BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Perkembangan teknologi hidrolik yang sangat pesat merambah di

berbagai sektor. Tidak ketinggalan pada aplikasi sistem hidrolik yang

digunakan pada kendaraan alat berat (heavy machinery). Alat berat

merupakan kombinasi pemanfaatan energi otomotif (penggerak mula berupa

motor penggerak mula bensin maupun diesel) dengan energi hidrolik.

Aplikasi hubungan antara sumber penggerak (mesin bensin/diesel) dan

tenaga hidrolik yang dikeluarkan yang harus sedekat mungkin dan

mempunyai kerugian yang minimum dengan mobilitas yang tinggi,

menjadikan kendaraan alat berat merupakan jawaban akan kebutuhan

peralatan yang mampu bekerja dengan tenaga yang besar dan mobilitas

tinggi. (Sumber: Teknik Alat Berat Jilid 1, Budi Tri Siswanto)

Sistem hidrolik sangat penting artinya dalam pengoperasian berbagai

alat berat. Dasar-dasar hidrolik dipakai dalam merancang berbagai terapan

sistem hidrolik, sistem steering, sistem brake (rem), power steering, sistem

power train, dan transmisi otomatis. Sebelum melanjutkan ke sistem mesin,

pemahaman akan dasar-dasar hidrolik harus dikuasai terlebih dahulu.

Hidrolik memegang peranan penting dalam pertambangan, konstruksi,

pertanian, dan peralatan untuk mengangkat barang-barang berat. Hidrolik

digunakan untuk mengoperasikan peralatan untuk mengangkat, mendorong

dan menggerakkan barang-barang berat. Sebelum tahun 1950, hidrolik

belum dipakai sebagai peralatan pengolah tanah. Sejak saat itulah, bentuk

tenaga hidrolik ini menjadi standar pengoperasian mesin. Dalam sistem

hidrolik, gaya yang diberikan terhadap fluida dialirkan ke dalam mekanisme

mesin. Untuk memahami bagaimana sistem hidrolik bekerja, anda perlu

memahami dasar-dasar hidrolik. Hidrolik merupakan ilmu yang

mempelajari cairan terkait dengan gerakan dan tekanan didalam pipa dan

silinder. (Sumber: Dasar-dasar hydroulic, BM 2005)

Oleh karena itu tuagas akhir ini berawal dari sebuah keinginan untuk

mengenalkan sistem hidrolik kepada masyarakat, khususnya mahasiswa

teknik alat berat, sehingga pemahaman terhadap hidarulik sistem dapat di

pahami dengan mudah serta mengetahui system kerja dan aplikasinya.

Sehingga untuk mempermudah pemahaman pada sistem hidrolik, sehingga

tugas akhir ini akan mengambl judul ’’Simulasi Basic Hydroulick System

Dengan Beban Maksimal 50 kg’’.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun perumusan masalah pada tugas akhir ini adalah:

1. Bagaimana sistem kerja serta komponen utama pada sistem hidrolik

sederhana?

2. Berapa tekanan (preasure) yang diperlukan untuk mengangkat beban

50 kgsesuai dengan spesifikasi silinder yang ditentukan?

3. Bagaimana membuat simulasi sistem hidrolik sederhana dengan

menggunakan lampu lid.?

1.3 Tujuan Penulisan

Dari perumusan masalah di atas maka tujuan penulisan dari tugas akhir

ini dalah:

1. Mengetahui sistem kerja dan komponen utama hidrolik sederhana.

2. Mengetahui tekanan yang di diburuhkan untuk mengangkat bebah 50 kg

sesuai dengan spesifikasi silindernya.

3. Mengetahui cara pembuatan simulasi sistem hidrolik sederhana dengan

mengunakan lampu LED.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah:

1. Penelitian ini hanya melakukan penghitungan sepesifikasi pada pompa tanpa

melakukan perencanaanya.

2. Tidak melakukan analisa bahan.

3. Pada pembatan simulasi tidak melakukan pembahasan tentang Mini Controler.

BAB III

DASAR TEORI

3.1 Dasar-dasar Sistem Hidrolik

Sistem hidrolik merupakan suatu bentuk perubahan atau pemindahan

daya dengan menggunakan media penghantar berupa fluida cair untuk

memperoleh daya yang lebih besar dari daya awal yang dikeluarkan. Dimana

fluida penghantar ini dinaikan tekanannya oleh pompa pembangkit tekanan

yang kemudian diteruskan ke silinder kerja.

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.

3.1.1 Penggunaan Cairan Dalam Sistem Hidrolik

Beberapa alasan mengapa menggunakan zat cair dalam

sistem hidraulic :

1. Cairan mengikuti bentuk wadah (tempat) dimana cairan itu

berada. Ruang atau volume yang ditempati oleh zat cair tadi

dinamakan “displacement”.

