SISTEM KONTROL PNEUMATIK PADA PINTU BUS OTOMATIS
A. DASAR DASAR PNEUMATIK
1. Pengertian PneumatikPneumatik merupakan teori atau
pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan
keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Sistem pneumatik
(pneumatic system) adalah semua sistem yang menggunakan tenaga yang
disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan, serta dimanfaatkan
untuk menghasilkan suatu kerja. Udara mampat adalah udara atmosfer
yang diisap oleh kompresor dan dimampatkan dari tekanan normal
(0,98 bar) sampai tekanan yang lebih tinggi (antara 4 8 bar)
2. Konstruksi Sistem PneumatikYang dimaksud dengan konstruksi
sistem pneumatik di sini adalah konstruksi rangkaian
komponen-komponen pneumatik yanglengkap. Secara umum
komponen-komponen pneumatik dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga)
yaitu : unit tenaga, unit pengatur dan unit penggerak.
a. Unit Tenaga (power pack)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.
1) Kompresor berfungsi untuk membangkitkan udara mampat.
Gambar 1 : Kompresor torak langkah tunggal dengan silinder yang
didinginkan oleh udara (Dr. Ing. Thomas Krist, Alih Bahasa Dines
Ginting, 1993 : 179)
Gambar 2 : Kompresor baling-baling luncur (Sisjono, 1999 : 5) 2)
Tangki Udara Berfungsi untuk menampung dan menstabilkan pemakaian
udara mampat serta dapat berfungsi untuk mendinginkan udara mampat
yang terdapat di dalam tangki.3) Unit Pelayanan Udara (sevice unit)
bila udara mampat di dalam tangki udara akan didistribusikan ke
seluruh system pneumatic harus diatur sedemikian rupa sehingga
udara yang keluar memenuhi criteria sebagai berikut :a. Udara yang
masuk ke dalam sistem harus bersih. b. Tekanan udara mampat yang
masuk ke dalam sistem harus sesuai dengan tekanan operasi. Untuk
itu perlu adanya alat pengatur tekanan (pressure regulator).c.
Udara yang masuk ke dalam sistem harus mampu melumasi
komponen-komponen yang bergerak. Untuk itu udara harus dicampur
dengan kabut oli. Hal ini dapat dicapai dengan adanya
lubricator.
b. Unit Pengatur (control element)Fungsi dari unit pengatur ini
adalah untuk mengatur dan mengendalikan jalannya penerusan tenaga
fluida hingga menghasilkan bentuk kerja yang berupa tenaga mekanik.
Bentuk dari unit pengatur ini berupa katupc. 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.
B. DEFINISI PERSOALAN DAN KONDISI
Persoalan :
Guna mengatasi kekurangan-kekurangan yang terdapat pada pintu
busmanual, maka akan didesain suatu pintu bus otomatis. Pintu ini
akan dikontrol secara otomatis dengan menggunakan sistem kontrol
pneumatik. Dengan adanya sistem kontrol ini maka diharapkan dapat
mengatasi kekurangan-kekurangan yang ada pada pintu bus
konvensional.
Kondisi-kondisi Bantu :Adapun kondisi-kondisi yang diharapkan
dari sistem control pneumatik ini adalah sebagai berikut :
a. Pada saat bus sedang menunggu penumpang di terminal, halte
atau pada tempat-tempat pemberhentian bus lainnya, maka pintu bus
dalam kondisi terbuka.b. Bila bus akan berangkat atau melanjutkan
perjalanan, maka pintu bus segera ditutup.c. Apabila di tengah
perjalanan ada penumpang yang akan turun, maka penumpang tersebut
tinggal menekan tombol di depan pintu bus, dan pintu akan segera
membuka. Dan bila penumpang telah turun maka pintu akan segera
menutup kembali secara otomatis.d. Saat akan menaikkan penumpang di
tengah perjalanan, maka sopir atau kondektur cukup menekan katup
tombol dan pintu akan segera terbuka secara otomatis. Setelah
penumpang naik maka pintu bus akan menutup kembali secara
otomatis
C. Energi Kerja Dan Ukuran Elemen
1. Energi KerjaOperasi yang harus dilakukan oleh silinder dapat
dibentuk dengan gerakan garis lurus
Gaya yang diperlukan : kecil (kurang dari 50.000 N)Panjang
gerakan : kecil (kurang dari 2000 mm)Energi yang dipilih :
pneumatik
2. Ukuran Elemen Kerja
Ukuran elemen kerja dipilih sesuai dengan hasil analisis
sehingga gaya dan langkah cukup untuk mengoperasikan saklar
batas.
