BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Kemajuan teknologi dewasa ini membuat indusri-industri modern berupaya untuk meningkatkan kualitas, kuantitas dan efektivitas produk-produk yang mereka hasilkan. Oleh karena itu industri-industri modern tersebut memerlukan pengotomatisasian secara kontinyu dan sistem yang banyak digunakan pada saat sekarang ini adalah pneumatik. Hal ini dikarenakan pneumatik mempunyai beberapa keuntungan yang tidak dipunyai oleh sistem lain. Walaupun dewasa ini dunia industri didalam pencapaian efisiensi yang tinggi, menggabungkan sistem pneumatik dengan sistem elektrik, elektronik, hidrolik, dan mekanik. Pada industri-industri yang bergerak di bidang yang ada kaitannya dengan pengisian cairan dalam suatu tempat atau wadah ( diambil contoh pengisian air dalam galon ), memerlukan suatu proses otomatisasi dalam pelaksanaannya untuk pencapaian target produksi yang diinginkan dan mempermudah pelaksanaan proses produksi. Walaupun mungkin di dalam industri-industri tersebut telah menggunakan sistem otomatisasi yang lebih canggih dalam pelaksanaannya, tetapi pada kesempatan penyusunan skripsi ini penulis bermaksud ingin menciptakan suatu sistem tersendiri dengan imajinasi, daya pikir, pengetahuan, ilmu dan kemampuan yang penulis miliki dan dapatkan selama menempuh pendidikan di Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa dan study lapangan secara langsung di dunia industri. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin menciptakan suatu sistem yaitu otomatisasi pengisian air dalam kemasan, dengan perpaduan gabungan sistem pneumatik, mekanik dan control otomatisasi squence. Pada penyusunan makalah ini penulis memilih judul “ Perancangan Sistem Pneumatik Pada Proses Otomatisasi Pengisian Air Dalam Kemasan”. Dengan judul tersebut penulis mencoba untuk membahas tentang sistem otomatisasi pneumatik pada alat-alat industri, khususnya industri-industri yang bergerak dalam bidang yang ada kaitannya dengan pengisian cairan dalam wadah atau botol / gallon sebagai hasil produknya, dengan sistem yang sederhana dan efesien.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Kemajuan teknologi dewasa ini membuat indusri-industri modern berupaya
untuk meningkatkan kualitas, kuantitas dan efektivitas produk-produk yang mereka
hasilkan. Oleh karena itu industri-industri modern tersebut memerlukan
pengotomatisasian secara kontinyu dan sistem yang banyak digunakan pada saat
sekarang ini adalah pneumatik. Hal ini dikarenakan pneumatik mempunyai beberapa
keuntungan yang tidak dipunyai oleh sistem lain. Walaupun dewasa ini dunia industri
didalam pencapaian efisiensi yang tinggi, menggabungkan sistem pneumatik dengan
sistem elektrik, elektronik, hidrolik, dan mekanik.
Pada industri-industri yang bergerak di bidang yang ada kaitannya dengan
pengisian cairan dalam suatu tempat atau wadah ( diambil contoh pengisian air dalam
galon ), memerlukan suatu proses otomatisasi dalam pelaksanaannya untuk
pencapaian target produksi yang diinginkan dan mempermudah pelaksanaan proses
produksi. Walaupun mungkin di dalam industri-industri tersebut telah menggunakan
sistem otomatisasi yang lebih canggih dalam pelaksanaannya, tetapi pada kesempatan
penyusunan skripsi ini penulis bermaksud ingin menciptakan suatu sistem tersendiri
dengan imajinasi, daya pikir, pengetahuan, ilmu dan kemampuan yang penulis miliki
dan dapatkan selama menempuh pendidikan di Sekolah Tinggi Teknologi Duta
Bangsa dan study lapangan secara langsung di dunia industri. Oleh karena itu dalam
kesempatan ini penulis ingin menciptakan suatu sistem yaitu otomatisasi pengisian air
dalam kemasan, dengan perpaduan gabungan sistem pneumatik, mekanik dan control
otomatisasi squence.
