BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. ENERGI PADA SISTEM HIDRAULIK. Perbedaan tekanan pada sistem akam menyebabkan fluida mengalir, perbedaan ini ditimbulkan oleh pemberian energi pada fluida. Energi tersebut berupa energi potensial dan energi kinetic yang diberikan oleh pompa, yang dikopel oleh sebuah penggerak utama seperti, motor bakar dan motor listrik. Aliran yang dihasilkan ini akan dialirkan menuju actuator yang akan mengubah tekanan fluida menjadi gaya yang akan melawan beban. Energi potensial diukur dalam satuan tinggi ( m ) atau tekanan (Pa), hal ini terukur dari reservoir ke tititk masuk pompa dan grafitasi spesifik (Sg) dan fluida. Untuk fluida ari Sg bernilai 1, sedangkan fluida minyak bernilai kurang dari 1. Energi tekanan dari fluida diberikan oleh daya pompa untuk melawan beban, energi ini diperoleh dari penggerak utama yang memutar pompa. Dalam perhitungan biaya, energi inilah yang terlibat langsung dalam penentuan biaya operasional. Energi kinetic, biasanya terlibat hanya sebagian kecil saja dari keseluruhan energi total, hal ini dapat terlihat penurunan tekanan, losses aliran. Perhitungan Energi yang hilang dalam aliran bervariasi dari ukuran pipa dan kecepatan aliran. Ukuran pipa kecil dan kecepatan aliran tinggi akan menghasilkan losses yang tinggi SISTEM HIDRAULIK. Sistem diartikan sebagai rangkaian aktivitas yang lengkap ataupun beberapa operasional yang membuat sebuah siklus kerja.dalam kerja hidraulik, system terdiri dari komponen hidraulik, seperti penggerak pompa, pompa, katup, silinder hidrolik, motor dan sebuah pemipaan yang mengalirkan fluida bertekanan. 12

2 Sistem hidraulik secara umum dibagi atas 3 macam yaitu, sistem lup terbuka, lup tertutup, dan sistem servo Sistem Lup Terbuka. Pada sistem ini tidak memerlukan umpan dari keluaran kecuali kendali operator yang berada diluar sistem. Peforma system detentukan oleh karakter dari masing-masing komponen. Gambar 2.1 ini merupakan contoh dari penggunaan sirkuit lup terbuka. Gambar 2.1 Sistem Lup-terbuka Sistem lup terbuka dinilai sangat fleksible dan sederhana, sehingga tidak mengherankan sistem ini sangat luas penggunaannya, biasanya dimanfaatkan didunia permesinan, pengepresan mesin pengangkat dan kendaraan kenderaan. Keuntungan bila menggunakan sistem ini adalah minyak yang masuk sistem akan selalu segar, sehingga dapat memungkinkan untuk mendapat pendinginan yang baik, pemasangan yang sederhana pada sistem, kotoran pada minyak dapat dipisahkan pada reservoir dengan memasang dinding-dinding pemisah (saringan). Kerugian sejumlah besar minyak dalam keadaan bergerak, efisisensi volume yang kecil, motor akan berjalan beraturan bila kita pasang sebuah katup yang membatasi debit minyak, dibutuhkan reservoir yang besar. 13

3 Sistem Lup Tertutup. Sinyal keluaran digunakan untuk mengkoreksi sinyal input, hal ini akan berulang hingga mencapai kondisi yang diinginkan. Gambar dibawah ini akan menggambarkan sistem lup tertutup. Gambar 2.2 Lup Tertutup. A. Skema B. Simbol untuk pompa lepas dan motor. C. Simbol bila keduanya berada dalam satu rumah. Dalam rangkaian seperti ini minyak yang terpakai segera dihisap kembali oleh pompa tanpa berlebihan dahulu melalui reservaor. Untuk ini didalam pipa menyedot dipasang sebuak katup searah yang berfungsi untuk mencegah minyak yang berasal dari motor mengalir kembali kedalam reservoir. Sehingga reservoir berfungsi hanya untuk mengisi instalasi, begitu mesin dijalankan pompa akan menghisap minyak sebanyak minyak yang dalam system. 14

