Monthly Archives: July 2018

Penyiapan dan distribusi Udara Kempa

Penyaluran udara kempa untuk keperluan sistem pnumatik harus diperhitungkan secara cermat dan dipelihara dalam kualitas prima. Dalam prakteknya, jumlah dan kualitas udara yang akan dipampatkan merupakan suatu hal yang sangat penting. Udara yang terkontaminasi, masih banyak mengandung polutan, seperti partikel debu, sisa-sisa oli pelumas dan uap air (moisture)  seringkali dapat menyebabkan terjadinya gangguan pada sistem pnumatik dan merusak komponen pnumatik. Oleh Karena itu, sistem pnumatik memerlukan penanganan udara kempa yang sangat presisi, melalui penyaringan (filtering) dan pengeringan (drying). Dengan sistem penyaringan yang cermat akan dapat mengatasi partikel debu dan kotoran lainnya. melalui sistem pengeringan yang baik, dapat mengurangi kandungan uap air yang terbawa masuk ke dalam kompressor

Untuk menyediakan continuing performance dari sistem kontrol pnumatik dan working element yang digunakannya, perlu ada jaminan bahwa udara kempa yang akan digunakan untuk sistem pnumatik harus memenuhi persyaratan teknis sebagai berikut:

  • Tekanan kerja sesuai standar
  • Udara kempa harus kering tidak mengandung uap air, dan
  • Bersih dari kotoran.

Bila kondisi tersebut tidak dapat dipenuhi, maka keadaan yang lebih buruk atau degenerasi akan muncul lebih cepat. Sebagai dampaknya adalah terjadi down time pada sistem dan biaya pemeliharaan meningkat.

Pembangkitan udara kempa dimulai dari kerja kompresor udara. Udara kempa mengalir melalui berbagai komponen sebelum akhirnya mencapai elemen akhir yang merupakan elemen aktuasi (silinder atau motor pnumatik). Komponen berikut perlu dipertimbangkan ketika akan menyiapkan penyediaan udara kempa untuk keperluan sistem pnumatik, yaitu;

  • Inlet filter
  • Air compressor
  • Air reservoir
  • Air Dryer
  • Air filter with water separator
  • Pressure regulator
  • Air lubricator
  • Drainage points

Upaya penyiapan udara kempa yang buruk dan seadanya, pasti akan cenderung menimbulkan malfunction dan mengakibatkan seal dan bagian-bagian bergerak cepat aus, oli masuk ke dalam katub, silencer terkontaminasi, korosi pada pipa, katub dan silinder, serta menguras pelumasan. Pada kasus kebocoran, maka pelepasan udara kempa yang terkontaminasi akan dapat mencemari produk (makanan).

Pada umumnya komponen pnumatik didisain menerima tekanan kerja normal antara 800 hingga 1000 kPa (8 – 10 bar). Pengalaman praktek menunjukkan, untuk alasan ekonomi, tekanan operasi sebesar 6 bar dapat digunakan. Biasanya rugi tekanan berkisar 10 hingga 50 kPa (0,1 – 0,5 bar) yang disebabkan oleh berbagai kondisi, misalnya adanya bengkokan pipa dan panjang pipa, tahanan pipa dan adanya kebocoran. Sehingga untuk mengatasi adanya kerugian tekanan, maka udara kempa yang tersimpan di dalam kompresor harus berikisar 6,5 – 7 bar.

Sistem pnumatik menggunakan udara kempa untuk menghasilkan gerakan mekanik. Untuk mengurangi adanya fluktuasi tekanan, dan memberikan jaminan kualitas penaluran udara kempa, dipasang sebuah reservoir (receiver tank). Kompresor mengisi reservoir yang disediakan sebagai storage tank. Ukuran diameter pipa distribusi udara harus dipilih sedemikian sehingga rugi tekanan tidak boleh melebihi 10 kPa (0,1 bar).

Dari berbagai piranti dalam sistem pnumatik, yang perlu mendapat perhatian lebih adalah compressor, Filter & dryer.

