Simbol pneumatik dan hidraulik dan P&ID lanjut: katup arah dan penamaannya, aktuator, penandaan instrumen, loop, dan membaca rangkaian mesin

Silinder penekan pada sebuah mesin lipat linen di laundry mulai turun sendiri setiap kali udara tekan pabrik dimatikan pada sore hari. Operator khawatir tangannya terjepit saat membersihkan meja di bawahnya. Penyelidikan menemukan bahwa seminggu sebelumnya katup arah silinder itu diganti karena bocor. Penggantinya mempunyai ukuran, jumlah lubang, dan tegangan kumparan yang sama, jadi teknisi menganggapnya setara.

Diagram pneumatik mesin menunjukkan katup asli dengan tiga kotak, dan kotak tengahnya menutup semua lubang. Katup pengganti juga tiga posisi, tetapi pada kotak tengahnya kedua lubang kerja terhubung ke lubang buang. Ketika kedua kumparan tidak bekerja, katup asli mengunci udara di dalam silinder sehingga penekan tetap di tempatnya, sedangkan katup pengganti membuang udara dan membiarkan penekan turun karena beratnya. Perbedaan itu tertulis jelas di diagram dan di lambang pada badan katup. Bab ini menjelaskan cara membaca simbol fluida daya dan P&ID sehingga perbedaan seperti itu terlihat sebelum katup dipasang.

Batas pembahasan

Bab ini membahas simbol pneumatik dan hidraulik menurut standar simbol fluida daya, penamaan katup dan lubangnya, cara membaca rangkaian mesin, serta penandaan peralatan, jalur, dan instrumen pada P&ID dan diagram loop. Prinsip membaca diagram tanpa menebak dan dasar P&ID sudah di Bab 2 tentang membaca simbol, diagram alir, P&ID, dan wiring. Tekanan, gaya, silinder, katup arah, pompa, dan energi tersimpan dari sisi fisika ada di Bab 11 · Mekanikal & Mekatronika tentang pneumatik dan hidraulik mesin; katup solenoid, aktuator, dan loop kendali di Bab 62 · Kelistrikan & Kendali tentang elemen kendali akhir; sensor dan transmiter 4 sampai 20 mA di Bab 60 · Kelistrikan & Kendali tentang sensor proses; diagram kendali listrik di Bab 50 · Kelistrikan & Kendali tentang diagram kendali. Bentuk lengkap simbol dibaca dari standar simbol fluida daya dan dari legenda diagram pabrik.

Simbol menunjukkan fungsi dan sambungan

P&ID (piping and instrumentation diagram) dan diagram fluida daya memakai simbol, yaitu gambar baku yang mewakili komponen. Sebuah buku dasar sistem hidraulik mencatat bahwa berdasarkan standar, simbol komponen hidraulik dipakai untuk menunjukkan fungsi dan sambungan komponen itu. Simbol tidak menunjukkan bentuk, ukuran, atau letak fisik. Dua katup yang bentuknya mirip dapat mempunyai simbol berbeda, seperti pada kasus pembuka, dan dua katup dengan bentuk sangat berbeda dapat mempunyai simbol yang sama.

Unsur dasar simbol fluida daya menurut standar simbol fluida daya:

1. Garis kontinu: saluran kerja dan saluran pasokan.
2. Garis putus-putus: saluran pilot atau sinyal; garis putus-putus yang lebih rapat untuk saluran bocoran atau buang.
3. Lingkaran: pompa, kompresor, dan motor. Segitiga di dalamnya menunjukkan arah aliran energi: menunjuk keluar pada pompa, menunjuk ke dalam pada motor. Segitiga hitam untuk hidraulik, segitiga putih untuk pneumatik.
4. Kotak: katup. Setiap kotak satu posisi.
5. Persegi panjang dengan batang: silinder.
6. Belah ketupat: unit penyiap fluida seperti saringan, pemisah air, dan pelumas.
7. Panah miring melintang simbol: bagian yang dapat disetel.

Katup arah dan penamaannya

Katup arah (directional control valve) adalah katup yang menentukan jalur aliran di antara lubang-lubangnya, dengan susunan sambungan yang berbeda pada setiap posisinya. Katup arah dinamai dengan dua angka: jumlah lubang dan jumlah posisi. Katup 3/2 mempunyai tiga lubang dan dua posisi; katup 5/2 lima lubang dan dua posisi; katup 5/3 lima lubang dan tiga posisi; katup 4/3 hidraulik empat lubang dan tiga posisi.

