BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Perancangan Produk Dengan Metode Pahl Dan Beitz Perancangan merupakan kegiatan awal dari usaha untuk merealisasikan suatu produk untuk memenuhi kebutuhan. Setelah perancangan selesai maka kegiatan selanjutnya adalah pembuatan produk. Ada beberapa metode perancangan yang digunakan oleh perancang salah satunya adalah Metode Perancangan Pahl dan Beitz. Pahl dan Beitz mengusulkan cara merancang produk sebagaimana dijelaskan dalam bukunya; Engineering Design : A Systematic Approach. Cara merancang Pahl dan Beitz tersebut terdiri dari beberapa fase. Keempat fase tersebut adalah: 1. Perencanaan dan penjelasan tugas 2. Perancangan konsep produk 3. Perancangan bentuk produk 4. Perancangan detail Setiap fase proses perancangan berakhir pada hasil fase, seperti fase pertama menghasilkan daftar persyaratan dan spesifikasi perancangan. Hasil setiap fase kemudian menjadi masukan untuk fase berikutnya dan menjadi umpan balik unutk fase yang mendahului. 8

Perancangan detail Optimasi pembuatan Perancangan bentuk Tingkatan dan perbaikan Optimasi lay out, bentuk dan material Perancangan konsep Optimasi prinsip Perencanaan dan penjelasan produk 9 Tugas Perencanaan dan penjelasan tugas Mengembangkan daftar persyaratan Menjabarkan spesifikasi Spesifikasi Mengindentifikasi masalah-masalah utama Membuat struktur-struktur fungsi Mencari prinsip-prinsip solusi Membuat variasi konsep Melakukan evaluasi terhadap kriteria teknis dan ekonomis Konsep Mengembangkan struktur produk Menentukan bentuk awal, memilih material dan perhitungannya Memilih lay out awal yang terbaik Memperbaiki lay out Evaluasi terhadap kriteria teknis dan ekonomis Lay out awal Menentukan struktur produk Menghilangkan kelemahan dan kekurangan Memeriksa dan memperbaiki jika terjadi kesalahan Memepersiapkan daftar komponen awal dan dokumen Pembuatan produk Lay out akhir Mempersiapkan dokumen pembuatan Mengembangkan gambar dan daftar detail Menyelesaikan instruksi pembuatan Doumentasi Solusi Gambar 2.1 Diagram alur proses perancangan Metode Pahl dan Beitz (Ginting, Rosnani, Perancangan Produk, 37)

10 2.1.1 Perencanaan dan penjelasan tugas Tugas fase ini adalah menyusun spesifikasi produk yang mempunyai fungsi khusus dan karakteristik tertentu untuk memenuhi kebutuhan. Produk ini dengan fungsi khusus dan karakteristik tertentu merupakan hasil olahan dari penelitian, survey lapangan dan permintaan masyarakat. Fase pertama ini perlu dilakukan untuk menjelaskan lebih detail sebelum produk dikembangkan lebih lanjut. Pada fase ini dikumpulkan semua informasi tentang semua persyaratan atau requirement yang harus dipenuhi oleh produk dan kendala-kendala yang merupakan batas-batas produk. Hasil fase ini adalah spesifikasi produk yang dimuat dalam suatu daftar persyaratan teknis. 2.1.2 Perencanaan konsep produk Berdasarkan spesifikasi produk hasil fase pertama, dicarilah beberapa konsep produk yang dapat memenuhi persyaratan-persyaratan dalam spesifikasi tersebut. Konsep produk tersebut merupakan solusi dari masalah perancangan yang harus dipecahkan. Beberapa alternatif konsep produk dapat ditemukan. Konsep produk biasanya berupa gambar skema yang sederhana, tetapi telah memuat semua. Beberapa alternatif konsep produk kemudian dikembangkan lebih lanjut dan setelah dievaluasi. Evaluasi tersebut haruslah dilakukan beberapa kriteria khusus seperti kriteria teknis, kriteria ekonomis dan lain-lain. Konsep produk yang tidak memenuhi persyaratan-persyaratan dalam spesifikasi produk, tidak diproses lagi dalam fase-fase berikutnya, sedangkan dari beberapa konsep produk yang memenuhi kriteria dapat dipilih solusi yang terbaik. Mungkin terjadi, ditemukan beberapa konsep produk terbaik yang dikembangkan lebih lanjut pada

