Prinsip-Prinsip Sistem Hidrolik ( Power Train dan Hydraulic Alat Berat 3 Bab 1 )

Mengapa menggunakan sistem Hidrolik?

Prinsip-prisip sistem hidrolik

A.  Deskripsi

Pembelajaran  memahami prinsip-prinsip sistem  hidrolik alat berat  adalah  salah  satu  kompetensi  dasar  yang  harus dikuasai  siswa  dalam  mata  pelajaran  Power  Train  dan Hidrolik Alat Berat.

Dalam  bab  ini  akan  dipelajari  tentang Prinsip  Hidrolik  Alat Berat yang didalamnya akan dibahas mengenai :

A.  Ilmu hidrolik

B.  Sifat zat cair

C.  Tujuan menggunakan zat cair

D.  Tenaga Fluida

E.  Keunggulan tenaga pada zat cair

F.  Tekanan

G.  Aliran

H.  Hubungan antara tekanan dan aliran

I.  Sirkuit seri dan paralel

J.  Bagaimana sistem hidrolik bekerja

B.  Tujuan Pembelajaran

Memahami prinsip-prinsip sistem hidrolik alat berat

C.  Uraian Materi

1.  ILMU HIDROLIK

 Ada  banyak  alasan.  Beberapa  diantaranya adalah bahwa sistem hidrolik ini sangat multi-guna, efisien dan sederhana  untuk  pengalihan  power  /  tenaga.  Ini merupakan  tugas  sistem  hidrolik,  yang  mengubah power dari suatu bentuk menjadi bentuk yang lainnya.

Ilmu hidrolik dapat dibagi menjadi dua bidang besar:

·         Hidrodinamika

·         Hidrostatika

 Hidrodinamika 

Hidrodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang pergerakan cairan.

Penerapan pemanfaatan hidrodinamika:

·         Kincir  air  atau  turbin;  energi  yang dipergunakan  adalah  yang  tercipta  dari gerakan air

·         Torque Converter

Hidrostatika

 Hidrostatika adalah ilmu yang mempelajari tentang cairan yang diberi tekanan. 

Penerapan pemanfaatan hidrostatika:

·         Hydraulic Jack atau hydraulic press

·         Actuator cylinder hydraulic

Dalam peralatan yang menggunakan hidrostatika, dorongan atau tekanan terhadap cairan  yang  ditempatkan  dalam  suatu  wadah (dikurung) menimbulkan  tenaga. Jika cairan  bergerak  atau  mengalir  dalam  suatu  sistem,  maka  akan  terjadi  pergerakan dalam sistem tersebut. Contohnya, ketika kita mendongkrak mobil dengan hydraulic jack, maka cairan bergerak sehingga jack akan mengangkat mobil kita. Kebanyakan mesin atau peralatan hidrolik yang digunakan sekarang menggunakan dasar-dasar hidrostatistika.

2.  SIFAT ZAT CAIR

Mengapa menggunakan zat cair?

Untuk memahami prinsip kerja dari sistem hidrolik, maka buatlah percobaan dengan mengikuti instruksi di bawah ini!

Bahan :   suntikan, penampung air, air secukupnya

Percobaan 1

 1. Tariklah katup dari suntikan

2. Doronglah katup suntikan

 Amati apa yang terjadi pada suntikan

dan apa yang anda rasakan!

 Percobaan 2

1.       Tariklah katup dari suntikan dengan menutup ujungnya

2.       Tariklah katup dari suntikan setengahlangkah tabung

3.       Setelah suntikan berisi udara setengah tabung, tariklah lagi katup suntikan dengan menutup jungnya, dan lepaskan kembali

4.       Doronglah katup suntikan dengan menutup ujungya, dan lepaskankembali

Gambar 1.5 Suntikan Percobaan 2

Amati apa yang terjadi pada suntikan

dan apa yang anda rasakan!

Percobaan 3

1.       Masukkan suntikan ke dalam air

2.       Tariklah katup dari suntikan

3.       Doronglah katup suntikan

 Amati apa yang terjadi pada suntikan

dan apa yang anda rasakan!

Gambar 1.6 Suntikan Percobaan 3

Percobaan 4

1.       Masukkan suntikan ke dalam air

2.       Tariklah katup dari suntikan setengah langkah tabung

3.       Setelah suntikan berisi air setengah tabung, tariklah lagi katup suntikan dengan menutup ujungnya, dan lepaskan lagi

4.       Doronglah katup suntikan dengan menutup ujungnya, dan lepaskan lagi

Amati apa yang terjadi pada suntikan

dan apa yang anda rasakan!

Gambar 1.7 Suntikan Percobaan 4

Catatlah apa yang telah anda amati dan rasakan pada masing-masing percobaan!

Bagaimana hubungannya dengan prinsip kerja sistem hidrolik?

Manakah diantara udara dan zat cair  yang sesuai digunakan pada  sistem hidrolik?

Sifat-sifat zat cair diantaranya adalah:

Catatlah apa yang telah anda amati dan rasakan pada masing-masing percobaan!

Bagaimana hubungannya dengan prinsip kerja sistem hidrolik?

Manakah diantara udara dan zat cair  yang sesuai digunakan pada  sistem hidrolik?

