Silinder pneumatik atau dikenal juga sebagai aktuator pneumatik merupakan perangkat yang memanfaatkan udara terkompresi untuk menghasilkan gerakan linear. Prinsip dasar dari pneumatik mengacu pada hukum fisika dasar yang telah ditemukan pada abad 10 M oleh Hero of Alexandria.
Saat ini, aktuator pneumatik telah banyak digunakan pada sistem otomasi industri dan dimanfaatkan secara luas dalam berbagai aplikasi.
Perangkat ini tersedia dalam berbagai ukuran dan jenis gerakan dengan fungsi yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan di industri.
Dalam artikel ini, tim Bawalaksana.id akan menjelaskan beberapa hal sebagaimana berikut:
- Apa itu silinder pneumatik
- Jenis-jenis silinder pneumatik
- Jenis gerakan yang dapat dihasilkan
- Komponen-komponen yang ada dalam silinder
Apa itu Silinder Pneumatik dan Fungsinya?
Silinder pneumatik adalah perangkat yang berfungsi untuk mengubah energi (udara bertekanan) menjadi gerakan linear. Fungsi dari silinder pneumatik dalam industri diantaranya adalah untuk memindahkan barang-barang produksi, memotong bahan baku, menggerakkan konveyor, melakukan pengemasan, filling, mesin press, packaging produk dan yang lainnya.
Dalam sistem otomasi industri, aktuator pneumatik terlibat secara kompleks untuk berbagai macam tugas. Perannya pun sangat luas tidak hanya sebatas seperti yang kami sebutkan diatas. Mengingat jenis-jenis silinder pneumatik sangat banyak sesuai dengan ragam, bentuk dan aplikasinya di industri.
Perangkat aktuator pneumatik dapat diandalkan untuk sistem otomasi industri karena memiliki kinerja yang sangat tinggi, fleksibilitas yang baik terhadap teknologi, namun memiliki biaya maintenance yang ekonomis.
Sebagai informasi, bahwa aktuator yang memanfaatkan udara bertekanan merupakan komponen yang sangat esensial dalam Sistem Pneumatik. Perangkat aktuator ini juga merupakan salah satu komponen yang paling hilir dan berfungsi sebagai “otot” untuk menggerakkan sistem pneumatik.
Jenis-jenis Silinder Pneumatik
Dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat, jenis-jenis silinder pneumatik pada saat ini sudah semakin banyak. Secara umum silinder pneumatik terbagi menjadi empat macam berdasarkan desain dan jenis gerakan yang dapat dihasilkannya, yaitu:
- Linear Pneumatic Cylinder
- Rotary Pneumatic Cylinder
- Rotolinear Pneumatic Cylinder
- Rodless Pneumatic Cylinder
Sebagai penjelasannya, Linear Pneumatic Cylinder adalah silinder pneumatik yang dapat menghasilkan gerakan lurus (horizontal atau vertikal). Sedangkan Rotary Pneumatic Cylinder dapat menghasilkan gerakan rotasi.
Adapun untuk Rotolinear Pneumatic Cylinder dapat mengombinasikan gerakan linear dan rotasi.
Kemudian masih ada satu jenis lagi yang belum terlalu familiar, namun memiliki fungsi dan keunggulan yang signifikan, yaitu Rodless Pneumatic Cylinder.
Silinder jenis ini tidak memiliki batang piston yang keluar dari badan silinder. Namun piston dihubungkan dengan komponen eksternal yang dapat bergerak secara linear melalui sistem kopling magnetis atau mekanis.
Silinder pneumatik tanpa batang (rodless) menawarkan keuntungan unik dalam aplikasi yang memerlukan stroke (langkah) yang panjang dan cepat pada ruang terbatas. Silinder Rodless dapat membawa beban yang berat dan memindahkan barang dalam jarak yang lebih jauh.
Meski terdapat banyak macam bentuk silinder pneumatik, jenis yang paling familiar hingga saat ini adalah Linear Pneumatic Cylinder.
Silinder pneumatik linear juga terbagi menjadi dua jenis jika dilihat dari gerakan aktif yang dapat dihasilkan dan lubang udara (pressure port) yang dimilikinya.
