Mesin pres hidrolik untuk mengepres tembakau - USD Repository

MESIN PRES HIDROLIK UNTUK MENGEPRES TEMBAKAU TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

  Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh :

  Gani Purwanto NIM :085214002 FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2012

HYDRAULIC PRESS MACHINE FOR PRESSING TOBACCO FINAL PROJECT

  As partitial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree Mechanical Engineering Study Program

  Mechanical Engineering Department by

  Gani Purwanto Student Number : 085214002 SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2012

  

INTISARI

  Saat ini, tembakau dapat dipakai sebagai obat-obatan. Tanaman ini tergolong jenis tanaman semusim, karena itu perlu penyimpanan supaya tidak kehabisan pada saat tidak musim tembakau. Oleh karena itu penelitian ini ditujukan untuk membuat mesin pres hidrolik sederhana yang dapat digunakan untuk pemampatan daun tembakau agar memudahkan dalam penyimpanannya. Akan tetapi kerapatan hasil pengepresan daun tembakau tidak boleh merusak tekstur tembakau. Karena itu penelitian ini ditujukan untuk mengetahui tentang tekanan dan kerapatan yang baik untuk daun tembakau. Selain itu penelitian ini ditujukan pula untuk mengetahui karakteristik mesin pres yang dibuat.

  Mesin yang dibuat adalah mesin pres hidrolik. Penelitian ini dilakukan dengan cara pengepresan bahan menggunakan mesin pres serta pengaturan tekanan sampai tujuh variasi, yaitu 20 kg/cm², 30 kg/cm², 40 kg/cm², 50 kg/cm², 60 kg/cm², 70 kg/cm²,dan 80 kg/cm². Data yang diambil dalam penelitian ini adalah tekanan terukur, tinggi tembakau pada saat piston ditahan selama 2 menit, serta tinggi tembakau setelah piston dinaikan.

  Hasil penelitian menunjukan bahwa tekanan yang baik untuk pengepresan daun tembakau berkisar dari 3 kg/cm² sampai dengan 7,5 kg/cm² dan kerapatan daun tembakau yang baik sekitar 550 kg/m³ sampai 670 kg/m³.

  Kata Kunci : Tembakau , mesin pres hidrolik, tekanan pengepresan dan kerapatan.

  

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari, bahwa Penulis tidak dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tanpa campur tangan Tuhan.

  Tugas Akhir merupakan sebagian persyaratan yang wajib ditempuh oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini juga dapat dikatakan sebagai wujud pemahaman dari hasil belajar mahasiswa setelah mengikuti kegiatan perkuliahan selama di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai penelitian kerapatan daun tembakau yang di pres oleh mesin pres hidrolis. Dalam Tugas Akhir tersebut, Penulis berencana untuk mengetahui dari kerapatan dari daun tembakau yang setelah di press dan kemampuan mesin bekerja.

  Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini juga melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, Penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada :

  1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Ir.PK. Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Ir. Rines, M.T., dosen pembimbing Tugas Akhir.

  4. RB. Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., dosen pembimbing akademik.

  `

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL TITLE PAGE HALAMAN PENGESAHAN PERNYATAAN

  i ………………………………………………………………..

  INTISARI

  ii …..…………………………………………………………………..

  

KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii

DAFTAR ISI

  v …………………………………………………………………..

  

ISTILAH PENTING ......................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR

  ix ………………………………………………………….

  DAFTAR TABEL

  xi ……………………………………………………………..

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  1 …………………………………………………………… 1.2 Rumusan masalah ...................................

  3 ………………………………… 1.3 Tujuan ...

  3 …………………………………………………………………..

  1.4 Manfaat ......................

  4 …………………………………………………….

  BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian hidrolik ........

  5 ……………………………………………….....

  2.2 Persamaan-persamaan dasar .................

  10 …………..……………………… 2.3 Kerapatan ..........................

  16 ………………………………………………..

  2.4 Pompa hidrolik ..................

  ……………………………………………….. 16

  2.5 Motor listrik ................................................................................................ 19 2.6 Komponen-komponen kendali dalam sistem hidrolik ...........

  20 ............…… 2.6.1 Directional control valve ................

  20 ………………………….......

  2.6.2 Pressure control valve ..................

  ……………………….............. 24 2.6.3 Flow control valve .................................

  …………………………. 25

  BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram alir penelitian ...............................................................................

  27 3.2 Obyek penelitian ..................................................

  28 ………………………...

  3.3 Waktu dan tempat penelitian ......................................................................

  28 3.4 Alat dan bahan ..................................................... ………………………… 28

  3.5 Langkah percobaan ...................................................................................... 38 3.6 Diagram alir ................

  ……………………………………………………. 39

  BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data hasil percobaaan .