Pada penyusunan makalah ini penulis memilih judul “ Perancangan Sistem
Pneumatik Pada Proses Otomatisasi Pengisian Air Dalam Kemasan”. Dengan judul
tersebut penulis mencoba untuk membahas tentang sistem otomatisasi pneumatik
pada alat-alat industri, khususnya industri-industri yang bergerak dalam bidang yang
ada kaitannya dengan pengisian cairan dalam wadah atau botol / gallon sebagai hasil
produknya, dengan sistem yang sederhana dan efesien.
1.2 Manfaat dan Tujuan
Adapun manfaat dan tujuan penyusunan makalah ini adalah:
A. Secara umum
1. memperkaya sistem-sistem otomatisasi dalam dunia industri dengan trobosan-
trobosan baru yang lebih efektif dan efesien.
2. Pengembangan ilmu teknologi untuk mencapai tujuan pembelajaran ke dalam dunia
industri yang nyata.
B. Bagi civitas akademik
Sebagai bahan pertimbangan dalam mengevaluasi proses belajar mengajar
pada program studi sehingga dapat diterapkan di lapangan, dan untuk menambah
referensi sebagai rekomendasi penelitian yang akan dilaksanakan di waktu yang akan
datang, yang berhubungan dengan : Perhitungan Daya pompa, Penentuan sebuah
silinder Pneumatik, perhitungan konveyor.
C. Bagi penulis
1. Sebagai tugas makalah mekatronika.
2. Memperdalam dan memantapkan pengetahuan serta pemahaman penulis tentang ilmu
yang telah diterima selama mengikuti pelajaran mekatronika.
3. Melatih penulis untuk menganalisa suatu masalah secara ilmiah dan memberikan
solusi yang tepat guna sesuai dengan disiplin ilmu yang dimiliki secara rinci dan
dapat dipertanggung jawabkan.
4. Melatih penulis agar dapat manyusun laporan kerja yang akan dihadapinya nanti
dengan tepat waktu, jelas dan sistematis.
1.3 Ruang Lingkup Masalah
Materi yang akan disajikan dalam penyusunan makalah ini meliputi masalah
tentang: proses dan cara kerja alat-alat pneumatik, system control dasar otomatisasi,
prinsip dan cara kerja rangkaian alat, perhitungan daya motor listrik yang akan
dipergunakan untuk konveyor, perhitungan cylinder pneumatik dan penghitungan
waktu untuk setting timmer sesuai dengan volume pengisian.
BAB II
TEORI DASAR
II.1 DASAR PNEUMATIK
II.1.1 Perkembangan Teknik Pemakaian Udara Mampat
Udara mampat dikenal juga sebagai udara bertekanan, tentu saja tekanan yang
dimaksud di sini adalah tekanan yang memenuhi batas-batas tertentu. Menurut hukum
alam, udara yang bertekanan mempunyai energi dan menurut sejarahnya udara
bertekanan dapat dibuktikan sebagai salah satu bentuk tenaga tertua yang dikenal
manusia untuk mempertinggi kemampuan fisiknya. Salah satu contoh pemakaian
udara bertekanan yang sudah ditemukan nenek moyang beberapa abad yang lalu dan
sampai sekarang masih banyak digunakan di Negara-negara ketiga sampai Negara-
negara yang telah mempunyai teknologi tinggi adalah baling-baling atau kipas angin.
Energi yang didapat dari hembusan udara, diubah menjadi energi mekanik (putar)
lewat sudu-sudu atau kincir angin. Energi mekanik di sini kemudian berfungsi untuk
menggerakan pesawat-pesawat pembangkit seperti generator listrik dan lain
sebagainya. Penggunaan udara sebagai media energi karena udara murah dan mudah
didapat di alam atmoshper dan juga mudah dibuang di sembarang tempat tanpa
menimbulkan pencemaran di lingkungan sekitarnya.
Orang pertama yang menggunakan alat pneumatik adalah orang Yunani yang
bernama KTESIBIOS. Lebih dari 2005 tahun yang lalu ia membangun suatu
perangkat yang menggunakan perangkat gerakan atau jepretan yang ditimbulkan oleh
udara mampat. Diantara buku-buku pertama mengenai teknik pemakaian udara
mampat sebagai energi adalah diawali pada abad pertama tarikh masehi dan yang
menggambarkan peralatan atau perlengkapan yang digerakan oleh energi udara yaitu
pesawat yang menggunakan energi panas.
