Aktuator

Definisi Aktuator

Aktuator adalah sebuah alat mekanis yang mengubah tenaga listrik maupun fluida menjadi kuantitas lain seperti kecepatan dan perangkat elektromagnetik sehingga mampu menghasilkan energi kinetik. Energi kinetik yang dihasilkan akan digunakan untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. 

Biasanya Aktuator diaktifkan oleh lengan mekanik yang digerakkan oleh motor listrik. Alat mekanis ini dikendalikan oleh pengontrol otomatis yang telah diprogram di antara mikrokontroler. Aktuator sendiri dapat melakukan hal-hal tertentu setelah menerima perintah dari controller, yang bertugas mengoperasikan Aktuator.

Sebagai contoh, jika cahaya hadir dalam robot pencarian cahaya, sensor memberikan informasi kepada pengontrol yang kemudian mengontrol bahwa Aktuator bergerak ke arah sumber cahaya.

Fungsi Aktuator

Pada sistem pengendalian, fungsi Aktuator adalah sebagai penguat sinyal kontrol yang berasal dari kontroler menjadi sinyal baru agar daya semakin besar dan sesuai dengan daya yang dibutuhkan.

Selain itu, fungsi Aktuator adalah sebagai penggerak atau pengontrol sebuah sistem pada peralatan mekanis. Aktuator diaktifkan oleh lengan mekanik yang digerakkan oleh motor listrik. Pengontrol otomatis yang telah di program bertugas untuk mengendalikannya di antara mikrokontroler. 

Berikut beberapa fungsi aktuator :

• Penghasil gerakan
• Gerakan rotasi dan translasi
• Mayoritas aktuator > motor based
• Aktuator dalam simulasi cenderung dibuat linier
• Aktuator riil cenderung non-linier

Kelebihan dan Kekurangan Aktuator

Terdapat kelebihan dan kekurangan Aktuator baik dari segi operasi atau fungsi Aktuator. Simak kelebihan dan kekurangannya di bawah ini:

Kelebihan:

1. Cairan hidrolik berfungsi sebagai pendingin dan sebagai pelumas.
2. Dengan ukuran kecil, tenaga / torsi yang dihasilkan besar.
3. Memiliki kecepatan reaksi yang tinggi.
4. Dapat dioperasikan secara terputus-putus.
5. Tingkat kebocoran rendah.
6. Fleksibel dalam desain.

Kekurangan:

1. Tenaga hidrolik tidak tersedia dibandingkan dengan daya listrik.
2. Biaya sistem lebih mahal.
3. Ada risiko kebakaran dan ledakan.
4. Sistem cenderung kotor.
5. Memiliki sifat redaman rendah.

Penggunaan Aktuator dalam dunia industri akan membuat pekerjaan lebih mudah.

Jenis-Jenis Aktuator

Terdapat banyak jenis mesin mekanik Aktuator ini berdasarkan fungsinya masing-masing. Di bawah ini merupakan ulasan dari jenis-jenis Aktuator dan penjelasannya.

1. Aktuator Diafragma dan Pegas

Pegas dan diafragma Aktuator adalah salah satu jenis yang berfungsi untuk mendorong batang Aktuator ke bawah dengan udara dari wadah diafragma. Proses ini disebut sebagai direct-acting. Hasil dari sistem ini berupa kompresi udara. Sebab hal ini terjadi saat pasokan tekanan berkurang, akibatnya mendorong kembali batang penggerak. 

Keuntungan dari proses direct-acting adalah biaya yang rendah dibanding jenis Aktuator lain. Sebab alat ini tanpa adanya positioner tetap dapat melakukan proses perlambatan. Sedangkan kelemahan Aktuator ini terletak pada ukurannya yang besar dan bobot yang berat, serta kemampuan output terbatas. 

2. Aktuator Diafragma dan Pegas Bertekanan Tinggi

Berbeda dengan Aktuator sebelumnya, penggunaan pegas pada Aktuator adalah untuk dilepaskan dan katup digerakkan, setelah memeriksa katup atau setelah daya dilepaskan. Sayangnya Aktuator diafragma dan pegas bertekanan tinggi memiliki kekurangan yakni membutuhkan pasokan tekanan tinggi senilai 2,8 bar atau lebih dan masih memerlukan positioner untuk proses perlambatan.