  …………………………………............................. 41

  4.2 Perhitungan Karakteristik Mesin Dan Pengolahan Data ..................... ........ 42

  4.2.1 Luas silinder dan batang piston ………………………………….... 42

  4.2.2 Laju aliran yang dibutuhkan oleh pompa ….........………...………. 43

  4.2.3 Kecepatan piston pada saat turun dan naik ……………………...... 43

  4.2.4 Daya motor yang dibutuhkan ….......................…………………… 44

  4.2.5 Perhitungan tekanan yang diterima bahan ………………………… 45

  4.2.6 Perhitungan volum ...............

  46 ……………………………………..

  4.2.7 Perhitungan kerapatan ....................................................................

  46

  4.3 Hasil perhitungan

  46 ……….........…………………………..………………

  4.4 Grafik hasil perhitungan ………………………………………............… 49

  4.4.1 Grafik untuk mengetahui selisih tinggi tembakau

  49 ……………….

  4.4.2 Grafik hubungan antara kerapatan dan tekanan pres

  51 …………….

  BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan 55 ……………………………………………………………….

  5.2 Saran ...

  56 ……………………………………………………………………

  DAFTAR PUSTAKA

  57 ………………………………………………………….

  LAMPIRAN .......................................................................................................

  59

DAFTAR ISTILAH

  

3

  n Kecepatan putaran poros (rpm)

  )

  3

  V D Volumetric Displacement (cm

  m massa (kg)

  )

  Simbol Keterangan

  P Tekanan (kg/cm

  V Volume (liter) t Waktu (menit) v Kecepatan (cm/detik) ρ

  Q Laju aliran (liter/menit)

  )

  2

  F Gaya (kg) A Luas penampang (cm

  )

  2

  Kerapatan (kg/cm

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Aliran di dalam pipa untuk menjelaskan persamaan Kontinuitas

  11 Gambar 2.2 Dua bejana untuk menjelaskan hukum Pascal ...........................

  13 Gambar 2.3 Aliran laminer .............................................

  15 .............................…

Gambar 2.4 Aliran turbulen

  16 ……...................................…………………......

Gambar 2.5 Klasifikasi pompa

  17 ……................................................................

Gambar 2.6 Pompa roda gigi dengan roda gigi internal...................................

  18 Gambar 2.7 Roda gigi external 19 …………………………………...............….

Gambar 2.8 Directional control valve

  …..…………………………....……… 20 Gambar 2.9 Katup pengatur aliran ...............

  ………………………………… 21 Gambar 2.10 Two-way valve ...............

  22 …………………………………..........

Gambar 2.11 Four-way valve ...............

  23 ………………………………….........

Gambar 2.12 Pressure relief valve ......................................................

  24 ………..

Gambar 2.13 Flow control valve

  …...........................................………………. 25 Gambar 3.1 Diagram alir langkah- langkah penelitian ..........

  ………………… 27 Gambar 3.2 Mesin pres hidrolik ............................................

  ………………… 28 Gambar 3.3 Konstruksi mesin hidrolik ...........................................

  ………...... 29 Gambar 3.4 Silinder dan piston ..............................................................

  …….. 30 Gambar 3.5 Motor listrik .................................................................... .....…..... 30 Gambar 3.6 Kontaktor .................................................................... .....…......... 31 Gambar 3.7 Sekering .................................................................... .....…........... 31 Gambar 3.8 Over load relai ....................................................................

  .....…. 31

Gambar 3.9 Panel listrik ....................

  …..............……………………………. 31 Gambar 3.10 Relai relai valve ................................

  ………………………....… 32

Gambar 3.11 Presure gauge ................................................................................ 32 Gambar 3.12 Pompa roda gigi external .........................

  ………………………. 33 Gambar 3.13 Pipa pada sistem hidrolik ...... …………………………………… 34 Gambar 3.14 Tangki ...........................................................................................

  34 Gambar 3.15 Strainer ............ ………………….………………….................... 35 Gambar 3.16 Piston ...................................

  ……………………………………. 36

Gambar 3.17 Limit switch

  …............................................................................... 36 Gambar 3.18 Directional control valve .........

  …………………………………. 37 Gambar 3.19 Kotak cetak ...................................................................................

  37 Gambar 3.20 Aliran posisi nol ……………………............................................ 39 Gambar 3.21 Aliran posisi piston turun ..........

  ………………………………… 39

Gambar 3.22 Aliran posisi piston naik

  ….…………………………………….. 40

Gambar 4.1 Grafik selisih tembakau dengn berat bahan 2 kg

  49 ……………….

Gambar 4.2 Grafik selisih tembakau dengan berat bahan 4 kg

  50 ……………...

Gambar 4.3 Grafik selisih tembakau dengan berat bahan 6 kg........................