Sket Posisional
Gambar Sket posisional pintu bus otomatis dengan sistem kontrol
pneumatikSekuensi Operasi
Sekuensi Kronologis
Silinder A bergerak mundur dan pintu bus membuka.Silinder A
bergerak maju dan pintu bus menutup.
Tabel SusunanTabel 1 Tahapan Kerja Sistem Kontrol Pneumatik
Tahapan KerjaGerak Silinder123-mundurmaju
Notasi SingkatanA- (Silinder A mundur, pintu bus membuka)A +
(Silinder A maju, pintu bus menutup)
Jenis Kontrol
Identifikasi kelompok utama :Ini adalah suatu kontrol program
(kontrol dengan suatu program kerja yang dilakukan secara otomatis
sesuai dengan kaidah-kaidah tertentu). Jenis kontrol programnya
adalah kontrol gerakan yang dikoordinasikan, dengan pertimbangan
sebagai berikut :
Kepastian operasi. Penyelesaian paling murah dan sederhana.
Tidak memerlukan perubahan program
Energi KontrolBerkenaan dengan media kerja dan bidang persoalan,
ada 2 (dua) kemungkinan yaitu pneumatik dan elektrik. Dalam hal ini
penyelesaian seluruh pneumatik adalah kemungkinan paling
menguntungkan, dengan pertimbangan sebagai berikut : Hanya 1 (satu)
bentuk energi untuk kerja dan kontrol, sehingga tidak membutuhkan
konverter. Tingkat reliabilitas atau keandalan tinggi, karena tidak
peka terhadap lingkungan yang mempengaruhi. Umurnya panjang. Oleh
karena itu, untuk sistem kontrol ini dipilih sistem kontrol
pneumatik.Diagram Rangkaian Kontrol Pintu Bus Otomatis
Keterangan : Gambar Diagram Rangkaian Kontrol Pintu Bus
Otomatis
Diagram tahap perpindahan
1S11S21S31S41V4AKETERANGAN1S11S21S31S41.2 (X)1.4
(Y)AKETERANGAN000000tidak tentu0001100sil. mundur (pintu
membuka)0010100sil. mundur (pintu membuka)0011100sil. mundur (pintu
membuka)0100100sil. mundur (pintu membuka)0101100sil. mundur (pintu
membuka)0110100sil. mundur (pintu membuka)0111100sil. mundur (pintu
membuka)1000011sil. maju (pintu menutup)100111*tidak
tentu101011*tidak tentu101111*tidak tentu110011*tidak
tentu110111*tidak tentu111011*tidak tentu111111*tidak tentu Table 2
Tabel Biner Gerakan Pintu Bus
Keterangan : = tidak ada tekanan udara pada saluran 1.2 (X) dan
saluran 1.4 (Y)* = ada tekanan udara pada kedua saluran 1.2 (X) dan
1.4 (Y)
Untuk Saluran 1.2 (X)
D. CARA KERJA RANGKAIAN Pada saat bus sedang menunggu penumpang
di terminal, halte ataupun tempat-tempat pemberhentian bus lainnya,
maka pintu dikondisikan terbuka terus.Hal ini dimungkinkan dengan
mengoperasikan katup 1S4. Ketika katup 1S4 dioperasikan, saluran 1
terbuka, saluran 3 tertutup, aliran udara dari saluran 1 ke saluran
2 menuju saluran 1.2 (X) pada katup 1V4 melalui katup 1V3. Aliran
udara pada katup 1V4 adalah udara masuk saluran 1 keluar saluran 2
menuju saluran silinder bagian depan melalui katup 1V6. Udara
mendorong silinder ke belakang (A-). Udara dalam silinder bagian
belakang didorong keluar menuju saluran 4 dan keluar saluran 5 pada
katup 1V4 melalui katup 1V5. Dengan gerakan A- (silinder mundur)
maka pintu bus akan terbuka.Pada saat kondisi pintu bus terbuka
maksimal, akan mengaktifkan katup 1S1. Sehingga aliran udara pada
katup 1S1 adalah saluran 1 terbuka, saluran 3 tertutup, udara
mengalir dari saluran 1 ke saluran 2 dan selanjutnya diteruskan ke
katup 1V1. Aliran udara ini akan mengaktifkan katup 1V1 sehingga
udara dari kompresor akan mengalir ke katup 1V4 melalui saluran 1.4
(Y). Pada saat yang bersamaan, pada saluran 1.2 (X) masih erdapat
udara mampat sehingga kondisi ini tidak akan mempengaruhi posisi
katup 1V4. Posisi silinder masih dalam kondisi awal dan posisi
pintu bus masih dalam keadaan terbuka terus. (lihat gambar 17)
Gambar 17 Membuka pintu bus dengan menggunakan katup 1S4
Pada saat bus akan berangkat, sopir/kondektur bus harus menutup
pintu bus terlebih dahulu. Untuk itu maka katup 1S4 harus
dikembalikan ke posisi semula. Saluran 1 tertutup dan saluran 3
terbuka. Udara mampat pada saluran 1.2 (X) akan mengalir ke katup
1V3 menuju saluran 2 dan dibuang melalui saluran 3 pada katup 1S4.
