5 BAB II PRINSIP-PRINSIP DASAR HIDRAULIK Dalam ilmu

BAB II
PRINSIP-PRINSIP DASAR HIDRAULIK
Dalam ilmu hidraulik berlaku hukum-hukum dalam hidrostatik dan
hidrodinamik, termasuk untuk sistem hidraulik. Dimana untuk kendaraan
forklift ini hidraulik berperan sebagai pengalih gaya dan gerak. Fluida cair
(misalnya minyak) berperan sebagai media pengubah energi. Tekanan
yang ditimbulkan oleh fluida dalam silinder adalah sebagai akibat adanya
perubahan energi mekanis menjadi energi hidraulik (energi potensial atau
energi kinetik) melalui pompa hidraulik.
2.1
Hukum Pascal
Sistem hidraulik adalah suatu sistem pemindah dengan
menggunakan zat cair/fluida sebagai perantara. Adapun prinsip
dasar sistem hidraulik adalah Hukum Pascal yang berbunyi “Zat
cair dalam ruangan tertutup dan diam mendapat tekanan, maka
tekanan tersebut akan diteruskan ke segala arah dengan sama
rata dan tegak lurus bidang permukaan”.
Hal ini telah dibuktikan oleh B. Pascal (1623-1662) yang
berasal dari Negara Prancis. Dan dikenal dengan Hukum Pascal,
yang selanjutnya ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :
P=
Dimana :
F
A
(N/m2)
...............( 2.1 )
P adalah tekanan fluida
(N/m2)
F adalah gaya
(N)
A adalah luas penampang
(m2)
5
F
F
Gambar 2.1 hukum pascal
Perambatan tekanan dibawah pengaruh dari suatu gaya luar ( p = F/A )
Dibawah dasar torak dicapai suatu tekanan P, yang diteruskan ke
zat cair dalam bejana yang menyebar secara merata ke semua
arah. Tekanan ini menyebar ke seluruh bidang dinding dan
besarnya persatuan luas adalah sama, dengan sarat bobot sendiri
dari zat cair bersangkutan dapat diabaikan. Tekanan balik dari zat
cair bidang bawah torak pun terbagi rata.
2.2
Persamaan Kontinuitas
Pada suatu aliran stasioner, debit aliran fluida tak
compressible yang mengalir melalui sebuah pipa adalah luas pipa
dikalikan dengan kecepatan aliran fluida. Dalam hal ini berlaku
persamaan kontinuitas :
ref 1 hal 73
Q = V1 x A1 = V2 x A2 = Con …………..( 2.2 )
Dimana :
Q adalah debit aliran
(m3/s)
A adalah luas penampang
(m2)
V adalah kecepatan aliran
(m/s)
6
A
S
Gambar 2.2 luas penampang
Volume zat cair yang mengalir pada kecepatan yang konstan
Persamaan pokok yang penting ini menunjukan secara singkat hal
sebagai berikut : bahwa dalam sebuah pipa, kecepatan aliran
adalah berbanding terbalik dengan penampang. Sementara debit
tetap sama.
Kecepatan V1
kecepatan V2
Diameter (D)
diameter (d)
Gambar 2.3
Kecepatan-kecepatan aliran dalam berbagai penampang
2.3
Tipe Aliran
Dalam hidraulika terdapat dua jenis aliran mantap dari fluida-fluida
nyata, yaitu :
a). Aliran Laminar : aliran berlangsung dalam lapisan atau
dalam jalur yang beraturan. Dimana unsur-unsur zat cair
yang terpisah bergerak dalam lapisan-lapisan sejajar
secara beraturan.
7
Ciri-ciri dari aliran laminar adalah unsur-unsur zat cair
yang terpisah bergerak dalam lapisan-lapisan sejajar
secara beraturan.
V mean
Vmax
V=0
Gambar 2.4
Kecepatan unsure-unsur zat cair pada aliran laminar
b). Aliran Turbulen : aliran dengan pergerakan berpusar
Vmax ≈ 1,25 Vmean
Vmax ≈ 20 Vmean
Gambar 2.5
Laju kecepatan dalam penampang sebuah pipa pada aliran turbulen
Suatu aliran dapat dikatakan turbulen atau laminer tergantung
pada :
1. kecepatanm aliran (Vm) dari zat cair
2. dimensi dalam (d) dari pipa dan saluran-saluran
3. viscositas-kinematik (v) dari zat cair
Hubungan antara ketiga hal tersebut kita kenal sebagai bilangan
Reynold, yang dinyatakan dengan : ( ref 2 hal 43 )
Re = Vm . d/v
atau
Dimana :
atau
............( 2.3 )
Re = Vm . d . ρ / η
Vm adalah kecepatan aliran rata-rata
(m/s)
d
adalah diameter pipa
(m)
v
adalah viskositas kinematik
(m2/s)
ρ adalah massa jenis fluida
(Kg/m3)
η adalah viskositas dinamik
(pa . s)
8
Dengan kata lain, sifat dari aliran dapat diuraikan dari bilangan
Reynolds. Sebuah aliran dikatakan laminer jika mempunyai angka
reynolds kurang dari 2320, dan bila angka Reynolds lebih dari
3000 aliran dikatakan turbulen. Sebuah arus laminer yang
kecepatannya bertambah, akan menjadi aliran turbulen apabila
bilangan kritis Reynolds telah dilampaui.
