< Previous__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________31Gambar 2.15 Gaya-gaya yangbekerja pada sebuah bola yangdijatuhkan dalam fluidaDengan memilih sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka pada saat kecepatan terminal tercapai berlakuFD + FB–w = 0 ……. (i)Gaya hambat FD diberikan oleh Persamaan (2.10) yaitu FD = 6ηπRvGaya apung FB diberikan oleh persamaan (2.1) FB= ?fluida g V; dan gaya beratw = mg. Dengan demikian, persamaan diatas menjadi :6 ?π R v + ?fluida g V – mg = 0Karena V adalah volume fluida yang dipindahkan, maka V =4/3 R³.Sementara itu, massa bola bisa kita nyatakan dalam jari-jari bola R danmassa jenis bola ?bola, yaitu : M = ?bola V bola= ?bola(4/3 R³) ……… (ii)Dengan memasukkan persamaan-persamaan ini ke dalam pers (ii) diperoleh6 ? π R v + ?fluida(4/3 R³) g -?bola(4/3R³) g = 0 v fluidabolagRρρη922 …………… (2.11)Persamaan(2.11) adalah rumus yang digunakan untuk menghitungkecepatan terminal jika viskositas diiketahui. Jika yang ingin dihitung adalah viskositasnya(biasanya dilakukan dalam percobaan), maka persamaan(2.11) bisa dituliskan :__________________________________________________pengukuranTEKNIK ALAT BERAT_________________________________________32 v fluidabolagRρρη922 …………… (2.12)2.5.7. Bilangan Reynold ReAliran dapat ditentukan dengan bilangan ReynoldRe tanpa dimensi ……….(2.13)V=kecepatan aliran (m/detik)dH= diameter hidrolik (m), dengan penampang lingkaran =diameter dalam pipadH= 4 xUAA= luas penampang, U = keliling v = viskositas kinetik ( m2/detik)Re kritis ˜ 2300Nilai ini berlaku untuk pipa bundar, halus (dari segi teknik) dan lurus. Pada Re kritis bentuk aliran berubah dari laminar ke turbulen dan sebaliknya.aliran laminar Re < Re kritis aliran turbulen Re > Re kritisRe = vdvH.________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________333Prinsip-prinsip dasar hidrolikApabila seseorang yang mengoperasikan, memperbaiki, ataumerencanakan sistem tenaga fluida (salah satu contohnya sistem hidrolik) seharusnya memahami secara keseluruhan tentang fisika fluida, sifat-sifatdan perilaku fluida. Pada bab 2 telah disinggung tentang karakteristik fluida. Mekanika fluida mengkaji perilaku dari zat-zat cair dan gas dalam keadaan diam ataupun bergerak. Fluida didefinisikan sebagai zat yang berdeformasi terus menerus selama dipengaruhi tegangan geser. Pada bab ini, kita akan mengkaji prinsip-prinsip dasar hidrolik, dimana fluida baik yang diammaupun yang sedang bergerak memiliki perilaku sedemikian rupa hingga tidak terdapat gerak relatif antara partikel-partikel yang bersebelahan.Dalam kedua kondisi tersebut tidak terdapat tegangan geser pada fluida, dan satu-satunya gaya yang timbul pada permukaan-permukaan partikel disebabkan oleh tekanan. Sebelum kita mempelajari alat berat secara mendalam kita harus mempelajari terlebih dulu prinsip-prinsip dasar hidrolik.Katahidrolik(hidraulik,hydraulic) berasal dan kata Yunani “hydor” yang berarti “air”. atau “zat cair” atau “fluida cair”, bermakna semua benda atau zat yang berhubungan dengan “air”. Dahulu didefinisikan sebagai segala sesuatu yang berhubungan dengan air. Sekarang kita mendefinisikan “hidrolik” sebagai pemindahan, pengaturan, gaya-gaya dan gerakan-gerakan zatcair.Dalam hal ini cairan digunakan sebagai sarana perpindahan energi. Minyak mineral adalah cairan yang sering digunakan, tetapi dapatdigunakan pula cairan sintetis, seperti air atau emulsi minyak air.Hidromekanika (mekanika zat alir/mekanika fluida) dapat