Akibatnya udara pada saluran 1.4 (Y) akan mendorong katup 1V4
sehingga aliran udara pada katup 1V4 adalah udara dari kompresor
masuk saluran 1 diteruskan ke saluran 4 menuju katup 1V5 dan
kemudian masuk ke saluran silinder bagian belakang. Udara pada
bagian depan akan didorong ke luar melewati katup 1V6 menuju
saluran 2 dan dibuang melalui saluran 3 pada katup 1V4. Dengan
gerakan maju ini (A+), pintu bus akan segera tertutup (lihat gambar
18 )
Gambar 18 Menutup pintu bus dengan menggunakan katup 1S4
Apabila di tengah perjalanan ada penumpang yang akan turun, maka
untuk membuka pintu, penumpang tinggal menekan katup 1S2. Pada
waktu katup 1S2 ditekan maka saluran 1 terbuka dan saluran 3
tertutup. Aliran udara dari saluran 1 menuju saluran 2 untuk
selanjutnya diteruskan ke 1V2 dan 1V3, kemudian menuju ke katup 1V4
melalui saluran 1.2 (X). Aliran udara pada katup 1V4 udara masuk
saluran 1 menuju saluran 2 kemudian diteruskan ke katup 1V6.
Selanjutnya diteruskan ke silinder melalui saluran bagian depan.
Udara mendorong silinder ke belakang. Udara pada bagian belakang
silinder akan didorong ke luar melalui katup 1V5 menuju saluran 4
dan dibuang melalui saluran 5. Silinder bergerak mundur (A-) dan
pintu bus terbuka. Lihat gambar 19
Gambar 19 Membuka pintu bus dengan menggunakan katup 1S2Pada
waktu pintu terbuka maksimal maka akan mengaktifkan katup 1S1.
Dengan terbukanya katup 1S1, maka katup 1V1 akan mengalirkan udara
dari kompresor menuju katup 1V4 melalui saluran 1.4 (Y). Pada saat
udara masuk ke saluran 1.4 (Y), pada saluran 1.2 (X) tidak ada
udara mampat karena pada saat katup 1S2 dilepas maka posisi akan
kembali ke posisi awal. Sehingga udara pada saluran 1.2 (X) akan
segera dibuang ke udara bebas melalui saluran 3 pada katup 1S2.
Akibatnya silinder akan bergerak maju (A+) dan pintu bus akan
segera menutup kembali .lihat gambar 20Gambar 20 Menutup pintu bus
dengan menggunakan katup 1S2Apabila akan menaikkan penumpang di
tengah perjalanan, maka untuk membuka pintu bus, dilakukan oleh
sopir atau kondektur bus tersebut yaitu dengan cara menekan katup
1S3. Ketika katup ditekan, maka saluran 1 terbuka, saluran 3
tertutup, udara mengalir dari saluran 1 ke saluran 2 untuk
selanjutnya diteruskan ke saluran 1.2 (X) pada katup 1V4 melalui
katup 1V2 dan katup 1V3. Aliran udara ini akan mengubah arah aliran
pada katup 1V4 yaitu udara masuk dari saluran 1 ke saluran 2 menuju
katup 1V6. Selanjutnya masuk ke silinder melalui saluran bagian
depan. Silinder bergerak mundur (A-) dan pintu bus akan
terbuka.lihat gambar 21
Gambar 21 Membuka pintu bus dengan menggunakan katup 1S3Pada
saat pintu terbuka maksimal maka akan mengaktifkan katup 1S1
sehingga udara dari kompresor akan mengalir dari saluran 1 ke
saluran 2 menuju katup 1V1. Dengan terbukanya katup 1V1, maka udara
dari kompresor akan masuk ke katup 1V4 melalui saluran 1.4 (Y).