Sementara untuk keuntungannya, yaitu beratnya ringan dan ringkas, tidak memerlukan penyesuaian pegas, dan komponen tidak harus mahal. Selain itu, Aktuator diafragma dan pegas bertekanan tinggi ini memiliki sistem keamanan, dan tidak memerlukan segel poros dinamis atau blok konektor batang konvensional, jika ada komponen yang rusak. 

3. Aktuator Piston Pneumatik

Piston Pneumatik Aktuator adalah jenis Aktuator yang dapat bekerja dengan mengubah energi yang diciptakan oleh kompresi udara menjadi gerakan mekanis. Sederhananya Aktuator Pneumatik dapat dilihat pada drive yang digerakkan oleh pesawat. Ketika udara dilepaskan, gerakan beradaptasi dengan jenisnya, baik linier atau berputar.

Jenis Aktuator ini berisi piston yang dapat membantu menghasilkan tenaga motif dari udara. Hal ini untuk menjaga udara agar tetap tinggi sehingga dapat memaksa diafragma untuk memutar atau memindahkan batang katup.

Keuntungan yang didapat menggunakan Aktuator jenis ini adalah dapat dioperasikan pada suhu tinggi, tingkat kekakuan tinggi dan beat yang sangat cepat. Selain itu, konstruksi Aktuator ini sederhana, kapasitas tinggi dan torsi rendah. 

Sayangnya Aktuator ini memiliki kelemahan yaitu harus diberi pegas, aksesoris tambahan, dan aksesori untuk sistem ketika komponen rusak selama operasi mesin. Positioner juga mengakibatkan biaya yang lebih tinggi karena proses perlambatan diperlukan.

4. Aktuator Motor Listrik

Dari namanya mudah dikenali bahwa Aktuator ini menggunakan motor listrik menjadi torsi mekanis. Jadi jelas dibutuhkan listrik untuk memindahkannya. Kekurangannya terletak pada biaya yang mahal, tidak memiliki sistem keamanan saat ada komponen yang rusak dan kecepatan stroking yang rendah serta terbatas.

Keuntungan pemakaian motor listrik pada Aktuator adalah adanya desain yang rapat dan kekakuan yang sangat tinggi. Oleh karenanya, tidak ada pipa untuk mensuplai tekanan yang perlu dipasang. Selain yang memiliki kapasitas tinggi untuk masalah masalah.

5. Aktuator Elektro-hidrolik

Salah satu jenis yang dapat dipahami melalui hukum Pascal sebagai prinsip bekerjanya. Jika kenaikan tekanan pada bagian tertentu dari pembatasan fluida menyebabkan peningkatan tekanan yang sama dalam suatu wadah. 

Keuntungannya Aktuator ini memiliki kekakuan yang tinggi dan daya output. Perlambatan bagus dan belaian cepat. Kerugiannya adalah perawatan yang cukup rumit dan diperlukan aksesoris tambahan untuk sistem keselamatan jika ada komponen yang rusak.

Aktuator elektrohidraulik adalah aktuator yang mengoperasikan katup melalui cairan hidrolik
bertekanan, namun sumber energi utamanya adalah tenaga listrik. Tenaga listrik yang disuplai digunakan
untuk memberi energi pada motor yang menjalankan pompa hidrolik yang kemudian memasok cairan
bertekanan untuk mengoperasikan aktuator hidrolik untuk katup kontrol.

Elektrohidraulik sekarang ini banyak digunakan dalam berbagai aplikasi penanganan beban berat yang ada di kelautan, militer, dirgantara, dan banyak bidang lainnya. Cara kerja : motor listrik berputar searah jarum jam, memutar roda gigi yang menekan cairan hidrolik. Terdapat katup yang Ketika terbuka akan menarik cairan dari reservoir mengendalikan panjang bagian batang.

Jenis Aktuator dari Sumber Energi

Jenis aktuator berdasarkan sumber energi terbagi menjadi

• Termal atau magnetik
• Mekanikal
• Hidraulik
• Pneumatik
• Elektrikal

Termal atau Magnetik

Aktuator termal dan magnetik biasanya terdiri dari paduan shape memory yang dapat dipanaskan untuk
menghasilkan gerakan. Pergerakan aktuator termal atau magnetik sering kali berasal dari efek Joule, tetapi dapat juga terjadi ketika sebuah kumparan ditempatkan dalam medan magnet statis. Medan
magnet menyebabkan gerakan konstan yang disebut gaya Laplace-Lorentz. Contoh yang menggunakan aktuator jenis termal atau magnetik adalah adalah thermostat dan magnet elektro.