Istilah “pneuma” diperoleh dari istilah yunani kuno dan mempunyi arti napas
atau tiupan, dan menurut phylosophi istilah “pneumatics” adalah ilmu yang
mempelajari tentang gerakan perpindahan udara dan gejala atau fenomena udara,
yang diperoleh dari kata “pneuma”.
Sekalipun prinsip dasar dari pneumatik digolongkn antara pikiran manusia
paling awal, tetapi telah diteliti secara sistematis. Pemakaian alat-alat pneumatik
dalam produksi secara nyata pada industri berawal pada sekitar tahun 50-an sampai
sekarang ini. Pada awal mula pemakaian di industri antara lain seperti dalam industri
pertambangan, industri pekerjaan-pekerjaan konstruksi, dan pada perkereta-apian
yakni sebagai rem angin.
Prinsip dasar dari pneumatik dalam industri di seluruh dunia, sebenarnya
dimulai hanya ketika industri-industri itu membutuhkan otomatisasi dan rasionalisasi
rangkaian operasional secara kontinyu, untuk mempertinggi angka produktivitas
dengan biaya yang lebih murah. Meskipun pada permulaan munculnya mengalami
hambatan dan penolakan, terutama adalah karena ketidaktahuan dan rendahnya
bidang pendidikan, tetapi pemakaian dalam bidang pneumatik cenderung lebih
meningkat dan berkembang.
Sekarang ini tidak mungkin dalam industri-industri modern tanpa menggunakan
teknik udara mampat. Perangkat yang menggunakan teknik udara mampat dipasang
dalam hampir semua cabang-cabang industri, seperti industri perakitan, pengecoran,
karoseri, pertambangan, pekerjaan-pekerjaan konstruksi, pembentukan, sampai pada
industri makanan dan kosmetik.
Tidak mustahil apabila menginginkan peralatan yang mempunyai efisiensi yang
lebih tinggi, alat-alat pneumatik dalam kontrolnya dikombinasikan dengan sistem
kontrol elektrik, elektronik, dan hidrolik. Karena dalam tujuan-tujuan tertentu
kombinasi pemakaian sistem kontrol lebih dari dua atau tiga akan menghasilkan
efisiensi yang lebih tinggi. Energi yang ditimbulkan oleh udara bertekanan selain
mudah mendapatkan dan membuangnya, juga mudah untuk mengangkut dan
menyimpannya.
Adapun ciri-ciri dari pada perangkat sistem pneumatik yang tidak dipunyai oleh
sistem alat yang lain adalah sebagai berikut:
1. Pemompaan, udara disedot atau dihisap dari atmosphere, kemudian dimampatkan
(kompresi) sampai batas tekanan kerja yang diinginkan.
2. Pendinginan atau penyimpanan, udara hasil pemompaan yang suhunya naik harus
disimpan dan didinginkan dalam keadaan bertekanan sebelum disalurkan ke objek
yang memerlukan.
3. Ekspansi (pengembangan), udara diperbolehkan berekspansi dan melakukan kerja
ketika diperlukan.
4. Pembuangan, udara hasil ekspansi kemudian dibebaskan lagi ke atmosphere
(pembuangan bebas).
II.1.2 Keuntungan Penggunaan Udara Mampat
Udara mampat banyak digunakan karena mempunyai sifat-sifat yang sangat
menguntungkan, diantaranya:
1. Jumlah
Udara tersedia secara praktis dimana saja untuk dimampatkan dalam jumlah yang tak
terbatas.
2. Pengangkutan
Udara dengan mudah dapat diangkut dalam pipa-pipa saluran, sekalipun dalam jarak
yang jauh. Tidak perlu untuk mengembalikan udara mampat tersebut ke tangki
penyimpan semula, tetapi selesai dipakai kemudian dapat langsung dibuang tanpa
mengotori lingkungan.
