BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN
4.1 Perhitungan Pengurangan Tekanan pada Katup. Pada bab ini akan dilakukan analisa kebocoran pada power steering system meliputi perhitungan kerugian tekanan yang dialami oleh aliran fluida selama mengalir yang terdiri dari perhitungan debit melalui katup, sedangkan tekanan yang dikeluarkan adalah tekanan yang tetap. Debit yang dibutuhkan untuk pencapaian keadaan itu adalah :
Qa
= debit yang dibutuhkan (m3/s)
A
= luas penampang katup (= 12 cm2 = 12 x 10-4 m2) = standard katup
Kv
= konstanta katup =
∆p
= tekanan fluida [= 0,5 N/mm2 = 0,5 x 10-6 N/m2 = 0,5 x 10-6 (kg.m/dt2)/m2 = 0,5 x 10-6
ρ
1 /ζtotal
= 1/1,0 = 1
kg/dt2.m]
= massa jenis (= 0,001 kg/m3)
36
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
37 Berdasarkan perhitungan (2.1) dengan konstanta sesuai data yang diperoleh seperti debit, luas penampang dan tekanan fluida maka didapat debit yang dibutuhkan Qa : = 3,794 x10-5 m3/s Dilihat dari perhitungan dan table 4.1, tekanan yang berada di dalam penampang pipa lebih besar dari pada luas penampang pipa sehingga mengakibatkan kebocoran pipa fleksibel power steering seperti yang sering terjadi pada Nissan Serena C24 tahun 2005. Kebocoran seperti ini yang menyebabkan minyak berkurang sehingga kinerja power steering system menjadi berat dan tidak sempurna.
Tabel 4.1 Data hasil perhitungan pengurangan tekanan pada katup
No.
Luas
Konstanta
Penampang
Katup
( 1. 2. 3.
Tekanan Fluida (
)
Debit (
)
) 1 1 1
Pada tabel 4.1 di atas terlihat apabila luas penampang diperbesar sedangkan dengan tekanan yang tetap maka kerugian yang dihasilkan semakin kecil. Kerugian yang terjadi adalah jumlah dari kerugian yang dialami oleh katup yang mengalami tiga kerugian yaitu ; 1. Kerugian akibat penyempitan yang besarnya antara 0.04 s/d 0.07 tergantung pada profil penampangnya. 2. Kerugian akibat pembesaran lubang besarnya ζg = (1-Ab/Av) ≈ 1,0
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
38 3. Kerugian akibat gesekan dinding katup seperti pada perhitungan (2.2) dengan konstanta seperti di bawah ini. Dimana : λ
= Koefisien gesek pada pipa didapat dengan bilangan Renold (Re = 0,385)
l
= Panjang katup (50 cm)
dp
= Diameter katup (5 cm)
Dilihat dari perhitungan (2.8) sesuai dengan konstanta tersebut di atas, maka akan terjadi kebocoran dikarenakan terjadinya gesekan sebesar 3.85 yang mengakibatkan daya alir dari fluida dalam penampang pipa tidak mengalir licin (tersendat). Apabila fluida tidak mengalir sempurna maka fluida tersebut akan mencari celah dan mendorong sekitar dinding pipa yang dilewatinya dan akhirnya kebocoran (seperti rembesan) fluida muncul. Dengan rembesan muncul maka akan ada udara yang masuk ke power steering system sehingga ada buih udara pada reservoir fluida.
