BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Prinsip Dasar Sistem Hidrolik Kata “hydrolic” berasal dari kata yunani “hydor” yang berarti air, didefinisikan sebagai segala sesuatu yang berhubungan dengan air. Tetapi sekarang kita mendefinisikan hidrolik sebagai pemindah, pengatur gaya dan gerakan zat cair. Pada prinsipnya semua cairan dapat digunakan

untuk

memindahkan energi tekanan dalam sistem hidrolik ini. Namun untuk mendapatkan hasil yang optimal, ada beberapa karakteristik yang harus diperhatikan. Salah satu contohnya yaitu air yang menimbulkan beberapa masalah jika dipakai sebagai fluida hidrolik karena menyebabkan karatan, titik didih yang rendah, titik beku yang rendah, dan viskositas yang rendah pula. Fluida hidrolik yang mampu memenuhi persyaratan adalah yang kita kenal dengan minyak hidrolik, yang berupa minyak mineral yang mempunyai karakteristik tertentu sesuai dengan kelasnya. Menurut standarisasi DIN 51524 dan 51525, minyak hidrolik dibagi menurut karakteristik dan komposisi menjadi tiga kelas yaitu : a.Minyak hidrolik HL : memiliki perlindungan terhadap korosi yang tinggi, 7|Universitas Mercu Buana

http://digilib.mercubuana.ac.id/

Universitas Mercu Buana |8 lebih tahan terhadap penuaan. b.Minyak hidrolik HLP : biasa digunakan pada sistem yang memiliki tingkat friksi yang tinggi, dan padanya terdapat zat additive untuk mengurangi atau menambah kemampuan menahan beban. c.Minyak hidrolik HV : seperti pada minyak HLP,namun memiliki karakteristik viskositas dan temperatur yang baik. Tekanan hidrolik di sini terbentuk karena adanya mekanika fluida yang terdiri dari hidrodinamik dan hidrostatik. Perbedaan yang paling mendasar dari hidrodinamik dan hidrostatik adalah : - Hidrodinamik : mekanika fluida yang bergerak - Hidrostatik: mekanika fluida yang diam yang mampu memberikan tekanan Bentuk-bentuk perubahan energi pada suatu unit hidrolik dapat dilihat dalam skema konversi energi pada unit hidrolik berikut ini. Penggerak motor listrik motor bakar

Energi listrik atau energi thermal

Pompa hidrolik

Energi mekanik

Alat kemudi/ pengatur secara hidrolik

Energi hidrolik

User Silinder hidrolik Motor hidrolik

Energi hidrolik

Elemen kerja dioperasikan

Energi mekanik

2.1.1 Hukum Pascal Teori mengenai perpindahan tekanan statis yang dikenal sebagai hukum pascal dibuktikan oleh Blaise Pascal (1623-1662) yang berasal dari Prancis. Hukum ini menyatakan bahwa : “ Tekanan yang diberikan oleh suatu penampang fluida statis yang berada pada bejana tertutup akan diteruskan ke semua bagian fluida ”.


Universitas Mercu Buana |9 Tekanan yang terjadi pada fluida dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : p = F / A (N/m2) .................................................................... (2.1) dimana : p = Tekanan yang diteruskan oleh fluida bertekanan (Pa) F = Gaya (N) A = Luas penampang (m2) Unit :

1 Pa = 1 N/m2 = 1 bar 100.000 N/m2 = 105 Pa

Gambar 2.1. Bejana bertekanan (FESTO Didactic Text Book)

2.1.2 Tekanan fluida Tekanan yang sama diterima di semua titik di dalam suatu sistem tertutup. Gaya yang kecil dari sebuah piston yang diberi tekanan dapat menghasilkan gaya yang lebih besar dengan memperluas permukaan bidang kerja pada sisi yang


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 10 berseberangan. Hal ini merupakan prinsip yang mendasar yang berlaku di semua sistem hidrolik seperti pada sebuah pengungkit hidrolik.

Gambar 2.2 Prinsip hukum Pascal (FESTO Didactic Text Book) Dari gambar di atas berlaku : p = F1/A1 (N) F2 = p . A2 (N) F2 = F1.A2/A1 (N) ................................................................. (2.2) Dimana : p = Besarnya tekanan fluida (N/mm²) F1 = Gaya bidang 1 (N) F2 = Gaya bidang 2 (N) A1 = Luas penampang bidang 1 (mm²) A2 = Luas penampang bidang 2 (mm²) Dari gambar diatas pula dapat diambil persamaan : V1= s1 . A1dan V2= s2 . A2 dimana : V = Besarnya volum yang dipindahkan (mm3) s = Jarak yang ditempuh dari titik semula (mm)


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 11 A = Luas penampang (mm2) Selama volum yang dipindahkan sama, maka persamaan berikut ini berlaku: s1 . A1 = s2 . A2 Dari persamaan ini dapat kita lihat bahwa jika luas area A1 lebih kecil daripada luas area A2, maka jarak s1 harus lebih besar dari jarak s2. Hal ini dapat dilihat dari persamaan : s2 = s1 . A1 / A2 (mm) ............................................................ (2.3)

2.1.3 Perpindahan tekanan

Gambar 2.3 Perpindahan tekanan silinder hidrolik (FESTO Didactic Text Book) Tekanan hidrostatik p1 menimbulkan gaya sebesar F1 pada sebuah area A1 yang kemudian dipindahkan melalui piston menuju ke sisi yang bersebelahan. Kemudian gaya F1 bekerja pada area A2 dan menghasilkan tekanan p2. Dengan berubahnya luas area antara A1 dan A2, maka berubah pula tekanan yang terdapat pada p2. Di sini hukum Pascal berlaku : F1

