Katup pneumatik hanya dapat beroperasi beberapa kali per jam dan masih gagal dalam persyaratan penutupan dua detik. Itu bukanlah suatu kontradiksi. Kompresor mungkin memiliki kapasitas total yang cukup, sedangkan regulator, solenoid, pipa atau jalur pembuangan tidak dapat mengalirkan aliran yang dibutuhkan selama gerakan pendek.

Panduan ini memperlakukan aktuator sebagai bagian dari paket katup terintegrasi. Persyaratan torsi katup menentukan ukuran aktuator; ukuran aktuator menentukan volume ruang; dan volume ruang, tekanan dan waktu tempuh menentukan sistem pasokan udara. Jika aktuator belum dipilih, selesaikan ukuran torsi aktuator katup pertama dan konfirmasikan antarmuka mekanis menggunakan Panduan pemasangan katup yang digerakkan ISO 5211.

Tiga Angka Yang Menjawab Tiga Pertanyaan Berbeda

“Berapa banyak udara yang dibutuhkan aktuator ini?” tidak lengkap kecuali output yang diperlukan ditentukan. Perhitungan praktis harus melaporkan ketiga nilai di bawah ini.

Membingungkan nilai-nilai ini menyebabkan kesalahan yang dapat diprediksi. Mengalikan udara per siklus dengan siklus per menit menghasilkan permintaan rata-rata, namun rata-rata tersebut tidak menggambarkan peristiwa pembukaan dua detik. Sebaliknya, memilih kompresor dari aliran puncak setiap katup dapat melebih-lebihkan kebutuhan pabrik ketika katup tidak bergerak secara bersamaan.

Tentukan Batas Perhitungan Sebelum Menggunakan Rumus

Putuskan apa saja yang termasuk dalam perhitungan. Lembar data aktuator hanya dapat menyatakan konsumsi ruang internal. Paket yang terpasang juga berisi tabung dan rongga aksesori yang bertekanan dan habis. Oleh karena itu, perhitungan proyek harus mencatat:

• tipe aktuator: akting ganda atau pegas kembali;
• model aktuator dan volume ruang untuk setiap arah daya;
• tekanan minimum dan maksimum yang tersedia di saluran masuk aktuator;
• waktu buka dan tutup yang diperlukan;
• frekuensi siklus normal, puncak dan darurat;
• diameter dan panjang bagian dalam tabung;
• solenoid, pengatur, pengatur aliran, peredam dan pengaturan pembuangan cepat;
• suhu udara dan kondisi referensi volume normal proyek;
• tunjangan kebocoran dan tunjangan operasional di masa depan yang diperlukan oleh proyek.

Aktuator rack-and-pinion dan scotch-yoke memiliki geometri internal yang tidak direpresentasikan secara akurat oleh perhitungan silinder eksternal sederhana. Tabel volume udara dari pabrikan adalah masukan yang lebih disukai. Jika pabrikan memberikan “konsumsi udara per siklus” pada tekanan yang ditentukan, konfirmasikan apakah nilai tersebut merupakan udara bebas yang dinormalisasi dan apakah nilai tersebut mewakili satu langkah atau siklus buka-tutup lengkap.

Langkah 1: Ubah Volume Ruangan menjadi Udara Normalisasi

Ruang aktuator 2,8 L tidak hanya mengonsumsi 2,8 liter normal bila diisi hingga 6 barg. Gas di dalam ruangan dikompresi. Untuk perkiraan teknik berdasarkan hubungan gas ideal:

V_N = V_ruang × (hal_{abs, pasokan} / hal_{abs, biasa saja}) × (T_biasa / T_persediaan)

Jika suhu acuan dan suhu pasokan serupa, rasio suhu sering dianggap kira-kira 1:

V_N ≈ V_ruang × (hal_g + hal_atm) / hal_atm

Dimana:

• V_N = volume udara normal atau udara bebas;
• V_ruang = volume ruang aktuator bertekanan;
• p_g = tekanan pengukur pasokan;
• p_atm = tekanan atmosfer lokal;
• P_abs = tekanan absolut;
• T = suhu absolut dalam kelvin.

Jika Hanya Dimensi Silinder Yang Tersedia

Untuk silinder piston linier konvensional, volume geometrik dapat diperkirakan dari lubang, diameter batang, dan langkah:

Volume ujung tutup = πD²s / 4

Volume ujung batang = π(D² − d²)s / 4

Di sini, D adalah lubang piston, d adalah diameter batang dan s adalah stroke. Tambahkan volume pembersihan akhir jika diketahui. Jangan menerapkan persamaan ini pada aktuator rack-and-pinion atau scotch-yoke seperempat putaran kecuali pabrikan secara khusus menyediakan dimensi internal yang diperlukan untuk model tersebut.

