SISTEM PENGENDALI DAN PENGONTROL PNEUMATIK UNTUK MESIN PENGAMPLAS KAYU OTOMATIS

Transkripsi

1 SISTEM PENGENDALI DAN PENGONTROL PNEUMATIK UNTUK MESIN PENGAMPLAS KAYU OTOMATIS Disusun Oleh : 1. Lilis Susanti ( ) 2. Kirliyanti Novia Rachma ( ) 3. M. Zein Al Haq ( ) Dosen : Yunafi atul Aniroh S. T, M.Sc JURUSAN D3 TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2015

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kita panjatkan kepada kehadirat Allah SWT, karena atas berkat dan rahmatnya, kami dapat menyelesaikan pembuatan makalah mengenai Sistem Pergerakan dan Pengontrolan Pneumatik Untuk Mesin Pengamplas Kayu Otomatis. Dalam pembuatan makalah ini, banyak pihak yang sudah membantu kami menyelesaikannya. Kami juga mengambil berbagai referensi, baik dalam buku, majalah, ataupun internet. Tak lupa kami juga mengucapkan terima kasih kepada keluarga besar dan juga teman-teman yang turut membantu dan memberikan saran ataupun masukan kepada kami dalam menyusun materi. Karena berkat saran dan masukannya, kami sangat cermat dalam menyusun setiap materi untuk makalah ini. Kami sadar, bahwa makalah ini masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, kami sangat membutuhkan saran dan juga kritik, yang mana kritik tersebut akan kami jadikan bahan evaluasi kedepannya agar dalam pembuatan makalah lainnya, kami bisa memperbaikinya. Akhir kata, kami mengucapkan terima kasih. Surabaya, 4 November 2015 Penyusun

3 DAFTAR ISI Kata Pengantar... Daftar Isi. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah. 1.3 Tujuan Manfaat. BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Sistem Pneumatik Karakteristik Udara Kempa Kekurangan dan Kelebihan Udara Kempa Diagram Alir 2.5 Konstruksi Pneumatik Sistem Pengendali dan Pengontrol Pneumatik pada Mesin Pengamplas Kayu Otomatis. 2.7 Simulasi dengan Software Fluid Simulation Pneumatic Gambar Simulassi dengan Sssoftware Simulation Pneumatic.. BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Saran Daftar Pustaka

4 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan zaman yang semakin maju tidalah mungkin tidak diimbangi dengan cara berpikir manusia yang semakin maju pula, karena kedua hal tersebut sangat erat kaitannya dan saling mendukung. Seiring berkembangnya kemajuan kedua hal tersebut bisa dilihat contoh saat ini telah banyak kemajuan di bidang industri, baik itu industri yang bermodal besar atapun bermodal kecil. Alat-alat produksi sangat berperan penting dalam bidang produksi, karena tanpa adanya salah satu alat tersebut proses produksi tidak akan berjalan apalagi tujuan dari perusahaan. Dalam industri yang berbasis produksi pastinya memerlukan alat dan mesin untuk menunjang proses produksi, salah satunya adalah mesin pengamplas kayu yang menggunakan sistem pneumatik. Pneumatik berasal dari kata Yunani :pneuma=udara. Jadi pneumatik adalah ilmu yang berkaitan dengan gerakan maupun kondisi yang berkaitan dengan udara. Perangkat pneumatik bekerja dengan memanfaatkan udara yang dimampatkan (compressed air). Dalam hal ini udara yang dimampatkan akan didistribusikan kepada system yang ada sehingga kapasitas system terpenuhi. Tekanan udara yang dibutuhkan pada alat pengontrol pneumatic seperti silinder, katup serta peralatan lainnya adalah 6bar, supaya efektif dan efisien dalam penggunaannya. 1.2 Rumusan Masalah 2. Apa yang dimaksud dengan Sistem Pneumatic? 3. Apa yang dimaksud dengan udara kempa? 4. Aplikasi apa yang digunakan untuk menjalankan simulasi sistem pneumatik? 5. Bagaimana Cara kerja dari mesin pengamplas kayu otomatis? 1.3 Tujuan Mengetahui bagaimana pengendalian dan pengontrolan sistem pneumatik pada mesin pengamplas kayu otomatis. 1.4 Manfaat

