< Previous________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________71Gambar 3.33 (a) Prinsip sebuah aerofoil, (b) sayap pesawat merupakan sebuah aerofoilPada gambar 3.33(a), sebuah aerofoil dibuat sedemikian rupa sehingga aliran fluida pada bagian atas aerofoil lebih cepat dibandingkan aliran fluida pada bagian bawah. Sesuai dengan persamaan Bernoulli, tekanan fluida di bagian atas aerofoil berkurang, sedangkan tekanan fluida di bagian bawah aerofoil bertambah. Perbedaan tekanan ini akan menghasilkan suatu gaya ke atas yang tegak lurus dengan arah aliran fluida. Gaya inilah yangdisebut gaya angkat, yang berperan mengangkat pesawat terbang ke atas.Contoh lain dari aerofoil adalah layar pada sebuah kapal laut. Kapal laut dapat bergerak melawan arus karena adanya gaya yang dihasilkan oleh perbedaan tekanan antara bagian luar dan bagian dalam layar, sepertiditunjukkan pada gambar 3.34(a).Gambar 3.34 Layar pada kapal layar merupakan aerofoilAliran udara menyebabkan tekanan pada bagian dalam layar bertambah dan tekanan bagian luar layar berkurang. Akibatnya, muncul gaya pada layar yang tegak lurus dari arah angin bertiup. Gaya pada layar ini bisa kita uraikan menjadi gaya ke depan F dan gaya ke samping S. Bila gaya ke samping kita imbangi, maka total gaya pada kapal adalah ke depan,sehingga kapal bisa bergerak menentang angin.________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________723.4.5. Pengukur kecepatan aliran fluidaAlat ini mengukur kecepatan aliran fluida yang melalui pipa, disebut juga flowmeter. Dua jenis diantaranya adalah venturimeter dan tabung pitot.VenturimeterVenturimeter terdiri dari sebuahtabung horizontal dengan dua pipa vertikal yang mencatat tekananfluida yang mengalir di dua bagian pipa yang berbeda, pipa normaldan pipa yang menyempit, seperti tampak pada gambar 3.35.Gambar 3.35 Prinsip venturimeterJika tekanan dan kecepatan pada titik L adalah p1 dan v1, sedangkan pada M adalah p2 dan v2, sesuai dengan persamaan Bernoulli berlaku :2222112121vpvpρρ Factorygρ hilang karena ketinggian kedua titik sama. Sesuai dengan persamaan kontinuitas 2211AvAv Oleh karena itu, persamaan Bernoulli bias kita tuliskan dengan : )3.3(.............21)1()(21)(22222122212222121221212211AAAppvAAppvvAApvp ρρρρJika besaran-besaran A1, A2, p1, p2 danρ diketahui, kita bisamenghitung kecepatan aliran fluida di titik L dan titik M. Disamping itu, bila selisih ketinggian fluida di dalam kedua pipa vertikal bisa kita ukur, kita bisa menghitung kecepatan aliran fluida tanpa harus mengukur tekanan p1 dan p2. Perlu diingat bahwa mengukur ketinggian lebih mudah dibandingkandengan mengukur tekanan.Kita misalkan ketinggian kedua tabung vertikal adalah h1 dan h2. karena fluida dalam tabung ini tidak bergerak, maka tekanannya sama dengan________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________7311ghpρ dan22ghpρ Selisih tekanan diantara kedua tabung adalah)(2121hhgpp ρDengan memasukkan nilai p1 – p2 ke dalam persamaan (3.3), kita dapatkan :)4.3........()21(21)()(222212222221212221AAhhAgvAAhhgAv ρρTampak di sini bahwa pengukuran lebih sederhana, karena tidakmelibatkan besaran ρ, sehingga tidak perlu tahu fluida apa yang ada di dalam pipa.Tabung PitotPada sustu aliran fluida dalam sebuah pipa horizontal, berlaku persamaan Bernoulli221vpρ= konstanFaktorghρ dalam persamaan Bernoulli (persamaan 3.2) hilang karena ketinggian semua titik sama. Faktor p dalam persamaan di atas merupakan persamaan statik, sedangkan 221vpρmerupakan tekanan dinamik atau tekanan total. Dengan menggunakan persamaan Bernoulli ini kita bisamenghitung kecepatan fluida dalam satu pipa horizontal, yaitu dengan menggunakan alat yang disebut dengan tabung pitot.Pada gambar 3.36 