3 Prinsip Dasar Sistem Pneumatik untuk Otomasi Industri

Sistem pneumatik adalah sistem yang menggunakan udara bertekanan untuk melakukan kerja mekanik. Teknologi ini telah digunakan selama bertahun-tahun dalam berbagai industri, mulai dari manufaktur hingga otomasi. 

Dalam artikel ini, tim Bawalaksana.id akan memberikan penjelasan tentang prinsip dasar pneumatik dan cara kerja di Industrial Automation.

Apa Prinsip Dasar Sistem Pneumatik?

Prinsip dasar sistem dan perangkat pneumatik berasal dari hukum dasar fisika yang mengatur perilaku gas. Yaitu menggunakan udara terkompresi sebagai sumber energi untuk menggerakkan perangkat-perangkat pneumatik.

Tanpa ada udara terkompresi, maka sistem ini tidak dapat bekerja dengan baik. Udara terkompresi seperti energi bagi manusia untuk memberikan gerakan. Energi tersebut diubah menjadi gerakan mekanis menggunakan silinder pneumatik.

Ketika udara yang bertekanan tidak cukup kuat atau mengalami kebocoran, maka perangkat pneumatik tidak dapat beroperasi dengan kinerja yang optimal. 

Cara kerja silinder pneumatik dan apa saja komponennya telah kami jelaskan pada arikel sebelumnya.

Berikut ini adalah tiga teori fisika yang digunakan untuk menjelaskan prinsip kerja sistem pneumatik:

Hukum Boyle

Hukum Boyle yang dirumuskan oleh fisikawan Robert Boyle pada tahun 1662. Ia menyatakan bahwa tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya pada suhu konstan. 

Artinya, jika tekanan gas meningkat, volumenya akan berkurang dan begitu pula sebaliknya.

Rumus dari hukum Boyle adalah sebagaimana berikut: P₁​V₁​=P₂​V₂

​

Hukum Charles

Hukum Charles atau yang dikenal sebagai hukum volume. Yaitu hukum eksperimental gas yang menjelaskan bagaimana gas cenderung memuai ketika dipanaskan. 

Hubungan empiris ini pertama kali dikemukakan oleh fisikawan Perancis J.-A.-C. Charles sekitar tahun 1787. 

Hukum ini menyatakan bahwa ketika tekanan pada sampel gas kering dijaga konstan, suhu Kelvin dan volumenya akan berbanding lurus. 

Artinya, jika suhu suatu gas meningkat, maka volumenya juga meningkat selama tekanannya tetap, sebagaimana dikutip dari Britannica.

Rumus dari hukum Charles adalah sebagaimana berikut: T₁​V₁​​=T₂​V₂

​​

Hukum Pascal

Hukum Pascal yang menyatakan bahwa tekanan yang diterapkan pada sebuah fluida akan merambat dengan sama kuatnya ke seluruh bagian fluida tersebut. 

Dalam konteks di pneumatik, hal ini berarti tekanan udara yang diciptakan di satu bagian sistem akan merambat ke seluruh sistem. Selanjutnya akan memungkinkan penggerakan komponen-komponen yang saling terhubung di dalam sistem.

Rumus dari hukum Pascal adalah sebagaimana berikut: P=F/A

Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, bahwa perangkat pneumatik menggunakan udara yang terkompresi untuk menggerakkan piston (silinder pneumatik), air tools atau perangkat lainnya. 

Mengacu pada tiga hukum fisika dasar di atas, maka kita dapat menghitung perubahan tekanan, volume, suhu dan gas, yaitu pada saat gas bergerak melalui perangkat-perangkat pneumatik.

Mengapa hal ini penting?

Karena, dengan begitu kita dapat menjaga tekanan gas dalam perangkat pneumatik di ambang yang aman. Sehingga sistem dapat bekerja secara efisien, memiliki kinerja yang baik dan dapat mengurangi resiko kerusakan sistem yang dapat mengakibatkan downtime.

Penerapan Perangkat Pneumatik di Industri

Kemajuan teknologi pneumatik semakin pesat akhir-akhir ini. Tidak heran bila teknologi ini banyak dilibatkan di berbagai industri. Perangkat pneumatik adalah solusi hemat untuk sistem otomasi yang membutuhkan gerakan mekanis.

Komponen-komponen pneumatik juga mudah diintegrasikan dengan perangkat elektronik, digital ataupun IoT.

Ada banyak sekali inovasi perangkat pneumatik untuk industri, mulai dari yang sederhana hingga yang sangat kompleks.