3. Dapat Disimpan
Kompresor tidak perlu dihidupkan secara terus-menerus. Udara mampat dapat
disimpan dalam reservoir atau tabung penyimpan, dan sewaktu-waktu dapat
digunakan dari reservoir.
4. Suhu
Suhu udara mampat tidak begitu peka (sensitive) terhadap perubahan suhu. Hal ini
akan menjamin dalam proses pengoperasian, walaupun di bawah kondisi perbedaan
suhu yang besar.
5. Tahan Ledakan
Udara mampat tidak terlalu memberikan risiko terhadap letusan maupun api, oleh
karena itu murah terhadap biaya perlindungan melawan bahaya letusan jika
diperlukan.
6. Kebersihan
Udara mampat selalu bersih, maka dari itu udara yang keluar karena kebocoran pipa
atau bidang lain tidak menimbulkan kontaminasi atau pengotoran terhadap
lingkungan. Kebersihan sangat diperlukan terutama dalam industri makanan,
pengerjaan kayu, tekstil, industri-industri kulit, dan lain-lain.
7. Kontruksi
Pengoperasian bagian-bagiannya ada dalam kontruksi yang sederhana, oleh karena
itu, lebih murah biaya pengoperasiannya.
8. Kecepatan
Dengan udara mampat merupakan media kerja yang sangat cepat. Ini memungkinkan
kecepatan kerja tinggi dapat dicapai.
9. Dapat Disesuaikan
Dengan komponen-komponen udara mampat, kecepatan dan daya mampu diubah-
ubah sesuai dengan kebutuhan.
10. Aman
Alat-alat pneumatik dan bagian-bagian yang mengoperasikannya dapat dipasang suatu
pengaman pada batas kemampuan maksimum. Oleh karena itu, walaupun terjadi
beban lebih akan selalu tetap aman.
Tetapi selain sifat-sifat yang menguntungkan tersebut, ada juga kekurangan-
kekurangan yang dimiliki oleh udara mampat, yaitu:
1. Persiapan
Perangkat udara mampat memerlukan persiapan yang baik dan teliti. Kotoran dan
kelembaban udara tidak boleh masuk, terutama pada pemakaian komponen-
komponen pneumatik.
2. Gaya
Udara mampat hanya ekonomis sampai pada persyaratan gaya tertentu dibawah
tekanan kerja normal 700 kpa / 7bar / 101,5 psi, dan tergantung pada gerakan serta
kecepatan, batasnya adalah dibawah 45.000 N selebihnya beban itu harus
menggunakan hydroulik system. (Festo;Katalog Technical Information;22)
3. Pembuangan Udara
Pada saluran pembuangan ke atmosphere menimbulkan suasana yang bising dan
keras. Meskipun demikian, masalah itu dapat dipecahkan sebagian oleh
perkembangan teknik bahan peredam suara.
4. Biaya
Teknik udara mampat relative memerlukan alat-alat mahal untuk dapat menimbulkan
suatu tenaga. Komponen-komponen mahal agar dapat menghasilkan energi yang
tinggi sebagian dapat diganti oleh komponen-komponen yang murah dengan hasil
guna yang lebih tinggi (jumlah langka).
II.1.3 Prinsip-Prinsip Dasar Secara Fisika
Seluruh permukaan bumi ditutupi oleh lapisan udara, dengan komposisi
campuran gas sebagai berikut:
a. Nitrogen 78% dari volume.
b. Oksigen 21% dari volume.
Selain itu juga berisi karbon dioksida, argon, hidrogen, neon, helium, cripton, dan
xenon.
Untuk membantu dan mempermudah mengetahui hukum alam dan juga sifat-
sifat dari udara, besaran-besaran fisika yang digunakan diklasifikasikan dalam sistem
satuan. Dengan maksud memberikan kejelasan dan menghilangkan definisi-definisi
yang membingungkan. Ilmuan-ilmuan dalam bidang teknik dan fisika dari hampir
seluruh dunia sepakat menyeragamkan sistem satuan tersebut dalam sistem
internasional yang disebut “International System of Unit” dan disingkat “SI”.
