3.1 Mempersiapkan udara bertekanan
Untuk dapat menjamin keandalan sistem kontrol pneumatik, udara bertekanan dengan kualitas yang memadai harus disediakan. Hal ini ditentukan faktor-faktor sebagai berikut:
Jika persyaratan ini tidak dipenuhi, hal ini dapat mengakibatkan peningkatan penghentian (downtime) mesin disertai dengan biaya operasi yang lebih tinggi.
- Tekanan yang tepat
- Udara kering
- Udara bersih
Jika persyaratan ini tidak dipenuhi, hal ini dapat mengakibatkan peningkatan penghentian (downtime) mesin disertai dengan biaya operasi yang lebih tinggi.
Pembangkitan udara bertekanan dimulai dengan kompresi atau pemampatan. Udara bertekanan mengalir melalui seluruh rangkaian komponen sebelum mencapai perangkat pemakai. Jenis kompresor dan lokasinya dapat mempengaruhi jumlah partikel kotoran, minyak dan air yang masuk ke dalam sistem pneumatik. Komponen-komponen berikut harus digunakan untuk mempersiapkan udara bertekanan:
- Saringan saluran masuk (Inlet filter)
- Kompresor (Compressor)
- Reservoir udara (Air reservoir)
- Pengering udara (Air dryer)
- Saringan udara bertekanan dengan pemisah air (Compressed air filter with water separator)
- Pengatur tekanan (Pressure regulator)
- Alat pelumas (Lubricator), jika diperlukan
- Lubang penguras kondensat
3.1.1 Akibat dari kurang persiapan untuk udara bertekanan
Udara bertekanan yang kurang persiapan dapat meningkatkan jumlah kerusakan dan memperpendek masa kerja sistem pneumatik. Hal ini ditunjukkan dengan:
- Peningkatan keausan pada segel (seal) dan bagian yang bergerak dalam katup (valve) dan silinder (cylinder)
- Katup dikotori oleh minyak
- Peredam suara (Silencer) kotor
- Korosi pada pipa, katup, silinder dan komponen lainnya
- Pelumasan komponen yang bergerak dibilas keluar
Jika ada kebocoran, udara bertekanan yang keluar dapat merusak bahan misalnya bahan makanan yang akan diproses.
3.1.2 Tingkat tekanan
Komponen pneumatik biasanya dirancang untuk tekanan kerja maksimum berkisar antara 800 dan 1000 kPa (8 sampai 10 bar). Namun, tekanan 600 kPa (6 bar) sudah cukup untuk kerja yang ekonomis. Karena resistansi aliran di masing-masing komponen misalnya pada katup pengontrol aliran (flow control valve) dan dalam pipa, kerugian 10 sampai 50 kPa (0,1 sampai 0,5 bar) adalah yang diharapkan. Oleh karena itu, sistem kompresor harus menyediakan tekanan 650 sampai 700 kPa (6,5 sampai 7 bar) untuk memastikan tekanan kerja yang diinginkan yaitu 600 kPa (6 bar).
3.2 Kompresor (Compressor)
Pemilihan kompresor tergantung pada tekanan kerja dan jumlah udara yang dibutuhkan. Adapun jenis-jenis kompresor tercantum di bawah ini:
- Kompresor torak bolak-balik (Reciprocating piston compressor): Kompresor torak (Piston compressor); Kompresor diafragma (Diaphragm compressor)
- Kompresor torak putar (Rotary piston compressor): Kompresor baling-baling luncur (Sliding vane compressor); Kompresor poros ganda (Twin shaft compressor); Kompresor root (Root compressor)
- Kompresor dinamik (Dynamic compressor): Kompresor radial (Radial compressor); Kompresor aksial (Axial compressor)
3.2.1 Kompresor torak bolak-balik (Reciprocating piston compressor)
Sebuah torak (piston) memampatkan udara yang diambil melalui katup masukan (inlet valve). Kemudian udara diteruskan melewati katup buang (outlet valve). Kompresor torak bolak-balik sering digunakan untuk rentang tekanan besar. Untuk menghasilkan tekanan yang lebih tinggi digunakan kompresor bertingkat. Pada kompresor ini, udara didinginkan diantara tingkat kompresor.
Rentang tekanan optimum untuk kompresor piston adalah:
- Hingga 400 kPa (4 bar) → Satu tingkat
- Hingga 1500 kPa (15 bar) → Dua tingkat
- Diatas 1500 kPa (15 bar) → Tiga tingkat atau lebih
Rentang tekanan berikut adalah mungkin, tetapi tidak selalu ekonomis
- Hingga 1200 kPa (12 bar) → Satu tingkat
- Hingga 3000 kPa (30 bar) → Dua tingkat
- Diatas 3000 kPa (30 bar) → Tiga tingkat atau lebih
Gambar 3.1: Tampak penampang kompresor torak satu tingkat
3.2.2 Kompresor diafragma (Diaphragm compressor)
Kompresor diafragma termasuk ke dalam kelompok kompresor torak bolak-balik. Ruang kompresor terpisah dari torak oleh diafragma. Hal ini memiliki keuntungan bahwa tidak ada minyak dari kompresor yang masuk ke dalam aliran udara. Dengan demikian, kompresor diafragma sering digunakan dalam industri makanan, farmasi dan kimia.
3.2.3 Kompresor torak putar (Rotary piston compressor)
Dengan kompresor torak putar, udara dimampatkan menggunakan torak putar. Selama proses pemampatan, ruang mampat secara terus menerus menyempit.
3.2.4 Kompresor sekrup (Screw compressor)
Dua poros (shaft / slide) dengan profil heliks bergerak berlawanan arah satu sama lain. Profil yang saling berkaitan menyalurkan dan memampatkan udara.
Gambar 3.2: Tampak penampang kompresor sekrup
3.2.5 Kompresor dinamik (Dynamic compressor)
Kompresor dinamik terutama cocok untuk tingkat pengiriman yang tinggi. Kompresor ini memiliki desain aksial maupun radial. Aliran udara tercipta menggunakan satu atau lebih roda turbin. Energi kinetik dirubah menjadi energi tekanan. Dengan kompresor aksial (axial compressor), udara dipercepat dalam arah aliran aksial oleh baling-baling (vane).
Gambar 3.3: Tampak penampang kompresor aksial
3.2.6 Pengaturan
Kompresor perlu diatur untuk menyesuaikan tingkat pengiriman sesuai dengan fluktuasi permintaan. Tingkat pengiriman diatur antara batasan variabel tekanan maksimum dan minimum. Berikut ini adalah berbagai jenis pengaturan:
- Pengaturan siaga (Idling regulation): Pengaturan pembuangan (Exhaust regulation); Pengaturan mematikan (Shut off regulation): Pengaturan pencengkram (Gripper regulation)
- Pengaturan beban parsial (Partial load regulation): Pengaturan kecepatan (Speed regulation); Pengaturan katup cekik isap (Suction throttle regulation)
- Pengaturan berselang (Intermitten regulation)
Pengaturan siaga (Idling regulation)
Dengan pengaturan pembuangan (exhaust regulation), kompresor bekerja melawan katup pelepas tekanan (pressure relief valve). Jika tekanan yang ditetapkan tercapai, katup pelepas tekanan terbuka dan udara dibuang ke tempat tebuka. Katup searah (check valve) mencegah penampung (reservoir) dari kekosongan. Jenis pengaturan ini hanya digunakan dengan sistem yang sangat kecil.
Dengan pengaturan pembuangan, sisi isap dimatikan. Kompresor tidak bisa mengambil udara. Jenis pengaturan ini terutama digunakan pada kompresor torak putar (rotary piston compressor).