Langkah 2: Hitung Pukulan Bertenaga dengan Benar

Aktuator Bertindak Ganda

Aktuator kerja ganda menggunakan udara bertekanan untuk membuka dan menutup. Jika volume kedua ruang berbeda, hitung secara terpisah:

V_{Tidak, siklus} = V_{T, buka} + V_{T, tutup}

Satu siklus berarti satu pembukaan penuh dan satu penutupan penuh. Beberapa katalog menggunakan "operasi" yang berarti satu pukulan, sehingga definisi lembar data harus diperiksa.

Aktuator Pengembalian Musim Semi

Aktuator pegas kembali biasanya menggunakan udara terkompresi hanya dalam satu arah; energi pegas yang tersimpan mendorong arah kegagalan. Oleh karena itu, konsumsi udara bertekanan per siklusnya didasarkan pada pengisian ruang bertenaga listrik, ditambah aksesori yang terhubung dan volume pipa. Ini tidak berarti aktuator secara otomatis menjadi lebih kecil atau lebih efisien: sisi pneumatik juga harus mengatasi beban pegas, yang sering kali meningkatkan ukuran aktuator.

Pilihan pengoperasian harus mengikuti posisi kegagalan dan filosofi keselamatan yang disyaratkan, bukan konsumsi udara saja. Untuk perbedaan fungsional, lihat aktuator akting tunggal versus akting ganda.

Contoh Berhasil: Satu Siklus Menggunakan 34,6 NL, tetapi Pembukaan Membutuhkan 582 NL/mnt

Pertimbangkan aktuator putaran seperempat kerja ganda dengan data pabrikan dan persyaratan layanan berikut:

• volume ruang pembuka: 2,8 L;
• volume ruang penutup: 2,2 L;
• tekanan suplai pada aktuator: 6 barg;
• tekanan atmosfer: 1,013 bar;
• kecepatan pengoperasian normal: 12 siklus lengkap per jam;
• waktu pembukaan yang diperlukan: 2 detik;
• waktu penutupan yang diperlukan: 2 detik;
• koreksi suhu dihilangkan untuk perkiraan awal ini karena suhu referensi dan pasokan diasumsikan serupa.

1. Hitung Rasio Tekanan

Rasio tekanan = (6 + 1,013) / 1,013 = 6,92

2. Hitung Udara Normalisasi per Pukulan

Udara pembuka = 2,8 × 6,92 = 19,4 NL

Menutup udara = 2,2 × 6,92 = 15,2 NL

3. Hitung Udara per Siklus Lengkap

Udara per siklus = 19,4 + 15,2 = 34,6 NL/siklus

4. Hitung Rata-Rata Permintaan Pabrik

Permintaan rata-rata = 34,6 × 12 = 415 NL/jam = 6,9 NL/menit

5. Hitung Aliran yang Dibutuhkan Pada Setiap Pukulan

Aliran pembukaan = (19,4 / 2) × 60 = 582 NL/mnt

Aliran penutup = (15,2 / 2) × 60 = 456 NL/mnt

Kompresor hanya melihat 6,9 NL/menit sebagai rata-rata jangka panjang untuk katup ini, namun jalur udara pembuka harus menghasilkan sekitar 582 NL/menit selama pergerakan sebelum tambahan kelonggaran dan kehilangan tekanan dipertimbangkan. Inilah sebabnya mengapa memilih solenoid dari 6,9 NL/mnt akan menjadi kesalahan serius.

Ini adalah hasil penghitungan yang diidealkan, bukan penilaian komponen akhir. Volume mati pipa, kurva aliran katup, penurunan tekanan, suhu udara, kebocoran dan tunjangan desain yang disetujui proyek masih harus dipertimbangkan.

Tekanan Menggabungkan Konsumsi Udara dengan Torsi Katup

Peningkatan tekanan suplai aktuator biasanya meningkatkan torsi aktuator, namun juga meningkatkan penggunaan udara normal untuk setiap pengisian ruang. Tekanan yang dapat digunakan adalah tekanan yang tersedia pada aktuator ketika sedang bergerak, bukan tekanan tanpa aliran yang ditunjukkan pada kompresor atau pengatur dinding.

Periksa kedua ujung rentang tekanan:

• Tekanan dinamis minimum: aktuator harus menghasilkan torsi yang cukup setelah kehilangan regulator, solenoid, fitting dan tubing.
• Tekanan maksimum yang mungkin: batang katup, kopling, braket, dan girboks tidak boleh diberi beban berlebih jika regulator disetel tinggi atau gagal.

