METODE PENELITIAN

BAB I

PENDAHULUAN

1.1              Latar Belakang

            Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi telah merambah ke dalam banyak bidang ilmu pengetahuan, tidak terkecuali di bidang Teknik atau Engineering. Mekanisasi dan otomatisasi sangat diprioritaskan dalam aspek-aspek bidang teknik, terutama teknik mesin. Ini dimaksudkan agar memudahkan dalam mencapai tingkat praktis, efisien, dan presisius.

            Di bidang teknik mesin, terdapat banyak sistem otomatisasi dan mekanisasi. Mekanisasi dan otomatisasi merupakan suatu gejala atau fenomena dasar yang dapat dipelajari melalui teori dan aplikasi teori atau praktikum.

            Aplikasi teori atau praktikum fenomena dasar mesin juga merupakan praktikum pada semester 5 di Jurusan Teknik Mesin, yang mempelajari berbagai mekanisasi dan otomatisasi yang meliputi Sistem Pneumatik, Sistem Hidrolik, Pressure Drop dan Heat Exchanger.

            Hal tersebut penting untuk tidak sekedar diketahui, namun harus diaplikasikan. Melalui sebuah praktikum, maka dapat diketahui, dipelajari, dan dianalisa berbagai fenomena dasar mesin yang kemudian dapat menjadi suatu dasar atau pedoman dalam menciptakan suatu desain ataupun produk dengan mengaplikasikan sistem mekanisasi dan otomatisasi tersebut.

1.2              Perumusan Masalah

Penjelasan secara teoritis serta hasil pengamatan  dari praktikum fenomena dasar mesin yang meliputi sistem Pneumatik, Hidrolik, Pressure Drop dan Heat Exchanger yang dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Menengah Universitas Gunadarma.

1.3       Pembatasan Masalah

Adapun pembatasan masalah dalam penyusunan laporan akhir praktikum pengetahuan cara kerja dan sistem ini adalah sebagai berikut :

1.    Percobaan yang dilakukan adalah menganalisa cara kerja dan sistem dari sistem pneumatik,hidrolik, pressure drop dan heat exchanger.

2.    Banyaknya data yang diambil dari praktikum fenomena mesin dasar.

3.    Sistem yang di analisis dalam pengujian sistem pneumatik, hidrolik, pressure drop dan heat exchanger adalah terapan dari teori thermodinamika.

4.    Sistem yang di analisis pada pengujian pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memberikan energi kinetik atau energi potensial pada fluida.

5.    Sistem yang di analisis pada pengujian sistem pneumatik dan hidrolik adalah salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah mesin fluida.

6.    Praktikum Heat exchanger yaitu menganalisa mekanisme pertukaran kalor dan penurunan suhunya.

7.    Analisa pada Pressure Drop yaitu pada aliran yang terjadi dipipa dan juga penurunan tekanannya.

1.4       Tujuan Penelitian

Secara garis besar tujuan diadakannya Praktikum Fenomena Dasar Mesin, antara lain

1.    Dapat mengaplikasikan teori yang mempelajari tentang fenomena dasar mesin, khususnya Sistem Pneumatik, Hidrolik, Pressure Drop dan Heat Exchanger.

2.    Dapat mengetahui dan menganalisa rangkaian dan sistem kerja dari Sistem Pneumatik dan Hidrolik

3.    Mengetahui pengaruh nilai koefisien gesek pada nilai kerugian jatuh tekan (Pressure Drop) berdasarkan Re tertentu.

4.    Mengetahui nilai koefisien konveksi masing-masing fluida pada percobaan Heat Exchanger.

1.5       Metode Penulisan

Dalam penulisan laporan akhir praktikum fenomena mesin dasar ini metode penulisannya dilakukan dengan pengujian (penelitian) dan dilanjutkan dengan menganalisa data yang diperoleh dari hasil penelitian. Adapun metode penelitian yang digunakan pada laporan akhir praktikum fenomena mesin dasar, yaitu :

1.    Studi Pustaka

Data-data dan landasan teori terdapat dari modul dan buku-buku pengetahuan dalam perkuliahan yang didapat dari perpustakaan Universitas Gunadarma.