dibagi menjadi 2 : Hidrostatika: mekanika fluida /zat cair diam (teori kesetimbangan dalamcairan)Hidrodinamika : Mekanika fluida yang bergerak (ilmu aliran)Salah satu contoh dari hidrostatika adalah perpindahan gaya dalam hidrolik.Salah satu contoh dari hidrodinamika murni adalah perpindahan energi aliran di turbin-turbin pembangkit listrik tenaga air.Selain dengan sistem hidrolik, tentu ada cara lain untuk memindahkan energi seperti : roda gigi, poros mekanisme engkol dan sebagainya(mekanik),amplifier, elemen pengubah elektronik (elektronik), pemindahan seperti hidrolik dengan udara sebagai elemen transfer (pneumatik).Masing-masing mempunyai bidang penerapannya sendiri, namun dalam beberapa kasus, kita bisa memilih dari berbagai kemungkinan.________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________34Banyak alasan yang dapat dikemukakan mengapa orang memilihpengontrolan dari penggerak hidrolik.Beberapa sifat khusus sistemhidrolik:1.Gaya yang tinggi (berupa momen putar) dengan ukuran yang kompak, yaitu berupa kepadatan tenaga yang tinggi2.Penyesuaian gaya otomatik3.Dapat bergerak dari keadaan diam meskipun pada beban penuh4.Pengubahan (kontrol atau pengaturan) tanpa tingkatan dan kecepatan, momen putar (torsi), gaya langkah dan sebagainya yang dapatdilakukan dengan mudah5.Perlindungan terhadap beban berlebih yang sederhana6.Cocok untuk mengendalikan proses gerakan yang cepat dan untuk gerakan sangat lambat yang akurat.7.Penumpukan energi yang relatif sederhana dengan menggunakan gas.8.Dapat dikombinasikan dengan tranformasi yang tidak terpusat dari energi hidrolik kembali ke energi mekanik, dapat diperoleh sistempenggerak sentral yang sederhana sehingga dapat ekonomis.Fluida di dipakai untuk memindahkan energi. Pengertian energihidrolik (hydraulic power) akan dipakai secara bergantian dengan energi fluida bertekanan (fluid power), meskipun secara makna tidak berbeda. Oli mineral secara umum banyak digunakan pada sistem ini selain minyak-minyak sintetis, air atau emulsi air dan oli. Meskipun beberapa yang disebut terakhir memiliki keterbatasan-keterbatasan yang sangat berarti. Barangkali satu kelebihan yang tak dipunyai energi lain, bahwa energi hidrolik adalah salah satu sistem yang paling serbaguna dalam mengubah dan memindahkan tenaga. Terbukti dari sifat kekaku-annya, namunsekaligus mempunyai sifat kefleksibilitasannya. Dalam bentuk apapuncairan minyak hidrolik akan mengikuti bentuk yang ditempatinya pada beberapa bagian dari sistem. Setiap bagian melakukan kerja sesuaidengan ukuran yang ditempatinya, dan dapat disatukan kembali menjadi satu kesatuan. Pada halaman berikut ini disampaikan perbandingan antara energi hidrolik dengan berbagai sistem energi lain : pneumatik, elektrik, dan mekanik untuk memperjelas posisi berbagai sistem itu.________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________35Tabel 1. Perbandingan berbagai sistem energiKriteriumHidrolikPneumatikElektrik/ElektronikMekanikPembawaenergiOli(secara umum fluida)UdaraElektronPoros,batangpenghubung, sa-buk,rantai, roda dllPerpindahanenergiPipa, selang,tabung,lubangPipa, selang,tabung, lubangKabel/ bahan yang bersifat konduksiPoros, batangpenghubung, sabuk,rantai, roda dllKonversi daridan ke energi mekanikPompa,silinder, motor hidrolik (HY)Kompresor,silinder, motorpneumatik (PN)Generator, baterai, motor listrik (E),magnet, solenoid, motor induksiBesarankarakterterpentingTekanan p(30…400 bar)Debit QTekanan p(sekitar 6 bar)Debit QTegangan VArus