Kami akan membahas tentang jenis dari silinder pneumatik linear dan cara kerjanya sebagaimana berikut.
Single Acting Cylinder
Silinder kerja tunggal (Single Acting Cylinder) merupakan jenis silinder pneumatik yang dapat bekerja secara aktif untuk mendorong beban secara satu arah. Lubang udara (pressure port) yang dimiliki oleh silinder kerja tunggal adalah satu buah.
Fungsi dari Single Acting Silinder adalah untuk mendorong beban atau menarik beban secara aktif dalam satu arah. Kemudian, untuk mengembalikan posisi piston menjadi netral dibantu oleh pegas yang ditanamkam di dalam tabung silinder.
Berdasarkan posisi batang piston silinder ketika dalam posisi netral (off), silinder kerja tunggal dibagi kembali menjadi dua, yaitu Push-Type dan Pull-Type.
Diagram berikut ini adalah gambar silinder pneumatik jenis Single Acting Cylinder (Push-Type dan Pull-Type):
- Push-Type Cylinder
Push-Type Cylinder adalah silinder dengan posisi batang piston dalam keadaan memendek (retraksi) ketika tabung silinder tidak disuplai udara bertekanan (posisi netral).
Oleh karena itu, untuk menggerakkan batang piston ke posisi memanjang (ekstensi) maka tabung silinder perlu disuplai udara bertekanan.
Ketika tekanan udara di dalam tabung silinder menurun atau dihilangkan, maka pegas akan mendorong batang piston kembali ke posisi semula (retraksi).
- Pull-Type Cylinder
Pull-Type Cylinder adalah silinder dengan posisi batang piston dalam keadaan memanjang (ekstensi) ketika tabung silinder tidak disuplai udara bertekanan (posisi netral)
Sebagai kebalikan dari Push-Type Cylinder, jenis yang satu ini perlu disuplai udara bertekanan pada tabung silinder untuk menggerakkan batang piston dalam posisi memendek (retraksi).
Ketika tekanan udara di dalam tabung silinder menurun atau dihilangkan, maka pegas akan mendorong batang piston kembali ke posisi semula (ekstensi).
Double Acting Cylinder
Silinder kerja ganda (Double Acting Cylinder) merupakan jenis silinder pneumatik yang dapat bekerja secara aktif untuk mendorong beban secara dua arah. Lubang udara (pressure port) yang dimiliki oleh silinder kerja ganda terdapat dua buah.
Fungsi dari Double Acting Silinder adalah untuk mendorong beban atau menarik beban secara aktif dalam dua arah, baik ekstensi (memanjang) ataupun retraksi (memendek).
Posisi piston untuk Double Acting Cylinder dapat berada dalam keadaan ekstensi ataupun retraksi. Selama tidak ada udara bertekanan yang memasuki salah satu lubang udara (pressure port), maka piston dapat berada pada posisi apapun (retraksi atau ekstensi).
Dengan kata lain, silinder kerja ganda memiliki posisi atau gerakan batang piston yang dapat disesuaikan, baik ekstensi maupun retraksi. Tergantung pada supply udara bertekanan yang mengisi ruang tabung silinder.
Cara Kerja Silinder Pneumatik
Setelah mengetahui jenis-jenis dari pneumatic air cylinder, berikutnya kita akan membahas tentang cara kerjanya secara umum.
Pada dasarnya, prinsip kerja silinder pneumatik adalah mengubah energi (dalam hal ini udara bertekanan) menjadi gerakan mekanis, baik linear (lurus) maupun rotasi (putar).
Udara bertekanan memasuki lubang udara yang ada pada silinder atau disebut dengan pressure port. Kemudian, udara bertekanan yang masuk ke dalam tabung silinder akan mendorong piston dan menyebabkan batang silinder (piston rod) bergerak secara linear (lurus).
Ketika gerakan linear silinder pneumatik mencapai batas maksimal disebut langkah atau stroke.
Kemudian, langkah dari silinder tersebut terdiri dari dua keadaan, berdasarkan aktuasi kerja piston, yaitu:
- Ekstensi: batang piston menjadi memanjang
- Retraksi: batang piston menjadi memendek.
