< Previous________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________613.3.5. Diagram Dasar sebuah sirkuit hidrolikBiasanya sirkuit hidrolik tidak diperlihatkan dengan representasigrafik seperti pada gambar 3.22 dan gambar 3.23. Penampang yangsederhana diganti dengan simbul. Gambaran sebuah sirkuit hidrolik dengan simbul-simbul seperti ini disebut diagram sirkuit (circuit diagram). Diagram dan pengertian serta fungsi masing-masing alat diperlihatkan pada DIN-ISO 1219 standart Simbul-simbul akan diperlihatkan sehubungan dengan penjelasan komponen. Lihat gambar 3.24 dan 3.25.Gambar 3.24 Diagram dasar sirkuit hidrolik________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________62Gambar 3.25. Diagram sirkuit hidrolik dasar3.4. Hidrodinamika3.4.1. Fluida IdealAgar pembahasan-pembahasan yang akan kita lakukan lebih sederhana dan mudah dimengerti, maka fluida yang dimaksud dalam hal ini adalah fluida khusus yang disebut fluida ideal. Sebenarnya fluida ideal adalahsuatu model, jadi bukan suatu fluida yang sebenarnya (pada kenyataannya fluida ideal tidak ada). Bagaimana sifat-sifat model fluida ideal itu ?1.Fluida bersifat tidak kompresibelYang dimaksud tidak kompresibel adalah bahwa massa jenis fluida tidak tergantung pada tekanan. Pada umumnya, fluida (terutama gas) bersifat kompresibel, yaitu bahwa massa jenis fluida bergantung pada tekanannya. Ketika tekanan gas diperbesar, misalnya dengan memperkecil volumenya, massa jenis gas bertambah.________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________632. Aliran fluida tidak turbolenYang dimaksud aliran turbolen, secara sederhana adalah aliran yangberputar-putar, misalnya asap rokok yang mengepul merupakan aliranturbolen. Lawan dari aliran turbolen adalah aliran laminar (streamline).Gambar 3.26 Aliran laminar dan turbolen3. Aliran fluida bersifat stasioner (tunak)Pengertian stasioner di sinihampir sama dengan pengertian stasioner pada gelombangstasioner. Aliran bersifatstasioner bila kecepatan padasetiap titik sembarang selalukonstan. Ini tidak berarti bahwa kecepatan aliran fluida di titik A sama dengan di titik B. Yangdimaksud di sini adalahkecepatan aliran di titik A, selalu konstan, misalnya vA, tetapitidak harus vA = vB (lihatgambar 3.27). Gambar 3.27 Kecepatan di titik A dan B sama dalam fluida ideal4. Fluida tidak kental (non-viskos)Seperti yang telah kita bahas sebelumnya mengenai viskositas, makaadanya kekentalan fluida menyebabkan timbulnya gesekan pada fluida. Dalam fluida ideal, kita mengabaikan semua gesekan yang muncul, yang berarti mengabaikan gejala viskositas. Dengan berdasarka keempatasumsi inilah kita akan melakukan pendekatan-pendekatan untukmenentukan persmaan-persamaan gerak dalam fluida.________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________643.4.2. KontinuitasDalam subbab 3.3.3 kita mengasumsikan bahwa fluida ideal memiliki aliran yang stasioner, yaitu fluida yang mengalir melalui suatu titik tertentudengan memiliki kecepatan yang sama. Disamping itu, fluida ideal memilikialiran yang bersifat laminar (streamline). Pada gambar 3.19 ditunjukkan bagaimana bentuk aliran laminar yang stasioner, yaitu aliran asap pada terowongan uji terhadap bentuk mobil. Gambar 3.28 Garis aliran laminar yang stasioner pada pengujian desain mobilKarena aliran fluida ideal bersifatstasioner, maka kita bisa simpulkanbahwa jumlah elemen massa fluida yang melewati suatu titik tertentu selalu sama tiap satuan waktunya. Banyaknya elemen massa fluida yang melalui suatu luaspermukaan tertentu dalam waktu tertentu, sudah pasti juga sama. Inilah yang kita sebut dengan debit. Misalnya, orang menyebutkan debit air di suatubendungan adalah x liter per sekon, atau debit air dari kran adalah 0,1 liter/sekon. Rumus untuk debit Q dapat kita turunkan dengan cara berikut: Debit = ukuran banyaknya volume fluida yang mengalir per satuan waktuQ = tV''KarenaxAV' ', dimana A adalah luas penampang, danx' adalahjarak yang ditempuh fluida, maka :Q = txA''BesarantxA''=v, sehingga secara umum dinyatakan, debit Q fluida dengan kecepatan aliran v melalui pipa berpenanmpang A adalahQ = v A________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________65Pada gambar 3.29 ditunjukkansuatu fluida yang bergerak didalam suatu pipa dengan luaspenampang yang berubah dari A1 ke A2 sepanjang pipa tersebut.Pada