2. Zat cair tidak dapat dimampatkan (non-compressible).

3. Zat cair meneruskan tekanan ke semua arah, zat cair akan

mengikuti bentuk dari wadah.

2

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

3.1.2 Formulasi 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 hidraulic oil system akan meneruskan tekanan yang sama ke segala arah di dalam sistem.

Ada beberapa istilah pada formulasi pascal antara lain adalah

sebagai berikut:

Force (gaya) adalah sesuatu yang menyebabkan benda diam menjadi

bergerak, benda yang bergerak lurus menjadi berbelok dan

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)

Kilo Pascal (Kpa)

Area (Luas penampang/permukaan), biasanya dinyatakan dalam :

Square Inch (Inch²)

Millimeter persegi (mm²)

Centimeter persegi (cm²)

Stroke (panjang) adalah diukur berdasarkan jarak pergerakan pistin

dalam silinder (in, m)

Volume diukur berdasarkan jumlah dalam in3, m3 yang dihitung

berdasarkan jumlah fluida dalam reservoir atau dalam pompa atau

pergerakan silinder.

3.1.3 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.

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).

3.1.4 Type Dasar Circuit

Ada dua type dasar dari circuit, yaitu: Series dan Parallel.

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.

Gb. 3.1 Hambatan SerieSumber: Fundamental Hidrolik

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 prioritas yang paling tinggi

(lihat besarnya tension/tekanan spring pada masing-masing

check valve).

Gb. 3.2 Hambatan PararelSumber: Fundamental Hidrolik

3.2 Basik Sistem & Komponen-Komponen Hidrolik

3.2.1 Komponen-Komponen Hydraulic

3.2.1 Tangki Hidraulic

Fungsi utama dari hydraulic oil tank adalah untuk

menyimpan oli. Akan tetapi oil tank juga mempunyai beberapa

fungsi lain. Oil tank harus bisa menyerap panas dan memisahkan

udara dari oli.

Gb. 3.3 Tangki HidrolikSumber: Fundamental Hidrolik

Oil tank harus cukup kuat, punya kapasitas yang cukup dan bisa

memisahkan kotoran-kotoran. Hydraulic oil tank biasanya tertutup,

tetapi tidak selalu. Dua macam hydraulic tank adalah Pressurized

dan Vented (Non-Pressurized).

Komponen oil tank seperti terlihat pada gambar di atas:

Fill Cap, menjaga kotoran masuk lewat lubang yang dipakai

untuk mengisi dan menambahkan oli ke dalam tangki serta

menjaga/menutup pressurizes tank.

Sight glass, digunakan untuk meng-check level/permukaan dari

oli. Level oli seharusnya di-check saat oli masih dalam keadaan

dingin. Level oli akan benar bila permukaanya di tengah-tengah

sight glass.

Supply dan Return Lines, Supply lines (hose menuju pompa)

memungkinkan oli mengalir dari tangki ke sistem. Return lines

(saluran kembali) memungkinkan oli mengalir dari sistem ke

tangki.

Gb. 3.4 ISO simbol tangki hidrolikSumber: Fundamental Hidrolik

3.2.2 Fungsi Dari Hydraulic Fluid (Oil)

Fluid (Zat cair) adalah Non-Compressible. Oleh sebab itu

fluid dapat men-transmit power saat itu juga dalam sebuah sistem

hidrolik. Sebagai contoh, minyak tanah ter-compress sekitar 1%

untuk setiap 2000 psi. Oleh sebab itu minyak tanah dapat

mempertahankan volumenya secara tetap di bawah tekanan tinggi.

Minyak tanah adalah zat cair pokok yang digunakan dalam

pengembangan kebanyakan hidrolik oil.

Fungsi utama dari hydraulic fluid (oil) adalah :

Transmitting power Lubricating

Sealing Cooling

Cleaning

3.2.3 Hydraulic Pump

Gb. 3.5 Pompa HidrolikSumber: Fundamental Hidrolik

Hydraulic Pump mentransfer mechanical energy ke

hydraulic energy. . Ini adalah suatu alat yang mengambil energy

dari satu sumber (engine, electric motor, dll) dan mentransfer

energy tersebut menjadi bentuk hydraulic. Pompa mengisap oil

dari tangki dan mendorongnya ke dalam sebuah hydraulic system

yang disebut sebagai ‘Flow’. Semua pompa menghasilkan oil flow

dengan cara yang sama. Proses vacuum akan terjadi pada pump

inlet. Atmospheric pressure yang lebih tinggi akan mendorong oil

melalui inlet passage dan masuk ke dalam pump inlet chamber.