Zat cair mampu menyesuaikan diri sesuai bentuk wadahnya

Cairan  akan  selalu  menyesuaikan  diri dengan  segala  bentuk  wadah  yang melingkupinya.  Cairan  juga  akan mengalir ke segala penjuru melalui line / saluran dan hose yang memiliki berbagai jenis ukuran dan bentuk.

Cairan tidak dapat dimampatkan

Cairan  menempati  jumlah  ruangan  atau volume  yang  sama,  bahkan  ketika menerima tekanan. 

Gas  kurang  sesuai  untuk  dipergunakan dalam  sistem  hidrolik karena  gas  akan memampat  dan  membutuhkan  tempat yang lebih sempit.

Cairan dapat meneruskan tekanan ke segala penjuru

Cairan  mampu  menyebarkan tekanan dengan  merata.  Tekanan  jika  diukur pada  sembarang  titik  pada  hydraulic cylinder atau line  /  saluran  akan  sama besar,  dimanapun  pengukuran  tersebut dilakukan.

Jika  ada  sebuah  pipa  yang  menghubungkan  dua  silinder  yang  berukuran  sama,  maka perubahan volume pada satu silinder  akan menyalurkan volume yang sama ke bagian lainnya.  Ruang  atau  volume  yang  dihuni  suatu  unsur  disebut  sebagai  pengalihan (displacement). Cairan sangat bermanfaat untuk mengalihkan tenaga melalui pipa, baik untuk  jarak  dekat  maupun  jarak  jauh,  dan  di  sekitar  sudut  serta  naik  dan  turun.  Gaya yang diberikan pada satu ujung pipa akan langsung disalurkan dengan besar gaya yang sama di ujung pipa yang lainnya.  Kebanyakan  sistem hidrolik menggunakan  oli  karena  tidak  akan  memampat  dan mampu  melumasi  sistem  yang dipergunakan. Oli hidrolik memampat  kira-kira  1-1,5%  pada tekanan 3000  psi  (20.685 kPa).  Untuk penerapan pada  sistem hidrolik, oli hidrolik dianggap sangat ideal dan tidak memampat sama sekali.

Air tidak cocok dipakai karena:

1.       Air dapat membeku pada temperatur / suhu yang dingin dan mendidih pada temperatur / suhu 100ºC. 

2.       Air menyebabkan korosi dan karat serta hanya memberi sedikit lubrication.

3.  TUJUAN MENGGUNAKAN ZAT CAIR

Ada  berbagai  jenis zat  cair  yang  dipakai  dalam  sistem hidrolik karena  berbagaialasan,  tergantung  kepada  tugas  dan  lingkungan  kerjanya,  namun  kesemuanya menjalankan fungsi yang mendasar seperti berikut ini: 

1.       Zat cair digunakan untuk menyalurkan gaya dan tenaga melalui  saluran  menuju  actuator  yang  akan memanfaatkannya.

2.       Zat cair merupakan media pelumasan untuk komponen-komponen hidrolik yang dipakai dalam sebuah circuit.

3.       Zat  cair  juga  dapat  berperan  sebagai  media  pendingin, yang  mampu  mengalihkan  panas  dari suatu titik  panas dalam sirkuit ataupun komponen hidrolik di tempat lain.

4.  TENAGA FLUIDA

Pada  abad  ke  tujuh  belas,  seorang  filusuf  dan  ahli  matematika  Perancis  yang bernama Blaise Pascal, merumuskan hukum dasar yang menjadi dasar hidrolik.  

Hukum Pascal menyebutkan: 

“Tekanan yang diberikan terhadap zat cair yang berada  dalam  suatu  wadah  tidak  akan berkurang ketika  dialihkan ke  segala  arah,  dan akan menimbulkan gaya / force yang seimbang pada  semua  daerah  secara  merata,  dan  pada sudut  yang  tepat  pada  seluruh  daerah tersebut.”

Prinsip  ini,  juga  mengacu  pada  hukum zat  cair dalam  ruang  tertutup,  seperti  tekanan  yang diberikan pada botol kaca yang terisi penuh zat cair.Karena  pada  dasarnya  zat  cair  tidak  dapat dimampatkan, dan gaya yangdisalurkan tidak berkurang  ketika  melalui  cairan  dan  memberi dampak yang  sama  di  segala  daerah  botol tersebut,  dan  karena  luas  area  badan  botol lebih  besar  dibanding  dengan  leher  botol, maka badan botol akan pecah dengan adanya sedikit  tekanan  yang  diberikan  pada sumbatnya. 

Dalam  gambar  ini,  area  leher  botol memiliki  daerah  lintang  seluas0,001 m². Ketika  tekanan  tercipta  dari adanya gaya yang disalurkan melalui zat  cair,  hal  tersebut  mempengaruhi semua  tekanan  area  yang berdekatan  dengannya  denganbesaran  yang  sama.  Hal  tersebut berarti  bahwa  untuk  area  yang  lebih besar  (jumlah  inci  persegi  yang  lebih besar)  akan  dipengaruhi  pula  oleh kekuatan gabungan yang lebih besar.

Dasar dari botol memiliki luas area 0,2 m², dan gaya yang ditimpakan pada cairan tersebut  adalah  50N  untuk  tiap  0,001  m². Sehingga  gabungan  gaya  pada keseluruhan  area  pada  bagian  dasar  botol adalah  1000 N,  karena  ada  20  area dikalikan 50 N.