kasus ini kita hanya akan meninjau dua lokasi, yaitu di ujung kanan dan kiri pipa. Berda-sarkankonsep aliran stasioner, kita bisa menyimpulkan bahwa banyaknyafluida yang masuk ke ujung kiripipa sama dengan banyaknyafluida yang keluar dari ujung kanan pipa.Gambar 3.29 Debit fluida dalam waktu t'Dengan demikian, dalam kasus ini massa fluida kekal. Misalkan kecepatan pada ujung kiri dalah v1 dan kecepatan pada ujung kanan adalahv2,sementara massa jenis fluida adalah ρ. Dalam waktu t' fluida di ujung kiri telah bergerak sejauhv1t'. Banyaknya massa fluida yang telah bergerak melewati ujung kiri pipa tersebut sama dengan volume yangdiraster dikalikan dengan massa jenisnya. Volume sama dengan v1t'dikalikan dengan luas permukaan A1.Vmρ '1121tAvm' 'ρKecepatan massa fluida yang mengalir melalui ujung kiri pipa adalah111Avtmρ ''Pada ujung kanan pipa, kecepatan fluida adalah v2, sedangkan massajenisnya tetap ρ karena fluidanya merupakan fluida ideal. Dalam waktu t', maka banyaknya massa yang keluar dari ujung kanan pipa yang memiliki luas permukaan A2 adalah222tAvm' 'ρKecepatan massa fluida yang mengalir melalui ujung kanan pipa adalah222Avtmρ ''Seperti telah disebutkan di depan, karena aliran fluida bersifat stasioner, maka jumlah massa fluida yang mengalir melalui kedua ujung pipa sama besar.________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________66Dengan demikian )1.3(..........tan2211221121konsvAatauAvAvAvAvtmtm '' ''ρρPersamaan (3.1) diatas disebut persamaan kontinuitas. Perhatikan bahwa persamaan ini hanya berlaku untuk fluida ideal. Dengan persamaan ini pula kita bisa menjelaskan perumpamaan : “air beriak tanda tak dalam”. Air beriak berarti bahwa air tersebut bergerak dengan kecepatan tertentu. Dengan demikian, dibandingkan dengan air yang tenang, yaitu air yangtidak bergerak, maka air yang beriak akan memiliki luas permukaan yang lebih kecil (lebih dangkal). Ingat luas permukaan di sini adalah pada bidang vertikal, bukan horizontal.3.4.3. Asas dan Persamaan BernoulliUntuk fluida yang tak bergerak, telah kita pelajari bahwa tekanan fluida sama pada semua titik yang memiliki tekanan yang sama. Bagaimanadengan fluida yang bergerak ? Ternyata, tekanan fluida yang bergerak tergantung juga pada luas permukaan, seperti ditunjukkan oleh ketinggian fluida dalam gambar 3.21.Pada gambar 3.30 (a) terlihat bahwa ketinggian dalam fluida berkurangseiring dengan semakin jauhnyagerakan fluida. Ini berarti tekananfluida berkurang seiring dengansemakin jauhnya suatu titik darisumber fluida (misalnya tangki air). Jelas bahwa sifat ini berbedadengan fluida diam. Gambar 3.30 Tekanan dalam fluida yang mengalirPada gambar 3.30 (b), tekanan fluida berkurang ketika fluida mengalir melalui pipa yang diameternya lebih kecil. Dari persamaan kontinuitas kita tahu bahwa banyaknya fluida yang mengalir melalui pipa besar dan pipa ________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________67kecil adalah sama. Oleh karena itu kecepatan aliran fluida di pipa kecil (titik B) pasti lebih besar daripada kecepatan aliran fluida di pipa yang lebih besar (titik A dan C). Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa semakin besar kecepatanfluida, semakin kecil tekanan. Sifat seperti ini dinamakan asas Bernoulli. Asas Bernoulli juga dapat ditunjukkan dengan percobaan terowongankertas dan meniup dua kertas seperti ditunjukkan pada gambar 3.31.Gambar 3.31 Terowongan kertas dan meniup dua kertasDalam sehari-hari pun, cukup banyak peristiwa yang menunjukkanberkurangnya tekanan akibat bertambahnya kecepatan pada fluida ini(asas Bernoulli). Sebagai contoh, ketika kita sedang bersepeda ataumengendarai sepeda motor, lalu tiba-tiba ada sebuah mobil yang menyalip, kita akan merasakan suatu tarikan ke samping ke arah mobil tersebut bila jarak kita dengan mobil itu cukup dekat. Inilah sebabnya, selalu dianjurkan untuk tidak menyalip kendaraan lain bila ruang jalannya terlalu sempit,karena akan menimbulkan tekanan yang tiba-tiba berkurang. Kejadian serupa juga terjadi pada balapan perahu motor dan balapan mobil.Sampai sejauh ini kita telah menemukan hubungan antara kecepatan fluida dengan luas penampang yang dilalui oleh fluida tersebut, yang pada intinya menunjukkan adanya kekekalan massa dalam aliran fluida. Secarakualitatif kita juga telah membahas hubungan antara kecepatan fluidadengan