HYDRAULICS
PENGERTIAN HIDROLIKA
Hidrolika : ilmu yang menyangkut berbagai gerak dan keadaan kesetimbangan zat cair danpemanfaatannya untuk melakukan suatu kerja. Hidrostatika memiliki prinsip bahwa dalam suatufluida yang berada dalam keadaan tidak bergerak, tekanan pada titik manapun akan samabesar. Tekanan hanya tergantung pada kerapatan fluida tersebut dan ketinggian.
Keuntungan sistem hidrolik :1. mampu memindahkan gaya-gaya yang besar, karena dapat melipatgandakan gaya dengan
sangat besar.2. Komponen relatif sederhana, kompak hanya menggunakan ruang yang relatif kecil.3. Relatif tidak membutuhkan pemeliharaan (maintenance free).4. Dapat bereaksi dengan cepat terhadap perubahan arah gerakan.5. Pengaturan sistem hidrolik untuk gerak lurus atau rotasi dapat dilakukan tanpa-tahap (stepless)
walau dalam keadaan berbeban.6. Kemudahan kontrol oleh sirkuit listrik dan elektronika.7. Tidak menghasilkan goncangan atau getaran yang besar sehingga relatif lebih stabil untuk
pekerjaan-pekerjaan presisi (ketelitian tinggi) karena menggunakan fluida yang elastis.8. Pemindahan tenaga lebih mudah karena hose/pipa dapat dibentuk atau ditekuk dengan bentuk
apapun untuk melintasi jalur-jalur sulit yang tidak mungkin ditempuh oleh sistem mekanik.9. Memiliki pengaman beban berlebih yang responsif yang dapat digunakan berulang (reusable).10. Bekerja pada suhu yang relatif rendah dan tidak menimbulkan panas, sehingga aman.
Kelemahan sistem hidrolik :1. Oli peka suhu dan tekanan, dapat memperpendek usia pakai oli yang bersangkutan.2. Kerugian tenaga lebih besar yang diakibatkan oleh gesekan, diameter pipa yang kecil, tikungan
dan gravitasi.3. Butuh perapatan yang baik agar tidak kehilangan tenaga akibat kebocoran internal.4. Kebocoran dapat mencemarkan produk-produk olahan yang menggunakan sistem hidrolik
tersebut.5. Komponen sistem hidrolik harus dibuat dengan presisi tinggi.
SIFAT-SIFAT OLI HIDROLIK
Oli hidrolik harus mampu
melumasi komponen
hidrolik dimana ia bekerja
Oli hidrolik harus tahan
terhadap temperatur
rendah tanpa harus
membeku.
Oli hidrolik harus tahan
temperatur tinggi tanpa
mengalami perubahan
kekentalannya.
Oli hidrolik harus dapat
bertahan tanpa mengalami
perubahan kualitas akibat
gangguan kontaminant
seperti oksigen (anti
oksidasi)Oli hidrolik harus mampu
mencegah kotoran/endapan
atau deposit menempel pada
komponen hidrolik
(piston,silinder, valve dll)
Olli hidrolik tidak boleh
merusak material
komponen-komponen
hidrolik tempat ia bekerja.Oli hidrolik tidak boleh
menimbulkan busa atau
gelembung udara selam
bekerja pada tekanan dan
getaran yang tinggi, agar tidak
terjadi kavitasi dan penurunan
kualitas karena oksidasi.
Oli hidrolik harus dapat
membersihkan komponen
yang dilaluinya dari kotoran
dan mengikatnya agar tidak
kembali menempel pada
komponen lain.Oli hidrolik tidak boleh
mudah menyala akibat
suhu yang tinggi selama
bekerja.