11 fase-fase berikutnya. Dari diagram alir cara merancang Pahl dan Beitz dapat dilihat bahwa fase perancangan konsep produk terdiri dari beberapa langkah. 2.1.3 Perancangan bentuk Dari diagram alir cara merancang Pahl dan Beitz dapat dilihat bahwa fase perancangan bentuk terdiri dari beberapa langkah, yang jumlahnya lebih banyak dari jumlah langkah-langkah pada fase perancangan konsep produk. Pada fase perancangan bentuk ini, konsep produk diberi bentuk, yaitu komponenkomponen konsep produk yang dalam gambar skema masih berupa garis atau batang saja, kini harus diberi bentuk, sedemikian rupa sehingga komponenkomponen tersebut secara bersama menyusun bentuk produk, yang dalam geraknya tidak saling bertabrakan sehingga produk dapat melakukan fungsinya. Konsep produk yang sudah digambarkan pada preliminary layout, sehingga dapat diperoleh beberapa preliminary layout. Preliminary layout masih dikembangkan lagi menjadi layout yang lebih baik lagi dengan meniadakan kekurangan dan kelemahan yang ada dan sebagainya. Kemudian dilakukan evaluasi terhadap beberapa preliminary layout yang sudah dikembangkan lebih lanjut berdasarkan kriteria teknis, kriteria ekonomis dan lain-lain yang lebih ketat untuk memperoleh layout yang terbaik yang disebut definitive layout. Definitive layout telah dicek dari segi kemampuan melakukan fungsi produk, kekuatan, kelayakan finansial dan lain-lain. 2.1.4 Perancangan detail Pada fase perancangan detail, maka susunan komponen produk, bentuk, dimensi, kehalusan permukaan, material dari setiap komponen produk ditetapkan. Demikian juga kemungkianan cara pembuatan setiap produk sudah dijajaki dan

12 perkiraan biaya sudah dihitung. Hasil akhir fase ini adalah gambar rancangan lengkap dan spesifikasi produk untuk pembuatan; kedua hal tersebut disebut dokumen untuk pembuatan produk. 2.2 Dasar-Dasar Sistem Hidrolik Sistem hidrolik adalah teknologi yang memanfaatkan zat cair biasanya oli, untuk melakukan gerakan segaris atau putaran. Sistem hidrolik merupakan suatu bentuk perubahan atau pemindahan daya dengan menggunakan media penghantar berupa fluida cair untuk memperoleh daya yang besar dari daya awal yang dikeluarkan. Dimana fluida ini dinaikkan tekannannya oleh pompa pembangkit tekanan yang kemudian diteruskan ke silinder kerja melalui pipa-pipa atau selangselang saluran. Gerakan dari piston silinder kerja yang diakibatkan tekan fluida dimanfaatkan untuk pergerakan maju mundur. 2.2.1 Kerja, Energi dan Daya Kerja atau Usaha dalam kehidupan sehari-hari adalah aktivitas yang dilakukan manusia. Dalam fisika Kerja atau Usaha memiliki definisi yang khusus. Jika suatu benda diberikan gaya konstan sebesar F dan menyebabkan benda berpindah jauh s, usaha W yang dilakukan gaya tersebut dinyatakan dengan: W = F x s (Young., dan Freedman., Fisika Universitas, 165) Dimana : F = gaya (N) s = perpindahan (m), dan W = usaha (Nm = joule) Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi terbagi menjadi yaitu energi potensial dan energi kinetik. Energi potensial timbul akibat tarikan

13 gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda. Energi potensial dinyatakan dengan: EP = mgh (Young., dan Freedman., Fisika Universitas, 194) Dimana : EP = energy potensial (joule) w = berat benda (newton) = mg m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) h = tinggi benda (m) Bentuk energi yang lainnya adalah energi kinetik. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena gerakannya. Secara umum persamaan energi kinetik dituliskan sebagai: EK = ½ mv 2 (Young., dan Freedman., Fisika Universitas, 169) Dimana : EK = energi kinetik m = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s) Daya didefinisikan sebagai kelajuan usaha atau usaha per satuan waktu. Daya dituliskan dengan persamaan sebagai berikut: P = W / t (Young., and Freedman., Fisika Universitas, 179) Dimana: P = daya (J/s atau Watt) W = usaha (Joule) t = waktu (sekon)

14 Mobil, motor, atau mesin-mesin lainnya sering dinyatakan memiliki daya sekian hp (horsepower) yang diterjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia sebagai daya kuda dengan 1 hp = 746 watt. Hidrolik dapat didefiniskan sebagai perpindahan daya. Daya Hidrolik (Hydraulic Power) adalah sama dengan laju aliran dikalikan tekanan. Berikut adalah rumus mencari daya hidrolik: Daya = Laju aliran x Tekanan Daya = Laju aliran (gpm) x Tekanan (Psi) 1714 (hp) Daya = Laju aliran (lpm) x Tekanan (bar) (kw) 600 (Parr, Andrew., Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur, 35) 2.2.2 Torsi Torsi adalah kemampuan suatu gaya menghasilkan perputaran benda terhadap suatu poros/sumbu putarnya. d Gambar 2.2 Torsi Torsi dapat dinyatakan dengan persamaan: T = F x d (Young., dan Freedman., Fisika Universitas, 291) F Dimana: T = Torsi (Nm) F = Gaya (N)