Cara membaca simbolnya:

1. Setiap kotak menunjukkan satu posisi, dengan panah untuk jalur aliran dan tanda T untuk lubang yang tertutup.
2. Garis sambungan luar digambar hanya pada satu kotak, yaitu posisi normal atau posisi diam. Untuk membayangkan posisi lain, kotak lain digeser ke tempat kotak itu.
3. Penomoran lubang pneumatik yang lazim menurut standar penomoran katup pneumatik: 1 pasokan, 2 dan 4 lubang kerja, 3 dan 5 lubang buang, 12 dan 14 lubang pilot. Angka pilot menunjukkan sambungan yang dibuatnya: pilot 14 menghubungkan 1 ke 4, pilot 12 menghubungkan 1 ke 2.
4. Penandaan lubang hidraulik memakai huruf: P pasokan dari pompa, T kembali ke tangki, A dan B lubang kerja, X dan Y pilot dan bocoran.

Katup tiga posisi dibedakan oleh posisi tengahnya:

1. Tengah tertutup: semua lubang tertutup; aktuator terkunci di tempatnya bila tidak ada kebocoran.
2. Tengah terbuang: kedua lubang kerja terhubung ke lubang buang atau tangki; aktuator bebas bergerak dan tidak bertekanan.
3. Tengah bertekanan: kedua lubang kerja terhubung ke pasokan.
4. Pada hidraulik ada juga tengah tandem, yaitu lubang kerja tertutup sedangkan pasokan dibuang ke tangki sehingga pompa tidak terbebani.

Buku dasar sistem hidraulik yang sama mencatat bahwa katup spul sering dipakai sebagai unsur penguat daya dalam sistem hidraulik. Spul yang berbeda di dalam badan katup yang sama menghasilkan posisi tengah yang berbeda, jadi katup pengganti dicocokkan dengan lambang lengkapnya, tidak hanya dengan ukuran dan jumlah lubang.

Cara penggerakan

Simbol di ujung kotak menunjukkan apa yang menggerakkan katup ke posisi itu:

1. Kumparan solenoid: kotak kecil dengan garis miring.
2. Pilot udara atau hidraulik: segitiga dengan garis putus-putus ke sumber pilot.
3. Pegas: garis zig-zag, biasanya mengembalikan katup ke posisi normal.
4. Tangan: tombol, tuas, atau pedal.
5. Mekanis: rol atau pena yang ditekan bagian mesin.
6. Penahan atau detent: lekukan yang menahan posisi sampai digerakkan lagi.

Gabungan yang sering dijumpai adalah solenoid dengan pilot dalam, yaitu kumparan menggerakkan katup pilot kecil yang kemudian menggeser spul utama dengan udara. Katup seperti ini memerlukan tekanan pasokan paling kecil supaya dapat bergeser; di bawah tekanan itu katup tidak bekerja walaupun kumparannya bertegangan. Katup dengan dua kumparan tanpa pegas mempertahankan posisi terakhir setelah kumparan dilepas, sedangkan katup satu kumparan dengan pegas kembali ke posisi normal. Perbedaan ini menentukan apa yang terjadi saat listrik padam.

Katup aliran dan tekanan

1. Katup searah: bola atau piringan pada dudukan; aliran hanya ke satu arah. Sebuah buku plambing praktis menyebut katup searah dipakai untuk mencegah aliran berbalik dalam saluran.
2. Pengatur aliran: penyempitan yang dapat disetel, sering digabung dengan katup searah sebagai jalan pintas. Bila pengatur ditempatkan pada aliran keluar silinder, kecepatan diatur pada aliran buang; bila pada aliran masuk, pada aliran pasokan. Buku dasar sistem hidraulik juga membahas cara lain mengatur kecepatan dengan rangkaian pembuangan sebagian aliran.
3. Katup pengaman tekanan: tertutup normal, dengan pilot dari sisi masuk; membuka ke tangki bila tekanan masuk melebihi setelan.
4. Katup penurun tekanan: terbuka normal, dengan pilot dari sisi keluar; menutup bila tekanan keluar mencapai setelan. Buku yang sama menyebut penurunan tekanan sebagai jenis pengendalian tekanan yang lain.
5. Katup urutan: mirip katup pengaman, tetapi meneruskan aliran ke cabang berikutnya setelah tekanan tertentu tercapai.