4 Keuntungan yang diperoleh dari sistem ini adalah pada instalasi ini tidak membutuhkan ruang yang besar sehingga efisiensi volumentrik tinggi, tidak bising karena hanya sedikit saja minyak yang dipompakan pada sistem tersebut, memiki jangkauan pengaturan yang besar. Kerugian sistem ini hanya sedikit minyak yang dipompakan dan mengalami penyegaran minyak yang sedikit maka minyak ini akan mengalami temperatur yang tinggi Sistem Lup- Servo Sistem keluaran ini menjadi umpan balik bagi perintah input, perbedaan yang terjadi akan menyebabkan pergerakan mekanik, hal ini akan berlangsung hingga tercapai keseimbangan perpindahan yang diinginkan. Sistem lup- tertutup dapat terlihat pada gambar skema ini. Gambar 2. 3 Sistem Lup-Servo 15

5 Pada sistem ini akan terjadi sebuah mekanisme, dimana sinyal untuk memindahkan beban akan diinput melalui servo penguat sinyal sehingga sinyal yang telah diperkuat akan dapat menggerakkan motor, motor ini berfungsi untuk mengkopel poros yang akan menghasilkan linier, gerakan ini akan memindahkan katup pengatur aliran sehingga fluida bertekanan akan masuk ke actuator liner maka beban akan berpindah sesuai perintah dari sinyal input. Pada suatu perkakas tertentu digunakan sebuah kendali servo hidraulik untuk secara otomatis meniru bentuk sebuah program tertentu, bila system ini diterapkan pada mesin memerlukan sedikit tenaga dan tekanan unutk melayani katup kendali alhasil semua kerja meniru dapat dilakukan, lebih presisi, dapat dilakukan pemilihan kecepatan sesuai keinginan yang dibutuhkan KOMPONEN HIDRAULIK. Untuk dapat mengalirkan fluida dalam sebuah sistem dan menerapkan tenaga fluida yang dihasilkan maka dibutuhkan komponen-komponen yang memiliki fungsi dan tugas masing-masing, dimana fungsi dan tugas ini haruslah dapat diintegrasikan sehingga akan terbentuk system yang menghasilkan kerja yang akan melayani beban tertentu. Komponen-komponen ini antara lain : Pompa, katup, pipa/saluran, actuator, fluida. Berikut ini merupakan pemaparan singkat mengenai komponen hidrolik yaitu: Pompa. Permulaan dari pengendalian dan pengaturan hidraulik selalu terdiri atas suatu unsur pembangkit tekanan, jadi pada umumnya yang membangkitkan tekanan tersebut adalah pompa. Dalam sebuah sistem hidraulik sebuah keuntungan besar bila komponen memiki kemampuan yang besar tapi berdimensi relatif kecil. Atas keuntungan tersebut, maka hal praktis yang dipilih adalah pompa pindahanan positif yang dipilih. Secara teoritis pompa dibagi atas beberapa macam, secara garis besar pembagian pompa dibagi berdasarkan masukan energi yang diberikan oleh pompa tersebut, berikut ini pembagian pompa secara teoritis. 16

6 POMPA Pompa Pindahan nonpositif Pompa Pindahan Positif Pompa Sentrifugal Pompa Aksial Pompa Campuran (Mixed) FIXED - Roda Gigi - Ulir - Vane - Piston VARIABEL - Vane - Piston Gambar Skema Pengelompokan Pompa. a. Pompa Pindahan Non Positif Pada pompa ini, fluida akan mendapatkan gaya sentrifugal, sehingga fluida akan mengalami kenaikan kecepatan, kecepatan yang meningkat akan menurunkan tekanan dari fluida sehingga bila tekanan danlam reservoir sebear 1 atm akan mengalirkan fluida menuju pompa. Pada pompa jenis ini pengklasifikasian dapat dilakukan berdasarkan arah aliran fluida yang keluar, pompa aksial akan menghasilkan arah fluida keluar sejajar dengan arah masuk, pompa radial akan membentuk sudut 90 0 antara aliran fluida masuk dengan fluida keluarnya, sedangkan pompa campuran akan menghasilkan sudut lebih dari 90 0 antara aliran keluar dan aliran masuknya. Berikut merupakan gambar dari pompa pindahan nonpositif. 17