Tipe Kompresor Udara

Pemilihan tipe kompresor tergantung beberapa aspek, yaitu jumlah udara kempa yang harus disediakan, tekanan udara kempa, kualitas dan kebersihan udara kempa, serta tingkat kekeringan udara kempa.

  • Kompresor torak, merupakan salah satu tipe kompresor yang paling populer dan memberikan rentang tekanan dan delivery rate yang luas. Untuk pemakaian tekanan yang lebih tinggi dapat digunakan multistage system. Rentang tekanan optimum yang dihasilkan oleh kompresor torak adalah Single stage : hingga 4 bar Double stage : hingga 15 bar Multistage : di atas 15 bar
  • Kompresor Diafragma, merupakan keluarga kompresor torak, tetapi dilengkapidengan diafragma untuk memisahkan antara piston dan compressor chamber. Keuntungan sistem ini minyak pelumas (oli) tidak dapat terbawa oleh aliran udara kempa. Digunakan pada industri makanan, farmasi dan kimiawi.
  • Kompresor Rotari, kompresor ini menggunakan rotating elemen untuk menaikkan tekanan udara. Selama proses kompresi,compressor chamber selalu mengecil secara kontinyu.
  • Kompresor Flow, dibuat dalam bentuk axial dan radial. Aliran udara digerakkan oleh turbin atau sudu-sudu. Energi kinetik diubah menjadi energi tekanan. Pada kasus axial compressor, udara berakselerasi pada arah axial karena efek pergerakan sudu-sudu.

Air Service Unit

Air service unit merupakan kombinasi dari beberapa komponen untuk memberikan jaminan kualitas udara kempa pada sistem pnumatik, terdiri dari 3 komponen, yaitu:

  • Compressed air filter
  • Compressed air regulator
  • Compressed air regulator (optional)

Compressed air filters adalah alat penyaring yang berfungsi mengambil atau memisahkan seluruh kontaminan dan uap air yang terkandung di dalam udara kempa yang dihasilkan oleh kompresor udara. Udara kempa dari kompresor yang masih mengandung uapair masuk ke filter bowl melalui guide slot. Partikel liquid dan partikel kotoran dipisahkan secara sentrifugal. Akibat adanya gaya centrifugal, maka seluruh liquid dan partikel debu dan kotoran lain akan terlempar keluar dan terkumpul di bagian bawah filter bowl. Selanjutnya udara kempa yang sudah bersih dari kontaminat, disalurkan ke sistem filter berikutnya yang disebut sintered filter. Sintered filter akan mengeluarkan partikel debu yang masih tersisa.

filter

Pemeliharaan Filter

  • Air kondensat yang terkumpul harus dibuang sebelum melebihi maksimum level yang diinginkan, kalau tidak air kondensat tersebut akan kembali masuk ke
  • dalam air stream. Frekuensi perawatan filter, tergantung pada kualitas udara dan tingkat kontaminan dari udara tekan. Semakin jelek kualitas udara tekan maka semakin sering pula filter harus dibersihkan atau diganti. Deposit condensation yang terkumpul di bagian bawah filter bowl harus di keluarkan melalui drain screw, bila depositnya telah mencapai level maksimum. Bila kandungan uap air sangat tinggi, maka disarankan untuk menggunakan automatic water separator.
  • Tip Regular Maintenance:
  •  Compressed Air Filter Condensate level harus diperiksa secara regular. Upayakan, jangan sampai melebihi level indication pada sight glass, agar deposite condensate tidak dapat tertarik masuk ke dalam compressed air line. Bukalah drain screw yang terdapat pada sight glass untuk mengeluarkan deposite condensate. Kemudian filter cartridge yang ada di dalam filter harus juga dibersihkan.
  • Pressure Regulating Valve Piranti ini tidak memerlukan perawatan khusus, bila pemeliharaan compressed air filter dilakukan dengan baik.
  • Compressed Air Regulator : Periksa oil level pada sight glass dan bila perlu tambah oil sehingga mencapai level yang ditentukan. Plastic filter dan lubricator bowl tidak boleh dibersihkan dengan bahan kimiawi trichloroethylene. Hanya mineral oil yang boleh digunakan.