Pengaturan pencengkram (gripper regulation) digunakan pada kompresor torak yang lebih besar. Sebuah pencengkram (gripper) membuat katup isap terbuka, kompresor tidak dapat memampatkan udara apapun.
Pengaturan beban parsial (Partial load regulation)
Dengan pengaturan kecepatan (speed regulation), kecepatan motor penggerak kompresor diatur sebagai fungsi tekanan yang dicapai.
Dengan pengaturan katup cekik isap (suction throttle regulation), pengaturan berlangsung dengan cara pembatasan dalam nosel isap kompresor.
Pengaturan berselang (Intermitten regulation)
Dengan jenis pengaturan ini, kompresor menganggap keadaan beroperasi dengan beban penuh dan normal / tanpa beban. Motor penggerak kompresor dimatikan saat pmax tercapai dan dihidupkan saat pmin tercapai.
3.2.7 Siklus kerja
Disarankan untuk mencapai siklus kerja kira-kira 75% untuk kompresor. Untuk melakukan hal ini adalah perlu untuk menentukan kebutuhan udara rata-rata dan maksimum dari sistem pneumatik dan memilih kompresor yang sesuai. Jika diharapkan penambahan untuk sistem yang berarti peningkatan kebutuhan udara, unit pemasok udara bertekanan harus dirancang lebih besar karena ekstensi / penambahan berikutnya selalu dikaitkan dengan biaya tinggi.
3.3 Penampung udara (Air reservoir)
Penampung udara (air reservoir) ditempatkan di bagian hilir kompresor untuk menstabilkan udara bertekanan. Penampung udara mengkompensasi fluktuasi tekanan saat udara bertekanan dikeluarkan dari sistem. Jika tekanan di penampung udara turun di bawah nilai tertentu, kompresor mengisinya sampai dengan nilai tekanan atas yang telah ditetapkan tercapai. Hal ini memiliki keuntungan bahwa kompresor tidak harus bekerja terus menerus.
Udara bertekanan dalam penampung didinginkan oleh permukaan penampung yang relatif besar. Pendinginan ini menghasilkan air kondensasi, yang secara teratur harus dikuras melalui katup penguras (drain cock).
1. Katup On-off (On-off valve); 2. Pengukur tekanan (Pressure gauge); 3. Penampung udara (Air reservoir); 4. Katup penguras (Drain cock); 5. Katup pelepas tekanan (Pressure relief valve)
Gambar 3.4: Penampung udara (Air reservoir)
Ukuran penampung udara bergantung pada kriteria sebagai berikut:
- Tingkat pengiriman kompresor
- Kebutuhan udara dari sistem
- Jaringan (dalam hal volume tambahan)
- Pengaturan kompresor
- Fluktuasi tekanan yang diizinkan dalam jaringan
Contoh; Kapasitas penyimpanan dari penampung udara
Diketahui spesifikasi:
Tingkat pengiriman Qd = 20 m3/s
Perbedaan tekanan Δp = 100 kPa (1 bar)
Peralihan siklus/jam z = 20 h-1
Ditanyakan:
Ukuran penampung VR = ?
Solusi:
Ukuran penampung VR = 15 m3 (lihat garis putus-putus pada gambar 3.5)
Gambar 3.5: Menentukan kapasitas penyimpanan
3.4 Pengering udara (Air dryer)
Kelembaban / uap air masuk ke jaringan udara bertekanan melalui udara yang diambil oleh kompresor. Jumlah uap air terutama tergantung pada kelembaban udara relatif (relative humidity). Kelembaban udara relatif tergantung pada suhu udara dan kondisi cuaca.
Kelembaban absolut (absolute humidity) adalah jumlah uap air yang terkandung dalam 1 m3 udara. Kuantitas kejenuhan (saturation quantity) adalah jumlah maksimum uap air yang dapat diserap oleh 1 m3 udara pada suhu tertentu.
Jika kelembaban udara relatif dinyatakan dalam persen, rumusnya adalah sebagai berikut:
kelembaban relatif = (kelembaban absolut / kuantitas kejenuhan) x 100%
Sebagaimana kuantitas kejenuhan bergantung pada suhu, kelembaban udara relatif berubah dengan suhu meskipun kelembaban udara mutlak tetap konstan. Jika titik embun tercapai, kelembaban udara relatif meningkat menjadi 100%.
Titik embun (Dew point)
Titik embun (dew point) mengacu pada temperatur di mana kelembaban udara relatif (relative humidity) mencapai 100%. Jika anda mengurangi temperatur lebih lanjut, uap air di udara mulai mengembun. Lebih lanjut temperatur berkurang, uap air lebih banyak yang mengembun.
Jumlah uap air yang berlebihan di dalam udara bertekanan dapat mengurangi masa kerja sistem pneumatik. Itulah sebabnya pengering udara (air dryer) harus disisipkan untuk mengurangi kadar uap air dari udara. Berikut ini adalah metode yang tersedia untuk pengeringan udara:
Titik tekanan embun (Pressure dew point)
Untuk dapat membandingkan sistem pengering yang berbeda, tekanan kerja sistem harus dipertimbangkan. Konsep titik tekanan embun (pressure dew point) adalah yang digunakan untuk hal ini. Titik tekanan embun adalah temperatur udara yang dicapai dalam sebuah pengering pada tekanan kerja.
Titik tekanan embun udara kering harus sekitar 2 °C sampai 3 °C lebih rendah dari temperatur lingkungan yang paling dingin. Oleh karena untuk mengurangi biaya perawatan, mempersingkat waktu penghentian (downtime) serta meningkatkan keandalan sistem, biaya tambahan untuk sebuah pengering udara akan diamortisasi lebih cepat.
3.4.1 Pengering pendingin (Refrigeration dryer)
Pengering udara yang sering digunakan adalah pengering pendingin (refrigeration dryer). Udara yang mengalir didinginkan melalui penukar panas (heat exchanger). Kadar uap air dalam aliran udara dikeluarkan dan dan dikumpulkan dalam pemisah (separator).
Udara yang memasuki pengering pendingin didinginkan dalam penukar panas oleh udara dingin keluaran pengering. Selanjutnya udara tersebut didinginkan hingga temperatur antara 2 °C sampai 5 °C di unit pendingin (cooling unit) dan udara kering bertekanan tersebut disaring. Ketika keluar dari pengering pendingin, udara bertekanan dipanaskan sekali lagi dalam penukar panas oleh udara hangat yang memasuki pengering.
Pengeringan dengan pendingin memungkinkan titik-titik tekanan embun antara 2 °C sampai 5 °C yang akan dicapai.
1. Saluran keluar udara (Air outlet); 2. Saluran masuk udara (Air inlet); 3. Penukar panas udara (Air heat exchanger); 4. Pemisah (Separator); 5. Pendingin (Refrigerator); 6. Pemisah (Separator); 7. Bahan pendingin (Cooling agent); 8. Unit pendingin (Cooling unit)
Gambar 3.6: Pengering pendingin (Refrigeration dryer) - tampak penampang dan simbol
3.4.2 Pengering adsorpsi (Adsorption dryer)
Adsorpsi adalah suatu proses dimana suatu zat diendapkan pada permukaan benda padat. Zat pengering, juga disebut gel, adalah butiran yang sebagian besar terdiri dari silikon dioksida. Penyerap (adsorber) selalu digunakan berpasangan. Setelah gel jenuh dalam penyerap pertama, suatu pengalihan dilakukan ke penyerap kedua. Penyerap pertama kemudian diregenerasi dengan menggunakan pengeringan udara panas.
Titik-titik tekanan embun (pressure dew points) turun hingga ke 90 °C dapat dicapai melalui pengeringan adsorpsi (adsorption drying).