Gear-gear yang ada di dalam pompa akan membawa oil ke pump

outlet chamber. Volume dari chamber akan mengecil saat chamber

tersebut mendekati outlet. Hal ini akan memperkecil ukuran

chamber dan mendorong oil keluar melalui outlet passage.

Pompa hanya menghasilkan flow (gallon per menit, liter per

menit, cubic centimeter per revolution, dll) yang akan digunakan di

hydraulic system. Pompa tidak menghasilkan atau menyebabkan

“pressure”. Pressure disebabkan oleh hambatan terhadap aliran.

Hambatan dapat disebabkan oleh flow melalui hose, orifice,

fitting, cylinder, motor atau apapun yang ada di dalam system

yang menghalangi flow menuju ke tangki. Ada dua pompa:

Positive dan Non-Positive displacement pump.

Gb. 3.6 ISO simbol pompaSumber: Fundamental Hidrolik

3.2.4 Valve (Katup)

Pada sistem hidrolik, valve berfungsi untuk mengatur

pressure, mengatur flow, mengatur arah.

Relief Valve

Hydraulic system di design untuk bisa beroperasi pada

tingkat pressure tertentu. Melebihi level yang sudah ditentukan

dapat merusak system komponen disamping juga sangat

berbahaya bagi personnel. Relief valve menjaga pressure pada

batasan yang sudah ditentukan dengan membuka dan

mengalirkan kelebihan oil ke circuit yang lain atau dialirkan

kembali ke tangki.

Gb. 3.7 Pressure Relief valve pada Cracking PressureSumber: Fundamental Hidrolik

Gambar di atas memperlihatkan simple relief valve pada

‘cracking pressure’ position. Simple relief valve (juga disebut

direct acting relief valve) akan tetap dalam kondisi tertutup

karena adanya kekuatan spring. Spring tension di-set pada

‘relief pressure’ setting. Akan tetapi bukan berarti valve akan

membuka pertama sekali pada relief pressure setting.

Apabila kondisinya berkembang, yang menyebabkan

hambatan terhadap oil untuk mengalir, maka kelebihan oil flow

akan menyebabkan pressure naik. Kenaikkan pressure ini akan

dirasakan oleh relief valve. Pada saat gaya dari pressure bisa

mengatasi relief valve spring, valve tersebut akan melawan

spring dan mulai membuka. Pressure yang diperlukan untuk

memulai membuka valve disebut dengan “cracking pressure”.

Valve akan membuka secukupnya saja untuk membiarkan oil

mengalir melalui valve.

Gb. 3.8 ISO simbol relive valve Sumber: Fundamental Hidrolik

Directional Control Valve

Directional control valve digunakan untuk mengarahkan

ke circuit yang lain dalam hydraulic system. Directional control

valve bisa dioperasikan secara manual, hydraulic, pneumatic dan

electronic control. Directional control valve digunakan untuk

mengarahkan oli ke actuator dalam hydraulic system. Gambar

berikut memperlihatkan gambar potongan untuk sebuah open

center directional control valve pada posisi HOLD.

Gb. 3.9 Open Center Directional ControlValve in HOLD Position

Sumber: Fundamental Hidrolik

Gb. 3.10 Directional Control Valve ISO SymbolSumber: Fundamental Hidrolik

Check Valve

Fungsi dari check valve adalah mengalirkan oil ke satu

arah, tetapi mem-block aliran oil dari arah berlawanan. Check

valve kadang-kadang juga disebut “one way” check valve.

Gb. 3.11 check valve

Gb. 3.12 ISO simbol check valveSumber: Fundamental Hidrolik

Make-Up Valve

Make-up valve biasanya ditaruh di circuit antara implement

dan tangki. Pada saat operasi normal, pump atau cylinder oil

akan mengisi ruangan di belakang make-up valve. Pressure di

dalam cylinder akan menjaga valve tetap CLOSED. Pada

cylinder pressure sekitar 2-psi lebih rendah dari tank pressure,

make-up valve akan OPEN. Oil dari tangki akan mem-by pass

pump dan mengalir secara langsung melalui make-up valve

menuju ke cylinder. Make-up valve dipakai untuk mencegah

cavitation

Gb. 3.13 make-up valveSumber: Fundamental Hidrolik

Gb. 3.14 ISO simbol make-up valve Sumber: Fundamental Hidrolik

3.2.5 Actuator

Aktuator merupakan istilah umum yang digunakan untuk

komponen output sistem hidrolik. Aktuator terdiri dari dua jenis

yaitu :

1. Rotary aktuator , yang menghasilkan tenaga putaran atau

gerakan berputar

2. Linear aktuator adalah aktuator yang menghasilkan tenaga

gerak lurus.

