DASAR-DASAR HYDRAULIC PNEUMATIC

1

BAB I

FLUID POWER- INDUSTRIAL

PNEUMATIC

Tenaga Fluida-Industri Pneumatic

A. Pendahuluan

Pneumatic berasal dari bahasa Yunani yakni “Pneumos” yang artinya “tiupan”.

Pengembangan sistem kerja pneumatic yang menerapkan prilaku gas yakni udara yang

dimampatkan sehingga menghasilkan energy udara bertekanan yang memungkinkan

dikembangkannya pesawat kerja dengan sumber energy tekanan udara atau “Fluid power”

atau yang kita kenal sekarang sebagai teknologi pneumatic.

Pengembangan Teknologi Pneumatic pada berbagai industry bukanlah hal yang baru

terutama dalam pemanfaatan tenaga angin (udara yang bergerak), seperti perahu layar,

kincir-kincir angin sebagai sumber energy pembangkit listrik dan lain-lain termasuk

penghembusan udara kadalam dapur peleburan dalam pengolahan baja hingga pembentukan

udara yang dimampatkan dengan energy tekanan yang lebih besar dan konstan yang dimulai

tahun 1600 sejak Blaise Pascal yang melakukan percobaan pemberian tekanan atmosphere

dan mendemotrasikannya dengan pompa tangan yang kemudian ditindaklanjuti oleh

Evangilista Torriceli yang menggunakan Mercury Barometer dalam mengukur tekanan

atmospheric yakni Torricellian Barometer yang kita kenali saat ini.

Sekitar tahun 1650 Otto Von Guericke berkebangsaan Jerman merupakan orang yang

pertama mendemontrasikan pompa udara hasil percobaannya, dan 12 tahun kemudian Robert

Boyle melakukan penelitian tentang hubungan antara tekanan terhadap Volume pada

temperature tetap dimana tekanan terjadi tekanan dua kali pada setiap setengah kali

volumenya.

Beberapa tahun kemudian yakni pada tahun 1738, Daniel Bernaulli mengembangkan teori

perubahan tekanan dalam hubungannya dengan energy molecular, selanjutnya pada tahun

1738 juga diikuti oleh Jacques Charles yang melakukan percobaan gas dengan tekanan

2

konstan dimana jumlahnya akan meningkat secara proporsional pada setiap perubahan

temperature.

Tahun 1849 merupakan tahun dimana saat pertama kali dikembangkannya teknologi

pneumatic modern yakni diterapkannya pneumatic power tool untuk pemecah batu bara

dalam skala besar di Francis yang dipusatkan di Paris.

B. Pneumatic System

Dewasa ini industri-industri telah memiliki “air supply” sendiri dan menggunakannya dalam

berbagai kebutuhan baik peralatan sederhana seperti power tool maupun pemesinan yang

sangat rumit, tergantung jenis industrinya. Tentunya menjadi pertanyaan “apakah alasan

pemakaian energy ini menjadi pilihan alternative sumber energy”, maka jawabannya adalah

pemakaian energy udara memiliki berbagai keunggulan, yaitu :

- Anti ledakan (explosion proof) sehingga tidak memerlukan perlindungan khusus

- System udara dapat beroperasi secara cepat dengan kecepatan hingga 10 m/sec.

- Mudah ditransmisikan dengan pipa pada jarak yang panjang

- System udara bersih dan tidak meninggalkan kotoran pada peralatan

- Tidak memerlukan saluran balik dimana pengeluaran udara kembali ke atmosphere

- System udara memiliki variable kecepatan dan tekanan dengan variable yang tidak

terbatas

- System pneumatic biayanya relative rendah.

Untuk melihat lebih rinci tentang System pneumatic ini akan kita lihat 3 pokok uraian

berikut, yakni :

- Hukum-hukum yang berlaku dalam system udara

- Proses produksi udara bertekanan

- Komponen dan sistem

1. Hukum-hukum yang berlaku dalam system udara

Udara yang digunakan pada system pneumatic adalah udara bebas yang diambil dari

atmosphere dan kemudian keluar dan kembali keatmosphere setelah selesai

dipergunakan. Kita lihat bahwa atmosphere ini terbentuk dari dua elemen yakni :

Oxygen 21 %

Nitrogen 78 %

Elemen asal 1 % , yakni, argon, helium, krypton dll

3

Sebagaimana kita ketahui bahwa udara merupakan campuran gas yang menyelimuti

permukaan bumi hingga ketinggian ± 50000 meter, pada bagian inilah dimana udara

memiliki masa sehingga udara selalu mendekati permukaan bumi, hal inilah awal

mulanya terjadi tekanan udara, penurunan tekanan bergantung pada ketinggian

permukaan bumi itu sendiri.

Yang dijadikan titik rujukan (reference point) ialah permukaan air laut dimana memilik

tekanan 101,32 kPa. Pada ketinggian 100 m diatas permukaan laut udara memiliki

tekanan 100 kPa, hal ini merupakan indikasi penurunan tekanan sebesar ± 1,3 kPa setiap

100 m. dan ini mengingatkan bahwa pada operasi compressor bertekanan tinggi maka

efisiensi menjadi turun.

Merujuk pada udara dalam hubungannya dengan pneumatic terdapat dua perbedaan

terminology yang kita gunakan yakni udara bebas ( “Free”air) dan udara normal

(“Normal air”) yang dapat didefinisikan sebagai berikut :

Udara bebas ( “Free”air) ialah udara pada kondisi atmosphere, dimana merupakan inti

perubahan tekanan, temperature serta kelembaban sebagai dasar meteorology

Udara normal (“Normal air”) ialah udara pada kondisi tekanan dan temperature serta

kelembaban standar, yakni 101,32 kPa, pada 200C dan 36% kelembaban.

Udara normal (“Normal air”) digunakan sebagai dasar perhitungan dalam perencanaan

komponen pneumatic, sedangkan Udara normal (“Normal air”) digunakan sebagai dasar

perhitungan efisiensi.

2. Pengukuran tekanan (Pressure measurement)

Pengukuran tekanan (Pressure measurement) dibutuhkan alat ukur yang disebut Pressure

gauges.

Pressure gauges modern hanya dapat mengukur tekanan udara diatas tekanan

atmosphere, tekanan yang terbaca pada pressure gauge dalam unit kPa.G. kebenaran

pengukuran dimulai dari Absolute Vacuum pembacaan berikutnya merupakan Absolute

pressure dalam kPa.abs.

Formulasi berikut merupakan analisis penentuan tekanan absolut, dimana

Absolut pressure=gauge pressure+ atmospheric pressure

4

Gauge pressure= Absolut pressure- atmospheric pressure

Gauge pressure (kPa.G)

-101.32 kPa.G 0 kPa.G 100 kPa.G

0 kPa.abs 101.32. kPa.abs 201.32 kPa.abs

Absolut pressure (kPa.abs)

3. Hukum Gas

Salah satu sifat gas adalah “Compressible” dimana dimungkinkan tereduksinya volume

atau sebaliknya akan meningkat tergantung pada perubahan tabung yang ditempatinya,

tentu saja ini merupakan factor yang harus dipertimbangkan dalam pengembangan system

pneumatic.

Hukum Boyle

Hukum Boyle menentukan hukum ketetapan gas dengan pormulasi sebagai berikut

Initial abs.pressure

=

Final Volume P1

=

V2

Final abs.pressure Initial

Volume

P2 V1

Hukum Charles

Final Volume =

Initial abs.temperature V2 =

T2

Initial Volume Final abs. temperature V1 T1

Initial abs.pressure =

Initial abs.temperature P1 =

T2

Final abs.pressure Final abs. temperature P2 T1

Kombinasi Hukum Boyle dan Hukum Charles

Penggabungan atau kombinasi antara kedua hukum yakni Hukum Boyle dan Hukum

Charles ini dilakukan dengan alas an bahwa tekanan,volume dan temperature ini memiliki

hubungan sebagaimana diperlihatkan pada persamaan diatas, dengan kombinasi kedua

hukum ini maka formulasinya adalah sebagai berikut :

Initial abs.pressure x Final

abs.pressure x

Initial Volume abs. =

Final Volume

Final abs. temperature Final abs. temperature

5

atau

P1 x V1 =

P2 x V2

T1 T2

Tekanan Adiabatic dan Isothermal

Berdasarkan ketentuan yang berlaku pada hukum Boyle yaitu :

P1 x V1 = P2 x V2 (siklus Isothermal)

P1 x( V1) P2 x (V2)

(siklus Adiabatic)

Dengan formulasi yang memasukan factor panas, maka :

Panas pada tekanan konstan spesifik = Cp Dimana :

Cp =

Panas pada Volume konstan spesifik = Cv Cv

Cp = 0,24 so = 1,4

Cv = 0,17

6

BAB II

PEMBUATAN UDARA BERTEKANAN

Compressed Air Production

Udara bertekanan merupakan sumber energy pneumatic yang harus tersedia dan

mencukupi kebutuhan semua kelengkapan serta kondisi unit serta memenuhi persyaratan standar

yang ditentukan, antara lain memiliki tekanan dan Volume yang memadai, udara yang bersih dan

relative kering.