15 d = Jarak (m) Dalam sistem imperial, satuannya adalah lbf.ft, sedangkan dalam sistem metrik satuannya adalah kgf m atau kgf cm, dan dalam SI satuannya adalah Nm. 2.2.3 Aliran (Flow) Aliran dalam sistem hidrolik dihasilkan dari (Pompa Perpindahan Positif) Positive Displacement Pump. Hal ini berbeda dari Centrifulgal Pump, yang bukan perpindahan positif. Ada tiga prinsip penting yang harus dimengerti tentang Aliran dalam sistem hidrolik, yaitu: 1. Prinsip satu: Aliran menghasilkan gerakan. Untuk pergerakan apapun dalam sistem hidrolik, aktuator harus disuplai oleh aliran. Seperti pada gambar di bawah, silinder akak tertarik dan memanjang hanya jika ada aliran masuk ke saluran B. pergeseran katup control arah akan mengirimkan aliran baik untuk memperpanjang atau menarik kembali silnder. 2. Prnsip dua: Laju aliran menentukan kecepatan. Laju aliran biasanya ditentukan gpm. Gpm ditentukan oleh pompa hidrolik. Merubah aliran output pompa akan merubah kecepatan aktuator. 3. Prinsip tiga: Dengan laju aliran tertentu, perubahan volume aktuator akan merubah kecepatan aktuator. Dengan volume yang kecil, siklus aktuator akan lebih cepat. Misalnya, ada volume yang mengecil pada saat silinder tertarik, karena batang silinder menempati ruang.

16 Gambar 2.3 Sistem Hidrolik s Gambar 2.4 Silinder hidrolik dengan aksi mendorong Laju aliran pada gambar di atas adalah: Waktu = Laju aliran Luas penampang x Langkah piston (s) piston (A) (Parr, Andrew., Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur, 35)

17 s Gambar 2.5 Silinder hidrolik dengan aksi menarik Waktu = Laju aliran (Luas penampang piston (A) - Luas penampang poros (P)) x Langkah piston (s) (Parr, Andrew., Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur, 35) Dapat dilihat bahwa waktu yang dibutuhkan antara pada saat silinder mendorong dan menarik, waktu yang dibutuhkan pada saat silinder bekerja menarik lebih sedikit daripada saat mendorong. 2.2.4 Tekanan Tekanan adalah gaya per satuan luas bidang yang ditekan secara tegak lurus. Tekanan dapat dirumuskan sebagai berikut: P = F A (Parr, Andrew., Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur, 16) Dimana : P = tekanan (N/m 2 ) F = gaya (N) A = luas penampang (m 2 ) Prinsip dasar sistem hidrolik berasal dari hukum pascal, dimana tekanan dalam fluida statis harus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

18 1. Tekanan bekerja tegak lurus pada permukaan bidang. 2. Tekanan di setiap titik sama untuk semua arah. 3. Tekanan yang diberikan kesebagian fluida dalam tempat tertutup, merambat secara seragam ke bagian lain fluida. Gambar di bawah memperlihatkan dua buah silinder dengan diameter yang berbeda. Apabila sebuah gaya sebesar F diberikan ke silinder kecil, tekanan P yang dihasilkan akan diteruskan ke silinder yang lebih besar dan tekanan pada silinder kecil dan silinder besar adalah sama. F1 F2 A2 A1 Gambar 2.6 Dua buah silinder yang berbeda luas penampangnya (Parr, Andrew, Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur, 17) F1 P = = A1 F2 A1 (Young., dan Freedman., Fisika Universitas, 427) Dimana : P = Tekanan (N/m 2 ) F1 = Gaya yang bekerja pada silinder kecil (N) F2 = Gaya yang bekerja pada silinder besar (N) A1 = Luas penampang silinder kecil (m 2 ) A2 = Luas penampang silinder besar (m 2 )

19 Tekanan dalam hidrolik terjadi karena ada tahanan pada aliran. Pompa hidrolik menghasilkan aliran bukan tekanan, jika ada tahanan terhadap fluida yang dialirkan maka akan menghasilkan tekanan. Seperti contoh pada gambar di bawah, pada sebuah dongkrak hidrolik, beban sepeda motor yang diangkat merupakan tahanan dan menghasilkan tekanan pada aliran fluida. Gambar 2.7 Silinder hidrolik yang bekerja mengangkat beban Pressure Drop atau Penurunan Tekanan adalah tekanan yang tidak langsung digunakan untuk menghasilkan kerja. Tekanan itu adalah tekanan yang dibutuhkan untuk mendorong cairan hidrolik melalui konduktor ke aktuator. 2.2.5 Fluida Fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan yang menyesuaikan diri dengan bentuk wadah tempatnya. Bila berada dalam keseimbangan, fluida tidak

20 dapat menahan gaya tangensial atau gaya geser. Semua fluida memiliki suatu derajat kompresibilitas dan memberikan tahanan kecil terhadap perubahan bentuk. Fluida dapat digolongkan ke dalam cairan atau gas. Perbedaan-perbedaan utama dari cairan dan gas adalah; 1. Cairan praktis tak kompresibel, sedangkan gas kompresibel 2. Cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai permukaan-permukaan bebas sedangkan gas dengan massa tertentu mengembang sampai mengisi seluruh bagian wadah dan tempatnya. Fluida dapat dikarakteristikkan sebagai; Fluida Newtonian dan Fluida Non-Newtonian. Fluid newtonian yang memiliki kurva tegangan/regangan yang linier. Contoh umum dari fluida yang memiliki karakteristik ini adalah air. Keunikan dari fluida newtonian adalah fluida ini akan terus mengalir sekalipun terdapat gaya yang bekerja pada fluida, karena viskositas dari suatu fluida newtonian tidak berubah ketika terdapat gaya yang bekerja dan hanya tergantung pada temperatur dan tekanan. Sedangkan fluida non-newtonian adalah fluida yang viskositasnya mengalami perubahan jika terdapat gaya yang bekerja pada fluida tersebut.