Membedakan katup pengaman dari katup penurun tekanan di diagram dilakukan dengan melihat keadaan normalnya (tertutup atau terbuka) dan dari mana garis pilotnya diambil. Pada diagram hidraulik, katup pengaman tekanan sistem dan katup penurun tekanan untuk cabang yang memerlukan tekanan lebih rendah sering tampak mirip. Menyetel keduanya dengan cara yang tertukar dapat membuat cabang bertekanan berlebih.

Aktuator dan unit penyiap udara

1. Silinder kerja tunggal: satu lubang, kembali dengan pegas atau beban.
2. Silinder kerja ganda: dua lubang, didorong udara atau oli ke kedua arah. Luas piston pada kedua sisi silinder umumnya berbeda, karena batang mengurangi luas di sisi batang; gaya dan kecepatannya berbeda untuk kedua arah, seperti dihitung di Bab 11 · Mekanikal & Mekatronika tentang pneumatik dan hidraulik mesin.
3. Bantalan ujung yang dapat disetel ditunjukkan dengan kotak kecil dan panah miring di ujung silinder.
4. Motor fluida dan aktuator putar.
5. Unit penyiap udara: saringan dengan pemisah air, pengatur tekanan dengan manometer, dan pelumas bila diperlukan, sering digambar sebagai satu simbol ringkas.

Gaya teoretis silinder kerja ganda adalah tekanan kali luas yang didorong:

dengan $F$ gaya (N), $p$ tekanan (MPa, dengan 1 MPa sama dengan 1 N/mm²), $D$ diameter piston (mm), dan $d$ diameter batang (mm). Silinder berdiameter piston 50 milimeter dan batang 20 milimeter pada 6 bar (0,6 megapascal), misalnya, mempunyai luas piston $\frac{\pi}{4} \times 50^2 = 1.963$ milimeter persegi dan gaya maju teoretis $0{,}6 \times 1.963 = 1.178$ newton. Luas sisi batangnya $1.963 - \frac{\pi}{4} \times 20^2 = 1.963 - 314 = 1.649$ milimeter persegi, sehingga gaya mundurnya $0{,}6 \times 1.649 = 989$ newton. Dengan aliran udara yang sama, gerak mundur lebih cepat karena volumenya lebih kecil.

Membaca rangkaian mesin

Rangkaian pneumatik atau hidraulik dibaca dengan urutan yang tetap:

1. Baca legenda dan daftar komponen; diagram pabrik sering memberi nomor komponen dengan pola kelompok dan jenis, misalnya 1A1 untuk aktuator kelompok 1, 1V1 untuk katupnya, dan 1S1 untuk sensornya.
2. Mulai dari sumber: kompresor atau pasokan udara pabrik, atau pompa dan tangki.
3. Ikuti saluran ke setiap katup dalam posisi normal, yaitu keadaan saat mesin diam dan semua kumparan tidak bertegangan.
4. Tentukan keadaan setiap aktuator saat diam: tertarik, terdorong, terkunci, atau bebas.
5. Ikuti satu langkah urutan: kumparan mana yang bekerja, kotak mana yang bergeser, ke mana aliran berpindah, dan aktuator mana yang bergerak.
6. Perhatikan apa yang terjadi bila udara atau listrik hilang di tengah langkah: itulah yang menentukan bahaya saat perawatan.

Langkah keenam yang terlewat pada kasus pembuka. Isolasi energi pada sistem fluida, termasuk udara yang terkunci di silinder, dibahas di Bab 11 · Mekanikal & Mekatronika tentang pneumatik dan hidraulik mesin dan di rak Keselamatan, khususnya Bab 4 · Keselamatan tentang isolasi energi non-listrik.

Penandaan peralatan, jalur, dan instrumen pada P&ID

P&ID memakai kode yang menghubungkan gambar dengan daftar peralatan, jalur, dan instrumen. Sebuah buku perancangan teknik kimia mencatat bahwa setiap peralatan yang ditunjukkan pada diagram alir harus diberi nomor kode dan nama, dan bahwa semua dokumen diberi nomor kode supaya mudah dirujuk silang, disimpan, dan dicari.