Selanjutnya, kami akan menjelaskan tentang cara kerja silinder pneumatik berdasarkan jenisnya, baik itu Single Acting Cylinder maupun Double Acting Cylinder.
Cara Kerja Single Acting Cylinder (Silinder Kerja Tunggal)
Single Acting Cylinder termasuk dalam kategori Linear Pneumatic Cylinder yang dapat menghasilkan gerakan lurus. Silinder kerja tunggal hanya memiliki satu arah gerakan aktuasi yang aktif dan bisa mendorong beban, tergantung pada jenisnya, Push-Type atau Pull-Type.
Adapun cara cara kerja Single Acting Cylinder adalah sebagaimana yang disebutkan pada beberapa pion berikut ini:
- Udara bertekanan memasuki lubang udara pada ujung depan atau belakang dari tabung silinder.
- Udara bertekanan selanjutnya mendorong piston sehingga mengakibatkan batang piston memanjang (ekstensi) atau memendek (retraksi), tergantung pada jenis Push-Type atau Pull-Type.
- Ketika udara bertekanan yang berada di dalam tabung silinder menurun atau berkurang, maka piston akan kembali ke posisi semula dikarenakan dorongan pegas yang ada di dalam silinder.
Perlu kami sebutkan, bahwa di dalam tabung silinder kerja tunggal terdapat komponen pegas pada salah satu ruang partisi tabung. Fungsi dari pegas tersebut adalah untuk mendorong piston kembali ke posisi netral (off) ketika silinder tidak diisi oleh udara bertekanan.
Cara Kerja Double Acting Cylinder (Silinder Kerja Ganda)
Double Acting Cylinder termasuk dalam kategori Linear Pneumatic Cylinder yang dapat menghasilkan gerakan lurus. Silinder kerja ganda memiliki dua arah gerakan aktuasi yang aktif dan bisa digunakan untuk mendorong atau menarik beban setiap kali melakukan stroke, baik pada saat ekstensi maupun retraksi.
Silinder kerja ganda tidak memiliki pegas seperti yang terdapat pada silinder kerja tunggal. Namun, silinder jenis ini memiliki dua lubang untuk supply udara bertekanan sehingga dapat bekerja secara aktif untuk mendorong atau menarik beban.
Adapun cara cara kerja Double Acting Cylinder adalah sebagaimana yang disebutkan pada beberapa pion berikut ini:
- Ketika udara bertekanan memasuki lubang yang terdapat pada tutup belakang (Cylinder Cap) maka udara akan mendorong piston dan batang piston untuk bergerak memanjang (ekstensi).
- Sebaliknya, ketika udara bertekanan memasuki lubang yang terdapat pada tutup depan (Cylinder Head) maka udara akan mendorong piston dan batang piston untuk bergerak memendek (retraksi).
Catatan untuk Double Acting Cylinder:
Piston yang ada di dalam tabung silinder memisang ruangan barrel silinder menjadi dua partisi dengan valume efektif yang berbeda, seperti gambar yang telah kami lampirkan diatas. Volume efektif yang tersedia untuk gerakan ekstensi (memanjang) lebih besar daripada volume efektif untuk gerakan retraksi (memendek).
Perbedaan volume efektif tersebut menghasilkan gaya dan kecepatan gerakan stroke yang berbeda, dimana untuk gerakan ekstensi akan memiliki gaya yang lebih besar daripada gerakan retraksi.
Gerakan retraksi cenderung lebih lemah dengan volume efektif yang lebih kecil dikarenakan adanya batang piston (piston rod) yang mengisi tabung silinder.
Cara Kerja Rotary Pneumatic Cylinder (Silinder Kerja Putar)
Rotary Pneumatik Cylinder termasuk merupakan jenis silinder pneumatik yang dapat menghasilkan gerakan rotasi.
Komponen di dalam silinder kerja putar adalah lebih kompleks daripada silinder pneumatik linear. Selain terdiri dari piston dan batang piston, silinder kerja putar memiliki tambahan komponen, yaitu rack gear dan pinion.