Tegangan 21 y Zat Cair Ideal τ du/dz Cairan Ideal Gradien kecepatan du / dz x Gambar 2.8 Grafik tegangan geser fluida (Sumber : L. Streeter, Victor & Wylie, Benjamin., Mekanika Fluida, 9) Viskositas atau kekentalan suatu fluida adalah sifat yang menentukan besar daya tahannya terhadap gaya geser. Kekentalan terutama diakibatkan oleh saling pengaruh antara molekul-molekul fluida. Untuk fluida-fluida biasa seperti air, minyak, bensin dan udara, tegangan dan laju regangan geser dapat dikaitkan dengan suatu hubungan dalam bentuk: τ = μ du dy (L. Streeter, Victor & Wylie, Benjamin., Mekanika Fluida, 9) Dimana : τ = tegangan geser μ = viskositas du/dy = perubahan sudut atau kecepatan sudut

22 dimana konstanta kesebandingannya disimbolkan dengan huruf Yunani μ (mu) dan disebut sebagai viskositas mutlak, viskositas dinamik, atau viskositas saja dari fluida tersebut. Dalam sistem satuan SI, tegangan geser dinyatakan dalam N/m 2 dan gradien kecepatan adalah dalam (m/det)/m maka satuan dari viskositas dinamik adalah: N/m 2 N/det μ = = = kg/m.det (m/det)/m m 2 (R. Munson, Bruce., F. Young Donald.,& H. Okiishi, Theodore., Mekanika Fluida, 25) Gambar 2.9 Grafik kekentalan dinamik beberapa fluida (http://www.scribd.com/doc/230224971/isi-hidraulik#scribd)

23 Perbandingan antara kekentalan dinamik dan kerapatan disebut kekentalan kinematik, dirumuskan: μ kg ν = = = ρ m.det.kg/m 3 m 2 /det (R. Munson, Bruce., F. Young Donald.,& H. Okiishi, Theodore., Mekanika Fluida, 25) Viskositas kinematik dari cairan sangat dipengaruhi oleh temperatur, begitu juga viskositas dinamik. Berikut adalah tabel dan grafik dari kekentalan kinematik dari beberapa jenis fluida. Suhu C ( F) Tabel 2.1 Kekentalan kinematik dari beberapa jenis fluida Kerapatan relatif Air Pelarut Komersil Karbon Tetrakhlorida Kekentalan Kinematik Kerapatan relatif Kekentalan Kinematik Kerapatan relatif Kekentalan Kinematik Minyak Pelumas Menengah Kerapatan relatif Kekentalan Kinematik m 2 /det m 2 /det m 2 /det m 2 /det 4.4 (40) 1.000 1.550 0.728 1.50 1.621 0.752 0.905 443 10 (50) 1.000 1.311 0.725 1.37 1.608 0.697 0.900 260 15.6 (60) 0.999 1.130 0.721 1.27 1.595 0.650 0.896 175 21.1 (70) 0.998 0.984 0.717 1.17 1.582 0.604 0.891 116 26.7 (80) 0.997 0.864 0.713 1.09 1.569 0.564 0.888 87.4 32.2 (90) 0.995 0.767 0.709 1.02 1.555 0.520 0.885 64.1 37.8 (100) 0.993 0.687 0.705 0.96 1.542 0.492 0.882 45.7 43.3 (110) 0.991 0.620 0.702 0.89 1.520 0.465 0.874 34.8 48.9 (120) 0.990 0.567 0.866 27.2 65.6 (150) 0.980 0.441 0.865 15.0 (V. Giles, Ranald., Mekanika Fluida dan Hidraulika, cetakan ke-2, 257) 2.2.6 Komponen komponen sistem hidrolik beserta simbolnya Pada umumnya sistem hidrolik didukung oleh 3 komponen utama, yaitu: 1. Unit Tenaga (Power), berfungsi sebagai sumber tenaga. Pada bagian ini, unit tenaga terdiri atas: Penggerak awal berupa motor listrik atau motor bakar. Pompa hidrolik, putaran dari penggerak awal diteruskan oleh sebuah mekanisme pemindah putaran sehingga pompa hidrolik dapat bekerja.

24 Tangki hidrolik, berfungsi sebagai penampung cairan hidrolik. Komponen tambahan lainnya, berupa pressure gauge, relive valve dll. 2. Unit Penggerak (Actuator), berfungsi mengubah tenaga fluida menjadi tenaga mekanik, Actuator Hidrolik dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu: Penggerak Lurus (Liner Actuator): Silinder Hidrolik. Penggerak Putar : Motor Hidrolik, Rotary Actuator. 3. Unit Pengatur, berfungsi sebagai pengatur gerak sistem hidrolik. Unit ini biasanya diwujudkan dalam bentuk katup atau valve yang macammacamnya adalah sebagai berikut: Katup Pengarah (Directional Control Valve = DCV) Katup Pengarah Khusus (Check Valve, Pilot Operated Check Valve, Pressure Regulator Valve dan Flow Control Valve). Setiap komponen-komponen hidrolik memiliki symbol-simbolnya masing untuk memudahkan dalam penggambaran sistem dan perancangan. Di bawah ini adalah table yang menjelaskan symbol-simbol dalam sistem hidrolik.