1. Nomor peralatan: huruf jenis dan nomor, misalnya P untuk pompa, T atau TK untuk tangki, F untuk saringan, E atau HE untuk penukar panas, diikuti nomor urut.
2. Nomor jalur: sering memuat ukuran, kode layanan, nomor urut, dan kelas spesifikasi pipa. Nomor 25-PW-104-SS, misalnya, dibaca menurut legenda P&ID sebagai ukuran 25 milimeter, layanan air murni, jalur nomor 104, dan kelas spesifikasi baja tahan karat. Pipa pengganti untuk jalur itu dipilih menurut kelas spesifikasinya, tidak hanya ukurannya.
3. Simbol katup: katup gerbang, bola, kupu-kupu, bola dunia, dan searah mempunyai simbol berbeda, seperti dibahas di Bab 2 tentang membaca simbol dan diagram.
4. Posisi gagal (fail position) katup kendali ditulis di dekatnya: terbuka bila gagal, tertutup bila gagal, atau tetap di tempat, yang menentukan arah katup saat udara atau listrik pengendalinya hilang.

Penandaan instrumen

Instrumen digambar sebagai lingkaran dengan tanda di dalamnya. Garis mendatar di tengah lingkaran menunjukkan instrumen yang dipasang di panel ruang kendali; tanpa garis berarti dipasang di lapangan. Tanda instrumen memakai pola huruf dan nomor loop yang mengikuti standar penandaan instrumentasi yang umum:

1. Huruf pertama: besaran yang diukur, misalnya F aliran, L level, P tekanan, T suhu, A analisis seperti konduktivitas atau pH.
2. Huruf berikutnya: fungsi, misalnya I menunjukkan, T mentransmisikan, C mengendalikan, A alarm, S sakelar, E unsur sensor, V katup, dengan H dan L untuk tinggi dan rendah.
3. Nomor loop: semua instrumen dalam satu loop memakai nomor yang sama.

Contoh: LT-101 adalah transmiter level loop 101, LIC-101 pengendali penunjuk level loop yang sama, dan LV-101 katup kendali yang digerakkannya. PSL-205 adalah sakelar tekanan rendah. Garis sinyal digambar berbeda untuk sinyal listrik, pneumatik, dan data.

Diagram loop dan lembar data

Diagram loop (loop diagram) menunjukkan satu loop instrumen dari sensor sampai pengendali dan unsur kendali akhir, termasuk nomor terminal, kabel, kotak sambungan, dan catu daya. Sebuah buku dasar instrumentasi mencatat bahwa menafsirkan dokumentasi dengan benar sama pentingnya dengan memasang perangkatnya, bahwa salah satu bentuk diagram menunjukkan apa yang ada di belakang panel, dan memberi contoh lembar spesifikasi instrumen yang disimpan sebagai catatan. Lembar data instrumen (instrument data sheet) memuat rentang ukur, keluaran, bahan bagian basah, sambungan proses, dan setelan alarm, yang dipakai saat mengganti atau mengkalibrasi instrumen seperti di Bab 60 · Kelistrikan & Kendali tentang sensor proses dan transmiter dan Bab 61 · Kelistrikan & Kendali tentang kalibrasi instrumen.

Diagram alir juga dipakai personel operasi untuk menyusun manual operasi dan pelatihan operator. P&ID yang mutakhir adalah dasar prosedur operasi dan isolasi; P&ID yang tidak diperbarui setelah perubahan di lapangan membuat prosedur itu salah.

Contoh unit RO pada P&ID

P&ID sederhana unit RO biasanya menunjukkan: saringan awal dengan manometer sebelum dan sesudahnya, sakelar tekanan rendah di sisi isap pompa yang menghentikan pompa bila pasokan kurang, pompa tekanan tinggi, rumah membran, penunjuk aliran pada air produk dan air buangan, sensor konduktivitas air produk dengan alarm tinggi, dan katup pengatur air buangan. Membaca P&ID itu memberi urutan diagnosis: alarm konduktivitas tinggi dibaca bersama tekanan dan aliran, dan pompa yang berhenti sendiri diperiksa dari sakelar tekanan rendah dan tekanan pasokan. Komisioning dan perawatan unit RO dibahas di Bab 13 · Air & Pengolahan Air tentang komisioning dan perawatan rutin unit RO.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: membaca katup 5/2. Simbol menunjukkan dua kotak, solenoid di kiri, pegas di kanan, dan garis sambungan pada kotak kanan. Itu katup 5/2 satu kumparan dengan pegas kembali. Saat kumparan tidak bertegangan, kotak kanan berlaku: misalnya 1 terhubung ke 2 dan 4 terbuang lewat 5. Saat kumparan bertegangan, kotak kiri berlaku dan aliran berpindah ke 4. Bila listrik padam, katup kembali ke posisi pegas.