5 a. Penulisan makalah ini bermanfaat memberikan pemahaman dan pengetahuan tentang pengendalian dan pengontrolan pneumatik pada mesin pengamplas kayu otomatis b. Mengetahui cara mensimulasikan sistem pneumatik pada mesin pengamplas kayu otomatis. 2.1 Pengertian Sistem Pneumatik BAB II PEMBAHASAN Pneumatik dari segi bahasa berarti pneuma, yang artinya napas atau udara. Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbang-an. Orang pertama yang dikenal dengan pasti telah menggunakan alat pneumatik adalah orang Yunani bernama Ktesibio. Dengan demikian istilah pneumatik berasal dari Yunani kuno yaitu pneuma yang artinya hembusan (tiupan). Bahkan dari ilmu filsafat atau secara philosophi istilah pneuma dapat diartikan sebagai nyawa. Dengan kata lain pneumatik berarti mempelajari tentang gerakan angin (udara) yang dapat dimanfaatkan sebagai media transfer dan sebagai penyimpan tenaga (daya), yang diperoleh dari atmosphere dan dimampatkan ke dalam kompresor. Pneumatik merupakan cabang teoritis aliran atau mekanika fluida dan tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran udara melalui suatu sistem saluran, yang terdiri atas pipa-pipa, selang-selang, gawai (device) dan sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara mampat. Udara yang dimampatkan adalah udara yang diambil dari udara lingkungan yang kemudian ditiupkan secara paksa ke dalam tempat yang ukurannya relatif kecil. Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri (dunia perusahaan) (dan khususnya dalam teknik mesin) merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanis dimana udara memindahkan suatu gaya atau suatu gerakan. Dalam pengertian yang lebih sempit pneumatik dapat diartikan sebagai teknik udara mampat (compressed air technology). Sedangkan dalam pengertian teknik pneumatik meliputi : alat-alat penggerakan, pengukuran, pengaturan, pengendalian, penghubungan dan perentangan yang meminjam gaya dan penggeraknya dari udara mampat. Dalam penggunaan sistem pneumatik semuanya menggunakan udara sebagai fluida kerja dalam arti udara mampat sebagai pendukung, pengangkut, dan pemberi tenaga.

6 Adapun ciri-ciri dari para perangkat sistem pneumatik yang tidak dipunyai oleh sistem alat yang lain, adalah sebagai berikut : 1. Sistem pengempaan, yaitu udara disedot atau diisap dari atmosphere kemudian dimampatkan (dikompresi) sampai batas tekanan kerja tertentu (sesuai dengan yang diinginkan). Dimana selama terjadinya kompresi ini suhu udara menjadi naik. 2. Pendinginan dan penyimpanan, yaitu udara hasil kempaan yang naik suhunya harus didinginkan dan disimpan dalam keadaan bertekanan sampai ke obyek yang diperlukan. 3. Ekspansi (pengembangan), yaitu udara diperbolehkan untuk berekspansi dan melakukan kerja ketika diperlukan. 4. Pembuangan, yaitu udara hasil ekspansi kemudian dibebaskan lagi ke atmosphere (dibuang). Gambar 2.1 Sistem Pneumatic Sederhana 2.2 Karakteristik Udara Kempa Udara Kempa yang digunakan dalam sistem pneumatik, memiliki beberapa karakteristik. Dapat diketahui, bahwa udara kempa terdiri dari 78% volume gas, 21% volume nitrogen, dan 1% gas lainnya. Karakteristik dari udara kempa antara lain : a. Udara mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah b. Volume udara tidak tetap c. Udara dapat dikempa (dipadatkan) d. Berat jenis udara 1,3 kg/m 3 e. Udara tidak bewarna f. Mengandung uap air 2.3 Kelebihan dan Kekurangan Pneumatik