2.    Pengambilan data dilakukan pada saat berlangsungnya praktikum dengan bahan dan alat yang telah disediakan dalam Laboratorium Fenomena Mesin Dasar.

3.    Gabungan

Dari studi pustaka dan studi lapangan memudahkan para praktikum fenomena mesin dasar. Dari studi pustaka para praktikum mendapatkan materi dan didalam studi lapangan melanjutkan materi yang diperoleh dalam perkuliahan.

1.6       Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman,penyusun membagi penulisan menjadi 4 bab dan diperjelas dengan sub-sub bab. Adapun sistematika penulisan laporan akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I             PENDAHULUAN

Dalam bab ini penulis menjelaskan hal-hal yang melatarbelakangi pentingnya mempelajari ilmu pengetahuan serta modul sistem pneumatik, hidrolik, pressure drop dan heat exchanger. masalah dan pembatasan masalah, tujuan penulisan, metode serta sistematika penulisan.

BAB II            LANDASAN TEORI

Bab ini menggunakan studi literatur dari modul sistem pneumatik,hidrolik, pressure drop dan heat exchanger.

            BAB III          PENUTUP

                                    Penulis menyertakan bab ini untuk mengemukakan kesimpulan dari                                     hasil analisis yang dilakukan terhadap data yang diperoleh setiap                                         pengujian serta memberikan saran-saran dikiranya dapat berguna bagi                                  praktikum fenomena mesin dasar.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    SISTEM HIDROLIK DAN PNEUMATIK

Membicarakan sistem hidrolik berarti membicarakan teknologi yang berhubungan dengan penggunaan dan karakteristik/sifat-sifat cairan(liquid). Zat cair ini digunakan untuk melakukan gerakan segaris maupun berputar. Dengan ditemukannya hukum Pascal yang meng-hypotesa-kanbahwa tekanan yang diterima seluruh permukaan akibat cairan adalah sama, maka pemanfaatan cairan akan semakin beragam. Cairan bisa berfungsi sebagai penerus tenaga (transmitting power), melipatgandakan tenaga (multiplying force) juga bisa berfungsi untuk merubah gerakan(modifying motion). Sehingga pada jaman industri modern ini penggunaan sistem dan alat-alat hidrolik sudah semakin luas jangkauannya.

Beberapa keuntungan menggunakan tenaga hidrolik adalah:

1.      Memindahkan tenaga yang besar dengan menggunakan komponen yang relatif kecil

2.      Pengontrolan dan pengaturan lebih mudah

3.      Mudah dipindahkan dalam arah kebalikan(Reversible)

4.      Melumasi dan merawat sendiri (self lubricating) sehingga usia pakai lebih panjang

5.      Rancangan yang sederhana (lingkages yang rumit digantikan oleh sedikit komponen-komponen pre-engineered)

6.      Fleksibilitas (komponen-komponen hidrolik bisa dipasang pada kendaraan hanya dengan mengalami sedikit sekali masalah)

7.      Kehalusan (sistem hidrolik beroperasi dengan halus dan tidak bising dan menimbulkan sedikit sekali getaran)

8.      Kontrol (operator melakukan kontrol relatif sedikit atas berbagai macam kecepatan dan gaya)

9.      Sedikit gaya yang hilang (gaya hidrolik bisa digandakan besar sekali dan disalurkan sepanjang badan kendaraan dengan sedikit gaya yang hilang)

10.  Perlindungan atas beban berlebih (sistem hidrolik dilindungi terhadap kerusakan yang disebabkan oleh kelebihan beban (overload damage) dengan katup-katup yang bekerja secara otomatis)

11.  Beberapa kelemahan yang ada pada sistem hidrolik, adalah:

12.  Rawan terhadap kecelakaan akibat tekanan tinggi dari fluida (high pressure liquid)

13.  Kebocoran kecil bisa berakibat fatal baik pada pemindahan tenaga maupun penyebab kecelakaan

14.  Sistem hidrolik memerlukan bagian dengan tingkat presisi tinggi.

15.  Membutuhkan perawatan yang intensif sehubungan dengan iklim atau cuaca supaya tidak mudah terkena karat, kotoran dan pencemaran oli.