Tugas :

1. Perhatikan pernyataan : “Setiap fluida yang melalui sebuah saluran (pipa) dikatakan bahwa jumlah aliran yang melalui saluran yang berbeda-beda luas penampangnya akan selalu tetap sama pada setiap titik”. Berikan bukti secara konsep dan persamaan yang mendukung kebenaran pernyataan di atas.

2. Sebutkan minimal 5 (lima) keuntungan dan kerugian pemakaian pneumatik !

3. Hal-hal apa sajakah yang harus diperhatikan untuk mendapatkan udara yang berkualitas?

4.Untuk mempersiapkan udara bertekanan, elemen-elemen apa sajakah yang diperlukan?

5. Sebutkan jenis-jenis kompresor !.

6. Sebutkan kriteria pemilihan kompresor !

7.Kompresor jenis apa saja yang dapat menghasilkan udara bertekanan bebas minyak ?

Konsep Udara Bertekanan

Disain mesin modern peralatan produksi modern

  • Suatu mechanical construction menggunakan :
  • pneumatics/hydraulic/electric actuator &motor sebagai penggeraknya
  • PLC sebagai main controller–nya.
  • Solenoid, switch, sensor, relay, &encoder sebagai Internal interface
  • Push button, thumb switch, &potensiometer sebagai  operator interface

Fluida

  • Fluida merupakan substansi yang dapat mengubah bentuk. Fluida dapat berbetuk gas dan cair.
  • Teknik atau cara penggunaan fluida cair pada aplikasi power transmission lazim disebut hydraulic system misal oli mineral
  • fluida gasuntuk aplikasi power transmission disebut sistem pnumatik misal udara atmosfir

Karakteristik Positif Sistem Penumatik

1.Quantity : Tersedia di mana saja dan tak terbatas

2.Transportation : Mudah disalurkan melalui pipa

3.Storage : Dapat disimpan di dalam tanki atau botol

4.Temperature : Udara tidak sensitif terhadap fluktuasi suhu.

5. Explosion-proof : Udara tekan tidak menyebabkan terjadinya ledakan.

6.Cleanliness : Udara tekan sangat bersih tidak menimbulkan polusi.

7.Construction : Konstruksi komponen pnumatik relatif sederhana.

8.Speed : Udara tekan merupakan working medium yang mempunyai respon cepat [1-2 m/s]

 

Teori berkaitan dengan karakteristik udara

 Dinamika dan Karakteristik Udara

Hukum-hukum alam yang mendasari penerapan fluid system untuk membangun mekanisasi dan manipulasi gerak adalah :

  1. Hukum Pascal
  2. HukumBoyle,
  3. Mariotte,
  4. Gay Lussac dan Charles

a. Hukum Boyle-Mariotte

  • Yaitu pada suhu konstan, volume gas berbanding terbalik dengan tekanan absolutnya atau ditulis :

P1 . V1 = P2 . V2

P1 / V2 = P2 / V1

Contoh Soal

Jika volume udara V1 = 1 m3 pada tekanan P1 = 100 kPa dimampatkan pada suhu konstan oleh sebuah gaya F2 pada volume V2 = 0,5 m3. Maka tekanan udara merubah menjadi, P2 = 200 kPa. Hitungan :

b. Hukum Charles-Gay Lussac

yaitu pada tekanan konstan, volume gas berbanding lurus dengan suhu absolutnya. Dalam formula matematika Hukum Charles menjadi seperti berikut :

(V1)(T2) = (V2)(T1)

(V1)/(V2) = (T1)/(T2)

Contoh Soal

  • Udara pada suhu T1 = 293K memiliki volume V1 = 0,8 m3. Dipanaskan hingga mencapai T2 = 344K. Maka Volume udara V2 setelah udara mengalami pengembangan menjadi …..

