LAPORAN AKHIR

TEKNIK HIDROLIK & PNEUMATIK

RESERVOIRS & ACCUMULATORS

OLEH

NAMA            : M. FITRA GAFAR

NO. BP            : 06 171 052

DOSEN            : DR.-ING H. HAIRUL ABRAL

                                                                                         

JURUSAN  TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK – UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2010

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami ucapkan atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan Laporan Akhir presentasi kuliah Teknik Hidrolik dan Pneumatik ini.

Laporan akhir presentasi kuliah Teknik Hidrolik dan Pneumatik disusun berdasarkan ilmu-ilmu yang telah kami peroleh selama perkuliahan ditambah dengan informasi dari buku yang relevan serta browsing di internet. Presentasi kuliah Teknik Hidrolik dan Pneumatik merupakan salah satu aturan penilaian selama perkuliahan yang harus dilaksanakan oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas yang mengambil mata kuliah pilihan bidang konversi energi ini.

Selama menyelesaikan laporan ini, kami telah bayak mendapatkan bimbingan, bantuan, dan dorongan dari berbagai pihak. Maka dalam kesempatan ini  dengan segala kerendahan hati kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1.      Bapak Dr.-Ing H. Hairul Abral sebagai dosen mata kuliah Teknik Hidrolik dan Pneumatik.

2.      Dan teman-teman yang selama ini telah banyak membantu dalam pembuatan Presentasi dan Laporan Akhir ini.

Semoga semua bantuan yang telah diberikan kepada kami mendapat balasan yang setimpal dari Allah SWT. Selain itu kami  juga menyadari bahwa Laporan Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, maka kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi kesempurnaannya, sehingga dapat bermanfaat bagi semua pihak nantinya.

Padang,  12 Juli 2010

Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  LATAR BELAKANG

Teknik Hidrolik dan Pneumatik merupakan salah satu mata kuliah pilihan dalam bidang konversi energi di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas dan mempunyai bobot 2 sks. Dalam mata kuliah ini mahasiswa mempelajari apa yang dimaksud dengan hidrolik dan pneumatic dan bagaimana prinsip kerja dan sebagainya yang ilmu tersebut sangatlah aplikatif dipakai dalam dunia industri. Untuk itu kami akan menjelaskan lebih dalam tentang salah satu komponen hidrolik yang disebut dengan ”Reservoirs dan Accumulators”.

1.2  TUJUAN

1. Mengetahui salah satu komponen hidrolik yang disebut dengan reservoirs dan accumulators.
2. Mengetahui prinsip kerja dan skematik dari reservoirs dan accumulators hidrolik.
3. Mengetahui jenis-jenis reservoirs dan accumulators hidrolik.
4. Mengetahui hal-hal yang harus diperhatikan dalam pemilihan reservoirs dan accumulators untuk sebuah sistem hidrolik.

1.3  MANFAAT

Manfaat yang bisa didapatkan dari kuliah Teknik Hidrolik dan Pneumatik adalah kita dapat mengetahui lebih dalam tentang sebuah sistem hidrolik yang sudah sangat sering digunakan pada indusri-industri seperti saat sekarang ini.

Diharapkan mahasiswa nantinya tidak hanya mengetahui bagaimana sebuah sistem hidrolik bekerja, tetapi mahasiswa juga dapat menganalisa sistem hidrolik tersebut. Sehingga disaat sebuah sistem hidrolik mati atau tidak bekerja sebagaimana mestinya, maka mahasiswa dapat menganalisa dan menemukan kesalahan yang telah terjadi pada sistem hidrolik tersebut. Dengan begitu mahasiswa dapat lebih aplikatif terhadap sistem hidrolik di dalam dunia indsutri nantinya.

 

BAB II

TIJNJAUAN PUSTKA

2.1Reservoir Hidrolik

2.1.1        Pengertian Reservoir

                Reservoir Hidrolik adalah tempat penampungan fluida (oli) dari suatu sistem hidrolik dan seluruh oli dari sistem hidrolik akan selalu melewati reservoir. Dimana oli akan ditampung didalam reservoir dan selanjutnya dialirkan lagi kedalam sistem hidrolik dengan menggunakan pompa.

