Upload
vandung
View
223
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
BAB II
LANDASAN TEORI
Kata hidrolik sendiri berasal dari bahasa „Greek‟ yakni dari kata „hydro‟ yang berarti
air dan „aulos‟ yang berarti pipa. Sistim hidrolik pada pesawat terbang adalah merupakan
salah satu sistem penggerak kendali dan roda pendarat pesawat terbang. Sistim hidrolik ini
menurut pembagian sistem pada pesawat terbang masuk dalam kategori ATA 29 dan sub-sub
bagiannya dirinci lagi menjadi ATA 2900-2997 sebagai mana dapat dilihat pada Lampiran 7.
Sementara regulasi yang mengatur mengenai sistim hidrolik diatur pada FAR 23.1435
sebagaimana dapat dilihat pada Lampiran 10 untuk kategori pesawat sejenis Grand
Commander. Diagram sistim hidrolik pesawat Grand Commander dapat dilihat pada
Lampiran 6.
Sistem hidrolik adalah teknologi yang memanfaatkan fluida (zat cair) untuk melakukan
gerakan segaris atau putaran. Dalam system hidrolik, fluida digunakan sebagai penerus gaya.
Prinsip dasar hidrolik adalah jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan
merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya (Hukum
Archimedes). Bentuk sifat zat cair adalah menyesuaikan terhadap ruangan yang
ditempatinya. Zat cair mempunyai sifat tidak dapat dikompresikan (uncrompressible), beda
dengan gas yang bisa dikompresikan.
Seorang ilmuan Francis bernama Pascal menemukan prinsip dasar tentang fluida yang
ada kaitannya dengan cairan sebagai tenaga yang melipat gandakan gaya dan modifikasi
gerakan-gerakan. Pascal mengatakan bahwa :
“ Tekanan yang diberikan pada suatu fluida, akan diteruskan ke segala arah, bekerja
dengan gaya yang sama besar pada luas yang sama dan bergerak kearah tegak lurus terhadap
titik-titik mereka bekerja[2]“
(http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_Pascal)
Hidrolik juga dapat didefinisikan sebagai transmisi dan pengontrol gaya-gaya dan
pergerakan fluida. Ada banyak keuntungan yang dapat diambil dari sistem hidrolik, yaitu
untuk memudahkan pengontrolan sebesar gaya pembangkitnya dan mentransmisikan gaya yang
besar dan power melalui unit-unit yang kecil. Karena system hidrolik bekerja dengan fluida,
maka pelumasan komponen hidrolik dapat berlangsung dengan sendirinya sehingga dapat
menunda terjadinya keausan (long service life) pada benda yang mengalami gesekan.
Selain memiliki keuntungan, sistem hidrolik juga memiliki beberapa kerugian yang
disebabkan pengaruh tekanan dan fluida hidrolik itu sendiri yaitu antara lain:
a. Bahaya tekanan tinggi fluida hidrolik, oleh karena itu harus dipastikan bahwa semua
sambungan kuat dan tidak bocor.
b. Gesekan fluida dan kebocoran akan mengakibatkan berkurangnya efisiensi.
c. Fluida dari sirkuit yang tercemar oleh kotoran akan menyebabkan peralatan hidrolik
menjadi lemah dan cepat rusak.
Pada umumnya dalam memahami ilmu hidrolik diperlukan pemahaman pengetahuan
dasar sebagai berikut :
a. Pengetahuan dasar hukum-hukum fisika dari hidrostatik .
b. Pengetahuan tentang satuan dan persamaan-persamaan hidrolik.
c. Pengetahuan tentang peralatan hidrolik dan pengoperasiannya pada rangkaian hidrolik.
2.1 Kuantitas Fisik dan Satuan Hidrolik
Sebelum kita menyebutkan kuantitas fisik, maka terlebih dahulu kita harus mengetahui
definisi dari kuantitas fisik tersebut. Dalam ilmu teknik, kuantitas dapat disebut sebagai sesuatu
yang berkenaan dengan properties (sifat), proses atau keadaan yang dapat diukur. Maka dari
itu, kuantitas fisik yang berhubungan dengan sistem hidrolik adalah kecepatan, tekanan, waktu,
dan temperatur.
Banyak variasi satuan yang digunakan untuk menotasikan kuantitas yang sebenarnya,
contohnya adalah satuan gaya adalah kilopound sedang yang lain mengukur dalam satuan
Newton. Tetapi keadaan demikian tidak memberikan hasil yang memuaskan bagi setiap
penggunanya sehingga diadakan perubahan oleh International Committees of Scientist
and Enginers yang merekomendasikan bahwa International System of Units dipakai di seluruh
dunia.