1. Udara basah; 2. Saringan awal / Saringan minyak (Prefilter / Oil filter); 3. Katup on-off (On-off valve) keadaan awal tertutup; 4. Elemen pemanas (Heating element); 5. Kipas (Ventilator); 6. Udara kering; 7. Saringan kedua (Secondary filter); 8. Katup on-off (On-off valve) keadaan awal tertutup; 9. Katup on-off (On-off valve) keadaan awal terbuka; 10. Udara panas; 11. Penyerap 2 (Adsorber 2); 12. Penyerap 1 (Adsorber 1); 13. Katup on-off (On-off valve) keadaan awal terbuka
Gambar 3.7: Pengering adsorpsi (Adsorption dryer) - tampak penampang dan simbol
3.4.3 Pengering absorpsi (Absorption dryer)
Absorpsi adalah suatu proses dimana suatu zat padat atau cair menyerap zat gas. Pengeringan absorpsi (absorption drying) adalah proses kimia murni. Pengeringan absorpsi tidak berdampak besar pada prakterk masa kini, karena biaya operasi yang terlalu tinggi dan efisiensi terlalu rendah untuk sebagian besar aplikasi.
1. Saluran keluar udara kering (Dry air outlet); 2. Zat pengering (Flux); 3. Kondensat; 4. Pengering kondensat (Condensate drain). 5. Saluran masuk udara basah (Wet air inlet)
Gambar 3.8: Pengering absorpsi (Absorption dryer) - tampak penampang dan simbol
Uap minyak dan partikel minyak juga dipisahkan dalam pengering absorpsi (absorption dryer). Ketika memasuki pengering, udara bertekanan berputar dan mengalir melalui ruang pengering yang diisi dengan zat pengering (flux). Uap air di udara bertekanan membentuk senyawa dengan zat pengering / pelarut di dalam tangki. Hal ini menyebabkan zat pengering pecah dan kemudian dibuang dalam bentuk cairan di dasar tangki. Cairan tesebut harus dikeluarkan secara teratur dan zat pengering harus secara teratur diganti.
Metoda absorpsi mempunyai karakteristik sebagai berikut:
Setiap saringan (filter) debu harus disediakan di bagian hilir dari pengering untuk menangkap setiap debu zat pelarut yang terbawa.
Titik-titik tekanan embun di bawah 0 °C dapat dicapai.
Gambar 3.9: Kurva titik embun
Contoh
Diketahui spesifikasi:
Kapasitas isap (Cs) : 1.000 m3/h
Tekanan absolut (Pabs) : 700 kPa (7 bar)
Volume kompresi per jam (Cd) : 143 m3
Temperatur isap (Ts) : 293 K (20 °C)
Temperatur setelah kompresi (Td) : 313 K (40 °C)
Kelembaban relatif (RH) : 50%
Ditanyakan:
Jumlah air yang dibuang di hilir kompresor Δṁ = ?
Solusi:
Kuantitas air sebelum kompresi
Kandungan air (WC) berikut didapat pada 293 K (20 °C):
WCs100% (pada RH 100%) = 17,3 g/m3 (perhatikan garis putus-putus pada gambar 3.9)
WCs50% (pada RH 50%) = RH x WCs100% = 50% x 17,3 g/m3 = 8,65 g/m3
ṁs = WCs50% x Cs = 8,65 g/m3 x 1.000 m3/h = 8.650 g/h
Kuantitas air setelah kompresi
Kuantitas kejenuhan pada 313 K (40 °C) adalah sebagai berikut:
WCd100% = 51,1 g/m3 (perhatikan garis solid pada gambar 3.9)
ṁd = WCd100% x Cd = 51,1 g/m3 x 143 m3/h = 7.307 g/h
Jumlah air yang dibuang di bagian hilir kompresor
Δṁ = ṁd - ṁc = 8.650 g/h - 7.307 g/h = 1.343 g/h
3.5 Distribusi udara
Dalam rangka memastikan distribusi udara yang handal dan bebas masalah, sejumlah titik harus diperhatikan. Hal ini mencakup ukuran yang benar dari sistem pipa, material pipa, resistansi aliran, tata letak pipa dan pemeliharaan.
3.5.1 Penentuan ukuran pipa
Penambahan jaringan udara bertekanan di masa depan haruslah dipertimbangkan dalam instalasi baru. Sebagai contoh, jalur utama harus dibuat lebih besar dari yang dibutuhkan untuk persyaratan sistem saat ini. Hal ini juga dianjurkan untuk membuat sumbatan (plug) tambahan dan katup on-off (on-off valve) untuk setiap potensi penambahan instalasi di masa depan.
Kerugian tekanan akibat resistansi aliran terjadi di semua bagian pipa, terutama pada pembatasan (restriction) di dalam pipa, belokan (bend), cabang (branch) dan sambungan (fitting). Kerugian ini harus dikompensasi oleh kompresor. Penurunan tekanan dalam jaringan secara keseluruhan haruslah dibuat seminimal mungkin.
Untuk menghitung penurunan tekanan, total panjang pipa haruslah diketahui. Untuk sambungan, cabang dan belokan, panjang pipa yang setara harus ditentukan. Pemilihan diameter dalam yang benar juga tergantung pada tekanan kerja serta kuantitas udara yang disediakan dan perhitungan terbaik dilakukan dengan bantuan nomogram.
3.5.2 Resistansi aliran
Setiap perubahan arah aliran udara dalam sistem perpipaan adalah gangguan yang berarti peningkatan resistansi aliran. Hal ini menyebabkan penurunan tekanan secara terus menerus dalam sistem perpipaan. Sejak cabang, belokan dan sambungan harus digunakan dalam semua jaringan udara bertekanan, penurunan tekanan tidak bisa dihindari. Akan tetapi, hal ini dapat dikurangi secara signifikan dengan memasang sambungan yang tepat, memilih bahan yang tepat serta merakit alat kelengkapan dengan benar.
3.5.3 Material pipa
Sebuah sistem udara bertekanan yang modern menempatkan tuntutan khusus pada kualitas pipa. Mereka harus memastikan:
Dalam memilih bahan pipa yang sesuai, pertimbangan harus diberikan tidak hanya pada biaya material, tetapi juga pada biaya instalasi. Biaya instalasi terendah dapat dicapai dengan pipa plastik, dapat digabungkan dengan koneksi yang sepenuhnya kedap udara melalui perekat dan mudah untuk diperpanjang.
Di sisi lain, pipa tembaga, pipa besi dan pipa baja memiliki harga beli yang rendah tetapi harus di brasing, dilas atau disambung dengan sambungan berulir. Jika pekerjaan ini tidak dilakukan dengan benar, tatal, kerak, partikel las dan bahan penyegelan (sealant) dapat masuk ke dalam sistem. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan yang serius. Untuk diameter kecil dan menengah, pipa plastik lebih unggul dari bahan lainnya dalam hal harga, perakitan, pemeliharaan dan mudah diperpanjang.
Oleh karena adanya fluktuasi tekanan didalam jaringan, sangatlah perlu untuk memastikan pipa yang dipasang adalah aman untuk menghindari kebocoran pada sambungan brasing dan ulir.
