BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Prinsip Dasar Hidrolik Hidrolika adalah ilmu yang menyangkut berbagai gerak dan keadaan keseimbangan zat cair. Pada penggunaan secara tekni szat cair dalam industri, hidrolika mengandung arti suatu ilmu tentang semua proses mekanis dimana berbagai gerak dan gaya dialihkan dengan bantuan zat cair. Semua instalasi hidraulik bekerja berdasarkan prinsip hidro statik atau prinsip hidro dinamik. Dalam hal yang pertama akan terjadi energi tekanan, Suatu zat cair hidraulik di ubah menjadi kerja. Zat cair ini bertindak selaku pengalih energi. Berdasarkan prinsip hidrodinamika, dimana pengalihan gaya dilakukan oleh energi aliran. Tekanan hidrolik pada ruang tertutup adalah sama kesemua arah. Pada dasar kerjanya adalah hokum pascal Zat cair dalam ruang tertutup (tidak mengalir) mendapat tekanan, maka tekanan itu akan diteruskan kesegala arah dengan sama rata dan tegak lurus pada bidang permukaannya. Gambar 2.1 Sifat fluida pada saat di beri gaya [2] Universitas Mercu Buana Page 6
2.2 Aliran Fluida Aliran umumnya mempunyai tiga arti yang berbeda: Aliran volumetrik, digunakan untuk mengukur volume fluida yang melalui sebuah titik per satuan waktu. Aliran volumetrik adalah pengukuran yang paling umum dalam kontrol proses. Aliran massa, mengukur massa fluida yang melalui sebuauh titik tiap satuan waktu. Kecepatan aliran, mengukur kecepatan linier (dalam m s -1 misalnya) ketika melewati titik pengukuran. Kecepatan aliran sangat penting dalam desain sistem hidrolik. Pressure gauge Kecepatan Rendah Kecepatan tinggi Kecepatan rendah Tekanan tinggi Tekanan rendah Tekanan tinggi Gambar 2.2 Ilustrasi perbandingan kondisi pada sistem hidrolik antara aliran dan tekanan [2] Universitas Mercu Buana Page 7
2.3 Dasar Perhitungan Hidrolik Gambar 2.3 Ilustrasi Hidrostatik [3] Sebagai dasar perhitungan hidrostatik adalah hukum Pascal. Zat cair dalam ruangan tertutup dan diam mendapat tekanan, maka tekanan tersebut akan diteruskan kesegala arah dengan sama rata dan tegak lurus bidang permukaan. Untuk menghitung gaya, tekanan atau penambahan gaya dapat digunakan rumus segitiga, yaitu: = ( = ) = ( = ) ( = ) Gaya = F (Force) = Newton Tekanan = P (Pressure) = Pa Luas Penampang = A (Area) = m 2 2.1 [3] 2.4 Instalasi Hidrolik Pada prinsipnya instalasi hidrolik terdiri atas pompa hidrolik, hidro motor, peralatan kendali dan peralatan pengatur. Secara umum instalasi hidrolik Universitas Mercu Buana Page 8
membentuk pengubah energi atau penukar energi. Aliran energi yang melaju melalui sebuah instalasi hidrolik berlangsung sebagai berikut: Penggerak (motor listrik) Pompa hidrolik Silinder motor Jalan keluar mesin Mekanis Hidrolik Hidrolik Mekanis Energi Energi Gambar 2.4 Sekema alur energi yang melaju pada instalasi hidrolik [3] Instalasi hidrolik merupakan rangkaian fluida yang terdiri atas sebuah kombinasi blok-blok yang masing-masing mempunyai fungsi khusus seperti pada gambar berikut: Penggerak (motor listrik) Pm Pengubah I Pengubah II Pm Jalan Keluar Pn Pn Aliran fluida Unsur-unsur pengatur arah katup Gambar 2.5 Sekema alur suatu daya dalam sistem hidrolik (Pn daya hidrostatic, Pm daya mekanis) [3] 2.5 Rekayasa Aliran Hidrolik Apabila beberapa motor atau cylinder dioperasikan dengan satu pompa tanpa mengendalikan alirannya sendiri maka hanya motor atau cylinder yang memerlukan tekanan paling rendah yang akan memulai putaran kerja pertama. Motor atau cylinder yang memerlukan tekanan paling rendah berikutnya yang akan bekerja hanya jika alat yang pertama telah menyelesaikan putaran kerjanya. Mode operasi seperti ini pada umumnya tidak diinginkan dan hal inilah yang Universitas Mercu Buana Page 9