Udara yang demikian ini akan diproses melalui compressor udara dengan menggunakan energy

lain yang diperoleh dari berbagai sumber, misalnya tenaga listrik, motor bakar dan lain-lain yang

dikonversi menjadi penggerak mekanik.

A. Unit Generator Udara Bertekanan (Compressor)

Gambar dibawah ini memperlihatkan skema unit tenaga (power pack) dari system kerja

pneumatic yakni serangkaian komponen yang disyaratkan untuk memperoleh kualitas standar

udara sebagai sumber energy.

1

23

4

5 6

7

89

10

Gambar 1. Skema unit tenaga (power pack) dari system kerja pneumatic

7

Dari gambar 1 diatas menunjukan Skema unit tenaga (power pack) dengan komponen-

komponen yang terdiri atas :

1. Filter udara (air filter)

2. Kompresor udara(air compressor)

3. Motor

4. Pendingin (intercooler)

5. Aftercooler

6. Pengering (dryer)

7. Receiver tank

8. Safety valve

9. Pipa saluran utama

10. Cervice unit

B. Uraian kerja unit tenaga (power pack) pada system pneumatic

Proses pemampatan udara diisap kedalam pompa melalui filter (1) hal ini dilakukan agar

udara yang diproses berada dalam keadaan terbebas dari debu dan partikel kotoran lainnya

yang kemudian akan dimampatkan didalam compressor yang bekerja secara rotary atau

maju/mundur (reciprocating) tergantung system kerja kompresor tersebut (2) yang digerakan

oleh motor (3), untuk jenis kompresor double cylinder sebagaimana diperlihatkan pada

gambar 1 udara bertekanan dari cylinder 1 dialirkan melalui incooler (4) untuk didinginkan

dan masuk kecylinder 2 yang kemudian akan dialirkan ke aftercooler (5) untuk pendinginan

yang selanjutnya akan dialirkan ke dryer (6) untuk mengeringkan udara tersebut. Selanjutnya

udara ditampung didalam Receiver tank (7) dengan tekanan yang dikendalikan oleh Safety

valve (8) untuk menghindari terjadinya kelebihan tekanan (overpressure).

Tekanan udara ini selanjutnya dialirkan ke pipa utama (9) dan udara yang akan masuk

kedalam system akan dikontrol didalam Cervice unit (10) sebagai pengendali kualitas dan

tekanan udara yang diperlukan didalam system pneumatic dimana Cervice unit ini memiliki

fungsi pengatur tekanan, pembersih udara dan penyedian pelumas yang akan mengalir

dibawa oleh udara kedalam system pneumatic.

8

C. Graphic representation

Skema unit tenaga (power pack) dari system kerja pneumatic sebagaimana diperlihatkan

diatas dalam perencanaan system pneumatic tidak digambarkan seperti skema yang

diperlihatkan pada gambar 1 melainkan ditampilkan dalam bentuk graphis dan symbol-

symboll yang telah ditentukan menurut standar; AS1101 Part1-1982 Graphic symbol for

General Engineering-hydraulic and Pneumatic (akan dibahas pada uraian berikutnya).

Symbol-symbol komponen hydraulic dan pneumatic (penggunaan symbol-symbol hydraulic

dan pneumatic sama) sebagaimana ditentukan dalam standar tersebut digunakan dalam

semua komponen hydraulic dan pneumatic termasuk unit tenaga (power pack), Control

system seperti valve hingga elemen kerja (working element) yakni actuator dan lain-lain.

Pada gambar 2 berikut diperlihatkan graphic symbol dari air production unit atau unit

tenaga (power pack) dari system kerja pneumatic menurut gambar 1.

12

3

4

5

67

8 9

10

M

Gambar 2 Sirkuit diagram symbol unit tenaga (power pack)

dari system kerja pneumatic

9

D. Komponen unit tenaga (power pack)

Komponen unit tenaga (power pack) dari system kerja pneumatic secara rinci dapat dilihat

pada uraian berikut.

E. Kompresor udara (air compressor)

Kompresor udara (air compressor) yang digunakan pada uni tenaga ini sangat bervariasi dari

ukuran atau kapasitasnya serta desain dan system kerjanya, lihat gambar berikut.

Air compressor

Positive Non positive

Reciprocating Rotary Axial Radial

Single stage Multiple stage

Vane

Impellor

Liquid piston

Screw

Diaphragm

Single stage

Multiple stage

Gambar 3 Type Kompresor Udara

F. Analisis Volume pada kompresor udara

Analisis Volume pada kompresor udara ditentukan dari jumlah udara bebas yang telah

dipompakan dalam meter cubic atau liter per detik atau per menit, hal ini dihitung dengan

formulasi sebagai berikut :

Udara bebas = V1 = P2 x V2 x T1

T2 x P1

Dimana :

P1 = Tekanan actual (kPa.abs)

T1 = Temperatur (derajat kelvin)

P2 = Tekanan akhir (kPa.abs)

V2 = Volume (liter)

T2 = Temperatur akhir (derajat kelvin)

10

Formulasi tersebut merupakan aliran udara actual dari kompresor walaupun kerapkali

dipengaruhi pula oleh kecepatan, sehingga formulasinya menjadi,

D = L x A x N M3/min

Dimana :

D = Displacement (M3/min)

A = Luas silinder (m2)

L = Jarak Langkah (m)

N = Jumlah langkah per menit

Volumetric effisiensy dapat dihitung dengan,

Volumetric

effisiensy =

Volume Udara yang masuk

Volume teoritis

G. Kebutuhan daya pada kompresor

Untuk mempersiapkan daya yang diperlukan untuk sebuah kompresor dengan kapasitas

tertentu yang dikehendaki dapat dihitung dengan menggunakan Formulasi berikut :

Power (kW) = P1 x V x n x ( P2 )

n-1

-1 n

60000 (n-1) P1

H. Penampungan udara (tangki udara)

Udara bertekanan yang akan digunakan pada sisitem pneumatic terlebih dahulu ditampung

didalam sebuah tangki dengan kapasitas dan kualitas sesuai dengan standar yang ditentukan,

gambar 4 berikut memperlihatkan bentuk serta kelengkapan standar yang harus dimiliki oleh

tangki udara.

11

Pressure gaugeSafety valve

Outlet

Inlet

Drain

Inspection cover

Gambar 4 tangki udara dan kelengkapannya

I. Menentukan ukuran tangki

Menentukan ukuran tangki diperhitungkan berdasarkan maximum dan minimum tekanan

yang diperlukan dalam suatu system kerja pneumatic yang direncanakan, untuk hal ini dapat

dihitung berdasarkan formulasi berikut :

Volume Tangki = 15 X Q X P1

(m3)

( P3 – P2 ) X Z

Dimana :

Q = Volume aliran (m3/hr)

P1 = Tekanan atmosphere (kPa.abs)

P2 = Tekanan Operasi minimum

P3 = Tekanan Operasi maximum

Z = jumlah siklus/jam (15 time max.)

12

J. Saluran dan pemipaan

System pemipaan dimana sirkuit system kerja pneumatic didesain agar distribusi udara

dengan tekanannya itu akan merata keseluruh system, untuk hal ini sirkuit pemipaan ini

dibedakan dalam dua kategori yakni, “ring” dan “dead-end”,

Pada gambar 5 berikut diperlihatkan penggabungan dari kedua kategori system pemipaan

tersebut.

Air

production unit

d

Dowm pipe

Ring pipe

Dead end mains

Gambar 5 desain instalasi system pemipaan

System pemipaan dalam sirkuit system pneumatic biasanya disesuaikan dengan component

system pneumatic yang digunakan, namun secara umum terdapat tiga bagian komponen

utama, antara lain :

- Komponen Sirkuit Pneumatic dan plumbing

- Rangka kerja mesin

- Mechanical linkage dan toolheads

13

K. Komponen sirkuit dasar

Komponen sirkuit dasar dapat dikelompokkan menjadi 3 kategori yhakni,

- Actuator

- Directional valve dan

- Ancillary valve

1. ACTUATOR

Actuator ialah elemat kerja (working element) yang merupakan ujung bagian akhir dari

sirkuit Pneumatic. Actuator akan mengubah system energy kedalam system fungsi

pemakaian dimana actuator dapat mengubah daya serta gerakan sesuai dengan fungsi

mesin yang digerakkan.

Actuator secara umum dikelompokkan kedalam 3 jenis, yakni :

- Rotary Actuator

- Linear Actuator

- Semi- Rotary Actuator

Gambar 6 berikut adalah ikhtisar dari bebeberapa type actuator.

ACTUATORS

Semi- Rotary Rotary

Linear

V ane Piston Gear

Axial Radial

Reversing

Non

Reversing

Rack

&pinionV ane

Single

actingDouble

acting

Spring Gravity

Telescoping Cushion

Tandem Multi-

positionImpact

Cable

Gambar 6 ikhtisar dari bebeberapa type actuator.