Video di bawah ini merupakan salah satu contoh penerapan pneumatic system untuk kasus yang sangat sederhana:

Menurut Rowse, sistem pneumatik yang diterapkan di industri dapat digambarkan sebagaimana berikut:

Integrasi dengan Sistem Otomasi

Sistem dan komponen pneumatik dapat dihubungkan dengan dunia digital melalui platform otomasi seperti PLC (Programmable Logic Controller) dengan melibatkan Fieldbus Interfaces, sensor dan sinyal digital. 

Integrasi seperti ini menjadikan komponen-komponen pneumatik dapat berkomunkasi dengan berbagai berbagai perangkat elektronik untuk bertukar data, memantau kinerja dan menyesuaikan fungsi kontrol secara real time.

Fieldbus Interfaces adalah antarmuka yang digunakan untuk menghubungkan perangkat-perangkat dalam sistem kontrol terdistribusi yang menggunakan jaringan komunikasi digital. 

Fieldbus Interfaces merupakan perangkat yang dapat menghubungkan berbagai perangkat elektronik di dalam suatu perusahaan. Namun hal ini tidak terbatas pada sensor, aktuator, PLC (Programmable Logic Controller) dan HMI (Human Machine Interface) untuk bertukar data dan komunikasi secara real-time.

Ketika sistem otomasi seperti ini sudah terbentuk, maka teknologi pneumatik di dalam sebuah manufaktur juga dapat bekerja sesuai dengan logic yang ditentukan oleh para engineer. 

Mengontrol Gerakan Pneumatik Secara Presisi dan Efisien 

Perangkat pneumatik dapat mencapai kontrol gerak, gaya dan tekanan secara lebih akurat dengan menggunakan perangkat elektro-pneumatik, proportional regulators dan PID (Proportional Integral Derivative) controller. 

Dengan melibatkan teknologi tersebut, maka sistem dapat bergerak dan beroperasi dengan tepat dan akurat. Bahkan, sistem pneumatik juga bisa beralih antar mode kontrol dan mengoptimalkan konsumsi energi.

Pada video berikut ini menunjukkan kolaborasi pneumatic system dan industrial robotic pada production line mobil Mercedes Benz untuk memasang kaca mobil.

Smart Pneumatic untuk Sistem Pneumatik Modern

Di era Industri 4.0 seperti sekarang ini, kita dapat menggunakan metode Smart Pneumatic untuk mengumpulkan dan menggunakan informasi dari perangkat untuk ditindaklanjuti agar dapat meningkatkan efisiensi produksi. 

Dengan menggunakan Smart Pneumatic, kita akan mendapatkan tiga informasi bermanfaat untuk meningkatkan productivity:

• Statistik penggunaan
• Diagnostik
• Lifetime data

Ketiganya merupakan informasi yang sangat bermanfaat sehingga dapat memaksimalkan waktu kerja, mencegah downtime dan untuk perawatan perangkat pneumatik (predictive maintenance).

Perlu diketahui, bahwa Smart Pneumatic adalah istilah yang dapat merujuk pada berbagai hal tergantung konteksnya di industri yang menerapkannya.

Oleh karena itu, Smart Pneumatic juga dapat merujuk pada penggunaan sensor, analisis data dan teknologi digital lainnya untuk mengoptimalkan kinerja perangkat pneumatik. Sehingga perusahaan Anda dapat meningkatkan efisiensi, produktifitas dan mengurangi downtime produksi. 

Sistem Modern dan Ekonomis untuk Meningkatkan Productivity

Demikianlah penjelasan tentang prinsip dasar pneumatik dan bagaimana penerapan sistem ini di Industrial Automation. 

Dari penjelasan ini, Anda dapat memahami betapa kompleks implementasi sistem pneumatik di industri, sehingga dapat menjalankan fungsinya secara otomatis.

Meski demikian, pneumatic systems yang dibangun dengan perencanaan yang matang, dapat membantu bisnis Anda menjadi lebih produktif dan cost-effective. 

Anda dapat menjalankan sistem produksi secara modern, higienis dan cepat menggunakan teknologi pneumatik dengan biaya yang lebih ekonomis.

Pada artikel berikutnya, kita akan membahas tentang komponen-komponen apa saja yang ada pada sistem pneumatik. Selain itu, kami juga akan membahas tentang apa saja keuntungan yang bisa diperoleh dari implementasi teknologi ini.

Silahkan simak artikel kami berikutnya tentang Apa Saja Komponen Sistem Pneumatik yang Perlu Diketahui dan Bagaimana Cara Memilih Komponen yang Berkualitas.

Romanta Pinrih Linuwih

Pneumatic Automation System Expert

Artikel ini ditulis dengan kolaborasi bersama Romanta Pinrih Linuwih, ahli di bidang Pneumatic Automation System, untuk memastikan keakuratan dan kualitas tulisan terbaik.