Hubungan tersebut digambarkan dengan rumus berikut ini:

P =  Pressure(tekanan)

=  satuan pascal (Pa) ataupound per square in (lb/in2)

F = Force(gaya)

=  satuan newton (N) atau pound (lb)

A =  Area(luas area)

=  satuan meter persegi (m2) atau square in (in2)

Pascal  mendemonstrasikan  penggunaan  hukumnya  secara  nyata  dengan  gambar seperti di bawah ini.

Gambar  tersebut  menunjukkan  bahwa, dengan menerapkan  prinsip-prinsip  yang sama  seperti  yang  dijelaskan sebelumnya, maka gaya  masuk kecil  yang  diberikan pada daerah  kecil  dapat  menciptakan  gaya  yang lebih besar  dengan  memperbesar luas area outputnya.

Tekanan   yang  menimpa luas  area output  yang  lebih  besar,  akan menimbulkan  gaya  yang  lebih  besar seperti yang dinyatakan dalam  rumus. Sehingga,  kita mendapatkan  suatu metode  untuk  menggandakan besarnya  gaya,  sama  seperti  halnya pada penggunaan tuas pengangkat.

Untuk memperdalam pemahaman anda, lakukanlah percobaan berikut ini!

1.       Sediakan dua buah suntikan dengan ukuran diameter yang berbeda, selang, oli, dan beban (dapat berupa batu bata, atau yang lain)

2.       Isi penuh suntikan kecil dengan oli, sedangkan suntikan besar diisi oli setengah tabung saja, kemudian pasanglah dengan kuat selang pada masing-masing suntikan.

Percobaan 1

Letakkan  satu  buah  batu  bata  di  depan  tuas  suntikan  besar,  kemudian doronglah tuas suntikan kecil dengan jari anda.

 Percobaan 2

Letakkan  dua  buah  batu  bata  di  depan  tuas  suntikan  besar,  kemudian doronglah tuas suntikan kecil dengan jari anda.

Percobaan 3

Letakkan  tiga  buah  batu  bata  di  depan  tuas  suntikan  besar,  kemudian doronglah tuas suntikan kecil dengan jari anda.

Percobaan 4 (kebalikan dari percobaan 1)

Letakkan  satu  buah  batu  bata  di  depan  tuas  suntikankecil,  kemudian doronglah tuas suntikan besar dengan jari anda.

Percobaan 5 (kebalikan dari percobaan 2)

Percobaan 6 (kebalikan dari percobaan 3)

Dari keenam percobaan tersebut, amati pergerakan tuas dari masing-masing suntikan!

Sama atau tidak pergeseran tuas antara suntikan besar dengan suntikan kecil?

Adakah perbedaan kekuatan pada jari anda untuk mendorong beban yang bervariasi!

Jika luas area suntikan dan berat beban anda ketahui, berapa gaya yang anda butuhkan pada masing-masing percobaan?

5.  KEUNGGULAN TENAGA PADA ZAT CAIR

 Menggandakan  gaya  hanyalah  salah  satu  keunggulan  penggunaan  zat  cair  untuk mengalihkan tenaga. Seperti yang terlihat pada gambar-gambar sebelumnya, maka gaya tidak harus disalurkan melalui jalur lurus (secara linear). Gaya dapat dialihkan melewati  sudut  atau  secara  tidak  linear  serta  memperbesarnya.  Konsep  kekuatan zat cair merupakan konsep yang fleksibel untuk pengalihan kekuatan. 

Sebenarnya, kekuatan zat cair  merupakan pengalihan  tenaga  dari sumber  putaran  (motor listrik  atau mesin  dengan pembakaran dalam)  yang pada  dasarnya  hanya memiliki  gaya  putar menjadi  piranti  penguat gaya  linear  (garis  lurus) atau  gaya  putar  lain yang disebut actuator. 

Gambar 1.19 unit pengalih tenaga

Kekuatan  zat  cair  ini  juga dapat  dilihat  sebagai bagian  dari  proses pengalihan  dari pengubahan  energi  dari energi  potensial  (listrik maupun  bahan  bakar) menjadi  bentuk  mekanika aktif  (gaya linear  atau putar dan tenaga).

Ketika  energi dasar  telah  dirubah  menjadi  kekuatan  zat  cair,  maka  akan  timbulkeunggulan lainnya: 

1.       Gaya  dapat  diubah  dengan  mudah  dengan  mengubah  arah  atau membaliknya.  

2.       Anda  bisa  menambahkan  peralatan  perlindungan  tambahan  agar  peralatan tetap  berada  di  tempatnya,  namun  tidak  menyebabkan  penggerak  utama (motor  atau  mesin)  menjadi  kelebihan  beban  dan  menyebabkan  komponen peralatan mendapatkan tekanan yang berlebihan.  

3.       Kecepatan pergerakan komponen mesin yang berbeda, seperti boom, stick, winchdan  sebagainya,  yang  masing-masingnya  dapat  dikontrol  secara independen,  serta  kecepatan  penggerak  utama  yang    juga  dapat  dikontrol secara independen. 

6.  TEKANAN

Lakukanlah percobaan berikut ini!

Bahan:   sediakan botol air mineral ukuran 1.5 liter, lakban, spidol permanent, pelubang, air, dan alat atau bahan pendukung lainnya Buatlah  lima  lubang  pada  botol  air  mineral  dengan  ketinggian  yang  berbeda.

Tutuplah masing-masing lubang dengan lakban. Tandai tiap lubang dengan nomor secara berurutan. Isi penuh botol dengan air. Setiap akan melaksanakan percobaan berikutnya, isi penuh lagi botol air mineral.

Amatilah pergerakan cairan, yaitu jauh atau dekat pancaran air apabila lakban dibuka, mulai awal sampai air habis tepat pada lubang (tergantung dari ketinggian lubang).Hitung juga waktu dari durasi pancaran air. Lakukanlah percobaan dengan menempatkan botol pada ketinggian yang berbeda, misalnya pada ketinggian 1 meter dan 2 meter, tetapi botol tetap pada satu garis lurus ke atas.

Percobaan 1

Ketinggian botol 1 meter dari permukaan tanah

 Percobaan 1.1

Buka hanya lubang air nomor 1

Percobaan 1.2

Buka hanya lubang air nomor 2

Percobaan 1.3

Buka hanya lubang air nomor 3

Gambar 1.22 Botol dengan ketinggian 1 m

Percobaan 1.4

Buka hanya lubang air nomor 4

Percobaan 1.5

Buka hanya lubang air nomor 5

Percobaan 1.6

Buka hanya lubang air nomor 2 dan 4

Percobaan 1.7

Buka semua lubang secara bersamaan dan isi botol dengan air terus selama yang anda inginkan

Percobaan 2

Ketinggian botol 1 meter dari permukaan tanah

Gambar 1.23  Botol dengan ketinggian 2 m

Percobaan 2.1

Buka hanya lubang air nomor 1

Percobaan 2.2

Buka hanya lubang air nomor 2

Percobaan 2.3

Buka hanya lubang air nomor 3

Percobaan 2.4

Buka hanya lubang air nomor 4

Percobaan 2.5

Buka hanya lubang air nomor 5

Percobaan 2.6

Buka hanya lubang air nomor 1 dan 5

Percobaan 2.7

Buka semua lubang secara bersamaan dan isi botol dengan air terus selama yang anda inginkan

Zat cair didorong keluar dari tangki penampung oli memasuki inlet dari pompa dengan adanya tekanan pada zat cair. Tekanan tersebut disebabkan oleh: 

1.       Beban zat cair

2.       Tekanan atmosfir

3.       Tekanan  dari  dalam  tangki  sendiri  jika tangkinya  termasik  tipe  tangki bertekanan

Beban zat cair

Gambar 1.24 tekanan yang disebabkan oleh beban cair

Satu  meter  kubik  air  memiliki  beban  sekitar  1000 kg. Beban  ini  akan  menekan  ke bawah karena adanya tekanan gravitasi, dan menyebabkan tekanan pada dasar zat cair.  Gambar  di  atas menunjukkan  bagaimana  beban  ini  disebarkan  pada keseluruhan  bagian  dasar  volume  air.  Dalam  contoh  ini,  keseluruhan  beban ditunjang oleh luas area berukuran satu meter kali satu meter atau 1 m.

Besarnya tekanan yang menimpa dasar 1 meter kubik air adalah 9810kPa. 

 Tiang  air  setinggi  dua  meter  akan menghasilkan tekanan dua kali lebih besar  jika  luas  areanya  adalah sama (misalnya 19620 Pa).  

Tekanan  ini  sama  seperti  yang dirasakan  oleh  gendang  telinga ketika kita menyelam dalam air, dan pengalaman  membuktikan  bahwa tekanan  akan  bertambah  seiring dengan kedalaman. 

Tekanan dapat dinyatakan sebagai berikut: 

Pressure (Pa) = kedalaman air (m) x 9810 Pa per meter kedalaman.

 Zat  cair  lainnya  juga  berlaku  seperti  halnya  air,  perbedaan  yang  muncul  hanyalah pada perbedaan berat zat cair. Perbedaan ini biasanya dinyatakan dengan Gravitasi Khusus / Specific Gravity (SG) zat cair, yang merupakan perbandingan antara berat zat cair dibandingkan dengan berat air. 

SG = Berat Fluid ÷ Berat Air

Gravitasi  khusus  sejenis  untuk  oli  juga  dipakai  dalam  sistem  hidrolik yaitu  sekitar 0,92,  yangberarti  bahwa  berat  oli  adalah  92%  dari  berat  air. Hubungan  dengan rumus pertamanya menjadi: 

Pressure (Pa) = Kedalaman Fluid / Fluid Depth(m) x 9180 Pa/m air x SG

Berat air murni adalah sebesar 1000 kg per meter kubik pada temperatur 4 ⁰C, yang merupakan temperatur  paling  padat.  Beratnya  akan  sedikit  menurun  pada temperatur  yang  lebih  tinggi, namun  perbedaannya  tersebut  biasanya  diabaikan untuk perhitungan hidrolik. 

 Oli hidrolik yang  sejenis tersebut  dalam  suatu reservoirakan menimbulkan tekanan sebesar  9200  Pa  per  meter  tingginya.  Tekanan  pada  dasar  reservoirakan membantu  mendorong  zat  cair  keluar  dari  reservoirdan  masuk  ke  inlet  pump dari pompa hidrolik, jika inlet pump dari pompa tersebut lebih rendah dari permukaan zat cair.

7.  Tekanan Atmosfir

Pada umumnya,  udara tidak dianggap memiliki berat. Karena sangat ringan, maka seringkali  berat  udara  diabaikan.  Satu  batang  berisi  udara  yang  berukuran  satu meter  kali  satu  meter  (satu  meter  persegi),  dan  mencuat  dari  permukaan  bumi  di atas  permukaan  laut  mencapai  atmosfir,  memiliki  berat  yang  lumayan.  Beratnya adalah  sekitar  10.000  kg, sehingga nilaitekananpada permukaan air laut  karena berat  udara  yang  berada  di  atasnya  adalah  100.000  kPa.  Ini  disebut  sebagai tekanan atmosfir standar, yang juga dikenal sebagai 1 bar atau 1000 milibar.

Tekanan ini, yang terjadi pada reservoirzat cair, juga membantu dalam mendorong zat cair keluar dari reservoirdan masuk ke dalam inlet pump.Orang-orang  telah  terbiasa  dengan tekanan  ini,  dan  karena  tekanan  ini  terjadi sepanjang  waktu,  maka tekanan  dalam  kondisi  ini  biasanya  dianggap “nol”. Pressure gauge juga berada pada bacaan “nol”, sehingga tekanan atmosfir sering  juga  disebut  sebagai  bacaan gauge.  Tentu  saja  kita  bisa  mendapatkan tekanan di  bawah   tekanan  atmosfir ini  dengan  menghilangkan tekanan atmosfir, dan kondisi ini biasa disebut sebagai hampa udara.

Dengan menghilangkan semua tekanan atmosfir, maka kita akan mendapatkan “titik nol”  baru,  dan  ini  disebut  sebagai  “nol    absolut”.  Nol  absolut  adalah  100  kPa dibawah  nol  gauge,  dan  dianggap  sebagai  kondisi  hampa  sepenuhnya.  Tidak  ada teknanan di bawah titik nol absolut. 

 Untuk  membedakan  antara  kedua tekanan tersebut,  gauge yang  mencerminkan nilai  absolut  harus  diberi  label  tambahan  yang  menjelaskan  bahwa  nilai  yang dipakai  adalah  nol  absolut.  Ini  berarti  bahwa  titik  nol  untuk tekanan ini  adalah  nol absolut, dan semua bacaan tekanan positif dimulai dari titik ini. Jika tekanan dimulaidari tekanan absolut  sebagai  “titik  nol”-nya,  maka  yang  dipakai  adalah pressure gauge. Gauge dengan bacaan nilai tersebut biasanya tidak diberi label tambahan.  

Tekanan Barometer

Sekarang  kita  dapat melihat  bahwa  ketika  kita  bergerak  di  atas  permukaan  laut, misalnya  di  atas  gunung,  maka  jarak  udara  diatas  kita  menjadi  makin  pendek, sehingga beban udara di atas kita menjadi lebih ringan. Tekanan atmosfirnya akan turun, dan udara tidak terlalu padat seperti sebelumnya. Kita mengenalnya sebagai fenomena  “tipis”-nya  udara  pada  daerah  yang  tinggi,  dan  kita  merasa  susah bernafas.  Oleh  karena  itu  maka  kita  hanya  menghirup  udara  yang  lebih  sedikit  ke dalam paru-paru kita. 

Sangat  penting  bagi  kita  untuk  memahami  fenomena  ini  pada  daerah  yang  lebih tinggi,  maka tekanan atmosfir  yang  dapat  membantu  mendorong  zat  cair  naik  dari dasar tangki  hidrolik dan  masuk  ke  inlet  relatif lebih  kecil  dibanding  pada  daerah yang lebih rendah.  

Tekanan atmosfir  diukur  dengan  menggunakan  barometer.  Sebuah  tabung  (tube) berisi  merkuri  penuh  dibalikkan  dalam  sebuah tangki  yang  juga  berisi  merkuri. Merkuri  akan  turun  melalui tabung  sampai  mencapai  ketinggian  tertentu.  Ruang kosong di atas merkuri dalam tabung  tersebut menjadi hampa sepenuhnya dengantekanan 0  kPa.  Ketinggian  merkuri  dalam  tabung  tersebut  berhubungan  dengan tekanan  atmosfir,  karena tekanan  atmosfirlah  yang  mencegah  merkuri  tersebut turun sepenuhnya dari tabung. 

 Tekanan  atmosfir  standar  100  kPa  merkuri  akan  turun  dalam  tabung  sampai mencapai  ketinggian  760mm  diatas tangki  tersebut.  Karena  tekanan  atmosfir senantiasa  berubah-ubah  (sesuai  dengan  kondisi  cuaca  atau  perubahan ketinggian), maka ketinggian merkuripun akan berubah sesuai dengan hal tersebut.

Untuk  memperdalam  pengetahuan  anda,  maka  lakukanlah  percobaan  di  rumah dengan membuat Water Barometer  di rumah anda.

Bahan : penggaris, botol kaca, sedotan, permen karet, seal / penyekat, selotip, air, pensil, kertas

Langkah 1

Ambil botol kacadan mengisinya denganair setengah.

 Langkah 2

Ambil penggaris dan tempelkan di dinding dengan selotip. Tempatkan tabung dekat dinding  sehingga Anda  dapat mencatat hasil  pengukuran  dengan  nyaman.