IGaya, Torsi,kecepatan, putaranEfisiensiperpindahanenergiBaik sekali/sempurnaKompak,harga layakdg teknologi.Operasi sampai 400 bar.Merubah kegerakan linear sederhana dg silinderBaik, terbataskarenatekanannyamaksimal hanya 6 barCukup– BaikKoefisien efisiensiberat motor listrik 1/10 x dibandingmotorhidrolik.Menghubung-memutus mudahdilakukan dg switchBaik,Sebab konversi energi tak diperlukan.Keterbatasannyaterlihat padakemampu anpengontrol annyaKeakuratangerakanSempurna,sebab oli takdapatdikompresiCukup– Baik,sebab udarakompresibelSangat bervariasi.Kadang tinggikadang rendahBaik sekali,disebabkan kaitanantar komponenpastiEfisiensiCukup– Baik, kerugian volumedan gesekan selama konversitergantung pengontrolannyadengan katup-katupBaik, sepanjangenergi ini tersediasebagai energiutamaBaik, disini tak perlu proses konversi. Ada kerugian-kerugiangesekan.Kemampuanuntuk dikontrolSempurna,dengan katup-katup (dapatditingkatkanlagi dengandikombinasikan energilistrik)Sempurna,dengan katup-katup (untuktenaga yangkecil–menengah). Dpt ditingkatkan dgn energi listrikUntuk tenaga kecil : sempurna, untuk tenaga besar :cukup-baik. Dgswitch, relay,variable resistor dllCukup-Baik, melaluiperpindahan rodagigi dan sistemperpindahanmekanis bertingkatPembangkitangerakan lurusSangatmudah,menggunakansilinderSangat mudah,menggunakansilinderSedikit lebih rumit, denganmenggunakanmotor linearSederhana denganmekanisme engkol,poros pendek(spindle) dll.Hubunganpemberiansinyal darisistem hidrolik dengan sistem lainOperasipneumatikdengan katup2kontrol arahPengontrolandenganelectromagnet(solenoid, switch,swit tekanan dll.)Digerakkan ataudilepas dg pompa,motor hidrolik,silinder, gerakankatup melalui camdan lintasan.Hidrolik dapat bergerak dengan cepat pada satu bagian dan dapat dengan lambat bergerak pada bagian yang lain.Tak satupun medium________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________36energi yang dapat mengkombinasikan kesamaan derajat dari kepastian, ketelitian, fleksibilitas, yang menjaga kemampuan untuk memindahkantenaga maksimum dalam bagian yang besar dengan ukuran yangminimum.Komponen hidrolik dikenal kompak (compact), ukuran yang kecil/ringan tetapi mampu memberi tenaga yang besar.Alat berat merupakan aplikasi dari hidrolik.Hidrolik merupakanaplikasi dari mekanika fluida.Mekanika fluida merupakan aplikasi ilmufisika. Hukum-hukum fisika yang mengatur fluida cair sesederhana ilmumekanika benda padat dan lebih sederhana dibanding dengan dengan hukum-hukum yang mengatur ilmu-ilmu udara, panas, uap, gas, elektron, sinar, gelombang, magnit dan sebagainya. Dalam beberapa hal hidrolik serupa dengan pneumatik (pneumatics-ilmu yang mempelajaripemanfaatan udara bertekanan untuk perpindahan energi), terutama pada prinsip kerja dan komponen-komponennya.Oli bertekanan adalah media pemindah energi yang sehabis dipakai oleh elemen kerja (silinder atau motor hidrolik) harus dikembalikan ke penampung (reservoir atau tangki),tidak langsung dibuang ke atmosfer seperti udara bekas pada sistempneumatik.Dalam sistem hidrolik, fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya. Minyak mineral umum dipergunakan sebagai media.Dengan prinsipmekanika fluida yakni hidrostatik (mekanika fluida yang diam/statis, teori kesetimbangan dalam cairan), hidrolik diterapkan.Prinsip dasar darihidrolik adalah karena sifatnya yang sangat sederhana.Zat cair tidak mempunyai bentuk yang tetap, zat cair hanya dapat membuat bentukmenyesuaikan dengan yang ditempatinya.Zat