commit to user
II-10 tangens adalah selalu konstan, yang pada bahan tertentu nilainya juga sudah
pasti konstan.
Tangens
a
= p
p
e s
.........................................................................
2.8 dengan;
σ
p
= tegangan pada batas elastik N mm
2
e
p
= regangan pada batas elastik N mm
2
2.2.3 Mekanika Fluida Hidrolik
Pada sistem kerja alat uji geser, mekanisasi pengerak utama pada alat uji adalah dengan menggunakan sistem penggerak hidrolik. Kata hidrolik hidraulik,
hydraulic
berasal dan kata Yunani
“ hydro”
yang berarti “air”. atau “zat cair” atau “fluida cair”, bermakna semua benda atau zat yang berhubungan dengan
“air”. Didefinisikan sebagai segala sesuatu yang berhubungan dengan air. Sekarang kita mendefinisikan “hidrolik” sebagai pemindahan, pengaturan, gaya-
gaya dan gerakan-gerakan zat cair Punarwan, 2005. Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah
atau berkurang kekuatannya
Archimedes Law.
Menurut Punarwan 2005, penggunaan cairan digunakan sebagai sarana perpindahan energi. Minyak mineral adalah cairan yang sering digunakan, tetapi
dapat digunakan pula cairan sintetis, seperti air atau emulsi minyak air. Hidromekanika mekanika zat alir atau mekanika fluida dibagi menjadi 2, yaitu:
1. Hidrostatika adalah mekanika fluida atau zat cair diam teori kesetimbangan
dalam cairan. 2.
Hidrodinamika adalah mekanika fluida yang bergerak ilmu aliran. Beberapa sifat khusus sistem penggerak hidrolik, yaitu:
1. Gaya yang tinggi berupa momen putar dengan ukuran yang kompak, yaitu
berupa kepadatan tenaga yang tinggi. 2.
Penyesuaian gaya otomatis. 3.
Dapat bergerak dari keadaan diam meskipun pada beban penuh. 4.
Pengubahan pengendalian atau pengaturan tanpa tingkatan dan kecepatan, momen putar torsi, gaya langkah yang dapat dilakukan dengan mudah.
5. Perlindungan terhadap beban berlebih yang sederhana.
commit to user
II-11 6.
Sesuai untuk mengendalikan proses gerakan yang cepat dan untuk gerakan sangat lambat yang akurat.
7. Penumpukan energi yang relatif sederhana dengan menggunakan gas.
8. Dapat dikombinasikan dengan tranformasi yang tidak terpusat dari energi
hidrolik kembali ke energi mekanik, dapat diperoleh sistem penggerak sentral yang sederhana sehingga dapat ekonomis.
Barangkali satu kelebihan yang tak dimiliki energi lainnya, bahwa energi hidrolik adalah salah satu sistem yang paling serbaguna dalam mengubah dan
memindahkan tenaga. Terbukti dari sifat kekakuannya namun mempunyai sifat kefleksibilitasan.
II-12
Tabel 2.3 Perbandingan berbagai sistem energi
No Kriteria
Hidrolik Pneumatik
Elektrik Elektronik Mekanik
1. Pembawa energi Oli secara umum.
Udara. Elektron.
Poros, batang penghubung, sabuk, roda dll.
2. Perpindahan energi Pipa, selang, tabung, lubang.
Pipa, selang, tabung, lubang. Kabel atau bahan yang bersifat
konduksi. Poros, batang penghubung, sabuk, roda
dll. 3. Konversi dari dan ke
energi mekanik Pompa, Silinder, Motor Hidrolik.
Kompresor, silinder, motor pneumatik PN
Generator, baterai, motor listrik E, magnet, selenoid, motor induksi.
4. Besaran karakter terpenting
Tekanan P 30…400 bar Debit Q. Tekanan P sekitar 6 bar Debit Q. Tegangan V, Arus I.
Gaya, torsi, putaran, kecepatan. 5. Efisiensi perpindahan
energi Baik sekali atau sempurna, kompak, harga layak
dengan teknologi. Operasi sampai 400 bar. Merubah ke gerakan linear sederhana dg silinder.
Baik, terbatas karena tekanan maksimal hanya 6 bar.
Cukup baik, koefien motor listrik 110 x dibanding motor hidrolik.
Menghudung dan memutus mudah melalui
switch.
Baik, Sebab konversi energi tak diperlukan. Keterbatasannya terlihat pada
kemampuan pengontrolannya.
6. Keakuratan gerakan Sempurna, sebab oli tidak dapat dikompresi.
Cukup baik, sebab udara bersifat kompresibel.
Sangant bervariasi, kadang tinggi kadang rendah.