tampak bahwa tabung pitot terdiri dari dua tabung, yaitu tabung luar (tabung statik) dan tabung dalam (tabung pitot). Kitatelah mengetahuibahwatekananfluida di S adalah tekanan statik,yaitu p, sedangkan tekanan fluida di T adalah tekanan dinamik, yaitu221vpρ Gambar 3.36 Diagram tabung pitot yang dihubungkan dengan manometer________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________74Oleh karena itu, manometer akan mengukur selisih antara kedua tekanan itu. Jadi selisih tekanan yang diukur oleh manometer ini adalah :222121vpvpρρ Selisih tekanan dalam manometer ini akan menyebabkan ketinggian zat cair dalam kedua pipa manometer berbeda sebesar h. Bila massa jenis zat cair dalam manometer adalah 'ρ, maka selisih tekanan yang terukur oleh manometer adalah .ghρDengan demikian 221vρ=gh'ρpghv'2ρ ρρghv'2 Inilah persamaan yang kita gunakan untuk mengukur kecepatan fluida dengan menggunakan tabung pitot.3.5. Fluida hidrolikFluida hidrolik yang berwujud minyak oli merupakan bagian yang sangat penting pada satu sistem hidrolik. Sesungguhnya pembahasanlengkap dari fluida hidrolik merupakan cabang ilmu pengetahuan tersendiri, dan dalam buku ini hanya akan membahas secara praktisnya saja, meliputi jenis fluida hidrolik, sifat-sifatnya, dan perawatan dalam pemilihan fluida dan penggunaannya secara tepat.3.5.1. Jenis-jenis cairan yang digunakanAda dua jenis utama cairan yang digunakan dalam sistem hidrolik: 1.Cairan berdasarkan oli mineral yang umum digunakan pada sebagianbesar sistem hidrolik dan2.Cairan anti api yang dispesifikasi untuk sistem yang digunakan di area bersuhu tinggi dan dalam industri penerbangan. Cairan Hidrolik Standard ISOCairan mineral yang dimurnikan secara khusus dispesifikasi untukpengoperasian sistem hidrolik. Cairan ini diidentifikasi sesuai standard ISO (International Standards Organisation) yang berdasarkan pada kekentalan (viskositas) rata-rata dalam centistokes 400 C. Contoh: ISOVG 46 = oli hidrolik dengan viskositas rata-rata 46 Cst @ 400C.________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________75Oli Transmisi dan Oli MesinBerbagai peralatan alat berat untuk pemindahan tanah dan pertanian akan membutuhkan spesifikasi penggunaan oli mesin dan transmisi untuk sistem mesin hidroliknya. 3.5.2. Sifat-sifat oli hidrolik dan zat aditifUntuk pengoperasian sistem hidrolik yang tepat dan terus menerus, zataditif khusus dan sejumlah aditif lainnya dicampurkan dalam oli murni. Paragraph dibawah ini menjelaskan tentang istilah-istilah yang palingumum dan zat aditif yang biasa dipakai pada fluida hidrolik.1. Kekentalan (Viskositas)Viskositas adalah ukuran kemampuan fluida hidrolik untuk mengalir.Pengujian viskositas dengan viscosimeter, kuantitas ukuran cairan yang akan diuji dipanaskan terlebih dahulu untuk menguji temperaturnya (400 C untuk cairan hidrolik) dan waktu yang dihabiskan cairan tersebut untuk mengalir melalui orifice yang telah diukur akan dicatat. Penghitunganbesaran viskositas dalam Cst (centistokes) atau SUS (kadang-kadangditulis SSU - Saybolt Universal Seconds). Satuan viskositas ini ditentukan oleh pabrik pembuat sesuai spesifikasi komponen hidrolik dan dengan berdasarkan pada kekentalannya, oli bisa diberi kadar oleh perusahaan oli itu sendiri dengan ISOVG atau dengan sistem penomoran SAE. Viskositas secara umum dianggap sesuatu yang paling penting dalam sifat-sifat fisik dari oli hidrolik, karena viskositas akan mempengaruhikemampuan untuk mengalir dan melumasi bagian-bagian bergesekan.Viskositas akan menentukan tahanan dalam fluida hidrolik untuk mengalir. Nilai viskositas suatu fluida rendah jika fluida tersebut mengalir dengan mudah, selanjutnya disebut fluida ringan atau encer. Nilai viskositas suatu