= p1 . A1 (N)

F2

= p2 . A2 (N)


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 12 p1.A1 = p2.A2 ........................................................................... (2.4) Dimana : p1 = Besarnya tekanan fluida bidang 1 (N/mm2) p2 = Besarnya tekanan fluida bidang 2 (N/mm2) F1 = Gaya bidang 1 (N) F2 = Gaya bidang 2 (N) A1 = Luas penampang bidang 1 (mm2) A2 = Luas penampang bidang 2 (mm2)

2.1.4 Daya Fluida Daya fluida adalah daya yang dihasilkan oleh fluida berisi tekanan yang bekerja pada suatu sistem hidrolik. Daya ini sama besarnya dengan hasil kali antara tekanan fluida dengan kapasitas fluida yang dipindahkan oleh sistem dan secara sistem matematis dapat dirumuskan sebagai berikut : Pp = pp . Q ............................................................................... (2.5) dimana : Pp = Daya pompa (Watt) pp = Tekanan pompa (N/mm2) Q = Debit pompa (m3/menit)

2.2 Viskositas Viskositas suatu fluida didefinisikan sebagai tahanan jenis fluida terhadap pergeseran dalam suatu aliran fluida. Viskositas suatu cairan menandakan adanya gesekan internal antar molekul yang bergerak. Viskositas pertama sekali


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 13 dihipotesiskan oleh Newton sebagai : Tegangan geser diantara lapisan fluida dengan tebal infinitimal adalah sebanding dengan pergeseran fluida yang terjadi pada arah tegak lurus gerakan. Untuk gambaran perhatikan gambar 2.4 dimana fluida ditempatkan di antara dua lempengan yang sejajar, terpisah dengan jarak y yang sangat kecil. Ruang antara lempengan diisi dengan suatu cairan fluida. Jika diberikan gaya gesek F pada lempengan bagian atas maka fluida akan bergerak dengan kecepatan tetap U. Sedangkan tegangan geser yang terjadi adalah : τ = F/A Untuk suatu jarak dy yang sangat kecil, maka gaya geser F adalah berbanding lurus dengan A dan perubahan kecepatan dv dalam bentuk persamaan: F = μ . A . dv/dy Dengan mensubtitusikan kedua persamaan diatas maka didapat : τ = μ . dv/dy ........................................................................... (2.6) Disamping koefisien kekentalan mutlak, dikenal juga koefisien kekentalan kinematik v (nu) yang didefinisikan sebagai perbandingan langsung antara koefisien kekentalan mutlak dengan kerapatan fluida : v = μ / ρ .................................................................................. (2.7) Dimana : F

= Gaya geser (N)

A

= Luas penampang (m2)

τ

= Tegangan geser (N/m2)

v

= Kecepatan fluida (m/detik)

μ

= Koefisien kekentalan mutlak / dinamik (N detik/m2)


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 14 v

= Koefisien kekentalan kinematik (m2/detik)

ρ

= Kerapatan fluida (kg/m3)

dv/dy

= Perubahan kecepatan berdasarkan jarak

Gambar 2.4 Metode perhitungan kecepatan fluida akibat gaya geser (dok. pri)

2.3 Aliran fluida 2.3.1 Persamaan kontinuitas Persamaan kontinuitas sangat berperan dalam perhitungan-perhitungan aliran fluida. Dasar persamaan kontinuitas adalah kekekalan aliran fluida dalam pipa, artinya massa yang mengalir masuk suatu penampang pipa adalah sama dengan massa yang mengalir keluar penampang tersebut. Rumus Persamaan Kontinuitas : Q1

= Q2

v1 . A1 = v2 . A2 sehingga didapat : Q(debit)=Volum / Waktu .......................................................... (2.8) Dimana : Q1 , Q2 = Kapasitas aliran ( m3 / detik )


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 15 2.3.2 Persamaan Bernoulli Di dalam fluida yang mengalir juga berlaku hukum kekekalan energi, dimana bahwa seluruh energi dari sebuah aliran fluida tidak berubah selama tidak ada tambahan energi dari luar atau pemberian energi keluar. Jika tidak memperhatikan bentuk-bentuk energi yang tidak berubah selama aliran, maka energi total terdiri dari energi akibat tekanan, kecepatan dan kedudukan, yang dapat dinyatakan dengan persamaan Bernoulli : p / ρ + V2/2 + g . h = konstan (Nm/kg) .................................. (2.9) Dimana : p = Tekanan fluida (N/m) h = Tinggi titik perhatian (m) ρ = Rapat fluida (kg/m2) V = Kecepatan fluida pada titik perhatian (m/detik) g = Percepatan grafitasi (m/detik2)

2.3.3 Aliran laminar dan aliran turbulence Aliran laminar didefinisikan sebagai aliran fluida dimana partikel-partikel fluida bergerak di sepanjang lintasan-lintasan lurus, sejajar dalam lapisan-lapisan atau laminar. Besarnya kecepatan-kecepatan dari laminar yang berdekatan tidak sama. Aliran laminar diatur oleh hukum yang menghubungkan tegangan geser ke laju perubahan bentuk sudut, yaitu hasil kali kekentalan fluida dan gradient kecepatan yang dirumuskan dengan :   dv/dy ............................................................................ (2.10)


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 16 Dalam aliran turbulence, partikel-partikel fluida bergerak secara tidak beraturan ke semua arah, jika aliran sepenuhnya menjadi turbulence, tidak mungkin lagi menjajaki gerakan partikel fluida itu sendiri. Aliran turbulence ini tidak diinginkan terjadi dalam suatu sistem hidrolik karena akan menimbulkan kerugian tekanan yang sangat besar.

