Kelas X_SMK_teknik_alat_berat_budi_tri_siswanto

Budi Tri SiswantoTEKNIK ALATBERATJILID 1SMK Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan NasionalDilindungi Undang-undangTEKNIK ALATBERATJILID 1Untuk SMKPenulis : Budi Tri SiswantoPerancang Kulit : TIMUkuran Buku : 18,2 x 25,7 cmSIS SISWANTO, Budi Trit Teknik Alat Berat Jilid 1 untuk SMK /oleh Budi Tri Siswanto---- Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan,Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah,Departemen Pendidikan Nasional, 2008. V 198 hlm Daftar Pustaka : A1-A2 ISBN : 978-979-060-047-8 978-979-060-048-5Diterbitkan olehDirektorat Pembinaan Sekolah Menengah KejuruanDirektorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan MenengahDepartemen Pendidikan NasionalTahun 2008

KATA SAMBUTANPuji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dankarunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan SekolahMenengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasardan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008,telah melaksanakan penulisan pembelian hak cipta buku tekspelajaran ini dari penulis untuk disebarluaskan kepada masyarakatmelalui website bagi siswa SMK.Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh BadanStandar Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMKyang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam prosespembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor12 tahun 2008.Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepadaseluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanyakepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secaraluas oleh para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia.Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepadaDepartemen Pendidikan Nasional tersebut, dapat diunduh (download),digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat.Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial hargapenjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan olehPemerintah. Dengan ditayangkannya soft copy ini akan lebihmemudahkan bagi masyarakat untuk mengaksesnya sehingga pesertadidik dan pendidik di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesiayang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini.Selanjutnya, kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajardan semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kamimenyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Olehkarena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan. Jakarta, Direktur Pembinaan SMK i

____________________________________ kata pengantarKata Pengantar Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan YangMahaesa atas karuniaNya hingga kami dapat menyelesaikanpenulisan buku Teknik Alat Berat untuk SMK ini. Rasa syukurini kami panjatkan pula seiring dengan salah satu tujuanpenulisan ini sebagai upaya peningkatan mutu pendidikanmelalui peningkatan mutu pembelajaran yang antara laindiimplementasikan dengan penyediaan sumber belajar danbuku teks pelajaran. Penyediaan sumber belajar berupa bukuteks kejuruan yang sesuai dengan tuntutan StandarPendidikan Nasional khususnya Standar Isi dan StandarKompetensi Kelulusan SMK. Buku Teks TEKNIK ALAT BERAT untuk SMK inimenguraikan konsep-konsep alat berat secara akurat daninformatif dengan bahasa yang mudah dipahami. Materi yangdisajikan dalam buku ini disesuaikan dengan pola berpikirsiswa dan berkaitan erat dengan dunia nyata yang dihadapisiswa. Urutan materi juga disesuaikan dengan pengetahuandan kompetensi yang harus dikuasai yang sudah dirumuskandalam Standar Kompetensi Nasional Bidang Keahlian AlatBerat dengan urutan pembahasan topik yang dibuat selogismungkin dengan tahapan kemampuan kompetensi yangharus dikuasai. Buku ini juga memberi pengetahuan yang luassebagaimana tuntutan KTSP (Kurikulum Tingkat SatuanPendidikan), dimana KTSP membawa nuansa baru yanglebih kreatif karena guru diberi kebebasan untuk merancangpembelajaran sesuai dengan kondisi lingkungan. Kehadiranbuku ini diharapkan dapat memberikan inspirasi bagiterciptanya pembelajaran yang menarik disamping memberiinformasi materi yang lengkap tentang alat berat. Kelebihan yang ditawarkan dari buku ini adalahsistematika penyampaian materinya yang runtut,pembahasan yang tajam dan mendalam dengan bahasateknik yang tegas dan lugas, juga sarat dengan gambar-gambar penjelas tersaji dengan apik dalam buku ini. NamunTEKNIK ALAT BERAT______________________________ ii

____________________________________ kata pengantarbuku baru merupakan buku rujukan umum, akan dilengkapibuku-buku yang secara teknis merupakan semacam bukupedoman perbaikan dan perawatan berbagai alat berat.Karena banyak dan bervariasinya jenis, merek, type danmodel alat berat, maka kehadiran buku pelengkap (terutamauntuk menjelaskan secara teknis dan rinci bab 5 keatas)sangat diperlukan dan diharap para penulis lain untuk dapatmenyediakannya. Tersusunnya buku ini tidak lepas dari dukungan danbantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatanini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang mendalamkepada seluruh keluarga penulis yang dengan sabar dankeikhlasan hati memberi kesempatan dan mengorbankanwaktu keluarga untuk membiarkan penulis berkarya. Tanpapengertian itu, buku ini takkan terselesaikan dengan baik.Tak lupa terima kasih untuk semua pihak yang telahmembantu kelancaran penyusunan buku ini. Harapan penulis, semoga buku ini bermanfaat,terutama bagi siswa-siswa SMK dan guru SMK sebagaireferensi dalam proses pembelajaran. Buku ini tentu masihjauh dari sempurna, sehingga saran dan kritik yangmembangun sangat diharapkan demi penyempurnaan dimasa mendatang.SalamPenulisTEKNIK ALAT BERAT______________________________ iii



_______________________________________________ DAFTAR ISIJudul Buku : Teknik Alat Berat 3.4.5. Pengukur kecepatan aliran fluida 72 3.5. Fluida Hidrolik 74Pengantar Direktur Pembinaan SMK i 3.5.1. Jenis-jenis cairan yang digunakan 74Kata Pengantar ii 3.5.2. Sifat-sifat Oli hidrolik & zat aditif 75Daftar Isi iv 3.5.3. Jenis-jenis fluida hidrolik 84 JILID 1 3.5.4. Pemeliharaan fluida hidrolik 931. Pendahuluan 1 3.6. Sistem hidrolik 94 3.6.1. Komponen sirkuit dasar 942. Pengukuran 19 3.6.2. Simbul-simbul & istilah system hidrolik 972.1. Pengertian pengukuran 7 3.7. Sirkuit penyuplai tenaga 1172.2. Besaran dan satuan 8 3.7.1. Sirkuit pompa hidrolik 1172.3. Besaran pokok dan turunan 9 3.7.2. Kelas pompa 1192.4. Konversi, ketelitian, Standar alat 3.7.3. Jenis-jenis pompa hidrolik 123 11 3.7.4. Klasifikasi pompa hidrolik 143ukur2.5. Pengukuran Karakteristik umum 3.7.5. Efisiensi pompa 144fluida 13 3.8. Distribusi pada Sistem Hidrolik 1502.5.1. Dimensi, kehomogenan dimensi, 3.8.1. Reservoar 150dan satuan 15 3.8.2. Filter atau saringan 1552.5.2. Hukum Archimedes 17 3.8.3. Pendinginan Oli 1632.5.3. Tegangan permukaan 22 3.8.4. Pipa Saluran2.5.4. Gejala meniscus 25 3.9. Meter-in, Meter-out 1642.5.5. Gejala kapilaritas 26 dan Bleed off 1872.5.6. Viskositas 29 3.9.1. Meter-in2.5.7. Bilangan Reynold (Re) 32 3.9.2. Meter Out 187 3.9.3. Bleed Off 188 1893. Prinsip-prinsip JILID2dasar hidrolik 33 4. Komponen Alat Berat 1993.1. Massa, tekanan, gaya 47 4.1. Engine/penggerak mula 1993.2. Tekanan hidrolis 49 4.2. Penggerak mula motor diesel 2123.3. Hidrostatika 49 4.3. Penyuplai energi hidrolik3.3.1. Tekanan hidrostatik 49 4.3.1. Reservoir 231 2363.3.2. Tekanan akibat gaya luar (ٛ yste 4.3.2. Filter 239Pascal) 50 4.3.3. Perawatan Filter 2443.3.3. Perpindahan gaya hidrolik 51 4.3.4. Type Elemen Filter3.3.4. Bentuk dasar ٛ ystem hidrolik 24656 4.3.5. Pompa hidrolik 250 4.4. Katup-katup Kontrol 2733.3.5. Diagram dasar Sirkuit Hidrolik 61 4.4.1. Jenis-jenis katup control 2733.4. Hidrodinamika 62 4.4.2. Katup Direct Acting 2833.4.1. Fluida ideal 62 4.4.3. Jenis-jenis katup3.4.2. Kontinuitas 64 pada alat berat3.4.3. Asas & persamaan Bernoulli 29266 4.4.4. Kontrol Valve & 297 simbul-simbulnya3.4.4. Aplikasi persamaan Bernoulli 4.5. Aktuator dan akumulator 32770 4.5.1. Silinder Hidrolik 327 4.5.2. Hidrolik motor 340TEKNIK ALAT BERAT ______________________________________ iv

_______________________________________________ DAFTAR ISI4.5.3. Akumulator 350 5.13. Sistem dan Konstruksi Wheel Loader4.6. Sistem Pemindah Tenaga 494 Hidrolik 359 5.14. Sistem dan Konstruksi Compactor4.6.1. Torque Converter 359 5004.6.2. Damper 361 5.15. Sistem dan Konstruksi Genset4.6.3. Torqflow Transmission 377 5014.7. Sistem kemudi/steering clutch, JILID 3 rem dan roda gigi tirus 393 6. Sistem kelistrikan4.7.1. Pengertian umum system pada Alat Berat 503 kemudi 3934.7.2. Macam Sistem Penggerak 396 7. Keamanan Pengoperasian Alat4.7.3. Roda gigi tirus (bevel gear) 422 Berat 5674.8. Ban, Rangka, dan 7.1. Mengenali sumber bahaya di tempat Undercarriage 423 kerja 5334.8.1. Ban 423 7.2. Kecelakaan dan menghindari kondisi4.8.2. Rangka 439 tak nyaman 5334.8.3. Undercarriage 459 7.3. Tingkah Laku dalam lingkungan kerja 5375. Sistem dan konstruksi 7.4. Bahaya di tempat kerja 545 Alat Berat 4935.1. Sistem dan Konstruksi Gantry Crane 459 8. Penggunaan alat dan5.2. Sistem dan Konstruksi Hydraulic Perawatan Alat Berat Crawler Crane 462 5535.3. Sistem dan Konstruksi Hydraulic 8.1. Penggunaan hand tools, pulling Excavator type Backhoe 462 tools, power tools, lifting tools 5535.4. Sistem dan Konstruksi Hydraulic 8.2. Penggunaan Hand Tools 553 Excavator type Shovel 467 8.3. Power tools 5685.5. Sistem dan Konstruksi Motor 8.4. Pulling tools 570 Grader 467 8.5. Penggunaan Measuring tools 5785.6. Sistem dan Konstruksi Bulldozer 8.6. Dasar-dasar perawatan dan 470 perbaikan 5945.7. Sistem dan Konstruksi Bulldozer Logging 483 9. Pelepasan & Pemasangan,5.8. Sistem dan Konstruksi Forklift Komponen Alat berat5.9. Sistem dan Konstruksi 483 607 9.1. Pelepasan & pemasangan Dumptruck 489 komponen engine 6085.10. Sistem dan Konstruksi 9.2. daftar perawatan 10 jam, 100 jam, Articulated Dumptruck 510 250 jam, 500 jam, 1000 jam, 20005.11. Sistem dan Konstruksi Truk jam, 4000 jam 637 jenis Rigid 4895.12. Sistem dan Konstruksi Truk jenis 489 Daftar Pustaka A1-A2 Semi Trailer494TEKNIK ALAT BERAT ______________________________________ v

_______________________________________________ pendahuluan1Pendahuluan Pemanfaatan energi hidrolik (hydraulic power) atau energi fluidabertekanan (fluid power) menyusul energi-energi yang lebih dulu adaseperti energi mekanik, energi listrik, energi elektronik, energi udarabertekanan atau pneumatik, energi kimia/fisika, energi automotive sertaenergi konvensional lainnya seperti air, angin, uap, surya tak pelak lagimenyebabkan makin luasnya penggunaan berbagai energi untukkemudahan manusia. Pemunculan energi baru itu akan memunculkan pulateknologi. Teknologi yang tercipta itu akan memunculkan teknologi yanglebih baru. Dengan demikian perkembangannya menjadi sangat cepat.Termasuk teknologi baru itu adalah penggunaan kombinasi dari berbagaijenis energi itu seperti : hidromekanik (energi hidrolik dengan mekanik),mekatronik (energi mekanik dengan elektronik), elektropneumatik (energielektrik dengan pneumatik), elektrohidrolik (energi elektrik dengan hidrolik),autotronik (energi automotive dengan elektronik), autoelektronik (energiautomotive dengan elektronik, autohidrolik (energi automotive denganhidrolik) dan sebagainya. Kita ketahui bersama, diantara banyak cabang-cabang ilmu danteknologi bidang perpindahan energi yang sudah berkembang, hidrolikmerupakan salah satu energi yang mempunyai perkembangan pesat.Sistem hidrolik dapat dikategorikan suatu energi yang kuno namun jugamoderen. Pemakaian sudu-sudu air mengawali sejarah hidrolik.Selanjutnya penggunaan energi fluida bertekanan untuk menggerakkandan mengontrol gerakan-gerakan rumit dan kompleks dalam tiga atauempat dekade ini terbukti paling pesat dan maju perkembangannya. Perkembangan teknologi hidrolik yang sangat pesat merambah diberbagai sektor. Tidak ketinggalan pemanfaatan energi hidrolik dalambidang teknik mesin maupun teknik otomotif. Dalam bidang teknik mesin,penggunaan sistem hidrolik sudah memasuki berbagai peralatan misalnyamesin pres hidrolik, mesin milling hidrolik, elevating platform (mejapengangkat), rocking lever (tuas pengayun), meja pengangkat untukmengisi dan mengeluarkan, alat-alat pengangkut dan penyortir, gerakanpada jalur pendingin dan sebagainya pada industri baja merupakan sedikitcontoh aplikasi sistem hidrolik. Selain itu masih pada industri baja, jalur”pemotong besi strip” yang serba otomatik juga menggunakan sistemhidrolik. Pada mesin perkakas, sistem hidrolik sangat luas digunakan. Ciriyang menonjol dari sistem hidrolik pada saat ini adalah kepresisian danenerginya yang sangat besar. Bahkan pada peralatan produksi yangTEKNIK ALAT BERAT ________________________________________ 1