2.4
Penggunaan Hidraulik
2.4.1 Jaringan Sistem Hidraulik
Jaringan hidraulik merupakan rangkaian interaksi
komponen-komponen yang untuk selanjutnya disebut sub
sistem dalam sistem hidraulik. Adapun sub sistem ini
dikelompokan dalam 4 sub sistem :
1. Sub sistem pengubah energi mekanik menjadi energi
fluida bertekanan yang mencakup :
a. Pompa hidraulik
b. Tangki (Reservoir Tank)
c. Penyaring (Filter/Strainer)
d. Fluida hidraulik
2. Sub sistem pengaturan, yang mencakup :
a. Pipa (Pipe) atau Selang (Hose)
b. Sambungan (Fitting)
3. Sub sistem pengaturan, yang mencakup :
a. Katup
pengatur
arah
(Directional
Control
Valve)
b. Katup pengatur tekanan (Pressure Control
Valve)
c. Katup pengatur debit (Flow Control Valve)
4. Sub sistem pengubah energi fluida bertekanan
menjadi energi mekanik, yang mencakup :
-. Silinder hidraulik
9
Secara umum sistem hidraulik membentuk pengubahan energi atau
penukaran energi yang terkait dalam sebuah jaringan hidraulik. Aliran
energi yang melaju melalui sebuah instalasi hidraulik, berlangsung dalam
proses sebagai berikut :
1. Penukaran energi mekanis (Mesin Diesel) menjadi
energi hidraulik melalui pompa hidraulik. Dimana
energi hidraulik dapat diartikan sebagai energi
potensial ataupun energi kinetik dari suatu medium.
2. Pemindahan energi hidraulik oleh arus fluida tekan
dari pompa melalui unsur-unsur pengatur dan unsurunsur kendali (katup-katup) ke silinder kerja.
3. Pengubahan energi hidraulik menjadi energi mekanis
melalui silinder
Unsur penghasil
Unsur pengatur arah
Katup pengarah
Unsur penyetel volume
Katup cekik
pengamanl
penyetel
Tenaga
Pembangkit tekanan
Pompa fluida
Saringan
Reservoir fluida
Gambar 2.7 : Bangunan utama sebuah instalasi hidraulik
10
2.4.2 Keuntungan dan Kerugian Hidraulik
Dalam membangun sebuh instalasi tentunya banyak
hal yang harus menjadi sebuah pertimbangan. Untuk itu
hidraulik menjadi salah satu pemilihan dalam sebuah
instalasi baik besar maupun kecil. Hal itu dapat kita lihat dari
keuntungan yang dapat diberikan oleh sebuah penggerak
hidraulik, yaitu :
1. Dapat memberikan energi (dorong = potensial) lebih
besar.
2. Tidak
terjadi
beban
bertahap/berdenyut
dan
kemampuan meredam kejut yang baik.
3. Suatu pengaturan kecepatan dan arah gerak dapat
dilaksanakan
dengan
mudah
sewaktu
dalam
pengerjaan tanpa harus menghentikan mesin.
4. Mempunyai gerak yang beraturan.
5. Mengurangi banyak keausan pada bagian-bagian
yang bergesekan dengan pelumasan sendiri.
Sementara kerugian yang dapat diderita oleh sebuah
instalasi hidraulik adalah :
1. Perubahan viskositas fluida.
2. Fluida memiliki kepekaan terhadap suhu.
3. Kehilangan daya akibat gesekan fluida.
4. Gerakan-gerakan
menghentak-hentak
yang
diakibatkan oleh:
a. Masuknya
udara
kedalam
minyak,
yang
karenanya akan lebih mudah ditekan.
b. Masuknya udara kedalam instalasi hidraulik
dan
terbentuknya
udara.
11
gelembung-gelembung
2.4.3 Komponen Hidraulik
Suatu penggerak hidraulik merupakan kumpulan
unsur-unsur
hidraulik
seperti
motor,
pompa,
silinder,
reservoir, pipa/hose, katup dan suatu zat cair.
1. Motor
Definisi sebuah motor adalah suatu jenis alat yang dapat
menghasilkan
tenaga
mekanis
sebagai
hasil
pengubahan dari suatu bentuk energi ke bentuk energi
yang lain. Dalam hal ini tenaga motor dapat dibagi
menjadi dua yaitu tenaga yang berasal dari bahan bakar
(missal bensin atau solar) dan dari listrik. Pada instalasi
hidraulik untuk kendaraan forklift, tenaga motor yang
digunakan berasal dari bahan bakar solar (mesin diesel).
2. Pompa
Didalam sistem hidraulik, pompa adalah sebagi jantung
yang berfungsi mensirkulasikan fluida kedalam sistem.
Pada dasarnya proses sirkulasi disebabkan kenaikan
tingkat
energi
didalam
pompa.
Pompa
menerima
kerja/energi dari luar yang pada umumnya dalam bentuk
momen daya dan putaran, kemudian ditransfer menjadi
tekanan dan aliran fluida.