25 Tabel 2.2 Simbol komponen-komponen hidrolik No Simbol Nama dan Keterangan Simbol 1 Garis lurus berkesinambungan sebagai garis kerja, suplay aliran atau aliran listrik 2 Garis putus-putus yang menjelaskan saluran pembuangan 3 Garis fleksibel menjelaskan rumah komponen terhubung dengan bagian yang bergerak 4 Garis persimpangan menjelaskan ada loop yang melintas 5 2 arah aliran listrik atau fluida yang terhubung 6 Tangki yang berfungsi sebagai penampun dan tidak mempunyai saluran 7 Tangki penampung yang memiliki tekanan pada fluidanya 8 Tangki penampung yang memiliki saluran kembali yang letaknya pada bagian atas tangki 9 Tangki penampung yang memiliki saluran kembali sampai pada permukaan dasar tangki 10 Pompa hidrolik yang mempunyai satu aliran energi fluida keluar dari pompa 11 Pompa hidrolik jenis pompa variable atau aliran fluida bisa diatur tanpa merubah kecepatan poros 12 Simbol kontrol dengan energi yang terhubung sebuah pegas yang dapat disetel menunjukan bahwa pompa tersebut adalah pompa yang tekanannya dikompensasikan 13 Beberapa mempunyai saluran pembuangan internal yang kembali ke tangki penampung 14 Pompa yang mempunyai 2 keluaran aliran energi fluida 15 Flow control valve dengan lubang orifice yang tetap 16 Flow control valve dengan lubang orifice yang bisa disetel 17 Flow control valve yang mempunyai tekanan 18 Flow control valve dengan check valve

26 Lanjutan Tabel 2.2 Simbol komponen-komponen hidrolik No Simbol Nama dan Keterangan Simbol 19 Directional Control Valve (Katup Kontrol Arah) 20 Pressure Valve dengan saluran primer dan sekunder 21 Pressure Valve dengan pegas yang dapat disetel 22 Check Valve 23 Motor Penggerak 24 Motor Penggerak Bi-Directional atau Reversible 25 Motor Penggerak yang mempunyai saluran pembuangan ke Tangki Penampung 26 Cylinder Hydraulic Single Action 27 Cylinder Hydraulic Double Action 28 Cylinder Hydraulic Double Rod 29 Saringan Oli (Filter ) 30 Saringan Oli (Filter) yang mempunyai saluran by pass 31 Heat Exchanger (Heater ) 32 Heat Exchanger (Cooler ) 33 Heat Exchanger dengan pengatur temperatur

27 2.3 Motor Penggerak Sebagai penggerak pompa hidrolik biasa digunakan motor listrik atau motor bakar. Motor mengubah energi listrik atau kimia menjadi energi mekanik namun dalam prosesnya energi yang dihasilkan tidak semuanya diubah menjadi energi baru ada yang hilang karena panas sehingga effesiensi motor tidak bisa mencapai 100 %. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah: 1. Usia 2. Kapasitas 3. Kecepatan 4. Jenis 5. Suhu 6. Beban Gambar 2.10 Penggambaran energi yang hilang (http://digilib.its.ac.id/public/its-undergraduate-10424-presentation.pdf) Motor listrik merupakan suatu peralatan perubah energi elektromagnetik yang fungsinya didasari atas gaya yang diberikan antara arus listrik yang masuk dengan medan magnet yang ditimbulkan. Karena prinsip fungsi tersebut, maka umumnya motor listrik memiliki efisiensi yang sangat tinggi. Persamaan efisiensi motor adalah sebagai berikut: Daya Output Efisiensi = x 100% Daya Input (http://trikueni-desain-sistem.blogspot.com/2013/09/menghitung-arus-motor-ac.html)

28 Untuk motor bakar biasanya efisiensi yang dihasilkan berkisar 75% - 90% dan persamaan efisiensi untuk motor bakar adalah sebagai berikut: Qin - Qout Efisiensi = x 100% Qin (Sumber : http://helmidadang.wordpress.com/2012/02/14/efisiensi-motor-bakar/) Dimana : Qin = Panas yang masuk Qout = Panas yang keluar Motor penggerak pada sistem sangat penting karena menjadi sumber tenaga untuk memutarkan pompa. Untuk instalasi sistem hidrolik sangat penting untuk menentukan daya motor yang akan digunakan agar sistem dapat bekerja dengan efektif dan efesien. Cara menentukan besarnya daya motor yang akan digunakan untuk instalasi sistem hidrolik adalah sebagai berikut: Daya Motor = Laju Aliran x Tekanan Pompa 600 (Parr, Andrew., Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur, 35) Dimana : Daya Motor dalam satuan kw Laju Aliran dalam satuan liter/menit Tekanan pompa dalam satuan bar atau kgf/cm 2 2.4 Pompa Hidrolik Pompa hidrolik berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik. Pompa hidrolik bekerja dengan cara menghisap oli dari tangki hidrolik dan mendorongnya kedalam sistem hidrolik kedalam sistem hidrolik dalam bentuk aliran. Aliran fluida/oli ini yang dimanfaatkan dengan car mengubahnya menjadi tekanan. Tekanan dihasilkan dengan cara menghambat aliran oil dalam sistem