  51 Gambar 4.4 Grafik hubungan kerapatan dan tekanan dengan berat bahan 2 kg

  52 Gambar 4.5 Grafik hubungan kerapatan dan tekanan dengan berat bahan 4 kg 53

Gambar 4.6 Grafik hubungan kerapatan dan tekanan dengan berat bahan 6 kg

  54

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Bahan tembakau dengan berat 2 kg ....................

  …………………

  41 Tabel 4.2 Bahan tembakau dengan berat 4 kg .. …………………………......

  41 Tabel 4.3 Bahan tembakau dengan berat 6 kg ................ ……………………

  42 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk bahan 2 kg posisi piston mengepres 47

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk bahan 4 kg posisi piston mengepres

  47 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk bahan 6 kg posisi piston mengepres

  47 Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk berat bahan 2 kg posisi piston naik 48

Tabel 4.8 Data hasil perhitungan untuk berat bahan 4 kg posisi piston naik 48Tabel 4.9 Data hasil perhitungan untuk berat bahan 6 kg posisi piston naik 48

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Sekarang ini tanaman tembakau banyak kegunaannya, diantaranya sebagai protein anti kanker, melepaskan gigitan lintah, obat diabetes, anti radang, pemeliharaan kesehatan ternak, dan lain sebagainya. (Sumber:http://laporanipa. wordpress.com/2012/05/27/manfaat-tembakau/). Tanaman tembakau termasuk golongan tanaman semusim. Dalam dunia pertanian tergolong tanaman perkebunan, tetapi bukan merupakan kelompok tanaman pangan. Dari tanaman tembakau yang paling banyak dimanfaatkan adalah daunnya, sedangkan buahnya dimanfaatkan untuk ditanam kembali.

  Tanaman tembakau telah dikenal oleh masyarakat kira

• –kira lima abad yang lalu, yaitu sejak diketemukan pertama kali oleh Columbus pada tahun 1492. Sebelum Columbus, sebenarnya tanaman tembakau telah dikenal oleh suku Indian Arawak di Kepulauan India Barat. Cortez pada tahun 1519 menemukan tembakau pada suku Azatek yang di jumpai di Meksiko, Amerika Tengah. Suku-suku tersebut mengunakan daun tembakau kering. Tembakau ini dikembangkan pada pertengahan ke-16 ( Makfoeld,1994 ).

  Daun tembakau juga banyak dimanfaatkan untuk kalangan ibu-ibu. Biasanya ibu-ibu dipedesaan mengunakan daun tembakau sebagai susur dan tembakau yang sering digunakan seperti tembakau rajangan, yang untuk penguat gigi supaya tidak cepat keropos.

  Tanaman tembakau dari proses penanaman hingga panen membutuhkan waktu kurang lebih sekitar 6 bulan. Setelah proses pemanenan daun tembakau, cara pengolahannya dengan cara dijemur dengan mengunakan sinar matahari hingga daunnya kering. Ada juga proses pengolahannya dengan cara dipotong- potong terlebih dahulu lalu dijemur hingga daun tembakau kering. Setelah proses pengeringan semua daun tembakau dimasukan kedalam proses pengovenan agar daun tembakau dapat disimpan dalam jangka waktu yang lama.

  Mesin hidrolik dirancang untuk membantu petani tembakau dalam proses pengepakan. Sebelum adanya mesin hidrolik cara pengepakan daun tembakau mengunakan mesin pres manual yang digerakan oleh tenaga manusia. Dengan sulitnya mencari tenaga kerja maka dari itu perancang membuat mesin pres hidrolik supaya dapat membantu petani dalam proses pengepakan daun tembakau. Mesin hidrolik dirancang dengan tekanan maksimal 100 kg/cm². Cara proses pengepresan dengan mengunakan mesin hidrolik yaitu daun tembakau di masukan kedalam kotak cetak hingga penuh, setelah daun tembakau penuh lalu mesin hidrolik bekerja dengan cara pengepresan hingga padat. Lalu setelah daun tembakau padat di dalam kotak cetak, kotak cetak kembali di isi dengan daun tembakau dan dipadatkan kembali. Cara tersebut dilakukan kembali hingga daun tembakau memenuhi kotak cetakan. Setelah daun tembakau di pres, lalu daun tembakau di ikat agar daun tembakau tidak lepas dan kembali mengembang. Hal ini dilakukan pada kalangan petani menengah keatas yang menanam tembakau sekalian dengan pengolahannya di lakukan sendiri, dan dipengepul-pengepul tembakau yang biasanya mengunakan mesin pres untuk dikirim kepabrik-pabrik ataupun tembakau yang akan disimpan di tempat penyimpanan harus dipes terlebih dahulu daun tembakaunya, supaya efisien tempat penyimpananya.