_______________________________________________ pendahuluandigunakan secara luas, hasil optimum dapat dicapai pada tingkat yangmengagumkan dengan sistem yang telah teruji. Jika kita menggunakan telepon, memegang botol larutan pencuciatau jika kita melihat anak bermain dengan mainan plastik, kita jarang ingatpada permesinan yang memproduksi peralatan rumah tangga itu. Adaberibu-ribu mesin untuk pemrosesan bahan plastik, dan mesin-mesintersebut dilengkapi dengan sistem-sistem perpindahan energi secarahidrolik untuk gerakan plat, untuk pemegang perkakas kerja, dan untukpenyetelan gaya dan kecepatan penutup. Pada alat-alat pengangkat dipelabuhan atau di pabrik-pabrik, perangkat hidrolik melakukan gerakanmenyisir dan pengangkatan roda gigi atau pada mekanisme-mekanismeperputaran peralatan tersebut. Perangkat hidrolik tidak hanya digunakanpada peralatan seperti diatas, namun juga pada peralatan bongkar muatbagasi di airport. Perlengkapan hidrolik yang spesifik membuat mesin-mesin inimenjadi menonjol dalam jenis pengendalian serta sederhana danekonomis. Bahkan dalam operasi yang kompleks, kita dapat meng-gabungkannya dengan sistem energi lain dengan mudah. Dengankemampuannya untuk dapat diintegrasikan dengan berbagai kelompokpengendali energi lain menjadi modul-modul yang standar pada suatumesin, maka hal ini merupakan Iangkah besar ke arah perkembangan Iebihlanjut pada mesin perkakas pemotong logam di masa mendatang. Sebuahpenggambar hidro-mekanik (hydro-mechanical tracing) merupakan contohperangkat hidrolik presisi pada suatu mesin bubut. Penerapan hidrolik padamesin-mesin pres sangat luas diterapkan saat ini. Faktor keamanan untukmanusia dan mesin selalu terjamin, juga penggunaan yang sangatbertenaga (powerful) dan kapasitas produksi yang sangat memuaskan.Saat ini juga telah tersedia mesin pengepres untuk mengubah logam mobilbekas menjadi kumpulan logam yang Iebih kompak. Proses ini dikerjakansecara hidrolik dan melalui 3 tahap : (1) pembebanan dan pemotongan. (2)tekanan vertikal, (3) pengepresan horizontal dan pelontaran kumpulanlogam ke conveyor. Di bidang teknik otomotif, penggunaan energi hidrolik sudah cukuplama. Sejak 1920 penggunaan hidrolik telah banyak digunakan antara lainpada rem mobil (hydraulic brakes), transmisi otomatik (automatictransmission), sistem pengemudian dengan bantuan hidrolik (powersteering), pengaturan tempat duduk (power seats), energi untukpembuka/penutup kaca (power windows), dan pembuka/penutup atapmobil (automatic convertible tops). Sekarang penggunaan energi fluida inisangat luas dan umum kita jumpai pada alat/kendaraan berat seperti padaforklift, hydraulic crawler cranes, bulldozer, motor grader, shovel, crushers,TEKNIK ALAT BERAT ________________________________________ 2

_______________________________________________ pendahuluanloader, excavator/backhoe (bego, bigo, begu-Jw), dump truck, compactor,dan lain-lain dalam pekerjaan properti atau teknik sipil. Suatu program rasionalisasi bagi penghematan ongkos denganmenggunakan perangkat hidrolik telah membawa banyak perubahanpenting dan beberapa penyempurnaan di bidang desain dan pengepasankapal baik diatas maupun di bawah dek. Dengan pengemudian dan tolakanburitan yang dapat diatur secara hidrolik dapat menjamin manuver kapal-kapal samudra berukuran raksasa di pelabuhan. Pengosongan muatanpada kapal tangker dikendalikan pula secara hidrolik melalui saluran pipayang rumit pada kapal-kapal tersebut. Contoh lain adalah pengoperasianjaring-jaring pada kapal nelayan. Pekerjaan berat ini dapat dipermudah dandilakukan dengan singkat jika digunakan derek-derek hidrolik. Pada bidang lain misalnya sistem perlindungan pantai dan kanal yangsangat penting dan menyangkut pekerjaan besar, dapat dilakukan secaraekonomis dengan pengendalian hidrolik dan sistem pengaturannya. Gunamelawan gaya-gaya alam yang sangat kuat, dibutuhkan silinder hidrolikbesar yang dapat bergerak dan bertindak sebagai pelindung terhadapbahaya banjir pasang, sehingga penduduk sekitar daerah itu dapat hidupdengan aman. Dengan rnenggunakan perangkat hidrolik kanal-kanal diEropa mampu meningkatkan daya angkut barang dengan memasangperangkat hidrolik pada gerbang kunci (lock gate) yang berderet, sehinggapengangkutan barang menjadi cepat dan aman, baik ke hulu maupun kehilir. Contoh yang mengagumkan dari kanal dengan permukaan yangdapat naik turun (shift lifting channel) telah diterapkan di terusan Elbe(Swedia), beda tinggi yang dapat dicapai adalah 36 meter. Dalam kanal iniperangkat hidrolik dipergunakan untuk mengoperasikan berbagai dindingpenutup, plat pengangkat dan penyangga. Sistem yang sama, digunakanpada sistem buka dan tutup jembatan gantung dan gerbang kunci (lockgate) di berbagai kota di dunia. Peralatan hidrolik digunakan pada alat-alat pengangkat danpengangkut pada mesin yang beroperasi di pertambangan, juga bor minyakpada anjungan-anjungan yang beroperasi di Laut Utara. Traktor dan mesin-mesin pertanian yang dihubungkan dengan perangkat hidrolik, memainkanperanan penting dalam industri pertanian. Sistem pengendalian yang rumitdari antena satelait bumi (missal satelit Palapa), yang dapat mengirimsinyal antar benua dan memerlukan tingkat kepresisisian yang tinggi saatdigerakkan, diatur dan dikendalikan dengan hidrolik yang terjamin akankeamanaan dan fungsinya. Uraian diatas menunjukkan aplikasi sistemhidrolik digunakan sangat luas.TEKNIK ALAT BERAT ________________________________________ 3

_______________________________________________ pendahuluan Tidak ketinggalan pada aplikasi sistem hidrolik yang digunakan padakendaraan alat berat (heavy machinery). Alat berat merupakan kombinasipemanfaatan energi otomotif (penggerak mula berupa motor penggerakmula bensin maupun diesel) dengan energi hidrolik. Aplikasi hubunganantara sumber penggerak (mesin bensin/diesel) dan tenaga hidrolik yangdikeluarkan yang harus sedekat mungkin dan mempunyai kerugian yangminimum dengan mobilitas yang tinggi, menjadikan kendaraan alat beratmerupakan jawaban akan kebutuhan peralatan yang mampu bekerjadengan tenaga yang besar dan mobilitas tinggi. Pada mesin/alat berat konstruksi mutakhir, perpindahan energihidrolik berhasil memecahkan persoalan mekanik tersebut dengan carayang lebih sederhana dan efektif. Karena pemindahan energi fluida dapatdilakukan dengan selang fleksibel ke aktuator guna menggerakkan bagian-bagiannya. Kita dapat menemukan sistem aliran tenaga langsung padaexcavator (mesin penggali tanah). Perangkat hidrolik mempunyai banyakkeunggulan pada variasi yang tidak terbatas dari traksi dan kecepatan,yang dapat diterapkan pada transmisi hidrolik mesin konstruksi. Macammesin dan variasi kegunaan saat ini sangat luar biasa banyaknya.Pertanyaan yang sering kita jumpai “Apakah hidrolik itu ?”, “Apakah alatberat itu ?”, “Bagaimana aplikasi hidrolik pada kendaraan alat berat ?”,“Bagaimana sistem dan konstruksi alat berat, sehingga demikian besarenergi yang dapat dihasilkan?” Semua pertanyaan ini akan terjawab dengan membaca buku ini. BukuTeknik Alat Berat ini ditulis berdasarkan kebutuhan akan pengetahuan teoridasar, dasar kejuruan dari hidrolik dan alat berat serta kompetensi praktikdasar tentang komponen, sistem kerja, pengoperasian, perawatan padaalat berat yang pada mulanya disesuaikan dengan kompetensi yang harusdikuasai para lulusan program keahlian mekanik alat berat di SMK. Namuntidak tertutup kemungkinan dapat dijadikan sebagai referensi bagi berbagaikalangan seperti mahasiswa, guru, teknisi, instruktur, operator, para praktisilain yang berkecimpung dalam bidang teknik alat berat. Ditulis dalambahasa teknis yang mudah dipahami dari A-Z tentang alat berat dengandilengkapi gambar-gambar sebagai pelengkap uraian yang cukup panjang. Buku teks SMK tentang Teknik Alat Berat ini disusun denganmempertimbangkan kompetensi dasar yang harus dimiliki oleh lulusanSMK program keahlian mekanik alat berat baik secara teoritis maupunpraktis. Untuk memenuhi keluasan yang demikian maka isi dalam seluruhbuku dalam 9 bab ini mempertimbangkan pengetahuan teori yangmendasari teknik alat berat antara lain dimulai dari fisika (besaran, satuan,konversi, ketelitian, pengukuran, alat ukur dan lain-lain), mekanika fluidaTEKNIK ALAT BERAT ________________________________________ 4

_______________________________________________ pendahuluan(tekanan, hidrostatika, hidrodinamika, karakter fluida, fluida hidrolik, sistemhidrolik, dasar-dasar hidrolik dan lain-lain) sampai pengetahuan danketrampilan teknis alat berat (engine, penyuplai energi, katup kontrol,aktuator & akumulator, semua sistem yang ada di alat berat, semua jenisalat berat, pengoperasian alat berat, perawatan sistem maupun jenis alatberat, pelepasan & pemasangan dan lain-lain). Karena ini adalah buku teks pengantar dengan keluasan yang besar,kami telah merancang penyajian bahan untuk memungkinkanperkembangan secara bertahap akan pemahaman siswa dalampengetahuan dan ketrampilan teknik alat berat. Setiap konsep pentingditinjau dalam cara yang sederhana dan mudah dimengerti sebelum halrumit di bahas. Di keseluruhan buku teks ini secara konstan digunakan satusistem satuan yaitu Sistem Internasional. Kami yakin bahwa siswa perlumengetahui dan terbiasa dengan satuan tersebut. Dalam tiga bab pertama, siswa diperkenalkan pada pengetahuan yangmendasari teknik alat berat, yakni perpektif aplikasi hidrolik pada alat berat,pengukuran dalam gejala fisika, dan prinsip-prinsip dasar hidrolik yangmeliputi mekanika fluida dan sistem hidrolik. Bab 1 Pendahuluanmemberikan perspektif kepada siswa tentang aplikasi hidrolik pada alatberat yang diuraikan dengan pengertian hidrolik, alat berat, dan gambaranbuku yang dibahas dalam bab per bab. Bab 2 Pengukuran memberipengetahuan pada siswa tentang pengertian pengukuran gejala fisika,besaran dan satuan (pokok dan turunan), ketelitian, standar alat ukur dankarakteristik umum fluida. Bab 3 Prinsip-prinsip dasar hidrolik membahasperbandingan sistem hidrolik dengan sistem energi yang lain, prinsip sistemhidrolik, skema dan sistem hidrolik, keuntungan dan kelemahan sistemhidrolik, tekanan hidrolis, hidrostatika, hidrodinamika, fluida hidrolik, sistemhidrolik, perancangan diagram sirkuit, diagram sirkuit penyuplai tenaga,seleksi komponen alat berat, sistem distribusi pada alat berat, sistemreservoir, panas dalam perpindahan fluida, dan medium transmisi dalamhidrolik. Lima bab berikutnya dari bab 4 sampai akhir buku (bab 9) isi bukumenyangkut pengetahuan teori dan teknis ketrampilan praktis yang harusdi capai dan dikuasai oleh siswa. Bab 4 Komponen Alat Berat sudahmembicarakan engine/penggerak mula, penyuplai energi hidrolik, katup-katup kontrol, aktuator dan akumulator, sistem pemindah tenaga hidrolik,sistem kemudi, rem dan roda gigi tirus, frame/kerangka alat berat, driveline, roda dan ban, serta under carriage. Bab 5 membicarakan lebih lanjutsistem dan konstruksi alat berat meliputi gambaran umum alat berat,struktur dan fungsi, gambaran cara kerja alat berat dan komponennya padaGantry Crane, Hydraulic Crawler Crane, Hydraulic Excavator type Backhoe,TEKNIK ALAT BERAT ________________________________________ 5