KONSEP-KONSEP DALAM HIDROLIK
Berat adalah gaya Besarnya gaya yang dihasilkan oleh suatu benda dengan massa 1 kg adalah 10 Newton , yang diperoleh dari :
F = m x g = 1 kg x 10 m/detik2 = 10 kg.m/detik2 = 10 N
Dimana :F = gaya yang dihasilkanm = massa bendag = percepatan gravitasi bumi ( 10 m/detik2)
USAHA ( WORK )
Usaha ( work ) adalah besarnya gaya yang dikeluarkan (F= N) untuk memindahkan benda untuk menempuh jarak tertentu (s= m). Pada gambar di samping, seseorang menarik tali hingga benda terangkat sejauh 1 m. Bila ia mengeluarkan gaya sebesar 1 N, maka usaha (work) yang ia lakukan adalah :W = F x s = 1 N x 1 m = 1 N.m. = 1 joule
Daya (power) adalah besarnya usaha yang dilakukan (W=joule) tiap satu satuan waktu (t = detik). Bila orang tersebut menarik tali selama 1 detik dengan kecepatan konstan, maka ia telah mengeluarkan daya (power) sebesar :
P = W : t = 1 joule : 1 detik = 1 joule/detik = 1 Watt
Bila orang tersebut menarik tali hingga benda terangkat 1 meter dalam waktu yang lebih singkat, misalnya 0,5 detik, maka ia telah mengeluarkan daya sebesar :
P = W : t = ( F x s ) : t = 1 joule : 0,5 Detik = 2 joule/detik = 2 Watt
Zat cair tidak dapat dimampatkan (incompressible)Zat cair yang mendapat mendapat tekanan di dalam wadah akan tetap mempertahankan volumenya. Bila penekanan diteruskan, salah satu bagian dari wadah harus ditembus oleh zat cair tersebut ( bagian dari wadah yang terlemah ).
Bila suatu gaya diberikan pada zat cair melalui sumbat, maka gaya tersebut menimbulkan tekanan di dalam zat cair, yang besarnya sama di semua bagian. Pressure didistribusikan oleh oli ke segala arah dengan sama besar (hukum pascal).
Tekanan didefinisikan sebagai besarnya gaya yang harus ditanggung oleh tiap-tiap satu satuan luas bidang kerja. Sebuah gaya (gaya resultan) bekerja pada suatu bidang. Bila diuraikan, gaya resultan tersebut dapat menjadi gaya-gaya yang lebih kecil yang dan banyak dan tersebar merata di seluruh permukaan bidang. Tiap-tiap petak bidang tersebut akan menangggung gaya yang besarnya sama dengan besarnya gaya resultan dibagi banyaknya petakan. Satuan tekanan adalah kgf/cm2, lbf/ft2, Bar, Atm, mmHg, psi, N/m2.
ANALOGI PRESSURE
PENGUKUR TEKANAN (PRESSURE GAUGE)TIPE BOURDON
Bila nipple dihubungkan dengan suatu saluran oli hidrolik, maka sebagian oli akan mengalir masuk ke dalam pipa bourdon yang berbentuk kurva. Pipa bourdon ini terbuat dari bahan logam yang lentur. Pressure oli akan berusaha meluruskan pipa bourdon yang bengkok ini. Makin besar pressure oli, makin besar simpangan yang dibentuk oleh pipa ini. Simpangan tersebut digunakan untuk memutar sector gear dan gear. Karena gear terhubung dengan jarum, maka jarum akan ikut berputar. Karakteristik kelenturan dari pipa bourdon ini menentukan skala pembacaan pada display, yang telah dikalibrasi terlebih dahulu. Makin lentur pipa bourdon, makin kecil/ rendah skala pembacaan pressure gauge, dan begitu sebaliknya.
KESETIMBANGAN
Pada gambar, sebuah benda dengan bobot 1 kgf diletakkan di atas piston dengan luas penampang A, yaitu 1 cm2. Dan pada sisi yang lain diletakkan dua buah benda dengan bobot total 2 kgf diatas piston dengan luas penampang B, yaitu 2 cm2. pada sisi sebelah kiri, gaya yang dihasilkan benda pada piston A menyebabkan timbulnya tekanan (pressure) di dalam oli sebesar 1kgf/cm2. tekanan tersebut akan sama di bagian manapun di dalam bejana. Tekanan sebesar 1kgf/cm2 tersebut kemudian mendorong piston B hingga menghasilkan gaya F = p x A , atau 1 kgf/cm2 x 2 cm2 dan didapat 2 kgf. Gaya yang dihasilkan itu kemudian akan menahan beban yang bekerja pada piston B yang besarnya 2 kgf hingga setimbang.