  Daun tembakau dapat tidak dipres tetapi dengan cara ditumpuk dan diikat saja. Tetapi daun tembakau menjadi tidak efesien dalam pengepakannya. Biasanya hal ini dilakukan pada petani kalangan kecil yang tidak mempunyai mesin pres. Oleh karena itu mesin pres hidrolik ini dimasudkan untuk memberikan alternatif bagi petani tembakau dalam pengepakan daun tembakau dan sekaligus sebagai tugas akhir.

  1.2 Rumusan Masalah

  1. Dibutuhkan mesin pres tembakau untuk memudahkan dalam proses pengepakan.

  2. Tidak tersedianya tenaga kerja untuk mengepres tembakau dengan mesin manual.

  1.3 Tujuan 1. Membuat mesin pres hidrolik untuk pengepresan daun tembakau.

  2. Mengetahui karakteristik dari mesin pres tembakau.

  3. Mengetahui hubungan tekanan pengepresan dengan densitas atau kerapatan hasil pengepresan daun tembakau dan mengetahui kerapatan yang baik dalam pengepresan daun tembakau.

1.4 Manfaat

  1. Mengaplikasikan ilmu yang telah diperoleh pada perkuliahan, khususnya pada mata kuliah hidrolik dan pneumatik.

  2. Mesin pres yang dibuat dapat dimanfaatkan oleh petani dalam proses pengepakan daun tembakau.

  3. Perancang lebih mengetahui dan mendalami cara kerja hidrolik.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian hidrolik

  Pada dasarnya hidrolik dan pnumatik adalah teknologi mengenai pembangkitan, pengendalian, dan pentransmisian daya dengan menggunakan fluida bertekanan. Dalam sistem berdaya fluida dirancang khusus untuk melakukan usaha yang dilakukan oleh fluida bertekanan yang diberikan kedalam sebuah silinder atau motor fluida. Umumnya sistem berdaya fluida terbagi menjadi dua sistem yaitu : a. Sistem hidrolik

  Medium yang digunakan dalam sistem hidrolik adalah zat cair (air, minyak mineral, minyak sintetik dan lain-lain) sebagai fluidanya.

  b. Sistem pneumatik Medium yang digunakan dalam sistem pnumatik adalah gas (udara, oksigen, nitrogen) sebagai fluidanya.

  Daya fluida dikatakan sebagai otot otomatis karena mempunyai empat katagori keunggulan utama yaitu : a. Mudah dan akurat dalam pengendaliannya.

  Hanya dengan tuas-tuas sederhana dan tombol-tombol tekan. Seorang operator sistem berdaya fluida dapat dengan cepat memulai, menghentikan, mengubah kecepatan dan menyalurkan gaya-gaya yang akan memberikan daya yang diingankan. b. Mampu melipat gandakan gaya.

  Sisitem berdaya fluida (tanpa memakai rodagigi, puli dan tuas-tuas yang merepotkan) dapat melipatkan gaya dengan mudah dan efisien.

  c. Memberikan gaya atau torsi yang tetap.

  Hanya sistem berdaya fluida yang mempunyai kemampuan menyediakan gaya atau torsi yang tetap (konstan) yang tidak terpengaruh oleh perubahan kecepatan.

  d. Sederhana, aman dan ekonomis.

  Umumnya sistem berdaya fluida menggunakan sangat sedikit bagian yang bergerak dibandingkan dengan sistem mekanis dan listrik, sehingga sistem-sistem ini lebih mudah untuk dirawat dan dioperasikan dengan aman, terpadu dan sangat dapat diandalkan.

  Bila di pandang dalam segi kelebihan-kelebihan lainya pengunaan sistem berdaya fluida meliputi :

  1. Gerakan aktuatornya dapat dibalikan sewaktu-waktu.

  2. Memiliki perlindungan otomatis terhadap beban lebih.

  3. Memiliki kendali kecepatan yang dapat divariasikan secara halus, dan

  4. Mempunyai rasio daya persatuan berat yang tinggi dibandingkan dengan sumber daya lain.

  Dalam sistem hidrolik ini juga mempunyai fungsi-fungsi tentang fluida hidrolik, diantaranya : a. Fluida mempunyai fungsi-fungsi primer misalnya:

  1. Memindahkan daya (memindahkan tekanan dan gerakan) 2. Memberikan isyarat untuk kendali.

  b. Sebagai fungsi-fungsi sekunder misalnya :

  1. Melumasi komponen-komponen yang berputar dan bertranslasi untuk meminimalkan terjadinya gesekan dan keausan.

  2. Memindahkan panas dari lokasi sumber terjadinya panas ke reservoir.

  3. Mengangkut partikel-partikel ke filter.

  4. Melindungi permukaan-permukaan dari serangan-serangan zat kimia, khususnya penyebab korosi.

  Dalam mengunakan fluida hidrolik juga harus mengetahui syarat-syaratnya berdasarkan :

  1. Berdasarkan fungsinya a. Memiliki karakteristik sebagai pelumas terbaik.

  b. Viskositasnya tidak rentan terhadap temperatur dan tekanan.

  c. Konduktivitas kalor bagus.

  d. Koefesien pemuaiannya rendah.

  e. Modulus bulknya besar.