7 Kelebihan dari alat penumatik yang sangat menonjol adalah karena udara dapat mengembang dengan begitu kuat dan cepat di ruangan yang sempit dalam waktu yang relatif singkat. Berdasarkan itu maka peralatan pneumatik banyak digunakan di indistri-industri dan pabrik-pabrik. Juga karena beberapa bukti yang nyata bahwa dalam berbagai masalah untuk otomatisasi tidak ada media lain yang dapat dipakai secara lebih mudah dan ekonomis. Selain dari kelebihan di atas, alat pneumatik juga mempunyai kelebihankelebihan lainnya sehingga alat pneumatik seringkali diutamakan dibandingkan alat-alat yang lain. Kelebihan-kelebihan itu antara lain bisa dilihat dari: Fluida kerja yang mudah diperoleh dan mudah ditransfer a. Udara dimana saja tersedia dalam jumlah yang tak terhingga. b. Saluran-saluran balik tidak diperlukan, karena udara bekas (udara yang telah memuai dan telah menyerahkan energinya) dapat dibuang bebas. Dapat disimpan dengan baik. a. Sumber udara mampat (kompresor) hanya memproduksi udara mampat kalau udara itu memang digunakan, jadi kompresor tidak selalu bekerja. b. Pengangkutan dan penyimpanan dari tangki-tangki penampungan juga dimungkinkan. Bersih dan kering. a. Udara mampat adalah bersih, jadi kalau ada kebocoran pada saluran pipa benda-benda kerja ataupun bahan-bahan tidak akan menjadi kotor. b. Udara mampat adalah kering, jadi kalau ada kerusakan pipa-pipa tidak akan ada pengotoran-pengotoran, bintik (stain) minyak dan sebagainya. Tidak peka terhadap suhu. a. Udara bersih dapat digunakan sepenuhnya pada suhu-suhu tinggi dan pada nilai-nilai yang rendah. b. Udara mampat juga dapat digunakan di tempat-tempat yang sangat panas. c. Peralatan-peralatan atau saluran-saluran pipa dapat digunakan secara aman dalam lingkungan yang panas sekali. Aman terhadap ledakan dan kebakaran. a. Keamanan kerja serta produksi besar dari udara mampat tidak mengandung bahaya kebakaran maupun ledakan. b. Alat-alat pneumatik dapat digunakan tanpa dibutuhkan pengamanan yang mahal dan luas.

8 Kesederhanaan (mudah dipelihara) a. Karena kontruksinya sangat sederhana, peralatan-peralatan udara mampat hampir tidak peka gangguan. b. Konstruksinya yang sederhana menyebabkan waktu motase (pemasangan) menjadi singkat, kerusakan-kerusakan seringkali dapat diperbaiki sendiri. c. Komponen-komponennya dengan mudah dipasang dan setelah dibuka dapat digunakan kembali untuk penggunaan-penggunaan lainnya. Konstruksi kokoh. Pada umumnya komponen pneumatik kostruksinya kokoh sehingga tahan terhadap gangguan dan perlakuan-perlakuan kasar. Namun demikian, udara bertekanan dan peralatan pneumatik masih tetap juga mempunyai kelemahan-kelemahan. Kekurangan dari sistem pneumatik antara lain: Gangguan suara (bising). Udara yang ditiup keluar menyebabkan kebisingan (desisan) terutama dalam ruang-ruang kerja yang sangat mengganggu. Mudah menguap (volatile). Udara mampat mudah menguap (volatile). Terutama dalam jaringan udara-udara mampat yang besar dan luas dapat terjadi kebocoran-kebocoran yang banyak dan menyebabkan udara mampat mengalir keluar. Bahaya pembekuan. Pada waktu pemuaian (expansion) mendadak dan penurunan suhu yang berkaitan dengan pemuaian mendadak ini, dapat terjadi pembentukan es. Gaya tekan terbatas. Udara mampat hanya dapat membangkitkan gaya yang terbatas. Untuk gaya-gaya yang besar pada suatu tekanan bisa dalam jaringan, dan dibutuhkan diameter torak yang besar. Biaya energi tinggi. Biaya produksi udara mampat tinggi, oleh karena itu untuk produksi dan distribusi dibutuhkan peralatan-peralatan khusus. 2.4 Diagram Alir Diagram Rangkaian harus digambar dengan tata cara penggambaran yang benar. Karena hal ini akan memudahkan seseorang untuk membaca rangkaian, sehingga mempermudah pada saat merangkai atau mencari kesalahan sistem pneumatik.

9 Gambar 2.4 Klasifikasi Elemen Sistem Pneumatik 2.5 Kontruksi Pneumatik Secara umum komponen-komponen konstruksi pneumatik dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga) yaitu : a. Unit Tenaga (Power Pack) b. Unit ini berfungsi untuk membangkitkan tenaga fluida yaitu berupa aliran udara mampat. Unit tenaga ini terdiri atas kompresor yang digerakkan oleh motor listrik atau motor bakar, tangki udara (receiver) dan kelengkapannya, serta unit pelayanan udara yang terdiri atas filter udara, regulator pengatur tekanan dan lubricator. c. Udara bertekanan untuk penggunaan pneumatik harus dapat memadai dan memiliki kualitas yang baik.udara dimampatkan kira-kira menjadi 1/7 dari volume udara bebas oleh kompresor dan disalurkan melalui suatu sistempendistribuasian udara. Untuk menjaga kualitas udara yang diteriama, peralatan unti pemeliharaan udara (sevis unit) harus digunakan untuk mempersiapkan udara sebelum digunakan kedalam sistem kontrol pneumatik.