Perlu diketahui, bahwa Rotary Pneumatic Cylinder memiliki dua jenis, yaitu:
- Single Rack Actuator
- Double Rack Actuator
Adapun cara kerja untuk Rotary Pneumatic Cylinder akan kami jelaskan sebagaimana berikut ini:
- Single Rack Actuator
Di dalam silinder dengan jenis Single Rack memiliki dua piston di sisi kanan dan kiri secara bertolak belakang, namun dihubungkan oleh satu batang silinder yang dilengkapi oleh rack gear.
Pada bagian tengah dari batang piston terdapat satu pinion (roda gerigi) yang akan berputar ketika batang piston bergeser (ekstensi atau retraksi). Silinder jenis ini hanya menggunakan satu rack gear, karena itu disebut Single Rack Aktuator.
Cara kerja dari Single Rack Actuator adalah sebagaimana yang disebutkan pada beberapa pion berikut ini:
- Udara bertekanan memasuki lubang udara di bagian kiri dari silinder, sehingga mendorong piston untuk bergerak ke arah kanan dan mendorong batang piston satu langkah penuh ke kanan. Gerakan batang piston ini mengakibatkan pinion (roda gerigi) yang ada di tengah menjadi berputar searah jarum jam.
- Sebaliknya, ketika udara bertekanan memasuki lubang udara di bagian kanan dari silinder, maka akan mendorong piston untuk bergerak ke arah kiri dan mendorong batang piston satu langkah penuh ke kiri. Gerakan batang piston ini mengakibatkan pinion (roda gerigi) yang ada di tengah menjadi berputar berlawanan jarum jam.
Diagram animasi di bawah ini menjelaskan cara kerja Single Rack Actuator:
2. Double Rack Actuator
Di dalam silinder dengan jenis Double Rack memiliki dua piston kecil kanan dan kiri yang akan bergerak secara independen namun tersinergi dengan adanya pinion yang terletak di tengah.
Lokasi dari piston untuk Double Rack Actuator terletak secara terpisah (kanan dan kiri), sedangkan posisi rack gear berada di tengah untuk mensinergikan gerakan kedua piston (lihat diagram perbedaan single rack dan double rack actuator).
Sebagaimana yang telah kami sebutkan, silinder jenis ini memiliki dua rack gear, karena itu disebut Double Rack Aktuator.
Cara kerja dari Double Rack Actuator adalah sebagaimana yang disebutkan pada beberapa pion berikut ini:
- Udara bertekanan memasuki lubang udara di bagian kanan dari silinder, sehingga rack gear yang di sisi kanan akan menggerakkan pinion (roda gerigi) yang ada di tengah menjadi berputar berlawanan jarum jam.
- Udara bertekanan memasuki lubang udara di bagian kiri dari silinder, sehingga rack gear yang di sisi kiri akan menggerakkan pinion (roda gerigi) yang ada di tengah sehingga menjadi berputar searah jarum jam.
Catatan untuk Rotary Cylinder
- Silinder kerja putar pada umumnya tidak dapat menghasilkan gerakan rotasi secara berkesinambungan atau lebih dari 180° (tergantung pada jenisnya).
- Berbeda halnya dengan aktuator listrik yang dapat memberikan torsi secara terus-menerus dan berkesinambungan untuk gerakan rotasi.
- Silinder kerja putar dapat dikombinasikan dengan silinder kerja linear pada production line yang menerapkan Pneumatic Automation System.
- Double Rack Actuator umumnya hanya dapat menghasilkan rotasi maksimal 90°.
Komponen-komponen dalam Silinder Pneumatik
Berikutnya, kami juga akan membahas tentang beberapa komponen dan bagian-bagian dari silinder pneumatik. Berikut ini adalah beberapa penjelasan terkait pneumatic cylinder sebagaimana yang kami kutip dari IQS Directory:
Pneumatic Cylinder Bore
Pneumatic Cylinder Bore atau dapat disebut juga sebagai tabung silinder adalah wadah bagi komponen internal untuk silinder pneumatik.