BESAR TEKANAN YANG TERBANGKITBesarnya tekanan yang terbangkit pada oli adalah tergantung dari besarnya beban yang diterima oleh piston, dan harga tekanan tersebut ditunjukkan oleh pengukur tekanan (pressure gauge). Bila beban nol, maka tekanan yang terbangkitpun akan mendekati nol. Makin besar beban atau gaya yang harus dilawan oleh piston, makin tinggi tekanan oli di dalam sistem.
Pada gambar 1, beban yang harus diangkat oleh piston hanya 1 kgf. Bila luas penampang piston 1 cm2, maka terbangkit tekanan dalam oli sebesar 1kgf/cm2. Tekanan ini terbaca rendah pada pressure gauge.Pada gambar 2, beban ditambah menjadi 2 kgf. Maka tekanan yang terbangkit di dalam oli adalah 2 kgf/cm2. pembacaan pressure gauge meningkat.Pada gambar 3, beban ditambah lagi hingga 3 kgf. Tekanan yang terbangkit dalam oli meningkat hingga 3 kgf/cm2
PRESSURE TERBANGKIT KARENA BEBAN
Pada contoh, gaya yang harus diangkat oleh piston sebesar 360.000 kgf. Tekanan oli di dalam sistem terbaca 20 kgf/cm2. berapa luas penampang piston yang dibutuhkan agar beban terangkat ?
A = F : p = 360.000 kgf : 20 kgf/cm2 = 18.000 cm2.
Berikut ini adalah suatu percobaan dimana terdapat tiga buah piston ukuran 1 cm2 yang dihubungkan secara paralel dan mendapat pasokan dari sebuah pompa yang sama. Ketiga piston tersebut diberi beban yang berbeda dimana piston B mendapat beban teringan ( misalnya : 1 kgf ), piston A ( 2 kgf ) dan piston C ( 3 kgf ) mendapat beban terberat. Saat pompa mulai bekerja; karena adalah beban di ketiga piston, tekanan mulai terbangkit ( pressure build-up).
Ketika pressure mencapai 1 kgf/cm2, piston B akan mulai terangkat, karena dengan pressure sebesar itu sudah cukup untuk mengangkat beban di atas piston B. Saat ini piston A dan C belum bergerak. Pressure akan tetap selama piston B bergerak, dan kembali meningkat ketika piston B mencapai akhir langkahnya. Ketika pressure mencapai 2 kgfcm2, piston A akan terangkat hingga akhir langkahnya, dan pressure kembali meningkat hingga piston C terangkat saat pressure mencapai 3 kgf/cm2.
HYDROSTATIC PARADOX
Bila empat buah bejana dengan luang penampang yang berbeda, dihubungkan bagian bawahnya satu dengan lain dan kemudian diisi oleh oli, maka ketinggian dari keempat adalah sama.Hal ini disebabkan berat udara yang menimbulkan tekanan udara bekerja di setiap penampang. Berat udara yang langsung bekerja di atas permukaan oli, luas penampangnya sama dengan luas penampang bejana. Karena udara memiliki berat jenis yang sama di keempat lubang bejana, maka berat udara efektif akan proporsional tergantung luas penampang, dengan asumsi, ketinggian kolom udara adalah sama.
PERBEDAAN PRESSURE
Pada percobaan di atas dibuat tiga buah lubang yang sama besar pada dinding suatu wadah. Kemudian ketiganya dibuka sehingga air mengalir dari ketiga lubang. Ternyata lubang A menghasilkan pancaran air yang paling jauh, disusul lubang B dan lubang C.
