7. Sistem pneumatik

1
7. Sistem pneumatik

• Pneumatik adalah studi tentang sifat2 mekanis
  dari gas. Dalam aplikasinya di industri, gas yang
  terlibat pada umumnya adalah udara
  tekan(compressed air). Sifat2 mekanis dari gas
  yang dimaksudkan adalah tekanan , volume dan
  temperatur.

2
Komponen pneumatik
Pengadaan udara tekan Kompresor, pompa, Saluran
transmisi udara Katup (valve) Silinder
Nozzle-flapper Relay pneumatik Torque Balanced
Control valve Perhitungan ukuran katup, ukuran
silinder
3
Energi Transmisi Pneumatik

• Alasan digunakannya sistem transmisi
  pneumatik, ataupun
• energi transmisi yang lain pada mekanisme
  adalah untuk
• menghasilkan suatu gerakan atau kerja.
• Pencapaian kerja memerlukan energi kinetik
  untuk dapat
• menggerakkan obyek yang mampu bergerak
  dengan
• kecepatan ataupun pada jarak tertentu
• Pada sistem pneumatik, energi disimpan dalam
  bentuk
• energi ptensial dengan cara udara
  bertekanan.
• Energi menghasilkan kerja pada sistem
  pneumatik sewaktu
• udara tekan dibebaskan untuk mengembang.

4
Energi pada sistem pneumatiktangki udara diisi
udara tekan dengan 100 PSIA, jika valve dibuka
udara tekan dalam tangki akan mengembang sampai
tekanan di dalam tangki menjadi sama dengan
tekanan atmosfer. Udara yang mengembang menjadi
bentuk aliran udara.untuk dapat mengaplikasikan
dalam berbagai bentuk kerja, diperlukan suatu
alat yang yang dapat mencatu udara tekan pada
tangki dengan tekanan yang diinginkan alat ini
disebut positive displacement compressor.
5
Positive Displacement Compressor

• Positive displacement compressor pada dasarnya
  terdiri atas
• beberapa komponen di dalam satu ruangannya.
• compressor mempunyai 1 piston sebagai komponen
  yang
• bergerak.
• piston dihubungkan ke crankshaft, yang pada
  geraknya
• dihubungkan dengan penggerak mula (prime
  mover) yaitu
• motor listrik , ataupun internal combustion
  engine.
• pada bagian port inlet dan outlet, valve
  memungkinkan
• udara masuk dan ke luar dari ruang udara
  (chamber).

6

•         Menggunakan udara bertekanan sebagai
  medium pengantar sinyal
•         Sinyal pneumatik standar 0.2-1.0 bar (1
  bar 105 Pa)
• 3 15 lb/in2 (psig)
•         tekanan gaugetekanan relatif thd
  tekanan atmosfer
• tekanan absolut dengan satuan psia

• Keuntungan dengan sistem pneumatik
• sederhana, andal (reliable)
• robust,kokoh, mudah perawatannya
• tidak terpengaruh interferensi medan listrik
• secara intrinsik sangat aman , karena tak ada
  loncatan api pada
• komponen pneumatik

7

• Kekurangan menggunakan sistem pneumatik
• Adanya time delay (lag) sewaktu
  mentransmisikan
• perubahan sinyal dari transmitter ke
  receiver.
• Delay time dapat mencapai bbrp detik
• Makin panjang pipa makin lama delay time
  yang terjadi
• Problem delay time terjadi dengan jarak
  pipa 150 m
• Transmisi gt 300 m tidak direkomendasikan
  dengan
• sistem pneumatik yang tanpa menggunakan
  booster.
• Kemungkinan terjadinya kondensasi uap air
• Sinyal akan macet jika pipa berisi air
  hasil kondensasi beku.