10 Gambar 2.5 Sistem pengadaan udara bertekanan c. Unit pengatur Unit pengatur merupakan bagian pokok yang menjadikan sistem pneumatik termasuk sistem otomasi. Karena dengan unit pengatur ini hasil kerja dari sistem pneumatik dapat diatur secara otomatis baik gerakan, kecepatan, urutan gerak, arah gerakan maupun kekuatannya. Dengan unit pengatur ini sistem pneumatik dapat didesain untuk berbagai tujuan otomatis dalam suatu mesin industri. Fungsi dari unit pengatur ini adalah untuk mengatur atau pengendalikan jalannya penerusan tenaga fluida hingga menghasilkan bentuk kerja (usaha) yang berupa tenaga mekanik. Unit pengatur ini berupa katup kontrol arah. Jenis-jenis katup kontrol arah antara lain: 1. Katup 3/2 Geser Dengan Tangan ( Hand Slide Valve ) 2. Katup 3/2 dengan tuas roller 3. Katup kontrol 5/2 4. Katup ganti/ katup Atau. 5. Katup kontrol aliran satu arah d. Unit penggerak ( actuator ) Unit ini berfungsi untuk mewujudkan hasil transfer daya dari tenaga fluida, berupa gerakan lurus atau gerakan putar. Penggerak yang menghasilkan gerakan lurus adalah silinder penggerak, sedangkan yang menghasilkan gerakan putar adalah motor pneumatik. Gambar 2.5 Macam-macam actuator 2.6 Sistem Pengendali dan Pengontrol Pneumatik Mesin Pengamplas Kayu Otomatis. Untuk mengatasi permasalahan-permasalahan yang terdapat pada pengamplasan kayu secara manual, maka perlu didesain suatu rancangan untuk mesin pengamplas kayu. Pergerakan mesin pengamplas yang dibuat,

11 dikontrol secara otomatis dengan menggunakan sistem kontrol pneumatik. Kondisi yang diharapkan dari sistem pergerakan dengan pengontrolan pneumatik yaitu ketika proses pengamplasan, operator cukup menggeser katup dan proses pengamplasan akan berlangsung otomatis. Operator hanya melihat apakah benda yang diamplas sudah sesuai. Kalaupun ada yang perlu sedikit diamplas, maka operator dapat menggunakan katup semi otomatis. Untuk pencekaman benda kerja diperlukan alat bantu cekam. Dalam pembuatan tulisan yang berjudul Perancangan Simulasi Sistem Pergerakan dengan Pengontrolan Pneumatik untuk Mesin Pengamplas Kayu Otomatis ini, pencekaman yang digunakan adalah ragam. Dalam pengaplikasian mesin pengamplas kayu otomatis ini, kita harus menentukan berapa besar diameter silinder yang akan digunakan. Hal ini perlu dilakukan untuk mengetahui seberapa besar gaya yang akan bekerja pada silinder atau seberapa besar beban yang akan didorong atau ditarik oleh silinder, yang secara teoritis dapat dihitung melalui rumus: Untuk silinder kerja tunggal: F = ( D². π/4. P) - f Untuk silinder kerja ganda: Langkah maju F = D². π/4. P Langkah mundur : F = (D² - d²). π/4. P Keterangan : F = Gaya piston (N) f = Gaya pegas (N) D = Diameter piston (m) d = Diameter batang piston (m) A = Luas penampang piston yang dipasang (m²) P = Tekanan kerja (Pa) Selain itu juga harus diketahui terlebih dahulu bagaimana posisi dari silinder terhadap bebannya, hal ini bertujuan ntuk menentukan berapa besar load ratio. Adapun persamaannya sebagai berikut: F = P x A x η Keterangan : F = Gaya gerak piston (N) P e = Tekanan pengukuran (Pa)