7 Gambar 2.4. Pompa Pindahan NonPositiif Pada gambar diatas terlihat bahwa, fluida masuk pada saluran inlet selanjutnya fluida tadi menuju impeller, dari impeller inilah fluida mengalami kenaikan kecepatan, selanjutnya fluida akan menghanatam rumah pompa, karena rumah pompa memiliki bentuk sedemikian rupa maka aliran fluida ini akan tertuntun keluar pompa melalui saluran keluar dengan memiliki ketinggian tertentu. b. Pompa Pindahan Positif Pompa ini bekerja berdasarkan perubahan tekanan yang ditimbulkan akibat perbuahan volume. Pompa roda gigi yang merupakan salah satu pompa pindahan positif yang paling umum digunakan, hal ini karena dimensi yang dimiliki oleh pompa ini relative kecil dan pengoperasiannya yang sederhana. Pompa ini bekerja dengan cara sejumlah fluida masuk pada sisi isap ke dalam rongga-rongga roda gigi kemudian dipindahkan ke sisi tekan. Pada daerah ini fluida dicengkaram dan didesak keluar pompa, besarnya kapasitas fluida yang terpompa tergantung dari besarnya rongga-rongga gigi pada pompa tersebut. 18

8 Gambar 2.5. Pompa Roda Gigi Luar dan Pompa Roda Gigi Dalam Gambar 2.6. pompa Ulir 19

9 Dengan adanya pompa yang berbagai jenis, tentunya setiap jenis pompa memiliki keuntungan dan kerugian, untuk pemilihan pompa setiap instalasi hidrolik, diperlukan untuk memperhatikan factor berikut ini agar pemilihan pompa tepat. a. Tentukan kapasitas aliran fluida. b. Pilihlah kecepatan, arah aliran, putaran, yang mendekati criteria kebutuhan. c. Menganalisa keadaan dari sirkuit hidrolik, apakah pompa yang digunakan pindahan positif ataupun bukan. d. Tentukan tekanan sistem. e. Perhitungan akan biaya pengoperasionalan dan factor lainnya, seperti: tingkatk kebisingan, karasteristik, keausan dan jadwal pelirahan yang dapat menentukan umur pompa SILINDER HIDROLIK (AKTUATOR) Komponen ini berfungsi merubah energi fluida menjadi gerakan linier, hal ini dilakukan dengan cara mengarahkan fluida yang memiliki energi tadi menuju kesilinder hidrolik, sehingga akan timbul sebuah gaya yang akan memindahkan beban. Gaya yang dihasilkan akan berbanding lurus dengan tekanan dan luasan piston. Sehingga akan didapat sebuah persamaan sebagai berikut, F = P x A Dimana : F = gaya yang dihasilkan P = tekanan yang dihasilkan oleh fluida bertekanan A = luas penampang piston. 20

10 Sama halnya dengan pompa silinder hidrolik ini juga memiliki berbagai macam jenis dan fungsi, berikut ini merupakan pengelompokan dari silinder hidrolik. Silinder Gaya Tunggal (Single Acting) Gaya Ganda (Double Acting) Single end rod Double end rod Tandem Ram Small Rod Skema Pengelompokan Silinder Hidrolik 21

11 Silinder hidrolik terdiri atas silinder, piston, batang piston, saluran dan perapat, hal ini dapat terlihat jelas pada gambar berikut ini: Gambar 2.7. Silinder Hidrolik Piston memiliki luasan yang akan melawan tekanan fluida, luasan ini terpasang pada ujung batang piston, sedangkan ujung batang yang lainnya digunkan untuk melawan gaya dari beban. Lubang silinder, perapat dan saluran berfungsi unutk menjaga fluida agar tetap berada dalam system. Pemilihan silinder yang tepat merupakan hal sangat menentukan kerja dari sebuah system, berikut ini adalah factor yang harus diperhatikan dalam pemilihan silinder hidrolik, 22

12 Fungsi silinder Kontruksi silender Gaya yang dibutuhkan Temperatur Beban Percepatan dan perlambatan KATUP Katup hidrolik dalam sebuah sistem berfungsi untuk mengendalikan tekanan, aliran dan mengarahkan arah aliran fluida. Katup ini dapat dikendalikan oleh manusia, oleh gaya mekanik, tekanan dari fluida, maupun secara elektrik. Penggunaan pengendali dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan dari system. Katup pengendali tekanan berfungsi untuk menjaga sistem dari kelebihan tekanan, ia juga dapat berfungsi sebagai katup pengaman dalam sistem, bila tekanan yang timbul melebihi tekanan dari system hal ini akan berdampak pada rusaknya komponen lain yang tidak mampu menahan beban tekanan yang berlebihan. Fluida yang bertekanan lebih ini akan mengalir keluar sistem, dan biasanya ia akan kembali menuju ke reservoir. Gambar 2.8. Katup Pengatur Tekanan dan simbolnya 23