menyebabkan perlunya bagi keseluruhan aliran pompa untuk dibagi menjadi beberapa aliran agar tercapai efisiensi aliran oli pada penerima aliran oli (aktuator). Hal ini bisa diperoleh dengan beberapa cara berikut ini: Katup pengatur aliran pada masing-masing motor atau cylinder terhubung. Unit dioperasikan secara seri. Dengan katup pembagi aliran untuk dua seksi. Dengan katup pembagi aliran berbagai bentuk. 2.5.1 Pembagi Aliran Tipe Spool Pada dasarnya perangkat ini variabel mengontrol tekanan aliran. Akan tetapi kontrol aliran seperti ini akan menyebabkan temperature oli meningkat karena Pembagi aliran ini tidak dirancang untuk mengontrol beban terlalu lama. Katup penyeimbang di jalur antara katup terarah dan pembagi aliran berfungsi untuk menaikan tekanan dan akan membuka aliran kembali ke tanki pada saat tekanan melebihi dari tekanan yang diizinkan. Gambar 2.6 Pembagi aliran tipe spool [4] Universitas Mercu Buana Page 10
Aliran tunggal melewati pembagi aliran tipe spool mensinkronisasikan silinder di kedua arah perjalanan. Pembagi aliran tipe spool membagi aliran untuk menjaga kecepatan silinder hampir sama. Ketika silinder bergerak, Pembagi aliran bergeser internal dan menyetarakan arus balik juga. Gambar 2.7. Pembagi aliran tipe spool diaplikasikan untuk menyinkronkan dua silinder [5] 2.5.2 Pembagi Aliran Tipe Roda Gigi Pembagi aliran tipe Roda gigi terdiri dari dua atau lebih roda gigi pada satu ruang. Semua roda gigi terhubung poros, jadi semua roda gigi berubah pada kecepatan yang sama. Semua roda gigi memiliki kesamaan inlet tetapi terpisah outlet. Keuntungan yang besar dari pembagi aliran putar di atas aliran pembagi jenis spool pada transfer energi antara bagian. Tekanan inlet Sebuah pembagi aliran jenis spool adalah selalu sama dengan tekanan tertinggi outlet. Ini berarti panas yang dihasilkan dari bawah tekanan outlet, karena cairan bertekanan mengalir ke tangki tanpa menggerakan apapun. Sebaliknya, tekanan inlet aliran Universitas Mercu Buana Page 11
pembagi roda gigi adalah rata rata jumlah dari tekanan katup kontrol. Karena ada hubungan mekanis antara bagian, kelebihan suplai energi melalui jalur ini sangat mengurangi panas. Karena motor hidrolik tidak 100% efisien, masih ada beberapa kehilangan energi dan panas di setiap pembagi aliran tipe roda gigi. outlet Inlet outlet Gambar 2.8 Konstruksi pembagi alirran tipe roda gigi [1] Pembagi roda gigi lebih efisien daripada pembagi jenis spool karena daya dari katup kontrol yang tidak terpakai dapat ditransfer secara mekanis ke bagian lain bukannya diubah menjadi panas seperti halnya dengan jenis spool. Hal ini tidak hanya mengurangi panas dalam minyak, bahkan menghemat daya input ke sistem, itu memungkinkan pompa untuk beroperasi pada tekanan rata rata yang lebih rendah, dan memungkinkan operasi yang efisien dari sistem dengan sirkuit cabang merata. Pembagi roda gigi mungkin paling efisien ketika perpindahan gabungan dari kedua bagian kira-kira sama untuk memompa perpindahan. Sebuah pembagi aliran roda gigi memiliki kemampuan unik untuk mengirimkan torsi dari satu bagian ke bagian yang lain melalui poros bersama. Pembagi aliran memompa aliran kedua arah aliran menyebabkan actuator bergerak pada waktu yang sama. Jika beban silinder memerlukan tekanan yang berbeda, pembagi aliran masih mengirimkan aliran hamper sama dengan masingmasing port. Sebuah pembagi aliran roda gigi memiliki beberapa penyingkat Universitas Mercu Buana Page 12