12 A = Luas permukaan piston (m 2 ) η = Viskositas (load ratio) η = 0,7 untuk silinder dengan operasi seimbang η = 0,8 untuk silinder dengan operasi dinamis Pada mesin pengamplasan kayu ini dibutukan udara sebagai sumber energinya. Untuk menyiapan udara dan untuk mengetahui biaya pengadaan energi, terlebih dahulu harus diketahui konsumsi udara pada sistem. Pada tekanan kerja, diameter piston dan langkah tertentu, konsumsi udara dihitung sebagai berikut: Kebutuhan udara = Perbandingan kompresi x Luas penampang piston x Panjang langkah Untuk mempermudah dan mempercepat dalam menentukan kebutuhan udara, tabel di bawah ini menunjukkan kebutuhan udara persentimeter langkah piston untuk berbagai macam tekanan dan diameter piston silinder. Silinder kerja tunggal : Q = s.n.q Silinder kerja ganda : Q = 2 ( s.n.q ) Keterangan : Q = Kebutuhan udara silinder ( 1/min ) q = Kebutuhan udara persentimeter langkah piston s = Panjang langkah piston ( cm ) n = Jumlah siklus kerja per menit Aliran fluida untuk hidrolika dan pneumatika pada kecepatan rendah pada dinding-dinding pipa dan aliran yang paling tinggi dipusat pipa. Ini dikenal dengan aliran laminer atau streamline. Sifat aliran ditentukan pada bilangan Reynolds, Re, yang diberikan oleh persamaan : R e v. d. Keterangan : v = kecepatan aliran (m/s) d = diameter pipa (mm) ρ = densitas (kg/m 3 ) Viskositas 2.7 Simulasi dengan Software Fluid Simulation Pneumatic Pengujian simulasi dilakukan menggunakan simulasi software Fluid Simulation Pneumatic dan hasilnya menunjukkan bagaimana aliran udara yang bekerja pada tiap-tiap katup pneumatik yang digunakan untuk menggerakkan silinder kerja ganda yang berfungsi sebagai penggerak balok pengamplas. Software Fluid Simulation Pneumatic merupakan salah satu dari software komputer untuk demo simulasi aliran fluida yang khususnya pada sistem

13 rangkaian pneumatik. Software ini berjalan dalam sistem windows. Pengguna software ini harus memahami terlebih dahulu tentang simbol-simbol dan lambing pneumatik sebelum membuat diagram rangkaian berupa simbolsimbol dari pneumatik untuk pengontrolan aplikasi yang akan dibuat atau disimulasikan. Dengan adanya pemodelan menggunakan program Fluid Simulation Pneumatic ini, pengguna tidak perlu repot saat simulasi, karena pengguna hanya tinggal memasang komponen-komponen pneumatik ke tempat sesuai diagram rancangan yang akan dibuat atau disimulasikan. 2.8 Gambar Simulasi dengan Software Fluid Simulation Pneumatic z x y Gambar 2.8 Rangkaian Pengampelasan Kayu Apabila katup X atau Y di ON-kan udara mampat mengalir dari kompresor menuju katup OR maka udara mampat akan diteruskan menuju katup A. Apabila katup A diaktifkan maka udara mampat diteruskan menuju katup Z. saat katup Z bergeser kekanan/aktif, udara akan mendorong piston keluar. Saat piston sudah maksimum maka piston akan mengaktifkan sensor B. Saat sensor B aktif maka udara mampat mengalir menuju katup Z, sehingga katup Z bergeser ke kiri yang mengakibatkan piston terdorong masuk. Pada saat piston dalam keadaan minimum maka sensor A akan aktif. Keadaan ini berlangsung secara terus-menerus sampai katup X di reset atau di OFF-kan.

14 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan a. Dari Perancangan Simulasi Sistem Pergerakan dengan Pengontrolan Pneumatik untuk Mesin Pengamplas Kayu Otomatis yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa sebelum membuat diagram rangkaian dan pengaplikasian sebenarnya dalam perancangan sistem pneumatik, sebaiknya melakukan uji coba dengan menggunakan software FluidSim Pneumatic, sehingga hasil yang didapatkan pada rangkaian yang dibuat adalah betul. b. Dengan menggunakan system pneumatic pada Mesin Pengamplas Kayu Otomatis, dapat mempermudah kerja karena tidak memerlukan operator khusus. 3.2 Saran a. Untuk lebih memahami lebih lanjut tentang mesin pengamplas kayu otomatis ini, perlu dilakukan penelitian yang lebih mendalam. b. Diperlukan suatu usaha untuk merealisasikan alat tersebut agar dapat digunakan oleh masyarakat.

15 DAFTAR PUSTAKA