Gambar 2.5 Aliran laminar dan turbulence (FESTO Didactic Text Book) Aliran dalam pipa dapat dinyatakan dengan bilangan Reynolds (Re) yang ditentukan sebagai berikut : Re = ρ .v . d/μ Sedangkan dari persamaan diatas diketahui bahwa : v = μ/ρ Maka persamaan berikut menjadi : Re = V . d/v ......................................................................... (2.11) Dimana : Re = Bilangan Reynolds V = Kecepatan aliran (m/detik) d = Diameter (m) ρ = Rapat massa fluida (kg/m3) μ = Koefisien kekentalan mutlak (N detik/m2) v = Koefisien kekentalan kinematik (m2/detik)


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 17 Bilangan Reynolds yang menunjukkan perubahan dari laminar ke turbulence flow dinamakan bilangan Reynolds kritis. Bilangan Reynolds kritis berubah tergantung pada bentuk saluran, untuk pipa bulat, halus dan lurus, Re kritis = 2300. Jadi untuk aliran laminar Re < Re kritis ,dan aliran turbulence Re > Re kritis.

2.4 Kehilangan tekanan Dengan banyaknya komponen bagian dalam suatu sistem hidrolik, maka bentuk, arah aliran dan kecepatan aliran dapat berubah sehingga menimbulkan tahanan pada fluida. Tahanan fluida ini mengakibatkan penurunan tekanan. Besarnya kehilangan tekanan akibat gesekan tergantung dari : - Panjangnya pipa - Kekasaran dinding pipa - Banyaknya belokan - Diameter pipa - Kecepatan aliran - Banyaknya katup Penurunan tekanan untuk aliran fluida dalam pipa-pipa dan saluran-saluran, dinyatakan dengan rumus Darcy Weisbach : hl = f .

Ltot..V 2 ..................................................................... (2.12) d .2 g

Dimana f = 64 / Re untuk aliran laminar di semua pipa untuk semua fluida. Untuk kerugian pada pipa penghubung akan diperoleh persamaan sebagai berikut: Le = K . d/f atau,


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 18 K = f.Le/d ............................................................................ (2.13) Dimana : hl

= head loses (m)

Ltot

= Panjang pipa (m)

Le

= Panjang pipa ekuivalen (m)

d

= Diameter pipa (m)

K

= Koefisien hambatan tergantung dari bentuk pipa

V

= Kecepatan aliran (m/detik)

g

= Konstanta gravitasi (m/detik2)

Untuk menyatakan kehilangan di dalam tekanan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : p = ρ . g . h ........................................................................ (2.14)

2.5 Efisiensi Tekanan yang masuk pada sistem hidrolik tidak akan sama dengan tekanan yang keluar setelah terjadi pengurangan tekanan akibat adanya head loses (Hl), pengurangan tekanan hidromekanik akibat gesekan dan penurunan viskositas. Rasio dari tekanan yang keluar terhadap tekanan masuk disebut dengan efisiensi (h).Efisiensi yaitu tekanan keluar dibanding tekanan masuk. Efisiensi sendiri dapat dibagi menjadi : - Efisiensi volumetrik (vol): Efisiensi ini mencakup penurunan tekanan akibat penuaan yang terjadi pada pompa, motor dan katub-katub. - Efisiensi hidromekanik (hm): Efisiensi ini meliputi penurunan tekanan karena adanya gesekan pada pompa, motor dan silinder-silinder.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 19 Kerugian tekanan total pada pompa, motor, dan silinder-silinder selama sistem berjalan disebut dengan efisiensi total (tot) dan dirumuskan sebagai berikut : tot = vol . hm ...................................................................... (2.15)

2.6 Kavitasi Kavitasi berasal dari bahasa latin ‘cavitare’ yang berarti pelepasan partikel terkecil dari permukaan material. Kavitasi biasa terjadi pada rangkaian kontrol suatu sistem hidrolik seperti pompa dan katup-katup. Pelepasan material ini disebabkan adanya perubahan tekanan yang tajam dan temperatur yang tinggi. Dalam suatu sistem hidrolik dibutuhkan suatu energi gerak untuk meningkatkan kecepatan aliran suatu fluida pada saluran-saluran yang memiliki penyempitan. Energi gerak ini diperoleh dari energi tekanan. Oleh karena itu, penurunan tekanan pada titik-titik yang mengalami penyempitan dapat bergerak menuju titik vakum. Jika hal ini terjadi, dimana tekanan vakum p e -0.3 bar, maka terbentuklah gelembung gas. Jika tekanan berubah naik lagi seiring dengan penurunan kecepatan, maka fluida tersebut menyebabkan gelembung gas menjadi bergolak.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 20