Berikut di bawah ini adalah istilah-istilah dan satuan-satuan yang sering
digunakan dalam pneumatik:
a. Besaran Pokok
Tabel 2.1.1 Besaran Pokok (K.Gieck; 2005; XI)
SatuanSimbol/
Singkatan
Satuan dan Simbol Satuan
Sistem Teknik Sistem SI
Panjang
Massa
Waktu
Suhu
Arus listrik
Intensitas Cahaya
Jumlah Zat
ℓ
m
t
T
I
Iv
n
meter (m)
kp.s 2
m
second (s)
derajat C (0C)
Ampere (A)
meter (m)
Kilogram (kg)
second (s)
Kelvin (K)
Ampere (A)
candela (cd)
mole (mol)
b. Besaran Turunan
Tabel 2.1.2 Besaran Turunan (Drs.Budi purwanto,Msi; 2003; 7)
SatuanSimbol/
Singkatan
Satuan dan Simbol SatuanSistem Teknik Sistem SI
Gaya
Luas
Isi
Debit
Tekanan
F
A
V
Q
P
Kilopound (kp)
meter bujur Sangkar (m2)
meter kubik (m3)
(m3/ s)
atmosphere (at)
(kgf/ cm2)
1kg.ms2
1N =
Newton (N)
meter bujur sangkar (m2)
meter kubik (m3)
(m3/ s)
Pascal (pa)
1 pa = 1 N/ m2(bar)
1 bar = 105pa = 100kPa = 14,5 psi
II.1.3.1 Analisa Aliran Fluida
Udara yang melewati saluran dengan luas penampang A (m2) dengan kecepatan
udara mengalir V (m/s), maka akan memiliki debit aliran Q (m3/s) sebesar A (m2) x V
(m/s).
Debit Aliran Udara (Q)
Q (m3/s) = A (m2) . V (m/s)…… (1)
(Andrew parr,Msc; 2003; 20)
Bila udara melalui saluran yang memiliki perbedaan luas penampang A, maka
debit udara akan tetap, namun kecepatannya akan berubah, sebanding dengan
perubahan luas penampangnya Q1 = Q2.
II.1.3.2 Gaya Torak
Besarnya gaya suatu silinder ditentukan oleh besarnya tekanan yang diberikan
terhadap silinder tersebut dan juga luas penampang dari piston torak itu sendiri.
Gambar 2.1.2 Analisa gaya torak (Andrew parr,Msc; 2003; 11)
… (2)
(Andrew parr,Msc; 2003; 11)
Dimana, F = Gaya ……( N )
P = Tekanan …..( N/m2)
A = Luas penampang tekanan ……( m2)
II.1.3.3 Udara yang diperlukan Silinder
Suatu silinder memerlukan jumlah debit udara tertentu untuk melakukan kerja
sesuai dengan yang diharapkan.
……(3)
(Drs.Wirawan,MT;2004;494)
Dimana, Q = Debit aliran (m3/menit)
A = Luas penampang silinder ( m2)
S = Panjang langkah torak ( m )
Pe = Tekanan operasional ( N/m2)
Patm = Tekanan atmosfer (101325 N/m2)
n = Banyaknya langkah ( kali/menit)
Udara tidak mempunyai bentuk yang khusus, ia berubah-ubah bentuk dengan
sedikit hambatan yakni mengambil bentuk yang sesuai dengan sekelilingnya. Udara
dapat dimampatkan berbeda dengan media fluida atau cairan yang tidak dapat
dimampatkan. Perbedaan utama system pneumatic dengan system hidroulik adalah
media yang digunakan, system pneumatic menggunakan udara dan system hidroulik
menggunakan media fluida ( air, oli dll). Secara prinsip kerja, system pneumatic dan
system hidroulik tidak jauh berbeda.
II.1.3.4 Energi Fluida yang mengalir
Cairan atau fluida yang mengalir mempunyai energy yang dapat dibedakan
menjadi 3 yaitu :
1.Energi potensial
Karena letaknya diatas permukaan air laut dan karena percepatan grafitasi, maka
cairan mempunyai energi potensial.
