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