Gambar 2.6 Kavitasi pada saluran yang mengalami penyempitan (FESTO Didactic Text Book) Akibat dari adanya kavitasi ini adalah : - Adanya puncak tekanan - Jika saluran yang dialiri gelembung gas ini mengalami perluasan, maka dinding saluran dapat tererosi menjadi partikel-partikel kecil. - Peningkatan temperatur pada percampuran antara fluida dan gas. Karena adanya kompresi udara pada gelembung gas yang memancar ,maka temperatur akan menjadi semakin tinggi.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 21 2.7 Komponen Sistem Hidrolik 2.7.1 Power Supply Unit power supply menyediakan tenaga hidrolik dengan mengubah tenaga mekanik dari motor penggerak. Komponen utama pada power supply adalah: 1. Motor 2. Pompa 3. Katup pengatur tekanan / pressure relief valve 4. Kopling 5. Tangki 6. Filter 7. Pendingin oli 8. Pemanas (untuk kondisi tertentu) 2.7.1.1 Motor Sistem hidrolik memiliki penggerak utama berupa motor listrik atau motor diesel. Motor listrik biasa dipakai untuk sistem hidrolik mesin-mesin yang tetap, sedangkan motor diesel dipakai untuk sistem hidrolik mesin-mesin yang bergerak. Di dalam sistem yang telah dibuat, dipakai motor listrik sebagai penggerak utama dikarenakan : - Dimensi motor tidak berpengaruh besar terhadap sistem. - Dengan memakai motor listrik 3 phasa, daya yang disediakan bisa cukup besar. - Perawatan yang lebih mudah 2.7.1.2 Pompa Setiap sistem hidrolik, selalu menggunakan satu atau beberapa pompa untuk meningkatkan tekanan fluida yang digunakan. Beberapa sistem hidrolik


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 22 menggunakan tekanan rendah yang berkisar 30 bar untuk bekerja, namun ada pula yang menggunakan sampai 250 bar atau lebih jika diperlukan. Prinsip dasar kerja pompa adalah motor memutar elemen pompa, sehingga tekanan diruang isap turun dan menjadi lebih kecil dari tekanan fluida di tangki. Maka terjadilah aliran fluida dari tangki ke ruang isap. Oleh elemen, fluida dimampatkan sampai mencapai jauh diatas tekanan semula dan masuk ke ruang tekan, untuk selanjutnya mengalir ke sistem. Ada 3 tipe pompa yang biasa digunakan dalam sistem hidrolik, yakni tipe rotary, reciprocating dan sentrifugal. Untuk sistem hidrolik yang sederhana biasanya hanya menggunakan 1 macam tipe pompa yang digunakan, namun untuk memenuhi kebutuhan peningkatan efektifitas sistem hidrolik yang digunakan, ada beberapa pemakaian pompa yang berbeda dalam satu sistem. Pompa sentrifugal dipakai untuk mennyuplai pompa reciprocating, atau pompa rotary dipakai untuk menyuplai fluida bertekanan untuk mengontrol pompa reciprocating perpindahan variabel. Pompa tipe rotary sendiri memiliki beberapa variasi desain yang biasa digunakan yakni dengan spur gear, internal gear, generated rotor, sliding vane, dan screw. 1. Pompa Spur Gear Pompa ini memiliki dua roda gigi yang berpasangan yang berputar di dalam rumah roda gigi yang bersuaian rapat. Ketika pompa dijalankan, putaran roda gigi memaksa udara keluar dari rumah roda gigi menuju saluran buang. Dengan keluarnya udara tersebut menghasilkan area vakum pada saluran hisap. Fluida dari tempat penampungan terhisap menuju saluran hisap pompa dengan sendirinya


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 23 karena perbedaan tekanan atmosfer. Di dalam rumah pompa, fluida terjebak di antara roda gigi.Perputaran roda gigi akan menyebabkan fluida dipaksa keluar menuju saluran buang.

Gambar 2.7 Gear Pump (dok. pri) Keterangan : 01. Saluran hisap 02. Roda gigi penggerak 03. Roda gigi ikutan 04. Rumah pompa 05. Saluran buang (bertekanan) 2. Pompa Internal Gear Pompa ini memiliki bagian yang berputar (rotor) yang bisa disebut juga sebagai roda gigi. Rotor ini berputar secara eksentris didalam rumah pompa. Yang berpasangan dengan rotor ini adalah roda gigi yang bebas yang berpasangan dan digerakkan oleh gigi rotor. Perputaran rotor yang berlawanan arah jarum jam, akan menghasilkan area vakum pada saluran masuk, sehingga fluida mengalir


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 24 untuk mengisi area diantara roda gigi. Perputaran roda gigi akan menyebabkan fluida yang terjebak diantara roda gigi dan rumah pompa akan dipaksa keluar.

Gambar 2.8 Pompa Internal Gear (dok. pri) Keterangan : 01. Roda Gigi pemutar 02. Roda Gigi Internal pada Rotor 03. Area Bulan Sabit 04. Rumah Pompa 05. Saluran Hisap 06. Saluran Buang (Bertekanan) 3. Pompa Generated Rotor Pompa ini memiliki sepasang roda gigi dimana salah satu roda giginya berhubungan dengan poros pemutar dan roda gigi lainnya terletak pada rumah roda gigi. Namun roda gigi yang berhubungan dengan poros pemutar memiliki satu gigi lebih sedikit dibandingkan pasangannya. Pompa ini dapat menyuplai fluida lebih dari 375 liter per menit.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 25