Sistem ini terdiri dari 7 satuan dasar, tetapi untuk kuantitas fisik yang dibutuhkan untuk
menjelaskan sistem hidrolik adalah :
a. Panjang satuannya meter (m).
b. Massa satuannya kilogram (kg).
c. Waktu satuannya detik (t).
d. Temperatur satuannya Kelvin (K) atau derajat celcius (oC).
Semua kuantitas fisik lain yang juga sangat penting untuk hidrolik adalah : kecepatan,
volume, tekanan, gaya, dan luas permukaan, dapat dicari dari satuan-satuan dasar diatas.
International System of Units menspesifikasikan kilogram sebagai satuan dasar dari
massa. Massa biasanya diartikan dalam bahasa sehari-hari sebagai berat. Kubus baja yang
beratnya 1 kg mempunyai massa 1 kg. Massa dikarakteristikan tidak tergantung percepatan
karena gravitasi (gaya gravitasi). Massa 1 kg, sebagai contoh, akan tetap sama di bulan.
Isac Newton (1643-1727) menemukan hukum sebagai berikut :
Force = mass x acceleration
F = m x a
Yang mana dapat ditulis sebagai berikut :
Force = kg x m/s2
Sehingga satuan dari gaya dapat dituliskan dengan kg m/s2.
2.2 Hukum-Hukum Dasar Hidrolik
2.2.1 Hukum Pascal
Pascal menyatakan bahwa “Tekanan yang diberikan pada fluida dalam sebuah wadah
tertutup maka tekanannya akan diteruskan sama besar dan merata kesemua arah[2]” seperti
ditunjukan pada gambar II.1.
Gambar II. Tekanan dialirkan ke semua arah sama besar
Tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan dari suatu cairan atau gas.
Tekanan (P) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya (F) per satuan luas (A). Maka dapat
didefinisikan sebagai berikut :
(N/m2)
Dimana :
P = Tekanan (bar)
F = Gaya (N)
A = Luas penampang (m2)
Satuan dari tekanan dapat dihubungkan dengan satuan volume (isi) dan suhu. Bila
tekanan semakin tinggi maka suhu akan semakin tinggi.
Sistem hidrolik menggunakan fluida yang sifatnya inkompressible untuk mengirimkan
gaya dari satu titik ketitik lainnya disepanjang jalur yang dilewati fluida tersebut. Dengan
menggunakan metode ini kita dapat menghasilkan output gaya yang sangat besar, hanya
dengan menggunakan input gaya yang kecil. Seperti yang terlihat pada gambar dibawah II.2
Gambar II. Prinsip Hidrolik
Pada sistem internasional, tekanan kemudian diberi satuan (N/m2) yang disebut dengan
“1 pascal” atau disingkat Pa.
Tekanan 1 Pascal adalah sangat kecil, dan hampir tidak dapat dirasakan oleh kulit.
Sehingga biasanya digunakan satuan kelipatan ribuan, kilopascal (kPa) atau Bar :
1 bar = 105= 100 kPa (= 10 N/cm2= 14.5 psi)
2.2.2 Hukum Hidrostatik
Hukum utama hidrostatik berbunyi: “Tekanan hidrostatik pada sembarang titik yang
terletak pada bidang mendatar di dalam wadah suatu jenis zat cair sejenis dalam keadaan
seimbang adalah sama[5]”.
Volume kecil fluida pada kedalaman tertentu dalam sebuah bejana akan memberikan
tekanan ke atas untuk mengimbangi berat fluida yang ada di atasnya. Untuk suatu volume
yang sangat kecil, tegangan adalah sama di segala arah, dan berat fluida yang ada di atas
volume sangat kecil tersebut ekuivalen dengan tekanan yang dirumuskan sebagai berikut
Dimana :
P = tekanan hidrostatik (P);
ρ = kerapatan fluida (kg/m3);
g = percepatan gravitasi (m/s2);
h = tinggi kolom fluida (m).
Gambar II. Gaya Hidrostatik
2.2.3 Gesekan dan Aliran
Energi hidrolik tidak dapat ditransmisikan pada sebuah pipa tanpa mengalami
kehilangan. Gesekan terjadi pada dinding pipa dengan fluidanya sendiri, yang menghasilkan
panas. Energi hidrolik dikonversikan menjadi energi thermal. Kehilangan dari energy hidrolik
artinya kehilangan tekanan cairan hidrolik.
Cairan hidrolik kehilangan tekanan pada setiap penyempitan pada sistem hidrolik.
Kehilangan ini disebabkan oleh gesekan medium yang dilaluinya. Kehilangan ini didefinisikan
sebagai ∆P.