1. Kompresor (Compressor); 2. Pemisah air / minyak (Water / oil separator); 3. Katup pelepas tekanan (Pressure relief valve); 4. Penampung udara (Air reservoir); 5. Cadangan untuk beberapa perangkat pemakai (Buffer for several consuming devices); 6. Penampung udara di dalam sistem pneumatik (Air reservoir within the pneumatic system); 7. Menuju perangkat konsumsi (To consuming device); 8. Unit pelayanan (Service unit); 9. Pengumpul kondensat (Condensat collector); 10. Katup penguras (Drain cock)
Gambar 3.10 Sistem pemasok udara (Air supply system)
3.5.4 Tata letak pipa
Selain memperbaiki ukuran dan kualitas material pipa, tata letak pipa yang benar juga penting untuk operasi yang ekonomis dari sistem udara bertekanan. Kompresor memasok sistem dengan udara bertekanan secara berselang. Oleh karena itu sering terjadi bahwa konsumsi udara bertekanan hanya meningkat dalam jangka waktu yang pendek. Hal ini dapat mengakibatkan kondisi yang tidak menguntungkan dalam jaringan udara bertekanan. Disarankan untuk merancang jaringan udara bertekanan dengan jalur utama berbentuk ring karena hal ini menjamin kondisi tekanan yang relatif konstan.
Gambar 3.11 Jalur ring
Dianjurkan untuk membagi jaringan menjadi beberapa bagian tersendiri sehingga pekerjaan pemeliharaan, perbaikan atau penambahan ke jaringan dapat dilakukan tanpa mengganggu seluruh pasokan udara.
Cabang dengan sambungan-T dan blok pipa pembagi (manifold block) dengan sambungan plug in harus disediakan. Jalur cabang harus dilengkapi dengan katup on-off (on-off valve) atau katup bola (ball valve) standar.
Gambar 3.12 Jaringan
Terlepas dari pemisahaan air yang baik pada sistem pembangkit udara bertekanan, penurunan tekanan dan pendinginan permukaan dapat menghasilkan residu kondensat dalam sistem perpipaan. Jalur cabang harus diletakkan dengan kemiringan 1% sampai 2% dalam arah aliran untuk memungkinkan kondensat ini dikeringkan. Jalur juga dapat diinstal dalam konfigurasi bertingkat. Kondensat kemudian dapat dikeringkan pada titik terendah melalui pemisah air (water separator).
3.6 Unit pelayanan (Service unit)
Fungsi tersendiri dari persiapan udara bertekanan yaitu penyaringan, pengaturan dan pelumasan, dapat dipenuhi oleh masing-masing komponen. Fungsi-fungsi ini sering dikelompokkan bersama dalam satu unit, yaitu unit pelayanan (service unit). Unit pelayanan diletakkan bagian hulu dari setiap sistem pneumatik.
Penggunaan pelumas pada umumnya tidak lagi dipergunakan dalam sistem modern. Ini hanya digunakan bila diperlukan, terutama dibagian daya dari sistem. Udara bertekanan dalam bagian kontrol dari sistem tidak harus dilumasi.
3.6.1 Saringan udara bertekanan (Compressed air filter)
Air kondensasi, kotoran dan minyak yang berlebihan dapat menyebabkan keausan pada bagian yang bergerak dan segel (seal) komponen pneumatik. Zat-zat ini dapat lolos sebagai akibat dari kebocoran. Jika saringan (filter) udara bertekanan tidak digunakan, produk yang akan diproses di industri makanan, farmasi dan kimia akan terkontaminasi dan karena itu tidak dapat digunakan lagi.
1. Cakram berputar (Spin disc); 2. Saringan sinter (Sintered filter); 3. Kondensat; 4. Mangkuk saringan (Filter bowl); 5. Sekrup pembuangan (Drain screw)
Gambar 3.13 Saringan udara bertekanan - tampak penampang dan simbol
Pemilihan saringan udara bertekanan memainkan peranan yang penting dalam memasok sistem pneumatik dengan kualitas udara bertekanan yang baik. Karakteristik untuk saringan udara bertekanan adalah ukuran pori-pori. Ini menentukan ukuran partikel terkecil yang masih bisa disaring dari aliran udara.
Kondensat yang dikeringkan harus dikumpulkan sebelum batas tanda atas tercapai karena jika tidak maka akan diserap oleh aliran udara.
Dengan jumlah kondensat yang konstan, disarankan menggunakan penguras otomatis (automatic bleeder) untuk menggantikan katup penguras manual (manual drain cock). Namun penyebab air yang terkondensasi juga harus diselidiki. Hal ini dapat terjadi karena tata letak sistem yang buruk.
Penguras otomatis terdiri dari pelampung (float) yang membuka nosel udara (air nozzle) bertekanan melalui mekanisme tuas ketika tingkat kondensat maksimum tercapai. Aliran udara ke dalam dari udara bertekanan membuka terminal pembuangan (drain port) melalui diafragma. Ketika pelampung mencapai tingkat kondensat minimum, nosel tertutup dan aliran keluar dihentikan. Mangkuk saringan (filter bowl) dapat juga dikeringkan secara manual.
Udara bertekanan bergerak melalui saringan dari kiri ke kanan dan diumpankan melalui cakram berputar (spin disc) dalam mangkuk saringan. Hal ini mengakibatkan udara berputar sehingga partikel debu dan tetesan air didalam udara yang lebih berat terlempar menuju dinding rumah saringan dan mengumpul di mangkuk saringan. Udara yang telah melalui pembersihan awal dengan cara ini kemudian melewati elemen saringan / saringan sinter (sintered filter) yang menyaring partikel kotoran yang lebih kecil. Elemen saringan dalam hal ini terdiri dari bahan sinter yang berpori banyak. Tingkat pemisahan tergantung pada ukuran pori elemen saringan yang digunakan. Ukuran pori biasanya antara 5 μm sampai 40 μm.
Karakteristik penting lebih lanjut dari saringan udara bertekanan adalah derajat pemisahan atau efisiensi yang menunjukkan peresentase ukuran partikel tertentu yang dapat dipisahkan. Efisiensi mengacu pada ukuran partikel, misalnya efisiensi 99,99% untuk ukuran 5 μm. Dengan saringan mikro, 99,999% partikel yang lebih besar dari 0,01 μm dapat disaring.
Elemen saringan harus diganti setelah jangka pemakaian tertentu karena partikel kotoran yang disaring dapat mengakibatkan penyumbatan. Dengan meningkatnya kotoran, saringan memberikan hambatan aliran udara bertekanan yang lebih besar sehingga mengakibatkan penurunan tekanan yang lebih besar pula.
Pemeriksaan visual atau pengukuran tekanan diferensial harus dilakukan untuk menentukan kapan saringan perlu diganti.
Perawatan (Maintenance)
Lamanya selang waktu untuk mengganti elemen saringan tergantung pada kondisi udara bertekanan, kebutuhan udara dari komponen pneumatik terhubung dan ukuran saringan. Pemeliharaan saringan harus mencakup hal-hal sebagai berikut:
Ketika pembersihan diperlukan, spesifikasi pabrik harus diperhatikan berkaitan dengan bahan pembersih yang akan digunakan.
Perbedaan tekanan Δp = 100 kPa (1 bar)
Peralihan siklus/jam z = 20 h-1
Ditanyakan:
Ukuran penampung VR = ?
Solusi:
Ukuran penampung VR = 15 m3 (lihat garis putus-putus pada gambar 3.5)
Gambar 3.5: Menentukan kapasitas penyimpanan
3.4 Pengering udara (Air dryer)
Kelembaban / uap air masuk ke jaringan udara bertekanan melalui udara yang diambil oleh kompresor. Jumlah uap air terutama tergantung pada kelembaban udara relatif (relative humidity). Kelembaban udara relatif tergantung pada suhu udara dan kondisi cuaca.
Kelembaban absolut (absolute humidity) adalah jumlah uap air yang terkandung dalam 1 m3 udara. Kuantitas kejenuhan (saturation quantity) adalah jumlah maksimum uap air yang dapat diserap oleh 1 m3 udara pada suhu tertentu.
