BAB II PRINSIP-PRINSIP DASAR HIDRAULIK Dalam ilmu hidraulik berlaku hukum-hukum dalam hidrostatik dan hidrodinamik, termasuk untuk sistem hidraulik. Dimana untuk kendaraan forklift ini hidraulik berperan sebagai pengalih gaya dan gerak. Fluida cair (misalnya minyak) berperan sebagai media pengubah energi. Tekanan yang ditimbulkan oleh fluida dalam silinder adalah sebagai akibat adanya perubahan energi mekanis menjadi energi hidraulik (energi potensial atau energi kinetik) melalui pompa hidraulik. 2.1 Hukum Pascal Sistem hidraulik adalah suatu sistem pemindah dengan menggunakan zat cair/fluida sebagai perantara. Adapun prinsip dasar sistem hidraulik adalah Hukum Pascal yang berbunyi Zat cair dalam ruangan tertutup dan diam mendapat tekanan, maka tekanan tersebut akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata dan tegak lurus bidang permukaan. Hal ini telah dibuktikan oleh B. Pascal (1623-1662) yang berasal dari Negara Prancis. Dan dikenal dengan Hukum Pascal, yang selanjutnya ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : F P = (N/m 2 )...( 2.1 ) A Dimana : P adalah tekanan fluida (N/m 2 ) F adalah gaya (N) A adalah luas penampang (m 2 ) 5
F F Gambar 2.1 hukum pascal Perambatan tekanan dibawah pengaruh dari suatu gaya luar ( p = F/A ) Dibawah dasar torak dicapai suatu tekanan P, yang diteruskan ke zat cair dalam bejana yang menyebar secara merata ke semua arah. Tekanan ini menyebar ke seluruh bidang dinding dan besarnya persatuan luas adalah sama, dengan sarat bobot sendiri dari zat cair bersangkutan dapat diabaikan. Tekanan balik dari zat cair bidang bawah torak pun terbagi rata. 2.2 Persamaan Kontinuitas Pada suatu aliran stasioner, debit aliran fluida tak compressible yang mengalir melalui sebuah pipa adalah luas pipa dikalikan dengan kecepatan aliran fluida. Dalam hal ini berlaku persamaan kontinuitas : ref 1 hal 73 Q = V 1 x A 1 = V 2 x A 2 = Con..( 2.2 ) Dimana : Q adalah debit aliran (m 3 /s) A adalah luas penampang (m 2 ) V adalah kecepatan aliran (m/s) 6
A S Gambar 2.2 luas penampang Volume zat cair yang mengalir pada kecepatan yang konstan Persamaan pokok yang penting ini menunjukan secara singkat hal sebagai berikut : bahwa dalam sebuah pipa, kecepatan aliran adalah berbanding terbalik dengan penampang. Sementara debit tetap sama. Kecepatan V 1 kecepatan V 2 Diameter (D) diameter (d) Gambar 2.3 Kecepatan-kecepatan aliran dalam berbagai penampang 2.3 Tipe Aliran Dalam hidraulika terdapat dua jenis aliran mantap dari fluida-fluida nyata, yaitu : a). Aliran Laminar : aliran berlangsung dalam lapisan atau dalam jalur yang beraturan. Dimana unsur-unsur zat cair yang terpisah bergerak dalam lapisan-lapisan sejajar secara beraturan. 7
Ciri-ciri dari aliran laminar adalah unsur-unsur zat cair yang terpisah bergerak dalam lapisan-lapisan sejajar secara beraturan. V mean V max V=0 Gambar 2.4 Kecepatan unsure-unsur zat cair pada aliran laminar b). Aliran Turbulen : aliran dengan pergerakan berpusar V max 1,25 V mean V max 20 V mean Gambar 2.5 Laju kecepatan dalam penampang sebuah pipa pada aliran turbulen Suatu aliran dapat dikatakan turbulen atau laminer tergantung pada : 1. kecepatanm aliran (V m ) dari zat cair 2. dimensi dalam (d) dari pipa dan saluran-saluran 3. viscositas-kinematik (v) dari zat cair Hubungan antara ketiga hal tersebut kita kenal sebagai bilangan Reynold, yang dinyatakan dengan : ( ref 2 hal 43 ) R e = V m. d/v atau...( 2.3 ) atau R e = V m. d. ρ / η Dimana : V m adalah kecepatan aliran rata-rata (m/s) d adalah diameter pipa (m) v adalah viskositas kinematik (m 2 /s) ρ adalah massa jenis fluida (Kg/m 3 ) η adalah viskositas dinamik (p a. s) 8