Dapat disimpulkan bahwa pada titik A, oli mengalami pembebanan yang disebabkan bobot dari oli di bagian atasnya, dan tekanan udara atmosfer. Kolom oli yang membebani oli di titik A paling banyak. Gaya berat tersebut mengakibatkan timbulnya tekanan terbesar pada oli di A.
PERBEDAAN PRESSURE
Pada percobaan di atas, tiga buah pressure gauge ( pengukur tekanan ) dipasangkan secara seri pada sebatang pipa yang dihubungkan dengan wadah yang di dalamnya terdapat oli yang diberi tekanan.
Ternyata pressure yang terbangkit di daerah terjauh dengan lubang pengeluaran ( A ) adalah paling besar, disusul oleh pressure di B dan C.Hal ini disebabkan oli di titik A mendapat tahanan atau hambatan terbesar untuk mengalir keluar oleh sejumlah oli yang ada di depannya, sehingga menimbulkan pressure terbesar. Makin dekat pressure gauge dipasangkan dengan lubang pengeluaran, makin kecil pressure yang terbaca.
PRESSURE YANG SAMA AKAN MENGHASILKAN GAYA YANG BERBEDA PADA PENAMPANG YANG BERBEDA
Pada percobaan di atas, dua buah piston diberi beban yang sama yaitu 10 kgf. Luas penampang piston sebelah kiri dan kanan adalah sama, yaitu 10 cm2. tekanan oli yang terbangkit di kedua silinder adalah sama, yaitu p = F : A = 10 kgf : 10 cm2 = 1 kgf/cm2.Oli dari masing-masing silinder akan menekan dua buah piston yang dipasang mendatar yang dipasang dengan rod yang sama namun berbeda luas penampang, pada sisi kiri luasnya 20 cm2 dan pada sisi kiri 5 cm2.Tekanan oli dari sisi kiri menghasilkan gaya dorong ke kanan pada piston kiri sebesar : F = p x A = 1 kgf/cm2 x 20 cm2 = 20 kgf. Sedangkan tekanan oli dari sisi kanan menghasilkan gaya dorong ke kiri pada piston kanan sebesar : F = p x A = 1 kgf/cm2 x 5 cm2 = 5 kgf.Karena gaya dorong ke kanan lebih besar dari gaya dorong ke kiri, maka piston mendatar akan bergerak ke kanan.
LOAD SENSING
Pada gambar 1, beban hanya 1 kgf di kedua sisi. Dengan luas penampang A1 dihasilkan tekanan sebesar 1kgf/cm2 di
dalam oli dan terlihat dari pembacaan pressure gauge sebelah kiri. Pressure sebesar ini diubah kembali menjadi gaya
pada piston A3 sebesar : F = 1 kgf/cm2 x 10 cm2 = 10 kgf, dan gaya ini ditambah gaya spring sebesar 2kgf, hingga menjadi
12 kgf, ke arah kanan.
Di sisi kanan, piston mendapat beban yang sama yaitu 1 kgf dan menghasilkan pressure yang sama pula. Pressure
tersebut diubah kembali menjadi gaya pada piston A4 sebesar F= 1 kgf/cm2 x 11 cm2 = 11 kgf, ke arah kiri.
Karena gaya ke kanan lebih besar, maka piston tidak bergerak dan tetap diam.
Pada gambar di atas, beban ditambah menjadi 2 kgf, menghasilkan pressure di sisi kiri sistem 2 kgf/cm2. Pressure ini
kemudian diubah kembali menjadi gaya pada piston A3 sebesar : F = 2 kgf/cm2 x 10 cm2 = 20 kgf, ditambah dengan gaya
spring 2 kgf, menjadi 22 kgf, ke arah kanan.
Di sisi kanan, beban yang sama menghasilkan pressure yang sama pula ( 2 kgf/cm2) dan diubah kembali menjadi gaya
pada piston A4 sebesar: F = 2 kgf/cm2 x 11 cm2 = 22 kgf, ke arah kiri. Karena gaya ke arah kanan dan gaya ke arah kiri
sama besar, piston horizontal akan tetap diam. Posisi kedua piston vertikal-pun masih tetap.