Gambar 2.9 Pompa Generated Rotor (dok. pri) Keterangan : 01.Inner element 02.Outer element 03.Ruang yang membesar 04.Ruang yang mengecil 05.Rumah rotor 06.Saluran buang (bertekanan) 07.Saluran hisap 4. Pompa Sudu (Sliding Vane Pump) Pompa ini memiliki beberapa sudu yang bebas bergerak keluar masuk slot di dalam rotor pompa. Jika rotor berputar, maka sudu akan bergerak keluar slot diakibatkan gaya sentrifugal, pegas atau tekanan fluida itu sendiri. Dengan begitu fluida akan mengalir dari pompa hisap menuju saluran buang. Sudu berputar di dalam ruangan berbentuk oval, dimana di dalamnya terdapat satu pasang saluran hisap dan saluran tekan. Hal ini disebabkan putaran rotor tetap stabil saat beban tinggi. Kecepatan putaran rotor dibatasi kurang dari 2500 rpm, karena adanya gaya sentrifugal dan gesekan yang terjadi antara sudu dengan ring. Pompa jenis ini memiliki 2 macam tipe, perpindahan tetap dan perpindahan variabel. Untuk


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 26 pompa sudu perpindahan variabel ini memiliki desain yang berbeda dimana terdapat ulir pengatur volum dan hanya memiliki satu buah saluran hisap dan saluran tekan.

Gambar 2.10 Pompa sudu tetap dan Pompa sudu perpindahan variabel (dok. pri) Keterangan : 01. Ring cam 02. Saluran tekan 03. Saluran hisap 04. Rotor 05. Saluran tekan 06. Saluran hisap 07. Ulir pengatur volum 5. Pompa Ulir (Screw Pump) Pompa ini memiliki dua atau lebih ulir yang berpasangan untuk meningkatkan tekanan sesuai yang diinginkan. Ulir ini diputar oleh motor dan pasangannya diputar oleh timing gear. Putaran motor pada pompa ini biasanya adalah 1750 rpm. Pompa menurut energi yang dipakai, dibedakan atas dua jenis :


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 27 1. Pompa positif displacement 2. Pompa non positif displacement. Pompa positif displacement adalah pompa yang memindahkan satu jumlah volum fluida tertentu untuk setiap putaran pompa. Umumnya adalah pompa tekanan tinggi yang digunakan sebagai energi pada sistem hidrolik. Jika saluran keluar dari pompa positif displacement ini tertutup, maka tekanan akan naik sampai pada titik dimana motor ataupun pipa dan komponen lainnya tidak mampu menahannya. Untuk itu pada pompa ini biasanya dipasang pressure relief valve (katup pengatur tekanan) secara langsung pada pompa ataupun terpisah. Misalnya : -

Pompa roda gigi

-

Pompa ulir

-

Pompa sudu

-

Pompa piston / pompa torak

Pompa non positif displacement adalah pompa yang memanfaatkan energi fluida yang bergerak untuk mengalirkan fluida. Umumnya adalah pompa tekanan rendah dengan volum besar, misalnya pompa sentrifugal. Terdapat dua tipe yang mendasar dari pompa hidrolik jika dilihat pada volum fluida yang dipindahkan yaitu : a. Pompa perpindahan tetap Pompa hidrolik pada suatu putaran tetap yang tertentu dari motor penggerak, diatur agar selalu memberikan kapasitas aliran tertentu setiap saat pada kondisi beban yang variabel. Pompa-pompa yang termasuk jenis ini adalah :


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 28 - Pompa roda gigi (gear pump) - Pompa sudu (vane pump) b. Pompa perpindahan variabel Pada dasarnya kapasitas fluida yang dialirkan pompa dapat dirubah dengan mengubah kecepatan rotasi . Namun dengan merubah desain pompa, variasi volum yang dipindahkan akan didapatkan. Dengan membuat putaran rotor pada pompa menjadi eksentrik, maka kapasitas aliran menjadi tinggi dan tekanan kerja menjadi turun. Pompa termasuk jenis ini adalah : - Pompa piston aksial (axial piston pump) - Pompa piston radial (radial piston pump) - Pompa sudu perpindahan variabel (variable displacement vane pump) Pompa jenis terakhir inilah yang akan dipakai dalam sistem dikarenakan dengan adanya variasi tekanan pada tiap silinder, maka perbedaan tekanan yang dihasilkan akan dibuang kembali ke dalam tangki. Metode ini yang kita dapatkan dari pompa perpindahan variabel tersebut. 2.7.1.3 Kopling Kopling terletak diantara motor dan pompa. Kopling ini memiliki fungsi antara lain : 1. Untuk mentransfer momen puntir yang dihasilkan motor ke pompa. 2. Sebagai bantalan antara komponen motor dengan komponen pompa yang berhubungan. 3. Untuk mencegah getaran pada saat operasi, yang terjadi pada motor yang ditransfer ke pompa dan sebaliknya.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 29 4. Untuk menghilangkan ketidaktepatan kesejajaran sumbu pada saat penempatan motor dan pompa. Macam-macam kopling sebagai berikut : - Kopling karet ( Flexible Coupling) - Kopling rantai - Kopling persegi dengan plastik didalamnya Dari ketiga kopling tersebut, kopling karet merupakan paling mahal dari sisi harga, namun lebih banyak memiliki keuntungan jika dipakai dalam sistem, dimana memiliki toleransi terhadap eksentrisitas pompa dan motor, serta lebih halus suaranya. 2.7.1.4 Tangki Dalam sistem hidrolik, tangki oli (oil reservoir) mempunyai fungsi utama sebagai : - Tempat cadangan fluida yang dibutuhkan untuk pengoperasian sistem. - Untuk membantu menghilangkan panas pada fluida - Membantu memisahkan udara dan kotoran dalam fluida Syarat-syarat pemilihan tangki : - Keadaan fluida kerja harus dapat dikontrol - Pada ujung pipa hisap terdapat filter - Dinding bagian bawah harus dapat dilalui udara untuk pendinginan - Volum tangki umumnya tiga kali debit pompa yang dihasilkan (3xQ), namun hal ini tergantung pada : - Kapasitas yang mampu dikeluarkan pompa


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 30 - Panas yang dihasilkan oleh sistem yang berhubungan dengan panas yang diijinkan. - Kemampuan untuk menyuplai fluida yang dikonsumsi komponen seperti silinder, selang, katup-katup, dll. - Tergantung tempat di mana sistem hidrolik ini digunakan.