Contoh 2: posisi tengah pada kasus pembuka. Katup asli 5/3 tengah tertutup: saat kedua kumparan lepas, udara terkunci di kedua ruang silinder dan penekan tetap di tempatnya, walaupun kebocoran kecil dapat membuatnya turun perlahan. Katup pengganti 5/3 tengah terbuang: kedua ruang silinder terhubung ke buang, sehingga penekan turun oleh beratnya. Pengganti yang benar harus mempunyai lambang posisi tengah yang sama, dan perawatan di bawah penekan tetap memerlukan penahan mekanis dan pembuangan tekanan yang terkendali.

Contoh 3: pengatur aliran buang. Diagram menunjukkan pengatur aliran dengan katup searah jalan pintas di setiap lubang silinder, dengan katup searah yang mengizinkan aliran bebas ke arah silinder. Jadi aliran masuk lewat katup searah tanpa hambatan, dan aliran keluar dipaksa lewat penyempitan. Kecepatan diatur dari aliran buang, yang membuat gerak lebih stabil terhadap beban yang berubah.

Contoh 4: membaca tanda instrumen. PIT-201 adalah transmiter penunjuk tekanan loop 201 yang dipasang di lapangan. LSL-105 adalah sakelar level rendah loop 105, misalnya pelindung pompa dari jalan kering. TV-302 dengan catatan tertutup bila gagal adalah katup kendali suhu loop 302 yang menutup saat udara atau sinyalnya hilang.

Contoh 5: pompa RO yang berhenti sendiri. Pompa RO berhenti beberapa detik setelah hidup. P&ID menunjukkan PSL di sisi isap pompa. Manometer sebelum dan sesudah saringan awal menunjukkan beda tekanan 1,2 bar, jauh di atas beda saat saringan baru. Saringan yang tersumbat menurunkan tekanan isap sampai PSL memutus pompa. Saringan diganti dan beda tekanan dicatat.

Contoh 6: posisi gagal katup uap. Katup kendali uap untuk pemanas tangki bilas ditandai tertutup bila gagal. Saat udara instrumen hilang, katup menutup dan pemanasan berhenti, yang aman bagi tangki. Bila katup pengganti dipasang dengan aktuator terbuka bila gagal, kehilangan udara akan membuka uap penuh; aktuator pengganti dicocokkan dengan tanda posisi gagal di P&ID.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan minta keputusan penyelia atau pabrik bila:

1. Katup pengganti tidak mempunyai lambang posisi, posisi tengah, cara penggerakan, atau posisi gagal yang sama dengan katup asli.
2. Diagram tidak cocok dengan rangkaian yang terpasang pada bagian yang menyangkut keselamatan, seperti penekan, pintu, atau pengunci.
3. Aktuator dapat bergerak sendiri saat udara, oli, atau listrik hilang, dan belum ada penahan mekanis atau isolasi energi.
4. Setelan katup pengaman tekanan akan diubah tanpa nilai dari pabrik.
5. P&ID tidak mutakhir terhadap perubahan di lapangan dan akan dipakai untuk menyusun isolasi.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 2 tentang membaca simbol, diagram alir, P&ID, dan wiring memberi dasar membaca diagram dan P&ID, dan Bab 11 · Mekanikal & Mekatronika tentang pneumatik dan hidraulik mesin menjelaskan fisika komponen fluida daya. Katup kendali, sensor, dan transmiter dibahas di Bab 62 · Kelistrikan & Kendali tentang elemen kendali akhir dan Bab 60 · Kelistrikan & Kendali tentang sensor proses, kalibrasi instrumen di Bab 61 · Kelistrikan & Kendali tentang kalibrasi instrumen, dan diagram kendali listrik yang menggerakkan kumparan katup di Bab 50 · Kelistrikan & Kendali tentang diagram kendali. Unit RO dibahas di Bab 13 · Air & Pengolahan Air tentang komisioning dan perawatan rutin unit RO. Bab 5 tentang gambar teknik untuk teknisi mendahului bab ini di rak yang sama, dan Bab 7 tentang logika urutan dan diagram keadaan membahas logika urutan yang menentukan kapan setiap katup digerakkan.

Latihan dan pembahasan