Dengan kata lain, sifat dari aliran dapat diuraikan dari bilangan Reynolds. Sebuah aliran dikatakan laminer jika mempunyai angka reynolds kurang dari 2320, dan bila angka Reynolds lebih dari 3000 aliran dikatakan turbulen. Sebuah arus laminer yang kecepatannya bertambah, akan menjadi aliran turbulen apabila bilangan kritis Reynolds telah dilampaui. 2.4 Penggunaan Hidraulik 2.4.1 Jaringan Sistem Hidraulik Jaringan hidraulik merupakan rangkaian interaksi komponen-komponen yang untuk selanjutnya disebut sub sistem dalam sistem hidraulik. Adapun sub sistem ini dikelompokan dalam 4 sub sistem : 1. Sub sistem pengubah energi mekanik menjadi energi fluida bertekanan yang mencakup : a. Pompa hidraulik b. Tangki (Reservoir Tank) c. Penyaring (Filter/Strainer) d. Fluida hidraulik 2. Sub sistem pengaturan, yang mencakup : a. Pipa (Pipe) atau Selang (Hose) b. Sambungan (Fitting) 3. Sub sistem pengaturan, yang mencakup : a. Katup pengatur arah (Directional Control Valve) b. Katup pengatur tekanan (Pressure Control Valve) c. Katup pengatur debit (Flow Control Valve) 4. Sub sistem pengubah energi fluida bertekanan menjadi energi mekanik, yang mencakup : -. Silinder hidraulik 9
Secara umum sistem hidraulik membentuk pengubahan energi atau penukaran energi yang terkait dalam sebuah jaringan hidraulik. Aliran energi yang melaju melalui sebuah instalasi hidraulik, berlangsung dalam proses sebagai berikut : 1. Penukaran energi mekanis (Mesin Diesel) menjadi energi hidraulik melalui pompa hidraulik. Dimana energi hidraulik dapat diartikan sebagai energi potensial ataupun energi kinetik dari suatu medium. 2. Pemindahan energi hidraulik oleh arus fluida tekan dari pompa melalui unsur-unsur pengatur dan unsurunsur kendali (katup-katup) ke silinder kerja. 3. Pengubahan energi hidraulik menjadi energi mekanis melalui silinder Unsur penghasil Unsur pengatur arah Katup pengarah Unsur penyetel volume Katup cekik pengamanl penyetel Tenaga Pembangkit tekanan Pompa fluida Saringan Reservoir fluida Gambar 2.7 : Bangunan utama sebuah instalasi hidraulik 10
2.4.2 Keuntungan dan Kerugian Hidraulik Dalam membangun sebuh instalasi tentunya banyak hal yang harus menjadi sebuah pertimbangan. Untuk itu hidraulik menjadi salah satu pemilihan dalam sebuah instalasi baik besar maupun kecil. Hal itu dapat kita lihat dari keuntungan yang dapat diberikan oleh sebuah penggerak hidraulik, yaitu : 1. Dapat memberikan energi (dorong = potensial) lebih besar. 2. Tidak terjadi beban bertahap/berdenyut dan kemampuan meredam kejut yang baik. 3. Suatu pengaturan kecepatan dan arah gerak dapat dilaksanakan dengan mudah sewaktu dalam pengerjaan tanpa harus menghentikan mesin. 4. Mempunyai gerak yang beraturan. 5. Mengurangi banyak keausan pada bagian-bagian yang bergesekan dengan pelumasan sendiri. Sementara kerugian yang dapat diderita oleh sebuah instalasi hidraulik adalah : 1. Perubahan viskositas fluida. 2. Fluida memiliki kepekaan terhadap suhu. 3. Kehilangan daya akibat gesekan fluida. 4. Gerakan-gerakan menghentak-hentak yang diakibatkan oleh: a. Masuknya udara kedalam minyak, yang karenanya akan lebih mudah ditekan. b. Masuknya udara kedalam instalasi hidraulik dan terbentuknya gelembung-gelembung udara. 11
2.4.3 Komponen Hidraulik Suatu penggerak hidraulik merupakan kumpulan unsur-unsur hidraulik seperti motor, pompa, silinder, reservoir, pipa/hose, katup dan suatu zat cair. 1. Motor Definisi sebuah motor adalah suatu jenis alat yang dapat menghasilkan tenaga mekanis sebagai hasil pengubahan dari suatu bentuk energi ke bentuk energi yang lain. Dalam hal ini tenaga motor dapat dibagi menjadi dua yaitu tenaga yang berasal dari bahan bakar (missal bensin atau solar) dan dari listrik. Pada instalasi hidraulik untuk kendaraan forklift, tenaga motor yang digunakan berasal dari bahan bakar solar (mesin diesel). 2. Pompa Didalam sistem hidraulik, pompa adalah sebagi jantung yang berfungsi mensirkulasikan fluida kedalam sistem. Pada dasarnya proses sirkulasi disebabkan kenaikan tingkat energi didalam pompa. Pompa menerima kerja/energi dari luar yang pada umumnya dalam bentuk momen daya dan putaran, kemudian ditransfer menjadi tekanan dan aliran fluida. Pada dasarnya pompa dikelompokan kedalam dua macam, yaitu : a. Pompa Pemindah Non Positif (Non Positif Displacement Pump). Yaitu pompa yang bekerja berdasarkan tenaga hidrodinamika atau hidrokinetic, contohnya adalah : 12
