bab i pendahuluan modul pneumatik

POLITEKNIK NEGERI BANJARAMASIN

PNEUMATIK1

PENGANTAR

1.1. Pendahuluan

Udara kempaan atau disebut juga udara bertekanan terbukti

dimanfaatkan sebagai salah satu diantara bentuk-bentuk energi tertua yang

dikenal manusia untuk meningkatkan kemampuan fisiknya. Kesengajaan

pemanfaatan udara sebagai medium (penghantar), demikian juga

ketidaksengajaan bekerja dengan “medium” ini dapat ditelusuri kembali pada

penyelidikan ribuan tahun silam.

KTESIBIOS seorang bangsa Yunani merupakan orang pertama yang

dikenal dengan pasti telah berkecimpung diri dengan pneumatik yaitu

pemanfaatan udara sebagai medium, dengan membuat sebuah ketapel

impuls. Istilah “pneumatik” berasal dari bahasa Yunani Kuno, yaitu “pneuma”

yang berarti tiupan atau angin, dan juga jiwa dalam filosofi. Sehingga

“pneumatik” dapat diartikan sebagai salah satu cabang ilmu fisika yang

mempelajari tentang gerakan udara dan fenomena udara.

Meskipun pokok-pokok ilmu pneumatik digolongkan pada persepsi

manusia paling awal, ilmu ini tidak sampai pada akhir abad yang lalu bahwa

kelakuan dan pokok-pokok itu diteliti secara sistematik. Pemakaian

pneumatik di industri sebenarnya dalam praktek produksi diawali sejak tahun

1950-an, misalnya dalam industri pertambangan, industri konstruksi dan

pada perkeretaapian (rem-rem angin).

Pemakaian pneumatik pada dunia industri secara luas diawali hanya

ketika kebutuhan untuk otomatisasi dan rasionalisasi rangkaian

operasionalnya yang terus meningkat. Pada saat ini, hampir semua dalam

pabrik-pabrik modern menggunakan teknik udara kempaan, karena alasan

demikian, peralatan pemakaian udara kempaan dipasang pada hampir

seluruh cabang industri.

1.2. Prasyarat

Materi pengantar ini diperuntukkan bagi mahasiswa(i) teknik mesin

yang mengambil mata kuliah Pneumatik dan telah menyelesaikan mata

kuliah dasar.

A. Hendrawan


PNEUMATIK2

PENGANTAR

1.3. Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mempelajari materi ini dan mengerjakan soal-soal yang

diberikan mahasiswa dapat :

1. Menjelaskan pengertian dari kata pneumetik

2. Menjelaskan keuntungan dan kerugian dari pengguanaan udara

kempaan sebagai medium kerja.

3. Menjelaskan prinsip-prinsip dasar fisik dan hukum udara.

1.4. Udara Kempaan Sebagai Medium Kerja

Sangat mengherankan bahwa pneumatik dapat menyebar begitu kuat

dan cepat dalam ruang waktu yang begitu singkat. Satu alasan untuk ini

bahwa dalam berbagai permasalahan otomatisasi teritama dalam hal

“otomatisasi mini” suatu bukti sederhana bahwa tidak ada medium kerja lain

yang dapat digunakan lebih mudah dan lebih murah.

Keuntungan-keuntungan dalam penggunaan udara kempaan :

Udara tersedia dalam jumlah yang tidak terbatas dimana saja.

Udara kempaan mudah dipindahkan melalui pipa saluran, sekalipun

pada jarak yang besar.

Udara kempaan dapat disimpan dan diambil dari tangki.

Udara kempaan tidak perlu dikembalikan ketempat asal, dapat

dibuang ke atmosfir setelah melakukan kerja.

Udara kempaan tidak begitu peka terhadap perubahan suhu. Hal ini

menjamin operasi yang dapat diandalkan sekalipun dalam kondisi suhu

yang ekstrim.

Udara kempaan mampu meredam timbulnya bahaya ledakan atau api.

Dengan demikian, tidak memerlukan perlindungan yang mahal terhadap

ledakan.

Udara kempaan adalah bersih karena setiap udara yang keluar

melalui pipa-pipa bocor atau elemen-elemen tidak menimbulkan

kontaminasi. Ini terutama penting dalam industri makanan, kayu, tekstil

dan kulit.

A. Hendrawan


PNEUMATIK3

PENGANTAR

Konstruksi elemen operasi untuk operasi udara kempaan dalah

sederhana dan murah.

Udara kempaan adalah suatu mesium kerja yang sangat cepat.

Dengan demikian kecepatan operasi dapat dicapai.

Kecepatan dan gaya elemen pneumatik dapat diatur dengan tak

terbatas.

Komponen-komponen pneumatik anti beban lebih.

Gerak lurus dapat diperoleh langsung.