Kehilangan (losses) pada setiap penyempitan sebagai hasil dari konversi energy thermal
kadang-kadang dibuat secara sengaja (contohnya pada pressure reducing-valve). Walaupun
kehilangan yang diakibatkan oleh panas tidak diinginkan. Pada pengoperasian, fluida hidrolik
mengalami kenaikan energi thermal yang diakibatkan oleh penyempitan yang terdapat pada
peralatan hidrolik. Jika aliran fluida hidrolik dihentikan, maka keadaannya menjadi statis
dimana tidak terjadi gesekan. Akibatnya tekanan pada upstream (hulu) dan downstream (hilir)
menjadi identik.
Sampai pada kecepatan tertentu, aliran fluida hidrolik yang melalui pipa adalah
laminar. Selama aliran laminar, lapisan fluida bagian dalam bergerak sangat cepat daripada
lapisan luarnya, secara teoritis dapat dikatakan bahwa di dinding pipa adalah static (seperti
pada gambar 2.7). Kecepatan aliran meningkat, yang disebut critical velocity dapat terjadi dan
aliran menjadi turbulen (seperti terlihat pada gambar 2.8).
Keadaan turbulen ini menyebabkan kenaikan dalam aliran gesek (flow resistance) dan
hidrolik,losses,dimana kondisi ini pada umumnya tidak diinginkan. Kecepatan kritis bukanlah
merupakan sebuah kecepatan tetap,tergantung pada viskositas fluida dan diameter pipa. Hal
ini dapat dicari dan seharusnya tidak terjadi kelebihan kecepatan pada sistem hidrolik.
Gambar II. Aliran
2.2.4 Torsi
Konsep torsi dalam fisika, juga disebut momen, diawali dari
kerja Archimedes dalam lever. Informalnya, torsi dapat dipikir sebagai gaya rotasional. Torsi
adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi adalah suatu energi.
Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk menghitung energi yang
dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya[4]. Adapun perumusan dari torsi adalah
sebagai berikut. Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar
F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar b, dengan data tersebut torsinya
adalah:
di mana :
T = Torsi benda berputar ( N.m)
r = jarak benda ke pusat rotasi (m)
F = gaya sentrifugal dari benda yang berputar (N)
Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap porosnya, dan
benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar sama dengan arah yang
berlawanan.
T = r x F
2.3 Aliran Fluida
Fluida adalah suatu zat yang dapat mengalir berupa cairan ataupun gas. Fluida dapat
mengubah bentuknya dengan mudah sesuai dengan wadah atau tempatnya.
Salah satu cara untuk menjelaskan gerak suatu fluida adalah dengan membaginya
menjadi elemen volume yang sangat kecil yang dinamakan partikel fluida.
Suatu massa fluida yang mengalir selalu dapat dibagi-bagi menjadi tabung aliran, bila
aliran tersebut adalah tunak, waktu tabung-tabung tetap tidak berubah bentuknya dan fluida
yang pada suatu saat berada didalam sebuah tabung akan tetap berada dalam tabung ini
seterusnya. Kecepatan aliran didalam tabung aliran adalah sejajar dengan tabung dan
mempunyai besar berbanding terbalik dengan luas penampangnya [6].
Aliran fluida dapat diaktegorikan:
1. Aliran laminar
Laminar adalah ciri dari arus yang berkecepatan rendah. Aliran dengan fluida yang
bergerak dalam lapisan – lapisan, atau lamina – lamina dengan satu lapisan meluncur
secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam
kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan (seperti ditunjukan pada
gambar II.5).
Gambar II. Aliran Laminar
2. Aliran turbulen
Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena
mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan
saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala
yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi
membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan
kerugian – kerugian aliran (seperti ditunjukan pada gambar II.6)..
Gambar II. Aliran Turbulen
3. Aliran transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.
2.4 Viskositas
Viskositas fluida adalah ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau
perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperature, tekanan, kohesi dan laju
perpindahan momentum molekularnya. Viskositas cair cenderung menurun dengan seiring
bertambahnya kenaikan temperature hal ini disebabkan gaya-gaya kohesi pada zat cair bila
dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperature pada zat
cair[7].
Pada masalah sehari-hari (dan hanya untuk fluida), viskositas adalah "Ketebalan" atau
"pergesekan internal". Oleh karena itu, air yang "tipis", memiliki viskositas lebih rendah,
sedangkan madu yang "tebal", memiliki viskositas yang lebih tinggi. Sederhananya, semakin
rendah viskositas suatu fluida, semakin besar juga pergerakan dari fluida tersebut.
Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat
dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Seluruh fluida (kecuali superfluida)
memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak
memiliki ketahanan tekanan dan tegangan disebut fluida ideal.
Gambar II. Viskositas
2.5 Berat Jenis (density ρ)
Density atau berat jenis (ρ) suatu zat adalah ukuran untuk konsentrasi zat tesebut dan
dinyatakan dalam massa persatuan volume; sifat ini ditentukan dengan cara menghitung ratio
massa zat yang terkandung dalam suatu bagian tertentu terhadap volume bagian tersebut. Nilai
density dapat dipengaruhi oleh temperature, semakin tinggi temperature maka kerapatan suatu
fluida semakin berkurang karena disebabkan gaya kohesi dari molekul-moleku fluida semakin
berkurang.
Berat jenis mempunyai rumusan :
ρ =
dengan satuan N/m3
2.6 Debit Aliran
Debit aliran digunakan untuk menghitung kecaptan aliran pada masing-masing pipa.
Dimana nilai dari debit aliran didapat dari rumus :
Q =
dimana : Q = debit aliran (m3/s)
V = volume fluida ( m3)
A = luas penampang (m2)
t = waktu (s)
2.7 Komponen – Komponen Penyusun Sistem Hidrolik
2.7.1 Motor
Motor berfungsi sebagai pengubah dari tenaga listrik menjadi tenaga mekanis. Dalam
sistem hidrolik motor berfungsi sebagai pengerak utama dari semua komponen hidrolik dalam
rangkaian ini. Cara kerja dari motor itu dengan memutar poros pompa yang dihubungkan
dengan poros input motor. Motor yang digunakan pada Tugas Akhir ini dapat dilihat pada
gambar II.8.
m = massa,
g = gravitasi,
v = volume
Gambar II. Motor Listrik
2.7.2 Belt (Coupling )
Fungsi utama dari kopling adalah sebagai penghubung putaran yang dihasilkan motor
penggerak untuk diteruskan ke pompa. Akibat dari putaran ini menjadikan pompa bekerja
(berputar). Seperti pada gambar
Gambar II. Belt
2.7.3 Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik ini digerakkan secara mekanis oleh motor listrik. Permulaan dari
pengendalian dan pengaturan sistem hidrolik selalau terdiri atas suatu unsur pembangkit
tekanan, jadi fungsi dari unsur tersebut dipenuhi oleh pompa hidrolik. Pompa hidrolik berfungsi
untuk mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik dengan cara menekan fluida hidrolik
kedalam sistem.
Dalam sistem hidrolik, pompa merupakan suatu alat untuk menimbulkan atau
membangkitkan aliran fluida (untuk memindahkan sejumlah volume fluida) dan untuk
memberikan daya sebagaimana diperlukan.
Apabila pompa digerakkan motor (penggerak utama), pada dasarnya pompa melakukan
dua fungsi utama:
Belt
1. Pompa menciptakan kevakuman sebagian pada saluran masuk pompa. Vakum ini
memungkinkan tekanan atmospher untuk mendorong fluida dari tangki (reservoir)
ke dalam pompa.
2. Gerakan mekanik pompa menghisap fluida kedalam rongga pemompaan, dan
membawanya melalui pompa, kemudian mendorong dan menekannya ke dalam
sistem hidrolik
2.7.4 Katup ( Control Valve )
Dalam sistem hidrolik, katup berfungsi sebagai pengatur tekanan dan aliran fluida yang
sampai ke silinder kerja. Menurut pemakainnya, katup hidrolik dibagi menjadi tiga macam,
antara lain :
1. Katup Pengarah (Directional Control Valve = DCV)
Katup (Valve) adalah suatu alat yang menerima perintah dari luar untuk melepas,
menghentikan atau mengarahkan fluida yang melalui katup tersebut.
Contoh jenis katup pengarah: Katup 4/3 Penggerak lever, Katup pengarah dengan piring
putar, katup dengan pegas bias.
Macam-macam Katup Pengarah Khusus :
a) Check Valve adalah katup satu arah, berfungsi sebagai pengarah aliran dan juga
sebagai pressure control (pengontrol tekanan)
b) 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.
2. 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.
Macam-macam Katup pengatur tekanan adalah:
a) Relief Valve, digunakan untuk mengatur tekanan yang bekerja pada sistem dan
juga mencegah terjadinya beban lebih atau tekanan yang melebihi kemampuan
rangkaian hidrolik.
b) Sequence Valve, berfungsi untuk mengatur tekanan untuk mengurutkan pekerjaan
yaitu menggerakkan silinder hidrolik yang satu kemudian baru yang lain.
c) Pressure reducing valve, berfungsi untuk menurunkan tekanan fluida yang
mengalir pada saluran kerja karena penggerak yang akan menerimanya didesain
dengan tekanan yang lebih rendah.