internal, menyebabkan bagian dengan tekanan outlet yang lebih tinggi untuk mendapat kurang dari setengah aliran. Oleh karena itu, pembagian aliran pada suatu sirkuit hidrolik hanya membutuhkan sinkronisasi nominal dengan dikontrol, jenis sinkronisasi hidrolik, selalu menjaga silinder keposisi tetap pada satu atau kedua ujung langkah. Gambar 2.9. Pembagi aliran tipe roda gigi diaplikasikan untuk menyinkronkan dua silinder [5] 2.6 Efisiensi Pembagi Aliran Tipe Roda Gigi Secara teori pembagi aliran tipe roda gigi merupakan pemindahan positif mengubah jumlah fluida hidrolik sama dengan pemindahan geometris (debit) per putaran porosnya, dan aliran keluarnya harus sebanding dengan kecepatan putar porosnya. Walau demikian aliran ke luar sebenarnya lebih kecil daripada pemindahan secara teoritis dikarenakan oleh kebocoran dalam atau selip. Universitas Mercu Buana Page 13
Angka efisiensi pembagi aliran tipe roda gigi ditentukan oleh tiga faktor yang meliputi:: Efisiensi volumetrik Efisiensi mekanik Efisiensi tenaga. Efisiensi volumetrik adalah perbandingan volume aliran yang dihasilkan terhadap volume aliran teoritis. Dan hal yang paling dominan pada penentuan efisiensi volumetrik ini adalah kebocoran-kebocoran dalam suatu sistem. Efisiensi mekanik adalah perbandingan antara keseluruhan efisiensi terhadap efisien volumetrik. Faktor yang membedakan pada jenis efisiensi ini adalah karena gesekan, keausan pada bagian-bagian yang bergerak dan bergesekan. Efisiensi tenaga adalah perbandingan antara tenaga masuk terhadap tenaga yang dihasilkan. Sehingga didapat tenaga yang dihasilkan (dikeluarkan) lebih kecil daripada tenaga yang dipakai. Dengan demikian angka efisiensinya akan lebih kecil daripada satu (100%). Efisiensi dinyatakan sebagai suatu perbandingan. Efisiensi akan berubahubah bersama kecepatan dan pembuangan. Efisiensi hidrolik: = 2.2 [1] 2.7 Simulasi Diagram Simulasi diagram adalah rangkaian berupa symbol-simbol komponen hidrolik untuk pengontrolan aplikasi yang akan dibuat. Simulasi yang dibuat menggunakan software Fluidsim. Fluidsim merupakan sebuah media pembelajaran untuk membuat simulasi rangkaian sistem pneumatic dan hidrolik yang dapat dioperasikan pada sebuah komputer yang menggunakan program microsoft windows. Fluidsim merupakan sebuah software yang dilengkapi dengan katalog mengenai berbagai macam komponen dalam pneumatic hidraulic. Universitas Mercu Buana Page 14
Misalkan saja kompresor, saklar, actuator, air control, dll. Selain katalog yang berisi nama, spesifikasi produk, dan cara kerjanya, fluidsim juga dapat dipergunakan untuk mendesain dan mensimulasikan sebuah sistem yang menggunakan pneumatic hidraulic sebagai sumber tenaga dan penggerak. Gambar 2.10 Tampilan software fluidsim pada komputer Dengan berbagai keunggulan yang dimiliki, software fluidsim juga senantiasa dikembangkan dan diupdate agar sesuai dengan perkembangan teknologi pnemuatic hidraulic yang diterapkan dalam berbagai bidang termasuk industri alat berat. Fluidsim ini adalah program yang dihasilkan oleh FESTO sebagai perusahaan termuka yang menjual alat-alat yang berhubungan dengan pneumatic. Universitas Mercu Buana Page 15