14

Pada gambar 7 dan 8 berikut diperlihatkan 2 jenis actuator yang paling banyak digunakan pada

pesawat kerja yang menggunakan system hydraulic dan Pneumatic. Yakni linear actuator dan

rotary actuator.

Blank end

cover

Cylinder

tube

Piston port

port

Piston rod

Piston rod

end bearing

Piston rod

end cover

Gambar 7 linear actuator

Vane

Case

Rotor

Air port

Gambar 8 rotary actuator

15

2. Perhitungan untuk menentukan ukuran actuator

Setelah menentukan jenis actuator serta komponen-komponen Pneumatic yang akan

digunakan sesuai dengan fungsi pesawat kerja, selanjutnya kita perhitungkan kapasitas dan

kualifikasi komponen sesuai dengan kebutuhan system tersebut, antara lain :

1. Daya output dan kecepatannya

2. Langkah (stroke) dihitung menurut jarak pergerakkan

3. Tekanan kerja yang terkendali pada supplay udara yang biasanya 600 hingga 800 kPa.G.

Diameter actuator

Diameter actuator dihitung dengan formulasi sebagai berikut :

Diameter actuator = F

milimeter 3,14 X P

Dimana :

F = Force output (kilo Newton)

P = tekanan udara (kilopascal)

Konsumsi udara, untuk jumlah udara yang dikompresikan setiap menit untuk

mengoperasikan actuator dan untuk normal double-acting linear actuator dapat ditentukan

dengan menggunakan formulais sebagai berikut :

Udara yang dihisap = 3,14(2D

2 – d

2) x S x N x (P+101,32)

Liter

4 x 101,32 x 1000 menit

Dimana :

D = Diameter actuator (Cm)

d = Diameter of rod (Cm)

S = Langkah (Stroke) Cm

N = Jumlah langkah/menit

P = Tekanan kerja (kPa.G)

16

3. Directional Control Valve (DCV)

Actuator yang merupakan elemen kerja dan memberikan energy output serta

mengkonversinya dalam bentuk gerak-gerak mekanik dalam satu unit pesawat kerja bias

terdiri atas beberapa Actuator dengan arah dan waktu yang berbeda sesuai dengan fungsi

kerja dari pesawat kerja tersebut. Untuk pengatur fungsi gerakan ini maka diperlukan valve

yang dapat mengarahkan tekanan udara tadi untuk waktu yang dikehendaki, hal inilah yang

menjadi fungsi utama dari Directional Control Valve, tentu saja dengan fungsi gerakan dari

actuator yang bervariasi, maka Directional Control Valve juga mengalirkan tekanan tadi

melalui Directional Control Valve yang lain atau melalui ancilliary valves dan lain-lain.

Proses kerja yang rumit dari sebuah sirkuit ini dirancang dengan tata kerja dalam gerbang

logika (logical gate). Directional Control Valve yang dikenal dengan DCV terdapat dalam

beberapa kelompok yang dibedakan menurut posisi dan keadaan normalnya, yaitu :

1. Jumlah posisi atau jumlah variasi saluran outputnya.

2. Kedaan saluran dimana jumlah saluran masuk atau keluar

3. System kerja dan cara pengoperasiannya.

Gambar 9 memperlihatkan contoh penandaan dari

Directional Control Valve dimana adalah :

3/2, push button, spring return ;

Artinya adalah DCV dengan 3 saluran yaitu

Pressure (P), output (A) dan exhaust (E) dan

diposisikan (actuating) dengan tombol tekan (push

button), dan kembali pada posisinya dengan

menggunakan pegas (spring)

A

P E

Gambar 9 DCV3/2, push button,

spring return

Untuk menghasilkan gerakan gerakan yang kompak dan dinamis dari valve untuk sebuah

sirkuit pesawat kerja Pneumatik, Directional Control Valve didesain dengan berbagai

mekanisme system pengoperasian, sebagaimana diperlihatkan pada contoh diatas dimana

sebuah Directional Control Valve :” 3/2, push button, spring return” dioperasikan dengan

tombol tekan dan kembali pada posisi keadaan normanya menggunakan pegas.

17

Tentu saja ini salah satu variasi gerakan memerlukan berbagai system kerja. Untuk itu ikhtisar

berikut memperlihatkan berbagai system penggerak dari Directional Control Valve

Manual opertion

Hand lever

Foot pedal

Push button

Mechanical opertion

Plunger

Roller lever

Spring

Electrical opertion

Solenoid

Applied pressure

Air pilot opertion

Released pressure

Gambar 10 skema metode pengoperasian gerakan valve

Pada gambar berikut memperlihatkan penampang dari salah satu type Directional Control Valve.

E A P B E

Y Z

Gambar 11 spesifikasi type Directional Control Valve.

18

A P B

E

Y Z

E

A

P

Gambar 12 spesifikasi type Directional Control Valve.

Ukuran valve ditentukan sesuai dengan fungsi dari valve itu sendiri, jika DCV itu digunakan

sebagai pengatur gerakan actuator maka ukuran saluran (port size) ditentukan sama dengan

ukuran saluran (port) yang terdapat pada actuator akan tetapi jika valve digunakan sebagai

komponen antara dari sirkuit tersebut maka mini-valve dimana memiliki saluran (port) yang

lebih kecil yakni ⅛ atau ¼ B.S.P.

4. Ancilliary Valve

Ancilliary Valve ini memiliki desain yang berbeda dengan Directional Control Valve hal ini

karena fungsinya yang berbeda, fungsi-fungsi ini antara lain : timer, counter, “AND dan OR”

logic gate, sequence valves. Tentang valve-vale tersebut dapat diuraikan sebagai berikut :

a. Timer biasanya dikontrol oleh sinyal yang diberikan oleh tekanan luar dan memiliki

bagian penyetelan (pre-set) secara manual.

b. Counter ini adalah bagian komponen system pneumatic dan akan bekerja dengan

gelombang sinyal (pulse) external.

c. AND gate ialah elemen logika dimana memiliki 2 saluran input dan satu output serta

membutuhkan sinyal input dari kedua saluran AND input B sebelum menghasilkan

output.

d. OR gate ialah elemen logika dimana sinyal pada sinyal input A atau input B akan

menghasilkan output.

Sequence valves ini akan menghasilkan output ketika diberi input tekanan pre-set.

19

5. Teknik pengembangan sirkuit (Circuit Development Techniques)

Untuk pengembangan sirkuit Pneumatic (Pneumatic Circuit) untuk beberapa jenis mesin

akan berpijak pada 3 bagian atau kelompok (sub-circuit) sebagaimana diperlihatkan pada

gambar 11 berikut. Pada blok Circuit Control mamiliki fungsi START/STOP, dan pada blok

sequential atau “memory” Circuit Control dari setiap sirkuit dan “power” Circuit Control

akhir pekerjaan dari sirkuit.

Ready to start signal Confirmation signal

Fringe

circuit

condition

Stop/start

Auto/manual

Guards

Work-piece

Remote

Etc.

Sequential Circuit

Intuitive

Casecade

Step counter

Logic

Electronic

Etc.

Power

Circuit

DCVs

Actuators

Confirmation

Valve

Etc.

Start signal Command signal

Gambar 13 Tiga Kelompok Besar Dari Sirkuit

Secara sederhana perintah “sequence step” ialah perintah terhadap rangkaian sirkuit tenaga

(power circuit)untuk mengalirkan tekanan secara bertahap.

Ketika semua telah selesai maka sirkuit tenaga (power circuit) akan mengirim konfirmasi

berupa sinyal balik pada sequential circuit bahwa tahapan telah dilakukan. Perintah dan

konfirmasi ini diberikan melalui signal tekanan udara melalui valve disetiap bagian sirkuit.

Pada saat menerima sinyal konfirmasi sequential circuit akan memberikan sinyal “sequence

step”. Pada bagian akhir sequential circuit mengirim sinyal “ready to start” ke blok sirkuit.

Dan jika semua siklus telah selesai maka sinyal akan dikirim kembali ke sequential circuit

untuk me-restart ke siklus berikutnya.

Pada sirkuit yang kecil sequential circuit biasanya cukup dengan satu valve dengan satu blok

sirkuit, sedangkan untuk sirkuit yang lebih besar biasanya setiap sirkuit terdiri atas beberapa

valve.

20

Kunci pengembangan sirkuit ialah dalam set-up dari power circuit , setiap actuator harus

memiliki valve perintah untuk mengalirkan atau menarik kembali tekanan serta valve atau

sensor yang mengidikasi posisi pengaliran atau penarikan tekanan. Kode sinyal perintah atau

konfirmasi ditulis atau dengan penomoran seperti pada gambar 13 berikut.

6. Pemberian kode dan symbol actuator dan sinyal perintah atau sinyal

konfirmasi

Cyl. A

A1 A0

a1a0

Gambar 14 Pemberian kode sinyal perintah atau sinyal konfirmasi

21

Kode :

Actuator diberi symbol hurup capital : A,B,C dst. Dengan sinyal perintah input dan huruf lebih

rendah untuk sinyal konfirmasi serta sepasang kode “1” untuk penyaluran tekanan dan “0” untuk

saluran balik. Jadi A1 adalah perintah sinyal ke actuator A, DCV mengalirkan tekanan ke

actuator A dan a memberi sinyal konfirmasi bahwa actuator A telah bertekanan.