Aktuator termal mengubah energi panas menjadi energi kinetik, atau gerak. Aktuator termostatik terdiri
dari bahan penginderaan suhu yang disegel di dalam wadah oleh diafragma yang mendorong sumbat
untuk menggerakkan piston di dalam pemandu. Elemen kunci dari aktuator termal adalah bahan
penginderaan suhu. Bahan inilah yang mengembang dan berkontraksi berdasarkan suhu perangkat, menyebabkan piston bergerak. Bahan ini bisa berupa cairan, gas, zat seperti lilin atau bahan
lain yang berubah volume berdasarkan suhu.

Mekanikal

Beberapa aktuator sebagian besar bersifat mekanis, seperti katrol atau sistem rak dan pinion. Gaya mekanis lain diterapkan, seperti menarik atau mendorong, dan aktuator akan memanfaatkan gerakan tunggal itu untuk menghasilkan hasil yang diinginkan. Misalnya, memutar satu roda gigi pada satu set rak dan pinion dapat memobilisasi objek dari titik A ke titik B. Gerakan menarik yang diterapkan pada katrol dapat membawa sisi lain ke atas atau menuju lokasi yang diinginkan.

Elektromekanika

Jenis ini mengubah gaya rotasi motor putar listrik menjadi gerakan linier untuk menghasilkan gerakan
linier melalui mekanisme sebuah belt (belt drive dengan stepper atau servo) atau screw (ball atau lead
screw atau planetary mechanics). Keuntungan aktuator ini :

• Aktuator ini menawarkan pemosisian kontrol presisi yang sangat baik dengan suara yang senyap, mulus, dan berulang.
• Aktuator ini memberikan kendali penuh gerakan dan terdapat encoder untuk mengontrol kecepatan, posisi, torsi, dan gaya yang dibutuhkan.
• Aktuator elektrik dapat dihubungkan dengan rangkaian elektronika dan integrasi dengan sistem IoT dengan mudah dan sifatnya yang tidak memerlukan banyak perawatan menjadi pilihan terbaik.
  

Hidraulik

Aktuator hidraulik (hydraulic actuator) merupakan komponen sistem hidraulik yang digunakan untuk menggerakkan beban. Aktuator mengubah tenaga hidraulik menjadi tenaga mekanik (linear maupun putar). Sistem hidrolik memiliki rentang tekanan operasi antara 1 hingga 35 Megapascal.

Sistem aktuator hidrolik menggunakan konsep Hukum Pascal yang menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada titik tertentu pada fluida dalam wadah ditransmisikan secara merata ke semua arah di dalam fluida serta dinding wadah tanpa kehilangan apapun.

Komponen utama dari unit ini adalah katup pilot yang juga dikenal sebagai katup spool dan silinder utama (atau silinder daya. Silinder utama memiliki dua bagian. Kedua daerah ini diperoleh dengan membagi silinder utama dengan piston utama. Jadi, ada dua ruang silinder utama. Laju aliran fluida di dalam silinder dikendalikan oleh katup spool.

Pneumatik

Pada dasarnya sistem berbasis teknik pneumatik ini menggunakan udara sebagai media operasinya.
Aktuator pneumatik beroperasi sedemikian rupa sehingga mengubah udara bertekanan yang
diterapkan padanya menjadi perpindahan. Dua unit utama dari aktuator ini adalah piston dan
diafragma. Dalam jenis aktuator ini, kedua unit ini menciptakan tenaga penggerak dari udara yang
disuplai. Pneumatik digunakan dalam berbagai hal, misalnya pada robotika di mesin-mesin industri.
Pneumatik memerlukan suplai tekanan udara untuk menggerakkan aktuator. Tekanan udara dapat
menggunakan kompresor.

Elektrik

Aktuator elektrik adalah perangkat elektromekanis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kebanyakan aktuator elektrik beroperasi melalui interaksi medan magnet dan konduktor pembawa arus untuk menghasilkan gaya. Proses sebaliknya, menghasilkan energi listrik dari energi mekanik, dilakukan dengan generator seperti alternator atau dinamo. Aktuator dan generator listrik biasa disebut sebagai mesin listrik. Terdapat beberapa jenis aktuator elektrik yaitu elektromekanikal, elektrohidraulik dan linier motor.

Cara Memilih Aktuator yang Tepat

Memahami berbagai jenis aktuator adalah langkah penting dalam perancangan sistem karena setiap jenis aktuator memiliki tujuan dan kebutuhan energi yang berbeda.

Ref : [1][2][3]