_______________________________________________ pendahuluanHydraulic Excavator type Shovel, Motor Grader, Bulldozer, BulldozerLogging, Forklift, Dumptruck, Articulated Dumptruck, Truk jenis Rigid, Trukjenis semi trailer, Truk jenis Full Trailer, Wheel Loader, Compactor, danGenset. Bab 6 membicarakan sistem kelistrikan pada Alat Berat meliputi dasar-dasar kelistrikan, komponen dasar dan sistem kelistrikan pada alat berat,standar perawatan kelistrikan. Bab 7 membicarakan pengoperasian Alat Berat yang aman meliputibagaimana : bekerja dengan aman, komunikasi di tempat kerja,perencanaan dan pengorganisasian kerja, pengontrolan bahaya/resiko ditempat kerja, pertolongan pertama pada kecelakaan, serta keselamatandan kesehatan kerja. Bab 8 menguraikan Perawatan dan Perbaikan alat berat yang ruanglingkupnya meliputi : Dasar-dasar perawatan dan perbaikan, Perawatanharian (10 jam), mingguan (50 jam), bulanan (250 jam). Juga antara laindibahas Penggunaan Hand Tools, Penggunaan Power Tools, PenggunaanMeasuring Tools, Penggunaan Special Tools, Penggunaan DiagnosticTools, Penggunaan Workshop Equipment, Penggunaan Jacking &Blocking, Penggunaan Seal & Bearing. Bab 9 berisi uraian Pelepasan & Pemasangan Komponen Alat Berat :Komponen Alat Berat, Engine, Powertrain, Undercarriage, SistemKelistrikan.TEKNIK ALAT BERAT ________________________________________ 6

__________________________________________________ pengukuran2Pengukuran2.1. Pengertian Pengukuran Fisika sebagai induk mekanika-mekanika fluida-hidrolik-alat beratmemerlukan pengukuran-pengukuran yang sangat teliti agar gejala yangdipelajari dapat dijelaskan (dan bisa diramalkan) dengan akurat. Sebenarnyapengukuran tidak hanya mutlak bagi fisika, tetapi juga bagi bidang-bidangilmu lain termasuk aplikasi dari ilmu tersebut. Dengan kata lain, tidak adateori, prinsip, maupun hukum dalam ilmu pengetahuan alam yang dapatditerima kecuali jika disertai dengan hasil-hasil pengukuran yang akurat. Apakah yang dimaksud dengan pengukuran ? Untuk mengetahui haltersebut, perhatikan uraian berikut : misalnya anda bersama teman andamelakukan pengukuran panjang meja dengan jengkal tangan. Hasilpengukuran yang dilakukan menggunakan satuan jengkal. Misalnya, jikamenggunakan jengkal tangan anda, maka hasilnya panjang meja itu samadengan 25 jengkal tangan. Akan tetapi jika menggunakan satuan jengkaltangan teman anda maka panjang meja itu sama dengan 23 jengkal tangan.Perbedaan hasil ini menunjukkan bahwa hasil pengukuran itu tergantungpada satuan yang digunakan. Dengan demikian pengukuran didefinisikansebagai suatu proses membandingkan suatu besaran dengan besaran lain(sejenis) yang dipakai sebagai satuan. Satuan adalah pembanding di dalampengukuran. Pada kegiatan diatas, yaitu mengukur panjang meja yang dinyatakandengan angka, maka panjang merupakan besaran. Jadi segala sesuatu yangdapat diukur dan dinyatakan dengan angka atau nilai disebut besaran.Misalnya panjang meja itu 100 sentimeter, maka panjang merupakanbesaran dengan 100 sebagai nilai dan sentimeter sebagai satuan, ataumassa meja itu 20 kilogram, maka massa merupakan besaran dengan 20sebagai nilai dan kilogram sebagai satuan. Besaran adalah `sesuatu yangdapat diukur dan dinyatakan dengan angka atau nilai dan memiliki satuan.Satuan adalah pembanding di dalam pengukuran. Pengukuran adalah membandingkan sesuatu dengan sesuatu yanglain yang dianggap sebagai patokan. Jadi dalam pengukuran terdapat duafaktor utama yaitu perbandingan dan patokan (standar). Di kelas 1 SMP kitatelah mempelajari pokok bahasan pengukuran. Disini kita hanya akanmengulangi sebagian saja, untuk menyegarkan pemahaman kita tentangapa-apa saja yang terdapat dalam pengukuran.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 7

__________________________________________________ pengukuran2.2. Besaran dan satuan Sifat-sifat dari suatu benda atau kejadian yang kita ukur, misalnyapanjang benda, massa benda, lamanya waktu lari mengelilingi sebuahlapangan disebut besaran, besaran apa saja yang bisa kita ukur dari sebuahbuku ?. Pada sebuah buku, kita bisa mengukur massa, panjang, lebar, dantebal buku. Bagaimanakah kita menyatakan hasil pengukuran panjang buku?Misalnya panjang buku sama dengan 25 sentimeter; sentimeter disebutsatuan dari besaran panjang. Massa buku sama dengan 1 kilogram; kilogramdisebut satuan dari besaran massa. Jadi satuan selalu mengikuti besaran,tidak pernah mendahuluinya. Di masyarakat kita kadang-kadang terdapatsatuan-satuan yang tidak standar atau tidak baku, misalnya satuan panjangdipilih depa atau jengkal. Satuan tersebut tidak baku karena tidak mempunyaiukuran yang sama untuk orang yang berbeda. Satu jengkal orang dewasalain dengan satu jengkal anak-anak. Itulah sebabnya jengkal dan depa tidakdijadikan satuan yang standar dalam pengukuran fisika.Apakah syarat yang harus dimiliki suatu satuan agar bisa menjadi satuanstandar ? Beberapa syarat utama adalah sebagi berikut :1. Nilai satuan harus tetap, baik dalam cuaca panas atau dingin, bagi orang dewasa maupun bagi anak-anak, dan terhadap perubahan-perubahan lingkungan lainnya. Sebagai contoh, jengkal tidak bisa dijadikan satuan baku karena berbeda-beda untuk masing-masing orang, sementara meter berlaku sama baik untuk orang dewasa mapun anak-anak. Oleh karena itu, meter bisa digunakan sebagai satuan standar.2. Mudah diperoleh kembali (mudah ditiru), sehingga orang lain yang ingin menggunakan satuan tersebut dalam pengukurannya bisa memperolehnya tanpa banyak kesulitan. Satuan massa yaitu kilogram, mudah diperoleh kembali dengan membandingkannya. Dengan demikian, kilogram dapat digunakan sebagai satuan standar. Dapat kita bayangkan, betapa repotnya jika suatu satuan sulit dibuat tiruannya sehingga di dunia hanya ada satu-satunya satuan standar tersebut. Orang lain yang ingin mengukur besaran yang bersangkutan harus menggunakan satu-satunya satuan standar tersebut untuk memperoleh hasil yang akurat.3. Satuan harus diterima secara internasional. Ini berkaitan dengan kepentingan ilmu pengetahuan dan teknologi. Dengan deterimanya suatu satuan sebagai satuan internasional maka ilmuwan dari satu negara dapat dengan mudah memahami hasil pengukuran dari ilmuwan negara lain.Sistem satuan yang paling banyak digunakan di seluruh dunia, yang berlakusecara interasional adalah sistem satuan SI, kependekan dari bahasaPrancis Systeme International d’Unites. Sistem ini diusulkan pada GeneralConference on Weights and Measures of the International Academy ofTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 8

__________________________________________________ pengukuranScience pada tahun 1960. Dalam sistem satuan ini, terdapat tujuh besaranyang disebut sebagai besaran pokok.2.3. Besaran pokok dan turunanBesaran pokokBesaran pokok adalah besaran yang satuannya telah didefinisikan terlebihdulu. Tujuh besaran pokok dalam sistem satuan SI adalah :Panjang (meter)Massa (kilogram)Waktu (sekon)Kuat arus listrik (ampere)Suhu (kelvin)Intensitas cahaya (candela)Jumlah zat (mol)Satuan-satuan seperti meter, kilogram, dan sekon tersebut sudahdidefinisikan terlebih dahulu. Bagaimanakah definisi satuan-satuan daribesaran pokok tersebut? Pada penjelasan berikut akan dipaparkan definisidari tiga besaran pokok yaitu panjang, massa, dan waktu, sementara satuanbesaran-besaran lain akan kita bahas ketika kita membahas pokok bahasanyang bersangkutan dengan besaran pokok tersebut.PanjangStandar satuan untuk panjang dalam SI adalah meter. Sistem satuan yangdidasarkan pada meter sebagai standar pengukuran dinamakan sistemmetrik. Pada awalnya, meter didefinisikan sebagai sepersepuluh juta jarakantara katulistiwa dan kutub utara bumi diukur melalui meridian yangmelewati kota Paris. Sebagai meter standar, dibuatlah sebuah batang logamplatinum-iridium yang kedua ujungnya terdapat masing-masing goresan,dimana jarak antara kedua goresan tersebut sama dengan 1 meter.Pada tahun 1960, meter standar didefinisikan ulang sebagai 1.650.763,73kali panjang gelombang dalam ruang hampa dari garis spektrum warnajingga-merah atom krypton-86. Pendefinisian ulang ini dilakukan untukmeningkatkan kemudahan meter standar untuk dibuat tiruannya, disampinguntuk menambah keakuratannya. Namun demikian, definisi ulang inipun tidakbertahan lama, hanya sekitar 23 tahun. Pada tahun 1983, satu meterdidefinisikan sebagai jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam vakum selama1/299.792.458 sekon. Dengan definisi terakhir ini, lengkaplah meter sebagaisatuan standar memenuhi syarat-syarat satuan standar yang disebutkan didepan.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 9

__________________________________________________ pengukuranMassaMassa sebuah benda merupakan banyaknya zat yang terkandung di dalamsebuah benda tersebut. Satuan massa di dalam sistem satuan SI adalahkilogram. Sebagai standar untuk kilogram ini, dibuatlah kilogram standar,yaitu sebuah silinder logam yang terbuat dari platina-iridium, yang sekarangini disimpan di Sevres, dekat kota Paris. Pada awalnya satu kilogram samadengan massa dari 1000 cm³ air murni pada suhu dimana kerapatannyamaksimum, yaitu 4º C. Namun kesalahan terjadi, karena ternyata satukilogram yang tepat adalah 1000,028 cm³ air.Dalam percakapan sehari-hari, kita sering mencampur adukkan pengertianmassa dengan berat, padahal keduanya berbeda. Berat adalah besarnyagaya yang dialami benda akibat gaya tarik bumi pada benda tersebut. Untukkeperluan sehari-hari, pencampuradukan pengertian tersebut tidak menjadimasalah, namun dalam fisika atau ilmu pengetahuan eksak, definisi massadan berat harus benar-benar dibedakan. Massa dan berat memiliki satuanyang berbeda, massa memiliki satuan kilogram, sedangkan berat memilikisatuan Newton. Yang menjadi perbedaan utama antara massa dan beratadalah bahwa massa tak tergantung pada tempat dimana benda berada,sementara berat tergantung dimana benda berada. Jadi berat berubah-ubahsesuai dengan tempatnya.WaktuSatuan standar untuk waktu adalah sekon, yang awalnya didefinisikansebagai 1/86.400 hari matahari. Namun ketika ilmuwan mendapatkan bahwahari matahari berkurang sekitar 0,001 sekon setiap satu abad, maka sekondidefinisikan ulang sebagai 1/86.400 hari matahari di tahun 1900. Pada tahun1967, sekon didefinisikan kembali sebagai selang waktu dari 9.192.631.770osilasi dari radiasi yang dihasilkan oleh transisi dalam atom cesium-133. Alatukur waktu yang menggunakan atom cesium adalah jam atom cesium, yangmemiliki ketelitian yang sangat tinggi, yaitu selama 3000 tahun hanyamemiliki kesalahan 1 sekon.Besaran turunan.Sebagian besar besaran yang kita gunakan dalam fisika dan ilmu-ilmuterapannya (termasuk mekanika fluida dan kemudian hidrolik, lalu alat berat)mempunyai satuan-satuan yang merupakan kombinasi dari satuan-satuanbesaran pokok. Besaran-besaran yang demikian, yang satuannya ditentukanberdasarkan satuan-satuan besaran pokok, disebut besaran turunan. Contohdari besaran turunan ini adalah luas suatu daerah persegi. Luas samadengan panjang kali lebar, dimana panjang dan lebar keduanya merupakansatuan panjang. Jadi luas merupakan besaran turunan yang diperoleh dariperkalian besaran panjang dengan besaran panjang. Contoh : lainnya :kelajuan (jarak dibagi waktu), tekanan (gaya dibagi luas), volume balok(panjang x lebar x tinggi), debit (volume dibagi waktu). Kita tahu bahwaTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 10