Pemakaian anakode 1 dan 0 ialah sepasang nomor kode,dimana :

1 = ON, YES, EXTEND, OPERATIONAL dst.

0 = OFF, NO RETRACT, NON OPERATIONAL dst.

Pada sirkuit dari beberapa mesin biasanya terdapat beberapa actuator dengan extend dan retract

maka step rangkaian perintah disusun dengan urutan :

A1 – B1 – C1 – B0 – C0 – A0

Pernyataan matematis dari perintah gerakan actuator dapat dibaca sebagai berikut :

„Aktuator A dialiri tekanan (extend), diikuti oleh actuator B kemudian actuator C kemudian

actuator A‟.

Jika 2 atau lebih actuator yang bergerak secara bersamaan, maka ditulis dengan :

A1 – B1 - C1 – B0 – C0 – A0.

Dari penjelasan ini rangkaian dapat digambarkan pada “step-displacement diagram”. Diagram

ini akan memberikan keseluruhan rangkaian termasuk gerakan-gerakan actuator, sinyal perintah

dan sinyal konfirmasi.

“step-displacement diagram” juga akan menunjukkan “transverse time diagram”,sequence-step

diagram” dan “step-motion diagram”. Untuk contoh ini diperlihatkan pada gambar 14 berikut.

Huruf dan nomor didalam kuci penunjuk status dari output dari valve konfirmasi dan nomor dari

puncak tampilan sequence-step.

22

Jadi pada step 2 valve konfirmasi a1,b0 dan c0 menghasilkan output, sinyal konfirmasi dan sinyal

perintah dapat diberikan dengan cara Pneumatic atau dengan cara electric tergantung pada

system kerja yang digunakan apakah Pneumatic murni atau electro-pneumatic.

1 2 3 4 5 6 Step no.

Actuator

„A‟

a1

a0

Actuator

„B‟

b1

Actuator

movement b0

Actuator

„C‟

c1

c0

St.A1 B1 C1 B0 C0 A0 Sequence

a0 a1 a1 a1 a1 a1

b0 b0 b1 b1 b0 b0 Key

c0 c0 c0 c1 c1 c0

Gambar 15 step displacement diagram

Dengan menggunakan step displacement diagram diatas kita dapat menyusun komponen

sequential part sesuai denga sirkuit diagram yang diinginkan juga kita dapat mengembangkan

sequential circuit dengan menggunakan metode yang sama.

Untuk mengembangkan rangkaian sirkuit (sequential circuit) terdapat 4 metode yang dapat

dilakukan, atara lain :

1) Intuitive methods, metode ini menggunakan sinyal pulse-type confirmation untuk

menghindari kemungkinan terjadinya sinyal balik dari sirkuit tersebut.

2) Casecade methods, metode sirkuit ini adalah mengelompokkan dengan demikian tidak

akan terdapat dua perintah yang sama juga akan terjadi sinyal balik.

3) Step-counter (Shift-register), metode ini menggunakan memori yang akan memberikan

sinyal perintah pada setiap langkahnya dan akan memberikan sinyal reset pada akhir

langkah, maka juga hanya akan terdapat satu kendali perintah memberikan tekanan untuk

beberapa waktu yang tersedia.

23

4) Electro-pneumatic metode ini menggunakan electrical microswitches yang akan

menghasilkan konfirmasi, valve-valve digerakan dengan solenoid dan tentunya dengan

pemakaian relay, electronic sequence, atau program logic controllers (PLC).

Uraian berikut memberikan contoh teknik pengembangan sirkuit diagram dengan metode Step-

counter (Shift-register)

a) Rangkaian

Dalam sebuah rangkaian actuator telah diberi tanda A, kedua B dan seterusnya, selanjutnya

rangkaian dapat ditentukan, lakukan sesuai dengan contoh rengkaian hingga diperoleh sirkuit

secara utuh.

Rangkaian A1 – B1 – B0 – A0.

b) Gerakan menurut step diagram

Untuk rangkaian ini dapat digambarkan sebagai berikut.

a0

a1

Actuator ‘A’

Actuator ‘B’

b1

b0

1 2 3 4

St.A1 B1 B0 A0

a0

b0

a1

b1b0

a1 a1

b0

Gambar 16 step displacement diagram

c) Deskripsi counter input dan perintah pada valve

Dengan sirkuit diagram diatas memberikan konfirmasi siklus aliran kedalam sirkuit.

Step-counter input Command Valve Input

Step 1 = a0 Start A1 = Output of step 1

Step 2 = a1 A0 = Output of step 4

Step 3 = b1 B1 = Output of step 2

Step 4 = b0 B0 = Output of step 3

24

d) Cirkuit diagram

Dari diagram gerak serta deskripsi counter input dan perintah pada valve dapat kita lihat

sirkuit yang diharapkan dengan komponen sebagai berikut :

No Komponen spesifikasi jumlah Keterangan

1 Actuator Linear, double act. cyl 2

2 Pilot/pilot 4/2 Comand DCVs 2

3/2 Comand DCVs 4

roller/spring 3/2

confirmation DCVs

4

Push button/spring 3/2

confirmation DCVs

1

3 Ancilliary Valves „AND‟ valves 4

a1 a0 b1 b0

Start

1 2 34

A1 A0 B1 B0

a1 a0 b1 b0

Cyl.A Cyl.B

Gambar 17 Circuit diagram

25

Pada actuator A dengan posisi balik di a0 akan memberikan sinyal ke AND valve dan ketikan

tombol start ditekan AND valve akan memberikan output ke 3/2 Valve akibatnya output

mengalir ke prosesor A1 dimana preset step unit 2 dan reset step unit 4. Actuator A terhubung

untuk operasi a1, yang terhubung dengan AND valve pada step unit kedua dan telah memiliki

sinyal dari unit pertama. Kedatangan dari a1 sinyal kedua step memory switches yang

menghasilkan output, B1 dan juga mereset step unit 1, dan preset step unit 3, b1 mengawali step

unit 3 dimana reset unit 2, preset 4 dan memberi perintah pada B0. Sinyal konfirmasi

b0mengaktifkan step 4 akibatnya actuator A kembali.

26

BAB III

TENAGA FLUIDA-HYDRAULIC Fluid Power-Hydraulic

A. Pendahuluan

Secara tradisional air dan udara dijadikan media sebagai sumber energy, akan tetapi tentu

saja hanya digunakan untuk memenuhi kebutuhan gerak yang lebih lambat karena secara

kuantitas luas aliran fluida berpangaruh terhadap tekanan relative dari media tersebut, namun

secara alami gerakan tersebut memiliki tekanan.

Walaupun hal ini terjadi ratusan tahun yang lalu namun hal ini merupakan awal pemanfaatan

energy “fluida” hingga dikembangkannya pompa dan compressor yang mampu

menghasilkan tekanan yang lebih besar dan terukur.

Beberapa peristiwa penting juga terjadi dimana penemuan dan pemakaian Teknologi ”Fluid

Power” sebagai sumber energy dikembangkan, antara lain :

1650 Penemuan Hukum Pascal (berusia 27 tahun)

1750 Pengembangan Hukum Bernaulli yang memperhatikan energy fluida

1790 Joseph Bramah mengembangkan mesin press dengan ”Fluid Power” dimana air

sebagai power transmisinya.

1850 ”Fluid Power” dengan energy air dipopulerkan di Inggeris

1868 Dikembangkannya sentral industrial hydraulic dengan energy air di London dan

Manchester

Abad ke 19 terjadi darurat energy listrik

1900 Memperkirakan pemakaian energy listrik lebih menguntungkan

1906 Oli menggeser air sebagai media Hydraulic system

1926 United State mengembangkan hydraulic system, unit pengisi otomatis.

27

Teknologi energy fluida dimulai pada tahun 1650 hasil penemuan yang menentukan bahwa

“pressure in fluid at rest is transmited equal in all direction” yang kemudian dikenal dengan

hukum Pascal, dimana “Tekanan yang diberikan zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke

segala arah dengan sema besar”, yakni :

P = . G. h

dimana :

P = tekanan hydostatic (Pa)

atau beda tekanan pada 2 titik dalam sekat yang berisi zat cair karena beda

berat antara keduannya

= mass jenis zat cair (kg/m3)

G = percepatan grafitasi (m/sec2)

h = ketinggianz cair diatas titik pengukuran (m)

atau beda tinggi antara 2 titik pada kolom yag berisi zat cair

Teknologi ”Fluid Power” banyak diterapkan dalam berbagai peswat kerja yang memerlukan

tenaga besar seperti mesin pres, cranes,winches, extruding machines dan lain-lain, namun

tidak banyak dikembangkan pada power tool tentu saja disaat keterbatasan energy listrik,

”Fluid Power” ini dapat dipertimbangkan pemakaiannya.