cair pada praktiknyamemiliki sifat tak dapat dikompresi (incompressible), berbeda dengan fluida gas yang mudah dikompresi (compressible).Karena fluida yang digunakan harus bertekanan, akan diteruskan ke segala arah secara merata dengan memberikan arah gerakan yang halus. Ini didukung dengan sifatnya yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya dan tidak dapat dikompresi. Kemampuan yang diuraikan di atas akan menghasilkan peningkatankelipatan yang besar pada gaya kerjanya. Uraian yang lebih jelas akan disajikan pada bab-bab selanjutnya.Jadi, sistem hidrolik adalah suatu sistem pemindah tenaga dengan mempergunakan zat cair/fluida sebagai media/perantara.Karena sifatcairan yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya, akan mengalir ke segala arah dan dapat melewati berbagai ukuran dan bentuk. Untukmenjamin bahwa komponen hidrolik harus aman dalam operasinya, dapat dipenuhi oleh sifat zat cair yangtidak dapat dikompresi.Gambar3.1________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________37menunjukkan, apabila gaya itu di tekan ke arah silinder yang tertutup rapat maka pada silinder itupun akan terjadi tekanan di permukaan dalam.Tempat-tempat terjadinya tekanan itu tentu akan merata ke seluruh kulit dalam silinder, disebabkan sifat zat cair yang meneruskan gaya ke segala arah.Gambar 3.1 Tekanan diteruskan ke segala arahGambar 3.2 memperlihatkan dua buah silinder yang berukuran sama yang terhubung dengan pipa, kemudian silinder diisi dengan minyak oli hingga mencapai batas permukaan yang sama. Dua piston diletakkan di atas permukaan minyak oli. Kemudian salah satu piston ditekan dengan gaya W kg, tekanan ini akan diteruskan ke seluruh sistem hingga piston yang lain naik setinggi langkah ke bawah piston yang ditekan.Gambar 3.2 Zat cair meneruskan tekanan ke segala arahPrinsip inilah yang dipergunakan pada alat pengangkat hidrolik.Dengan membuat perbandingan diameter yang berbeda akan mempe-ngaruhi gaya penekan dan gaya angkat yang didapatnya.PerhatikanGambar 3.3 pada halaman berikut, bila diameter piston penekan dibuat ________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________38lebih kecil dari piston penerima beban/pengangkat beban akanmemberikan gaya tekan yang ringan tetapi gaya tekan itu akan diteruskan menjadi gaya dorong ke atas yang besar. Rumus lebih rinci dijelaskan pada bahasan pada bab-bab selanjutnya.Gambar 3.3 Perbandingan gaya pada pengungkit hidrolikHidrolik dapat dinyatakan sebagai alat yang memindahkan tenaga dengan mendorong sejumlah cairan tertentu. Komponen pembangkit fluida bertekanan disebut pompa, dan komponen pengubah tekanan fluida (atau juga sering disebut energi hidrolik, dalam hal ini misal : oli bertekanan) menjadi gerak mekanik disebut dengan elemen kerja. Prinsipnya elemen kerja akan menghasilkan gerak mekanis. Gerakan mekanis lurus (linear)dihasilkan dari elemen kerja berupa silinder hidrolik, dan gerakan mekanis putar (rotary) dihasilkan oleh elemen kerja berupa motor hidrolik. Uraianmasing-masing elemen itu akan dibahas secara rinci pada bab-babselanjutnya.Sebagai penggerak pompa hidrolik dapat digunakan motor listrik ataumotor penggerak mula. Setelah oli hidrolik dipompa pada tekanan tertentu, kemudian disalurkan ke katup kontrol arah yang bertugas mengaturkemana cairan hidrolik itu dialirkan.Diagram alir sistem hidrolik dapat dilihat pada gambar 3.4. Urutan alirandimulai dari pembangkit berupa motor listrik atau motor bakar yang menggerakkan pompa