  2. Dari nilai ekonominya a. Murah.

b. Stabilitas termal dan kimia serta penuaan yang terjadi harus lambat → (siklus kerja berlangsung lama).

  3. Dari segi keamanan

  a. Memiliki titik nyala yang tinggi atau dalam kondisi operasi tidak menyala sama sekali.

  b. Zat kimia yang terkandung bersifat netral (sama sekali tidak agresif terhadap semua material yang tersentuh).

  c. Tidak berkecenderungan mengikat udara dan menimbulkan busa atau buih.

  4. Pengaruh bagi lingkungan a. Tidak membahayakan lingkungan.

  b. Tidak beracun. Dalam mesin pres hidrolik ini banyak perangkat atau alat yang digunakan untuk membantu jalannya dalam sistem hidrolik. Dalam sistem hidrolik ini perlunya mengunakan alat-alat penyuplainya. Sistem hidrolik terdapat komponen- komponen pokok yang diperlukan. Komponen tersebut terbagi menjadi enam yaitu :

  1. Motor listrik Motor listrik atau motor bakar biasanya digunakan untuk menjalankan/mengerakan pompa supaya fluida dapat mengalir ke dalam tabung hidrolik.

  2. Katup-katup Untuk mengendalikan arah, tekanan dan laju aliran cairan.

  Dimesin ini mengunakan presure. Presure dalam mesin pres hidrolik, berfungsi untuk mengatur tekanan. Dalam mesin pres mini sebagai contoh saja, jadi hanya mengunakan presure dengan mampu menekan maksimal 100 kg/cm². Beda dengan mesin pres hidrolik yang ada dalam pabrik yang mampu dengan menekan lebih dari 100 kg/cm².

  3. Tangki ( reservoir atau bak penampung ) Dalam sistem hidrolik, tangki digunakan untuk menyimpan cairan, yang biasanya minyak hidrolik. Tangki yang terdapat dalam mesin ini, hanya untuk membuang atau menampung fluida yang digunakan sebagai bahan dari jalannya hidrolik.

  4. Pompa Untuk memaksakan cairan mengalir masuk kedalam sistem.

  Pompa ini bekerja untuk memompa cairan fluida yang ada dalam tangki dan di alirkan ke dalam silinder hidrolik.

  5. Aktuator (silinder & motor hidrolik) Untuk mengonversikan energi cairan kedalam gaya atau torsi mekanisme untuk melakukan suatu pekerjaan tertentu.

  6. Pipa-pipa Pipa dalam hidrolik digunakan untuk membawa cairan dari satu lokasi ke lokasi lainya. Pipa ini terbuat dari pipa besi, tetapi ada juga yang memakai slang karet yang pejal. Dalam mesin jaman era terbaru ini biasanya mengunakan slang karet sudah tidak mengunakan pipa besi lagi.

2.2 Persamaan-persamaan dasar

  1. Konversi Energi

  Hukum konversi energi adalah energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Total energi sama dengan energi potensial ditambah dengan energi kinetik. Energi potensial terbentuk karena disebabkan oleh dua faktor yaitu:

  a. Energi potensial yang disebabkan oleh ketinggian fluida Energi potensial yang disebabkan oleh ketinggian fluida adalah energi yang tersimpan didalam sekumpulan fluida yang terletak pada suatu ketinggian yang diukur dari sebuah bidang referensi.

  b. Energi potensial yang disebabkan oleh tekanan fluida Energi potensial yang disebabkan oleh tekanan fluida adalah energi yang tersimpan didalam sekumpulan fluida yang memiliki berat dan memiliki tekanan.

  2. Persamaan Kontinuitas

  Jika fluida dalam pipa yang diameternya berubah, volume yang sama akan mengalir dalam waktu yang sama, seperti yang di tunjukan dalam Gambar 2.1.

  V

1 V

  2 Q

  2 Q

  1 Gambar 2.1 Aliran didalam pipa untuk menjelaskan

  persamaan Kontinuitas Jika tidak ada fluida yang ditambahkan atau terbuang, maka laju aliran di lokasi 1 dan 2 tetap sama.

  Laju/debit aliran berubah : (2-1) dengan :

  Q : laju aliran dalam liter/menit V : volume dalam liter t : waktu dalam menit

  Volume (2-2)

  A : Luas penampang s : jarak panjang

  Digunakan dalam (2-3) Kecepatan

  (2-4) dengan (2-5) Dapat dihasilkan : Persamaan Kontinuitas (2-6) Laju aliran dalam pompa

  (2-7)

3. Hukum Pascal a. Tekanan akibat gaya luar (hukum Pascal)

  Jika sebuah gaya F bekerja pada fluida tertutup melalui suatu permukaan A, maka akan terjadi tekanan pada fluida. Tekanan tergantung dari gaya yang bekerja tegak lurus atas permukaan dan luas.