C. Hukum Boyle-Gay Lussac

hubungan perubahan tekanan dan volume terhadap perubahan suhu, dinyatakan oleh boyle & Gay Lussac sebagai berikut:

Pada persamaan di atas   perkalian antara tekanan dan volume dibagi dengan suhu absolutnya akan selalu konstan. Dari kenyataan tersebut maka di dapat proses dinamika udara dapat terjadi sebagai berikut:

1.Tekanan Tetap à Isobar berubah

2.Volume Tetap à Isochore berubah

3.Suhu Tetap à Isothermal berubah

Besaran dan Satuan

BESARAN  DAN  SATUAN

1.  Besaran Pokok dan Besaran Turunan

Besaran dibedakan menjadi dua, yaitu besaran pokok dan besaran turunan.
Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan dan tidak tergantung pada satuan dari besaran lain. Berdasar Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 tahun 1971,  besaran pokok ada tujuh sebagaimana terdapat dalam tabel 2 berikut:

besaran pokok

Besaran turunan adalah besaran yang tersusun dari besaran pokok, sehingga satuannya juga tersusun dari satuan besaran pokok. Contoh besaran turunan seperti tabel 3 berikut:

besaran turunan

2.  Satuan

Besaran pokok dan besaran turunan dapat diukur dan dinyatakan dalam satuan baku maupun satuan tidak baku. Satuan baku atau satuan standar adalah satuan yang telah diakui dan berlaku secara internasional, misalnya satuan panjang adalah meter, satuan massa adalah kilogram dan satuan waktu adalah sekon. Satuan tidak baku adalah satuan yang tidak berlaku secara internasional atau hanya berlaku pada daerah-daerah tertentu, misalnya satuan panjang di
Indonesia digunakan jengkal dan depa sedangkan di Inggris digunakan inci dan kaki.

Penggunaan bermacam-macam satuan untuk suatu besaran dapat
menimbulkan kesulitan.  Kesulitan  pertama  adalah diperlukannya bermacam-macam alat ukur yang sesuai dengan satuan yang digunakan. Kesulitan kedua adalah kerumitan konversi dari satu satuan ke satuan lainnya. Untuk mengatasi kesulitan tersebut maka perlu dirumuskan satu jenis satuan untuk suatu besaran tertentu yang standar. Syarat utama satuan standar adalah nilai satuannya
harus sama, mudah ditiru atau diperoleh kembali dan  dapat diterima secara internasional.

Sistem Metrik diusulkan menjadi SI, karena satuan-satuan dalam sistem ini dihubungkan dengan bilangan pokok 10 sehingga lebih memudahkan penggunaannya. Tabel  4  di bawah ini menunjukkan awalan-awalan dalam Sistem Metrik yang dipergunakan untuk menyatakan nilai-nilai yang lebih besar atau lebih kecil dari satuan dasar.

sistem metrik

a.  Standar Satuan Panjang
Standar satuan panjang adalah meter. Standar satuan panjang internasional yang pertama adalah sebuah batang yang terbuat dari campuran platina-iridium yang disebut meter standar. Meter standar ini di simpan di Internasional Bureau of Weight and Measures  di kota Sevres, Perancis. Satu meter didefinisan sebagai jarak antara dua goresan pada kedua ujung meter standar yang diukur pada suhu 0 o C.

Ada beberapa kelemahan dalam penggunaan meter standar, antara lain meter standar mudah rusak karena batang platina-iridium mudah terpengaruh oleh perubahan suhu  dan  ketelitian pengukuran tidak memadai lagi dengan kemajuan teknologi saat ini, sehingga pada tahun 1960 ditetapkan bahwa satu meter didefinisikan sama dengan 1.650.763,73 kali panjang gelombang sinar jingga yang dipancarkan atom-atom krypton (Kr-86).