Salah satu bentuk pemindahan energi (transfer of energy)dengan menggunakan sistem hidrolik secara skematis adalah sebagai berikut:

Gambar  1. Pemindahan Energi Pada Sistem Hidrolik

Pada sebuah piston dalam sebuah bejana yang memiliki luas permukaan sentuh ke cairan sebesar A m2  diberi gaya sebesar F Newton (N) maka cairan diseluruh bejana akan memberikan tekanan yang sama pada seluruh permukaan bejana sebesar P Newton/m2. Secara sederhana dapat dirumuskan

F dalam Newton (N)

A dalam m²

P dalam N/m² ( Bar )

Gambar  2. Bejana Hidrolik

Keadaan fluida yang tidak bisa dimampatkan tersebut banyak digunakan untuk memindahkan energi maupun mengontrol sistem yang lebih besar.

Sistem pneumatis mempunyai prinsip yang mirip dengan sistem hirolik. Sistem ini menggunakan udara yang dimampatkan untuk mengontrol pemindahan energi.

Gambar  3. Rangkaian Pneumatis

B.   NAMA, FUNGSI DAN CARA KERJA HIDROLIK

Didalam sistem hidrolik komponen-komponen akan tersusun dalam suatu rangkaian yang memungkinkan terjadinya pemindahan energi dengan media hidrolik.

Dalam sebuah sistem hidrolis dibuutuhkan beberapa komponen pendukung, yaitu:

1.      Pembangkit tekanan hidrolis

Pembangkit tekanan hidrolis ini akan mengubah energi mekanis manjadi tekanan. Komponen yang digunakan biasanya adalah pompa tekanan. Pompa ini akan menaikkan tekanan hidrolis sampai batas yang dibutuhkan oleh sebuah system. Energi mekanis bisa didapatkan dari engine, motor listrik, maupun tenaga manusia. Kemampuan untuk membangkitkan tekanan ini tergantung pula dari seberapa besar energi yang bisa dihasilkan oleh penggerak pompa.

2.      Penyalur tekanan hidrolis

Secara umum, pipa elastis yang digunakan nuntuk menyalurkan tekanan hidrolis ini. Hal ini dikarenakan pipa elastis mudah untuk dilbengkokkan dan mempunyai kemampuan menahan tekanan yang baik. Apabila menggunakan pipa pejal, maka akan lebih sulit untuk dibentuk.

3.      Pengubah tekanan hidrolis menjadi energi mekanis

Komponen ini bisa disebut juga dengan aktuator. Bentuk aktuator bermacam-macam disesuaikan dengan kebutuhan. Dari tekanan hidrolis yang dibangkitkan oleh pompa hidrolis, bisa diubah dalam bentuk gerakan rotasi (putar) maupun gerakan translasi (maju-mundur). Untuk mengubah menjadi gerakan rotasi dibutuhkan torque converter. Sedangkan untuk mengubah tekanan hidrolis menjadi gerakan traslasii dibutuhkan silinder hidrolis. Silinder hidrolis ini bisa menggunakan single action maupun double action.

C.   Prinsip kerja pompa fluida

Kunci dari pada system hydraulic adalah pompa yang dapat mengubah dari energi mekanik menjadi energi hidraulik. Energi mekanik diperoleh melaluii tenaga manusia, elektrik motor ataupun engine.

     Pada dasarnya pompa hidrolis akan bekerja untuk menaikan tekanan cairan hidrolis. Tinggi rendahnya tekanan yang dihasilkan tergantung dari beberapa hal, antara lain kekuatan pompa, kekuatan rangkaian, kekuatan penggerak pompa dan beban yang ditanggung.