fluida tinggi jika fluida tersebut mengalir sukar, selanjutnya disebut fluida berat atau kental. Jenis fluida yang dipakai dalam sistem hidrolik adalah oli.Dalam praktek pemakaiannya, memilih oli dengan viskositas tertentu adalah suatu hal yang sangat disarankan dan dianjurkan, seringkalipemilihan ini telah ditentukan oleh pembuat pompa hidrolik. Sehinggapemilihan oli dengan spesifikasi tertentu akan memenuhi sifat dankarakteristik perangkat hidrolik yang telah direncanakan. Viskositas oli yang tinggi memberikan pengisian yang baik antara celah (gap) dari pompa, katup, dan motor. Tetapi apabila nilai viskositas oli terlalu tinggi, hal ini akan memberi akibat seperti berikut di bawah.xKarena hambatan untuk mengalir besar, menyebabkan seretnyagerakan elemen penggerak (actuator) dan kavitasi pompa (udaramasuk ke pompa).________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________76xPemakaian tenaga bertambah, karena kerugian gesekan.xPenurunan tekanan bertambah melalui saluran-saluran dan katup-katup.Tetapi sebaliknya apabila viskositas oli terlalu rendah, akan mengakibatkan hal-hal:Kerugian-kerugian kebocoran dalam berlebihan.xAus berlebihan oleh karena pelumasan tidak mencukupi pada pompa dan motor.xMenurunkan efisiensi motor dan pompa.xSuhu oli naik atau bp.rtambah karena kerugian-kerugian kebocoranbagian dalam.Penentuan viskositasAda beberapa metode dalam penentuan nilai viskositas oli, dalam urutan menurun tepatnya adalah: Viskositas absolut (Poise); Viskositas Kinematik (Centistoke = cSt); Viskositas relatif (Saybolt Universai Second = SUS); dan angka koefisien SAE. Syarat-syarat viskositas fluida hidrolik (oli)cenderung untuk ditentukan dalam SUS, SAE, Viskositas kinematik (untuk SI), dan derajat Engler.Viskositas absolutDengan mempertimbangkan viskositas sebagai hambatan ketika bergerak satu lapis cairan di atas lapisan lainnya, adalah dasar metode penentuan untuk mengukur viskositas absolut. Viskositas poise ditentukan sebagai gaya per satuan luas yang diperlukanuntuk menggerakkan satupermukaan paralel pada kecepatan satucentimeter per detik melewatipermukaan paralel lainnya dipisahkan oleh lapisan fluida setebal satucentimeter (lihat Gambar 2.14 pada halaman 80).Selanjutnya dalam sistem metrik, gaya dinyatakan dalam dyne, dan luas dalam centimeter kuadrat. Dapat dinyatakan dalam cara lain, poise adalah perbandingan antara tegangan geser dan angka geser dari fluida.Tegangan geserViskositas absolut = Angka geser Dyne. detik1 poise = 1 Centimeter kuadratSatuan viskositas absolut yang lebih kecil adalah centipoise, dan 1________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________77poise = 100 centipoise atau 1 centipoise = 0,01 poise.Viskositas kinematikKonsep dasar viskositas kinematik adalah perkembangan daripenggunaan cairan untuk menghasilkan aliran melalui suatu tabung kapiler. Koefisien viskositas absolut, apabila dibagi oleh kerapatan fluidanyadisebut viskositas kinematik. Dalam sistem metrik satuan viskositas disebut Stoke dan mempunyai satuan centimeter kuadrat per detik. Biasanyadidapatkan satuan pembanding yang lebih kecil yaitu centistoke danbesarnya sama dengan seperseratus stoke.Apabila dikonversikan antara viskositas absolut dan kinematik didapatkan perbandingan : Viscositas absolut ()Viskositas kinematik (Vk) = Kerapatan (U)Dinyatakan dalam sistem SI, viskositas kinematik adalah : Dyne.detik/cm2Viskositas kinematik (Vk) = = cm2/ detik Dyne.detik2/cm4Dinyatakan sebagai satuan Stoke (S) setelah Gabriel Stoke (1819 - 1903), menemukan dasar tentang dinamika fluida.Satuan stoke adalah terlalu besar untuk jenis fluida yang digunakan dalam hidrolika industri, dan viskositas kinematik yang dinyatakan dalam satuan S1 diberikan dalam skala yang lebih kecil yaitu centistoke.Vk = mm2/detik, disebut centistoke (cSt)Apabila diturunkan dari harga viskositas absolutnya maka didapatkancentipoisecentistoke =kerapatanKlasifikasi viskositas ISO menggunakan centiStoke (cSt) dan berlakupada pengujian atau pengukuran pada suhu 40°C. Ia terdiri dari 18golongan viskositas antara 1,98 cSt sampai 1650,0cSt masing-masingditentukan oleh angka. Angka-angka itu menyatakan seluruh angkaterdekat, dan merupakan titik tengah viskositas pada golongannya (lihat Tabel 7 di halaman 78).