Tabung silinder ini memiliki tutup pada setiap ujungnya:
- Tutup depan (Cylinder Head)
- Tutup belakang (Cylinder Cap)
Tutup depan terletak di dekat tempat memanjangnya batang piston. Sedangkan tutup belakang merupakan pangkal bagi piston ketika batang piston memendek.
Salah satu dari kedua tutup atau bahkan keduanya terdapat lubang tempat masuk dan keluarnya udara bertekanan, tergantung pada jenis silindernya.
Untuk Single Acting Pneumatic Cylinder, lubang udara hanya terdapat pada salah satu tutup (Cylinder Head atau Cylinder Cap).
Sedangkan untuk Double Acting Pneumatic Cylinder, lubang udara terdapat pada kedua tutup depan dan belakang.
Dalam penerapannya di aplikasi industri, selang pneumatik akan dihubungkan ke lubang yang terdapat pada tutup silinder untuk mengalirkan udara bertekanan. Selanjutnya, piston yang ada di dalam silinder akan bergerak untuk menghasilkan gerakan mekanis.
Adapun udara bertekanan yang ada pada selang pneumatik diperoleh melalui kompresor udara atau tangki penyimpanan udara.
Piston
Komponen selanjutnya dari adalah piston.
Piston merupakan piringan yang menjadi partisi bergerak yang membagi tabung silinder menjadi 2 ruang. Piston ini berfungsi untuk mendorong batang piston agar dapat memanjang atau memendek ketika ada udara bertekanan memasuki tabung silinder.
Piston dapat bergerak maju atau mundur secara bolak-balik, sesuai dari mana arah udara bertekanan memasuki tabung silinder.
Jika udara bertekanan masuk melalui lubang yang terdapat di tutup belakang (Cylinder Cap), maka akan memberikan tekanan pada piston untuk bergerak maju. Dengan begitu, piston akan mendorong batang piston (Piston Rod) untuk memanjang.
Gerakan batang piston yang memanjang seperti ini dikenal dengan istilah gerakan positif atau plus.
Sementara ruang bertekanan yang menyebabkan gerakan ini disebut dengan ruang plus (plus chamber). Sedangkan ruang di sebelahnya disebut dengan ruang minus (minus chamber).
Piston Rods
Batang piston (Piston Rods) terhubung dan digerakkan oleh piston, seperti yang telah kami jelaskan sebelumnya.
Dalam penerapannya di industri, ujung batang piston akan dihubungkan dengan perangkat mesin, perangkat mekanis atau benda yang akan didorong atau ditarik.
Panjang langkah atau stroke mengacu pada jarak yang bisa ditempuh oleh piston dan batang piston, sesuai dengan ukuran silinder secara keseluruhan.
Piston Cushioning
Bantalan piston (Piston Cushioning) merupakan peredam dari piston dan rod (batang piston) ketika bergerak memendek.
Hal ini sangat berguna untuk membantu mengurangi benturan, getaran dan kebisingan pada setiap stroke (langkah) dari suatu silinder.
Dengan begitu, kecepatan gerakan piston dapat lebih stabil dan lebih cepat.
Piston Seal / Gasket
Komponen Piston Seal berfungsi untuk mencegah udara bertekanan menerobos ke ruang silinder yang lain.
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, bahwa piston adalah piringan yang menjadi partisi bergerak yang membagi tabung silinder menjadi 2 ruang (plus dan minus).
Adapun Piston Seal ini berfungsi untuk menyegel udara agar tidak menembus ruang lainnya dari silinder.
Piston Guide Rings
Piston Guide Rings adalah bahan plastik tahan kimia dan memiliki gaya gesek rendah yang melindungi komponen piston.
Piston Guide Rings berfungsi untuk mencegah kontak langsung antara piston dan ruang tabung silinder sehingga tidak mudah mengalami keausan akibat gesekan.
Komponen ini biasanya terbuat dari Polytetrafluoroethylene (PTFE) atau polyamide.
Sensor
Seperti halnya yang terdapat pada aktuator listrik, sejumlah aktuator pneumatik modern juga memiliki sensor untuk mendeteksi posisi stroke dari piston.