  (2-8) dengan :

  p = Tekanan ( dalam bar ) F = Gaya ( dalam Newton ) A = Luas penampang ( dalam cm²)

  Tekanan bekerja ke semua arah dan serentak, jadi tekanan disemua tempat sama. Hukum ini berlaku selama gaya tarik bumi dapat diabaikan, yang semestinya ditambahkan dalam perhitungan sesuai dengan tinggi zat cair. Seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.2.

  F1 A1 A2 F2

Gambar 2.2. Dua bejana berhubungan untuk menjelaskan hukum Pascal

  b. Perpindahan gaya hidrolik

  Bentuk tangki bukan merupakan salah suatu faktor yang penting karena tekanan dapat bekerja ke semua sisi dan besarnya sama.

  Untuk dapat bekerja dengan tekanan, yang berasal dari gaya luar.

  Tekanan dalam sistem ini selalu tergantung dari besarnya beban dan permukaan efektif. Artinya tekanan dalam sistem meningkat sampai dapat mengalahkan hambatan yang gerakannya berlawanan dengan gerakan fluida.

  c. Prinsip perpindahan tekanan

  Dua buah torak dengan ukuran penampang yang berbeda A

  1 dan

  A

  2 yang ditempatkan di dalam dua silinder yang saling

  berhubungan dan berisi zat cair. Bila penampang A

  1 menerima

  tekanan P

  1 , maka pada torak besar bekerja gaya sebesar

  (2-9) Gaya ini diteruskan ke torak kecil Yang akan menyebabkan tekanan pada penampang torak kecil

  (2-10) (2-11)

  Berdasarkan hubungan-hubungan di atas, maka tekanan pada torak kecil dapat dihubungkan dengan tekanan pada torak besar.

  (2-12) d.

   Rugi-rugi energi akibat gesekan

  Jika fluida dalam keadaan diam tidak bergerak, maka tekanan di depan, di dalam dan di belakang throttle atau secara umum dalam sebuah saluran adalah sama. Jika fluida mengalir dalam sebuah sistem, maka gesekan akan mengakibatkan panas. Dengan demikian, sebagian dari energi berubah dalam bentuk energi panas, artinya kerugian tekanan.

  Energi hidrolik tidak dapat dipindahkan tanpa kerugian. Besar kerugian akibat gesekan tergantung dari : a. Panjangnya saluran pipa

  b. Kekasaran dinding pipa

  c. Banyaknya belokan pada pipa

  d. Diameter pipa

  e. Kecepatan aliran fluida

e. Konfigurasi-konfigurasi aliran

  Konfigurasi aliran dan juga kerugian akibaat gesekan berhubungan dengan diameter pipa dan kecepatan aliran pipa.

  Terdapat dua macam konfigurasi aliran :

  a. Aliran laminar Dalam aliran laminar partikel-partikel fluida sampai dengan kecepatan tertentu bergerak dalam lapisan yang seragam dan hampir tidak saling mempengaruhi.

Gambar 2.3 menunjukan aliran laminer :Gambar 2.3 Aliran laminer

  b. Aliran turbulen Jika kecepatan aliran bertambah, sedang diameter pipa sama, maka pada kecepatan tertentu perilaku aliran berubah. Aliran menjadi bertolak dan turbulen. Tiap- tiap partikel bergerak tak tertur pada satu arah, tapi saling mempengaruhi satu sama lain dan saling merintangi. Gambar 2.4 menunjukan aliran turbulen:

Gambar 2.4 Aliran turbulen

  (Sumber:http://www.np.edu.sg/biochemical_enginering/lectures/bioreact ) Aliran turbulen menimbulkan hambatan aliran dan memperbesar rugi-rugi. Oleh karena itu aliran turbulen tidak diharapkan terjadi dalam sistem-sistem hidrolik.

  1.3 Kerapatan

  Kerapatan suatu benda ditunjukan oleh perbandingan antara massa suatu benda dengan volume benda tersebut.

  (2-13) dengan :

  3

  : kerapatan ( kg/cm )

  ρ m : massa suatu benda ( kg )

  3 V : volume suatu benda (cm )

  2.4 Pompa Hidrolik Pompa membutuhkan tenaga penggerak (electromotor) untuk dapat bekerja.

  pada sistem hidrolik, pompa bekerja untuk menciptakan aliran fluida (untuk memindahkan volume fluida) dan memberikan gaya yang dibutuhkannya.