13 Katup ini bekerja apabila fluida yang masuk pada saluran (inlet) memiliki tekanan yang dapat melawan pegas., sehingga katup terbuka maka aliran akan menuju ke reservoir, maka sistem akan terus menjaga tekanannya pada tekanan tertentu saja. Katup pengendali arah aliran, katup ini berfungsi untuk mengarah aliran, menutup arah aliran ataupun uga untuk memulai sebuah kerja system. Dalam sebuah aplikasi yang bersifat bergerak katup pengendali ini digerakkan oleh sebuah gaya yang diperoleh dari seorang operator, sedangkan dalam dunia industri penggerak dan pengatur dari katup ini dilakukan oleh solenoid, elektrik, dan gas. Penggunaan katup servo biasanya dilakukan untuk mengatur kapasitas aliran fluida pada sistem hidrolik moderen. Gambar 2.9. Katup pengatur Arah dan Simbol Katup diatas memiliki 2 posisi dan 4 arah, artinya 2 posisi menunjukkan bahwa katup tersebut memiliki 2 macam posisi yang dapat diatur oleh pengatur, dan 4 arah artinya fluida masuk dan keluar melalui 4 arah, pada contoh ini arah-arah tersebut adalah dari pompa, menuju reservoir, saruran 1 dan saluran 2 kedua saluran ini merupakan arah aliran. Katup memiliki 2 posisi dan 4 arah, artinya 2 posisi menunjukkan bahwa katup tersebut memimiliki 2 macam posisi yang dapat diatur oleh pengatur, dan 4 arah artinya fluida masuk dan kelura melalui 4 arah, pada contoh ini arah-arah 24

14 tersebut adalah dari pompa, menuju reservoir, saluran 1 dan sarluran 2 kedua saluran ini merupakan saluran arah aliran. Katup pengatur aliran, katup ini berfungsi membatasi jumlah aliran fluida dari pompa ke actuator, katup ini juga mengatur kecepatan alir fluida menuju ke actuator linier, motor hidrolik. Karena kemampuan katup ini membatasi aliran fluida maka ia juga dapat berfungsi untuk membagi fluida menjadi beberapa aliran, sehingga sebuah urutan dari pekerjaan diselesaikan oleh katup. Gambar Katup pengatur Aliran dan Simbol. Terlihat pada gambar bahwa aliran fluida dapat diatur oleh pengaturan tekan, dan arah aliran hanya satu aliran saja FLUIDA HIDROLIK DAN PENYARINGAN Fungsi utama fluida hidraulik adalah mentransfer daya yang diperoleh oleh pompa ke system, fluida dari reservoir ini dialirkan oleh pompa ke katup dan dari katup ini pengaturan dilakukan, fluida kan mengalir kedalam actuator untuk melakukan gaya dan kerja yang terbebabani oleh system, selanjutnya fluida ini akan kembali ke reservoir. Biasanya fluida yang sering digunakan untuk system adalah minyak petroleum, glikol, fluida sintetis, emulsi. Fluida-fluida ini haruslah memiliki kondisi-kondisi yang dapat mendukung system hidrolik, beberapa kondisi yang harus dimiliki oleh fluida antara lain, Viskositas, Indeks viskositas, Foaming, kekuatan film, demulsifitas, ketahanan terhadap oksidasi, pour point. 25

