Dasar-Dasar Hidrolik
Sistem hidrolik mempunyai peran sangat penting dalam operasi alat
berat. Prinsip-prinsip dasar hidrolik digunakan ketika merancang dan
mengoperasikan sistem hidrolik untuk implement, sistem steering, sistem
brake, dan sistem power train. Bahkan dalam kehidupan sehari-hari, tidak
terlepas dari peralatan yang memanfaatkan prinsip-prinsip dasar hidrolik,
misalnya: dongkrak dll.
Prinsip-prinsip hidrolik berlaku ketika menggunakan cairan yang
bertekanan untuk melakukan kerja. Untuk itu ada beberapa hukum yang harus
dipahami dan akan dijelaskan pada pembahasan berikut.
I.1 Penggunaan Cairan Dalam Sistem Hidrolik
Gb. 1.1 Zat Cair
Beberapa alasan mengapa menggunakan zat cair dalam sistem hidrolik:
• Cairan mengikuti bentuk wadah (tempat) dimana cairan itu berada.
Ruang atau volume yang ditempati oleh zat cair tadi dinamakan
“displacement”.
• Zat cair tidak dapat dimampatkan (non-compressible)
• Zat cair meneruskan tekanan ke semua arah (lihat gambar 1), zat
cair akan mengikuti bentuk dari wadah. Zat cair mengalir ke segala
arah melalui pipa-pipa dan hose dalam berbagai ukuran dan bentuk.
6
Gb. 1.2 Zat Cair Tidak Bisa Dimampatkan
Dibandingkan dengan zat lain sebagai contoh gas, jika ditekan gas
mempunyai ruangan yang lebih kecil dan displacement-nya menjadi berkurang.
Itulah sebabnya zat cair (cairan) sangat cocok digunakan dalam sistem hidrolik.
Gb. 1.3 Gas yang Dimampatkan
I.2 Hukum Pascal
Menurut hukum Pascal, “Tekanan yang bekerja pada suatu zat cair
pada ruangan tertutup, akan diteruskan ke segala arah dan menekan
dengan gaya yang sama pada luas area yang sama”. Artinya, gaya yang
bekerja di setiap bagian dari hidrolik oil system akan meneruskan tekanan yang
sama ke segala arah di dalam sistem.
7
Gb. 1.4 Hukum Pascal
Contoh soal
Seperti contoh yang terdapat pada gambar di atas, 500 Pound gaya yang
bekerja pada piston kecil dengan jari-jari 2 inchi, menghasilkan tekanan
sebesar 40 Pound per Square Inch (Psi). Tekanan yang sama akan mampu
mendukung piston besar dengan jari-jari 3 inchi dengan berat beban 1130
Pound. Dengan rumus yang sederhana berdasarkan hukum Pascal, dapat
dijelaskan hubungan antara gaya (Force), Tekanan (Pressure) dan Luas
penampang (Area).
I.2.1 Formulasi Pascal
Force (gaya) adalah sesuatu yang menyebabkan benda diam menjadi
bergerak, benda yang bergerak lurus menjadi berbelokdan sebagainya.
Gaya biasanya dinyatakan dalam:
• Pounds (Lbs)
• Kilogram (Kg)
• Newton (N)
Pressure (Tekanan), adalah gaya yang bekerja pada setiap satuan luas
penampang. Pressure biasanya dinyatakan dalam:
• Pounds per Square Inch (Psi)
• Kilogram per Centimeter Persegi (Kg/Cm²)
• KiloPascal (Kpa)
8
Area (Luas penampang/permukaan), biasanya dinyatakan dalam:
• Square Inch (Inch²)
• Millimeter persegi (mm²)
• Centimeter persegi (mm²)
Gb. 1.5 Formulasi Pascal
Luas permukaan yang berbentuk lingkaran dapat dihitung dengan rumus
berikut: Area = π × r²
Jika jari-jari lingkaran (r) adalah 2 inch, maka:
A = 3,14 × 2 × 2
A = 12,5 inch²
Dengan mengetahui luas area, dapat diketahui berapa besar tekanan yang
mampu mengangkat beban yang ada. Jika gaya sebesar 500 Pound bekerja
pada area 12,5 inch², tekanan yang terjadi adalah 40 psi.