________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________78Tabel 7 Angka viskositas ISOBeberapa kelas viskositas produk SHELL (Belanda) tidakmenyesuaikan dengan klasifikasi standar ISO. Sebagai contoh angka-angka 37, 78 dan 800 merupakan angka-angka SHELL "jenis ISO" yang telah direncanakan untuk memenuhi persyaratan viskositas tertentu yang tidak dijumpai oleh angka-angka standar ISO.Viskositas SUSUntuk tujuan-tujuan yang paling praktis, akan memberi standarviskositas fluida dalam viskositas relatif. Viskositas relatif ditentukan oleh waktu yang diperlukan untuk mengalir sejumlah fluida yang diberikanmelalui lubang lintasan standar pada suhu tertentu. Sebenarnya adabeberapa metode dalam penggunaannya, tetapi metode yang palingbanyak dan diakui di segala penjuru dunia adalah Viskometer Saybolt. (lihat Gambar 3.28).________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________79Gambar 3.37 Viscometer SayboltWaktu yang diperlukan untuk mengalir sejumlah fluida tertentumelalui lubang lintasan diukur dengan stopwatch, dan viskositas dalam Saybolt Universal Second (SUS) sama dengan waktu yang berlalu dalam lintasan itu. Fluida yang kental akan mengalir secara lambat, dan viskositas SUS akan menjadi lebih tinggi jika dibandingkan dengan zat cair yang encer yang mengalir lebih cepat. Oli menjadi lebih kental (pekat) pada suhu rendah dan menjadi encer ketika berada pada suhu tinggi, nilai viskositas harus diutamakan dalam berbagai tingkat SUS pada suhu yang bervariasi. Biasanya percobaan diiaksanakan pada suhu 100°F atau 210°F.Untuk pemakaian di industri, viskositas oli hidrolik biasanya berada di antara 150 SUS pada suhu 100°F. Aturan umum ialah viskositas tidak akan pernah berada di bawah 45 SUSatau di atas 4000 SUS, tanpamenghiraukan suhunya. Pada saat ditemui atau dijumpai, suhu ekstrim, fluida harus mempunyai indek viskositas yang tinggi (lihat grafik Gambar 3.38).________________________________3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTEKNIK ALAT BERAT_______________________________________80Gambar 3.38 Grafik indeks viscositasViskometerAlat yang dipakai untuk mengukur viskositas zat cair dinamakanviskometer. Beraneka ragam jenis viskometer yang digunakan untukmengukur viskositas oli hidrolik. Dua jenis viskometer yang umum dipakai yaitu jenis bola miring dan viskometer kapiler.Pada jenis bola miring fluida ditempatkan dalam tabung gelas, yang selalu dikontrol suhunya, yang mempunyai dua saluran kalibrasi. Boladibiarkan untuk tenggelam di dalam dan menerobos fluida. Waktu yang diperlukan bola untuk turun sepanjang jarak antara saluran-salurankalibrasinya diukur dan jarak inilah yang bertalian dengan viskositas(Gambar 3.39).Pada viskometer kapiler fluida hidrolik dituangkan melalui saluran masuk A ke dalam tabung E, tabung ini suhunya selalu dikontrol (Gambar 3.40).Kemudian dihisap melalui tabung kapiler ke benjolan D bagian tepi atas, dengan saluran ke luar C tertutup. Lubang-lubang A, B, dan Ckemudian ditutup, dan pengukurandiambil dari waktu yang diperlukan fluida untuk menetes dari L1 ke L2. Waktu yang diperlukan untuk menetes akan menentukan nilai viskositas fluida yang diukur.Next >