Silinder hidrolik merupakan tipe linear aktuator yang umum

meskipun sering juga disebut sebagai "ram", "jack", atau "stroker".

Istilah lainnya ini sering dipakai pada aplikasi tertentu yang memiliki

arti spesifik.

Seperti telah dibahas sebelumnya, tenaga pada sistem hidrolik,

pada awalnya dibangkitkan dari gerakan putar yang berasal dari

engine dan dirubah menjadi tenaga fluida oleh pompa. Fluida

diarahkan melalui sistem tertentu menuju aktuator dimana akan

dirubah kembali menjadi tenaga mekanis putaran melalui motor

atau dirubah menjadi gerakan linear oleh silinder. Gaya dan

gerakan lurus yang dihasilkan, digunakan untuk mengoperasikan

implement seperti blade, bucket, ripper dan lain sebagainya.

Gb. 3.15 linear actuatorSumber: Fundamental Hidrolik

Gb. 3.16 ISO simbol linear actuator

Sumber: Fundamental Hidrolik

Gb. 3.17 Rotary aktuatorSumber: Fundamental Hidrolik

Gb. 3.18 ISO simbol Rotary aktuatorSumber: Fundamental Hidrolik

3.2.2 Basik Sistem Hidrolik

3.3 Dasar Rancangan Sistem Hidrolik

3.3.1 Dasar perencanaan silinder hidrolik

Keteranagan:

A = panjang silinder

B = tebal piston

C = diameter port had

D = diameter port rod

E = diameter rod

F = diameter piston

Load

P

R

Luas piston sisi Bore Ab = π. rb2 atau 0,25 × π × db

Luas piston sisi Rod Ar = π. rr2 atau 0,25 × π × dr

Luas piston sisi Annulus Aan = Ab - Ar

Strok S = Panjang silinder – tebal piston

Volume silinder yang harus di isi

Pada saat extend Vext = Ab × S

Pada saat retract Vre = Ar × S

Total volume yang harus di isi pada saat extend dan retract

Vt = Vext - Vre

Ukuran Silinder

Kreteria utama untuk menentukan ukuran silinder adalah

Gaya yang dapat di hasilkan pada saat maju ataupun

mundur, hubungannya adalah dengan luas penampang

silinder piston dangan dan tekanan yang bekerja,

Kecepatan langkah piston untuk langkah maju ataupun

mundur ini hubungannya erat dengan volume silinder

dengan aliran rata-rata yang masuk dalam silinder,

Dimana gaya di nyatakan dalam F (N, kg, lb)

Tekanan dinyatakan dalam P (Pa, kg/mm2, lb/inch)

Luas penampang dinyatakan dalam A (mm2, cm2, inch2)

Dimana untuk menentukan tekanan yang di butukan untuk mengangkat beban

atau untuk melakukan kerja yaitu:

Cylinder material

1. Cylinder barrel, terdapat beberapa material yang sering digunakan sebagai

bahan pembuatan cylinder barrel sesuai konsisi penggunaanya;

Grey C.I. Tubes, tekanan maksimum 300 bar proses pembuatanya

biasanya adalah dengan tube drawing.

Heavy duty C.I. tekanan operasi yang dapat di tamping adalah 500-600

bar, proses yang digunakan untuk membuat cylinder dengan material ini

adalah casting atau pengecoran.

Brass, tekanan maksimum adalah 400 bar, dengan proses pembuatan yaitu

proses pengecoran.

Bronze, tekanan maksimum adalah 400 bar, proses pembuatan biasanya

dengan proses pengecoran.

Aluminum alloy, tekanan maksimum yang dapat ditahan adalah 550 bar,

proses pembuatan yang biasa digunakan adalahpengecoran.

Low carbon steel, tungsten alloy, titanium and aluminum alloy, cylinder

dengan bahan ini dapat menahan tekanan hingga 1250 bar, proses

pembuatan yang biasa digunakan adalah cold drawn deep polished.

Cylinder hidrolik biasanya memiliki perbandingan diameter

dengan ketebalannya 20 : 1, dan dibuat dengan ketelitian yang tinggi

dengan toleransi H7 to H9. Bagian dalam cylinder dilakukan pengerasan

misalnya dengan proses karburisasi atau dengan induction hardening ,

diakhiri dengan pelapisan krom dan pemolesan.

Piston Rod

Batang piston biasanya dibuat dari bahan stainless steel, harus memiliki

kekerasan yang tinggi agar tahan terhadap gesekan, biasanya dilakukan

pengerasan misalnya dengan carburisasi atau pengerasan induksi.

Kekerasan 60-65 HRC, dan memiliki kepresisian tinggi dengan toleransi

k9 m.