tekanan fluida. Sekarang kita akan menggabungkan kedua hasil yang telah kita peroleh tersebut dalam suatu persamaan. Konsep yangakan kita gunakan untuk menurunkan persamaan ini (nantinya disebut persamaan Bernoulli) adalah konsep kekekalan energi.Perhatikan gambar 3.32 yang menunjukkan suatu pipa berisi fluida yangmengalir dengan ketinggian dan luas penampang bervariasi. Kita tinjau ________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________68gerak fluida yang diarsir. Mula-mula keadaan fluida adalah seperti gambar yang atas, dimana elemen volume fluida pada pipa yang berdiameter A1 berada pada ketinggian y1. Setelah selang waktu tertentu, elemen volume fluida bergerak ke kanan sehingga fluida yang kita tinjau bergeser kekanan, menghasilkan suatu elemen volume fluida pada pipa yangberdiameter A2 yang berada pada ketinggian y2. Pada masing-masingpenampang A1 dan A2 bekerja gaya F1 dan F2 yang arahnya berlawanan seperti ditunjukkan pada gambar.Sekarang akan kita hitung usaha yang dilakukan masing-masing gaya F1 danF2.Dari definisi usaha sebagai gayadikalikan perpindahan, besar usahayang dilakukan gaya F1 adalah :W1= F1 1l'Sementara itu, karena arah F2berlawanan dengan arah F1, makabesar usaha yang dilakukan gaya F2 adalah :W2 = -F22l'Total usaha yang dilakukan gaya F1 dan F2 adalahW = W1 + W2 = F1 1l'- F2 2l' Gambar 3.32 Gerakan fluida pada sebuah pipaDengan menggunakan hubungan F = pA dan ,lAV' ' dimana p adalah tekanan dan A luas penampang,V' perubahan volume danl'perubahan perpindahan, makaW = F1 1l'- F2 2l' = p1A11l'- p2A22l' = p11V'- p2 2V'Sesuai dengan persamaan kontinuitas, maka V1 = V2 = V', sehinggaW = (p1 – p2) V' ……………….. (i)Persamaan inilah yang menyatakan gaya total yang dilakukan oleh gaya F1dan F2Usaha yang dilakukan oleh F1dan F2 tersebut pada akhirnya akanmengakibatkan perubahan energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki oleh fluida. Perubahan energi kinetikEK' terjadi seiring perubahan________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________69kecepatan dari v1 menjadi v2)(212121222122vvmEKmvmvEK' ''' 'Sementara itu, perubahan energi potensialEP' terjadi seiring dengan perubahan posisi fluida dari y1 menjadi y2 1222yymgEPmgymgyEP' ''' 'Perubahan energi mekanik yang dimiliki fluida EM' sama dengan )()(21122122yymgvvmEMEPEKEM'' ''' '……. (ii)Akhirnya dengan menyamakan usaha yang dilakukan oleh F1 dan F2(persamaan (i) dengan terjadinya perubahan energi mekanik (ii) diperolehW = EM' (p1 – p2)V'=)()(21122122yymgvvm'' (p1 – p2) = )()(21122122yygvmvvvm''''Kita tahu bahwa vm''=ρ, yaitu massa jenis fluida. Dengan demikian, (p1 – p2) = )()(21122122yygvvρρDengan mengelompokka besaran-besaran yang memiliki indeks yangsama, akhirnya kita peroleh persamaan222221112121vygpvygpρρρρ ……. (3.2)Persamaan inilah yang disebut persamaan Bernoulli.Sama seperti yang pernah dilakukan pada persamaan kontinuitas,________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________70persamaan Bernoulli dapat kita tuliskan sebagaitan212konsvygp ρρPerhatikan bahwa jika kita apliaksikan untuk fluida diam, yaitu v = 0,persamaan diatas menjaditankonsygp ρPersamaan ini sama dengan persamaan yang telah kita turunkan untuk fluida tak bergerak, yaitu persamaan (2.1). 3.4.4. Aplikasi Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli banyak diaplikasikan pada kehidupan manusia, mulai yang sederhana sampai yang canggih, mulai dari alat penyemprot obat nyamuk sampai pesawat terbang.Alat penyemprotPersamaan Bernoulli menyiratkan bahwa untuk fluida yang mengalirdimana perubahan energi potensialnya sangat kecil, misalnya dalam pipa horizontal, tekanan p berkurang ketika kecepatan aliran bertambah. Kita bisa menambah kecepatan fluida dengan cara memperkecil luaspenampang dimana fluida mengalir. Semakin cepat kita memperkecil luas penampang, semakin besar penurunan tekanan kita peroleh. Prinsip inilaj yang digunakan dalam berbagai alat penyemprot seperti penyemprot obat nyamuk,pylox, pengharum ruangan, penyemprot parfum, dan geretankorek api dengan bahan bakar bensin.Gaya angkat sayap pesawatAerofoil adalah alat yang didesain sedemikian rupa sehingga gerak relatif antara alat ini dengan fluida di sekitarnya menghasilkan gaya yang tegak lurus dengan arah aliran. Contoh aerofoil adalah sayap pesawat terbang dan baling-baling pada turbin. Next >