Baik sekali, disebabkan kaitan antara komponen pasti.
7. Efisiensi Cukup – Baik, kerugian volume dan gesekan
selama konversi tergantung pengontrolannya dengan katup-katup.
Baik, sepanjang energi ini tersedia sebagai sumber energi utama.
Baik, disini tak perlu proses konversi. Ada kemungkinan kerugian-kerugian gesekan.
8. Kemampuan untuk dikontrol
Sempurna, dengan katup-katup dapat ditingkatkan lagi dengan dikombinasikan energi listrik.
Sempurna, dengan katup-katup dapat ditingkatkan lagi dengan
dikombinasikan energi listrik. Untuk tenaga kecil : sempurna, untuk
tenaga besar : cukup-baik. Dg
switch, relay,
variable resistor dll. Cukup-Baik, melalui perpindahan roda
gigi dan sistem perpindahan mekanisme bertingkat.
9. Pembangkitan gerakan lurus
Sangat mudah, menggunakan silinder. Sangat mudah, menggunakan
silinder. Sedikit lebih rumit, dengan
menggunakan motor linear. Sederhana dengan mekanisme engkol,
poros pendek
spindle
dll. 10. Hubungan pemberian
sinyal dari sistem hidrolik dengan sistem
Operasi pneumatik dengan katup- katup kontrol arah.
Pengontrolan dengan elektromagnet
solenoid, switch,
swit tekanan dll. Digerakkan atau dilepas dengan pompa,
motor hidrolik, silinder, gerakan katup melalui
cam
dan lintasan.
Sumber: Punarwan, 2005
commit to user
II-13 Menurut Punarwan 2005, alat berat merupakan aplikasi dari hidrolik.
Hidrolik merupakan aplikasi dari mekanika fluida. Mekanika fluida merupakan aplikasi ilmu fisika. Hukum-hukum fisika yang mengatur fluida cair sederhana
ilmu mekanika benda padat dan lebih sederhana lagi dari sebelumnya dibandingkan dengan hukum-hukum yang mengatur ilmu-ilmu udara, panas, uap,
gas, elektron, sinar, gelombang, magnet dan sebagainya lebih menguntungkan mempelajari ilmu mekanika awal. Beberapa hal hidrolik serupa dengan pneumatik
pneumatics
-ilmu yang mempelajari pemanfaatan udara bertekanan untuk perpindahan energi terutama pada prinsip kerja dan komponen-komponennya.
Oli bertekanan adalah media pemindah energi yang sehabis dipakai oleh elemen kerja silinder atau pompa hidrolik dikembalikan ke penampung
reservoir
atau tangki, tidak langsung dibuang ke atmosfer seperti udara bekas pada sistem
pneumatik. Dalam sistem hidrolik, fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya. Zat cair
pada praktiknya memiliki sifat tak dapat dikompresi
incompressible
, berbeda dengan fluidagas yang mudah dikompresi
compressible
. Karena fluida yang digunakan harus bertekanan, kemudian diteruskan ke segala arah secara merata
dengan memberikan arah gerakan yang halus. Ini didukung dengan sifatnya yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya dan tidak dapat dikompresi.
Kemampuan yang diuraikan di atas menghasilkan peningkatan kelipatan yang besar pada gaya kerjanya.
Kesimpulan sistem hidrolik adalah suatu sistem pemindah tenaga dengan mempergunakan zat cair atau fluida sebagai media atau perantara. Karena sifat
cairan yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya mengalir ke segala arah dan dapat melewati berbagai ukuran dan bentuk.
Prinsip inilah yang dipergunakan pada alat pengangkat hidrolik. Dengan membuat perbandingan diameter yang berbeda akan mempengaruhi gaya penekan
dan gaya angkat yang didapatnya. Pada gambar 2.6, bila diameter piston penekan dibuat lebih kecil dari piston penerima beban atau pengangkat beban akan
memberikan gaya tekan yang ringan tetapi gaya tekan itu kemudian diteruskan menjadi gaya dorong ke atas yang besar.
commit to user
II-14
Gambar 2.6 Perbandingan gaya pada pengungkit hidrolik
Sumber: Punarwan, 2005
Sebagai penggerak pompa hidrolik dapat digunakan motor listrik atau motor penggerak mula. Setelah oli hidrolik dipompa pada tekanan tertentu, kemudian
disalurkan ke katup kontrol arah yang bertugas mengatur kemana cairan hidrolik itu dialirkan. Diagram alir sistem hidrolik dapat dilihat pada gambar 2.7.
