistem kerja dan fungsi apa yang ingin dicapai dari sistem pneumatik tersebut.

Untuk memudahkan dalam menjelaskan fungsi sistem pneumatik yang akan kita buat bisa menggunakan diagram fungsi seperti pada contoh berikut ini.

Gambar 4. Diagram fungsi sistem pneumatic

Pada contoh diagram fungsi disamping, sistem yang dirancang menggunakan 2 buah aktuator yang bekerja secara bergantian. Skala horizontal 1-5 merupakan jumlah step/state dari sistem pneumatik ini. Sedangakan skala vertikal 0 dan 1 merupakan keadaan aktuator, 1=aktif dan 0=tidak aktif. 

Penjelasan untuk sistem pneumatik tersebut berdsarakan step/statenya adalah sebagai berikut:

• step 1 : aktuator 1 (1A1) dan aktuator 2 (2A1) sama-sama dalam kondisi 0=tidak aktif
• step 2 : aktuator 1 (1A1) dalam kondisi 1=aktif, sedangkan aktuator 2 (2A1) masih dalam keadaan 0=tidak aktif
• step 3 : aktuator 1 (1A1) masih dalam keadaan 1=aktif , dan aktuator 2 (2A1) juga dalam keadaan 1=aktif.
• step 4 : aktuator 1 (1A1) dalam keadaan 0=tidka aktif, sedangkan aktuator 2 (2A1) masih dalam keadaan 1=aktif
• step 5 : kedua aktuator 1A1 dan 2A1 sama-sama dalam keadaan 0=tidak aktif.

Dengan membaca penjelasan di atas saja tentu tidak cukup untuk memahami sistem kerja rangkaian pneumatik secara keseluruhan.

Perhatikan garis tebal pada diagram yang menunjukkan kondisi aktuator. Garis mendatar merupakan kondisi standstill dimana aktuator tidak mendapatkan pemicu untuk mengubah posisinya. Sedangkan garis diagonal merupakan kondisi transisi dari posisi semula ke posisi selanjutnya.

Aktuator mendapatkan pemicu pada step dimana garis mulai tergambar diagonal sehingga posisinya berubah. Pada transisi antara step 1 dan step 2 diagram diatas tergambar untuk aktuator 1A1 mndapat pemicu sehingga posisinya berubah dari 0 ke 1 sedangkan aktuator 2A1 tidak mendapat pemicu yang membuat posisinya berubah.

2. menentukan komponen-komponen pneumatik yang akan dipakai

Setelah meenentukan fungsi dari sistem pneumatic yang kita rancang. selanjutnya adalah membuat daftar komponen-komponen pneumatic yang akan kita pakai, jenis dan jumlahnya.

Dalam menentukan komponen-komponen pneumatic yang akan kita pakai, kita selalu mengacu pada struktur sistem pneumatic diatas dari struktur yang paling tinggi ke bawah.

• menentukan aktuator. Dalam menentukan jenis aktuator yang kita pakai dan jumlahnya disesuaikan dengan fungsi dan kebutuhan sistem pneumatic yang akan kita buat. Dalam contoh kasus ini kita akan menggunakan 2 buah double-acting cylinder. 
• menentukan katup pengendali/control valve. Fungsi dari katup pengendali/control valve adalah mengendalikan pergerakan piston silinder. Karena kita menggunakan 2 buah aktuator makan kita juga butuh 2 buah control valve. Untuk sistem ini kita akan menggunakan 2 buah 5/2 way-valve dengan pengendalian angin. Untuk part opsional kita bisa menambahkan throttle valve pada masing-masing aktuator untuk menahan pergerakannya sehingga tidak terlalu kencang.
• menentukan valve pemroses signal. Valve pemroses signal berfungsi untuk mengolah sinyal input sebelum diteruskan ke katup pengendali dalam sistem yang kompleks. Untuk sistem yang kita rancang sekarang ini kita belum akan menggunakan valve pemroses sinyal.
• menentukan sensor atau sinyal input. Sensor atau sinyal input berfungsi untuk memberikan input yang akan memicu perubahan posisi aktuator.Pada sistem ini masing-masig aktuator memiliki dua posisi yaitu 1 dan 0, dan aktuator membutuhkan pemicu agar posisinya dapat berubah. Untuk sistem ini kita akan memakai dua buah sensor/sinyal input untuk masing-masing aktuator. Valve yang kita pakai sebagai sensor/sinyal input adalah 3/2 way-valve dengan aktuator mechanical switch/toggle dan spring. Jadi kita akan mempunya 4 buah 3/2 way-valve.
• menentukan air service unit. Dalam menentukan air service unit kita perlu memperhatikan sistem pneumatic yang kita buat akan diaplikasikan di mana. Sehingga kita bisa menentukan kualitas angin yang kita perlukan. Untuk sistem yang sekarang kita rancang kita akan menggunakan air service unit standard.

Dari penjelasan diatas kita sudah mempunya daftar komponen-komponen pneumatic yang akan kita gunakan sebagai berikut:

Tabel 1. daftar komponen pneumatik

3. merancang komponen-komponen pneumatik menjadi satu sistem sesuai dengan diagram fungsi yang sudah dbuat sebelumnya

Kita sudah membuat diagram fungsi sitem pneumatik dan juga kita sudah memiliki daftar komponen-komponen pneumatic yang akan kita gunakan. Saatnya sekarang untuk merancang sistem pneumatik. 

Dalam merancang dan menggambar rangkaian pneumatik kita tetap harus berpedoman pada struktur sistem pneumatik diatas karena struktur sistem pneumatik disusun berdasarkan pergerakan angin atau udara bertekanan dari sumber sampai pada akhirnya menggerakkan aktuator. 

Sebelum merangkai komponen-komponen pneumatik yang sudah kita siapkan di langkah dua kita melengkapi diagram fungsi diatas dengan sensor/sinyal input yang memicu perubahan posisi dari 0 ke 1 ataupun sebaliknya. Berikut hasil rancangan sistem pneumatik kita. 

Gambar 5. Diagram fungsi sistem pneuamtic lengkap dengan sensor

Gambar 6. Rancangan sistem pneumatik

4. melakukan pengujian apakah sistem yang kita rancang fungsinya sudah sesuai atau belum

Rancangan sistem pneumatik kita tidak akan berarti apa-apa apabila tidak kita uji kebenaran dan fungsinya. Dalam langkah ini kita akan menguji rangkaian sistem pneumatik yang sudah kita rancang dan buat.

Pengujian dilakuakn dengan simulasi melalui software FESTO fluidSIM-P. Garis berwarna biru merupakan garis yang dilalui angin.

Gambar 7. pengujian sistem pneumatik dengan simulasi

Setelah sistem pneumatik kita teruji dan berfungsi sesuai dengan diagram fungsi yang kita rancang, kita bisa mengaplikasikannya pada sistem apapun yang kita inginkan. 

Dengan mengikuti empat pangkah diatas merancang sistem pneumatik dapat dilakukan dengan sistematis dan dalam waktu yang singkat. Namun dalam merancang suatu sistem pneumatik kita juga harus memperhatikan sistem penomoran komponen-kompoen pneumatik dalam gambar kerja pneumatik.

Beberapa contoh aplikasi sistem pneumatik antara lain perancangan sistem pneumatik pada Proses otomatisasi Pengisian Air Dalam Kemasan, sistem kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis. Semoga artikel ini bermanfaat dan bisa menambah ilmu kita.