LOAD SENSING (2)
Pada gambar di samping, beban ditambah
menjadi 3 kgf, dan menghasilkan pressure
sebesar 3 kgf/cm2. pressure tersebut
kemudian diubah kembali menjadi gaya
pada piston A3 sebesar 30 kgf, ditambah
dengan gaya spring 2 kgf, menjadi 32 kgf,
ke arah kanan.
Pada sisi kanan, dengan beban yang sama
menghaslkan pressure yang sama, namun
pressure tersebut diubah menjadi gaya
pada piston A4 menghasilkan : F= 3 kgf/cm2
x 11 cm2 = 33 kgf, ke arah kiri.
Saat ini gaya ke kiri lebih besar dari gaya ke
kanan pada piston horizontal,
menyebabkan piston horizontal kemudian
bergerak ke kiri dan membuka jalur kembali
ke tangki bagi oli di silinder sebelah kanan,
hingga piston kanan turun.
GANGGUAN PADA ALIRAN/FLOW OLI
HOSE DAN SAMBUNGAN (FITTING)
Pemilihan konduktor dan elemen
penyambung ( fitting) tergantung
pada faktor-faktor :
1. Tekanan statis dan dinamis
2. Aliran rata-rata
3. Kesesuaian terhadap fluida
4. Pemeliharaan
5. Vibrasi
6. Kekuatan terhadap kebocoran
7. kondisi lingkungan
8. Pemakaian
9. Harga
Pipa berlapis baja digunakan untuk
konduktor-konduktor kaku dan semi
kaku. Pipa fleksibel (hose) digunakan
untuk bagian-bagian unit yang
bergerak dimana vibrasi/getaran
dapat menyebabkan kebocoran.
TABEL PEMILIHAN PIPA KONDUKTOR
Diameter
Luar
(mm)
Tebal dinding pipa
(mm)
Pressure maksimum
terhitung
(Bar)
Diameter
Luar
(mm)
Tebal dinding pipa
(mm)
Pressure maks.
terhitung
(Bar)
4 1 600 18 3 365
5 1 400 20 2 193
6 1 300 20 3 313
6 2 1200 22 1.5 122
8 1 228 22 3 273
8 2 686 25 2 147
10 1 172 25 3 230
10 2 458 28 1.5 92
12 1 137 28 3 199
12 2 343 30 2.5 119
14 1 128 30 4 265
14 2 309 35 2 100
15 1.5 192 35 4 216
15 2.5 365 38 3 136
16 1.5 177 38 5 261
16 2.5 331 42 2 81
18 1.5 154
JENIS PIPA HIDROLIK
Beberapa jenis pipa yang digunakan dalam sistem
hidrolik :
1. Pipa baja berlapis (galvanis) paling banyak
digunakan pada instalasi pipa hidrolik
terutama pada sistem yang bertekanan tinggi
dan statis. Pipa ini dapat dibengkokkan
menjadi beberapa bentuk belokan. Pada
sistem dengan kecepatan aliran dan tekanan
tinggi penggunaan pipa baja (logam) sangat
cocok. Karena selain tahan terhadap kejutan,
juga rugi-rugi tekanan lebih rendah. Pipa baja
galvanis kurang begitu cocok digunakan,
karena lapisan seng bisa terkupas oleh
gesekan fluida yang mengalir dan akan
merusak katup, pompa, dan elemen-elemen
penggerak.
2. Pipa tembaga penggunaannya terbatas pada
sistem hidrolik tekanan rendah dan vibrasi
yang ditimbulkan juga rendah. Pipa tembaga
cenderung meniadi rapuh apabila terkena
erosi dan berhubungan dengan kondisi panas
yang tinggi.
3. Pipa alumunium juga kurang tahan pada
tekanan tinggi dan mudah terkikis, tetapi
mudah dibengkok-bengkokkan.
4. Pipa plastik (nylon) hanya digunakan pada
sistem tekanan rendah.
