BAB II LANDASAN TEORI

(1)

8

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

(2)

Gambar 2.1 Diagram alur proses perancangan Metode Pahl dan Beitz

(Ginting, Rosnani, Perancangan Produk, 37)

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

Konsep Mengembangkan struktur produk 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

Melakukan evaluasi terhadap kriteria teknis dan ekonomis

Menentukan bentuk awal, memilih material dan perhitungannya T in g k a ta n d a n p e rb a ik a n P e re n c a n a a n dan pe nj el as an produk P eranc an ga n k on s ep P eranc an ga n bentuk P e ra n c a n g a n de tai l O pti m as i pe m bu ata n O pti m as i lay out, bentuk dan m ater ial O pti m as i prin s ip

(3)

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,

(4)

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 komponen-komponen konsep produk yang dalam gambar skema masih berupa garis atau

batang saja, kini harus diberi bentuk, sedemikian rupa sehingga

komponen-komponen 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.

(5)

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

selang-selang 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

(6)

gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda. Energi potensial dinyatakan

dengan:

EP = mgh

Dimana : EP = energy potensial (joule)

w = berat benda (newton) = mg

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

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 mv2

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)

(7)

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:

(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.

Gambar 2.2 Torsi

Torsi dapat dinyatakan dengan persamaan:

T = F x d

Dimana: T = Torsi (Nm)

F = Gaya (N)

Laju aliran (gpm) x Tekanan (Psi)

Daya = Laju aliran (lpm) x Tekanan (bar) (kW) 600 = Daya 1714 (hp) = Daya

Laju aliran x Tekanan

d

(8)

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

(9)

Gambar 2.3 Sistem Hidrolik

Gambar 2.4 Silinder hidrolik dengan aksi mendorong

Laju aliran pada gambar di atas adalah:

s

Laju aliran

Luas penampang x Langkah piston (s) piston (A)

(10)

Gambar 2.5 Silinder hidrolik dengan aksi menarik

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:

Dimana : P = tekanan (N/m2)

F = gaya (N)

A = luas penampang (m2)

Prinsip dasar sistem hidrolik berasal dari hukum pascal, dimana tekanan

dalam fluida statis harus mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: s

(Luas penampang piston (A) - x Langkah piston (s) Luas penampang poros (P))

Waktu = Laju aliran

F A P =

(11)

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.

Gambar 2.6 Dua buah silinder yang berbeda luas penampangnya

(Parr, Andrew, Hidrolika dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi dan Insinyur, 17)

Dimana : P = Tekanan (N/m2)

F1 = Gaya yang bekerja pada silinder kecil (N)

F2 = Gaya yang bekerja pada silinder besar (N)

A1 = Luas penampang silinder kecil (m2)

A2 = Luas penampang silinder besar (m2)

F1 F2 A2 A1 F1 F2 A1 A1 P = =

(12)

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

(13)

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

(14)

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:

(L. Streeter, Victor & Wylie, Benjamin., Mekanika Fluida, 9)

Dimana : τ = tegangan geser μ = viskositas

du/dy = perubahan sudut atau kecepatan sudut

y x T eg ang an du/dz τ Cairan Ideal Zat Cair Ideal

Gradien kecepatan du / dz

du dy μ τ =

(15)

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/m2 dan

gradien kecepatan adalah dalam (m/det)/m maka satuan dari viskositas dinamik

adalah:

(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)

N/m2 N/det

(m/det)/m = m2 = kg/m.det μ =

(16)

Perbandingan antara kekentalan dinamik dan kerapatan disebut kekentalan

kinematik, dirumuskan:

(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.