Akibatnya udara dari kompresor akan mengalir dari saluran 1 ke
saluran 4 menuju katup 1V5 menuju silinder bagian belakang. Maka
silinder akan bergerak maju (A+) dan pintu akan tertutup kembali
liohat gambar 22
Gambar 22 Menutup pintu bus dengan menggunakan katup
1S3Fungsi-fungsi katup 1V5 dan 1V6 adalah untuk mengatur kecepatan
gerak pintu bus pada saat membuka dan menutup. Katup 1V1 merupakan
katup tunda waktu. Katup ini berfungsi untuk memberikan selang
waktu pintu bus menutup kembali setelah pintu bus terbuka.
Sedangkan katup 1V2 dan 1V3 merupakan katup balik fungsi ATAU yang
memungkinkan pintu bus dapat dioperasikan dengan menggunakan
beberapa jenis katup pneumatik menurut situasi dan kondisi pada
saat pintu bus tersebut dioperasikan.
D. ANALISA SISTEM KONTROL PNEUMATIK PADA PINTU BUS OTOMATIS
Kompresor
Kompresor yang dipilih adalah kompresor jenis torak dengan
pertimbangan sebagai berikut :1. Kompresor torak hampir tidak
memerlukan perbaikan dibandingkan dengan kompresor berputar.2.
Untuk instalasi mobil maka untuk untuk jenis torak dengan kapasitas
yang kecil masih menguntungkan (kurang dari 200 kg per m3 udara
mampat efektif).3. Sampai ukuran besar tertentu (kurang dari 10
m3/menit) merupakan mesin langkah ganda yang terbaik.
Ukuran Tangki UdaraDiket : Kapasitas kompresor= 145 l/min =
145.10-3 m3/min.Banyaknya kontak/h= 20
Kerugian tekanan = 0,1 bar (10 kPa)Tabung yang digunakan
mempunyai volume 0,12 m3 dengan tekanan 10 bar. Maka kapasitas
tabung tersebut adalah :volume tabung x tekanan absolut = 0,12 x
((10+1)/1)= 1,32 m3
Besarnya tangki penyimpanan (berdasarkan diagram): VB = 1,2
m3
Perhitungan SilinderDiket : Kapasitas kompresor = 145 l/min =
145.10-3 m3/min.Banyaknya kontak/h= 20Kerugian tekanan = 0,1 bar
(10 kPa)Tabung yang digunakan mempunyai volume 0,12 m3 dengan
tekanan 10 bar. Maka kapasitas tabung tersebut adalah : volume
tabung x tekanan absolut = 0,12 x ((10+1)/1) = 1,32 m3Besarnya
tangki penyimpanan (berdasarkan diagram):VB = 1,2 m3Perhitungan
SilinderData :Diameter dalam piston : d1 = 50 mmDiameter batang
piston : d2 = 25 mmPanjang langkah piston : s = 300 mmTekanan
pengukuran : pe = 8 barEfisiensi : = 0,8 (asumsi)Apabila suhu udara
setelah pemampatan adalah 40C (asumsi), makakandungan uap air
jenuhnya = 51 g/m3 .(Volker von der Heide/Franz JosefHlken, 2000 :
44)Dimana :F = gaya gerak piston (N)pe = tekanan pengukuran
(N/cm2)A = luas penampang piston (cm2)n= efisiensia. Langkah
Maju
b. Langkah Mundur
2. Kebutuhan Udara Mampat (qv)Kebutuhan udara mampat untuk
silinder kerja ganda digunakan persamaansebagai berikut :
4. Waktu yang dibutuhkan (t)
Kebutuhan Komponen-Komponen PneumatikDalam pembuatan sistem
kontrol pneumatik pada pintu bus otomatis
dibutuhkankomponen-komponen pneumatik sebagai berikut :
SISTEM KONTROL PNEUMATIK PADA PINTU BUS OTOMATISPAPER
Disusun untuk memenuhi tugas Dasar Sistem KontrolDosen: I Made
SudanaOleh:Nama: Akhmad Wahyu Prasetyo WibowoNIM: 5301412074Rombel:
01 (Satu)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO S1JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS NEGERI SEMARANG2013