D.   Jenis-jenis pompa

Didalam sistem hidrolis ini, ada beberapa jenis pompa yang sering digunakan. Perbedaan penggunaan pompa ini tergantung dari konstruksi dan cara kerja sistem hidrolis tersebut. Beberapa jenis pompa yang sering digunakan adalah:

E.   Hand Operated Hydraulics Pump

Pompa yang diperoleh melalui tenaga tangan dengan maksud emergensi untuk me-backup pompa utama dan untuk ground check dari system hydraulics. Dua langkahdari hand pump menghasilkan tekanan dan aliran cairan setiap langkah dan banyak dipakai pada pesawat terbang. Type ini terdiri dari silinder yang mempunyai check valve, batang piston, handle yang mempunyai check valve untuk lubang masuk cairan.

Cara kerja :

Handle ke kanan : Pada saat handle ke kanan maka piston rod juga ke kanan sehingga inlet check valve terbuka karena kevacuman saat gerakan piston ke kanan. Hal ini akan membawa cairan menuju ke chamber kiri, pada waktu yang sama inner check valve tertutup. Pada saat piston bergerak ke kanan cairan yang ada pada chamber kanan ditekan menuju system.

Gambar  4. Hand Operated Hydroulic Pump

Handle ke kiri : Pada saat handle ke kiri maka piston rod juga ke kiri sehingga inlet check valve tertutup karena karena tekanan saat gerakan piston ke kiri untuk menghindari cairan mengalir balik ke reservoir, pada  waktu yang sama cairan mengalir dari saluran masuk (inlet port) ke chamber kanan.

Cairan di dalam system : Aliran selalu ada pada setiap 2 (dua) gerakan handle ke kiri dan ke kanan akibat perbedaan tekanan antara chamber kiri dan kanan. Piston rod mempunyai peranan penting saat bergerak ke kiri untuk menekan cairan pada camber kiri menuju ke system.

F.    Power Driven Hydraulics Pump

Power driven pump mendapat tenaga penggeraknya dari luar misalnya, engine atau yang lainnya. Tenaga mekanik ini dikonversi menjadi tenaga hydraulic yang menghasilkan tekanan pada system. Empat bagian penting dari power driven pump adalah gear, vane, diaphragm dan piston. Type piston dikategorikan 2 yaitu constant delivery dan variable delivery. Antara pompa dengan penggerak duhubungkan melalui drive coupling.

Pada bagian poros drive coupling (Shear Section) dikecilkan diameternya agar terbatas kekuatan tegangan gesernya untuk pekerjaan maksimumnya. Pada saat terjadi problem pada pompa yang yang macet karena kerusakan valve atau komponen lainnnya maka shear section ini akan patah sehingga kerusakan pompa dan penggerak lebih lanjut dapat dihindari.

Gambar  5. Drive Coupling

G.   Constant Delivery Pump

Constant delivery pump menghasilkan masa cairan tertentu pada setiap putaran driven coupling tidak tergantung pada tekanan yang dibutuhkan. Kuantitas masa setiap menit tergantung dari putaran penggeraknya dalam setiap menit (RPM). Pada system diperlukan tekanan yang konstan sehingga pada pompa dilengkapi pula pressure regulator. Type constant delivery pump ada 2 yaitu angular dan cam.

H.   Angular Piston Type

KontruksiAngular Type seperti pada gambar dibawah terdiri dari: bagian yang berputar (Coupling shaft, universal link, connecting rod, piston dan cylinder block).

Bagian yang diam (valve plate, pump case housing)

Dinding silinder  ditempatkan parallel dan mengelilingi poros pompa, untuk alas an inilah pistonnya disebut sebagai axial pump. Seal tidak diperlukan untuk membatasi kebocoran antara piston dan bore, tetapi mengandalkan kepresisian ukuran antara piston dengan bore. Clearance hanya diperlukan untuk pelumasan oleh cairan dan pemuaian piston maupun bore.

Pada saat drive coupling menyalurkan tenaga putar dari penggerak maka piston berputar searah dengan silindernya karena dihubungkan oleh universal line (Silinder) dan connecting road (Piston). Sudut (angular) antara poros drive coupling dengan poros pompa mengakibatkan piston bergerak axial terhadap bore selama penggerak memutar pompa melalui drive coupling.

 

Gambar  6. Angular Type Pump

Cara kerja :

Piston meninggalkan valve plat: Selama putaran setengah pertama dari pompa, silinder diletakkan pada inlet port pada valve plate. Pada saat itu gerakan piston meninggalkan valve plate dan menghisap cairan ke dalam silinder dari inlet port.

Piston Menuju valve plat:Selama putaran setengah kedua dari pompa, silinder diletakkan pada outlet port pada valve plate. Pada saat itu gerakan piston menuju valve plate dan menekan cairan di dalam silinder untuk keluar melalui outlet port.

Pada saat pompa bekerja terjadi overlap pada ruang inlet dan outlet yang menghasilkan tekanan yang halus dan rata karena tidak terjadi hentakan tekanan ( Nonpulsating pressure ) pada output pompa.

Stroke Reduction Principle: Panjang langkah efektif dari piston dapat diatur dengan mengubah sudut antara poros drive coupling dan poros pompa seperti terlihat pada gambar dibawah. Dengan menvariasikan  langkah piston akan menvariasikan pula banyaknya masa cairan yang mengalir setiap langkah. Perubahan sudut cylinder block dilalukan oleh sebuah yoke yang berputar pada sebuah pivot pin yang disebut pintle. Perubahan sudut ini secara otomatis dilakukan oleh compensator assembly yang tersusun dari control valve, pressure control piston dan mechanical linkage yang duhubungkan ke yoke.

Pada saat tekanan output pompa naik, maka pivot valve terbuka untuk mengalirkan tekanan cairan menuju pressure control piston yang bergerak menekan pegas dan melalui mechanical linkage memutar yoke menuju arah zero flow (zero angle). Kebalikan dari itu bila tekanan terlalu turun maka piston dikembalikan gerakannya oleh piston menuju arah semula sehingga yoke memutar pada posisi kea rah sudut full flow (full flow angle)

BAB III

PENUTUP

A.   KESIMPULAN

Kata hidrolik berasal dari bahasa Inggris hydraulic yang berarti cairan atau minyak. Prinsip dari peralatan hidrolik memanfaatkan konsep tekanan, yaitu tekanan yang diberikan pada salah satu silinder akan diteruskan ke silinder yang lain., sesuai dengan hukum Pascal.

Sistem hidrolik banyak memiliki keuntungan. Sebagai sumber kekuatan untuk banyak variasi pengoperasian. Keuntungan sistem hidrolik antara lain:

a)           Ringan

b)          Mudah dalam pemasangan

c)           Sedikit perawatan

d)          Sistem hidrolik hampir 100 % efisien, bukan berarti mengabaikan terjadinya gesekan fluida.

e)           Tenaga yang dihasilkan sistem hidrolik besar sehingga banyak diaplikasikan pada alat berat seperti crane, kerek hidrolik dll.

f)           Oli juga bersifat sebagai pelumas sehingga tingkat kebocoran lebih jarang dibandingkan dengan sistem pneumatik.

g)          Tidak berisik.

B.   SARAN

Saran yang penulis dapat sampaikan yaitu selaku pembaca sebaiknya mempelajari lebih jauh lagi tentang sistem hidrolik ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Modul Pneumatik, Lab. Teknik Mesin Menengah Universitas Gunadarma.

[2]  Modul Hidrolik, Lab. Teknik Mesin Menengah Universitas Gunadarma.

[3] http://myekablog.blogspot.com/2016/02/makalah-sistem-hidrolik-dan-pneumatik.html