__________________________________________________ pengukurankelajuan adalah jarak (besaran panjang) dibagi waktu. Jadi kelajuanmerupakan besaran turunan yang diperoleh dengan cara membagi besaranpanjang dengan besaran waktu.Bagaimanakah satuan dari besaran-besaran turunan tersebut ? Sudah jelasbahwa satuan-satuan untuk besaran turunan sesuai dengan bagaimanabesaran turunan itu didapatkan dari kombinasi besaran-besaran pokok.Karena luas sama dengan perkalian dua besaran panjang, maka satuan luassama dengan perkalian dua satuan panjang, yaitu meter x meter = meterpersegi = m². Satuan untuk kelajuan adalah satuan panjang dibagi satuanwaktu, yaitu meter per sekon = m/s. Jelas disini bahwa bahwa satuan-satuanbesaran turunan menggambarkan besaran turunan yang diikutinya. Satuankelajuan adalah m/s, berarti kelajuan sama dengan panjang (jarak) dibagiwaktu. Satuan untuk volume balok adalah m³, berarti volume adalah panjangkali panjang kali panjang. Massa jenis memiliki satuan kg/m³, berarti massajenis adalah massa dibagi volume.2.4. Konversi, ketelitian, standar alat ukur Dalam beberapa persoalan, kadang-kadang kita perlu melakukankonversi satuan dari satu sistem satuan ke sistem satuan yang lain, terutamake sistem satuan SI. Konversi satuan ini mungkin kita lakukan jika kitamengetahui hubungan antara kedua satuan itu. Sebagai contoh, seandainyakita mengetahui bahwa panjang lapangan sepakbola adalah 100 yard,sementara kita mengetahui bahwa 1 yard sama dengan 3 kaki, maka kitakatakan bahwa panjang lapangan sama dengan 300 kaki. Walau contoh inisangat sederhana sehingga dengan mudah kita dapat mengkonversikansatuan yard ke kaki, namun metode yang logis tetap harus diperhatikan.Kita mengetahui : 3 kaki = 1 yardJika kita bagi kedua ruang persamaan tersebut dengan 1 yard, makadiperoleh : 3 kaki = 1yard 1 yard 1 yardDengan demikian : 100 yard = 100 yard x 3 kaki = 300 kaki 1 yard Dalam konversi satuan kita bisa melakukan pencoretan satuan yangsama untuk pembilang dan penyebut. Biasanya kita diminta untuk mengubahsatu satuan ke sistem SI. Dalam soal misalnya data-data yang ada diberikandalam satuan non-SI, tetapi jawaban yang diminta harus dinyatakan dalamsistem satuan SI. Untuk melakukan hal ini, kita bisa langsung melakukanTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 11

__________________________________________________ pengukurankonversi dengan bantuan tabel konversi yang biasa terdapat dalam lampiranbuku. Ketelitian dari suatu hasil pengukuran sudah menjadi tuntutan ilmupengetahuan dewasa ini. Namun demikian, dapat dikatakan bahwa tidak adasatupun pengukuran yang benar-benar akurat, pasti ada suatu ketidakpastiandalam hasil pengukuran tersebut. Ketidakpastian dalam hasil pengukuran inimuncul dari berbagai sumber, misalnya dari batas ketelitian masing-masingalat dan kemampuan kita dalam membaca hasil yang ditunjukkan oleh alatukur yang kita pakai. Alat ukur yang kita pakai menentukan hasil pengukuran yang kitadapatkan. Sebagai contoh, lakukan pengukuran diameter dari bagian bawahkaleng minuman ringan dengan sebuah meteran gulung (mitlin) yang seringdigunakan penjahit. Hasil yang anda lakukan hanya mempunyai ketelitiansampai 0,1 cm atau 1 mm, sesuai dengan skala terkecil yang terdapat dalammitlin, walaupun anda bisa menyatakan bahwa anda memperkirakanketelitian sampai separo skala terkecil, yaitu 0,5 mm. Alasannya adalahbahwa amat sulit bagi orang yang melakukan pengukuran untukmemperkirakan skala-skala yang lebih kecil diantara dua garis skala terkecil.Skala yang terdapat pada mitlin sendiri boleh jadi tidak seakurat angka-angkayang tertera, karena belum tentu mitlin dibuat dengan keakuratan yangsangat tinggi di pabrik. Karena toh untuk pakaian yang diukur dengan mitlin,selisih pengukuran 1 mm tidak terlalu bermasalah bagi pengguna pakaianyang dijahit. Sumber ketidakpastian lain muncul dari diri kita sendiri ketika membacaskala pada mitlin. Kesalahan baca yang sering terjadi karena kita tidak tepatmengarahkan pandangan mata kita ke obyek yang diamati disebut kesalahanparalaks. Bagaimana jika kita menggunakan jangka sorong (vernier caliper)untuk mengukur diameter kaleng tersebut. Akankah hasil yang kita perolehlebih akurat ? Tentu. Untuk mengukur diameter kaleng tersebut, jangkasorong akan lebih teliti hasil pengukurannya, karena ketelitian jangka sorongmemiliki ketelitian sampai dengan 0,1; 0,05; atau bahkan 0,02 mm. Untukbenda-benda yang tidak terlalu kecil, jangka sorong cukup tepat digunakansebagai alat ukur. Untuk mengukur panjang benda yang lebih kecil atau lebihtipis kita bisa menggunakan micrometer yang memiliki ketelitian sampaidengan 0,01 mm atau 0,001 mm. Ketika melaporkan hasil pengukuran, ada baiknya (suatu keharusanjika kita melakukan pengambilan data di laboratorium) jika kita menuliskanketelitian pengukuran kita atau perkiraan dari hasil pengukuran kita. Sebagaicontoh, diameter kaleng yang diukur dengan mitlin bisa dinyatakan dalam 55± 1 mm atau 5,5 ± 0,1 cm. Tulisan ± 1 mm atau ± 0,1 cm (plus minus 1 mmatau 0,1 cm) menyatakan ketidakpastian yang diperkirakan, sehinggaTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 12

__________________________________________________ pengukurandiameter kaleng adalah antara 54 mm dan 56 mm. Ketidakpastian hasilpengukuran juga bisa dinyatakan dalam persen. Sebagai contoh pada hasilpengukuran diameter kaleng sama dengan 55 ± 1 mm, persenketidakpastiannya adalah 1/55 x 100 % = 1,3 %. Kadang-kadang, hasil pengukuran tidak secara langsung menampilkanangka ketidakpastiannya. Namun demikian, kita harus bisa memperkirakanberapa ketidakpastian hasil pengukuran tersebut. Jika hasil pengukurandituliskan 5,1 cm, kita perkirakan bahwa ketidakpastiannya 0,1 cm. Jadi,panjang sebenarnya antara 5,0 cm dan 5,2 cm. Jangan sampai kitamenuliskan hasil pengukuran dengan mitlin sebagai 5,10 cm. memang angka5,1 cm sama dengan 5,10 cm, tetapi jika angka tersebut dimaksudkansebagai hasil suatu pengukuran, artinya sangat lain. Angka 5,1 cmmenyiratkan bahwa ketelitian alat ukur yang dipakai sampai 0,1 cm sedangangka 5,10 cm menyiratkan bahwa ketelitian alat ukur yang dipakai sampai0,01 cm. Dengan demikian, ketidakpastiannya pun sama dengan 0,01 cm.Jadi panjang sebenarnya adalah antara 5,09 cm dan 5,11 cm. Tidakmungkin mengukur panjang dengan mistar/mitlin memiliki ketelitian sepertiini. Dari sini bisa kita sadari, bahwa angka 0 dibelakang koma pun sangatpenting di dalam menyatakan hasil pengukuran.2.5. Pengukuran karakteristik umum fluida Mekanika Fluida adalah disiplin ilmu bagian dari bidang mekanikaterapan yang mengkaji perilaku dari zat-zat cair dan gas dalam keadaandiam (statika) ataupun bergerak (dinamika). Bidang mekanika ini jelasmencakup berbagai persoalan yang sangat bervariasi, mulai dari kajiandalam tubuh kita (aliran darah di saluran kapiler, yang hanya berdiameterbeberapa micron) sampai pada kajian aliran minyak mentah yang melewatiAlaska melalui pipa berdiameter 4 ft sepanjang 800 mil. Prinsip-prinsipmekanika fluida diperlukan untuk menjelaskan hal itu. Salah satu pertanyaan yang perlu kita kaji ialah, apakah fluida itu ?Atau mungkin bertanya, apa perbedaan antara sebuah benda padat dengansebuah fluida. Kita memiliki gagasan umum yang samar-samar mengenaiperbedaan tersebut. Sebuah benda padat “keras” dan tidak mudahdideformasi, sementara sebuah fluida “lunak” dan mudah dideformasi/dirubahbentuknya (misal : tubuh kita mudah bergerak melewati udara, udara adalahfluida lunak yang mudah dideformasi). Secara sepintas lalu mengenaiperbedaan padat dengan fluida sangat tidak memuaskan dari sudut pandangilmiah atau keteknikan. Pengamatan lebih mendalam mengenai strukturmolekul dari material mengungkapkan bahwa zat-zat yang biasanya kitaanggap sebagai benda padat (baja, beton, bata merah dan lain-lain) memilikijarak antar molekul yang rapat dengan gaya-gaya kohesi antar molekul lebihTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 13

__________________________________________________ pengukuranyang besar yang memungkinkan sebuah benda padat mempertahankanbentuknya dan tidak mudah untuk dideformasi. Namun untuk zat-zat yang biasanya kita anggap sebuah cairan (air,minyak oli, udara dan sebagainya), molekul-molekulnya agak terpisah, gayaantar molekulnya lebih lemah daripada benda-benda padat dan molekul-molekul tersebut mempunyai pergerakan yang lebih bebas. Jadi zat cairdapat lebih mudah dideformasi (tetapi tidak mudah dimampatkan) dan dapatdituangkan dalam bejana atau dipaksa melalui sebuah tabung. Gas-gas(udara, oksigen dan lain-lain) memiliki jarak molekul yang lebih besar dangerakan yang bebas dengan gaya antar molekul yang kecil yang dapatdiabaikan, sehingga gas sangat mudah dideformasi (dan dimampatkan) danakan mengisi secara penuh volume suatu bejana dimana gas itudimampatkan. Meskipun perbedaan antara benda padat dan cair dapat dijelaskansecara kualitatif berdasarkan struktur molekulnya, perbedaan yang lebihspesifik didasarkan pada pada bagaimana zat tersebut berdeformasi dibawah suatu beban luar yang bekerja. Secara khusus, fluida didefinisikansebagai zat yang berdeformasi terus-menerus selama dipengaruhi suatutegangan geser. Sebuah tegangan (gaya per satuan luas) geser terbentukapabila sebuah gaya tangensial bekerja pada permukaan. Apabila benda-benda padat biasa seperti baja atau logam-logam lainnya dikenai suatutegangan geser, mula-mula benda itu akan berdeformasi (biasanya sangatkecil, dan tidak terlihat oleh mata kita), tetapi tidak akan terus-menerusberdeformasi (mengalir). Namun cairan yang biasa seperti air, minyak oli,udara memenuhi definisi dari sebuah fluida, artinya zat-zat tersebut akanmengalir apabila padanya bekerja sebuah tegangan geser. Beberapa bahanseperti lumpur, aspal, dempul, odol dan lain sebagainya tidak mudahdiklasifikasikan karena bahan-bahan tersebut akan berperilaku seperti bendapadat jika tegangan geser yang bekerja kecil, tetapi jika tegangan gesertersebut melampaui suatu nilai kritis tertentu, zat-zat tersebut akan mengalir. Meskipun struktur molekul fluida penting untuk membedakan satufluida dengan fluida lainnya, tidaklah mungkin mengkaji masing-masingmolekul ketika kita mencoba menggambarkan perilaku fluida dalam keadaandiam atau bergerak. Ketika kita mengatakan bahwa kecepatan pada suatutitik tertentu dalam sebuah fluida adalah sebesar tertentu, maka kitasebenarnya menganggap kecepatan rata-rata dari molekul-molekul dalamvolume kecil yang mengelilingi titik tersebut. Volume tersebut sangat kecildibandingkan dengan dimensi fisik dari sistem yang ditinjau, tetapi cukupbesar dibandingkan dengan jarak rata-rata antar molekul. Apakah dengancara ini cukup beralasan untuk menggambarkan perilaku sebuah fluida?Jawabannya secara umum adalah ya, karena jarak antar molekul biasanyaTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 14