Untuk dapat menentukan jangkauan-jangkauan atau keterbatasan-

keterbatasan pemakaian pneumatik dengan teliti perlu kiranya untuk

mengemukakan bukan hanya keuntungan tetapi juga kelemahan-

kelemahan udara kempaan antara lain :

Persiapan teknik udara kempaan membutuhkan suatu biaya

persiapan yang tidak sedikit.

Udara kempaan membutuhkan pemeliharaan yang baik. Debu dan

kelem-baban udara tidak boleh dimasukkan kedalamnya.

Udara kempaan hanya hemat sampai batas pengeluaran gaya

tertentu karena tekanan kerja yang umum digunakan 700 kPa (7

bar/101,5 psi) batasnya kira-kira 20.000 sampai 30.000 Newton hal ini

tergantung pada gerak dan kecepatan. Bila gaya yang dibutuhkan

melebihi batas ini maka digunakan sistem hidrolik.

Suara pembuangan udaranya cukup keras. Walau demikian, masalah

ini sekarang dapat diatasi dengan adanya perkembangan bahan

peredam suara.

Kabut oli yang dicampur dengan udara untuk tujuan melumasi

peralatan keluar dengan pembuangan ke atmosfir.

1.5. Prinsip-prinsip Dasar Fisik dan Hukum Udara

Dalam pneumatik, kita bekerja dengan campuran gas yang ada di

bumi (atmosfir) yang dikenal denga udara. Oleh sebab itu beberapa jenis

fenomena yang kita temui dalam praktek akan dijelaskan dan diuraikan di

bawah ini.

A. Hendrawan


PNEUMATIK4

PENGANTAR

Permukaan bumi, seluruhnya diselimuti oleh suatu lapisan udara.

Udara adalah campuran gas yang sebagian besar terdiri dari 2 gas, yaitu :

- Nitrogen (N2) yang kurang lebih 78%

- Oksigen (O2) kurang lebih 21%

Tambahan pula, udara mengandung sedikit karbondioksida,argon, hidrogen,

neon, helium, krypton, dan xenon.

Untuk membantu pemahaman tentang hukum alam demikian juga

sifat udara, ukuran secara fisik yang digunakan dan klasifikasinya dalam

sistem satuan disajikan dibawah ini. Dengan maksud untuk memberi

kejelasan dan definisi yang tidak membingungkan, ilmuwan dan insinyur dari

banyak negara di dunia sedang dalam proses persetujuan dalam hal

keseragaman sistem satuan, yang disebut “Satuan Sistem Internasional” dan

disingkat “SI”.

Istilah-istilah dan satuan-satuan berikut dibutuhkan untuk definisi-

definisi dalam pneumatika :

Besaran dasar

SATUAN SIMBOL SISTEM TEKNIK SISTEM SI

panjang

massa

waktu

suhu

arus listrik

intensitas

cahaya jumlah

zat

L

m

t

T

l

l

n

meter (m)

kp . det2/m

detik (s)

derajat Celcius (oc)

Amper (A)

meter (m)

kilogram (kg)

detik (s)

Kelvin (K)

Amper (A)

Kandela (cd)

Mole (mol)

Besaran turunan

SATUAN SIMBOL SISTEM TEKNIK SISTEM SI

A. Hendrawan


PNEUMATIK5

PENGANTAR

gaya

luas

volume

debit

F

A

V

Q

kilopond (kp)

meter kuadrat (m2)

meter kubik (m3)

m3 / detik

Newton (N)

meter kuadrat (m2)

meter kubik (m3)

m3 / detik

Satuan sistem teknik dan internasional digabungkan dengan :

Hukum Newton gaya = massa x percepatan

F = m x a , dimana ‘a’ diganti dengan

Percepatan karena grafitasi g = 9,81 m/det2

Konversi berikut berlaku diantara sistem-sistem untuk satuan-satuan yang

tercantum diatas :

Massa 1 kg = 1 kp. det 2

9,81 m

Gaya 1 (kp) = 9,81 N

Dalam kalkulasi perkiraan, dapat dimaksud bahwa,

1 kp = 10 N

Suhu Perbedaan suhu : 1oc = 1 K (Kelvin)

Titik beku : 0oc = 273 K (Kelvin)

Tekanan Selain dari satuan-satuan tekanan yang tercantum

dalam daftar diatas (pada satuan sistem teknik, dan Bar

dan Pascal dalam sistem “SI”). Penunjukan tekanan

yang lain yang sering digunakan dapat dilihat di bawah

ini :

1. Atmosfir (at)

(tekanan absolut dalam satuan sistem teknik)

1 at = 1 kp/cm2 = 0,981 bar (9,81 kPa)

2. Pascal (Pa)

(tekanan absolut dalam sistem internasional)

1 Pa = 1 N/m2 = 10-5bar

1 bar = 105 Pa = 1,02 at

A. Hendrawan


PNEUMATIK6

PENGANTAR

3. Atmosfir, fisik atm

(tekanan absolut dalam sistem satuan fisika)

1 atm = 1,033 at = 1,013 bar (101,3 kPa)

4. mm pengukuran air, mmWG

10000 mmWG = 1 at = 0,981 bar (98,1 kPA)

5. mm kolom air raksa, mmHg

(ekivalen dengan satuan tekanan Torr)

1 mmHg = 1 Torr

1 at = 736 Torr, 1 bar = 750 Torr

Karena segala sesuatu di bumi ini pada pokoknya dipengaruhi oleh takanan

atmosfir absolut, tekanan ini tidak dapat dirasakan. Oleh karena itu berlaku

tekanan atmosfir Pamb dipandang sebagai dasar dan suatu selisih disebut

tekanan lebih (pengukuran) Pe.