Diantaranya adalah Magnetic Proximity Sensor yang digunakan untuk mendeteksi posisi piston dari silinder pneumatik dengan memanfaatkan medan magnet yang ada pada piston. Dengan menggunakan sensor ini maka kita bisa mengetahui posisi piston secara akurat ketika retraksi atau ekstensi.
Selain itu, ada juga salah satu jenis sensor lainnya yang digunakan, misalnya Hall Effect Sensor seperti pada aktuator listrik.
Tie Rods
Tie rods adalah batang baja yang menghubungkan tutup depan dan belakang dari silinder.
Tie Rods pada tabung silinder bisa terdiri dari 4 atau lebih. Fungsinya adalah untuk melindungi perangkat silinder dari guncangan atau benturan dari luar.
Setelah menyebutkan beberapa detail tentang komponen silinder dan fungsinya, berikut ini video yang mengilustrasikan cara kerja pneumatic cylinder:
Aktuator Pneumatik untuk Sistem Otomasi Industri
Silinder pneumatik merupakan salah satu jenis aktuator industri yang paling banyak diminati, khususnya untuk manufaktur hijau. Aktuator pneumatik merupakan perangkat yang mudah beradaptasi dengan teknologi dan memiliki kecepatan yang tinggi untuk menjalankan proses produksi di manufaktur cerdas.
Memasuki era Industri 4.0, perkembangan aktuator menjadi semakin pesat dan dapat dioptimalkan untuk mencapai tingkat efisiensi energi yang tinggi. Tentunya dengan menggunakan perangkat tambahan untuk meningkatkan kinerja dan menganalisis tren konsumsi energi secara akurat.
Perlu kami informasikan pula, bahwa dalam memilih silinder pneumatik harus disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi dan standar industri. Sehingga, kinerja dari mesin penumatik di perusahaan Anda dapat mencapai tingkat efisiensi yang sangat tinggi.
Pemilihan ukuran silinder yang terlalu besar, mengakibatkan beban kompresor semakin tinggi. Sedangkan ukuran silinder yang terlalu kecil dapat mengurangi kinerja dan produktifitas sistem.
Kami merekomendasikan untuk berkonsultasi dengan tim yang profesional untuk memilih ukuran silinder yang tepat berdasarkan beban yang akan diangkat atau didorong. Dengan menggunakan software yang tepat, Anda juga dapat memperkirakan konsumsi energi yang akan dihabiskan selama silinder bekerja.
Perencanaan yang tepat dalam membangun sistem pneumatik dapat berkontribusi kinerja sistem otomasi yang efektif dan berkelanjutan.
Jika Anda ingin mendapatkan rekomendasi silinder pneumatik yang tepat untuk sektor industri yang critical atau sedang merencanakan implementasi sistem pneumatik secara komprehensif, Anda sudah berada di tempat yang tepat.
PT. Bawalaksana Central Industrial adalah distributor resmi dari Metal Work Pneumatic, manufaktur perangkat sistem otomasi pneumatik yang sudah dipercaya secara global selama lebih dari 50 tahun.
Berbasis di provinsi Brescia, Italia, Metal Work Pneumatic telah menjadi bagian penting dalam perkembangan pneumatic automation di dunia. Dengan dedikasi tinggi untuk Industri 4.0 yang yang terus berevolusi, perusahaan ini tidak hanya menciptakan perangkat pneumatik yang canggih dan modern, namun juga dapat memenuhi standar industri di sektor yang critical.
Kami juga merupakan distributor resmi Mebra Plastik Italia, manufaktur spesialis untuk selang pneumatik dan tubing Industri.
Dengan pengalaman selama satu dekade dan didukung oleh tim yang profesional, kami dapat memberikan support yang komprehensif untuk perusahaan Anda.
Silahkan berbicara dengan tim engineer kami sekarang juga, untuk meningkatkan efisiensi dan produktifitas perusahaan Anda menggunakan komponen pneumatik berkualitas tinggi.
Klik button kosultasi di bawah ini untuk mulai terhubung dengan tim profesional kami yang berdedikasi tinggi.
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.