Urutan aliran dimulai dari pembangkit berupa motor listrik atau motor bakar yang menggerakkan pompa oli, kemudian pompa oli meningkatkan tekanan oli
yang ditampung pada reservoir. Melalui katup kontrol hidrolik, oli bertekanan dialirkan ke pemakai berupa elemen kerja silinder atau motor hidrolik yang
mengubah energi hidrolik itu menjadi energi gerak atau mekanis. Urutan energinya dari motor listrik atau bakar ke silinder hidrolik berturut-turut: energi
listrik atau mekanis – energi hidrolik – energi hidrolik – energi mekanis.
Gambar 2.7 Diagram aliran sistem hidrolik
Sumber: Punarwan, 2005
Semakin besar beban yang harus di geser, diangkat, dipreskan atau ditekan pada tekanan tertentu memerlukan tekanan yang relatif tinggi. Semakin cepat
commit to user
II-15 gerak perpindahan beban,
debit
volume yang dihasikan per satuan waktu pompa hidrolik harus semakin besar. Dengan kata lain gaya yang dihasilkan tergantung
pada tekanan kerja dan kecepatan gerak perpindahan tergantung pada debit yang dihasilkan pompa dengan ketentuan ia bekerja pada luas penampang silinder kerja
yang sama Punarwan, 2005. Pada sebuah pompa hidrolik lebih dikenal dalam sebuah kesatuan utuh
pompa hidrolik yang digunakan sebagai penggerak yang dikenal sebagai
Power Pack Unit
.
Power pack unit
tersusun dari beberapa bagian, yaitu: 1.
Tangki hidrolik
hydraulic tank
adalah sebagai tempat penampung oli dari sistem. Selain itu juga berfungsi sebagai pendingin oli yang kembali.
2. Pompa hidrolik
hydraulic pump
sebagai pemindah oli dari tangki ke dalam sistem. Dan bersama komponen lain menimbulkan
hydraulic pressure
tenaga hidrolik.
3. Katup pengendali
control valve
berguna untuk mengarahkan jalannya oli ke tempat yang diinginkan.
4.
Main relieve valve
berguna untuk membatasi tekanan maksimum yang diijinkan dalam
hydraulic system
, agar sistem sendiri tidak rusak akibat
over pressure
. 5.
Silinder hidrolik
actua tor
adalah sebagai pengubah dari tenaga hidrolik menjadi tenaga mekanik.
6.
Filter
digunakan sebagai media penyaring kotoran atau
gram
yang ikut terbawa agar tidak ikut bersikulasi kembali.
commit to user
II-16
Gambar 2.8 Power pack unit
Sumber: Graco Inc, 1996
Perbandingan sistem hidrolik dengan sistem mekanik, sebagai berikut: 1.
Keuntungannya, yaitu: a.
Dapat menyalurkan torsi dan gaya besar. b.
Pencegahan
over load
tidak sukar. c.
Kontrol gaya pengoperasian mudah dan cepat. d.
Pergantian kecepatan lebih mudah. e.
Getaran halus. f.
Daya tahan lebih lama. 2.
Kerugiannya, yaitu: a.
Peka terhadap kebocoran. b.
Peka terhadap perubahan temperatur. c.
Kadang-kadang kecepatan kerja berubah. d.
Kerja sistem salurannya tidak sederhana kompleks.
commit to user
II-17 Definisi dan perhitungan dalam satuan Internasional SI adalah sebuah
massa diartikan sebagai sekumpulan materi sebesar 1 kg mengakibatkan gaya berat sebesar 1 Kp diatas tanah. Menurut sistem satuan SI gaya diberi satuan
Newton N id.wikipedia.org, 2010
g m
F .
= .........................................................................................
2.9 dengan; 1 Kp = 1 kg . 9,81
2
s m
= 9,81
2
s m
kg
1 N = 1 kg . 1
2
s m
= 1
2
s m
kg
, dengan demikian 1 Kp = 9,81 N. Untuk keperluan praktisnya, 1 Kp = 10 N
Tekanan, adalah salah satu pengukuran yang penting dalam hidrolik, yang didefinisikan sebagai gaya per satuan luas.
A F
P =
2
cm N
........................................................................... 2.10 dengan; 1 bar = 10
2
cm N
= 1
2
cm daN
; 1 bar = 1,02
2
cm Kp
1
2
cm Kp
= 0,98 bar Jika digunakan satuan SI untuk gaya N dan luas m
2
, maka kita dapatkan satuan tekanan dalam Pascal, dimana: 1 Pa = 1
2
mm N
Dibidang hidrolik umumnya tekanan kerja diberi simbul P yang menunjukkan tekanan yang cukup tinggi diatas tekanan atmosfer.
2.2.4 Load Cell