JENIS-JENIS PENYAMBUNGAN
JENIS-JENIS HOSE
Berikut ini beberapa jenis hose yang
digunakan :
1. Fabric Braid hose : digunakan untuk
mengalirkan fluida yang terbuat dari mineral,
bensin atau bahan bakar minyak lain.
dipasangkan pada saluran hisap atau saluran
pengembalian yang bertekanan rendah.
Batas suhu : -40oF hingga +250oF.
2. Single wire braid hose : digunakan
sebagai saluran balik, atau saluran bahan
bakar seperti bensin, air, campuran anti beku
dan bahan kimia. Batas suhu : -40oF
hingga +250oF.
3. Double wire braid hose : digunakan
sebagai saluran oli hidrolik tekanan tinggi,
bensin, bahan bakar minyak dan saluran air.
Batas suhu : -40oF hingga +200oF.
4. Spiral wire hose : digunakan bertekanan
sangat tinggi, dan saluran bahan bakar
minyak. Batas suhu : -40oF hingga +200oF.
Ukuran hose ( inchi) Single wire braid Double wire braid Spiral wire braid
¼ “ 3000 psi ( 200 Bar ) 5000 psi ( 345 Bar ) -
3/6 “ 2250 psi ( 150 Bar ) 4000 psi ( 275 Bar ) 5000 psi ( 345 Bar )
½ “ 2000 psi ( 140 Bar ) 3500 psi ( 240 Bar ) 4000 psi ( 275 Bar )
5/8” 1750 psi ( 120 Bar ) 2750 psi ( 190 Bar ) -
¾ “ 1500 psi ( 100 Bar ) 2250 psi ( 150 Bar ) 3000 psi ( 200 Bar )
1” 800 psi ( 55 Bar ) 1875 psi ( 130 Bar ) 3000 psi ( 200 Bar )
1 ¼ “ 600 psi ( 40 Bar ) 1625 psi ( 112 Bar ) 3000 psi ( 200 Bar )
1 ½ “ 500 psi ( 35 Bar ) 1250 psi ( 85 Bar ) 3000 psi ( 200 Bar )
2” 350 psi ( 25 Bar ) 1125 psi ( 77 Bar ) 2500 psi ( 170 Bar )
LAMBANG-LAMBANG DALAM SIRKUIT HIDROLIK
Pompa dengan debit
konstan (fixed
displacement) dengan satu
arah aliran
Pompa dengan debit yang
dapat diatur (variable
displacement) dengan satu
arah aliran
Pompa dengan debit
konstan (fixed
displacement) dan dapat
berbalik (reversible)
Motor dengan debit aliran
yang variable dan
reversible
Motor dengan debit aliran
konstan dengan satu
arah aliran
Alat hidrolik yang dapat
berfungsi sebagai motor
dan pompa reversible
dengan debit aliran
variable
Motor hidrolik dengan
sudut atur terbatas /
gerakan terbatas
Alat hidrolik dengan
volume langkah variabel,
bekerja dalam arah aliran
yang sama, sebagai
pompa dan sebagai motor.
Alat hidrolik dengan
volume langkah konstan,
bekerja dalam arah aliran
yang sama, sebagai
pompa dan sebagai
motor.
Alat hidrolik dengan
volume langkah variable,
bekerja dalam arah yang
satu sebagai pompa,
dalam arah yang
berlawanan sebagai
motor.
Motor hidrolik reversible
dengan dua displacement
Alat hidrolik dengan
volume langkah konstan,
tetapi dapat bekerja
dalam dua arah sebagai
pompa dan sebagai
motor.
Pompa ganda dengan
debit konstan
Motor hidrolik reversible
dengan 3 displacement
Pompa ganda dengan
debit variable
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI KE-3
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI TILTING
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI TILTING
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI LIFTING
MODEL SKEMA HIDROLIK PADA WHEEL LOADER : FUNGSI LIFTING
POMPA DAN PENGATURAN PRESSURE
UNIT SERVO/PILOT VALVE
MAIN CONTROL VALVE
ELECTRIC CONTROL
END SHOW