__________________________________________________ pengukuransangat kecil. Untuk gas-gas pada tekanan dan temperatur normal jarakantara ini berada pada tingkat 10 pangkat -6 mm (1 nm – 1 nanometer) danuntuk zat cair pada tingkat 10 pangkat -7 mm. Banyaknya molekul setiapmillimeter kubik (mm³) pada tingkat 10 pangkat 18 untuk gas dan 10 pangkat21 untuk zat cair. Jadi jelas bahwa jumlah molekul dalam sebuah volumeyang sangat kecil sangat besar, sehingga gagasan untuk menggunakan nilairata-rata dari sebuah volume ini cukup beralasan. Jadi kita menganggapbahwa seluruh karakteristik fluida yang kita tinjau (tekanan, kecepatan, debitdan lain-lain) bervariasi terus menerus di seluruh fluida - artinya, kitamemperlakukan fluida tersebut sebagai suatu materi kontinuum.2.5.1. Dimensi, kehomogenan dimensi, dan satuan. Karena didalam kajian mengenai mekanika fluida kita akan menanganiberbagai karakter fluida, maka kita perlu mengembangkan suatu sistemuntuk menggambarkan karakteristik-karakteristik ini secara kualitatif dankuantitatif. Aspek kualitatif berfungsi untuk mengidentifikasi sifat dasar ataujenis dari karakteristik tersebut (seperti panjang, waktu, tegangan, kecepatan,kekentalan, debit), sementara aspek kuantitatif memberikan ukuran kuantitasdari karakteristik tersebut. Penggambaran kuantitatif membutuhkan sebuahangka dan sebuah standar yang dapat digunakan untuk memperbandingkanberbagai besaran. Suatu standar seperti itu disebut satuan, dan beberapasistem satuan bisa digunakan seperti MKS atau SI.Analisis Perilaku FluidaKajian mekanika fluida melibatkan hukum-hukum dasar yang sama denganyang telah anda pelajari pada fisika dan mekanika. Jadi ada keserupaanyang kuat antara pendekatan umum terhadap mekanika fluida dan terhadapmekanika benda padat, pada benda tegar, dan pada benda yang dapatterdeformasi. Subyek yang luas di dalam mekanika fluida secara umumdapat dibagi menjadi statika fluida dimana fluida dalam keadaan diam, dandinamika fluida, dimana fluida bergerak.Ukuran-ukuran massa dan berat fluida1. Kerapatan (density)Kerapatan sebuah fluida dilambangkan dengan huruf Yunani ? (rho),didefinisikan sebagai massa fluida per satuan volume. Kerapatan biasanyadigunakan untuk menjelaskan karakter massa sebuah sistem fluida. Dalamsatuan SI satuannya adalah kg/m³. Nilai kerapatan dapat bervariasi cukupbesar diantara fluida yang berbeda, namun untuk zat-zat cair, variasitekanan dan temperatur umumnya hanya memberikan pengaruh yang kecilterhadap nilai ?.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 15

__________________________________________________ pengukuran2. Berat jenisBerat jenis dari sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani γ(gamma), didefinisikan sebagai berat fluida per satuan volume. Berat jenisberkaitan dengan kerapatan melalui persamaan γ = ? g , dimana g adalahpercepatan gravitasi lokal. Seperti halnya kerapatan yang digunakan untukmenjelaskan karakter massa sebuah sistem fluida, berat jenis digunakanuntuk menjelaskan karakter berat dari sistem tersebut. Dalam sistem satuanSI adalah N/m³.3. Viskositas (viscosity)Sifat-sifat kerapatan dan berat jenis adalah ukuran dari “beratnya” sebuahfluida. Namun jelas bahwa sifat-sifat ini tidak cukup untuk menjelaskankarakter secara khas bagaimana fluida berperilaku karena dua fluida(misalnya air dan minyak) yang memiliki nilai kerapatan hampir samamemiliki perilaku yang berbeda ketika mengalir. Tampak ada sifat tambahanyang diperlukan untuk menggambarkan perbedaan dari kedua fluida ketikamengalir. Viskositas akan menentukan tahanan dalam fluida untuk mengalir.Nilai viskositas suatu fluida rendah jika fluida tersebut mengalir denganmudah, selanjutnya disebut dengan fluida ringan atau encer. Begitusebaliknya. Dalam satuan SI viskositas dinyatakan dalam N.s/m² atau dalamMKS dyne.s/cm² atau poise. Ada beberapa metode dalam penentuan nilaiviskositas oli misalnya : viskositas absolute (poise), viskositas kinematik(centistokes=cSt), viskositas relatif (Saybolt Universal Second = SUS) atauangka koefisien SAE.4. Kemampu-mampatan FluidaSebuah pertanyaan yang penting untuk dijawab ketika kita mengkaji perilakusuatu fluida tertentu ialah seberapa mudah volume (demikian juga kerapatan)dari suatu massa fluida dapat diubah apabila terjadi perubahan tekanan ?Artinya seberapa mampu-mampatkah fluida tersebut ? Sebuah sifat yangbiasa digunakan untuk menjelaskan karakter kemampu-mampatan(compressibility) adalah modulus borongan (bulk modulus) Ev yangdidefinisikan sebagai :Ev = - dp atau FL-2 dv /Vdimana dp adalah perubahan diferensial tekanan yang diperlukan untukmembuat perubahan diferensial volume, dv dari sebuah volume V. Tandanegatif ditambahkan dalam persamaan karena peningkatan tekanan akanmenyebabkan pengurangan volume. Modulus borongan (juga disebutsebagai modulus elastisitas borongan) memiliki dimensi tekanan FL-2 (gayax panjang pangkat minus 2) atau dalam satuan SI sebagai N/m2 (Pa). Dalambentuk angka, 1 N/m2 disebut 1 pascal atau dalam satuan tekanan lain ialah1 atm = 1,01325 x 105 Pa atau 1 bar = 1,00000 x 105 Pa.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 16

__________________________________________________ pengukuranNilai modulus yang besar menunjukkan bahwa fluida relatif tidak mampu-mampat, artinya dibutuhkan perubahan tekanan yang besar untukmenghasilkan perubahan volume yang kecil. Karena tekanan yang begitubesar diperlukan untuk menghasilkan perubahan volume kita simpulkanbahwa zat-zat cair dapat dianggap sebagai tak mampu-mampat(incompressible) untuk kebanyakan penerapan di bidang keteknikan.Penggunaan modulus borongan sebagai sebuah sifat yag menggambarkankemampu-mampatan adalah yang paling lazim ketika kita menangani zat-zatcair, meskipun modulus borongan juga dapat ditentukan untuk gas. Kitamenganggap gas-gas seperti udara, oksigen dan nitrogen sebagai fluidamampu-mampat (compressible fluids) karena kerapatan gas dapat berubahsecara berarti dengan perubahan-perubahan tekanan dan temperatur.2.5.2. Hukum Archimedes Barangkali kita pernah mengamati bahwa sebuah benda yangdiletakkan di dalam air terasa lebih ringan dibandingkan dengan beratnyaketika di udara. Karena tekanan semakin bertambah dengan bertambahnyakedalaman, gaya pada bagian bawah benda yang berada di dalam air lebihbesar daripada gaya yang bekerja pada bagian atas benda. Akibatnya adaselisih gaya yang bekerja pada benda selanjutnya kita sebut sebagai gayaapung (yang arahnya selalu ke atas).Perhatikan Gambar 2.1 yang menunjukkan sebuah benda berbentuk silinderyang dibenamkan ke dalam fluida yang memiliki massa jenis ρ . Kita akanmenghitung besarnya gaya apung yang bekerja pada silinder tersebut. Disinikita gunakan silinder untuk memudahkan pemahaman kita. Bagian atassilinder berada pada kedalaman h1, sedangkan bagian bawahnya padakedalaman h2. Karena luas penampang bagian atas dan bawah silinder sama besar, yaitu A, maka besar gaya ke bawah adalah F1= P1A, dimana P1 = Patm + ρ gh1; sedangkan besar gaya keatas yang bekerja pada silinder adalah F2= P2A, dimana P2= Patm+ ρ gh2. Dengan demikian, selisih gaya yang bekerja pada silinder adalah yang bertindak sebagai gaya apungnya, yang besarnya adalah : F apung = F2 – F1 = P2A - P1A = (Patm + ρ gh2)A – (Patm+ ρ gh1)A = ρ ghA (h2-h1)Gambar 2.1. Benda silinder dalamTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 17

__________________________________________________ pengukuranfluida(sumber : Foster, Fisika 1B)Dari gambar kita tahu bahwa A(h2-h1) sama dengan volume silinder,sehingga : Fapung = ρ gV …………… (2.1)Ketika kita membenamkan sebuah benda yang memiliki volume V ke dalamfluida, maka ada fluida yang dipindahkan tempatnya sebanyak volume bendayang dibenamkan. Dengan demikian volume fluida yang dipindahkan adalahV. berapakah massa fluida yang dipindahkan ini ? Kita tahu bahwa massaadalah massa jenis ρ dikalikan volumenya. Dengan demikian, massa fluidayang dipindahkan adalah m = ρ V akhirnya persamaan 2.1 dapat dituliskansebagai : Fapung = mg …………….. (2.2)Dimana mg adalah berat fluida yang dipindahkan. Ingat berat berat adalahmassa dikalikan gravitasi. Kesimpulan yang dapat diambil dari persamaan2.2 ini dikenal sebagai Hukum Archimedes yang menyatakan bahwa gayaapung yang bekerja pada sebuah benda yang dibenamkan sama denganberat fluida yang dipindahkan. Terapung, tenggelam, melayang Berdasarkan hukum Archimedes kita bisa menentukan syarat sebuah benda untuk terapung, tenggelam, atau melayang di dalam sebuah fluida. Perhatikan Gambar 2.2 yang menunjukkan sebuah balok kayu yang terapung pada suatu fluida. Gambar 2.2 Balok kayu terapungPada saat terapung, besarnya gaya apung F apung sama dengan beratbenda w = mg. Perlu dicatat bahwa pada peristiwa ini, hanya sebagianvolume benda yang tercelup di dalam fluida sehingga volume fluida yangdipindahkan lebih kecil dari volume total benda yang mengapung. Fapung = wmfluida g = m benda gρ V =Fluida dipindahkan ρ Vbenda benda V = ρdipindahkan benda ….. (2.3) V benda ρ fluidaTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 18

__________________________________________________ pengukuranPersamaan (2.3) ini menyatakan rasio bagian volume benda yang tercelup kedalam fluida. Sebagai contoh, sebuah kayu yang memiliki massa jenis 1000kg/m3. berdasarkan persamaan (2.3), kita bisa menentukan berapa bagianbalok kayu yang tercelup, yaitu sama dengan volume air yang dipindahkanV dipindahkan ρ= benda x V bendaV dipindahkan ρ fluida 600 kg / m3 = 1000 kg / m3 x V balok = 0,6 V balokDengan demikian, volume balok yang tercelup ke dalam air adalah 0,6bagian volume total balok (atau 60 % volumenya). Jadi, secara umum bendaakan terapung jika massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis fluidaSyarat terapung : ρ >fluida ρ benda …………….. (2.4)Sekarang kita akan meninjau kasus tenggelam, seperti tampak pada gambar2.3. Pada saat tenggelam berlaku gaya apung Fapung lebih kecil daripada gaya berat w = mg. Karena benda tercelum seluruhnya ke dalam fluida, maka volume fluida yang dipindahkan sama dengan volume benda Gambar 2.3 Balok kayu tenggelamF apung < wM fluida g < m benda gρ ρV < Vfluida dipindahkan benda bendaKarena V dipindahkan = V benda , makaSyarat tenggelam : ρ <fluida ρ benda ……….. (2.5)Pernyataan (2.5) merupakan syarat sebuah benda agar tenggelamseluruhnya ke dalam fluida, yaitu massa jenis benda lebih besar dari massajenis fluida.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 19

__________________________________________________ pengukuranPada keadaan melayang, berlaku bahwa gaya apung sama dengan beratbenda dan volume benda yang dipindahkan sama dengan volume bendayang melayang, seperti terlihat pada gambar 2.4. Pada keadaan ini berlaku : F apung = w M fluida g = m benda g ρ ρV = Vfluida dipindahkan benda benda Karena V dipindahkan = V benda , maka Syarat melayang : ρ ρ=fluida benda …..…. (2.6)Gambar 2.4 Balok kayu melayangPernyataan (2.6) merupakan syarat sebuah benda agar bias melayang di da-lam fluida, yaitu massa jenis benda harus sama dengan massa jenis fluida.Contoh : 1. Berapa besarnya gaya yang diperlukan untuk menekan sebuah benda kayu agar tenggelam ke dalam air ? Massa balok 7 kilogram dan massa jenisnya 750 kg/m3. Gunakan nilai g = 9,8 m/s2 2. Seseorang akan menjual sebongkah emas dengan harga murah. Ketika ditimbang, massa emas = 14,7 kg. Karena ragu-ragu, pembeli menimbangnya di air, dan mendapatkan bahwa massa bongkahan tersebut = 13,4 kg. Akhirnya pembeli, menyatakan bongkahan bukan emas murni. Bagaimana penjelasannya ?Penyelesaian:1. Pada saat balok tenggelam, berlaku prinsip kesetimbangan tiga gaya, yaitugaya berat mg, gaya apung Fapung, dan gaya tekan F. F + mg = FapungSesuai dengan Persamaan (2.1), Fapung = ρ air g VbalokGaya berat mg = m balok g = ρ balok Vbalok gDengan demikian berlaku: F = Fapung - m g ρ air g Vbalok - ρ balok g Vbalokg ⎜⎝⎜⎛ mbalok ⎟⎟⎞⎠ { ρ air - ρ balok } ρ balokF = (9,8) (7)/ 750 (1000 – 750) =22,9 NTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 20