Jika kelembaban udara relatif dinyatakan dalam persen, rumusnya adalah sebagai berikut:
kelembaban relatif = (kelembaban absolut / kuantitas kejenuhan) x 100%
Sebagaimana kuantitas kejenuhan bergantung pada suhu, kelembaban udara relatif berubah dengan suhu meskipun kelembaban udara mutlak tetap konstan. Jika titik embun tercapai, kelembaban udara relatif meningkat menjadi 100%.
Titik embun (Dew point)
Titik embun (dew point) mengacu pada temperatur di mana kelembaban udara relatif (relative humidity) mencapai 100%. Jika anda mengurangi temperatur lebih lanjut, uap air di udara mulai mengembun. Lebih lanjut temperatur berkurang, uap air lebih banyak yang mengembun.
Jumlah uap air yang berlebihan di dalam udara bertekanan dapat mengurangi masa kerja sistem pneumatik. Itulah sebabnya pengering udara (air dryer) harus disisipkan untuk mengurangi kadar uap air dari udara. Berikut ini adalah metode yang tersedia untuk pengeringan udara:
- Pengeringan pendingin (refrigeration drying)
- Pendinginan adsorpsi (adsorption drying)
- Pendinginan absorpsi (absorption drying)
Titik tekanan embun (Pressure dew point)
Untuk dapat membandingkan sistem pengering yang berbeda, tekanan kerja sistem harus dipertimbangkan. Konsep titik tekanan embun (pressure dew point) adalah yang digunakan untuk hal ini. Titik tekanan embun adalah temperatur udara yang dicapai dalam sebuah pengering pada tekanan kerja.
Titik tekanan embun udara kering harus sekitar 2 °C sampai 3 °C lebih rendah dari temperatur lingkungan yang paling dingin. Oleh karena untuk mengurangi biaya perawatan, mempersingkat waktu penghentian (downtime) serta meningkatkan keandalan sistem, biaya tambahan untuk sebuah pengering udara akan diamortisasi lebih cepat.
3.4.1 Pengering pendingin (Refrigeration dryer)
Pengering udara yang sering digunakan adalah pengering pendingin (refrigeration dryer). Udara yang mengalir didinginkan melalui penukar panas (heat exchanger). Kadar uap air dalam aliran udara dikeluarkan dan dan dikumpulkan dalam pemisah (separator).
Udara yang memasuki pengering pendingin didinginkan dalam penukar panas oleh udara dingin keluaran pengering. Selanjutnya udara tersebut didinginkan hingga temperatur antara 2 °C sampai 5 °C di unit pendingin (cooling unit) dan udara kering bertekanan tersebut disaring. Ketika keluar dari pengering pendingin, udara bertekanan dipanaskan sekali lagi dalam penukar panas oleh udara hangat yang memasuki pengering.
Pengeringan dengan pendingin memungkinkan titik-titik tekanan embun antara 2 °C sampai 5 °C yang akan dicapai.
1. Saluran keluar udara (Air outlet); 2. Saluran masuk udara (Air inlet); 3. Penukar panas udara (Air heat exchanger); 4. Pemisah (Separator); 5. Pendingin (Refrigerator); 6. Pemisah (Separator); 7. Bahan pendingin (Cooling agent); 8. Unit pendingin (Cooling unit)
Gambar 3.6: Pengering pendingin (Refrigeration dryer) - tampak penampang dan simbol
3.4.2 Pengering adsorpsi (Adsorption dryer)
Adsorpsi adalah suatu proses dimana suatu zat diendapkan pada permukaan benda padat. Zat pengering, juga disebut gel, adalah butiran yang sebagian besar terdiri dari silikon dioksida. Penyerap (adsorber) selalu digunakan berpasangan. Setelah gel jenuh dalam penyerap pertama, suatu pengalihan dilakukan ke penyerap kedua. Penyerap pertama kemudian diregenerasi dengan menggunakan pengeringan udara panas.
Titik-titik tekanan embun (pressure dew points) turun hingga ke 90 °C dapat dicapai melalui pengeringan adsorpsi (adsorption drying).
1. Udara basah; 2. Saringan awal / Saringan minyak (Prefilter / Oil filter); 3. Katup on-off (On-off valve) keadaan awal tertutup; 4. Elemen pemanas (Heating element); 5. Kipas (Ventilator); 6. Udara kering; 7. Saringan kedua (Secondary filter); 8. Katup on-off (On-off valve) keadaan awal tertutup; 9. Katup on-off (On-off valve) keadaan awal terbuka; 10. Udara panas; 11. Penyerap 2 (Adsorber 2); 12. Penyerap 1 (Adsorber 1); 13. Katup on-off (On-off valve) keadaan awal terbuka
Gambar 3.7: Pengering adsorpsi (Adsorption dryer) - tampak penampang dan simbol
3.4.3 Pengering absorpsi (Absorption dryer)
Absorpsi adalah suatu proses dimana suatu zat padat atau cair menyerap zat gas. Pengeringan absorpsi (absorption drying) adalah proses kimia murni. Pengeringan absorpsi tidak berdampak besar pada prakterk masa kini, karena biaya operasi yang terlalu tinggi dan efisiensi terlalu rendah untuk sebagian besar aplikasi.
1. Saluran keluar udara kering (Dry air outlet); 2. Zat pengering (Flux); 3. Kondensat; 4. Pengering kondensat (Condensate drain). 5. Saluran masuk udara basah (Wet air inlet)
Gambar 3.8: Pengering absorpsi (Absorption dryer) - tampak penampang dan simbol
Uap minyak dan partikel minyak juga dipisahkan dalam pengering absorpsi (absorption dryer). Ketika memasuki pengering, udara bertekanan berputar dan mengalir melalui ruang pengering yang diisi dengan zat pengering (flux). Uap air di udara bertekanan membentuk senyawa dengan zat pengering / pelarut di dalam tangki. Hal ini menyebabkan zat pengering pecah dan kemudian dibuang dalam bentuk cairan di dasar tangki. Cairan tesebut harus dikeluarkan secara teratur dan zat pengering harus secara teratur diganti.
Metoda absorpsi mempunyai karakteristik sebagai berikut:
- Instalasi peralatan yang relatif mudah
- Penggunaan mekanis yang sedikit karena tidak ada bagian yang bergerak dalam pengering
- Tidak ada kebutuhan energi eksternal
Setiap saringan (filter) debu harus disediakan di bagian hilir dari pengering untuk menangkap setiap debu zat pelarut yang terbawa.
Titik-titik tekanan embun di bawah 0 °C dapat dicapai.
Gambar 3.9: Kurva titik embun
Contoh
Diketahui spesifikasi:
Kapasitas isap (Cs) : 1.000 m3/h
Tekanan absolut (Pabs) : 700 kPa (7 bar)
Volume kompresi per jam (Cd) : 143 m3
Temperatur isap (Ts) : 293 K (20 °C)
Temperatur setelah kompresi (Td) : 313 K (40 °C)
Kelembaban relatif (RH) : 50%
Ditanyakan:
Jumlah air yang dibuang di hilir kompresor Δṁ = ?