  Pompa menyedot fluida (biasanya dari tangki) dan mengalirkan keluar. Dari sana, fluida memasuki sistem mencapai piston dengan menggunakan tahanan pada fluida, sebagai contoh piston dari silinder langkah yang menerima beban sehingga terjadi peningkatan tekanan fluida hingga cukup tinggi dalam mengatasi gaya- gaya tahanan.

  Tekanan pada sistem hidrolik tidak diciptakan oleh pompa hidrolik, melainkan terjadi dengan sendirinya karena tahanan yang berlawanan dengan arah aliran. Tinggi tekan fluida dilihat sebagai batang penghubung dimana pompa memberikan gaya yang diperlukan.

Gambar 2.5 menunjukan klasifikasi dari pompa dan bermacam-macam pengeraknya :Gambar 2.5 Klasifikasi pompa

1. Pompa roda gigi dengan roda gigi internal

  Bagian utama pompa roda gigi adalah bentuk roda gigi yang umum digunakan adalah seperti yang ditunjukan dalam gambar 2.6 sebuah rumah (1), dimana terdapat sepasang roda gigi yang bergerak (sedemikian rupa) dengan longgar dalam arah aksial dan radial sehingga unit tersebut praktis terendam minyak. Bagian penghisap dihubungkan dengan sistem hidrolik.

  Roda gigi internal 2, bergerak sesuai arah panah menggerakan roda gigi external 3 pada arah yang sama. Putaran ini menyebabkan roda gigi terpisah sehingga rongga gigi menjadi bebas. Akibatnya terjadi tekanan negatif pada pompa sedangkan fluida pada tangki mempunyai tekanan atmosfir, sehingga fluida mengalir dari tangki ke pompa. Proses ini biasa disebut dengan hisapan pompa.

  Fluida mengisi ruang roda gigi hingga membentuk ruang tertutup dengan rumah dan elemen berbentuk sabit 4 selama gerakan selanjutnya didorong ke bagian tekan. Roda gigi sering rapat lagi dan mendorong fluida dari ruang roda gigi. Kedua roda gigi yang saling bersentuhan mencegah berbaliknya aliran dari ruang tekan ke ruang hisap.

Gambar 2.6 Pompa roda gigi dengan roda gigi internal

  (Sumber: http//www.pirate4x4.com/tech/PRHydro_Steering/index1.html)

  Pompa roda gigi dengan roda gigi external 2.

  Pada kasus ini, dua roda gigi external akan saling kontak. Roda gigi 2 digerakan sesuai panah yang menyebabkan roda gigi 3 bergerak berlawanan. Proses hisapan yang terjadi sama dengan jenis pompa roda gigi internal. Pada Gambar 2.7 menunjukan roda gigi external, yang gigi nya saling kontak.

Gambar 2.7. Roda gigi external

  (Sumber: http://cast.csufresno.edu/agedweb/agmech/graphics/toc.html) Fluida dalam ruang roda gigi 4 didesak keluar dan keluar dari celah roda gigi pada sisi tekan. Dari gambar potongan dengan mudah dapat dilihat roda gigi menutup celah-celahnya sebelum bagian itu jadi kosong. Tanpa mengurangi beban pada ruang yang tersisa, tekanan yang sangat tinggi dapat terjadi yang akan menyebabkan getaran keras pada pompa. Untuk itu dipasang lubang pengurang beban pada tempat ini yang terletak disamping blok-blok bantalan. Akibat tekanan tinggi, maka terbentuk fluida mampat yang masuk ke ruang tekan.

2.5 Motor listrik

  Motor listrik pada sistem hidrolik digunakan untuk mengerakan pompa agar fluida dapat mengalir ke sistem hidrolik. Dengan persamaan :

• (2 14)

  dengan :

  Q : laju aliran fluida dalam pompa (gbm) p : tekanan (psi)

2.6 Komponen komponen kendali dalam sistem hidrolik

  Kendali merupakan salah satu aspek penting dalam berdaya fluida. Tepat tidaknya fungsi sebuah sistem secara menyeluruh ditentukan oleh benar tidaknya komponen-komponen sistem kendali yang digunakan.

  Sistem berdaya fluida terutama dikendalikan dengan menggunakan komponen-komponen yang disebut katup-katup (valves). Pada dasarnya terdapat tiga jenis komponen kendali dalam sistem berdaya fluida:

2.6.1 Directional control valve

  Directional control valve (DCV) digunakan untuk mengatur aliran

  fluida, arah pergerakan dan posisi dari komponen-komponen yang dapat dilihat seperti pada Gambar 2.8 Katup ini dapat digerakan secara manual, mekanis, elektrik dan pneumatik.

Gambar 2.8. Directional control valve

  (Sumber: P.Croser, Festo Didactic, 1994, hal: 188) a.

   Check valve

  Jenis directional control valve yang paling sederhana dan termasuk

  one-way (DCV), karena hanya memungkinkan aliran bebas dalam satu arah dan menutup aliran dalam arah sebailknya.