Berbagai keuntungan system kerja elektrik dan mekanik sebagai power transmisi, maka

diakhir abad ke 19 ini system kerja hydraulic pengembangan penerapannya menjadi lebih

luas.

Ternyata ”Fluid Power” memiliki berbagai flexibilitas pada berbagai system transmisi

kendati terdapat beberapa kekurangan dan dewasa ini aplikasi ”Fluid Power” digunakan

secara luas pada berbagai industry dan pada lingkup yang tidak terbatas, meliputi :

Desain sederhana

Pengoperasian yang praktis dengan pengontrol kecepatan (speed control), pengontrol

tekanan (pressure control), pengontrol arah(directional control), dan lain-lain.

28

Cocok digunakan dalam system kerja otomatis

Bervariasi output daya

Systemnya yang Tahan lama, dimana :

- Pelumasan sendiri (self lubrication)

- Memiliki pelindung terhadap kelebihan beban (protection overload condition)

- Getaran yang relative kecil (minimal Vibration)

- Variasi Percepatan dan perlambatan yang tidak beraturan

Moderenisai pengembangan teknologi dari kelengkapan Mudah dan sistematik

Operational ekonomis dan efisien.

Berbagai keunggulan dan potensial yang dimiliki oleh ”Fluid Power” atau system kerja

hydraulic sebagai salah satu system transmisi yang dapat diaplikasikan pada berbagai

kebutuhan industry manufaktur dimana ”Fluid Power” dapat diatur dan disesuaikan dengan

kebutuhan fungsi pesawat kerja, antara lain :

Industrial pressure

range 2000 – 35000

kPa

Agricultur pressure

range 2000 – 35000

kPa

Aeronautical pressure

range 2000 – 35000

kPa

Automotive

pressure range

2000 – 35000

kPa

Surface grinding

machines

Hydraulic presses

Transfer machines

:

- Sawmills

- Canneries

Lathe tool feeding

(copy turning)

Cylindrical

grinding machines

Fork lifts

Lifting crane

Trench-Digging

Equipment

Bulldozer

Harvesting

Equipment

Tracktor

Attachments

Front end loaders

Post-hole diggers

Wool presses

Earth-moving

scrapers

Landing gear

(mechanism covers)

Wing control surface

Rudder control

Drive brake actuation

Braking system

Power steering

Automatic

transmission

Clutch control

Convertible

hood raising

and lowering

Shock

absorber.

29

B. Beberapa sifat fluida

“Fluida yakni cair atau gas dapat mengalir kesegala arah” ini adalah sifat yang mendasar dari

fluida, namun beberapa sifat lainnya antara lain :

- Luwes (Flexibel) tidak meregang (khususnya fluida cair)

- Fluida cair bersifat incompressible pada tekanan 7000 kPa atau 7 mPa namun

terkompresi sebesar 0,5% setiap extra7000 kPa.

- Dapat mudah berubah bentuk

- Dapat dibagi kedalam beberapa part dari pekerjaan yang berbeda lokasi

- Dapat bergerak cepat atau lambat dalam satu tempat

- Dapat mentransmisikan daya keseluruh arah dengan permukaan yang selalu memiliki

pelumas.

C. Keunggulan hydraulic power

Hydraulic power dapat diterapkan hamper disemua sector industry hingga industry rumahan,

idustri pemesinan, kendaraan tractor, pesawat terbang, industry pertahanan dan militer,

kelautan dan perikanan.

Hydraulic power memiliki derajat akurasi yang memadai, Luwes (Flexibel), pengedalian

dengan system transmisi yang sederhana dan mampu mentransmisikan daya yang cukup

besar.

D. Beberapa kelemahan dari Hydraulic Power System

Hydraulic Power System memerlukan struktur organisasi yang

Hydraulic Power System memerlukan tempat dengan pipa atau selang yang lebih kuat.

Hydraulic Power System memerlukan perhatian khusus dalam menghindari kebocoran dan

sangat riskan terutama pada tekanan tinggi

Gerakkan fluida menimbulkan gesekan terhadap permukaan saluran yang dapat mereduksi

energy sehingga merugikan efisiensi

Harus terhindar dari benda-benda asing seperti bahan kimia yang dapat menimbulkan lumpur

dan korosi serta oksidasi, masuknya udara (oxygen) yang tercampur pada oli didalam fluida

dapat mengakibatkan oxidasi.

30

E. Unit dasar dan Formulasi

1) Head pressure

Head pressure ialah jarak antara permukaan fluida dalam satuan kilopascal (kPa).

Setiap meter air equivalent dengan 9,8 kPa.

Setiap meter oli equivalent dengan 8,4 kPa.

2) Peristilahan dasar

Peristilahan dasar yang digunakan pada kategori Hydraulic Power System antara lain :

Gaya (Force), tekanan (pressure), Luas penampang (Area), dan elemen kerja (working

element).

3) Gaya (Force)

Gaya (Force) merupakan unsur penting dalam system kerja hydraulic dan merupakan

energy dan sumber gerakkan yang akan digunakan sebagai penggerak mesin perkakas

dan lain-lain. Ketersedian besaran Gaya (Force) ini tentu saja disesuaikan dengan objek

inersia. Gaya (Force) ditentukan dalam satuan Newton atau kilonewton.

4) Tekanan (pressure)

Tekanan (pressure) ialah Gaya (Force) yang bekerja pada setiap luas permukaan dimana

adalah Newton per square metre (N/m2).

Pascal (Pa), kilopascal (kPa)

1000 N/m2 = 1 kPa.

5) Luas penampang (Area)

Luas penampang (Area),dalam hydraulic system digunakan sebagai variable dalam

perhitungan tekanan dimana Luas penampang (Area) ditentukan dalam square metre

(m2).

Hubungan antara gaya dengan tekanan telah didemmontrasikan oleh atmosphere bumi

dimana udara menyelimuti seluruh permukaan bumi yang beratnya tak terhingga.

Walaupun gaya telah diupayakan dengan berat lajur udara dari satu meter persegi pada

garis tengahnya adalah 101,325 kN pada permukaan laut, dan ternyata tekanan

atmospherenya adalah 101,325 kPa.

31

Segitiga gaya berikut memperlihatkan hubungan antara Gaya (Force) F, Tekanan

(Pressure)P, dan Luas penampang (Area)A.

F

P A

Gambar 18 Segitiga gaya

F = P x A

P = F

A

A = F

P

Dimana :

F = Gaya (N)

P = Tekanan (Pa)

A

=

m2

Gaya dan tekanan merupakan dua unsur penting dalam menghasilkan usaha dari system kerja

hydraulic, oleh karena itu maka hal ini perlu diperhitungkan secara cermat demikian pula

dengan jarak pergerakan gaya yang ditentukan dalam Jouls (J).

Jadi jika gaya yang bekerja itu 3600 N pada jarak 0,5 m maka usaha (work)W, dapat dihitung

dengan :

Usaha (work)W

=

Gaya (F) x jarak (D)

= 3600 x 0,5

= 1800 jouls

6) Daya (Power)

Daya (Power) yang bekerja per satuan waktu ditentukan dalam kilowatt (1000 watts) ini

standar satuan Daya (Power). Kebutuhan Daya (Power) untuk menyelesaikan satu joule

usaha dalam satu detik.

Pada contoh diatas jika usaha ini dilakukan dalam 6 detik maka Daya (Power) yang

diperlukan dihitung dengan :

32

Daya (Power) = Gaya (F) x Jarak

time

= 3600 x 0,5

6

= 300 W atau 0,3 kW

Static

liquid

under

pressure

Gambar 19 Tekanan fluida

Dalam hukum Pascal dinyatakan bahwa :

“Tekanan yang diberikan zat cair dalam

ruang tertutup diteruskan ke segala arah

dengan sema besar” lihat gambar 19.

F. Klasifikasi dan sifat hydraulic fluids

Terdapat 3 macam fluida yang digunakan sebagai bahan fluida dalam hydraluic system,

antara lain adalah :

1. Water-based liquids

2. Petroleum-based liquids

3. Synthetic-based liquids

1) Water-based liquids

Water-based liquids atau fluida dengan bahan dasar air ini merupakan fluida yang

pertama dipergunakan, namun demikian semakin hari pemakaiannyan semakin terbatas

kecuali dalam hydraulic commercial dengan kebutuhan tekanan yang tinggi tetapi dalam

kecepatan rendah.

Beberapa permasalahan dalam pemakaian Water-based liquids, namun 5 masalah besar

yang selalu dialami dalam pemakaian Water-based liquids, antara lain :

a) Karat dan korosi

b) Pelumasan yang tidak efektif (Ineffective lubrication)

33

c) Temperatur yang berubah-ubah

d) Mudah kemasukan zat lain yang mengakibatkan abrasi (abrasive action)

e) Memiliki titik didih yang relative rendah.