Tabel 2.1 Kekentalan kinematik dari beberapa jenis fluida

(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. μ kg ρ m.det.kg/m3 ν = = = m2/det Suhu °C (°F) Kerapatan relatif Kekentalan Kinematik m2/det Kerapatan relatif Kekentalan Kinematik m2/det Kerapatan relatif Kekentalan Kinematik m2/det Kerapatan relatif Kekentalan Kinematik m2/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

Air Pelarut Komersil Karbon Tetrakhlorida Minyak Pelumas Menengah

(17)

 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

macam-macamnya 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

(18)

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

(19)

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 )

(20)

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:

(http://trikueni-desain-sistem.blogspot.com/2013/09/Menghitung-Arus-Motor-AC.html)

Daya Output Daya Input

(21)

Untuk motor bakar biasanya efisiensi yang dihasilkan berkisar 75% - 90%

dan persamaan efisiensi untuk motor bakar adalah sebagai berikut:

(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:

Dimana : Daya Motor dalam satuan kW

Laju Aliran dalam satuan liter/menit

Tekanan pompa dalam satuan bar atau kgf/cm2

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 Qin - Qout

Qin

Efisiensi = x 100%

Laju Aliran x Tekanan Pompa Daya Motor =

(22)

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.

(23)

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;

P = Hp.γ.Qs

(Sularso., & Tahara, Haruho. Pompa & Kompresor, 53)

Dimana :

Hp = Head Pompa γ = Berat Jenis Fluida Qs = Kapasitas Silinder

2.4.3 Perbandingan Beberapa Jenis Pompa

Untuk mengetahui perbandinga beberapa jenis pompa dapat dilihat dari

tabel di bawah ini;

Tabel 2.3 Perbandingan beberapa jenis pompa

(Sumber : http://www.scribd.com/doc/230224971/Isi-Hidraulik#scribd)

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

Jenis Pompa Tekanan

(kgf/cm2) Kapasitas (Liter/menit) Kecepatan Maksimum (rpm) Efisiensi 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

(24)

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

(25)

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;

Dimana : Q = Debit aliran (m3/s)

v = Kecepatan silinder (m/s)

A = Luas penampang silinder hidrolik (m2)

Q A

(26)

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,

(27)

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

(28)

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

(29)

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

(30)

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

(31)

2.10 Head Zat Cair

Pada penampang di bawah zat cair mempunyai tekanan statis p (dalam

kgf/m2), 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,

Gambar 2.18 Aliran melalui pipa

(Sumber : Pompa& Kompresor, 1987)

2.11 Kerugian Head (Head Losses)

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)

P v2 γ g H = + + Z Pipa v P Z

(32)

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;

Dimana : λ : faktor gesekan L : panjang pipa (m)

D : diameter dalam pipa (m)

v : kecepatan rata-rata fluida (m/s)

g : gravitasi (m/s2)

Untuk mengetahui besarnya faktor gesekan perlu dicari terlebih dahulu

besarya bilangan Reynolds, dimana;

Dimana: Re = Bilangan Reynolds

v = Kecepatan aliran fluida (m/s)

D = Diameter selang (m)

ν = Viskositas kinmatik (m2 /s)

Jika Re < 2300, aliran bersifat laminer.

Jika Re < 4000, aliran bersifat turbulen.

λ x L x v2 D x 2g H_L = ν D v Re =

(33)

Jika Re = 2300 – 4000, daeran transisi, dimana aliran dapat bersifat laminer atau

turbulen.

Koofisien gesek aliran laminer dapat dicari dengan menggunakan rumus;

Sedangkan untuk aliran turbulen, menghitung koofisien gesek dapat

menggunakan rumus Formula Darcy

Dimana D adalah diameter dalam pipa.

Gambar 2.19 Diagram Moody untuk mencari koofisien gesek

(http://almer-farhan.blogspot.com/2012/04/cfd-asistensi-ke-2-kelompok-7.html) 64 Re λ = 0,0005 D λ = 0,020 +

(34)

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:

Dimana, fv = Koofisien kerugian katup, tee dll

v = Kecepatan rata-rata aliran (m/s)

Hlminor = 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. v2

2g H_lminor = fv

H_{loss major} H_lminor