29 hidrolik. Hambatan ini disebabkan oleh orifice, silinder, motor hidrolik, dan actuator. 2.4.1 Jenis-jenis pompa hidrolik Ada beberapa jenis pompa hidrolik yang digunakan menurut cara kerjanya dan menurut output yang dihasilkan, berikut adalah klasifikasi pompa hidrolik: 1. Non Positive Displacement Rotodinamic Pump 2. Positive Displacement Pump Fixed Displacement Pump 1. External Gear Pump 2. Internal Gear Pump 3. Balanced Vane Pump 4. Radial Piston Pump Variable Displacement Pump 1. Centrifugal Pump 2. Peripheral Pump 2.4.2 Pemilihan Pompa Hidrolik Pompa hidrolik sangat penting peranannya dalam sistem hidrolik untuk itu pemilihan pompa yang tepat pada sistem hidrolik harus diperhitungkan. Hal-hal yang harus diperhatikan sebelum memilih pompa adalah; 1. Tekanan maksimum dalam sistem untuk menghasilkan gaya yang cukup pada aktuator. 2. Aliran rata-rata yang diperlukan. 3. Kesesuian operasi

30 4. Pemeliharaan yang ringan 5. Memilih pompa berdasarkan dasar dari aplikasi (gear, vane atau piston) 6. Perhitungan daya pompa sebelumnya harus diketahui agar tidak terjadi kekeliruan dalam perhitungan. Daya pompa dapat dihitung dengan menggunakan rumus; Dimana : P = H p. γ.q s (Sularso., & Tahara, Haruho. Pompa & Kompresor, 53) H p = Head Pompa γ = Berat Jenis Fluida Q s = Kapasitas Silinder 2.4.3 Perbandingan Beberapa Jenis Pompa Untuk mengetahui perbandinga beberapa jenis pompa dapat dilihat dari tabel di bawah ini; Jenis Pompa Tabel 2.3 Perbandingan beberapa jenis pompa Tekanan Kapasitas (Liter/menit) Kecepatan Maksimum (rpm) (Sumber : http://www.scribd.com/doc/230224971/isi-hidraulik#scribd) Efisiensi (kgf/cm 2 ) Roda Gigi 20-210 7-570 1800-7000 75-90 Piston Axial 70-350 2-1700 600-6000 85-95 Piston Radial 50-250 20-700 700-8000 80-92 2.5 Silinder Hidrolik (Hydraulic Cylinder) Silinder hidrolik adalah sebuah actuator mekanik yang mengasilkan gaya searah melalui gerakan yang searah. Alat ini menjadi suatu bagian utama dari sistem hidrolik selain pompa dan motor hidrolik. Silinder hidrolik mendapatkan gaya dari cairan hidrolik bertekanan. Di dalam silinder hidrolik terdapat piston

31 yang terhubung dengan rod yang dapat bergerak maju dan mundur bergantung pada sisi mana yang diisi oleh cairan hidrolik bertekanan. Besarnya tekanan yang digunakan berbeda pada kedua sisi silinder, bergantung pada beban, luas penampang silinder dan sisi rod-nya. Gambar 2.11 Bagian-bagian silinder hidrolik 2.5.1 Bagian-Bagian Dari Silinder Hidrolik: 1. Silinder Barel Bagian ini menjadi sisi terluar dari silinder hidrolik yang posisinya didesain diam. Proses permesinan pada sisi dalamnya didesain presisi sesuai dengan komponen lain. 2. Piston Bagian ini berada pada sisi dalam barel yang berfungsi untuk memisahkan antara kedua sisi ruang silinder. Berkontak langsung dengan fluida hidrolik dan memiliki luas penampang tertentu. Luas penampang inilah yang mengubah tekanan hidrolik menjadi gaya tertentu yang besarnya sesuai dengan rumus umum.