Hal-hal sebagaimana tersebut diatas ini sangat merugikan efisiensi operasional dan

menuntut perawatan yang terus-menerus, kendati air merupakan medium yang ideal

ketahanannya terhadap api serta harga yang murah, namun air pun dapat digunakan

dengan mencampurnya dengan bahan-bahan lain seperti oli sehingga dapat digunakan

untuk fungsi lain dengan kuantitas yang lebih besar atau pekerjaan-pekerjaan dengan

temperature tinggi dan berpeluang menimbulkan kebakaran.

2) Petroleum-based liquids

Satu dan yang pertama digunakan sebagai bahan fluida dalam hydraluic system ialah

Petroleum-based liquids, teknologi automotive telah menggunakannya dalam system rem

(brake fluid) walaupun penggunaanya terbatas karena komponen rem yang terbuat dari

karet tidak tahan terhadap Petroleum-based liquids, kendati dengan kemajuan teknologi

bahan-bahan ini dibuat dari bahan sintetis yakni Synthetic-rubber seals. Karet jenis inilah

yang memungkinkan penggunaan Petroleum-based liquids kususnya pada industry

modern.

Petroleum dapat diperhalus yang akan menghasilkan oli dengan berbagai viscositas serta

penambahan bahan ”additif” yang menghasilkan berbagai keunggulan karfakteristik

sehingga menjadikan mekanisme hydraluic system menjadi tahan lama dan tentunya

peningkatan efisiensi.

3) Synthetic-based liquids

Petroleum-based Oil memiliki berbagai sifat yang sesuai sebagai bahan fluida dalam

hydraluic system walaupun dalam beberapa hal memiliki kelemahan yakni mudah

terbakar serta dapat menimbulkan ledakan yang berbahaya terutama pada tekanan dan

temperature tinggi, namun dalam perkembangannya tercipta non-flammable synthetic

liquids yang lebih baik sebagai bahan fluida dalam hydraluic system, sehingga dengan

demikian bahaya ledakan dan pembakaran pada tekanan dan temperature tinggi dapat

dihindari, dimana Synthetic-based liquids dibuat dari bahan kimia yang tahan terhadap

berbagai sifat buruk dari Petroleum-based Oil, seperti phosphate esters, chlorinated

biphenils, atau campuran lainnya sehingga cocok digunakan sebagai bahan fluida dalam

hydraluic system.

34

G. Sifat-sifat bahan fluida

Sifat-sifat bahan fluida seperti incompressible dan fluidity yang secara kuantitas diperlukan

sebagai bahan fluida dalam hydraluic system namun beberapa sifat yang lain juga perlu

diperhatikan, misalnya Viscositas, daya lumas, kesetabilan kimia, kebebasan terhadap asam,

ketahanan terhadap temperature tinggi, serta tidak beracun dan lain-lain.

1) Viscositas

Salah satu dari sifat tersebut diatas adalah Viscositas dimana merupakan salah satu sifat

penting yang berhubungan dengan fungsi kerja hydraluic system, dimana Viscositas ini

secara sederhana dapat didefinisikan sebagai ukuran kemampuan mengalir suatu fluida

pada perubahan temperature. Sebagai contoh perbandingan dua jenis cairan yakni bensin

cepat mengalir sedangkan tar lambat mengalir, dalam hal ini tar meiliki Viscositas tinggi.

a) Pengukuran Viscositas pada Fluida

Pengukuran Viscositas pada Fluida dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut

Viscosimeter (lihat gambar 20).

A

60 CC

Heating

element

Controlled

orifice

Cork

Oil

Gambar 20 Saybolt Viscosimeter

35

Proses pengukuran dengan menggunakan Saybolt Viscosimeter dilakukan dalam

hitungan detik untuk hasil ukur fluida 60 Cm3 yang dialirkan melalui orifice yang

memiliki ukuran standar panjang dan diameternya serta spesifikasi temperature yang

telah ditentukan, contoh ; viscositas dari cairan 80 detik, Saybolt Universal (80 SSU)

pada 550C.

b) Viscositas Index

Salah satu sifat yang ideal untuk hydraulic liquid harus memiliki ketahanan sama

dengan viscositas dibawah semua temperature dan tekanan kerja. Beberapa cairan,

khususnya petroleum-based oils tidak boleh memiliki karakteristik ini. Jika

temperatur meningkat, oli mencair, temperature menurun, oli mengental dan

viscositas meingkat.

c) Penambahan beberapa jenis polymers dapat memperbaiki Viscositas Index dari

hydraulic oil, sehingga dengan demikian hydraulic oil memiliki ketahanan terhadap

perubahan temperature serta selalu meninggalkan lapisan film pada dinding

komponen dan melumasi bagian komponen yang bergesek.

2) Daya lumas(Lubricating power)

Hydraulic liquid yang berfungsi sebagai elemen transmisi dimana selain bekerja secara

hidrolis juga akan bergerak secara mekanis antara komponen dari bagian tersebut,

pergerakan inilah yang memungkinkan terjadi gesekan yang bukan saja akan

mengakibatkan peningkatan temperature kerja yang merugikan efisiensi, tetapi juga kan

mengakibatkan kerusakan dari keausan komponen tersebut. Oleh karena itu Hydraulic

liquid harus memiliki kemampuan untuk membentuk lapisan fim minyak terutama

dibagian komponen yang bergesek. Sifat ini dapat diperoleh pada Hydraulic liquid yang

dikembangkan dengan penambahan unsur kimia (Chemical agents) sebagai bahan

additive.

3) Ketahanan kimia (Chemical agents)

Ketahanan kimia (Chemical agents) dapat didefinisikan bahwa liquid harus memiliki

ketahanan terhadap oxidase dan kerusakan dalam periode yang panjang.

36

Salah satu penyebab utama kerusakan oleh Hydraulic liquid adalah peningkatan

temperature yang berlebihan (overheat). Hal ini penting untuk kita perhatikan dan tidak

hanya memperhatikan indicator pada reservoir karena indicator ini belum tentu

menggambarkan temperature seluruh operasi.

Pemisahan hot spot seperti tempat bearing, roda gigi atau pada bagian dimana fluida

dipaksa masuk melalui orifice yang sangat kecil karena penyempitan saluran oleh adanya

endapan. Material seperti seng, lead, brass dan copper secara kimiawi sangat reaktif

terhadap liquids.

4) Bebas asam (freedom from acidity)

Derajat keasaman dari hydraulic fluid pada kondisi baru cukup memadai namun

kondisinya tidak selalu tetap terlebih pada kondisi kerja. Setelah digunakan hydraulic

fluid tingkat korosipnya cenderung meningkat dan mulai terjadi kerusakan, oleh karena

itu perlu pemeriksaan secara periodic.

5) Ketahan terhadap peningkatan temperatur

Ketahan terhadap peningkatan temperature merupakan salah satu sifat yang harus

dimiliki oleh hydraulic fluid yaitu peningkatan temperature akan menimbulkan

terbakarnya hydraulic fluid yang memeiliki flash point rendah dimana panas akan

menimbulkan uap dan memicu terbakarnya hydraulic fluid tersebut. Oleh karena itu

hydraulic fluid yang diharapkan adalah yang memiliki flash point tinggi karena tahan

terhadap pembakaran dan memiliki derajat penguapan yang rendah pada temperature

normal.

6) Minim Kandungan racun (Minimum Toxicity)

Idealnya hydraulic fluid tidak memiliki kandungan racun, akan tetapi paling tidak

kandungan racunnya berada pada batas aman karena terbakarnya hydraulic fluid juga

merupakan pemicu terbentuknya racun, tentu saja untuk mengantisipasi hal tersebut

maka pemilihan hydraulic fluid harus memperhatikan kualitas dari fluida yang terdapat

pada label serta penanganannya secara hati-hati.

37

H. Pompa hydraulic

Hal yang paling utama dari fungsi pompa hydraulic ialah menekan hydraulic fluid serta

membentuk aliran fluida.

Pembentukan tekanan tentu berlawanan dengan aliran, selanjutnya jika tahan terhadap beban

yang diberikan oleh actuator maka tekanan hanya cukup untuk menahan beban.

Pada saat pompa mengalirkan fluida kecepatannya juga dipengaruhi oleh part dari system itu

sendiri dimana pipa akan membentuk tekanan.

1) Beberapa type pompa yang digunakan pada system kerja hydraulic

Secara umum pompa hydraulic ini dibedakan dalam 2 type, yakni :

- Type Positif

Type Positif yakni type pompa hydraulic dimana saluran masuk (inlet)-nya tertutup

dari saluran keluar (outlet) nya. Untuk memisahkan saluran-saluran ini, pompa

dilengkapi dengan valve.

- Type Non-Positif

Type Non-Positif yakni type pompa hydraulic dimana secara hydraulis saluran masuk

(inlet)-nya dan saluran keluar (outlet) nya saling berhubungan.

Pompa hydraulic Type Positif antara lain,

- Piston type: Radial, axial, in-line, hand-type (hollow piston)

- Gear type : Internal dan external

- Vane type :Unbalanced, balanced

- Gerotor type.

Pompa hydraulic Type Non-Positif antara lain,

- Centrifugal type : impellor, low pressure high-volume flow. Volume aliran

tergantung pada kecepatan dan perlawanan pada sisi discharge.