__________________________________________________ pengukuran2. Berat semu bongkahan, yaitu beratnya ketika ditimbang di dalam airsama dengan w’ di manaw’ = W – Fapungw' = w — ρ air g Vw — W ' = ρ air gVAkhimya bisa kita tuliskan : w' = ρ benda g Vbenda = ρbenda w − w' ρair g Vbenda ρ airBerdasarkan data pada soal : w' = ρbenda w − w' ρair (14,7 kg) g g = ρbenda m 3 (14,7 kg) g − (13,4) 1000 kg / 14,7 = ρbenda 1,3 1000 ρ benda = 11.300 kg / m3Dari data massa jenis emas, ternyata diperoleh bahwa massa jenis emassama dengan 19.300 kg/m3. Dengan demikian, bongkahan tersebut bukanemas murni.Aplikasi hukum ArchimedesAplikasi hukum Archimedes dapat kita jumpai dalam berbagai peralatan dariyang sederhana sampai yang canggih, misalnya hydrometer, kapal laut, kapal selam, galangan kapal, balon udara, dan jembatan ponton. Hidrometer adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis suatu zat cair. Gambar bagan sebuah hidrometer dapat dilihat pada gambar 2.5. Anda dapat membuat sebuah hidrometer sederhana dengan cara berikut. Ambilah sebuah sedotan minuman yang terbuat dari plastik. Berilah pada salah satu ujung sedotan tersebut sebuah pemberat, misalnya logam atau aspal. Gambar 2.5 HidrometerTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 21

__________________________________________________ pengukuranSelanjutnya, buatlah skala pada hidrometer ini, misalnya setiap 1 mm.Kemudian, cobalah pada air yang memiliki massa jenis 1000 kg/m3.Kemudian, cobalah untuk zat cair lain yang massa jenisnya telah Andaketahui. Dari percobaan ini, Anda bisa memberikan angka pada skalahidrometer, dan hidrometer Anda siap untuk digunakan.Pada dasarnya, sebuah kapal selam mempunyai bagian yang disebut bagianpemberat. Bagian pemberat ini berupa sebuah tangki yang dapat diisi air.Ketika ingin menyelam ke dalam laut, bagian pemberat diisi dengan air laut,sehingga gaya ke atas yang bekerja pada kapal lebih kecil daripada beratkapal selam. Akibatnya kapal tenggelam. Ketika ingin muncul ke permukaan,air yang mengisi bagian pemberat dikeluarkan, sehingga kapal bisa munculke permukaan.Sebuah galangan kapal merupakan sebuah tempat untuk memperbaikibagian bawah kapal. Pertama kali, galangan berisi penuh dengan airsehingga kapal dari laut bisa masuk ke dalamnya. Selanjutnya, ketika kapalsudah berada di galangan, air di dalam galangan dikeluarkan sehinggagalangan terangkat naik, dan bagian bawah kapal bisa diperbaiki denganbaik.Pada balon udara, udara kita anggap sebagai zat cair. Ketika sebuah balonudara diisi dengan zat yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenisudara, maka berat udara yang dipindahkan sama dengan gaya ke atas padabalon. Akibatnya, balon tertekan keatas sehingga balon dapat mengapung diudara.Jembatan ponton adalah jembatan yang terbuat dari drum-drum kosong yangberisi udara. Tentu saja drum-drum tersebut harus selalu dijaga agar tertutuprapat sehingga tidak ada air yang masuk ke dalamnya. Jembatan ponton bisadigunakan untuk keperluan-keperluan darurat.2.5.3. Tegangan PermukaanTentu Anda pernah mengamati seekor nyamuk yang bisa terapung dipermukaan air. Atau berangkali, Anda pernah mencoba mengapungkansebuah pisau silet atau sebuah jarum jahit diatas permukaan air. Jikadiletakkan dengan hati hati, pisau silet dan jarum bisa terapung di permukaanwalaupun menurut hukum Archimedes, keduanya harus tenggelam karenamassa jenis keduanya lebih besar dari massa jenis air. Lalu apa yangmenahan nyamuk, pisau silet, atau jarum sehingga tetap terapung dipermukaan air? Gejala ini disebut tegangan permukaan pada fluida.Molekul-molekul dalam suatu fluida akan selalu mengalami gaya tarik-menarik dengan molekul-molekul sejenis lainnya. Gaya ini disebut gayakohesi. Namun molekul-molekul yang berada pada permukaan atau sangatdekat dengan permukaan lebih banyak mengalami gaya ke bawah karenalebih banyak molekul-molekul lain yang menarik ke bawah dibandingkanyang menarik ke atas, seperti diilustrasikan pada Gambar 2.6.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 22

__________________________________________________ pengukuran Gambar 2.6 Resultan gaya ke bawah yang bekerja pada molekul-molekul di permukaan atas di dekat permukaan Akibat lebih besarnya gaya ke bawah ini, permukaan zat cair akan cenderung mengerut dan membentuk luas permukaan sekecil mungkin. Dengan demikian, permukaan zat cair tersebut mengalami suatu tegangan, yang disebut tegangan permukaan.Untuk volume zat cair tertentu, luas permukaan terkecil yang mungkin yangmencakup volumenya adalah bola. Amati bagaimana tetesan air yang keluardari sebuah pipet atau yang menetes dari ujung-ujung daun (Gambar 2.7). Gambar 2.7 Tetesan air yang berbentuk bolaBentuk tetesan itu berupa bola-bola kecil. Ini merupakan salah satu buktiadanya tegangan permukaan. Amati pula tetesan-tetesan raksa pada suatupermukaan kaca yang bersih, seperti yang tampak pada Gambar 2.8. Gambar 2.8 Tetesan air di permukaan kacaTetesan yang paling kecil adalah bola, sementara tetesan yang lebih besarberbentuk bola yang digepengkan. Berat raksa pada tetesan yang besarmenyebabkan tetesan tersebut berupa bola gepeng.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 23

__________________________________________________ pengukuranUntuk menghitung besarnya tegangan permukaan ini, misalnya sebuahkawat kecil yang panjangnya L terapung di permukaan suatu zat cair. Jikagaya yang tegak lurus terhadap kawat ini dan terletak di permukaan zat cairadalah F, lihat gambar 2.9(a), maka tegangan permukaan γ didefinisikansebagaiγ=F …….. (2.7) LDengan kata lain, tegangan permukaan adalah gaya per satuan panjangyang bekerja pada permukaan yang tegak lurus terhadap kawat.Pada gambar 2.9(b), sebuah kawat dibengkokkan sehingga berbentuk hurufU. Kemudian, kawat AB dibuat sedemikian rupa sehingga bisa digerakkansepanjang kawat berbentuk U. Jika kawat ini kita celupkan ke dalam airsabun kemudian kita angkat, maka akan terbentuk suatu lapisan sabun.Karena lapisan sabun ini memiliki dua permukaan, maka tegangan yangdialami oleh kawat AB sama denganGambar 2.9 (a) Tegangan permukaan yang dialami oleh sebuah kawat L. (b) tegangan permukaan pada kawat L oleh dua permukaanTegangan Permukaan dalam Sehari-hariKetika mencuci pakaian, air sendiri tidak efektif untuk membersihkanpermukaan pakaian yang berminyak. Air tidak bisa ditarik oleh minyaksehingga tidak membasahi permukaan pakaian yang berminyak. Bahkan, aircenderung akan membentuk bola-bola kecil ketika menyentuh permukaanpakaian akibat tegangan permukaan pada air. Sabun dan detergen yangdicampurkan pada air akan memperkecil permukaan air, sehingga larutan airdan sabun ini bisa membasahi pakaian dan menarik partikel-partikel kotoranpada pakaian. Tegangan permukaan pada air juga berkurang denganbertambahnya suhu air. Inilah sebabnya, mencuci pakaian di air yang hangatlebih mudah dibandingkan mencuci pakaian di air yang dingin.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 24

__________________________________________________ pengukuranPada kain tenda digunakan bahan-bahan yang anti-air. Ketika hujan turun, airtidak bisa menembus tenda karena suatu lapisan tipis air terbentuk di antarabahan-bahan yang anti-air ini. Namun demikian, jika seseorang meyentuhtenda dari dalam, maka air bisa merembes masuk dan membasahi tendasehingga tenda akan bocor. Ini terjadi akibat pecahnya lapisan tipis air diantara bahan-bahan yang anti-air.Bahan-bahan pembuat sabun ditambahkan pada larutan pembasmiinsektisida yang digunakan oleh petani. Bahan sabun ini akan menambahdaya resap larutan pembasmi insektisida ke dalam air karena mengurangitegangan permukaan air. Akibatnya, larutan pembasmi insektisida bisamenyebar lebih luas pada suatu permukaan daun.2.5.4. Gejala meniscusBerdasarkan pengerian tegangan permukaan yang telah kita bahassebelumnya, maka permukaan suatu zat cair harus tegak lurus denganresultan gaya yang bekerja padanya. Karena jika tidak, akan ada komponengaya yang sejajar dengan permukaan, yang sesuai dengan hukum II Newton,akan menyebabkan adanya gerakan permukaan. Pada umumnya permukaanzat cair adalah horizontal, yaitu tegak lurus dengan gaya gravitasi; namumjika zat cair ini bersentuhan dengan suatu zat padat, permukaan pada tepipersentuhan ini biasanya berupa lengkungan. Gejala seperti ini disebutgejala meniscus. Perhatikan gambar 2.10 yang menunjukkan gejalameniscus ini. Gambar 2.10 Gejala meniscusUntuk menjelaskan terjadinya gambar 2.10(a), tinjaulah zat cair di B yangbersentuhan dengan dinding vertical. Zat cair di B mengalami gaya tarikmenarik BC yang dihasilkan oleh molekul-molekul zat cair disekitarnya, yaitugaya kohesi. Gaya kohesi adalah gaya tarik-menarik antara molekul-molekulyang sejenis. Di samping gaya kohesi ini, terdapat pula gaya BA yangdihasilkan oleh molekul-molekul zat padat, yang disebut gaya adhesi. Gayaadhesi adalah gaya tarik-menarik antara molekul-molekul yang tidak sejenis.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 25

__________________________________________________ pengukuranJika gaya adhesi BA ini lebih besar daripada gaya kohesi BC, maka resultangaya BR pada zat cair di titik B akan berarah ke kiri, seperti ditunjukkan padagambar 2.10(a). Akibatnya permukaan di B tegak lurus terhadap arah gayaBR, sehingga terbentuklah gejala meniscus cekung. Pada jarak yang agakjauh dari dinding, gaya kohesi lebih kuat daripada gaya adhesi sehinggaresultan gayanya hampir vertikal, dan permukaan zat cair lebih mendekatihorizontal. Sekarang tinjaulah Gambar 2.10(b). Pada kasus ini, gaya kohesiantara molekul-molekul zat cair BC lebih besar dibandingkan gaya adhesiantara molekul zat cair dan molekul zat padat BA. Akibatnya resultan gayaBR berarah ke kanan sehingga permukaan zat cair di B akan tertarik ke arahtegak lurus BR, membentuk gejala meniscus cembung. Ini terjadi pada raksadan kaca.Seberapa besarkah kecembungan atau kecekungan gejala meniscus ini?Untuk menyatakannya, didefinisikanlah sudut kontak ?, yaitu sudutpermukaan zat padat dengan gradient bidang permukaan zat cair. Gambar 2.11 Besar sudut kontak tergantung pada besar gaya adhesi dan kohesiZat cair pada Gambar 2.11(a) memiliki sudut kontak yang lebih kecil dari 90º,sedangkan pada gambar 2.11(b), sudut kontaknya lebih besar dari 90. Airmemiliki sudut kontak sama dengan nol dengan permukaan kaca, yaitudimana gaya kohesi jauh lebih kecil dibandingkan dengan gaya adhesisehingga permukaan air selalu paralel dengan dengan permukaan kaca,seperti tampak dalam gambar 2.11(c). Berdasarkan penjelasan di atas,dapatlah kita simpulkan bahwa besarnya sudut kontak bergantung padabesarnya gaya adhesi antara molekul zat cair dengan permukaan dinding zatpadat dan gaya kohesi antara molekul-molekul zat padat itu sendiri.2.5.5. Gejala KapilaritasTegangan permukaan menyebabkan zat cair yang memiliki sudut kontakkurang dari 90 o naik ke atas dalam pipa kapiler, lebih tinggi dibandingkandengan permukaan zat cair di luarnya. Semakin kecil pipa kapiler, semakinsemakin tinggi kenaikan zat cair. Jika zat cair memiliki sudut kontak yanglebih dari 90 o , maka permukaan zat cair dalam pipa kapiler akan lebihTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 26

__________________________________________________ pengukuranrendah dibandingkan permukaan zat cair di luarnya (b). Semakin kecil pipakapiler, semakin besar penurunan permukaan zat cair. Gejala naik turunnyapermukaan zat cair dalam pipa kapiler ini disebut gejala kapilaritas, sepertitampat dalam gambar 2.12 (a) dan (b). Berdasarkan gambar 2.12 tersebut, kita simpulkan bahwa gejala kapilaritas naik terjadi pada peristiwa menis- cus cekung, sedangkan gejala kapilaritas turun terjadi pada peristiwa meniscus cembung. Kenapa permuka- an zat cair bisa turun dalam permukaan pipa kapiler? Gambar 2.12 Gejala kapilaritasPerhatikan gambar 2.13(a), dimana zat cair mengalami meniscus cekung.Tegangan permukaan menarik pipa kearah bawah karena tidak diimbangioleh gaya tegangan permukaan yang lain. Sesuai dengan hukum III Newtontentang aksi-reaksi, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zatcair, tetapi dalam arah yang berlawanan (lihat Gambar 2.12(b). Gaya ini lahyang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat kolom zatcair yang naik sama dengan gaya keatas yang dikerjakan pipa pada zat cair(lihat gambar 2.12(c). Gambar 2.13 Analisis gejala kapilerJika massa jenis zat cair adalah ρ tegangan permukaan γ , sudut kontak θ ,kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler r, makaBerat zat cair yang naik = mg = ρ VgBerat zat cair yang naik = ρ π r2hg …… (i)TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 27