• Beberapa komponen sistem pneumatik
• Flapper-nozzle displacement sensor
• Relay pneumatik
• Torque balance transmitter
• Sistem transmisi pneumatik

8
Persamaan yang digunakan Berdasarkan formula gas
ideal dari n mole dengan volume V pada temperatur
absolut ?.
9

• Flapper-nozzle displacement sensor
• Merupakan dasar dari transmitter pneumatik.
  Terdiri atas fixed
• restrictor(orifice) dan variable
  restrictor(flapper dan nozzle)
• Perubahan jarak x thd flapper dan nozzle
  menyebabkan
• perubahan hambatan thd aliran udara dan
  juga tekanan
• outputnya. Jarak x naik menyebabkan
  hambatan aliran turun ?
• tekanan turun.
• Volume V adalah kapasitas dari saluran
  transmisi dari sensor ke
• indikator.
• rangkaian listrik analoginya potensiometer
  dengan 1 fixed resistor
• dan 1 variable resistor dan 1 kapasitor
  yang paralel thd variable
• resistor.

10
parameter pada pemakaian pneumatikberat
molekul udara w29volume V 3.2x10-3 m3
(100 m dgn diameter

6.4 mm)konstanta gas ideal R8.314 J/(K
mol)temperatur sekitar ? 293 Kkoefisien
discharge CD 0.6kerapatan udara
? 1 kg/m3diameter orifice do 2x10-4
mdiameter nozzle dN 8 x 10-4 mtekanan udara
catu Ps 1.4 x 105 Pa (gauge)tekanan
atmosfer Pa 0 Pa Psig
(gauge)
11
Fungsi Alih dari Nozzle flapper dapat ditulis
sebagai
dengan K sensitivitas keadaan mantap ?
konstanta waktu
12

• Relay amplifier pneumatik
• Menghubungkan flapper nozzle dengan saluran
  transmisi
• Tekanan balik nozzle P menjadi input bagi relay
  dan
• saluran transmisi yang dihubungkan dengan
  output relay.
• Udara tekan dari catu udara mengalir ke saluran
  transmisi
• lewat double valve pada relay amplifier.
• Berupa hambatan rendah aliran udara yang mem by
  pass
• orifice yang memungkinkan aliran yang tinggi
  ke saluran
• transmisi .
• Juga terdapat hambatan rendah aliran udara yang
  juga
• lewat double valve yang menhubungkan saluran
  transmisi
• ke port ventilasi udara.

13
Rangkaian listrik ekivalen relay
amplifier Berupa 2 resistor variable dan 1
kapasitor parale dengan 1 resistor variable.    
Hubungan antara rs, rv dan y tergantung dari
bentuk double valve Hubungan tersebut pada
umumnya tidak linier
14
Diagram Relay pneumatik
15

• Torque balance transmitter
• Transmitter merupakan rangkaian loop tertutup,
• Dengan feedback negative
• Sinyal output pneumatik dalam range standar
• Proporsional terhadap gaya input F

16
Prinsip kerja

• Gaya input naik , momen CCW
• Separasi jarak x turun ? nozzle back pressure P
  naik ?
• Pout naik
• Kenaikkan Pout kenaikan tekanan pada saluran
  transmisi
• dan juga feedback bellows yang mengakibatkan
  naiknya
• gaya feedback AB Pout . Ini menyebabkan
  kenaikan
• momen dengan arah CW yang melawan adanya
  kenaikan
• momen arah CCW karena gaya F.
• Beam akan berotasi , tekanan output berubah
  sampai
• momen2 dengan arah CW dab CCW seimbang sama.
• Flapper Nozzle dan relay mendeteksi adanya rotasi
  kecil
• pada beam karena adanya ketidakseimbangan
  torsi.

17
Momen CCW TACM F b F0 aMomen CW
TCM Pout AB a Keseimbangan
torsiDengan asumsi torsi balans sempurna
TACM TCM Pout AB a F b F0 a

• Tekanan output proporsional dengan input gaya
  F
• Sensitivitas transmiter b/ (a AB )
• tergantung perbandingan lengan dan luas
  permukaan
• bellows AB.
• Sensitivitas independen thd flapper nozzle,
• karakteristik relay dan catu tekanan.

18
Digram blok transmitter timbangan torsi
Persamaan model timbangan torsi