4.2 Perhitungan Aliran dalam Pipa Pipa yang digunakan dalam mekanisme power steering system adalah pipa fleksibel, sehingga kecepatan aliran pada pipa sesuai dengan perhitungan (2.3) : Dengan : Vp = kecepatan aliran fluida pad pipa (m/s) Qk = debit yang keluar dari katup (3,794 x10-5 m3/s) Ap = luasan pada pipa mengalir (12 x 10-4 m2) Dari hasil perhitungan (2.3) dengan konstanta tsersebut di atas maka didapat kecepatan aliran fluida pada pipa sebesar 0.0316 m/s.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
39
Jenis aliran yang mengalir pada pipa ditentukan dengan bilangan Renold (Re) yang besarnya seperti perhitungan (2.4) adalah : Dengan : V
= viskositas kinematik pada minyak hidraulik (0,7 gr/mm3 = 7x105 kg/m3)
Vm
= kecepatan aliran fluida (0,0316 m/s)
d
= diameter pipa ( 9.5 mm = 0,0095 m) = diameter standard dari pabrikan
Dengan perhitungan (2.4) maka akan didapat bilangan Renold (Re) : =
(Jenis Aliran Laminar)
Batasan jenis aliran pipa dengan mempertimbangkan bilangan Renold (Re) adalah ; Re < 2320 aliran laminar 2320
3000 aliran turbulen Kehilangan tekanan aliran pipa (∆p), jika dinding pipa licin dan pipa dianggap lurus. dengan : Apabila aliran laminar sesuai perhitungan (2.6), maka kerugian tekanannya adalah : Dengan : λ
= Koefisien gesek pada pipa (= 0,385)
Vm
= kecepatan pipa (=0,0316 m/s )
l
= Panjang Pipa (=50 cm = 0,5 m) = diambil panjang rata-rata pipa fleksibel = Massa jenis (= 0,001 kg/m3)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
40 Maka akan didapat kerugian tekanan karena aliran laminar : ∆p = 1,927 kg/dt Kerugian tekanan aliran fluida pada aliran masuk tergantung pada profil ujung pipa. Untuk analisa ini digunakan profil ujung pipa yang dibulatkan dengan jari-jari kecil maka kehilangan aliran antara 0,05 s/d 0,1 sehingga kerugian tekanan (∆p) yang dialami fluida sesuai dengan perhitungan (2.7) sebesar Dengan : Vp
= kecepatan fluida dalam pipa (= 0,0316 m/s)
ρ
= massa jenis (= 0,001 kg/m3)
Pemakaian pipa fleksibel pada pemasangannya akan mengalami pembengkokkan sehingga terjadi perubahan aliran yang mengakibatkan perubahan pada tekanan. Harga koefisien bengkokkan diambil untuk bengkok 900 maka = 0,1.
4.3 Aliran Fluida pada Katup Pengarah Aliran Kecepatan aliran fluida pada saluran masuk ke dalam katup dengan diameter (dK) dengan debit aliran (QK), maka kecepatan aliran pada saluran masuk adalah : Dengan : Ak = luas penampang katup (= 12 cm2 = 12 x 10-4 m2)
= Aliran yang masuk kedalam silinder hidraulik mengalami pemisahan aliran (percabangan) dengan pertimbangan bahwa aliran yang masuk kedalam salah satu piston sehingga salah satu akan tertutup. Dengan demikian aliran fluida akan mengalami kerugian tekanan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
41
Kerugian tekanan akibat percabangan yaitu : 1. Kerugian akibat aliran yang dicabangkan yang besarnya (ζb) = 1.3 percabangan dengan sudut 900 maka kerugian tekanan dengan perhitungan (2.11) adalah :
2. Kerugian aliran pada aliran yang melaju terus (ζd) = 0,06, kerugian tekanan yang dialami dengan perhitungan (2.12) adalah :
3. Kecepatan aliran fluida pada saluran masuk dalam silinder hidraulik. Kecepatan aliran fluida pada saluran masuk dalam silinder hidraulik. Kerugian aliran fluida karena faktor bentuk pada saluran masuk (ζs) = 0,02 , kerugian tekanan yang dialami fluida dengan perhitungan (2.13) adalah :
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
42 Tabel 4.2 Ringkasan perhitungan kerugian
No.
Jenis Kerugian
1.
Penyempitan lubang
2. 3.
Pembesaran lubang Gesekan dinding katup
4.
Dinding licin
5. 6. 7.
Ujung pipa diperkecil Percabangan Aliran bocor
Besar
Keterangan
0.04 s/d 0.07
Tergantung profil penampang
ζg = (1-Ab/Av) ≈ 1,0 3.85 1.927 kg/dt
Re=0.385, l=50cm, d=5cm Aliran laminar, pipa licin dan lurus Ujung kecil dan bengkok ζb = 1.3 ζd = 0,06
Berdasarkan beberapa perhitungan analisa di atas kebocoran Power Steering System Nissan Serena C24 tahun 2005 sering terjadi dikarenakan adanya banyak kerugian yang terjadi, diantaranya adalah : 1. Kerugian akibat adanya gesekan dinding katup sebesar 3.85 yang dikarenakan adanya pemakaian fluida yang tidak sesuai spesifikasi pabrikan. 2. Kerugian karena penyempitan lubang sebesar 0.04 s/d 0.07 yang tergantung akibat profil penampang pipa. Semakin besar penampang pipa maka akan sulit untuk melihat kebocoran fluida, dikarenakan dengan tekanan yang sama fluida akan menyebar ke berbagai arah dinding pipa.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