Torsi putus katup dapat melebihi torsi berjalan, terutama setelah periode statis yang lama, pada suhu rendah, dengan media kering, atau pada tekanan diferensial penuh. Aktuator yang bergerak bebas selama pengujian bengkel tanpa beban mungkin masih terhenti saat digunakan. Oleh karena itu, ukuran torsi dan ukuran aliran udara perlu menggunakan asumsi tekanan yang sama.

Jalur Udara, Bukan Pelabuhan Aktuator, Seringkali Mengatur Waktu Siklus

Aliran langkah yang dihitung harus melewati setiap batasan antara header dan aktuator—dan melalui jalur pembuangan di ruang berlawanan. Tinjau rantai lengkapnya:

Header pabrik → katup isolasi → filter/regulator → katup solenoid → fitting → pipa → pengatur kecepatan → port aktuator → fitting atau peredam knalpot

Katup Solenoid

Pilih konfigurasi solenoid untuk aktuator dan aksi kegagalan—umumnya 5/2 untuk aksi ganda dan 3/2 untuk pegas kembali—lalu gunakan kurva aliran pabrikan, Cv, Kv, atau peringkat aliran standar pada kondisi saluran masuk dan keluar sebenarnya. Ukuran port nominal saja tidak menentukan aliran udara yang dapat digunakan.

Pengatur dan Penyaring

Regulator dapat menahan tekanan statis yang benar namun terkulai saat pukulan cepat. Periksa kurva alirannya dan pastikan elemen filter berukuran dan dipelihara untuk permintaan puncak. Tekanan harus diamati ke hulu dan ke hilir selama pergerakan saat mendiagnosis perjalanan lambat.

Tabung dan Perlengkapannya

Gunakan diameter dalam tabung—bukan hanya diameter luar—dan sertakan panjang, tekukan, tee, lubang fitting dorong, dan batasan pembuangan. Pipa panjang pada katup jarak jauh menambah volume dan meningkatkan penurunan tekanan. Menempatkan solenoid di dekat aktuator dapat memperpendek jalur aliran akhir, tergantung pada persyaratan kelistrikan, lingkungan, dan pemeliharaan.

Kontrol Kecepatan, Peredam Suara dan Knalpot

Kontrol aliran meteran keluar berguna untuk pergerakan yang stabil, namun kontrol yang terlalu tertutup menyebabkan pergerakan menjadi lambat atau tidak merata. Peredam knalpot yang terkontaminasi adalah batasan umum yang tersembunyi. Katup pembuangan cepat atau penguat volume dapat meningkatkan respons jika filosofi kontrol mengizinkannya, namun katup ini harus dipilih dan diuji sebagai bagian dari rangkaian lengkap daripada ditambahkan sebagai obat umum.

Menyaring Penerima Udara Lokal untuk Operasi Darurat

Penerima lokal mungkin diperlukan ketika header instalasi tidak dapat mendukung aliran puncak, ketika katup berada jauh, atau ketika satu atau lebih gerakan harus diselesaikan setelah pasokan udara hilang. Untuk perhitungan penyaringan isotermal awal:

V_penerima ≈ V_{Tidak, diperlukan} × hal_atm / (Hal_{1, perut} − hal_{2, perut})

Dimana P₁ adalah tekanan penerima awal dan P₂ adalah tekanan penerima terendah yang diijinkan setelah pengoperasian. Keduanya harus menjadi tekanan mutlak. Tekanan akhir minimum harus tetap memberikan torsi aktuator yang cukup setelah regulator dan kehilangan jalur aliran.

Dengan menggunakan contoh pukulan pembukaan 19,4 NL, receiver 8 barg yang mungkin turun menjadi 5 barg menghasilkan:

V_penerima ≈ 19,4 × 1,013 / [(8 + 1,013) − (5 + 1,013)] = 6,55 L

Hasil 6,55 L ini merupakan nilai awal yang ideal untuk satu pukulan bertenaga. Ini tidak termasuk volume saluran, kebocoran, perilaku regulator, perubahan suhu, cadangan, gerakan darurat berulang, atau persyaratan kode. Terapkan tunjangan proyek yang terdokumentasi, pilih receiver standar yang sesuai, dan tinjau sistem pneumatik akhir untuk mengetahui persyaratan bejana tekan dan keselamatan.