Gambar 2.11 Tangki (FESTO Didactic Text Book) 2.7.1.5 Filter Filter berfungsi untuk mengurangi tingkat kekotoran fluida hidrolik sampai batas yang dapat diijinkan, sehingga dapat memperpanjang umur pakai dan fungsi komponen. Macam-macam saringan/filter dilihat dari material yang digunakan : - Filter rata Filter ini terdiri dari satu lapis media penyaring berbahan kertas woven. Filter ini berupa filter sekali pakai yang cocok untuk penyaringan dan peremajaan fluida dalam sistem.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 31 - Filter lapis Filter ini dapat terdiri dari beberapa lapis media penyaring yang terbuat dari kertas selulose, plastik, atau benang metal. Filter ini memiliki kemampuan menyimpan kotoran yang tinggi untuk satu luasan yang sama dibandingkan dengan filter rata

Gambar 2.12 Filter rata dan filter lapis (FESTO Didactic Text Book) Kriteria pemilihan saringan/ filter : - Jenis partikel kotoran besar dan sifatnya - Jumlah partikel kotoran - Kecepatan aliran - Tekanan sistem Konstruksi dasar saringan/ filter : - Kepala saringan¸yang berhubungan langsung dengan pipa - Wadah saringan - Elemen saringan Filter dapat dipasang dengan beberapa posisi di dalam sistem, diantaranya : - Pemasangan pada jalur utama : yaitu pada saluran balik, saluran hisap dan saluran bertekanan.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 32 - Pemasangan pada saluran by-pass : yaitu hanya ditempatkan pada saluran balik fluida tekanan berlebih. Perlu diperhatikan bahwa filter harus selalu diukur tingkat keefektifan terhadap proses penyaringan kotoran dengan indikator kontaminan. Filter yang terkontaminasi diukur dengan besarnya perubahan tekanan. Jika kontaminasi bertambah, tekanan pada saluran sebelum filter naik. Tekanan ini berpengaruh terhadap silinder dengan mendorong kembali posisi silinder kearah yang berlawanan.

Gambar 2.13 Indikator kontaminan (FESTO Didactic Text Book) 2.7.1.6 Pendingin oli Dalam sistem hidrolik, gesekan menyebabkan berkurangnya energi saat fluida hidrolik mengalir melewati saluran dan komponen. Hal ini menyebabkan fluida hidrolik menjadi panas. Untuk itu dibutuhkan media pendingin yang menjaga temperatur fluida pada batas-batas tertentu. Macam-macam pendingin fluida hidrolik adalah sebagai berikut: - Pendinginan udara : Mampu mengurangi temperatur sampai 25oC - Pendinginan air

: Mampu mengurangi temperatur sampai 35 oC


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 33 - Pendinginan kipas : Jika fluida yang didinginkan jumlahnya besar. 2.7.1.7 Pemanas Oli Pemanas kadang-kadang dibutuhkan untuk mencapai temperatur yang optimal dengan cepat saat sistem mula-mula dijalankan. Temperatur ini berpengaruh pada viskositas fluida hidrolik. Jika viskositasnya terlalu tinggi, maka akan menambah gesekan dan mudah mengakibatkan kavitasi. Besar temperatur fluida hidrolik yang diinginkan : -

Untuk sistem yang tetap : 35-55 oC dalam tangki

-

Untuk sistem yang bergerak : 45-65 oC dalam tangki

2.7.2 Katup Katup dapat dibedakan menjadi beberapa jenis katup berdasarkan fungsi, desain dan metode aktuasinya. Jenis katup menurut fungsinya terdiri dari : - Katup pengatur tekanan ( pressure control valve) - Katup pengatur arah ( directional control valve) - Katup penutup (non return valve) - Katup pengatur aliran (flow control valve) 2.7.2.1 Katup Pengatur Tekanan ( pressure control valve ) Macam-macam katup pengatur tekanan : a. Katup pembatas tekanan b. Katup penyambung tekanan c. Katup pengurang tekanan ( katub pengatur tekanan )


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 34 Masing-masing katup di atas mempunyai jenis yang bisa bekerja secara langsung ataupun secara terpadu. Konstruksi dasar dari katup pengatur tekanan yaitu : a. Penutup b. Pegas c. Dudukan Prinsip kerja katup pengatur tekanan ( lihat gambar di bawah ini) :

Gambar 2.14 Katup pengatur tekanan (FESTO Didactic Text Book) Pegas menekan penutup pada dudukannya. Selama tekanan aliran tidak menghasilkan gaya tekan yang lebih besar dari gaya pegas, penutup akan terus tertekan oleh pegas. Tetapi bila gaya tekanan aliran lebih besar dari gaya pegas, yang berarti timbul tekanan yang berlebih pada aliran, maka penutup akan lepas dari dudukannya dan membuang kelebihan tekanan keluar (tangki). 2.7.2.2 Katup Pengatur Arah ( directional control valve ) Katup pengontrol arah ini bertujuan untuk menentukan ke mana fluida hidrolik akan dialirkan menuju ke silinder. Pada katup pengatur arah biasanya terdapat 4 lubang , yang terdiri dari lubang P , A, B, dan T. Cara menentukan jenis katup pengatur arah :