- Axial flow type-Jet boat.

38

2) Perpindahan fluida

Fluida yang dipindahkan jumlahnya tergantung pada pengiriman fluida melalui inlet ke

outlet dalam satu putaran atau satu siklus.

Untuk pompa type rotary Volume perpindahan fluida ditentukan dalam liter per putaran

sedangkan untuk pompa dengan reciprocating type Volume perpindahanny ditentukan

dalamliter per siklus.

Jika pompa memiliki lebih dari satu ruangan pemompa maka pompa pemindah itu sama

dengan satu ruangan pompa kali jumlah ruangan pemompa. Misalnya sebuah pompa rotary

memiliki 8 ruangan pemompa dan masing-masing ruangan memindahkan fluida sebanyak

2,5 ml (milliliteres) maka total fluida yang dipindahkan adalah :

2,5 x 8 = 20 ml atau 0,02 l per putaran

3) Contoh dari beberapa type pompa

a) Gear Pump

Gear Pump ini bekerja sangat

sederhanan dimana pemompaan fluida

dilakukan oleh gerak putar dari roda

gigi, dalam proses ini fluida

dimampatkan diantara gigi dan rumah

dari roda gigi gigi tersebut.

Dalam proses ini fluida terhindar dari

adanya arus balik dari saluran sisi

intake karena tertutup oleh hubungan

antara dua gigi yang memiliki

clearance antara roda gigi dengan

rumahnya ± 0,06 mm.

in out

Gambar 21 Gear Pump

Tekanan maximum dapat dikembangkan tergantung pada desain clearance bagian dalam pompa

serta suaian antara roda gigi dengan rumah pompa.

39

Pompa dengan type sebagaimana diperlihatkan pada gambar 21 dapat menghasilkan

tekanan hingga 30 MPa namun pada kondisi normal rata-rata mencapai 15 MPa. Jika

Gear Pump berputar dalam kecepatan konstan akan memiliki kemampuan pengisian

volume oli secara konstan pula. Kapasitas pompa dapat menghasilkan diatas 10 liter per

detik.

Pemakaian spur gears seperti pada gambar 21 berpeluang memiliki getaran yang lebih

besar dibandingkan dengan pemakaian helical gears atau double helical gears.

b) Gerotor gear pump

Gerotor gear pump merupakan pompa

dengan type khusus, komponennya terdiri

atas dua buah roda gigi dengan posisi

putaran yang sama namun berbeda titik

pusat putaran. Pompa ini menggunakan

roda gigi luar yang ditempatkan didalam

roda gigi dalam (lihat gambar 22). Fluida

memasuki bagian ujung kontak yang

kemudian dibuang dari unit dimana gigi

inlet portOutlet port

Gambar 22 Gerotor gear pump

mendekati ujung dasar kontak. Pompa jenis ini banyak pula digunakan tidak saja untuk

hydraulic power tetapi juga pada berbagai aplikasi pelumasan yang memerlukan fluida

bertekanan. Untuk menentukan delivery per putaran, volume dari clearance merupakan

perkalian terhadap jumlah gigi yang secara matematis dapat diperhitungkan.

c) Internal Gear Pump

Pompa jenis ini komponennya terdiri atas

roda gigi luar yang langsung diputar oleh

poros pompa dan ditempatkan diluar senter

yang berhubungan dengan roda gigi dalam

(lihat gambar 23).

Roda gigi yang berhubungan langsung pada

salah satu sisi dari ruangan pompa antara

dua saluran pengisi.

Pada sisi yang berlawanan dari ruangan yang

membentuk bulan sabit dan merupakan spasi

Internal

seal

Internal

seal

Stationary

crescent

inlet

outlet

Gambar 23 Internal Gear Pump

40

antara dua gigi dengan toleransi tertutup antara keduanya. Putaran dari pusat roda gigi oleh

porosnya mengakibatkan roda gigi luar berputar dengan keduanya saling berhubungan,

perubahan posisi roda gigi akibat perputaran akan tetap menghasilkan spasi yang

membentuk bulan sabit, dengan demikian maka fluida akan terdesak mengalir melaui spasi

ini, fluida akan mengalir dengan daya tekan yang diberikan oleh hubungan antara dua gigi

tersebut.

Ukuran spasi yang membentuk bulan sabit ini tergantung pada pemisahan antara internal

gear dengan external gear dan akan menentukan volume aliran fluida.

Jika spasinya berukuran kecil maka volume aliran akan kecil atau sebaliknya, feature yang

lain dari pompa typr ini dapat menghaslikan arah tekanan yang berbeda atau sebaliknya

tanpa harus merubah putaran internal gear, spasi yang berbentuk bulan sabit didudukan

dengan pengarah (dowl) yang dapat ditukar posisinya dari satu sisi kesisi yang lain dari

rumah pompa, maka arah tekanan akan berubah.

d) Balanced Vane pump

Balanced Vane pump

dilengkapi dengan ring

berbentuk elip dan dua saluran

pada bagian dalamnya.(lihat

gambar 24 ruang pemompa

dibentuk diantara dua vane

masing-masing vane bergerak

dua kali dalam satu putaran.

Dalam satu inlet adalah 1800

demikian juga dengan outlet,

jadi tekanan belakang

melawan ujung rotor, aliran

yang besar didapat melalui

pompa yang lebih kecil

Cincin rotor

Vane Rotor

outlet inlet

Outlet portintlet port Slot

Gambar 24 Balanced Vane pump

41

e) Vane pumps

Pompa dari type Vane pump ini bagian rotonya memiliki slot digerakan oleh putaran poros

diatara suaian tertutup dan dari sisi yang berbentuk elip atau cincin yang berbentuk

lingkaran. Vane di-harden dan di poles sehingga sliding dibagian dalam maupun bagian luar

dari rotor slot dan mengikuti kontur cincin karena pengaruh gaya sentrifugal (lihat gambar

25). Ruangan pemompa dibentuk diantara urutan sudu (vane) membawa oli dari inlet ke

outlet.

Bagian yang vacuum membentuk inlet sebagai spasi antara pembukaan vane. Terjadi

pemampatan oli pada ruang pemompa karena terjadi penyempitan.

Gambar 25 Vane pump

f) Unbalanced Vane pump

Pada variable volume (pengganti tekanan) Unbalanced Vane pump seperti diperlihatkan

pada gambar 25 dimana pompa fluida yang menggunakan prinsip kerja involved. Gambar 25

a memperlihatkan kondisi aliran maximum dan ketika terjadi pembatasan aliran pada outlet

minimum di sisi pompa. Pembatasan ini dilakukan dengan silinder beban yang terdapat

dibagian dalam pompa oleh kekuatan pegas hingga pada posisi sebagaimana diperlihatkan

pada gambar 25 b, tekanan maximum dikendalikan tetapi laju aliran menurun cukup meleleh

pada silinder kerja.

42

a

b

Gambar 25 Unbalanced Vane pump

a) Axial piston pump

Pada Axial piston pump piston bergerak pada langkah axial atau pada arah yang sama

dengan sumbu blok cylinder.

Pada salah satu type Axial piston pump gerak bolak-balik dari piston mengakibatkan

perlawanan pada putaran silinder blok. Poros memutar silinder blok menggerakan piston.

43

Piston sub-assemblyValve plate slot

Swash plate

Drive shaft

Cylinder block bore

Inlet port

Outlet

port

Drive shaft

Stationary

pintle

Gambar 26 Variable displacement axial piston pump

44

b) Radial piston pump

Pada Radial piston pump piston tersusun didalam roda dari sebuah cylinder block yang

pendek dimana cylinder block itu sendiri diputar oleh sebuah poros yang terdapat disisi dari

lingkaran rumah pompa. Block mengelincir diatas stationary pintle (lihat gambar 27)

dimana terdapat inlet dan outlet.

Gerakan cylinder block diberikan oleh gaya centrifugal yang mengayunkan piston kearah

bagian luar mengikuti lingkaran rumah pompa. Garis Sumbu dari rumah pompa melewati

sumbu dari cylinder block dengan jarak exentricity antara keduanya ditentukan oleh jarak

langkah dari piston pompa tersebut.

Gambar 27 Radial Piston Pump

45

BAB IV

KATUP HYDRAULIC

Hydraulic Valve

A. Relief Valve

Relief Valve merupakan salah satu jenis hydraulic Valve yang umum digunakan sebagai

komponen pengendali dan sebagai pelindung Circuit Component terhadap kemungkinan

terjadi kelebihan gaya pada actuator atau motor dari batas maximum gaya yang ditentukan.

Relief Valve terdapat pada hamper semua Hydraulic Circuit dimana kemungkinan terjadi

variable delivery dari pompa hydraulic yang digunakan.

Secara sederhana Relief Valve dipasang dengan salah satu salurannya (port) kejalur tekanan

dan yang lainnya ke reservoir.