oli, pompa oli meningkatkan tekanan oli yang ditampung pada reservoir. Melalui katup kontrol hidrolik, oli bertekanan dialirkan ke pemakai berupa elemen kerja ________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________39silinder/motor hidrolik yang akan mengubah energi hidrolik itu menjadienergi gerak/mekanis.Dengan demikian urutan energinya dari motorlistrik/bakar ke silinder hidrolik berturut-turut : energi listrik/mekanis – energi hidrolik– energi hidrolik – energi mekanis.Gambar 3.4 Diagram aliran sistem hidrolikBila diperhatikan penjelasan di atas, sistemhidrolik nampak sangat sederhana, namunkomponen hidrolik tidak dapat bekerja begitu saja.Peralatan hidrolik memerlukan ketelitian gerakan, keamanan dan keselamatan, danhemat energi dalam pengoperasiannya.Seluruh persyaratan yang dituntut itu dapatdipenuhi dengan melengkapi komponen-komponen tertentu yang disebut katup-katupkontrol arah (directional control valves) yangmengatur tekanan, aliran, keamanan, maupun arah fluida oli.Jenis, fungsi, konstruksi dan sistem kerja katup-katup kontrol itu secaraterinci akan dibahas pada bab-bab selanjutnya.Bagaimana mekanisme perpindahan olihidrolik pada sistem hidrolik?Kitaikutipenjelasan melalui gambar 3.5 berikut. Olihidrolik yang ditampung dalam reservoir(2)dipompa oleh pompa hidrolik(1) pada tekanan dan debit tertentu tergantung pada beban dan kecepatan gerak beban tersebut.Semakinbesar beban yang harus di geser, diangkat, dipreskan atau ditekan padatekanan tertentu akan memerlukan tekanan yang relatif tinggi. Gambar 3.5 Skema sistem hidrolik (ke kanan).________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________40Demikian pula semakin cepat gerak perpin-dahan beban, debit (volume yang dihasikan per satuan waktu) pompa hidrolik harus semakin besar. Dengan kata lain gaya yang dihasilkan tergantung pada tekanan kerja, dan kecepatan gerak perpindahan tergantungpada debityangdihasilkan pompa, dengan ketentuan ia bekerja pada luas penampang silinder kerja yang sama.Hasil pemompaan pompa hidrolik 1 (dalam gambar ini jenis pompa roda gigi) didistribusikan ke katup kontrol arah 5 dan sebagian ke katup pengaman 3.Katup pengaman 3 berfungsi sebagai pengatur tekanan maksimum yang diinginkan. Apabila tekanan yang dihasilkan oleh pompa melebihi yang disetel pada katup pengaman tersebut, maka secaraotomatis oli hasil pemompaan akan disalurkan kembali ke reservoir.Dengan demikian tekanan penyetelan (sesuai tekanan kerja yangdiinginkan) akan selalu tercapai, dan tekanan yang melebihi akandihindarkan melalui mekanisme pembocoran pada katup pengaman.Pembahasan lebih detil tentang katup pengaman akan dibahas pada bab tersendiri.Apabila posisi katup kontrol arah seperti pada gambar 3.5, maka piston padasilinder (4.1) tertekan pada sisi sebelah kiri dan piston akan bergeser ke kanan. Kecepatan gerak pergeseran piston(beban) dapat diatur oleh katuppengatur aliran 7. Di depan piston 4.1 terdapat cairan oli yang terdorongolehnya sehingga mengalir kembali ke reservoir melewati katup kontrol arah 5. Mekanisme yang sama terjadi apabilaposisi katup kontrol arah sedemikianrupa sehingga saluran A yangmendapat tekanan sehingga piston sisi kanan tertekan maka piston (beban)akan bergerak ke kiri. Oli yang ada di sebelah kiri piston akan dikembalikan ke reservoir melalui saluran B dan katupkontrol arah 5 (amati gambar 3.6).Demikian uraian singkat tentangterjadinya gerakan beban, sederhanabukan ?Gambar3.6Skema sistem hidrolikbeban kekiriNext >