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 35 - Lihat jumlah ruangan yang ada - Hitung jumlah lubang yang ada Cara pengoperasian katup pengatur arah adalah sebagai berikut: - Manual - Hidrolik - Elektromagnit - Elektromagnit dengan pegas pembalik - Elektrik hidrolis

Gambar 2.15 Katup pengatur arah (FESTO Didactic Text Book) Macam-macam katup pengatur arah : a. Katup popet pengarah b. Katup spool pengarah Konstruksi dasar katup pengatur arah yaitu : a. Rumah katup b. Sistem aktuasi c. Popet/spool d. Saluran-saluran


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 36 2.7.2.3 Katup Penutup ( non return valve ) Katup penutup berfungsi untuk memeriksa (check valve) aliran pada arah yang dikehendaki dan tidak memberikan aliran ke arah yang berlawanan. Macam-macam katup penutup : a.

Katup periksa (check valve) yang sederhana

b.

Katup periksa yang bekerja secara terpadu : - model tanpa lubang saluran - model dengan lubang saluran - model ganda

c. Katup pengisi awal d. Katup peluru arah 2/2 Konstruksi dasar katup penutup : a. Popet / bola b. Pegas c. Dudukan Prinsip dasar kerja katup penutup :

Gambar 2.16 Katup Penutup (FESTO Didactic Text Book) Gaya pegas mendorong popet / bola pada dudukan. Agar saluran katup bisa terbuka, gaya yang ditimbulkan oleh tekanan aliran harus lebih besar dari gaya


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 37 pegas sehingga popet / bola dapat lepas dari dudukannya. Katup ini juga disebut katup searah karena aliran fluida hanya bisa mengalir dari satu arah (dari p1) dan tidak bisa mengalir dari arah sebaliknya. 2.7.2.4 Katup Pengatur Aliran Katup ini berfungsi untuk mengatur kecepatan gerakan piston dengan cara membatasi jumlah aliran fluida. Konstruksi dasar dari katup pengatur aliran ini adalah : a. Lubang samping

c. Posisi cekik

b. Rumah katup

d. Knop

Prinsip kerja dari katup pengatur aliran (lihat gambar di bawah ini) :

Gambar 2.17 Katup pengatur aliran (FESTO Didactic Text Book) Fluida mengalir dari lubang A menuju ke lubang B. Namun aliran ini harus melalui saluran cekik yang dapat diatur melalui knop, sehingga besarnya aliran dapat kita atur sesuai keinginan. Namun jika aliran fluida mengalir dari arah sebaliknya, maka fluida mendorong popet yang ditekan oleh pegas sehingga dapat mengalir bebas tanpa melalui saluran cekik.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 38 2.7.2.5 Katup Servo Istilah servo diartikan bermacam-macam. Secara umum dimaksudkan sebagai suatu masukan yang sangat kecil dapat mengatur keluaran yang sangat besar, misalnya masukan sebesar 0,08 W dapat mengendalikan gaya ratusan kW. Macam-macam katup servo : a. Katup servo dua tingkat. b. Katup servo tiga tingkat. Tingkat pertama terdiri dari motor servo dan amplifier hidrolis, sedangkan tingkat kedua merupakan proses perubahan perbedaan tekanan pada amplifier hidrolis menjadi aliran tekanan. Posisi tengah, spool yang ditekan oleh gaya pegas dan oli dari kedua sisinya dengan gaya yang sama besar, menutup saluran dari P ke A atau B. Oli masuk ke saluran nozzle dan pegas melalui orifice. Bila ada sinyal elektromagnit masuk, maka tuas akan bergerak, misalnya ke kiri, dan mendekati nozzle kiri. Tekanan di saluran kiri pun akan naik (lebih besar daripada sebelah kanan) dan mendorong spool ke arah kanan. Maka spool bergerak ke kanan dan membuka saluran P ke B dan A ke T. Karakteristik katup servo : - Linearity, deviasi (penyimpangan) kurva aliran terhadap garis linear. - Assymetry, perbedaan jumlah aliran maksimum pada arus positif dan negatif. - Hysterisis, perbedaan arus pada kurva naik dan turun. - Zero shift, besar arus pada aliran minimum. - Zero flow, besarnya oli yang masuk ke saluran halus (orifice) dan kebocoran pada spool.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 39 Jenis katup menurut desainnya dibedakan menjadi : -

Prinsip Popet

-

Prinsip Sliding Pada katup popet, model yang digunakan bisa berupa bola, konus, ataupun piringan yang mengepres saluran masuk sehingga tidak terdapat arus balik. Metode ini biasa dipakai untuk katup penutup ( non return valve ).