Solusi:
Kuantitas air sebelum kompresi
Kandungan air (WC) berikut didapat pada 293 K (20 °C):
WCs100% (pada RH 100%) = 17,3 g/m3 (perhatikan garis putus-putus pada gambar 3.9)
WCs50% (pada RH 50%) = RH x WCs100% = 50% x 17,3 g/m3 = 8,65 g/m3
ṁs = WCs50% x Cs = 8,65 g/m3 x 1.000 m3/h = 8.650 g/h
Kuantitas air setelah kompresi
Kuantitas kejenuhan pada 313 K (40 °C) adalah sebagai berikut:
WCd100% = 51,1 g/m3 (perhatikan garis solid pada gambar 3.9)
ṁd = WCd100% x Cd = 51,1 g/m3 x 143 m3/h = 7.307 g/h
Jumlah air yang dibuang di bagian hilir kompresor
Δṁ = ṁd - ṁc = 8.650 g/h - 7.307 g/h = 1.343 g/h
3.5 Distribusi udara
Dalam rangka memastikan distribusi udara yang handal dan bebas masalah, sejumlah titik harus diperhatikan. Hal ini mencakup ukuran yang benar dari sistem pipa, material pipa, resistansi aliran, tata letak pipa dan pemeliharaan.
3.5.1 Penentuan ukuran pipa
Penambahan jaringan udara bertekanan di masa depan haruslah dipertimbangkan dalam instalasi baru. Sebagai contoh, jalur utama harus dibuat lebih besar dari yang dibutuhkan untuk persyaratan sistem saat ini. Hal ini juga dianjurkan untuk membuat sumbatan (plug) tambahan dan katup on-off (on-off valve) untuk setiap potensi penambahan instalasi di masa depan.
Kerugian tekanan akibat resistansi aliran terjadi di semua bagian pipa, terutama pada pembatasan (restriction) di dalam pipa, belokan (bend), cabang (branch) dan sambungan (fitting). Kerugian ini harus dikompensasi oleh kompresor. Penurunan tekanan dalam jaringan secara keseluruhan haruslah dibuat seminimal mungkin.
Untuk menghitung penurunan tekanan, total panjang pipa haruslah diketahui. Untuk sambungan, cabang dan belokan, panjang pipa yang setara harus ditentukan. Pemilihan diameter dalam yang benar juga tergantung pada tekanan kerja serta kuantitas udara yang disediakan dan perhitungan terbaik dilakukan dengan bantuan nomogram.
3.5.2 Resistansi aliran
Setiap perubahan arah aliran udara dalam sistem perpipaan adalah gangguan yang berarti peningkatan resistansi aliran. Hal ini menyebabkan penurunan tekanan secara terus menerus dalam sistem perpipaan. Sejak cabang, belokan dan sambungan harus digunakan dalam semua jaringan udara bertekanan, penurunan tekanan tidak bisa dihindari. Akan tetapi, hal ini dapat dikurangi secara signifikan dengan memasang sambungan yang tepat, memilih bahan yang tepat serta merakit alat kelengkapan dengan benar.
3.5.3 Material pipa
Sebuah sistem udara bertekanan yang modern menempatkan tuntutan khusus pada kualitas pipa. Mereka harus memastikan:
- Kerugian tekanan yang rendah
- Bebas dari kebocoran
- Ketahanan terhadap korosi
- Kemampuan perluasan sistem
Dalam memilih bahan pipa yang sesuai, pertimbangan harus diberikan tidak hanya pada biaya material, tetapi juga pada biaya instalasi. Biaya instalasi terendah dapat dicapai dengan pipa plastik, dapat digabungkan dengan koneksi yang sepenuhnya kedap udara melalui perekat dan mudah untuk diperpanjang.
Di sisi lain, pipa tembaga, pipa besi dan pipa baja memiliki harga beli yang rendah tetapi harus di brasing, dilas atau disambung dengan sambungan berulir. Jika pekerjaan ini tidak dilakukan dengan benar, tatal, kerak, partikel las dan bahan penyegelan (sealant) dapat masuk ke dalam sistem. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan yang serius. Untuk diameter kecil dan menengah, pipa plastik lebih unggul dari bahan lainnya dalam hal harga, perakitan, pemeliharaan dan mudah diperpanjang.
Oleh karena adanya fluktuasi tekanan didalam jaringan, sangatlah perlu untuk memastikan pipa yang dipasang adalah aman untuk menghindari kebocoran pada sambungan brasing dan ulir.
1. Kompresor (Compressor); 2. Pemisah air / minyak (Water / oil separator); 3. Katup pelepas tekanan (Pressure relief valve); 4. Penampung udara (Air reservoir); 5. Cadangan untuk beberapa perangkat pemakai (Buffer for several consuming devices); 6. Penampung udara di dalam sistem pneumatik (Air reservoir within the pneumatic system); 7. Menuju perangkat konsumsi (To consuming device); 8. Unit pelayanan (Service unit); 9. Pengumpul kondensat (Condensat collector); 10. Katup penguras (Drain cock)
Gambar 3.10 Sistem pemasok udara (Air supply system)
3.5.4 Tata letak pipa
Selain memperbaiki ukuran dan kualitas material pipa, tata letak pipa yang benar juga penting untuk operasi yang ekonomis dari sistem udara bertekanan. Kompresor memasok sistem dengan udara bertekanan secara berselang. Oleh karena itu sering terjadi bahwa konsumsi udara bertekanan hanya meningkat dalam jangka waktu yang pendek. Hal ini dapat mengakibatkan kondisi yang tidak menguntungkan dalam jaringan udara bertekanan. Disarankan untuk merancang jaringan udara bertekanan dengan jalur utama berbentuk ring karena hal ini menjamin kondisi tekanan yang relatif konstan.
Gambar 3.11 Jalur ring
Dianjurkan untuk membagi jaringan menjadi beberapa bagian tersendiri sehingga pekerjaan pemeliharaan, perbaikan atau penambahan ke jaringan dapat dilakukan tanpa mengganggu seluruh pasokan udara.
Cabang dengan sambungan-T dan blok pipa pembagi (manifold block) dengan sambungan plug in harus disediakan. Jalur cabang harus dilengkapi dengan katup on-off (on-off valve) atau katup bola (ball valve) standar.
Gambar 3.12 Jaringan
Terlepas dari pemisahaan air yang baik pada sistem pembangkit udara bertekanan, penurunan tekanan dan pendinginan permukaan dapat menghasilkan residu kondensat dalam sistem perpipaan. Jalur cabang harus diletakkan dengan kemiringan 1% sampai 2% dalam arah aliran untuk memungkinkan kondensat ini dikeringkan. Jalur juga dapat diinstal dalam konfigurasi bertingkat. Kondensat kemudian dapat dikeringkan pada titik terendah melalui pemisah air (water separator).
3.6 Unit pelayanan (Service unit)
Fungsi tersendiri dari persiapan udara bertekanan yaitu penyaringan, pengaturan dan pelumasan, dapat dipenuhi oleh masing-masing komponen. Fungsi-fungsi ini sering dikelompokkan bersama dalam satu unit, yaitu unit pelayanan (service unit). Unit pelayanan diletakkan bagian hulu dari setiap sistem pneumatik.
Penggunaan pelumas pada umumnya tidak lagi dipergunakan dalam sistem modern. Ini hanya digunakan bila diperlukan, terutama dibagian daya dari sistem. Udara bertekanan dalam bagian kontrol dari sistem tidak harus dilumasi.
3.6.1 Saringan udara bertekanan (Compressed air filter)
Air kondensasi, kotoran dan minyak yang berlebihan dapat menyebabkan keausan pada bagian yang bergerak dan segel (seal) komponen pneumatik. Zat-zat ini dapat lolos sebagai akibat dari kebocoran. Jika saringan (filter) udara bertekanan tidak digunakan, produk yang akan diproses di industri makanan, farmasi dan kimia akan terkontaminasi dan karena itu tidak dapat digunakan lagi.
1. Cakram berputar (Spin disc); 2. Saringan sinter (Sintered filter); 3. Kondensat; 4. Mangkuk saringan (Filter bowl); 5. Sekrup pembuangan (Drain screw)
Gambar 3.13 Saringan udara bertekanan - tampak penampang dan simbol
Pemilihan saringan udara bertekanan memainkan peranan yang penting dalam memasok sistem pneumatik dengan kualitas udara bertekanan yang baik. Karakteristik untuk saringan udara bertekanan adalah ukuran pori-pori. Ini menentukan ukuran partikel terkecil yang masih bisa disaring dari aliran udara.
Kondensat yang dikeringkan harus dikumpulkan sebelum batas tanda atas tercapai karena jika tidak maka akan diserap oleh aliran udara.
Dengan jumlah kondensat yang konstan, disarankan menggunakan penguras otomatis (automatic bleeder) untuk menggantikan katup penguras manual (manual drain cock). Namun penyebab air yang terkondensasi juga harus diselidiki. Hal ini dapat terjadi karena tata letak sistem yang buruk.
Penguras otomatis terdiri dari pelampung (float) yang membuka nosel udara (air nozzle) bertekanan melalui mekanisme tuas ketika tingkat kondensat maksimum tercapai. Aliran udara ke dalam dari udara bertekanan membuka terminal pembuangan (drain port) melalui diafragma. Ketika pelampung mencapai tingkat kondensat minimum, nosel tertutup dan aliran keluar dihentikan. Mangkuk saringan (filter bowl) dapat juga dikeringkan secara manual.
Udara bertekanan bergerak melalui saringan dari kiri ke kanan dan diumpankan melalui cakram berputar (spin disc) dalam mangkuk saringan. Hal ini mengakibatkan udara berputar sehingga partikel debu dan tetesan air didalam udara yang lebih berat terlempar menuju dinding rumah saringan dan mengumpul di mangkuk saringan. Udara yang telah melalui pembersihan awal dengan cara ini kemudian melewati elemen saringan / saringan sinter (sintered filter) yang menyaring partikel kotoran yang lebih kecil. Elemen saringan dalam hal ini terdiri dari bahan sinter yang berpori banyak. Tingkat pemisahan tergantung pada ukuran pori elemen saringan yang digunakan. Ukuran pori biasanya antara 5 μm sampai 40 μm.
Karakteristik penting lebih lanjut dari saringan udara bertekanan adalah derajat pemisahan atau efisiensi yang menunjukkan peresentase ukuran partikel tertentu yang dapat dipisahkan. Efisiensi mengacu pada ukuran partikel, misalnya efisiensi 99,99% untuk ukuran 5 μm. Dengan saringan mikro, 99,999% partikel yang lebih besar dari 0,01 μm dapat disaring.
Elemen saringan harus diganti setelah jangka pemakaian tertentu karena partikel kotoran yang disaring dapat mengakibatkan penyumbatan. Dengan meningkatnya kotoran, saringan memberikan hambatan aliran udara bertekanan yang lebih besar sehingga mengakibatkan penurunan tekanan yang lebih besar pula.
Pemeriksaan visual atau pengukuran tekanan diferensial harus dilakukan untuk menentukan kapan saringan perlu diganti.
Perawatan (Maintenance)
Lamanya selang waktu untuk mengganti elemen saringan tergantung pada kondisi udara bertekanan, kebutuhan udara dari komponen pneumatik terhubung dan ukuran saringan. Pemeliharaan saringan harus mencakup hal-hal sebagai berikut:
- Mengganti atau membersihkan elemen saringan
- Pengeringan kondensat
Ketika pembersihan diperlukan, spesifikasi pabrik harus diperhatikan berkaitan dengan bahan pembersih yang akan digunakan.
3.6.2 Pengatur tekanan (Pressure regulator)
Udara bertekanan yang dihasilkan oleh kompresor akan berfluktuasi. Fluktuasi tekanan dalam sistem perpipaan dapat mempengaruhi karakteristik peralihan dari katup, waktu operasi dari silinder serta pengaturan waktu dari kendali aliran (flow control) dan katup pilot ganda (double pilot valves).
Tingkat tekanan konstan dengan demikian merupakan prasyarat untuk operasi bebas masalah dari kendali pneumatik. Dalam rangka menyediakan kondisi tekanan konstan, pengatur tekanan (pressure regulator) dipasang di posisi tengah dalam jaringan udara bertekanan untuk memastikan bahwa ada tekanan kerja / tekanan sekunder (secondary pressure) yang konstan terlepas dari fluktuasi tekanan dalam rangkaian utama (primary pressure). Penurun tekanan atau pengatur tekanan terhubung di bagian hilir saringan udara bertekanan dan menjaga tekanan kerja tetap konstan. Tingkat tekanan harus selalu disesuaikan dengan kebutuhan masing-masing sistem.
Tekanan sistem yang telah terbukti dalam praktek untuk menjadi yang terbaik secara ekonomi dan kompromi secara teknik antara pembangkit udara bertekanan dan efisiensi komponen adalah sekitar:
- 600 kPa (6 bar) di bagian daya
- 300 kPa sampai 400 kPa (3 bar - 4 bar) pada bagian kendali
Tekanan kerja yang lebih tinggi akan menyebabkan pemamfaatan energi yang tidak efisien dan meningkatkan keausan, sedangkan tekanan kerja yang lebih rendah akan menyebabkan efisiensi buruk, terutama di bagian daya.
Pengatur tekanan dengan terminal pembuangan (Pressure regulator with relief port) - cara kerjanya
Tekanan masuk / tekanan primer pada pengatur tekanan (pressure regulator) harus selalu lebih tinggi dari tekanan keluar / tekanan sekunder. Tekanan diatur oleh diafragma. Tekanan keluar bekerja pada satu sisi diafragma, gaya pegas disisi lain. Gaya pegas dapat diatur melalui sekrup penyesuaian (adjusting screw).
Ketika tekanan keluar meningkat misalnya selama perubahan beban silinder, diafragma bergerak melawan gaya pegas yang menyebabkan luas penampang keluaran (outlet) pada dudukan katup menjadi berkurang atau menutup seluruhnya. Bagian tengah diafragma kemudian membuka dan udara bertekanan dapat mengalir ke atmosfer melalui lubang ventilasi.
Jika tekanan keluar menurun, gaya pegas membuka katup. Pengaturan tekanan keluar yang telah ditetapkan dengan demikian membuka dan menutup dudukan katup secara terus menerus yang disebabkan oleh aliran udara yang melaluinya. Tekanan kerja ditunjukkan pada alat ukur.
Gambar 3.14 Pengatur tekanan dengan terminal pembuangan (Pressure regulator with relief port) - tampak penampang dan simbol
Pengatur tekanan tanpa terminal pembuangan (Pressure regulator without relief port) - cara kerjanya
Jika tekanan kerja / tekanan sekunder terlalu tinggi, tekanan di dudukan katup meningkat, dan menekan diafragma melawan gaya pegas. Pada saat yang sama, luas penampang saluran pada segel dudukan berkurang atau tetutup yang berarti aliran udara berkurang atau terputus. Udara bertekanan dapat mulai mengalir kembali ketika tekanan kerja / tekanan sekunder lebih kecil daripada tekanan pada sisi primer.
Gambar 3.15 Pengatur tekanan tanpa terminal pembuangan (Pressure regulator without relief port) - tampak penampang dan simbol
3.6.3 Alat pelumas (Lubricator)
Adalah suatu aturan bahwa udara bertekanan yang dihasilkan harus kering, yaitu bebas dari minyak. Untuk beberapa komponen, udara berpelumas dapat merusak dan bagi komponen yang lainnya, itu tidak diinginkan, tetapi untuk komponen listrik mungkin dalam kasus tertentu diperlukan. Oleh karena itu, pelumasan udara bertekanan selalu terbatas pada bagian plant yang membutuhkan pelumasan. Untuk tujuan ini, alat pelumas (lubricator) kabut dipasang untuk memberi umpan udara bertekanan dengan minyak khusus yang dipilih. Minyak yang dimasukkan ke udara dari kompresor tidak cocok untuk melumasi komponen sistem kendali.
Pada prinsipnya, silinder dengan segel tahan panas (heat resistance seals) tidak boleh dioperasikan dengan udara tekan berpelumas, karena gemuk (grease) khusus yang merupakan pelumas asli akan dibilas keluar.
Jika sistem yang dioperasikan dengan udara tekan berpelumas beralih ke udara tekan tanpa pelumas, pelumas asli dari katup dan silinder harus diperbaharui karena mungkin telah dibilas keluar.
1. Jalur riser (Riser line); 2. Titik pencekikan katup (Valve throttle point); 3. Dudukan bola (Ball seat); 4. Pipa riser (Riser pipe); 5. Minyak; 6. Katup searah (Check valve); 7. Saluran (Duct); 8. Ruang infus (Drip chamber)
Gambar 3.16 Alat pelumas (Lubricator) - tampak penampang dan simbol
Pelumasan udara bertekanan dengan menggunakan alat pelumas (lubricator) kabut mungkin diperlukan dalam kasus tertentu:
- Dimana gerakan yang berosilasi sangat cepat diperlukan
- Dengan silinder berdiameter besar, alat pelumas (lubricator) harus sedapat mungkin dipasang hanya di bagian hulu silinder secara langsung.
Beberapa masalah yang mungkin terjadi sebagai akibat dari pelumasan yang berlebihan:
- Kegagalan fungsi komponen
- Peningkatan pencemaran lingkungan
- Komponen macet setelah waktu penghentian (downtime) yang lama
Prinsip kerja
Udara bertekanan mengalir melewati alat pelumas (lubricator) yang menyebabkan penurunan tekanan di bagian atas dari alat pelumas. Perbedaan tekanan tersebut memaksa minyak naik ke atas melalui pipa riser (riser pipe). Minyak mencapai ruang infus (drip chamber) dimana ia kemudian menetes ke dalam nosel yang dapat dilihat melalui kaca inspeksi. Di sini minyak tersebut dikabutkan lalu diserap dan diangkut oleh udara.
Pemeriksaan dosis minyak
Hal ini dimungkinkan untuk memeriksa dosis minyak sebagai berikut: Sebuah nilai referensi untuk dosis minyak adalah 1 sampai 10 tetes per meter kubik udara bertekanan.
Pengukuran yang tepat dapat diperiksa sebagai berikut: Sepotong karton putih harus ditahan pada jarak sekitar 10 cm dari terminal keluaran (discharge port) elemen kontrol pada silinder yang terjauh dari alat pelumas (lubricator) tersebut. Jika sistem ini diijinkan untuk bekerja selama beberapa saat, harus dimungkinkan untuk melihat hanya warna kuning pucat pada karton. Minyak yang menetes adalah tanda dari pelumasan yang berlebihan.
Perawatan alat pelumas (lubricator maintenance)
Minyak yang disimpan oleh kompresor tidak dapat digunakan sebagai pelumas oleh komponen penggerak (drive componenents). Panas yang dihasilkan dalam kompresor membakar dan membuat minyak menjadi gosong. Hal ini akan memiliki efek abrasif pada silinder dan katup dan secara signifikan mengurangi kinerjanya.
Masalah selanjutnya adalah merawat sistem yang dioperasikan dengan udara tekan berpelumas adalah endapan minyak di dinding bagian dalam pipa suplai. Endapan minyak tersebut dapat diserap tak terkendali ke dalam aliran udara dan meningkatkan jumlah kotoran di jalur udara bertekanan. Merawat sistem kotor jenis ini sangatlah menyita waktu karena pipa yang dikotori oleh endapan minyak hanya bisa dibersihkan dengan pembongkaran.
Endapan minyak juga dapat menyebabkan komponen macet, terutama setelah berhenti selama beberapa waktu (setelah akhir pekan atau hari libur). Komponen berpelumas tersebut mungkin tidak lagi bekerja dengan baik.
Pelumasan udara bertekanan harus dibatasi pada bagian-bagian sistem yang benar-benar perlu dilumasi. Alat pelumas (lubricator) sebaiknya langsung dipasang di bagian hulu komponen pengguna. Komponen dengan pelumasan mandiri harus dipilih untuk bagian kendali dari sistem pneumatik.
Oleh karena itu, aturan dasar dalam persiapan udara bertekanan haruslah bebas minyak
Singkatnya, hal-hal berikut harus diperhatikan dalam praktek sehari-hari:
- Sedapat mungkin minyak kompresor harus dicegah masuk ke jaringan udara bertekanan dengan cara memasang pemisah minyak (oil separator).
- Sebaiknya hanya memasang komponen yang juga dapat dioperasikan dengan udara yang tidak berpelumas.
- Bila sistem telah dioperasikan dan dijalankan dengan minyak, pelumasan harus dilanjutkan karena pelumasan asli dari komponen telah dibilas keluar oleh minyak tersebut.
3.6.4 Kombinasi unit pelayanan (Service unit combinations)
Berikut ini harus diperhatikan ketika menggabungkan komponen individu menjadi unit pelayanan (service unit):
- Ukuran komponen gabungan ditentukan oleh laju aliran udara (m3/h). Kecepatan aliran udara yang berlebihan menghasilkan penurunan tekanan yang tinggi dalam perangkat. Oleh karena itu spesifikasi pabrik harus diperhatikan.
- Tekanan kerja tidak boleh melebihi nilai yang telah ditentukan pada unit pelayanan (service unit). Suhu lingkungan tidak boleh melebihi 50 °C yang merupakan nilai maksimal untuk mangkuk plastik (plastic bowls).
Gambar 3.17 Unit pelayanan (Service unit) - Katup on-off manual (Manual on-off valve), Saringan (Filter), Pengatur (Regulator), Alat pelumas (Lubricator)
Gambar 3.18 Unit pelayanan dengan alat pelumas (Service unit with lubricator) - simbol; kiri: gambaran terperinci; kanan: gambaran yang disederhanakan
Gambar 3.19 Unit pelayanan tanpa alat pelumas (Service unit without lubricator) - simbol; kiri: gambaran terperinci; kanan: gambaran yang disederhanakan
Merawat unit pelayanan
Langkah-langkah perawatan berikut ini harus dilakukan secara teratur:
- Saringan udara bertekanan (compressed air filter): Tingkat kondensat harus diperiksa secara teratur karena tingkat yang telah ditetapkan di kaca pantau (sight glass) tidak boleh dilampaui. Melebihi tingkat yang telah ditetapkan dapat menyebabkan kondensat yang dikumpulkan terhisap ke jalur udara bertekanan. Kondensat berlebihan dapat dikeringkan melalui katup penguras (drain cock) pada kaca pantau. Kartrid filter (filter cartridge) juga harus diperiksa kadar kotorannya dan jika perlu dibersihkan atau diganti.
- Pengatur tekanan (pressure regulator): Pengatur tekanan tidak memerlukan perawatan, asalkan didahului oleh saringan udara bertekanan (compressed air filter).
- Alat pelumas (lubricator): Tampilan tingkat (level display) harus diperiksa pada kaca pantau dan disini juga jika diperlukan minyak diisi ulang. Hanya minyak mineral yang dapat digunakan. Saringan plastik (plastic filter) dan mangkuk pelumas (lubricator bowl) tidak boleh dibersihkan dengan trichloroethylene.