- Pompa Sentrifugal - Pompa Aksial Propelar - Pompa Rotor Jet b. Pompa Pemindah Positif (Positif Displacement Pump) Yaitu pompa yang bekerja berdasarkan tenaga hidrostatik. Contohnya adalah : - Pompa Roda Gigi - Pompa Kipas - Pompa Piston Axial dan Radial - Pompa Ulir 3. Silinder Pada sistem hidraulik, energi bertekanan diubah menjadi energi mekanik berupa gerakan pada peralatan kerja. Dalam hal ini digunakan silinder atau actuator sebagai pengubah energi tersebut. Gerakan dari silinder dibagi menjadi dua macam, yaitu a. Double Acting (gerakan dua arah) Dimana torak dapat difungsikan untuk dua kerja, baik gaya keluar maupun gaya masuk. Gambar 2.8 Silinder Doble Acting 13
b. Singgle Acting (gerakan satu arah) Dimana torak hanya dapat bekerja pada satu arah gaya saja, yaitu gaya keluar saja. Gambar 2.9 Silinder Single Acting 4. Tangki (Reservoir) Dalam membangun sebuah instalasi hidraulik, tangki fluida adalah salah satu komponen sistem hidraulik yang mempunyai fungsi sebagai berikut : a. Sebagai tempat untuk menampung fluida kerja bagi pompa dan menampung pengembalian fluida kerja sehabis dipakai pada system hidraulik. b. Untuk membantu proses berlangsungnya pendinginan fluida kerja secara alami. c. Untuk melindungi fluida kerja dari kontaminasi dan juga sebagai penetralisir adanya buih dan gelembung yang timbul. d. Sebagai penampung cadangan fluida untuk dapat menggantikan fluida yang keluar dari sistem kebocoran. 5. Pipa hidraulik Pipa dalam sistem hidraulik berfungsi sebagai alat pendistribusian dan sambungan (fitting) sebagai penghubung antara komponen-komponen hidraulik 14
dimana fluida hidraulik dialirkan. Adapun jenis pipa distribusi yang banyak digunakan dalam sistem hidraulik antara lain : - Pipa (Pipe), yaitu saluran fluida yang kaku, dimana diameter luar distandarisasi untuk ulir - Tube, yaitu saluran fluida yang kaku, dimana ukuran luarnya adalah diameter luar. - Selang (Hose), yaitu saluran yang fleksibel. 6. Katup Pengontrol Dalam instalasi hidraulik, fungsi katup pada umumnya adalah untuk mengontrol dan mengatur gerakan sistem hidraulik, arah dan juga tekanan. Dimana fungsi katup ini sangat penting dikarenakan sifatnya sebagai alat kendali. Jenis dari katup pengontrol ada beberapa jenis, antara lain : 1. Directional Control Valve (katup pengontrol aliran) 2. Flow Control Valve (katup pengontrol debit) 3. Pressure Control Valve (katup pengatur tekanan) 7. Media hidraulik Media hidraulik disini berfungsi : 1. Sebagai penyimpan energi (potensial) 2. Sebagai perantara/penggerak gaya 3. Sebagai penyimpan energi lebih Adapun syarat yang dibutuhkan oleh media hidraulik adalah : a. Bahan yang incompressible (tidak bisa dipampatkan) b. Bahan yang tidak mudah terbakar c. Bahan yang mempunyai sifat sebagai pelarut (terhadap air) d. Bahan tidak beracun 15
e. Bahan mempunyai titik nyala (Flash point) yang tinggi f. Bahan mempunyai titik bakar (Flame point) yang tinggi g. Bahan tidak sebagai penimbun karat (Oksidator) h. Bahan mempunyai sifat pelumas (Lubrican) yang tinggi i. Bahan mempunyai bahan pembersih (Detergent) j. Bahan mudah/murah didapat k. Bahan tidak mudah menguap Untuk itu digunakan minyak hidraulik yang merupakan media tekan yang digunakan dalam menggerakan instalasi hidraulik. Yang pada prinsipnya suatu cairan tekan dalam instalasi hidraulik harus menjalankan empat macam tugas, yaitu : 1. Mengalihkan berbagai macam gaya 2. Melumasi bagian-bagian yang bergerak dalam pompa-pompa dan hidromotor 3. Menghilangkan kalor yang ditimbulkan oleh tekanan yang ditingkatkan 4. Meredam suara dan berbagai getaran yang ditimbulkan oleh hentakan-hentakan tekan 16