3. Flow Control Valve, katup ini digunakan untuk mengatur volume aliran yang berarti
mengatur kecepatan gerak actuator (piston).
Fungsi katup ini adalah sebagai berikut:
untuk membatasi kecepatan maksimum gerakan piston atau motor hidrolik
Untuk membatasi daya yang bekerja pada sistem
Untuk menyeimbangkan aliran yang mengalir pada cabang-cabang rangkaian.
Macam-macam dari Flow Control Valve :
Fixed flow control yaitu: apabila pengaturan aliran tidak dapat berubah-ubah yaitu
melalui fixed orifice.
Variable flow control yaitu apabila pengaturan aliran dapat berubah-ubah sesuai
dengan keperluan
Flow control yang dilengkapi dengan check valve
Flow control yang dilengkapi dengan relief valve guna menyeimbangkan tekanan
2.7.5 Fluida Hidrolik
Fluida hidrolik adalah salah satu unsur yang penting dalam peralatan hidrolik. Fluida
hidrolik merupakan suatu bahan yang mengantarkan energi dalam peralatan hidrolik dan
melumasi setiap peralatan serta sebagai media penghilang kalor yang timbul akibat tekanan
yang ditingkatkan dan meredam getaran dan suara[6].
Fluida hidrolik harus mempunyai sifat – sifat sebagai berikut:
1. Mempunyai viskositas temperatur cukup yang tidak berubah dengan perubahan
temperatur.
2. Mempertahankan fluida pada temperatur rendah dan tidak berubah buruk dengan
mudah jika dipakai di bawah temperatur.
3. Mempunyai stabilitas oksidasi yang baik.
4. Mempunyai kemampuan anti karat.
5. Tidak merusak ( kena reaksi kimia ) karat dan cat.
6. Tidak kompresibel (mampu merapat)
7. Mempunyai tendensi anti foatwing (tidak menjadi busa) yang baik.
2.7.6 Pipa Saluran Minyak
Pipa merupakan salah satu komponen penting dalam sebuah sistem hidrolik yang
berfungsi untuk meneruskan fluida kerja yang bertekanan dari pompa pembangkit ke silinder
kerja. Mengingat kapasitas yang mampu dibangkitkan oleh silinder kerja, maka agar maksimal
dalam penerusan fluida kerja bertekanan, pipa-pipa harus memenuhi persaratan sebagai berikut
:
1. Mampu menahan tekanan yang tinggi dari fluida.
2. Koefesien gesek dari dinding bagian dalam harus sekecil mungkin.
3. Dapat menyalurkan panas dengan baik.
4. Tahan terhadap perubahan suhu dan tekanan.
5. Tahan terhadap perubahan cuaca.
6. Berumur relatif panjang.
7. Tahan terhadap korosi.
2.8 Landing gear System
Landing gear (roda pendarat) adalah merupakan komponen utama penumpu pesawat
terbang pada saat didarat; pada waktu parkir, taxi (bergerak di darat), lepas landas atau pada
waktu mendarat. Komponen ini menurut pembagian sistem pada peswat terbang masuk
dalam kategori ATA 32 dan sub-sub bagiannya dirinci lagi menjadi ATA 3200-3297 sebagai
mana dapat dilihat pada Lampiran 8. Sementara regulasi yang mengatur mengenai
persayaratan rancangannya diatur pada FAR 25.721 - 25.737 sebagaimana dapat dilihat pada
Lampiran 9 untuk kategori pesawat sejenis Grand Commander.
Tipe paling umum dari landing gear terdiri dari roda, tapi ada juga pesawat terbang
yang dipasangi float (pelampung) untuk beroperasi di atas air dan ada juga yang dipasangi
papan seluncur untuk mendarat di salju. Landing gear terdiri dari 3 roda, dua roda utama dan
roda ketiga yang bisa berada di bagian depan (nose) atau di bagian belakang (tail) pesawat.
Landing gear dengan roda dibelakang disebut conventional wheel. Pesawat terbang dengan
conventional wheel juga kadang-kadang disebut dengan pesawat tailwheel (beroda belakang).
Jika roda ketiga bertempat di bagian hidung pesawat, ini disebut nosewheel (beroda depan),
dan rancangannya disebut tricycle gear (roda segitiga). Nosewheel atau tailwheel yang dapat
dikemudikan membuat pesawat dapat dikendalikan pada waktu beroperasi didarat.