Tekanan dapat diketahui dengan rumus:
P = F / A
P = 500 lbs/12,5 inch²
P = 40 psi
Dengan demikian besar gaya yang bisa ditopang oleh piston yang besar adalah:
F = P × A
P = 40 psi
9
A = belum diketahui (r = 3 inch) F = 40 × 28,26
A = π × r² F = 1130 psi
A = 3,14 × 3 × 3
A = 28,26 inch²
I.2.2 KEUNTUNGAN MEKANIS
Gambar 1.6 menunjukkan bagaimana zat cair dalam sebuah sistem
hidrolik menimbulkan keuntungan secara mekanis. Semua cylinder dalam
keadaan tersambung, dan semua ruangan terisi dengan zat cair (oli) sebelum
sistem diberikan tekanan. Cylinder dihitung dari kiri ke kanan.
Gb. 1.6 Zat Cair menimbulkan Keuntungan Mekanis
Pada saat menghitung pressure di dalam sistem, digunakan dua valve
dari cylinder ke dua dari sebelah kiri.
Rumus yang digunakan adalah:
Pressure = Force
Area
Pressure = Force : Area
10
Pressure = 50 lbs = 50 psi
1 in²
Sekarang sudah didapatkan pressure yang ada di dalam sistem sehingga
bisa dihitung force dari load untuk cylinder satu dan tiga dan piston area untuk
cylinder 4. Hitung load pada cylinder satu dan tiga dengan menggunakan
rumus: Force sama dengan Pressure kali Area (Force = Pressure × Area).
Hitung cylinder nomor empat piston area dengan menggunakan rumus: Area
sama dengan Force dibagi Pressure (Area = Force : Pressure ).
Jawaban:
Load pada cylinder 1 adalah 250 lbs, load pada cylinder 3 adalah 150
lbs, sedangkan Area pada piston nomor 4 adalah 2 in².
I.3 Orifice
Berbicara masalah hidrolik, hal yang umum dipakai adalah istilah “Pump
Pressure” (Tekanan Pompa). Tetapi perlu diingat bahwa pompa tidak
menghasilkan pressure. Pompa hanya menghasilkan ‘Flow’ (aliran
fluida/oli). Jika flow-nya dihambat, maka akan timbul pressure.
Pada gambar 7.a pump flow yang melalui pipa adalah 1 GPM (Gallon Per
Minute). Pada gambar tersebut, tidak ada hambatan untuk mengalir melalui
pipe. Oleh sebab itu pembacaan pressure adalah 0 (zero) untuk kedua gauge.
Gb. 1.7a Tanpa Orifice dan Gb. 1.7b Ada Orifice
11
Orifice menimbulkan hambatan terhadap pump flow. Pada saat oli
mengalir melalui sebuah orifice, maka akan timbul pressure pada sisi up stream
dari sebuah orifice (pressure yang diukur pada ruangan sebelum orifice.
Pada gambar 8.b, ada sebuah orifice di dalam pipa di antara kedua gauge.
Gauge pada sisi up stream dari orifice menunjukkan bahwa pressure 207 kPa
(30 psi) diperlukan untuk mengirim flow sebesar 1 GPM melalui sebuah orifice.
Tidak ada hambatan pada oli untuk mengalir setelah orifice. Itu sebabnya
gauge pada sisi down stream (ruangan setelah orifice) menunjukan 0 (zero)
kPa/psi.
I.3.1 Oil Flow ke Tangki di Blok
Gb. 1.8 Oil Flow ke Tangki di Blok
Pada saat ujung dari pipa output-nya di plugged (blok), maka oil flow
yang menuju ke tangki juga di-blok. Positive displacement pump akan terus
memompa oli pada 1 GPM dan mengisi pipa-pipa saluran. Pada saat pipa-pipanya
terisi, hambatan terhadap flow yang mengalir ke pipa akan menghasilkan
pressure. Pressure yang ditimbulkan sama dengan Hukum Pascal yang
menyatakan bahwa ‘pressure yang bekerja pada suatu ruangan zat cair akan
diteruskan ke segala arah sama besar untuk masing-masing unit area yang
sama’. Nilai pressure dari kedua gauge adalah sama.
Pressure akan terus naik sampai pump flow di alihkan ke circuit yang lain
atau ke tangki. Hal semacam ini biasanya dilakukan oleh relief valve.