Kualitas Udara Adalah Bagian dari Keandalan

Aliran yang tidak mencukupi bukan satu-satunya masalah pasokan udara. Air, oli, dan partikel dapat memengaruhi seal, solenoid, positioner, dan komponen knalpot. ISO 8573-1:2010 mendefinisikan kelas kemurnian udara terkompresi untuk partikel, air dan minyak. Kelas yang diperlukan untuk paket katup harus berasal dari produsen aktuator dan aksesori ditambah spesifikasi proyek; itu tidak boleh diasumsikan dari judul standar saja.

Verifikasi juga titik embun yang diizinkan pada suhu lingkungan terendah. Kondensat yang membeku di solenoid luar ruangan atau jalur pembuangan dapat menghalangi pergerakan keselamatan yang diperlukan meskipun penghitungan konsumsi udara suhu ruangan sudah benar.

Gejala yang Menunjukkan Masalah Aliran atau Volume Udara

Jika paket yang disejajarkan secara mekanis berulang kali terikat atau bergerak tidak rata, periksa juga braket, kopling, dan kesejajaran poros. Konsekuensinya dibahas dalam aktuator katup pneumatik tidak sejajar.

Informasi untuk Dimasukkan ke Lembar Ukuran atau RFQ

Permintaan pasokan udara aktuator yang berguna harus mencakup informasi yang cukup agar katup, aktuator, dan aksesori dapat diperiksa bersama-sama:

• jenis katup, ukuran, kelas tekanan dan media proses;
• tekanan diferensial maksimum dan torsi atau daya dorong katup yang diperlukan;
• merek aktuator, model, aksi dan set pegas jika ada;
• volume ruang pabrikan atau konsumsi udara yang dinyatakan dan kondisi pemeringkatan;
• tekanan udara minimum/normal/maksimum pada lokasi katup;
• waktu buka dan tutup, termasuk toleransi;
• laju siklus normal, laju siklus puncak, dan pergerakan katup secara simultan;
• fungsi solenoid, tegangan, rating aliran dan metode pemasangan;
• bahan tabung, diameter dalam, panjang dan susunan pas;
• jangkauan lingkungan, persyaratan ruang tertutup/area berbahaya dan kualitas udara tertentu;
• posisi gagal dan jumlah gerakan yang diperlukan setelah hilangnya pasokan udara;
• kriteria penerimaan kebocoran, waktu perjalanan dan umpan balik posisi.

Untuk aplikasi katup kupu-kupu, panduan katup kupu-kupu pneumatik memberikan konteks pemilihan paket tambahan. Keluarga katup yang tersedia juga dapat ditinjau di bawah katup bola, katup kupu-kupu dan katup kontrol.

Verifikasi Paket Katup yang Lengkap

Pembuktian terakhir adalah tes terpadu. Gunakan tekanan udara yang ditentukan dan pengaturan aksesori akhir, lalu:

1. catat tekanan statis sebelum bergerak;
2. catat tekanan minimum pada aktuator selama pembukaan dan penutupan;
3. mengukur kedua waktu pukulan dalam siklus yang berulang;
4. konfirmasi indikasi posisi terbuka dan tertutup;
5. periksa kebocoran eksternal pada tabung, perlengkapan dan port aksesori;
6. mengkonfirmasi tindakan kegagalan yang diperlukan dengan mensimulasikan hilangnya daya dan/atau udara sesuai dengan prosedur pengujian yang disetujui;
7. jika penerima dipasang, verifikasi jumlah gerakan yang diperlukan dari tekanan tersimpan minimum yang ditentukan;
8. pengaturan pengatur dokumen, posisi pengatur kecepatan dan suhu pengujian.

Untuk paket khusus proyek, kirimkan tugas katup, tekanan diferensial, kisaran tekanan udara yang tersedia, waktu tempuh yang diperlukan, laju siklus, dan tindakan kegagalan melalui halaman kontak. Informasi tersebut memungkinkan pemeriksaan torsi dan pemeriksaan aliran pneumatik diselesaikan sebagai satu pilihan terintegrasi.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Referensi Teknis

• Kalkulator konsumsi udara Festo — input perhitungan meliputi jenis silinder, ukuran, langkah, tekanan pengoperasian, dan siklus.
• Dokumentasi aktuator pneumatik Rotork RC200 — data konsumsi udara dan waktu pengoperasian pabrikan disediakan untuk pemilihan aktuator.
• Contoh solenoid Emerson ASCO — mengilustrasikan fungsi katup arah dan data aliran Cv/Kv yang digunakan dalam pemilihan aksesori.
• Penguat volume Rotork YT-315 — contoh aksesori yang dimaksudkan untuk mengurangi waktu respons aktuator di mana rangkaian memerlukan kapasitas aliran tambahan.
• ISO 8573-1:2010 — kelas kemurnian udara terkompresi untuk partikel, air dan minyak.