__________________________________________________ pengukuranKomponen gaya vertical yang menarik zat cair ini naik adalahF = ( γ cos θ ) (2π r) ….. (ii)Ingat kembali Persamaan (2.6) untuk mendapatkan persamaan diatas.Dengan menyamakan kedua persamaan ini, akhirnya diperoleh : ?πr 2hg = 2 πγr cosθh = 2γ cos θ ……….. (2.8) rρgSebagai contoh, kita masukkan nilai-nilai untuk air yang dimasukkan padasebuah pipa kapiler, dimana θ = 0, ? = 1,0 g/cm3, γ = 7,3 x 10-2 Nm-1, r =0,50 x 10-3 m. Persamaan (11.13) kita peroleh : 2(7,3 x10-2 N m −1) cos 0h = (0,50 x 10-3 m) (1,0 x103 kg / m3) (9,8 m / s2 ) = 3,0 x 10-2 m = 30 mmKapilaritas dalam sehari-hariternyata gejala kapilaritas banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.Contoh gejala kapilaritas yang bermafaat adalah pada kompor minyak tanah.Sumbu kompor berfungsi sebagai pipa kapiler, sedangkan minyak tanahberfungsi sebagai zat cair. Karena gejala kapilaritas ini, minyak tanah dapatmeresap dan bergerak naik melalui sumbu sehingga kompor bisa dinyalakan.Pada tumbuh-tumbuhan, air dari dalam tanah naik ke tumbuh-tumbuhanmelalui gejala kapilaritas. Yang bertindak sebagai pipa kapiler dalam kasusini adalah akar tumbuh-tumbuhan dan pembuluh kayu dalam batangtumbuhan. Saat ini banyak beredar obat nyamuk cair yang memanfaatkangejala kapiler. Obat nyamuk ini tidak perlu disemprotkan, tetapi obat nyamukcair yang ini akan meresap naik melalui sebuah kayu yang berfungsi sebagaipipa kapiler.Selanjutnya obat nyamuk tersebut difungsikan secara elektrik.Disamping menguntungkan, ternyata gejala kapilaritas ada juga yangmerugikan, misalnya naiknya air melalui dinding rumah pada waktu hujan.Ketika hujan turun, air hujan yang berada di permukaan tanah bisa meresapmelalui dinding rumah sehingga dinding rumah bagian dalam menjadilembab. Tentu saja dinding rumah yang lembab ini tidak baik bagi kesehatanpenghuninya.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 28

__________________________________________________ pengukuran2.5.6. ViskositasDi depan telah kita pelajari bahwa permukaan zat padat yang bersentuhanmenimbulkan gaya gesekan satu sama lain ketika keduanya bergerak.Dengan cara yang sama, gerakan dari lapisan fluida juga menimbulkangesekan, yang disebut viskositas fluida. Semakin besar viskositas, semakinsusah fluida itu mengalir. Viskositas fluida juga menunjukkan bagaimanagerakan zat padat dalam fluida tersebut. Semakin besar viskositas, semakinsusah suatu zat padat bergerak di dalamnya. Dalam sehari-hari, viskositaskita kenal sebagai ukuran kekentalan fluida.Didalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zatcair, sedangkan dalam gas viskositas muncul sebagai akibat tumbukan antarmolekul-molekul gas. Viskositas zat cair dapat ditentukan secara kuantitatifdengan besaran koefisien viskositas (?). Perhatikan gambar 2.14, dimana suatu lapisan fluida ditempatkan diantara dua papan, satu papan bergerak, sedangkan papan yang lain diam. Fluida bersentuhan dengan masing-masing akibat adanya gaya adhesi antara papan dan fluida, sehingga ketika papan atas bergerak dengan kecepatan v , fluida dibagian atas juga bergerak dengan kecepatan yang sama.Gambar 2.14 Menentukan viskositasSementara itu fluida yang bersentuhan dengan papan yang diam juga diam.Dengan demikian, ada variasi kecepatan dalam fluida, dari nol sampai vtertentu. Jika kecepatan v ini dibagi dengan tebal lapisan l , maka besaranv disebut gradien kecepatan.lUntuk menggerakkan papan yang atas diperlukan suatu gaya. Besarnyagaya yang diperlukan ini ternyata sebanding dengan luas permukaan kontakmasing-masing papan A, sebanding dengan kecepatan v , dan berbandingterbalik dengan ketebalan lapisan l (jarak antara dua papan). Dari sini kitabisa menuliskan besar gaya yang diperlukan untuk menggerakkan papanTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 29

__________________________________________________ pengukuranF =η A v ……….. (2.9) lSatuan SI untuk koefisien viskositas adalah N.s/m² yang disebutPascal.sekon. Contoh beberapa viskositas cairan dapat dilihat pada Tabel 2Tabel 2 Viskositas beberapa cairanHukum stokes dan kecepatan terminalRumusan matematis untuk menghitung besarnya gaya viskositas untukbenda yang bentuknya tak teratur tentu saja sulit. Untuk itu, dalampembahasan ini akan kita tinjau gaya viskositas yang dialami oleh suatu bolayang dijatuhkan dalam fluida. Menurut Sir George Stokes, gaya hambat (FD)yang dialami oleh suatu bola berjari-jari R yang bergerak dengan kecepatankonstan v didalam fluida dengan koefisien viskositas η adalah FD = 6η π Rv ……… (2.10)Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Stokes.Perhatikan sebuah bola yang jatuh dalam fluida pada gambar 2.15. gaya-gaya yang bekerja padanya adalah gaya berat w, gaya apung FB, dan gayahambat akibat viskositas FD. Ketika bola ii dijatuhkan, ia bergerak dipercepat.Namun ketika kecepatannya bertambah, gaya hambat akibat viskositas FDjuga bertambah. Akibatnya, pada suatu saat bola mencapai keadaansetimbang sehingga bergerak dengan kecepatan konstan, yang disebutkecepatan terminal. Pada kecepatan terminal ini resultan gaya yang bekerjapada bola sama dengan nol.TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 30

__________________________________________________ pengukuran Gambar 2.15 Gaya-gaya yang bekerja pada sebuah bola yang dijatuhkan dalam fluidaDengan memilih sumbu vertikal ke atas sebagai sumbu positif, maka padasaat kecepatan terminal tercapai berlakuFD + FB – w = 0 ……. (i)Gaya hambat FD diberikan oleh Persamaan (2.10) yaituFD = 6η π RvGaya apung FB diberikan oleh persamaan (2.1) FB= ? fluida g V; dan gayaberat w = mg. Dengan demikian, persamaan di atas menjadi :6 ? π R v + ? fluida g V – mg = 0Karena V adalah volume fluida yang dipindahkan, maka V =4/3 R³.Sementara itu, massa bola bisa kita nyatakan dalam jari-jari bola R danmassa jenis bola ? , yaitu : bolaM = ?bola V bola = ?bola (4/3 R³) ……… (ii)Dengan memasukkan persamaan-persamaan ini ke dalam pers (ii) diperoleh6 ? π R v + ? fluida (4/3 R³) g - ?bola (4/3 R³) g = 02R2 g 9η( )v = ρbola − ρ fluida …………… (2.11)Persamaan (2.11) adalah rumus yang digunakan untuk menghitungkecepatan terminal jika viskositas diiketahui. Jika yang ingin dihitung adalahviskositasnya (biasanya dilakukan dalam percobaan), maka persamaan(2.11) bisa dituliskan :TEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 31

__________________________________________________ pengukuran2R2 g 9η( )v = ρbola − ρ fluida …………… (2.12)2.5.7. Bilangan Reynold Re Aliran dapat ditentukan dengan bilangan ReynoldRe tanpa dimensi Re = v.dH v ……….(2.13)V = kecepatan aliran (m/detik)dH = diameter hidrolik (m), dengan penampang lingkaran = diameter dalam pipa dH = 4 x A UA = luas penampang, U = keliling v = viskositas kinetik ( m2/detik)Re kritis ˜ 2300Nilai ini berlaku untuk pipa bundar, halus (dari segi teknik) dan lurus.Pada Re kritis bentuk aliran berubah dari laminar ke turbulendan sebaliknya.aliran laminar Re < Re kritisaliran turbulen Re > Re kritisTEKNIK ALAT BERAT _________________________________________ 32

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidrolik3Prinsip-prinsip dasar hidrolik Apabila seseorang yang mengoperasikan, memperbaiki, ataumerencanakan sistem tenaga fluida (salah satu contohnya sistem hidrolik)seharusnya memahami secara keseluruhan tentang fisika fluida, sifat-sifatdan perilaku fluida. Pada bab 2 telah disinggung tentang karakteristik fluida.Mekanika fluida mengkaji perilaku dari zat-zat cair dan gas dalam keadaandiam ataupun bergerak. Fluida didefinisikan sebagai zat yang berdeformasiterus menerus selama dipengaruhi tegangan geser. Pada bab ini, kita akanmengkaji prinsip-prinsip dasar hidrolik, dimana fluida baik yang diammaupun yang sedang bergerak memiliki perilaku sedemikian rupa hinggatidak 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 partikeldisebabkan oleh tekanan. Sebelum kita mempelajari alat berat secara mendalam kita harusmempelajari 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 yangberhubungan dengan “air”. Dahulu didefinisikan sebagai segala sesuatuyang berhubungan dengan air. Sekarang kita mendefinisikan “hidrolik”sebagai pemindahan, pengaturan, gaya-gaya dan gerakan-gerakan zatcair. Dalam hal ini cairan digunakan sebagai sarana perpindahan energi.Minyak mineral adalah cairan yang sering digunakan, tetapi dapatdigunakan 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 dalamhidrolik. Salah satu contoh dari hidrodinamika murni adalah perpindahanenergi aliran di turbin-turbin pembangkit listrik tenaga air. Selain dengan sistem hidrolik, tentu ada cara lain untuk memindahkanenergi seperti : roda gigi, poros mekanisme engkol dan sebagainya(mekanik), amplifier, elemen pengubah elektronik (elektronik), pemindahanseperti hidrolik dengan udara sebagai elemen transfer (pneumatik).Masing-masing mempunyai bidang penerapannya sendiri, namun dalambeberapa kasus, kita bisa memilih dari berbagai kemungkinan.TEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 33

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidrolik Banyak alasan yang dapat dikemukakan mengapa orang memilihpengontrolan dari penggerak hidrolik. Beberapa sifat khusus sistemhidrolik:1. Gaya yang tinggi (berupa momen putar) dengan ukuran yang kompak, yaitu berupa kepadatan tenaga yang tinggi2. Penyesuaian gaya otomatik3. Dapat bergerak dari keadaan diam meskipun pada beban penuh4. Pengubahan (kontrol atau pengaturan) tanpa tingkatan dan kecepatan, momen putar (torsi), gaya langkah dan sebagainya yang dapat dilakukan dengan mudah5. Perlindungan terhadap beban berlebih yang sederhana6. 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 energihidrolik (hydraulic power) akan dipakai secara bergantian dengan energifluida bertekanan (fluid power), meskipun secara makna tidak berbeda. Olimineral secara umum banyak digunakan pada sistem ini selain minyak-minyak sintetis, air atau emulsi air dan oli. Meskipun beberapa yang disebutterakhir memiliki keterbatasan-keterbatasan yang sangat berarti. Barangkali satu kelebihan yang tak dipunyai energi lain, bahwa energihidrolik adalah salah satu sistem yang paling serbaguna dalam mengubahdan memindahkan tenaga. Terbukti dari sifat kekaku-annya, namunsekaligus mempunyai sifat kefleksibilitasannya. Dalam bentuk apapuncairan minyak hidrolik akan mengikuti bentuk yang ditempatinya padabeberapa bagian dari sistem. Setiap bagian melakukan kerja sesuaidengan ukuran yang ditempatinya, dan dapat disatukan kembali menjadisatu kesatuan. Pada halaman berikut ini disampaikan perbandingan antaraenergi hidrolik dengan berbagai sistem energi lain : pneumatik, elektrik, danmekanik untuk memperjelas posisi berbagai sistem itu.TEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 34