32 3. Piston Rod Bagian yang berbentuk silinder memanjang ini salah satu ujungnya terkoneksi langsung dengan piston, dan sisi lainnya terkoneksi dengan peralatan lain yang digerakkan. Bagian inilah yang meneruskan gaya yang timbul akibat tekanan fluida hidrolis ke alat lain yang terhubung. 4. Sistem Seal/Gland Beberapa bagian dari silinder hidrolik terpasang sistem seal yang umumnya berbahan karet, untuk mencegah kebocoran fluida hidrolik. Pada sisi piston terpasang seal untuk mencegah fluida kerja berpindah dari sisi satu ke yang lainnya, sehingga dapat mengganggu kerja silinder hidrolik. Pada sisi piston rod terpasang sistem seal yang fix pada sis barel sebelah dalam untuk mencegah kebocoran fluida hidrolik yang berada pada ruang sisi piston rod. 2.5.2 Menghitung Kecepatan Silinder Kecepatan silinder perlu dihitung untuk mengetahui lamanya silinder bekerja, rumusnya adalah sebagai berikut; v = Q A (Parr, Andrew., Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur, 42) Dimana : Q = Debit aliran (m 3 /s) v = Kecepatan silinder (m/s) A = Luas penampang silinder hidrolik (m 2 )

33 2.6 Directional Control Valve (Katup Kontrol Arah) Directional Control Valve atau Katup Kontrol Arah berfungsi untul mengontrol atau mengarahkan aliran fluida dan mengaturnya dalam arah yang diinginkan. Katup ini juga digunakan untuk menghentikan atau memulai aliran fluida. Arah katup hidrolik memiliki dua atau lima jalur dimana merekan mengarahkan aliran fluida. Gambar 2.12 Directional Control Valve (sumber : http://enda-wahyu.blogspot.com/p/blog-page_20.html) Directional Control Valve atau Katup Konrol Arah di desain berdasarkan jumlah posisi saluran yaitu saluran penghubung dan bagaimana katup itu digerakkan. Sebuah Katup Kontrol Arah empat arah akan memiliki empat saluran: P, T, A dan B. Ada banyak cara untuk menggerakkan katup kontrol arah diantaranya: dengan tombol, tuas tangan, kaki pedal, mekanik, hidrolik, udara, solenoid dan spring.

34 Gambar 2.13 Penggerak Katup Kontrol Arah Katup kontrol arah juga didesain sebagai katup normally open atau katup normally closed. Gambar 2.14 Katup kontrol arah normally open dan normally closed 2.7 Flow Control Valve (Katup Pengarah Khusus) Katup pengarah khusus adalah katup yang menerima perintah dari luar untuk melepas, menghentikan atau mengarahkan fluida yang melalui katup tersebut. Macam macam katup pengarah khusus adalah sebagai berikut; 1. Check Valve adalah katup satu arah, berfungsi sebagai pengarah aliran dan juga sebagai pressure control (pengontrol tekanan).

35 2. Pilot Operated Check Valve, Katup ini dirancang untuk aliran cairan hidrolik yang dapat mengalir bebas pada satu arah dan menutup pada arah lawannya, kecuali ada tekanan cairan yang dapat membukanya. 3. Katup Pengatur Tekanan, Tekanan cairan hidrolik diatur untuk berbagai tujuan misalnya untuk membatasi tekanan operasional dalam sistem hidrolik, untuk mengatur tekanan agar penggerak hidrolik dapat bekerja secara berurutan, untuk mengurangi tekanan yang mengalir dalam saluran tertentu menjadi kecil. 2.8 Pressure Control (Pengatur Tekanan) Perhatian utama dalam sistem hidrolik adalah mengontrol arah aliran dan besarnya tekanan. Salah satu kesalahpahaman adalah bahwa tekanan diatur oleh lubang orifis atau alat pengontrol aliran. Hal tersebut adalah tidak benar. Untuk keakuratan pengontrolan tekanan, ada 6 tipe kontrol tekanan telah dikembangkan. Keenam pengontrol tekanan tersebut adalah: 1. Relief valve, berfungsi untuk membuang fluida hidrolik ke tangki penyimpanan fluida, apabila tekanan fluida lebih tinggi dari nilai yang ditentukan. 2. Unloading valve, adalah katup control tekanan normally closed yang mengarahkan aliran ke tangki ketika tekanan di loaksi itu mencapai tingkat yang telah ditentukan. 3. Sequence valve, berfungsi untuk mengatur sekuen pada sirkuit hidrolik, seperti contohnya pada saat menggunakan beberapa silinder hidrolik, yaitu untuk memastikan beberapa silinder hidrolik telah maju penuh sebelum silinder lainnya maju.

36 4. Reducing valve, adalah katup kontrol normally open digunakan untuk membatasi tekanan. 5. Counterbalance valve, adalah katup tekanan normally closed digunakan bersama silinder untuk mengatasi beban atau potensial kelebihan beban. 2.9 Pipa dan Selang Hidrolik Fluid conductor adalah bagian-bagian dari sistem hidrolik yang digunakan untuk membawa fluida ke semua berbagai komponen dalam sirkuit hidrolik. Jenis konduktor meliputi: Selang hidrolik dan pipa baja. 2.9.1 Selang hidrolik Selang hidrolik digunakan dalam aplikasi dimana jalannya aliran fluida memerlukan saluran yang lentur atau menekuk. Dalam mempertimbangkan penggunaan selang yang pertama harus melihat tekanan sistem, kecepatan, kompayibilitas cairan dan kondisi lingkungan. Konstruksi selang telah dibakukan oleh Society of Automative Insinyur di bawah SAE J5-17, dikenal sebagai seri R. Tekanan selang biasanya dinilai dari faktor keamanan 4 sampai 1. Berbagai jenis dan besarnya kekuatan selang membuat selang mempunyai tingkat tekanan spesifik. Penambahan kekuatan mungkin bisa menggunakan serat alam dan kawat logam. Penguatan dapat dikepang atau dibuat spiral. Ukuran selang yang dibutuhkan tergantung pada volume dan kecepatan aliran fluida. Tidak seperti pipa dan tube, ukuran selang dilihat dari diameter dalamnya. Umur selang dapat bertahan lama, tetapi semua jenis karet perlahan-lahan kualitasnya memburuk akbiat kontak dengan berbagai zat, seperti pelarut, air, sinar matahari, panas, dll. Selang tidak dapat tahan lama seperti konduktor logam dan harus diganti setiap beberapa tahun.