Langkah 3

Sekarang,  masukkan  sedotan  transparan  dalam  air  dan  sedotlah  beberapa milimeter air. Kemudian, kunyahlah permen  karet dan  tutupi bagian  atas sedotan. Angkatlah  sedotan  kaca  dan  pastikan  Anda  menempatkan  sedotan  kembali  ke dalam air dengan ketinggian sedotan setidaknya dua puluh lima milimeter di bawah permukaan air. Biarkan tingkat air di dalam sedotan lebih tinggi dibandingkan  permukaan air di dalam botol kaca.

Langkah 4

Pastikan  sedotan  berada  pada  ketinggian  yang  tetap dengan cara  merekatkannya pada  botol  kaca  dengan  penyekat  dan  pastikan  ruangan  di  dalam  kaca kedap Gambar 1.30 Barometer Airudara, sehingga Anda dapat mencatat hasil pengukuran

dengan mudah. Perhatikan posisi ketinggian  air pada saat  inidi dalam  sedotan, dan  catatlah  pada selembar kertas. Catat pengukuran, yaitu tingkat ketinggian air  di sedotan, setidaknya sekali sehari untuk mengetahui perubahan tekanan udara.

8.  ALIRAN

Aliran diartikan sebagai pergerakan sejumlah zat cair dalam jangka waktu tertentu. Zat cair dalam hidrolik dikurung dalam wadah tertentu, seperti hose, tabung (tube), tangki dan  komponen-komponen  lainnya,  sehingga  aliran  merupakan  pergerakan zat cair melalui wadah yang melingkupinya. 

Aliran biasanya ditulis dengan symbol huruf “Q”, dan biasanya dinyatakan dalam liter per menit, atau LPM, namun juga dapat dinyatakan dalam sentimeter kubik per menit (cm³/mnt) atau per detik (cm³/det). Untuk menggunakan  rumus diatas, kita  harus menggunakan  unit  ukur yang  benar, sehingga  akan  sesuai  pada  kedua  sisi  persamaan  yang  kita  hitung.  Misalnya,  jika luas  area  dinyatakan  dalam  sentimeter  persegi,  maka  kecepatan  / velocitynya adalah  dalam  sentimeter per  detik  atau  sentimeter  per  menit.  Sehingga  alirannya akan dinyatakan dalam sentimeter kubik (cc) per detik atau menit. 

Pada  dasarnya,  aliran  merupakan  kecepatan  dari  sejumlah  zat  cair  untuk  melalui suatu  daerah  menuju  suatu  titik.  Untuk  menggambarkan hal  ini,  bayangkan  suatu luas area potongan melintang dari zat cair dalam tabung. Jika “potongan” melintang dari  zat  cair  ini  menunjukkan  zat  cair  bergerak  dengan  kecepatan  satu  meter  per satu detik, maka zat cair tersebut akan mendorong zat cair lain di depannya sejauh satu  meter  setiap  detiknya. Volume  zat  cair  adalah luas area  melintang  tersebut

dikalikan  dengan length /  panjang  daerah  tempuhnya.  Waktunya,dalam  contoh  ini, adalah  satu  detik.  Ini  akan  memunculkan  rumus  dasar  untuk  menghitung  aliran dalam sistem hidrolik, yaitu :

Flow = Area x Velocity, atau Q = A x V

Aliran terbagi menjadi dua macam, yaitu:

o   Aliran Laminar

o   Aliran Turbulen

Aliran Laminar  

Hal  ini  berarti  kita  membayangkan  aliran  zat  cair  dalam  sistem  hidrolik berjalan lancar  dari  satu  titik  ke  titik  lainnya.Segala  partikel zat  cair  bergerak  paralel  satu sama  lain,  dan  tidak  terjadi  kekacauan  dalam  zat  cair. Ini  disebut  sebagai  aliran laminar, dan ini adalah kondisi yang paling ideal.

Aliran Turbulen

 Pada kenyataanya, aliran dalam sistem hidrolik seringkali mengalami kekacauan di dalamnya.Meskipun zat  cair bergerak pada arah yang ditentukan, namun zat  cair tersebut  bergerak  melalui  media  yang  kecil,  yang  memiliki  sudut-sudut  tajam, melalui  orifice-orifice  kecil,  melewati  tikungan  yang  tajam,  dan  bahkan  semua jalurnya berpotensi menimbulkan gangguan atas alirannya.  

Partikel  zat  cair  bergerak  saling  tumpang  tindih  dan  bertubrukan  satu  sama  lain, yang menyebabkan  terjadinya  gesekan  dan  pergerakan  yang  tidak  efisien.  Lajualiran inilah yang disebut sebagai aliran turbulen, yang sangat tidak diinginkan dan merugikan.  Sayangnya,  aspek  ekonomi  dan  praktis dari tenaga  zat  cair  yang bergerak kebanyakan menghasilkan aliran yang turbulen dalam berbagai bentuk.

9.  HUBUNGAN ANTARA TEKANAN DAN ALIRAN

10. Pressure Drop

Ketika  zat  cair  mengalir  melewati  suatu orifice,  maka  zat  cair  tersebut  akankehilangan tekanan setelah  melewati  orifice  tersebut,  seperti yang  terlihat pada kedua gauge. Perbedaan antara daerah awal dan daerah akhir pressure ini disebut sebagai  penurunan  tekanan;  yaitu  pressure  drop  /  turunnya  tekanan  yang disebabkan oleh aliran dan adanya hambatan (orifice). 

Besarnya penurunan tekanan sangatlah beragam, tergantung pada:

1.       Besarnya aliran yang melewati orifice tersebut. 

2.       Ukuran orifice tersebut.

3.       Mudah tidaknya zat cair mengalir (viscosity).

Besarnya aliran sisi daerah akhir harus sama dengan aliran pada sisi daerah awal seperti,  karena  zat  cair  tidak  keluar.  Namun,  jika  tekanan  dalam  zat  cair  lebih rendah, maka energi dalam zat cair juga akan ikut turun. Hukum fisika menyebutkanbahwa  energi  tidak  dapat  dihancurkan,  sehingga  perbedaan  energi  akan dikeluarkan dalam bentuk panas. 

Jika  besarnya  penurutan  tekanan tergantung  pada  besarnya  aliran  yang melewati  hambatan  tersebut,  maka  kita dapat dikatakan  bahwa  jika  tidak  ada aliran,  maka  tidak  akan  terjadi

penurunan  tekanan.  Dengan  tidak adanya  aliran  dan  penurunan tekanan, maka  tidak  ada  panas  yang  terbuang karena penurunan energi.  

 Hubungan  langsung  antara  aliran  dan  penurunan tekanan  ini  merupakan pertimbangan yang sangat penting dalam hidrolik.Jika tidak ada aliran antara titik A dan titik B, maka tidak akan terjadi penurunan tekanan. Sebaliknuya, jika tidak adaperbedaan tekanan antara titik A dan titik B, maka tidak ada zat cair yang mengalir diantara kedua titik tersebut.

11. Hukum Bernouli

 Hukum  Bernouli  menyatakan  bahwa  jika  aliran  senantiasa konstan/tetap, maka jumlah tekanan dan energi kinetik pada berbagai  titik  dalam  suatu  sistem  harus  senantiasa tetap/konstan  pula.  Jika  suatu  zat  cair  mengalir  melewati sebuah daerah yang memiliki diameter berbeda, maka akan terjadi perubahan kecepatan / velocity.  

Pada sisi kiri, karena luas area tersebut lebih  luas,  maka  kecepatannya  rendah. Pada  bagian  tengah, kecepatannya meningkat  karena luas  areanya  lebih sempit.  Kembali,  pada  bagian  kanan, luas areanya  sama  seperti  bagian  kiri, sehingga  kecepatan  dari  zat  cair kembali  menurun  seperti  kecepatan awalnya.

 Bernouli  membuktikan  bahwa tekanan pada  bagian tengah  harus  lebih  kecil bila dibandingkan dengan tekanan pada bagian  kiri  dan  kanan  karena kecepatannya  lebih  tinggi. Peningkatan

kecepatan  pada  bagian tengah berarti bahwa  terjadi  peningkatan  energi kinetik. Energi  kinetik  hanya  dapat  ditingkatkan  jika tekanan  diturunkan.  Pada  bagian kanan, energi kinetik kembali diubah menjadi tekanan dan alirannya menurun. Jika tidak  ada gesekan,  maka  seharusnya  besarnya tekanan pada  bagian kanan sama dengan besarnya tekanan pada bagian B.

Gambar di  atas menunjukkan  pengaruh  gabungan  dari gesekan dan perubahan kecepatan. Tekanan turun  dari  tingkat  maksimal  pada  bagian  C  menjadi  nol  pada bagian  B.  Pada  bagian  D,  kecepatan  meningkat,  sehingga  puncak tekanan naik. Pada bagian E, puncaknya juga turut naik karena sebagian besar dari energi kinetik yang ada diberikan kepada energitekanan karena kecepatannya menurun. Kembali, pada bagian F, puncaknya turun karena kecepatannya meningkat.

12. Ringkasan tentang beberapa prinsip dasar Hydraulic

Pelaksanaan kerja dengan menggunakan prinsip hidrolik adalah gabungan antara tekanan, dan aliran, melalui waktu.

Tekanan tanpa aliran tidak akan menimbulkan dampak apapun juga.

 Aliran tanpa tekanan tidak akan menimbulkan dampak apapun juga.

Tekanan hidrolik adalah hasil dari adanya hambatan atas aliran & gaya:

1.       Jika terjadi peningkatan aliran, maka terjadi penurunan tekanan.

2.       Jika terjadi penurunan aliran, maka terjadi peningkatan tekanan.

 Aliran hidrolik pada dasarnya adalah suatu bentuk pergerakan.

13. SIRKUIT SERI DAN PARALEL

 Kebanyakan  mesin  membutuhkan  berbagai  komponen  yang  dapat  dihubungkan baik melalui sirkuit seri ataupun paralel.Ketika komponen dihubungkan dengan rangkaian seri, maka fluid / zat cair mengalir dari  satu  komponen  ke  komponen  berikutnya,  sebelum  akhirnya kembali  lagi  ke tanki. Jika komponen  terhubung  secara  paralel,  maka  zat  cair  mengalir  melalui setiap komponen secara simultan.