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidrolikTabel 1. Perbandingan berbagai sistem energiKriterium Hidrolik Pneumatik Elektrik/ Mekanik ElektronikPembawa Oli Udara Elektron Poros, batangenergi (secara umum penghubung, sa-buk, fluida) rantai, roda dllPerpindahan Pipa, selang, Pipa, selang, Kabel/ bahan yang Poros, batangenergi tabung, tabung, lubang bersifat konduksi penghubung, sabuk, lubang rantai, roda dllKonversi dari Pompa, Kompresor, Generator, baterai,dan ke energi silinder, motor silinder, motor motor listrik (E),mekanik hidrolik (HY) pneumatik (PN) mag net, solenoid, motor induksiBesaran Tekanan p Tekanan p Tegangan V Gaya, Torsi,karakter (30…400 bar) (sekitar 6 bar) Arus I kecepatan, putaranterpenting Debit Q Debit QEfisiensi Baik sekali/ Baik, terbatas Cukup – Baik Baik,perpindahan sempurna karena Koefisien efisi ensi Sebab konversi enerenergi Kompak, tekanannya berat mo tor listrik gi tak diperlu kan. harga layak maksimal hanya 1/10 x dibanding Keterbatasan nya dg teknologi. 6 bar motor hidrolik. terlihat pa da Operasi sam Menghubung- kemampu an pai 400 bar. memutus mu dah pengontrol annya Merubah ke dilakukan dg switch gerakan linear sederhana dg silinderKeakuratan Sempurna, Cukup – Baik, Sangat bervariasi. Baik sekali,gerakan sebab oli tak sebab udara Kadang tinggi disebabkan kaitan antar komponen dapat kompresibel kadang rendah pasti dikompresi Baik, disini tak perlu proses konversi. AdaEfisiensi Cukup – Baik, kerugian volume Baik, sepanjang kerugian-kerugian dan gesekan selama konversi energi ini tersedia gesekan. tergantung pengontrolannya sebagai energi Cukup-Baik, melalui dengan katup-katup utama perpindahan roda gigi dan sistemKemampuan Sempurna, Sempurna, Untuk tenaga kecil perpindahan mekanis bertingkatuntuk dikontrol dengan katup- dengan katup- : sempurna, untuk katup (dapat katup (untuk tenaga besar : ditingkatkan tenaga cukup-baik. Dg lagi dengan kecil yang switch, relay, – dikombina menengah). Dpt variable resistor dll sikan energi ditingkatkan dgn listrik) energi listrikPembangkitan Sangat Sangat mudah, Sedikit lebih rumit, Sederhana dengangerakan lurus mudah, menggunakan dengan mekanisme engkol, menggunakan silinder menggunakan poros pendek silinder motor linear (spindle) dll.Hubungan Operasi Pengontrolan Digerakkan ataupemberian pneumatik dengan dilepas dg pompa,sinyal dari dengan katup2 electromagnet motor hidrolik,sistem hidrolik kontrol arah (solenoid, switch, silinder, gerakandengan sistem swit tekanan dll.) katup melalui camlain dan lintasan. Hidrolik dapat bergerak dengan cepat pada satu bagian dan dapatdengan lambat bergerak pada bagian yang lain. Tak satupun mediumTEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 35

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidrolikenergi yang dapat mengkombinasikan kesamaan derajat dari kepastian,ketelitian, fleksibilitas, yang menjaga kemampuan untuk memindahkantenaga maksimum dalam bagian yang besar dengan ukuran yangminimum. Komponen hidrolik dikenal kompak (compact), ukuran yangkecil/ringan tetapi mampu memberi tenaga yang besar. Alat berat merupakan aplikasi dari hidrolik. Hidrolik merupakanaplikasi dari mekanika fluida. Mekanika fluida merupakan aplikasi ilmufisika. Hukum-hukum fisika yang mengatur fluida cair sesederhana ilmumekanika benda padat dan lebih sederhana dibanding dengan denganhukum-hukum yang mengatur ilmu-ilmu udara, panas, uap, gas, elektron,sinar, gelombang, magnit dan sebagainya. Dalam beberapa hal hidrolikserupa dengan pneumatik (pneumatics-ilmu yang mempelajaripemanfaatan udara bertekanan untuk perpindahan energi), terutama padaprinsip kerja dan komponen-komponennya. Oli bertekanan adalah mediapemindah energi yang sehabis dipakai oleh elemen kerja (silinder ataumotor hidrolik) harus dikembalikan ke penampung (reservoir atau tangki),tidak langsung dibuang ke atmosfer seperti udara bekas pada sistempneumatik. Dalam sistem hidrolik, fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya.Minyak mineral umum dipergunakan sebagai media. Dengan prinsipmekanika fluida yakni hidrostatik (mekanika fluida yang diam/statis, teorikesetimbangan dalam cairan), hidrolik diterapkan. Prinsip dasar darihidrolik adalah karena sifatnya yang sangat sederhana. Zat cair tidakmempunyai bentuk yang tetap, zat cair hanya dapat membuat bentukmenyesuaikan dengan yang ditempatinya. Zat cair pada praktiknyamemiliki sifat tak dapat dikompresi (incompressible), berbeda dengan fluidagas yang mudah dikompresi (compressible). Karena fluida yang digunakanharus bertekanan, akan diteruskan ke segala arah secara merata denganmemberikan arah gerakan yang halus. Ini didukung dengan sifatnya yangselalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya dan tidak dapat dikompresi.Kemampuan yang diuraikan di atas akan menghasilkan peningkatankelipatan yang besar pada gaya kerjanya. Uraian yang lebih jelas akandisajikan pada bab-bab selanjutnya. Jadi, sistem hidrolik adalah suatu sistem pemindah tenaga denganmempergunakan zat cair/fluida sebagai media/perantara. Karena sifatcairan yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya, akan mengalirke segala arah dan dapat melewati berbagai ukuran dan bentuk. Untukmenjamin bahwa komponen hidrolik harus aman dalam operasinya, dapatdipenuhi oleh sifat zat cair yang tidak dapat dikompresi. Gambar 3.1TEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 36

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidrolikmenunjukkan, apabila gaya itu di tekan ke arah silinder yang tertutup rapatmaka pada silinder itupun akan terjadi tekanan di permukaan dalam.Tempat-tempat terjadinya tekanan itu tentu akan merata ke seluruh kulitdalam silinder, disebabkan sifat zat cair yang meneruskan gaya ke segalaarah. Gambar 3.1 Tekanan diteruskan ke segala arah Gambar 3.2 memperlihatkan dua buah silinder yang berukuran samayang terhubung dengan pipa, kemudian silinder diisi dengan minyak olihingga mencapai batas permukaan yang sama. Dua piston diletakkan diatas permukaan minyak oli. Kemudian salah satu piston ditekan dengangaya W kg, tekanan ini akan diteruskan ke seluruh sistem hingga pistonyang lain naik setinggi langkah ke bawah piston yang ditekan. Gambar 3.2 Zat cair meneruskan tekanan ke segala arah Prinsip inilah yang dipergunakan pada alat pengangkat hidrolik.Dengan membuat perbandingan diameter yang berbeda akan mempe-ngaruhi gaya penekan dan gaya angkat yang didapatnya. PerhatikanGambar 3.3 pada halaman berikut, bila diameter piston penekan dibuatTEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 37

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidroliklebih kecil dari piston penerima beban/pengangkat beban akanmemberikan gaya tekan yang ringan tetapi gaya tekan itu akan diteruskanmenjadi gaya dorong ke atas yang besar. Rumus lebih rinci dijelaskan padabahasan pada bab-bab selanjutnya. Gambar 3.3 Perbandingan gaya pada pengungkit hidrolik Hidrolik dapat dinyatakan sebagai alat yang memindahkan tenagadengan mendorong sejumlah cairan tertentu. Komponen pembangkit fluidabertekanan disebut pompa, dan komponen pengubah tekanan fluida (ataujuga sering disebut energi hidrolik, dalam hal ini misal : oli bertekanan)menjadi gerak mekanik disebut dengan elemen kerja. Prinsipnya elemenkerja akan menghasilkan gerak mekanis. Gerakan mekanis lurus (linear)dihasilkan dari elemen kerja berupa silinder hidrolik, dan gerakan mekanisputar (rotary) dihasilkan oleh elemen kerja berupa motor hidrolik. Uraianmasing-masing elemen itu akan dibahas secara rinci pada bab-babselanjutnya. Sebagai penggerak pompa hidrolik dapat digunakan motor listrik ataumotor penggerak mula. Setelah oli hidrolik dipompa pada tekanan tertentu,kemudian disalurkan ke katup kontrol arah yang bertugas mengaturkemana cairan hidrolik itu dialirkan. Diagram alir sistem hidrolik dapatdilihat pada gambar 3.4. Urutan aliran dimulai dari pembangkit berupamotor listrik atau motor bakar yang menggerakkan pompa oli, pompa olimeningkatkan tekanan oli yang ditampung pada reservoir. Melalui katupkontrol hidrolik, oli bertekanan dialirkan ke pemakai berupa elemen kerjaTEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 38

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidroliksilinder/motor hidrolik yang akan mengubah energi hidrolik itu menjadienergi gerak/mekanis. Dengan demikian urutan energinya dari motorlistrik/bakar ke silinder hidrolik berturut-turut : energi listrik/mekanis – energihidrolik – energi hidrolik – energi mekanis. Gambar 3.4 Diagram aliran sistem hidrolik Bila diperhatikan penjelasan di atas, sistem hidrolik nampak sangat sederhana, namun komponen hidrolik tidak dapat bekerja begitu saja. Peralatan hidrolik memerlukan ketelitian gerakan, keamanan dan keselamatan, dan hemat energi dalam pengoperasiannya. Seluruh persyaratan yang dituntut itu dapat dipenuhi dengan melengkapi komponen- komponen tertentu yang disebut katup-katup kontrol arah (directional control valves) yang mengatur tekanan, aliran, keamanan, maupun arah fluida oli. Jenis, fungsi, konstruksi dan sistem kerja katup-katup kontrol itu secara terinci akan dibahas pada bab-bab selanjutnya. Bagaimana mekanisme per pindahan oli hidrolik pada sistem hidrolik? Kita ikuti penjelasan melalui gambar 3.5 berikut. Oli hidrolik yang ditampung dalam reservoir (2) dipompa oleh pompa hidrolik (1) pada tekanan dan debit tertentu tergantung pada beban dan kecepatan gerak beban tersebut. Semakin besar beban yang harus di geser, diangkat, dipreskan atau ditekan pada tekanan tertentu akan memerlukan tekanan yang relatif tinggi. Gambar 3.5 Skema sistem hidrolik (ke kanan).TEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 39

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidrolikDemikian pula semakin cepat gerak perpin-dahan beban, debit (volumeyang dihasikan per satuan waktu) pompa hidrolik harus semakin besar.Dengan kata lain gaya yang dihasilkan tergantung pada tekanan kerja, dankecepatan gerak perpindahan tergantung pada debit yangdihasilkan pompa, dengan ketentuan ia bekerja pada luas penampangsilinder kerja yang sama. Hasil pemompaan pompa hidrolik 1 (dalam gambar ini jenis pomparoda gigi) didistribusikan ke katup kontrol arah 5 dan sebagian ke katuppengaman 3. Katup pengaman 3 berfungsi sebagai pengatur tekananmaksimum yang diinginkan. Apabila tekanan yang dihasilkan oleh pompamelebihi yang disetel pada katup pengaman tersebut, maka secaraotomatis oli hasil pemompaan akan disalurkan kembali ke reservoir.Dengan demikian tekanan penyetelan (sesuai tekanan kerja yangdiinginkan) akan selalu tercapai, dan tekanan yang melebihi akandihindarkan melalui mekanisme pembocoran pada katup pengaman.Pembahasan lebih detil tentang katup pengaman akan dibahas pada babtersendiri. Apabila posisi katup kontrol arah seperti pada gambar 3.5, maka piston pada silinder (4.1) tertekan pada sisi sebelah kiri dan piston akan bergeser ke kanan. Kecepatan gerak pergeseran piston (beban) dapat diatur oleh katup pengatur aliran 7. Di depan piston 4.1 terdapat cairan oli yang terdorong olehnya sehingga mengalir kembali ke reservoir melewati katup kontrol arah 5. Mekanisme yang sama terjadi apabila posisi katup kontrol arah sedemikian rupa sehingga saluran A yang mendapat tekanan sehingga piston sisi kanan tertekan maka piston (beban) akan bergerak ke kiri. Oli yang ada di sebelah kiri piston akan dikembalikan ke reservoir melalui saluran B dan katup kontrol arah 5 (amati gambar 3.6). Demikian uraian singkat tentang terjadinya gerakan beban, sederhana bukan ? Gambar 3.6 Skema sistem hidrolik beban kekiriTEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 40

________________________________ 3. prinsip-prinsip dasar hidrolik Gambar skema seperti pada gambar 3.5. dan 3.6. untuk sistemhidrolik yang kompleks, misalnya dengan silinder kerja lebih dari dua atautiga (misal pada bulldozer- seperti terlihat pada gambar 3.7 dan 3.8) akansulit menggambarkannya. Selain terlihat ruwet, tidak praktis, dan juga sulitmenyeragamkan gambar-gambar dari berbagai pabrik pembuat komponenhidrolik. Untuk mengatasi hal itu, maka skema gambar dalam sistemhidrolik cukup digambarkan dalam bentuk simbul-simbul yang tentunyasudah distandarkan/dinormalisasikan. Dari skema gambar 3.5. dapatdisederhanakan gambarnya menjadi gambar 3.8. di halaman 42. Gambarini disebut sebagai diagram sirkuit sistem hidrolik. Pembahasan tentangdiagram sirkuit sistem hidrolik akan diuraikan pada bab-bab selanjutnya. Gambar 3.7 Skema sistem hidrolik pada bulldozerTEKNIK ALAT BERAT _______________________________________ 41