15 Viskositas, factor ini menentukan kekuatan aliran fluida pada suhu tertentu, viskositas yang tinggi akan menyebabkan fluida sulit mengalir, sedangkan viskositas yang rendah kan memudahkan fluida untuk mengalir (encer) sehingga akan dapat mengalir pada tempat yang sempit. Satuan yang dipakai untuk menentukan nilai viskositas adalah SSU (Saybolt Second Universal) atau juga memakai standar SAE (Society Automovite Engineering). Misalnya SAE 10 pada temperature F mempunyai viskositas SSU. Pemilihan minyak pelumas yang memiliki tidak tepat akan menyebabkan kerugian pada system, viskositas yang tinggi akan membuat kerja pompa semakin berat, kalau terlalu encer akan mudah menyebabkan kebocoran. Indeks viskositas, indeks viskositas adalah kecepatan perubahan viskositas terhadap perubahan temperature, atau adanya tekanan terus menerus dalam system, minyak fluida yang baik adalah minyak fluida yang tetap dalam keadaan cair pada temp operasi rendah, dan masih cukup kental pada temp operasi tinggi. Foaming, timbulnya gelembung pada minyak akibat masuknya udara dalam minyak, karena adanya kebocoran pada pada bagian isap system. Minyak hidraulik yang baik harus melarutkan sejumlah udara yang tercampur didalamnya, Kekuatan film adalah kemampuan minyak untuk membentuk lapisan film yang mampu untuk mendukung beban dan mencegah terjadinya kontak langsung pada permukaan yang bergesakan sehingga mengurangi keausan. Demulsibilitas adalah kemampuan minyak untuk memisahkan diri dari air yang tercampur didalamnya. Ketahanan terhadap oksidasi adalah ketahanan minyak untuk tidak teroksidasi pada temperature tinggi. Pour point adalah kemampuan untuk menunjutkkan sifat atau kemampuan mengalir pada suhu rendah. Penyaring digunakan untuk melakukan penyaringan fluida sehingga fluida tetap dalam keadaan bershi, kotoran yang dihasilkan biasanya terjadi karena adanya 26

16 serpihan yang ditimbulkan akibat gesekan-gesekan pada system maupun pada tiaptiap komponen, penyaringan ini dilakukan dengan cara memisahkan partikel atau sepihan dari minyak dengan sebuah media yang memiliki ukuran lubang atau laluan lebih kecil dari serpihan yang terbentuk sehingga bila dialirkan melewati saringan partikel tadi akan tinggal dan terpisah dari minyak, sehingga minyak yang dialirkan akan terbebas dari kotoran, maupun partikel-partiekel yang bersifat menggangu. Agar fluida dalam keadaan bersih maka dipakai dua macam penyaringan, yaitu filter, dan strainer. Filter digunakan untuk menyaringan kotoran yang sangat halus sedangkan strainer digunakan untuk menyaring kotoran yang lebih besar disbanding yang disaring oleh filter, strainer juga dilengkapi dengan gaya magnet sehingga kotoran yang biasanya terjadi akibat gesekan komponen akan disaring dan ditarik oleh gaya magnet ini. Mengingat kerja pompa lebih berat pada sisi masuknya maka untuk memperoleh kerja maksimal dari pompa pemasangan filter sesudah pompa, sedangkan strainer dipasang pada titik sebelum pemasangan pompa, pemasangan filter dan strainer diharapkan akan mengalirkan fluida yang bersih. Gambar 2.10 St Gambar 2.11 Strainer 27

17 TANGKI HIDROLIK Setiap system hidrolik harus memiliki tempat penampungan persediaan minyak, selain untuk menyimpan minyak tangki juga berfungsi tempat pemisahan minyak dengan udara, sekaligus tempat mendinginkan minyak. Kapasitas tangki haruslah memenuhi untuk: o Menampung semua minyak yang akan mengalir ketangki karena adanya gravitasi o Menjaga agar tinggi permukaan minyak tetap berada diatas lubang hisap o Membuang panas yang berlebih selama operasi normal o Mampu memisahkan udara dan benda-benda asing lainnya yang terikut dalam minyak hidrolik. Pada umumnya tangki direncakan berkapasitas 3 kali dari kapasitas Pompa tiap menit PERAPAT lebih, Perapat berfungsi untuk menjaga atau mengisolasi antara dua bagian atau Pemilihan perapat tergantung dari: 1. Suhu kerja 2. Jenis gerakan 3. Tekanan 28

18 4. Fluida yang dipergunakan Beberapa perapat yang digunakan dalam rangkaian hidrolik adalah: Cincin O (O ring), digunakan untuk gerakan bolak balik. Berputar, atau statis. Pada poros berputar, batas tekanan maksimum adalah 500 psi dan batas kecepatan putar 200 rpm, biasanya bahan cincin O ini terbuat dari karet dan polimer. V paking Sil, banyak digunakan pada silinder hidrolik. 29