Pada tahun 1983, definisi standar meter diubah lagi menjadi satu meter adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa pada selang waktu 1/299.792.458  sekon, dengan anggapan bahwa kecepatan cahaya di dalam ruang hampa selalu konstan sebesar 299.792.458 meter per sekon. Meter standar inilah yang masih digunakan sampai saat ini.

b.  Standar Satuan Massa

Standar satuan massa adalah kilogram. Sejak tahun 1889 standar
internasional untuk massa  adalah massa silinder campuran platina-iridium yang disebut kilogram standar    yang di simpan di  Internasional Bureau of Weight and Measures di kota Sevres dekat Paris, Perancis. Massa standar satu kilogram dipilih sedemikian rupa sehingga sama dengan massa 1 liter air murni pada suhu  4 o C.

c.  Standar Satuan Waktu

Pada tahun 1967 satuan waktu standar ditetapkan berdasarkan jam atom Cesium. Satu sekon didefinisikan sebagai selang waktu yang diperlukan oleh atom Cesium-133 (Cs-133) untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali dalam transisi antara dua tingkat energi di tingkat energi dasarnya.

d.  Standar Satuan Suhu

Pada Konggres Perhimpunan Fisika Internasional yang diselenggarakan pada tahun 1954 telah ditetapkan standar untuk satuan suhu adalah kelvin (K) dengan acuan suhu ditentukan pada tekanan udara luar sebesar 1 atmosfer atau 76 cmHg, dengan titik lebur es pada suhu 273,15 K dan titik didih air pada suhu 373,15 K. Satu kelvin di definisikan sebagai satuan suhu yang nilainya sama dengan 1/273,15  kali suhu titik tripel air (suhu ketika terjadi kesetimbangan antara wujud cair, gas dan padat).

e.  Standar Satuan Kuat Arus Listrik

Standar untuk satuan kuat arus listrik adalah ampere. Berdasarkan hasil Conference Generale des Poids et Measures ke-9 tahun 1948, satu ampere sama dengan nilai kuat arus tetap yang dilalirkan pada dua kawat sejajar dengan panjang takterhingga, tebal yang diabaikan dan jaraknya terpisah sejauh 1 meter. Kedua kawat berada dalam ruang hampa udara sehingga menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 newton setiap panjang kawat.

f.  Standar Satuan Intensitas Cahaya

Pada Tahun 1979 berdasarkan hasil Conference Generale des Poids et
Measures ke-16 tahun 1979, satu kandela didefinisikan sebagai intensitas cahaya yag dihasilkan oleh sebuah  sumber yang memancarkan radiasi monokhromatik pada frekuensi 540 x 1012   hertz dengan intensitas radiasi sebesar 1/683  watt per meter persteradian dalam arah tersebut.

g.  Standar Satuan Jumlah Zat

Standar untuk satuan jumlah zat adalah mole (mol). Pada tahun 1971
ditetapkan satu mol adalah setara dengan jumlah atom karbon dalam 0,012 kg karbon-12 (C-12). Satu mol zat terdiri dari 6,022 x 1023 buah partikel.

3.  Dimensi Besaran

Dimensi menggambarkan bagaimana suatu besaran terbentuk atau tersusun dari besaran-besaran lainnya. Dimensi dapat diartikan sebagai cara penulisan suatu besaran menggunakan simbol dari besaran-besaran pokok sehingga dapat menunjukkan suatu besaran tersusun dari besaran-besaran pokok. Dalam Sistem Internasional terdapat tujuh besaran pokok yang berdimensi serta dua besaran tambahan yang tidak berdimensi. Dimensi besaran pokok dinyatakan dengan lambang huruf tertentu dan diber kurung persegi seperti dtunjukkan pada Tabel 5 .

dimensi

contoh dimensi

Manfaat analisis dimensi:
a.  Untuk menganalisis benar atau salahnya suatu persamaan. Melalui analisa dimensi kita bisa mengetahui kebenaran suatu persamaan fisika, karena suatu persamaan fisika harus memiliki dimensi yang konsisten. Jika kita analisis dimensinya maka dimensi ruas kiri harus sama dengan dimensi ruas kanan.
b.  Untuk membuktikan kesetaraan dua besaran yang sepintas kelihatan
berbeda. Dua besaran dikatakan setara jika keduanya mempunyai dimensi yang sama. Misalnya usaha dan energi adalah dua besaran yang setara karena keduanya mempunyai dimensi yang sama yaitu [ML 2 T -2]
c.  Untuk menurunkan persamaan suatu besaran fisika jika kesebandingan besaran tersebut diketahui.