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). Sifat-sifat mekanis dari gas yang dimaksudkan adalah tekanan, volume dan temperatur.

Komponen pneumatik:Pengadaan udara tekanKompresor, pompa, Saluran transmisi udaraKatup (valve)Silinder Nozzle-flapperRelay pneumatikTorque Balanced Control valvePerhitungan ukuran katup, ukuran silinder

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 tertentuPada sistem pneumatik, energi disimpan dalam bentuk energi ptensial dengan cara udara bertekanan.Energi menghasilkan kerja pada sistem pneumatik sewaktu udara tekan dibebaskan untuk mengembang.

Energi pada sistem pneumatik

tangki 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.

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).

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 gauge=tekanan 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

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 > 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 sensorRelay pneumatikTorque balance transmitterSistem transmisi pneumatik

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

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.

parameter pada pemakaian pneumatik:

berat molekul udara w=29volumeV= 3.2x10-3 m3 (100 m dgn diameter 6.4 mm)konstanta gas idealR=8.314 J/(K mol)temperatur sekitar = 293 Kkoefisien dischargeCD = 0.6kerapatan udara = 1 kg/m3diameter orificedo = 2x10-4 mdiameter nozzledN = 8 x 10-4 mtekanan udara catuPs = 1.4 x 105 Pa (gauge)tekanan atmosfer Pa = 0 Pa [Psig] (gauge)

Fungsi Alih dari Nozzle flapper dapat ditulis sebagai:

dengan: K = sensitivitas keadaan mantap = konstanta waktu

Relay amplifier pneumatikMenghubungkan flapper nozzle dengan saluran transmisiTekanan 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.

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

Diagram Relay pneumatik

Torque balance transmitterTransmitter merupakan rangkaian loop tertutup, Dengan feedback negativeSinyal output pneumatik dalam range standarProporsional terhadap gaya input F

Gaya input naik , momen CCW Separasi jarak x turun nozzle back pressure P naik Pout naikKenaikkan 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.

Prinsip kerja:

Momen CCW: TACM = F b + F0 aMomen CW : TCM = Pout AB aKeseimbangan torsi:Dengan 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.

Digram blok transmitter timbangan torsi

Persamaan model timbangan torsi: