42

BAB IIITEORI PENUNJANG

3.1. Pengertian Dan Definisi Instrumentasi

Instrumentasi adalah alat-alat dan piranti (device) yang dipakai untuk pengukuran dan pengendalian dalam suatu sistem yang lebih besar dan lebih kompleks. Instrumentasi bisa berarti alat untuk menghasilkan efek suara, seperti pada instrumen musik misalnya, namun secara umum instrumentasi mempunyai 3 fungsi utama: sebagai alat pengukuran sebagai alat analisis, dan sebagai alat kendali.

Instrumentasi sebagai alat pengukuran meliputi instrumentasi survey/ statistik, instrumentasi pengukuran suhu, dll. Contoh dari instrumentasi sebagai alat analisis banyak dijumpai di bidang kimia dan kedokteran, sementara itu ada pula contoh instrumentasi sebagai alat kendali banyak yang ditemukan dalam bidang elektronika, industri dan pabrik-pabrik. Sistem pengukuran, analisis dan kendali dalam instrumentasi ini bisa dilakukan secara manual (hasilnya dibaca dan ditulis tangan), tetapi bisa juga dilakukan secara otomatis dengan menggunakan komputer (sirkuit elektronik). Untuk jenis yang kedua ini, instrumentasi tidak bisa dipisahkan dengan bidang elektronika dan instrumentasi itu sendiri.

Instrumentasi sebagai alat pengukur sering kali merupakan bagian depan/ awal dari bagian-bagian selanjutnya (bagian kendalinya), dan bisa berupa pengukur dari semua jenis besaran fisis, kimia, mekanis, maupun besaran listrik. Beberapa contoh di antaranya adalah pengukur: massa, waktu, panjang, luas, sudut, suhu, kelembaban, tekanan, aliran, pH (keasaman), level, radiasi, suara, cahaya, kecepatan, torque, sifat listrik (arus listrik, tegangan listrik, tahanan listrik), viskositas, density, dll.

3.2. Pengertian dan Definisi Kontrol

Kontrol merupakan sebuah operasi pengaturan dari objek tertentu untuk tujuan tertentu, sehingga sebuah proses kerja dilakukan secara otomatis, maka dinamakan teknik control. Sedangkan kita juga mengenal istilah Otomasi, yaitu sebuah proses kerja yang aktifitas kerjanya sebagian atau seluruhnya tidak melibatkan tangan manusia (manual).

Dilihat dari sumber energy yang digunakan, maka sebuah kontrol itu dapat dibagi dalam 3 kategori, yaitu :1. Kontrol Elektrik2. Kontrol Pneumatik3. Kontrol Hidrolik

Dalam kontrol elektrik, sumber yang digunakan adalah berupa sumber elektrik. Bias AC 1 3 Fasa, atau DC mulai dari 5 24 Volt DC. Sedangkan keluarannya berupa device device elektrik, atau motor motor listrik. Kontrol ini memiliki keunggulan seperti : Praktis Memiliki respon yang tinggi Memiliki akurasi yang tinggi

Dalam kontrol pneumatik, sumber yang digunakan berupa fluida compressible dengan tekanan tertentu, contohnya udara. Aktuator yang digunakan berupa silinder dan motor angin. Sistem ini memiliki keunggulan seperti sumber yang murah dan respon actuator yang cepat.

Dalam kontrol hidrolik, sumber yang digunakan berupa fluida incompressible seperti oli. Aktuator yang digunakan sama seperti pada pneumatik yaitu menggunakan silinder. Sedangkan keunggulannya adalah mampu menangani beban besar.

3.2.1. Prinsip Prinsip Pneumatik

Pneumatik berasal dari kata pneuma yang berarti udara. Pneumatik adalah ilmu yang berkaitan dengan udara yang bertekanan, baik gerakan serta perpindahannya.

Dengan sistem ini, banyak keuntungan yang didapat seperti melimpahnya sumber udara, aman digunakan serta tidak menggangu lingkungan, tidak menimbulkan percikan api, tidak mengotori peralatan, dan variatif dalam penggunaan komponen.

Selain itu juga memiliki kerugian seperti biaya yang cukup besar dalam menghasilkan udara yang bertekanan serta pengkodisiannya, efek pegas dalam pemampatan udara, control kecepatan yang lambat, noise dan bahaya dalam pelepasan udara.

Lalu jika dibandingkan dengan hidrolik, maka hidrolik lebih berkaitan dengan media fluida cair seperti oli. Dan terdapat kesamaan dalam penggunaan komponen seperti katup dan silinder, hanya saja tekanan yang digunakan lebih besar dibandingkan dengan pneumatik.

Perbedaan mendasar antara pneumatik dan hidrolik :KRITERIAPNEUMATIKHIDROLIK

Jenis FluidaGasCair

Sifat FluidaCompressibleIncompressible

Sumber FluidaTidak TerbatasTerbatas

Media PembangkitKompresor UnitPower Pack Unit

Tekanan Kerja1 s/d 10 Bar> 10 Bar

Siklus FluidaOpen Loop Close Loop

Respon KerjaCepatLambat

Daya Yang DihasilkanRingan s/d MenengahBesar

Tabel 1.1

3.2.2. Diagram Kerja/Alir Pada Pneumatik

Gambar 1.5Diagram Alir

Secara umum, diagram alir atau diagram kerja pneumatic pada posisi paling bawah terdapat energy sumber yang terdiri atas kompresor dan service unit equipment yang memiliki komponen filter, pressure gauge, pressure regulator, drying, lubricator, dll. Fungsi utama dari energi sumber ini adalah memberikan sumber udara pressure yang bersih serta dapat diatur tekanannya.

Selanjutnya ada elemen input yang terdiri dari katup directional control seperti push button 3/2 normally closed, selector 3/2 normally open, dll. Fungsi utama dari element ini adalah memberikan masukan ke element selanjutnya.

Selanjutnya ada element proses yang terdiri dari katup directional control dan katup logika seperti katup dua tekanan (two pressure valve), katup or (shuttle valve), dll. Fungsi dari element ini adalah memproses masukan dari element sebelumnya.

Lalu ada element control yang terdiri atas katup memori 5/2 atau 4/2, yang fungsinya adalah menentukan dan mengontrol kapan sebuah actuator bergerak maju atau mundur.

Lalu yang terakhir terdapat elemen akhir atau actuator berupa silinder yang fungsinya untuk menggerakkan sebuah aplikasi mekanik tertentu.

3.3. Sumber Udara dan Service Unit

3.3.1. Kompresor

Kompresor merupakan komponen yang berfungsi sebagai penghasil udara bertekanan. Bekerja dengan memanfaatkan proses penempatan udara. Jenis kompresor yang digunakan tergantung pada kebutuhan operasi yang harus dipenuhi, yakni memperhatikan tekanan kerja dan volume udara yang akan didistribusikan.

3.3.2. Service Unit Equipment

Service unit equipment merupakan seperangkat komponen yang berfungsi untuk membantu kerja dari kompresor yakni mampu menyaring udara dari berbagai kotoran atau partikel, bahkan campuran dari air, mampu mengatur tekanan udara, dan mengetahui ukuran tekanan yang melewati system, mampu memberikan pelumasan. Service Unit Equipment terdiri atas : Filter Water Separator Pressure Regulator Pressure Gauge Lubricator Dll. Filter berfungsi untuk menyaring udara dari berbagai kotoran partikel yang ada dalam udara. Water Separator berfungsi untuk memisahkan udara dari air. Lubricator berfungsi untuk melumasi udara dengan oli. Pressure Regulator berfungsi untuk mengatur teknan udara yang digunakan

atauGambar 11-9Sebuah Unit Pelayanan Udara Pneumatik dan Simbol Penggambarannnya menurut ISO-1219

3.4. Katup/Valve

3.4.1. Pembagian dan Prinsip Kerja Katup

Secara umum terdiri atas 5 macam katup, yaitu : Katup Pengarah (directional control valve) Katup Searah (non return valve) Katup pengatur aliran (flow control valve) Katup pengatur tekanan (pressure control valve) Katup kombinasi (combinasional control valve)

3.4.1.1. Directional Control Valve (DCV)

Fungsi utama katup ini adalah untuk mengarahkan atau mencegah aliran fluida melewati saluran yang telah ditentukan. Dengan kata lain dapat berfungsi seperti traffic light pada persimpangan jalan. Bentuk katup ini bias berbagai macam, tetapi yang paling umum digunakan adalah : Bentuk poppet (ball pilot) Bentuk disc (piringan) Spool and Sleeve

Contoh Gambar katup disc valve

Deskripsi mengenai katup pengarah : Saluran atau port dalam katup Posisi katup (the number of discrete valve settings) Metode aktuasi dalam katup Kondisi awal dari katup (katup terbuka atau tertutup dalam posisi unactuated untuk two-position valve) atau posisi pusat/center position (untuk three-position valve)

Jumlah saluran atau port dinyatakan oleh jumlah ways atau jalan. Kita mendasarkan jumlah ways (jalan) pada julah garis air (flow path) yang melewati katup yang sedang bekerja. Katup yang mempunyai tiga garis alir yang berbeda disebut three-way valve meskipun salah satu port ditutup.

Fungsi diskrit pada katup dcv yakni kondisi katup terbuka atau tertutup, aliran fluida maju atau mundur, dan seterusnya. Meskipun ada beberapa pengecualian seperti katup yang dapat diposisikan secara tak berhingga.

Untuk keadaan normally open, aliran erbuka dari pressure port (port P) menuju working port (port A) pada posisi unactuated. Tetapi aliran akan tertutup dari pressure port menuju working port saat actuated. Pada normally closed, pressure port tertutup, untuk posisi unactuated. Fluida akan mengalir melalui katup ketika katup dalam posisi actuated.

3.4.1.2. Non Return Valve (NRV)

Katup searah merupakan katup satu arah yang membolehkan fluida untuk mengalir hanya dalam satu arah saja dari sumber bisa lebih dari satu dan mencegah aliran dalam arah yang lain. Pengaturan arah dapat dicapai dengan menggunakan simple ball, poppet, spool, atau flapper yang akan didorong dari tempat kedudukannya (seat) pada saat fluida mengalir dalam arah maju (forward) dan akan terpasang dengan rapat ketika fluida mengalir dalam arah mundur (reverse).

Jenis yang digunakan adalah : Check Valve Quick Exhaust Valve Two Pressure Valve (Logika AND) Shuttle Valve (Logika OR)

3.4.1.2.1. Check Valve

Gambar 3.4Check Valve

Katup ini hanya memperbolehkan udara mengalir pada satu arah saja. Sedangkan pada arah yang lain di blokir atau ditutup. System ini menggunakan dengan poppet, simple ball, atau spool yang didorong dari tempat dudukannya (seat) pada saat udara bergerak maju (forward), sedangkan pada arah mundur (reverse) akan menutup atau merapat sehingga saluran udara tersumbat.

Fungsi dari check valve : Perawatan (maintenance). Biasanya digunakan dalam system hidrolik. Saat proses perbaikan atau perawatan ketika membongkar pompa atau rangkaian, maka check valve ini akan mampu mencegah hilangnya fluida. Sebagai komponen bypass (biasanya dalam pressure control valve atau flow control valve) yang memperbolehkan aliran mundur (reverse direction) melewati katup. Sebagai safety bypass yang berfungsi sebagai saluran alternative disekitar filter atau heat exchangers pada kondisi dimana perbedaan tekanan yang melewati peralatan ini melampaui batas yang telah ditentukan.3.4.1.2.2. Quick Exhaust Valve

Katup ini mempunyai fungsi untuk mempercepat proses pembuangan udara sisa, dan biasanya dipasang dekat dengan aplikasi silinder.Simbol :

3.4.1.2.3. Two Pressure Valve (AND Logic)

Katup ini bagian dari katup logika, memiliki 2 saluran input dan 1 saluran output dan berfungsi sebagai logika AND, yakni output akan mengeluarkan keluaran jika kedua input diberi masukan sumber/tekanan.Simbol :

3.4.1.2.4. Shuttle Valve (OR Logic)

Katup ini sama seperti katup AND, tetapi memiliki fungsi yang berbeda, yakni sebagai logika OR yaitu output akan menghasilkan keluaran jika salah satu input diberi masukan/sumber.Simbol :

3.4.1.3. Flow Control Valve (FCV)

Secara umum katup ini terdiri dari 2 jenis, yaitu :1. Bi-Directional Control Valve2. One Way Flow Control Valve

3.4.1.3.1. Bi-Directional Control Valve

Katup ini berfungsi untuk mengatur udara pada kedua arah, sehingga arah alirannya dapat dibalik. Dengan menyetel sekrup pada pengaturan alirannya, maka volume udara yang lewatpun dapat diatur.Simbol :

Gambar 3.9Throttle Valve

3.4.1.3.2. One Way Flow Control Valve

Katup ini disebut juga sebagai katup yang mengatur kecepatan. Pada katup ini udara yang mengalir dihambat, dan hanya dapat pada satu arah. Sebuah katup pengecek memblokir aliran udara dalam satu arah , dan udara hanya dapat mengalir melalui penampang melintang yang dapat diatur. Pada arah yang berlawanan, udara dapat mengalir bebas melalui katup pengecek yang tertutup. Katup jenis ini digunakan untuk pengatur kecepatan silinder pneumatic.

Simbol :

3.4.1.4. Pressure Control Valve (PCV)

Jenis katup ini merupakan jenis katup yang gerakkan fluidanya ditentukan oleh tekanan. Jenisnya adalah : Pressure Relief Valve (Katup Pemabatas Tekanan) Sequence Valves (Katup Rangkai) Dan lain lain

3.4.1.4.1. Pressure Relief Valve

Katup ini berfungsi untuk membatasi tekanan maksimum yang berada dalam fluid system, dengan cara mengalihkan sebagian atau seluruh keluaran pompa kembali ke reservoir. Selama pompa mencoba memaksakan sejumlah fluida masuk ke dalam system, maka tekanan akan terus meningkat. Kenaikan tekanan tersebut dapat dibatasi jika aliran fluida yang masuk ke dalam system dihentikan atau dialihkan lewat saluran lain dan dikembalikan ke dalam reservoir.

Cara yang terakhir ini adalah fungsi dari relief valves.Salah satu jenis relief valves adalah Direct-acting relief valve yang memiliki dua port (pressure port dan tank port). Biasanya menggunakan pegas yang kaku (heavy spring) untuk menahan bola atau poppet pada tempat dudukannya (seaf) atau menahan spool untuk menutupi port tekanan atau port tangki. Selama tekanan fluida yang bekerja lebih kecil dai gaya pegas, maka katup akan selalu tertutup. Jika tekanan yang terjadi melebihi batas tekanan yang ditentukan oleh gaya pegas, maka katup akan mulai terbuka. Besarnya pembukaan katup dipengaruhi juga oleh besarnya tekanan fluida.

Gambar 3.11Pressure Relief Valve

Jenis lain dari relief valve adalah Pilot-operated relief valves yang sebenarnya adalah dua katup yang disatukan. Dan lebih banyak digunakan daripada direct-acting valve karena dapat mengoperasikan system dengan lebih halus dan besarnya cracking pressure biasanya sekitar 90 sampai 95 persen dari full flow pressure. Dengan kata lain, pressure override biasanya dibawah 100 psi. Keuntungan lain adalah katup ini menggunakan vent port. Jika penyumbat dipindahkan dari vent port, ruang pilot (pilot chamber) akan mengalami penurunan tekanan sampai tekanannya nol, sehingga tekanan system cukup tinggi untuk melawan gaya pegas (biasanya sekitar 25 psi). Hal ini akan mengakibatkan main spool akan terbuka dan mengalirkan seluruh aliran pompa. Ketika vent valve tertutup, small pilot valve mengatur tekanan. Jika vent valve terbuka, penurunan tekanan system mencapai nol.

3.4.1.4.2. Sequence Valves

Fungsi dari katup ini untuk mengatur pengoperasian dua cabang sistem. Kondisinya normally closed selama pengoperasian cabang utama yang biasanya terhubung dengan silinder hidrolik. Ketika silinder telah menyelesaikan akhir dari langkah, tekanan pada bagian rangkaian akan mulai naik. Pada tekanan dibawah setting dari relief valve atau pump compensator, sewuence valves akan terbuka sehingga akan mengalirkan fluida menuju ke cabang yang kedua.

3.4.1.5. Combinational Valve (CV)

Katup ini merupakan katup gabungan dari keempat jenis katup diatas atau jenis katup yang tidak disebutkan diatas. Yang termasuk kedalam katup ini adalah: Counter Valve Time Delay Valve

3.4.1.5.1. Counter

Fungsi dari katup ini adalah untuk menghitung. Biasanya digunakan untuk menghitung jumlah sekuens sebuah silinder, menghitung jumlah produk yang bagus/reject, dan sebagainya.Simbol :

12 = Masukan Impuls (Count)2 = Output1 = Power10 = Reset

3.4.1.5.2. Time Delay Valve

Katup ini berfungsi mengatur waktu yang digunakan dalam pengaturan fluida sistem. Biasanya digunakan dalam mengatur delay dalam gerakan sebuah silinder. Jenisnya ada yang disebut delay ON dan delay OFF, serta memiliki kondisi awal Normally Open atau Closed.

Gambar 3.16Time Delay Valve

3.5. Silinder

Secara umum silinder dibagi dalam 3 bagian : Silinder Linier: Double Acting, Single Acting, dan jenisnya Silinder Non Linier: Rotary Cylinder, Motor Air, dll Khusus: Rodless Cylinder, griper, dll

Silinder yang digunakan dalam pneumatic biasanya sama seperti yang digunakan dalam hidrolik. Bagian bagiannya pun sama, tetapi yang membedakan adalah bahan material yang digunakan untuk membuat struktur dalam silinder. Karena tekanan yang digunakan dalam pneumatic adalah alumunium, sedangkan besi sebagai bahan silinder pada hidrolik karena beroperasi pada tekanan yang lebih besar.

Gambar 4Symbol actuator linear

Gambar 4.1Symbol actuator gerakan putar

3.5.1. Silinder Kerja Tunggal

Silinder kerja tunggal mempunyai seal piston tunggal yang dipasang pada sisi suplai udara bertekanan. Pembuangan udara pada sisi batang piston silinder dikeluarkan ke atmosfir melalui saluran pembuangan. Jika lubang pembuangan tidak diproteksi dengan sebuah penyaring akan memungkinkan masuknya partikel halus dari debu ke dalam silinder yang bisa merusak seal. Apabila lubang pembuangan ini tertutup akan membatasi atau menghentikan udara yang akan dibuang pada saat silinder gerakan keluar dan gerakan akan menjadi tersentak-sentak atau terhenti. Seal terbuat dari bahan yang fleksibel yang ditanamkan di dalam piston dari logam atau plastik. Selama bergerak permukaan seal bergeser dengan permukaan silinder.