  Katup ini mempunyai sebuah pegas ringan untuk menahan klep (poppet) sehingga dalam posisi tertutup. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9. Katup pengatur aliran

  (Sumber: P.Croser, Festo Didactic, 1994, hal 201) Dalam aliran bebas biasanya diperlukan tekanan fluida sekitar 5 psi untuk mengatasi gaya pegas ini. Dalam arah aliran terblokir tekanan fluida akan membantu klep dalam menutup aliran b.

   Pilot-operated check valve

  Jenis directional control valve ini selalu memungkinkan aliran bebas dalam satu arah tetapi hanya membiarkan aliran dalam arah sebaliknya jika tekanan diberikan port tekanan pilotnya.

  Garis putus-putus dalam lambang menunjukan saluran tekanan pilot yang dihubungkan ke pilot presure port. Klep pada check valve ini mempunyai pilot piston yang dipasang pada tangkai klep dengan memakai sebuah mur. Pegas mempertahankan klep pada dudukannya (dalam kondisi fluida tak mengalir) dengan mendorong pilot piston.

  Sedangkan lubang cerat (drain port) dipakai untuk mencegah timbulnya tekanan dibagian dasar piston.

  c.

   Two-way valve dan four-way valve

  Jenis-jenis DCV lainya adalah two-way valve (katup dua jalan) dan for

  way valve (katup empat jalan) yang digunakan untuk mengarahkan aliran yang masuk ke dalam katup menuju ke salah satu dari dua outlet port-nya.

  Kebanyakan DCV menggunakan sebuah spool geser untuk mengubah lintasan aliran yang melalui katup. Untuk posisi spool tertentu, sebuah konfigurasi lintasan aliran yang khas akan terbentuk dalam kutup.

  Directional control valve dirancang dengan dua posisi spool atau tiga

  posisi spool. Konfigurasi lintasan aliran untuk masing-masing posisi spool yang khas ditunjukan secara simbolik dengan empat persegi panjang (kadang disebut amplop (envelope)). Untuk two-way valve aliran dapat bergerak dalam dua cara yang bergantung pada posisi spool. Gambar 2.10 menunjukan aliran two-way valve.

  A B P T

Gambar 2.10 Two-way valve

  a. Posisi spool 1 Aliran dapat bergerak dari P ke B sebagaimana yang ditunjukan b. Posisi spool 2 Aliran dapat bergerak dari P ke A, port B dan T terblokir.

   Sedangkan four-way valve aliran dapat bergerak dengan empat cara

  yang khas yang bergantung pada posisi spool. Gambar 2.11 menunjukan aliran four-way valve.

  A B T P

Gambar 2.11 Four-way valve

  a. Posisi spool 1 Aliran dapat bergerak dari P ke A dan dari B ke T

  b. Posisi spool 2 Aliran dapat bergerak dari A ke T dan dari P ke B

  Four-way valve biasanya digunakan untuk mengendalikan silinder-

  silinder hidrolik aksi ganda (double-acting hydrolic cylinder). Spool dari DCV dapat diposisikan secara :

  1. Manual,

  2. Mekanis,

  3. Dengan mengunakan pilot presure atau 4. Dengan mengunakan selenoid listrik.

  Spool adalah batang silindris yang mempunyai land-land (bagian sebuah lubang bodi katup bersuaian rapat. Dari kelongaran radialnya kurang dari 0,001 inci.

  Alur-alur diantara land-land memberikan jalan aliran diantara port- port, dan disini juga terdapat port tangki. Port tangki adalah port pada katup yang dihubungkan dengan pipa menuju (kembali) ketangki minyak hidrolik.

2.6.2 Presure relief valve

  Tipe presure relief valve yang paling banyak digunakan adalah

  

presure relief valve . Dalam presure biasanya terdapat katup normally closed

  yang berfungsi untuk membatasi tekanan sampai pada harga maksimum yang ditentukan dengan cara menyimpangkan aliran pompa kembali ke tangki.

  Dalam sebuah poppetnya juga ditahan diatas dudukannya di dalam katup dengan mengunakan pegas yang cukup kaku. Ketika tekanan sistem mencapai sebuah nilai yang cukup tinggi, poppet didesak untuk bergeser dari dudukannya. Akan memungkinkan aliran melalui outlet menuju ke tangki selama tingkat tekanan yang tinggi tetap ada.

Gambar 2.12. Pressure relief valve

  (Sumber : Rines, 2001) Dalam presure terdapat sekerup yang dipakai untuk menyetel gaya pegas tersebut, dan akan menentukan berapa tekanan fluida yang memungkinkan spool mulai bergeser. Jika sistem hidrolik tidak memerlukan aliran maka semua aliran pompa akan kembalikan ke tangki melalui relai

  

valve . Relai valve akan memberikan perlindungan terhadap beban lebih yang