Restriction / Hambatan dalam rangkaian Seri

Dalam gambar, dibutuhkan tekanan sebesar 620 kPa (90 psi) untuk mengalirkan 4 liter zat cair per menit (lpm) melalui sirkuit.  Orifice atau relief  valve dalam  rangkaian  seri  dalam sirkuit  hidrolik menawarkan

hambatan  yang  serupa  dengan  resistor  pada  rangkaian  seri  sirkuit  elektrik, sehingga  oli  harus mengalir  melalui tiap  hambatan. Jumlah keseluruhan  hambatan sama dengan jumlah dari tiap hambatan.

Restriction /Hambatan dalam rangkaian Parallel

Dalam  rangkaian sirkuit  paralel, pompa  oli  berusaha  mencari  hambatan  yang terkecil. Pada gambar, pompa memasok pelumas ke tiga sirkuit paralel. Sirkuit tiga memiliki  tingkat  hambatan  yang  tertinggi,  sehingga  mendapat  prioritas paling kecil. Sebaliknya, sirkuit  satu  memiliki  tingkat  hambatan  paling  kecil,  oleh  karena  itu menjadi prioritas utama.  Ketika pompa mengalirkan  oli  memenuhi  rongga  dari  pompa  menuju  ke katup, tekanan pompa  oli  meningkat  menjadi  207  kPa  (30  psi). Tekanan yang  tercipta karena  adanya hambatan  terhadap  laju  oli,  membuka katup ke sirkuit satu  dan  oli mengalir ke dalam sirkuit.  Tekanan  pada  sirkuit tidak  akan meningkat sampai sirkuit satu  terisi  penuh.  Ketika sirkuit satu  telah  terisi  penuh,  maka tekanan zat  cair  akan  meningkat  menjadi  414kPa  (60  psi)  dan  membuka katup pada sirkuit dua.  Kembali, tekanansirkuit tidak akan meningkat kecuali sirkuit dua telah terisi penuh. Tekanan dari pompa oli tidak boleh melebihi 620 kPa (90 psi) untuk dapat membuka katup menuju sirkuit ketiga.  Dalam sistem ini, harus ada relief valve pada salah satu sirkuit atau pada pompa untuk membatasi tekanan tertinggi dalam sistem.

14. BAGAIMANA SISTEM HIDROLIK BEKERJA

Bagaimana sistem hidrolik bekerja?

Agar  dapat  berguna, maka  sistem  hidrolik harus  mengubah  dan  mengendalikanenergi ketika energi tersebut mengalir dari satu komponen ke komponen berikutnya. Sistem hidrolik menerima input energi dari suatu sumber, biasanya dari mesin atau putaran  roda  gear. Pompa hidrolik  mengubah  energi  mekanik menjadi  energi hidrolik  dalam  bentuk  aliran  dan  tekanan.  Control  valve  yang  ada  akan mengendalikan  pengalihan  energi hidrolik melalui  sistem  dengan  mengendalikan aliran  zat  cair  dan  arahnya. Actuator  (yang  bisa  berbentuk silinder  atau  motor hidrolik)  mengubah  energi hidrolik menjadi  energi mekanis  dalam  bentuk  gerakan linear ataupun putaran, yang dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan. Untuk melaksanakan kerja hidrolik, dibutuhkan baik aliran maupun tekanan. Tekanan hidrolik merupakan gaya dan aliran yang akan menyebabkan terjadinya gerakan. 

 A. Rangkuman

1.  Hidrodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang pergerakan carian.

2.  Hidrostatika adalah ilmu yang mempelajari tentang cairan yang diberi tekanan.

3.  Sifat-sifat  zat  cair  diantaranya  adalah:

·         Mampu  menyesuaikan  diri  sesuai bentuk  wadahnya;

·         Tidak  dapat  dimampatkan;

·         Dapat  meneruskan  tekanan ke segala penjuru

4.  Hukum Pascal menyebutkan “Tekanan yang diberikan terhadap zat cair yang berada dalam suatu wadah tidak akan berkurang ketika dialihkan ke segala arah, dan akan menimbulkan gaya yang seimbang pada semua daerah secara merata, dan pada sudut yang tepat pada seluruh daerah tersebut.”

5.  Menggandakan gaya adalah salah satu keunggulan penggunaan zat cair untuk mengalihkan tenaga.

6.  Zat cair didorong keluar dari tangki penampung oli memasuki inlet dari pompadengan adanya tekanan pada: a) beban zat cair; b) tekanan atmosfir; c) teka-nan dari dalam tangki sendiri jika tangkinya termasik tipe tangki bertekanan

7.  Aliran diartikan sebagai pergerakan sejumlah zat cair dalam jangka waktu tertentu.

8.  Aliran ada dua macam, yaitu : aliran laminar dan turbulen.

9.  Pressure drop / turunnya tekanan adalah perbedaan tekanan antara daerah awal dan daerah akhir yang disebabkan oleh aliran dan adanya hambatan (orifice).

10.  Hukum Bernouli menyatakan bahwa jika aliran senantiasa konstan/tetap, maka jumlah tekanan dan energi kinetik pada berbagai titik dalam suatu sistem harus senantiasa tetap/konstan pula. Jika suatu zat cair mengalir melewati sebuah daerah yang memiliki diameter berbeda, maka akan terjadi perubahan kecepatan / velocity.

Sumber : Buku Kurikulum 2013 Power Train dan Hydraulic Alat Berat 3 (Kemendikbud)