Gambar konstruksi silinder kerja tunggal sebagai berikut :

Gambar 5

3.5.1.1. Prinsip Kerja

Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston, sisi yang lain terbuka ke atmosfir. Silinder hanya bisa memberikan gaya kerja ke satu arah . Gerakan piston kembali masuk diberikan oleh gaya pegas yang ada didalam silinder direncanakan hanya untuk mengembalikan silinder pada posisi awal dengan alasan agar kecepatan kembali tinggi pada kondisi tanpa beban.

Pada silinder kerja tunggal dengan pegas, langkah silinder dibatasi oleh panjangnya pegas . Oleh karena itu silinder kerja tunggal dibuat maksimum langkahnya sampai sekitar80 mm.

3.5.1.2. Kegunaan

Menurut konstruksinya silinder kerja tunggal dapat melaksanakan berbagai fungsi gerakan , seperti : menjepit benda kerja pemotongan pengeluaran pengepresan pemberian dan pengangkatan.

3.5.1.3. Macam Macam Silinder Kerja Tunggal

Adabermacam-macam perencanaan silinder kerja tunggal termasuk : Silinder Membran (Diafragma) Silinder Membran dengan Rol

3.5.2. Silinder Kerja Ganda

Konstruksi silinder kerja ganda adalah sama dengan silinder kerja tunggal, tetapi tidak mempunyai pegas pengembali. Silinder kerja ganda mempunyai dua saluran (saluran masukan dan saluran pembuangan). Silinder terdiri dari tabung silinder dan penutupnya, piston dengan seal, batang piston, bantalan, ring pengikis dan bagian penyambungan. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Gambar 5.1Biasanyatabung silinderterbuat dari tabung baja tanpa sambungan. Untuk memperpanjang usia komponen seal permukaan dalam tabung silinder dikerjakan dengan mesin yang presisi. Untuk aplikasi khusus tabung silinder bisa dibuat dari aluminium , kuningan dan baja pada permukaan yang bergeser dilapisi chrom keras. Rancangan khusus dipasang pada suatu area dimana tidak boleh terkena korosi.

Penutup akhir tabungadalah bagian paling penting yang terbuat dari bahan cetak seperti aluminium besi tuang. Kedua penutup bisa diikatkan pada tabung silinder dengan batang pengikat yang mempunyai baut dan mur.

Batang pistonterbuat dari baja yang bertemperatur tinggi. Untuk menghindari korosi dan menjaga kelangsungan kerjanya, batang piston harus dilapisi chrom.

Ringsealdipasang pada ujung tabung untuk mencegah kebocoran udara. Bantalan penyangga gerakan batang piston terbuat dari PVC, atau perunggu. Di depan bantalan ada sebuah ring pengikis yang berfungsi mencegah debu dan butiran kecil yang akan masuk ke permukaan dalam silinder.

3.5.2.1. Prinsip Kerja

Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston (arah maju) , sedangkan sisi yang lain (arah mundur) terbuka ke atmosfir, maka gaya diberikan pada sisi permukaan piston tersebut sehingga batang piston akan terdorong keluar sampai mencapai posisi maksimum dan berhenti. Gerakan silinder kembali masuk, diberikan oleh gaya pada sisi permukaan batang piston (arah mundur) dan sisi permukaan piston (arah maju) udaranya terbuka ke atmosfir.

Keuntungan silinder kerja ganda dapat dibebani pada kedua arah gerakan batang pistonnya. Ini memungkinkan pemasangannya lebih fleksibel. Gaya yang diberikan pada batang piston gerakan keluar lebih besar daripada gerakan masuk. Karena efektif permukaan piston dikurangi pada sisi batang piston oleh luas permukaan batang piston.

Silinder aktif adalah dibawah kontrol suplai udara pada kedua arah gerakannya. Pada prinsipnya panjang langkah silinder dibatasi, walaupun faktor lengkungan dan bengkokan yang diterima batang piston harus diperbolehkan. Seperti silinder kerja tunggal, pada silinder kerja ganda piston dipasang dengan seal jenis cincin O atau membran.

25