Ini diilustrasikan dengan gambar dibawah :

Tekanan atmosfir tidak mempunyai harga yang konstan. Harga itu bervariasi

dengan lokasi geografis dan cuaca. Batas dari garis nol absolut sampai

dengan garis tekanan atmosfir berubah-ubah disebut batas vakum (-Pe) dan

diatas ini adalah batas (ambang) tekanan pengukuran (+Pe). Tekanan absolut

Pabs terdiri dari tekanan –Pe dan tekanan +Pe. Dalam praktisnya, digunakan

pengukuran yang hanya menunjukkan tekanan lebih +Pe . Bila tekanan

absolut ditentukan, harga penunjukkan adalah lebih tinggi hampir 100 kPa

(1 bar/14,5 psi). Dengan menggunakan harga pokok ini, hukum fisika paling

penting yang berhubungan dengan udara dapat juga dijelaskan.

1.6. Udara dapat dikompresi

A. Hendrawan

KPa (bar/psi)

Tekanan absolut

Batas tekananpengukuran

Batas vakum

TekananAtmosfir Pamb

+Pe

-Pe


PNEUMATIK7

PENGANTAR

Seperti halnya dengan benda gas, udara tidak mempunyai bentuk

yang istimewa. Bentuk ini berubah-ubah dengan hambatan paling kecil, yaitu

ia mengambil bentuk sekelilingnya. Udara dapat dikompresi dan ia berusaha

keras untuk mengembang. Hubungan yang dapat dipakai diberikan dalam

hukum Boyle-Mariotte. “Pada suhu konstan, volume massa gas yang

diberikan adalah berbanding terbalik dengan tekanan absolut”, atau hasil

perkalian tekanan absolut dan volume adalah konstan untuk massa gas yang

diberikan.

p1.V1 = p2.V2 = p3.V3 = konstan

1.7. Perubahan volume sebagai fungsi suhu

Udara mengembang dengan 1/273 dari volumenya bila dipanaskan

dengan 10 K dari suhu 2730 K dibawah tekanan konstan. Ini ditunjukkan oleh

hukum Gay-Lussac.

Jadi,

Perubahan dalam volume V adalah :

V = V2 – V1

V = V.T2/T1 – V1

V = V1. (T2-T1)/T1

dengan cara serupa, V2 didapatkan :

V2 = V1 + V

V2 = V1 + V1/V2.(T2-T1)

Persamaan diatas hanya berlaku bila digunakan skala suhu Kelvin. Oleh

karena itu suhu yang diberikan dalam 0C harus diubah ke 0K.

1.8. Persamaan Keadaan untuk Gas

Persamaan gas secara umum berlaku untuk seluruh hubungan :

A. Hendrawan

V1 = volume pada T1V2 = volume pada T2


PNEUMATIK8

PENGANTAR

1.9. Kesimpulan

Udara kempaan atau disebut juga udara bertekanan terbukti

dimanfaatkan sebagai salah satu diantara bentuk-bentuk energi tertua yang

dikenal manusia untuk meningkatkan kemampuan fisiknya.

Istilah “pneumatik” berasal dari bahasa Yunani Kuno, yaitu “pneuma”

yang berarti tiupan atau angin, dan juga jiwa dalam filosofi. Sehingga

“pneumatik” dapat diartikan sebagai salah satu cabang ilmu fisika yang

mempelajari tentang gerakan udara dan fenomena udara.

Udara dapat dikompresi dan ia berusaha keras untuk mengembang.

Hubungan yang dapat dipakai diberikan dalam hukum Boyle-Mariotte. “Pada

suhu konstan, volume massa gas yang diberikan adalah berbanding terbalik

dengan tekanan absolut”, atau hasil perkalian tekanan absolut dan volume

adalah konstan untuk massa gas yang diberikan.

1.10. Soal-Soal

1. Jelaskan pengertian dari kata pneumetik!

2. Jelaskan keuntungan dan kerugian dari pengguanaan udara

kempaan sebagai medium kerja.

3. Jelaskan dan uraikan prinsip-prinsip dasar fisik dan hukum udara!

A. Hendrawan

bab i pendahuluan modul pneumatik

Documents