37 Gambar 2.16 Selang Hidrolik (sumber : http://www.agungjayamandiri.com/) 2.9.2 Pipa Hidrolik Pipa baja adalah konduktor fluida yang sering digunakan dan menjadi standar poin untuk kekuatan dan biaya. Namun lebih sulit dirakit karena dibutuhkan pengelasan untuk memberikan perlindungan maksimal terhadap kebocoran. Hal tersebut juga menyebabkan tambahan biaya untuk memastikan sistem bebas terkontaminasi pada saat beroperasi. Pipa di spesifikasikan berdasarkan diameter luarnya, tetapi kapasitas aliran yang sebenarnya ditentukan berdasarkan wilayah bagian dalamnya. Gambar 2.17 Pipa Hidrolik (sumber: http://penggemarlandy.blogspot.com/)

38 2.10 Head Zat Cair Pada penampang di bawah zat cair mempunyai tekanan statis p (dalam kgf/m 2 ), kecepatan rata-rata v (dalam m/s), dan ktinggian Z (dalam m). Maka zat cair tersebut mempunyai head total H (dalam m) dapat dinyatakan sebagai berikut, P v 2 H = + + Z γ g (Sularso., & Tahara, Haruho. Pompa & Kompresor, 3) Pipa v P Z 2.11 Kerugian Head (Head Losses) Gambar 2.18 Aliran melalui pipa (Sumber : Pompa& Kompresor, 1987) Aliran fluida yang melalui pipa akan selalu mengalami kerugian head. Hal ini disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa atau perubahan kecepatan yang dialami oleh aliran fluida (kerugian kecil). Kerugian ini terdiri dari; 1. Kerugian Major (Major Losses) 2. Kerugian Minor (Minor Losses)

39 2.11.1 Kerugian Major (Major Losses) Major Losses merupakan kehilangan tekanan karena gesekan pada dinding pipa yang mempunyai luas penampang yang tetap yang yerjadi dalam pipa. Besarnya kerugian head major ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus persamaan Darcy Weisbach yaitu; H L = λ x L x v 2 D x 2g (Sularso., & Tahara, Haruho. Pompa & Kompresor, 28) Dimana : λ : faktor gesekan L : panjang pipa (m) D : diameter dalam pipa (m) v : kecepatan rata-rata fluida (m/s) g : gravitasi (m/s 2 ) Untuk mengetahui besarnya faktor gesekan perlu dicari terlebih dahulu besarya bilangan Reynolds, dimana; Re = ν D v (Sularso., & Tahara, Haruho. Pompa & Kompresor, 28) Dimana: Re = Bilangan Reynolds v = Kecepatan aliran fluida (m/s) D = Diameter selang (m) ν = Viskositas kinmatik (m 2 /s) Jika Re < 2300, aliran bersifat laminer. Jika Re < 4000, aliran bersifat turbulen.

40 Jika Re = 2300 4000, daeran transisi, dimana aliran dapat bersifat laminer atau turbulen. Koofisien gesek aliran laminer dapat dicari dengan menggunakan rumus; λ = 64 Re (Sularso., & Tahara, Haruho. Pompa & Kompresor, 29) Sedangkan untuk aliran turbulen, menghitung koofisien gesek dapat menggunakan rumus Formula Darcy λ = 0,020 + 0,0005 D Dimana D adalah diameter dalam pipa. (Sularso., & Tahara, Haruho. Pompa & Kompresor, 29) Gambar 2.19 Diagram Moody untuk mencari koofisien gesek (http://almer-farhan.blogspot.com/2012/04/cfd-asistensi-ke-2-kelompok-7.html)

41 2.11.2 Kerugian Minor (Minor Losses) Kerugian minor merupakan kerugian gesekan yang terjadi pada tiap katup atau fitting, seperti tee- elbow dan bengkokan (bends) yang besarnya sama dengan: H lminor = f v v 2 2g (Sularso., & Tahara, Haruho. Pompa & Kompresor, 38) Dimana, f v = Koofisien kerugian katup, tee dll v = Kecepatan rata-rata aliran (m/s) H lminor = Kerugian Minor Tabel 2.4 Tabel Koofisien Gesek Untuk Katup dan Fitting (Sumber : http://www.scribd.com/doc/230224971/isi-hidraulik#scribd) 2.11.3 Kerugian Total (Head Losses Total) Head Losses Total adalah jumlah antara Major Losses dan Minor Losses. H loss major H loss Total = + H lminor