Pada dasarnya pompa dikelompokan kedalam dua
macam, yaitu :
a. Pompa
Pemindah
Non
Positif
(Non
Positif
Displacement Pump).
Yaitu pompa yang bekerja berdasarkan tenaga
hidrodinamika
adalah :
12
atau
hidrokinetic,
contohnya
-
Pompa Sentrifugal
-
Pompa Aksial Propelar
-
Pompa Rotor Jet
b. Pompa Pemindah Positif (Positif Displacement
Pump)
Yaitu pompa yang bekerja berdasarkan tenaga
hidrostatik. Contohnya adalah :
-
Pompa Roda Gigi
-
Pompa Kipas
-
Pompa Piston Axial dan Radial
-
Pompa Ulir
3. Silinder
Pada sistem hidraulik, energi bertekanan diubah menjadi
energi mekanik berupa gerakan pada peralatan kerja.
Dalam hal ini digunakan silinder atau actuator sebagai
pengubah energi tersebut. Gerakan dari silinder dibagi
menjadi dua macam, yaitu
a. Double Acting (gerakan dua arah)
Dimana torak dapat difungsikan untuk dua kerja,
baik gaya keluar maupun gaya masuk.
Gambar 2.8 Silinder Doble Acting
13
b. Singgle Acting (gerakan satu arah)
Dimana torak hanya dapat bekerja pada satu
arah gaya saja, yaitu gaya keluar saja.
Gambar 2.9 Silinder Single Acting
4. Tangki (Reservoir)
Dalam membangun sebuah instalasi hidraulik, tangki
fluida adalah salah satu komponen sistem hidraulik yang
mempunyai fungsi sebagai berikut :
a. Sebagai tempat untuk menampung fluida kerja
bagi pompa dan menampung pengembalian
fluida
kerja
sehabis
dipakai
pada
system
hidraulik.
b. Untuk
membantu
proses
berlangsungnya
pendinginan fluida kerja secara alami.
c. Untuk melindungi fluida kerja dari kontaminasi
dan juga sebagai penetralisir adanya buih dan
gelembung yang timbul.
d. Sebagai penampung cadangan fluida untuk dapat
menggantikan fluida yang keluar dari sistem
kebocoran.
5. Pipa hidraulik
Pipa dalam sistem hidraulik berfungsi sebagai alat
pendistribusian
penghubung
dan
antara
14
sambungan
(fitting)
sebagai
komponen-komponen
hidraulik
dimana fluida hidraulik dialirkan. Adapun jenis pipa
distribusi yang banyak digunakan dalam sistem hidraulik
antara lain :
-
Pipa (Pipe), yaitu saluran fluida yang kaku,
dimana diameter luar distandarisasi untuk ulir
-
Tube, yaitu saluran fluida yang kaku, dimana
ukuran luarnya adalah diameter luar.
-
Selang (Hose), yaitu saluran yang fleksibel.
6. Katup Pengontrol
Dalam instalasi hidraulik, fungsi katup pada umumnya
adalah untuk mengontrol dan mengatur gerakan sistem
hidraulik, arah dan juga tekanan. Dimana fungsi katup ini
sangat
penting dikarenakan
sifatnya
sebagai
alat
kendali. Jenis dari katup pengontrol ada beberapa jenis,
antara lain :
1. Directional Control Valve (katup pengontrol aliran)
2. Flow Control Valve (katup pengontrol debit)
3. Pressure Control Valve (katup pengatur tekanan)
7. Media hidraulik
Media hidraulik disini berfungsi :
1. Sebagai penyimpan energi (potensial)
2. Sebagai perantara/penggerak gaya
3. Sebagai penyimpan energi lebih
Adapun syarat yang dibutuhkan oleh media hidraulik
adalah :
a. Bahan
yang
incompressible
(tidak
bisa
dipampatkan)
b. Bahan yang tidak mudah terbakar
c. Bahan yang mempunyai sifat sebagai pelarut
(terhadap air)
d. Bahan tidak beracun
15
e. Bahan mempunyai titik nyala (Flash point) yang
tinggi
f. Bahan mempunyai titik bakar (Flame point) yang
tinggi
g. Bahan tidak sebagai penimbun karat (Oksidator)
h. Bahan mempunyai sifat pelumas (Lubrican) yang
tinggi
i. Bahan mempunyai bahan pembersih (Detergent)
j. Bahan mudah/murah didapat
k. Bahan tidak mudah menguap
Untuk itu digunakan minyak hidraulik yang merupakan
media tekan yang digunakan dalam menggerakan
instalasi hidraulik. Yang pada prinsipnya suatu cairan
tekan dalam instalasi hidraulik harus menjalankan empat
macam tugas, yaitu :
1. Mengalihkan berbagai macam gaya
2. Melumasi bagian-bagian yang bergerak dalam
pompa-pompa dan hidromotor
3. Menghilangkan
kalor
yang
ditimbulkan
oleh
tekanan yang ditingkatkan
4. Meredam suara dan berbagai getaran yang
ditimbulkan oleh hentakan-hentakan tekan
16