2

7

6

5

4

3

1

Keterangan :

1. Adjusting screw

2. Cap to seal off adjusting

3. Spring

4. Outlet port

5. Ball

6. Inlet port

7. Replaceable seal

Gambar 28 Relief Valve

46

Gaya pegas akan menekan bola pada posisinya, operasi penekanan dapat diubah dengan

mengatur penekanan melalui Adjusting screw (lihat gambar 28). Apabila tekanan dari inlet

berlebihan pegas yang telah distel dengan gaya yang telah ditentukan maka kelebihan

tekanan tadi akan menekan bola dan pegas tidak mampu menahan kelebihan gaya tersebut,

akibatnya fluida akan memaksa masuk, kelebihan ini akan dialirkan oleh Relief Valve ke

reservoir melalui Outlet port.

1) Compound Balanced piston relief Valve

Hydrodynamic

skirt

Pilot conn

To tank

Gambar 29 Compound Balanced piston relief Valve

Compound Balanced piston relief Valve adalah salah satu jenis relief valve yang

menggunakan pegas ringan sebagai penahan piston agar bearada pada posisi menutup.

Pada saat terjadi kelebihan tekanan dari tekanan valve yang terlebih dahulu telah diset,

melalui C (lihat gambar 29) pengatur keseimbangan bagian atas dan bagian bawah piston

kedudukan piston menutup oleh tekanan pegas. Poppet (3) dan adjusting spring (4)

membatasi gerak tekan, sedangkan dibagian bawah piston dapat meningkat sedikit untuk

mengimbangi pegas (2) dan mengangkat piston dari kedudukannya, dengan demikian maka

fluida akan mengalir ke reservoir.

47

Pada saat terjadi peningkatan aliran fluida valve ini hanya menghasilkan penambahan

kompresi dari kepegasan rendah pada pegas (2).

Compound Balanced piston relief Valve ini sering digunakan apabila pompa sedang dalam

keadan idle. Skirt yang berada dibagian bawah piston bekerja secara hydrodynamic untuk

menjaga jika terjadi tekanan yang lebih rendah. Aliran fluida akan menekan bagian atas Skirt

sehingga piston menutup secara cepat.

2) Unloading Valve

Unloading Valve memiliki fungsi utama untuk menghentikan daya pompa (unload) dengan

mengalihkan aliran fluida kedalam reservoir, tentu saja prosesnya dilakukan ketika

Unloading Valve menerima sinyal tekanan dari luar.

Pengendalian tekanan jarak jauh yakni dari sumber takanan dari bagian ujung piston.

Piston memberikan gaya tekan yang berlawanan dengan tekanan pegas melalui tekanan

fluida yang mengalir dari pompa ke reservoir (lihat gambar 30).

Gambar 30 Unloading Valve

48

Dari gambar 30 serta cara kerja dari valve ini nampak perbedaannya disbanding dengan relief

valve, dimana relief valve bekerja dibagian dalam sedangkan unloading valve bekerja dibagian

luar. Type dari valve ini kadang-kadang digunakan sebagai pengubah arah gerakan dari double

acting cylinder actuator.

M 1 L/s 0,2 L/s

Low

pressure

High

pressure

Gambar 31 Unloading Valve dengan 2 kapasitas pompa

Gambar 31 memperlihatkan sirkuit diagram pemakaian unloading valve, digunakan sebagai

penyimpan tekanan tinggi dengan laju aliran hingga 1,2 L/sec. untuk laju aliran 1 L/sec.

ditempatkan dibagian ujung langkah kerja, dengan demikian maka motor dapat memberikan

daya pompa dengan menghasilkan laju aliran 0,2 L/sec.

49

3) Sequence Valve

Sequence Valve digunakan untuk mengendalikan urutan kerja dalam satu unit kerja otomatis,

misalnya landing gear pada pesawat terbang aktuatornya harus bekerja setelah pintu landing

gear terbuka, dan sebalikanya landing gear harus kembali sebelum pintu landing gear

tertutup.

Sequence Valve digunakan untuk mengendalikan 3 buah actuator cylinder seperti

diperlihatkan pada gambar 33. Gambar 32 adalah penampang Sequence Valve.

Gambar 32 adalah penampang Sequence Valve.

M

A B C

12

Cylinder A, B dan C semuanya kembali pada waktu yang sama.

Gambar 33 Pemakaian Sequence Valve.

50

Pada sirkuit diagram yang diperlihatkan pada gambar 33 menunjukan bahwa fluida mengalir

bebas melalui directional control valve ke silinder A, Sequence Valve pertama (1) memblok

fluida tersebut hingga piston pada silinder A berkerak mencapai akhir langkah, pada saat

yang bersamaan Sequence Valve 1 membuka sehingga fluida mengalir ke silinder B.

Demikian gerakan berlanjut secara kontinyu hingga ketiga piston bergerak sesuai dengan

urutannya.

4) Flow-Control Valve

Factor perintah laju aliran fluida

Laju aliran fluida didalam hydraulic system tergantung pada factor-faktor berikut :

Ukuran pompa

Putaran pompa (rpm.)

Ukuran pipa

Jumlah bengkokan pada sirkuit

Pembatas pada sirkuit

Tekanan pada sirkuit (penghambat laju aliran)

Kondisi pompa

Viscositas oli

Pada industry modern engineering hydraulic memungkinkan untuk didesain dan dibangun dengan

sirkuit yang sangat komplek, untuk itu maka diperlukan valve pengatur laju aliran Flow-Control

Valve.

Kecepatan actuator, hydraulic cylinder atau motor ditentukan oleh berat dan jumlah fluida yang

akan dialirkan.

Hubungan antara gerak piston didalam silinder actuator yaitu jika volume aliran dari pompa itu besar

maka gerakan piston menjadi cepat, namun sebaliknya jika volume aliran fluida itu kecil maka gerak

piston menjadi lambat. Oleh karena itu variable kapasitas pompa memungkinkan untuk mengatur

kecepatan (feed) dari elemen kerja (actuator).Jika demikian kebutuhan system didalam sirkuit

dapat diatur dengan Flow-Control Valve.

Macam-macam type Flow-Control Valve

Untuk mengetahui macam-macam type dari Flow-Control Valve dapat dilihat pada table berikut,

namun secara umum type Flow-Control Valve itu meliputi :

51

Plug,gate, globe and nidle valve, restrictors, orifice, check valve, pressure compensated and

temperature-compensated valve.

5) Directional Control Valve

Directional Control Valve dirancang untuk fungsi khusus mengarahkan aliran fluida didalam

fluid power systems.

Klasifikasi Directional Control Valve

Directional Control Valve dapat diklasifikasikan menurut type elemen dari valve tersebut,

misalnya ; poppet, rotary spool, sliding spool dan lain-lain.

a) Poppet Valve

Poppet Valve komponennya terdiri atas bagian yang dapat bergerak menutup aliran

dengan menekan pada arah yang berlawanan dengan kedudukan valve. Pada posisi

menutup tekanan fluida dari arah inlet akan menahan valve.

b) Rotary spool Valve

Rotary spool Valve memiliki komponen bagian intinya (spool) berbentuk bulat silindris

yang memiliki lobang dibagian tertentu dimana terdapat saluran (port) inlet atau outlet

sesuai dengan posisi saluran yang ada didalam blok bagian luar. Untuk fungsi yang baik

maka spool harus memiliki clearance yang halus agar tidak terjadi kebocoran.

c) Sliding spool Valve

Sliding spool Valve merupakan salah satu Directional Control Valve yang paling banyak

digunakan.

T BPA T BPA

Gambar 33 Sliding spool Valve ”two-way valve”

52

Symbol-syambol dasar untuk fluid power equipment

Equipment Symbol Equipment Symbol

Line working (main)

Cylinder, single acting

Line pilot (for control)

Cylinder, acting

Single

Line. Liquid drain

Double end rod

Flow direction

hydraulic

Adjustable cushion

advance only

pneumatic

Line crossing

Differential piston

Electric motor M

Line joining

Accumulator spring loaded

Line with fixed restriction

Accumulator, gas charged

Line flexible

Station, testing

measurement or power take

off

Heater

Variable component (run

arrow trought symbol at

450)

Cooler

53


Pressure compensated units

(arrow parallel to short side

of symbol)

Temperature controller

Filter, strainer

Pressure switch

Temperature cause or effect

Pressure indicator

Reservoir :

vented

Temperature indicator

pressurized

Line, to reservoir :

Above fluid level

Below fluid level

Component enclosure

Vented manifold

Direction of shaft rotation

Fixed displacement

Spring

Manual

Push button

Hydraulic pump

Push pull lever

Variable displacement

Solenoid single winding

54


Hydraulic motor

Fixed displacement

Reversing motor M

Hydraulic motor

Variable displacement

Remote supply

Pilot pressure

Internal supply

Pedal or treadle

On-off

(manual shot-off)

Mechanical

Detent

Check

Pressure realif

Pressure reducing

Pressure compensated

Flow control adjustable,

(temperature and Pressure

compensated)

Two position

four connection

Two position

Two connection

55


three position

four connection

Two position

three connection

Valve capable of infinite

positioning (horizontal

bars indicate infinite

positioning ability)

Two position

In transition

DASAR-DASAR HYDRAULIC PNEUMATIC

Documents