12
Jika total pump flow tidak dialihkan ke circuit yang lain, pressure di
dalam sistem akan terus naik dan menyebabkan kerusakan sistem tersebut
(meledak/jebol).
I.3.2 Type Dasar Circuit
Ada dua type dasar dari circuit, yaitu: Series dan Parallel.
Gb. 1.9 Hambatan Serie
Pada gambar di atas, pressure 620 kPa (90psi) diperlukan untuk
mengalirkan 1 GPM oli melalui circuit.
A. Hambatan Serie
Orifice atau relief valve yang dirangkai serie pada hidrolik circuit akan
menimbulkan resistance (hambatan) yang mirip dengan resistor yang
dirangkai serie pada circuit electric dalam mana oil harus mengalir melalui
masing-masing resistance. Total resistance sama dengan jumlah dari
masing-masing resistance.
B. Hambatan Parallel
Dalam sebuah sistem dengan circuit parallel, pump oil akan mempunyai
prioritas untuk mengalir melalui resistance yang paling kecil lebih dahulu.
Pada gambar di bawah pompa men-supply oli ke tiga circuit parallel. Circuit
tiga mendapatkan prioritas yang paling rendah. Circuit satu mendapatkan
13
prioritas yang paling tinggi (lihat besarnya tension/tekanan spring pada
masing-masing check valve).
Gb. 1.10 Hambatan Pararel
Pada saat oil flow mengisi saluran di sebelah kiri dari ke-tiga valve, pump oil
pressure naik ke 207 kPa (30 psi). Pump oil pressure akan membuka valve
pada pada circuit satu dan oli akan mengalir melaluinya.
Pada saat circuit satu sudah terisi, pump oil pressure mulai naik. Pump oil
pressure naik sampai 414 kPa (60 psi) dan membuka valve pada circuit dua.
Pump oil pressure tidak dapat terus naik sampai circuit dua ter-isi penuh.
Pump oil pressure harus melebihi 620 kPa (90 psi) untuk membuka valve
pada circuit tiga.
Harus ada sistem relief valve di salah satu circuit atau di pompa untuk
membatasi maksimum pressure di dalam sistem.
KHUSUS ANAK2 ALAT BERAT
Sistem hidrolik mempunyai peran sangat penting dalam operasi alat
berat. Prinsip-prinsip dasar hidrolik digunakan ketika merancang dan
mengoperasikan sistem hidrolik untuk implement, sistem steering, sistem
brake, dan sistem power train. Bahkan dalam kehidupan sehari-hari, tidak
terlepas dari peralatan yang memanfaatkan prinsip-prinsip dasar hidrolik,
misalnya: dongkrak dll.
Prinsip-prinsip hidrolik berlaku ketika menggunakan cairan yang
bertekanan untuk melakukan kerja. Untuk itu ada beberapa hukum yang harus
dipahami dan akan dijelaskan pada pembahasan berikut.
I.1 Penggunaan Cairan Dalam Sistem Hidrolik
Gb. 1.1 Zat Cair
Beberapa alasan mengapa menggunakan zat cair dalam sistem hidrolik:
• Cairan mengikuti bentuk wadah (tempat) dimana cairan itu berada.
Ruang atau volume yang ditempati oleh zat cair tadi dinamakan
“displacement”.
• Zat cair tidak dapat dimampatkan (non-compressible)
• Zat cair meneruskan tekanan ke semua arah (lihat gambar 1), zat
cair akan mengikuti bentuk dari wadah. Zat cair mengalir ke segala
arah melalui pipa-pipa dan hose dalam berbagai ukuran dan bentuk.
6
Gb. 1.2 Zat Cair Tidak Bisa Dimampatkan
Dibandingkan dengan zat lain sebagai contoh gas, jika ditekan gas
mempunyai ruangan yang lebih kecil dan displacement-nya menjadi berkurang.
Itulah sebabnya zat cair (cairan) sangat cocok digunakan dalam sistem hidrolik.
Gb. 1.3 Gas yang Dimampatkan
I.2 Hukum Pascal
Menurut hukum Pascal, “Tekanan yang bekerja pada suatu zat cair
pada ruangan tertutup, akan diteruskan ke segala arah dan menekan
dengan gaya yang sama pada luas area yang sama”. Artinya, gaya yang
bekerja di setiap bagian dari hidrolik oil system akan meneruskan tekanan yang
sama ke segala arah di dalam sistem.
7
Gb. 1.4 Hukum Pascal
Contoh soal
Seperti contoh yang terdapat pada gambar di atas, 500 Pound gaya yang
bekerja pada piston kecil dengan jari-jari 2 inchi, menghasilkan tekanan
sebesar 40 Pound per Square Inch (Psi). Tekanan yang sama akan mampu
mendukung piston besar dengan jari-jari 3 inchi dengan berat beban 1130
Pound. Dengan rumus yang sederhana berdasarkan hukum Pascal, dapat
dijelaskan hubungan antara gaya (Force), Tekanan (Pressure) dan Luas
penampang (Area).
I.2.1 Formulasi Pascal
Force (gaya) adalah sesuatu yang menyebabkan benda diam menjadi
bergerak, benda yang bergerak lurus menjadi berbelokdan sebagainya.
Gaya biasanya dinyatakan dalam:
• Pounds (Lbs)
• Kilogram (Kg)
• Newton (N)
Pressure (Tekanan), adalah gaya yang bekerja pada setiap satuan luas
penampang. Pressure biasanya dinyatakan dalam:
• Pounds per Square Inch (Psi)
• Kilogram per Centimeter Persegi (Kg/Cm²)
• KiloPascal (Kpa)
8
Area (Luas penampang/permukaan), biasanya dinyatakan dalam:
• Square Inch (Inch²)
• Millimeter persegi (mm²)
• Centimeter persegi (mm²)
Gb. 1.5 Formulasi Pascal
Luas permukaan yang berbentuk lingkaran dapat dihitung dengan rumus
berikut: Area = π × r²
Jika jari-jari lingkaran (r) adalah 2 inch, maka:
A = 3,14 × 2 × 2
A = 12,5 inch²
Dengan mengetahui luas area, dapat diketahui berapa besar tekanan yang
mampu mengangkat beban yang ada. Jika gaya sebesar 500 Pound bekerja
pada area 12,5 inch², tekanan yang terjadi adalah 40 psi.
Tekanan dapat diketahui dengan rumus:
P = F / A
P = 500 lbs/12,5 inch²
P = 40 psi
Dengan demikian besar gaya yang bisa ditopang oleh piston yang besar adalah:
F = P × A
P = 40 psi
9
A = belum diketahui (r = 3 inch) F = 40 × 28,26
A = π × r² F = 1130 psi
A = 3,14 × 3 × 3
A = 28,26 inch²
I.2.2 KEUNTUNGAN MEKANIS
Gambar 1.6 menunjukkan bagaimana zat cair dalam sebuah sistem
hidrolik menimbulkan keuntungan secara mekanis. Semua cylinder dalam
keadaan tersambung, dan semua ruangan terisi dengan zat cair (oli) sebelum
sistem diberikan tekanan. Cylinder dihitung dari kiri ke kanan.
Gb. 1.6 Zat Cair menimbulkan Keuntungan Mekanis
Pada saat menghitung pressure di dalam sistem, digunakan dua valve
dari cylinder ke dua dari sebelah kiri.
Rumus yang digunakan adalah:
Pressure = Force
Area
Pressure = Force : Area
10
Pressure = 50 lbs = 50 psi
1 in²
Sekarang sudah didapatkan pressure yang ada di dalam sistem sehingga
bisa dihitung force dari load untuk cylinder satu dan tiga dan piston area untuk
cylinder 4. Hitung load pada cylinder satu dan tiga dengan menggunakan
rumus: Force sama dengan Pressure kali Area (Force = Pressure × Area).
Hitung cylinder nomor empat piston area dengan menggunakan rumus: Area
sama dengan Force dibagi Pressure (Area = Force : Pressure ).
Jawaban:
Load pada cylinder 1 adalah 250 lbs, load pada cylinder 3 adalah 150
lbs, sedangkan Area pada piston nomor 4 adalah 2 in².
I.3 Orifice
Berbicara masalah hidrolik, hal yang umum dipakai adalah istilah “Pump
Pressure” (Tekanan Pompa). Tetapi perlu diingat bahwa pompa tidak
menghasilkan pressure. Pompa hanya menghasilkan ‘Flow’ (aliran
fluida/oli). Jika flow-nya dihambat, maka akan timbul pressure.