2.7.3 Akumulator Fungsi dari akumulator adalah : - Sebagai cadangan fluida yang bertekanan - Sebagai pengaman pada saat darurat - Sebagai kompensasi kebocoran oli - Untuk keseimbangan volum Macam-macam akumulator berdasarkan sistem penyimpanan tekanan adalah : 1. Akumulator bobot 2. Akumulator pegas 3. Akumulator piston 4. Akumulator gelembung 5. Akumulator membran Prinsip dasar kerja akumulator. Tekanan fluida yang berasal dari sistem diarahkan masuk ke dalam akumulator. Di dalam akumulator sendiri terdapat ruangan yang dikompres oleh suatu sistem (tergantung jenis akumulator), sehingga tekanan pada sistem tersebut naik sesuai tekanan pada fluida. Setelah beberapa saat, saluran masuk akumulator


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 40 tersebut ditutup oleh katup yang sudah disiapkan. Pada keadaan tertentu, katup tersebut dibuka sehingga mengalirlah fluida tambahan yang bertekanan yang masuk ke dalam sistem.

2.7.4 Pipa Pada sistem hidrolik biasa digunakan pipa baja untuk mengalirkan oli dari tangki menuju akumulator, pada pipa biasanya ditemui belokan-belokan atau sambungan ini biasanya dapat mengurangi aliran tekanan sehingga dalam perencanaanya perlu diperhitungkan kerugian tekanan ini. Disamping pipa baja digunakan juga pipa lentur (hose) yang terbuat dari bahan sintetis dengan syarat: - Memiliki tegangan tarik tinggi - Bagian dalam secara kimiawi harus tahan fluida hidrolik - Dinding dalam harus licin - Bagian luar tahan cuaca / perubahan suhu - Lentur dan tahan kelelahan (fatigue) - Daya tahan terhadap perubahan tekanan (tidak mengembang) Pada umumnya kecepatan aliran rata-rata dalam pipa adalah : - Aliran tekan : 160 –240 m/ menit - Aliran balik : 120 – 180 m/ menit - Aliran hisap : 60 – 100 m/ menit


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 41 2.7.5 Aktuator Aktuator adalah komponen dalam sistem hidrolik yang mengubah energi fluida menjadi energi mekanis. Gerakan yang dihasilkan energi mekanis dapat berupa gerakan linear atau rotasi. Aktuator dengan pergerakan linear disebut juga silinder hidrolik dan aktuator dengan pergerakan rotasi disebut motor hidrolik. Prinsip dasar kerja silinder hidrolik adalah fluida bertekanan masuk kedalam ruang silinder dan mendorong piston ke satu arah dengan gaya F=p.A Untuk bergerak ke arah sebaliknya, fluida bertekanan tadi harus dipindahkan ke ruang sebelahnya (untuk silinder kerja ganda) atau dengan gaya pegas (untuk silinder kerja tunggal)

Gambar 2.18 Silinder hidrolik (FESTO Didactic Text Book) Keterangan : 1. Dudukan silinder

4. Tabung

2. Lubang venting

5. Bantalan piston

3. Piston

6. Seal piston

Bagian- bagian yang penting dari silinder hidrolik adalah : - Tabung silinder


7. Wiper

U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 42 - Piston dengan poros - Penutup-penutup ujung - Lubang-lubang masukan dan buangan fluida - Penahan kebocoran atau penyekat (seal) Macam-macam silinder : A. Silinder kerja tunggal -

Piston plunger atau silinder plunger

-

Silinder dengan pegas pembalik

B. Silinder kerja ganda -

Silinder dengan batang tarik piston pada satu sisi

-

Silinder dengan batang tarik piston pada dua sisi

C. Silinder teleskopis -

Silinder kerja tunggal

-

Slinder kerja ganda

Kriteria utama pemilihan silinder : a. Gaya yang dihasilkan

(N)

b. Panjang langkah

(mm)

Konstruksi dasar silinder terdiri dari : a. Tabung silinder b. Tutup silinder bawah c. Kepala silinder d. Batang piston e. Piston


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 43 2.7.6 Fluida hidrolik Fluida hidrolik yang digunakan pada instalasi hidrolik harus memenuhi beberapa persyaratan yang bervariasi yaitu : a. Kemampuan mentransfer tekanan b. Kemampuan melumasi komponen yang bergerak c. Kemampuan melepaskan panas yang diproduksi oleh perubahan energi d. Kemampuan untuk meredam tekanan yang beroskilasi e. Kemampuan untuk melindungi terhadap karat f. Kemampuan mentransmisikan sinyal Untuk bisa memenuhi persyaratan di atas, sebuah fluida hidrolik harus memenuhi persyaratan yang lebih spesifik yaitu : -

Berat jenis yang sekecil mungkin

-

Tidak mudah terkompress

-

Viskositas tidak terlalu rendah

-

Karakteristik temperatur viskositas yang bagus

-

Karakteristik tekanan viskositas yang bagus

-

Stabil terhadap penuaan

-

Tidak mudah terbakar

-

Material penyusun yang bagus

Ada juga beberapa tambahan syarat yang juga harus dipenuhi yaitu : -

Kemampuan melepaskan udara

-

Tidak mudah membeku

-

Tahan terhadap suhu yang rendah

-

Mudah memisahkan diri dengan air.


U n i v e r s i t a s M e r c u B u a n a | 44 Adapun persyaratan yang paling khusus dari fluida hidrolik adalah viskositas. Karakter ini menunjukkan ukuran daripada tahanan fluida untuk mengalir. Viskositas untuk sistem hidrolik umumnya berkisar 0.2-0.3 cm2/detik pada 50oC, viskositas meningkat dengan naiknya tekanan. Sedangkan indeks viskositas menunjukkan berapa besar perubahan viskositas akibat perubahan temperatur dalam sistem. Makin tinggi angka indeks viskositas, makin kecil perubahan viskositas. Indeks viskositas ini dihitung berdasarkan standardisasi DIN ISO 2909.


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents