Prinsip-prinsip dasar hidrolik

Apabila seseorang yang mengoperasikan, memperbaiki, atau merencanakan sistem tenaga fluida (salah satu contohnya sistem hidrolik) seharusnya memahami secara keseluruhan tentang fisika fluida, sifat-sifat dan perilaku fluida. Pada bab 2 telah disinggung tentang karakteristik fluida. Mekanika fluida mengkaji perilaku dari zat-zat cair dan gas dalam keadaan diam ataupun bergerak. Fluida didefinisikan sebagai zat yang berdeformasi terus menerus selama dipengaruhi tegangan geser. Pada bab ini, kita akan mengkaji prinsip-prinsip dasar hidrolik, dimana fluida baik yang diam maupun yang sedang bergerak memiliki perilaku sedemikian rupa hingga
tidak terdapat gerak relatif antara partikel-partikel yang bersebelahan. Dalam kedua kondisi tersebut tidak terdapat tegangan geser pada fluida, dan satu-satunya gaya yang timbul pada permukaan-permukaan partikel disebabkan oleh tekanan.

Sebelum kita mempelajari alat berat secara mendalam kita harus mempelajari terlebih dulu prinsip-prinsip dasar hidrolik. Kata hidrolik (hidraulik, hydraulic) berasal dan kata Yunani “hydor” yang berarti “air”.
atau “zat cair” atau “fluida cair”, bermakna semua benda atau zat yang berhubungan dengan “air”. Dahulu didefinisikan sebagai segala sesuatu yang berhubungan dengan air. Sekarang kita mendefinisikan “hidrolik”
sebagai pemindahan, pengaturan, gaya-gaya dan gerakan-gerakan zat cair. Dalam hal ini cairan digunakan sebagai sarana perpindahan energi. Minyak mineral adalah cairan yang sering digunakan, tetapi dapat digunakan pula cairan sintetis, seperti air atau emulsi minyak air. Hidromekanika (mekanika zat alir/mekanika fluida)

dapat dibagi menjadi 2 :

Hidrostatika : mekanika fluida /zat cair diam (teori kesetimbangan dalam
cairan)
Hidrodinamika : Mekanika fluida yang bergerak (ilmu aliran)

Salah satu contoh dari hidrostatika adalah perpindahan gaya dalam hidrolik. Salah satu contoh dari hidrodinamika murni adalah perpindahan energi aliran di turbin-turbin pembangkit listrik tenaga air. Selain dengan sistem hidrolik, tentu ada cara lain untuk memindahkan energi seperti : roda gigi, poros mekanisme engkol dan sebagainya (mekanik), amplifier, elemen pengubah elektronik (elektronik), pemindahan seperti hidrolik dengan udara sebagai elemen transfer (pneumatik). Masing-masing mempunyai bidang penerapannya sendiri, namun dalam beberapa kasus, kita bisa memilih dari berbagai kemungkinan.

Banyak alasan yang dapat dikemukakan mengapa orang memilih
pengontrolan dari penggerak hidrolik. Beberapa sifat khusus sistem
hidrolik:
1. Gaya yang tinggi (berupa momen putar) dengan ukuran yang kompak,
yaitu berupa kepadatan tenaga yang tinggi
2. Penyesuaian gaya otomatik
3. Dapat bergerak dari keadaan diam meskipun pada beban penuh
4. Pengubahan (kontrol atau pengaturan) tanpa tingkatan dan kecepatan,
momen putar (torsi), gaya langkah dan sebagainya yang dapat
dilakukan dengan mudah
5. Perlindungan terhadap beban berlebih yang sederhana
6. Cocok untuk mengendalikan proses gerakan yang cepat dan untuk
gerakan sangat lambat yang akurat.
7. Penumpukan energi yang relatif sederhana dengan menggunakan gas.
8. Dapat dikombinasikan dengan tranformasi yang tidak terpusat dari
energi hidrolik kembali ke energi mekanik, dapat diperoleh sistem
penggerak sentral yang sederhana sehingga dapat ekonomis.
Fluida di dipakai untuk memindahkan energi. Pengertian energi
hidrolik (hydraulic power) akan dipakai secara bergantian dengan energi
fluida bertekanan (fluid power), meskipun secara makna tidak berbeda. Oli
mineral secara umum banyak digunakan pada sistem ini selain minyakminyak
sintetis, air atau emulsi air dan oli. Meskipun beberapa yang disebut
terakhir memiliki keterbatasan-keterbatasan yang sangat berarti.
Barangkali satu kelebihan yang tak dipunyai energi lain, bahwa energi
hidrolik adalah salah satu sistem yang paling serbaguna dalam mengubah
dan memindahkan tenaga. Terbukti dari sifat kekaku-annya, namun
sekaligus mempunyai sifat kefleksibilitasannya. Dalam bentuk apapun
cairan minyak hidrolik akan mengikuti bentuk yang ditempatinya pada
beberapa bagian dari sistem. Setiap bagian melakukan kerja sesuai
dengan ukuran yang ditempatinya, dan dapat disatukan kembali menjadi
satu kesatuan. Pada halaman berikut ini disampaikan perbandingan antara
energi hidrolik dengan berbagai sistem energi lain : pneumatik, elektrik, dan
mekanik untuk memperjelas posisi berbagai sistem itu.

Hidrolik dapat bergerak dengan cepat pada satu bagian dan dapat
dengan lambat bergerak pada bagian yang lain. Tak satupun mediumenergi yang dapat mengkombinasikan kesamaan derajat dari kepastian,
ketelitian, fleksibilitas, yang menjaga kemampuan untuk memindahkan
tenaga maksimum dalam bagian yang besar dengan ukuran yang
minimum. Komponen hidrolik dikenal kompak (compact), ukuran yang
kecil/ringan tetapi mampu memberi tenaga yang besar.
Alat berat merupakan aplikasi dari hidrolik. Hidrolik merupakan
aplikasi dari mekanika fluida. Mekanika fluida merupakan aplikasi ilmu
fisika. Hukum-hukum fisika yang mengatur fluida cair sesederhana ilmu
mekanika benda padat dan lebih sederhana dibanding dengan dengan
hukum-hukum yang mengatur ilmu-ilmu udara, panas, uap, gas, elektron,
sinar, gelombang, magnit dan sebagainya. Dalam beberapa hal hidrolik
serupa dengan pneumatik (pneumatics-ilmu yang mempelajari
pemanfaatan udara bertekanan untuk perpindahan energi), terutama pada
prinsip kerja dan komponen-komponennya. Oli bertekanan adalah media
pemindah energi yang sehabis dipakai oleh elemen kerja (silinder atau
motor hidrolik) harus dikembalikan ke penampung (reservoir atau tangki),
tidak langsung dibuang ke atmosfer seperti udara bekas pada sistem
pneumatik.
Dalam sistem hidrolik, fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya.
Minyak mineral umum dipergunakan sebagai media. Dengan prinsip
mekanika fluida yakni hidrostatik (mekanika fluida yang diam/statis, teori
kesetimbangan dalam cairan), hidrolik diterapkan. Prinsip dasar dari
hidrolik adalah karena sifatnya yang sangat sederhana. Zat cair tidak
mempunyai bentuk yang tetap, zat cair hanya dapat membuat bentuk
menyesuaikan dengan yang ditempatinya. Zat cair pada praktiknya
memiliki sifat tak dapat dikompresi (incompressible), berbeda dengan fluida
gas yang mudah dikompresi (compressible). Karena fluida yang digunakan
harus bertekanan, akan diteruskan ke segala arah secara merata dengan
memberikan arah gerakan yang halus. Ini didukung dengan sifatnya yang
selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya dan tidak dapat dikompresi.
Kemampuan yang diuraikan di atas akan menghasilkan peningkatan
kelipatan yang besar pada gaya kerjanya. Uraian yang lebih jelas akan
disajikan pada bab-bab selanjutnya.
Jadi, sistem hidrolik adalah suatu sistem pemindah tenaga dengan
mempergunakan zat cair/fluida sebagai media/perantara. Karena sifat
cairan yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya, akan mengalir
ke segala arah dan dapat melewati berbagai ukuran dan bentuk. Untuk
menjamin bahwa komponen hidrolik harus aman dalam operasinya, dapat
dipenuhi oleh sifat zat cair yang tidak dapat dikompresi.

          

(gambar 1) Tekanan diteruskan ke segala arah

gambar1. menunjukkan, apabila gaya itu di tekan ke arah silinder yang tertutup rapat
maka pada silinder itupun akan terjadi tekanan di permukaan dalam.
Tempat-tempat terjadinya tekanan itu tentu akan merata ke seluruh kulit
dalam silinder, disebabkan sifat zat cair yang meneruskan gaya ke segala
arah.

Gambar .2 memperlihatkan dua buah silinder yang berukuran sama
yang terhubung dengan pipa, kemudian silinder diisi dengan minyak oli
hingga mencapai batas permukaan yang sama. Dua piston diletakkan di
atas permukaan minyak oli. Kemudian salah satu piston ditekan dengan
gaya W kg, tekanan ini akan diteruskan ke seluruh sistem hingga piston
yang lain naik setinggi langkah ke bawah piston yang ditekan.

 

Gambar .2 Zat cair meneruskan tekanan ke segala arah

Prinsip inilah yang dipergunakan pada alat pengangkat hidrolik.
Dengan membuat perbandingan diameter yang berbeda akan mempengaruhi
gaya penekan dan gaya angkat yang didapatnya. Perhatikan
Gambar 3 pada halaman berikut, bila diameter piston penekan dibuat