Pada gambar 7.a pump flow yang melalui pipa adalah 1 GPM (Gallon Per
Minute). Pada gambar tersebut, tidak ada hambatan untuk mengalir melalui
pipe. Oleh sebab itu pembacaan pressure adalah 0 (zero) untuk kedua gauge.
Gb. 1.7a Tanpa Orifice dan Gb. 1.7b Ada Orifice
11
Orifice menimbulkan hambatan terhadap pump flow. Pada saat oli
mengalir melalui sebuah orifice, maka akan timbul pressure pada sisi up stream
dari sebuah orifice (pressure yang diukur pada ruangan sebelum orifice.
Pada gambar 8.b, ada sebuah orifice di dalam pipa di antara kedua gauge.
Gauge pada sisi up stream dari orifice menunjukkan bahwa pressure 207 kPa
(30 psi) diperlukan untuk mengirim flow sebesar 1 GPM melalui sebuah orifice.
Tidak ada hambatan pada oli untuk mengalir setelah orifice. Itu sebabnya
gauge pada sisi down stream (ruangan setelah orifice) menunjukan 0 (zero)
kPa/psi.
I.3.1 Oil Flow ke Tangki di Blok
Gb. 1.8 Oil Flow ke Tangki di Blok
Pada saat ujung dari pipa output-nya di plugged (blok), maka oil flow
yang menuju ke tangki juga di-blok. Positive displacement pump akan terus
memompa oli pada 1 GPM dan mengisi pipa-pipa saluran. Pada saat pipa-pipanya
terisi, hambatan terhadap flow yang mengalir ke pipa akan menghasilkan
pressure. Pressure yang ditimbulkan sama dengan Hukum Pascal yang
menyatakan bahwa ‘pressure yang bekerja pada suatu ruangan zat cair akan
diteruskan ke segala arah sama besar untuk masing-masing unit area yang
sama’. Nilai pressure dari kedua gauge adalah sama.
Pressure akan terus naik sampai pump flow di alihkan ke circuit yang lain
atau ke tangki. Hal semacam ini biasanya dilakukan oleh relief valve.
12
Jika total pump flow tidak dialihkan ke circuit yang lain, pressure di
dalam sistem akan terus naik dan menyebabkan kerusakan sistem tersebut
(meledak/jebol).
I.3.2 Type Dasar Circuit
Ada dua type dasar dari circuit, yaitu: Series dan Parallel.
Gb. 1.9 Hambatan Serie
Pada gambar di atas, pressure 620 kPa (90psi) diperlukan untuk
mengalirkan 1 GPM oli melalui circuit.
A. Hambatan Serie
Orifice atau relief valve yang dirangkai serie pada hidrolik circuit akan
menimbulkan resistance (hambatan) yang mirip dengan resistor yang
dirangkai serie pada circuit electric dalam mana oil harus mengalir melalui
masing-masing resistance. Total resistance sama dengan jumlah dari
masing-masing resistance.
B. Hambatan Parallel
Dalam sebuah sistem dengan circuit parallel, pump oil akan mempunyai
prioritas untuk mengalir melalui resistance yang paling kecil lebih dahulu.
Pada gambar di bawah pompa men-supply oli ke tiga circuit parallel. Circuit
tiga mendapatkan prioritas yang paling rendah. Circuit satu mendapatkan
13
prioritas yang paling tinggi (lihat besarnya tension/tekanan spring pada
masing-masing check valve).
Gb. 1.10 Hambatan Pararel
Pada saat oil flow mengisi saluran di sebelah kiri dari ke-tiga valve, pump oil
pressure naik ke 207 kPa (30 psi). Pump oil pressure akan membuka valve
pada pada circuit satu dan oli akan mengalir melaluinya.
Pada saat circuit satu sudah terisi, pump oil pressure mulai naik. Pump oil
pressure naik sampai 414 kPa (60 psi) dan membuka valve pada circuit dua.
Pump oil pressure tidak dapat terus naik sampai circuit dua ter-isi penuh.
Pump oil pressure harus melebihi 620 kPa (90 psi) untuk membuka valve
pada circuit tiga.
Harus ada sistem relief valve di salah satu circuit atau di pompa untuk
membatasi maksimum pressure di dalam sistem.
KHUSUS ANAK2 ALAT BERAT
Makasih atas info nya... sangat bermanfaat..
BalasHapus