2.Energi tekan
Karena cairan yang mengalir dengan terkanan dapat melakukan suatu pekerjaan
3.Energi kinetic
Energi yang timbul karena geraknya cairan yang mempunyai berat
Jadi jumlah energi cairan tiap satuan berat adalah
…………….(4)
( LLK-BS;Modul Oil-Pressure;48)
Dimana h = Tinggi potensial cairan ( m )
P = Tekanan cairan ( N/m2)
ω = Berat jenis cairan ( N/m3)
v = Kecepatan alir cairan ( m/s )
g = Grafitasi (m/s2)
Jenis aliran fluida dapat diklasifkasikan berdasarkan nilai harga angka reynold.
Aliran fluida pada pipa-pipa bulat harga angka reynoldnya adalah:
……(5)
( K.Gieck;2005;164)
Dimana v = kecepatan fluida (m/s)
d = Diameter dalam pipa (m)
Q = Debit fluida (m3/s)
= Viskositas dinamis
Catatan :
Jikalau Re < 2000 Maka aliran adalah laminer
Jikalau Re > 3000 Maka aliran adalah turbulen
Jikalau Re = 2000… 3000 Maka aliran adalah laminer ataupun turbulen
II.1.4 Pompa dan Kompresor
Secara prinsip kerja, antara kompresor dan pompa adalah sama. Yang
membedakan dari kedua komponen tersebut adalah jenis zat yang ditransmisikan,
pompa mentransmisikan fluida sementara kompresor menstransmisikan udara yang
compresible.
Perhitungan velocity head (hc) pompa dengan rumus:
hc = ……( 6 )
(Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25)
dimana hc = velocity head ( m )
= kecepatan aliran air rata-rata ( m3/s)
= grafitasi bumi ( 9,81 m/s2)
Kerugian head yang terjadi pada pipa isap (∆hs)
∆hs = …..(7)
(Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25)
dimana ∆hs = Kerugian head yang terjadi pada pipa isap ( m )
= Besar fungsi kekasaran relatif pipa
= Panjang pipa isap (m)
= diameter pipa isap (m)
Kerugian yang terjadi pada pipa tekan (∆hd)
∆hd = …..(8)
(Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25)
dimana ∆hd = Kerugian head yang terjadi pada pipa tekan ( m )
= Besar fungsi kekasaran relatif pipa
= Panjang pipa tekan (m)
= diameter pipa tekan (m)
Kerugian head totalnya ( ∑∆h ) menjadi :
∑∆h = ∆hs + ∆hd……(9)
(Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25)
Dimana ∆hs = Kerugian head yang terjadi pada pipa isap ( m )
∆hd = Kerugian head yang terjadi pada pipa tekan ( m )
Tinggi kenaikan geometris total pompa (Hz) adalah:
Hz = Hd – Hs……(10)
(Jurnal Teknik Mesin Vol. 4, No. 1, Maret 2004: 18 – 25)
Dimana Hd = Tinggi kenaikan tekanan air dari pompa ( m )
Hs = tinggi kenaikan isap air sebelum pompa ( m )
Ketika merencanakan pemasangan suatu kompresor dan kelengkapannya,
seharusnya direncanakan pula untuk pengembangannya, apabila kemudian hari masih
perlu untuk membeli perlengkapan pneumatik yang baru.
Kebersihan dari udara sekeliling juga merupakan hal yang penting untuk
direncanakan sebelumnya. Udara yang bersih, jauh dari lingkungan debu dan
kelembaban akan menjamin umur pesawat pembangkit (kompresor) akan lebih lama.
Maka dari itu macam dan jenis kompresor yang dipakai harus sesuai dengan keadaan
lingkungan.
II.1.4.1 Jenis-jenis Kompresor
Jenis kompresor yang digunakan tergantung dari syarat-syarat pemakaian yang
harus dipenuhi yang berkenaan dengan tekanan kerja dan volume yang akan
didistribusikan ke pemakai. Dalam hal ini yang termasuk pemakai adalah silinder dan
katup-katup pengontrol lainnya.
Jenis kompresor terdiri dari dua kelompok, yaitu:
1. Kelompok pertama, adalah yang bekerja pada prinsip pemindahan dimana udara
dikompresikan dengan mengisikannya ke dalam suatu ruangan, kemudian mengurangi
dan memperkecil isi dari ruangan tersebut. Jenis ini disebut kompresor torak