2.1.2        Fungsi Reservoir

1.         Storage of oil

Merupakan fungsi utama dari reservoir, dimana reservoir berfungsi sebagai tempat penampung oli dalam suatu sistem hidrolik. Volume reservoir tergantung pada kebutuhan oli dalam sistem hidrolik dan karakteristik fisik dari sistem hidrolik itu sendiri.

2.         Cooling of oil

Sewaktu oli bekerja dalam suatu sistem hidrolik, maka oli akan mengalami gesekan dan panas sehingga temperatur oli menjadi naik. Untuk itu reservoir berfungsi sebagai tempat pendingin oli.

3.         Expansion of fluid

Hampir sama dengan fungsi reservoir yang sebelumnya sebagai pendingin oli. Maka disini fungsi reservoir adalah sebagai tempat ekpansi panas dari fluida (oli) ke udara.

4.         Separation of contaminant

Oli telah bersirkulasi dalam suatu sistem hidrolik akan masuk reservoir dan biasanya bercampur dengan kotoran-kotoran yang ada di dalam sistem hidrolik, seperti ; debu, parikel-partikel komponen ataupun udara. Kotoran-kotoran tersebut sangat mengganggu kerja sistem hidrolik nantinya. Untuk itu reservoir juga difungsikan sebagai alat penyaring kotoran-kotoran. Biasanya disaluran masuk reservoir diletakan filter.

5.         Structural support

Karena reservoir berukuran besar, rigid dan cukup berat, maka reservoir biasa dijadikan dasar atau tumpuan untuk sebuah sistem hidrolik. Komponen-komponen hidrolik lain seperti ; pompa biasanya diletakan diatas reservoir.

6.         Easy acces

The reservoir should be designed such that it provide easy acces for removal of old and used oil and contaminats from the tank. It should facilitate easy cleaning of the interior.

2.1.3        Tipe-tipe Reservoir

1.      Pressurised reservoirs

Reservoir bertekanan sangat jarang digunakan dalam sistem hidrolik dan biasanya digunakan untuk sistem hidrolik penerbangan. Dimana pompa yang digunakan dalam sistem hidrolik memerlukan oli yang bertekanan untuk dapat bekerja optimum.

Gambar 1. Pressurised reservoirs

2.      Non- pressurised reservoirs

Reservoir tidak bertekanan adalah tipe reservoir yang sangat sering digunakan dalam dunia industri. Reservoir tidak bertekanan pun dapat dibedakan menjadi dua tipe, yaitu :

a.      Open type reservoirs

Reservoir tipe ini adalah reservoir dengan kondisi terbuka, dimana oli berhubungan langsung dengan udara luar (lingkungan). Reservoir tipe ini sangat lemah dalam fungsinya sebagai penyaring kotoran, sebab oli berhubungan langsung dengan udara. Sehingga dikhawatirkan udara dan kotoran-kotoran lain dapat bercampur dengan oli saat memasuki pompa dan mengganggu kerja sistem hidrolik. Sehingga kerja yang dihasilkan sistem hidrolik menjadi tidak optimum. Hal inilah yang membuat open type reservoir menjadi tidak terkenal.

b.      Closed type reservoirs

Untuk reservoir tipe inilah yang banyak digunakan, karena kondisinya yang tertutup sehingga tidak ada kotoran-kotoran dari lingkungan yang akan bercampur. Reservoir tipe ini mempunyai banyak variasi desain seperti ; rectangular, square, spherical, cylindrical, etc.

2.1.4        Ukuran Reservoir

               Dalam perancangan ukuran reservoir suatu sistem hidrolik harus berdasarkan standar yang dikeluarkan oleh NFPA. Secara umum dalam standar ini ditetapkan bahwa ukuran minimum dari suatu reservoir hidrolik adalah volume reservoir harus berukuran 3 kali dari volume total oli yang berada dalam suatu sistem hidrolik ditambah 10% untuk udara.

2.1.5        Komponen-komponen Reservoir

                        Reservoir suatu sistem hidrolik terdiri dari beberapa komponen yang mempunyai fungsi-fungsi tersendiri. Pada di bawah ini adalah komponen-komponen dari sebuah reservoir dapat dilihat secara jelas.

 

Gambar 2. Reservoir hidrolik beserta komponen-komponennya

1.      Kapasitas Reservoir : Reservoir harus berkapasitas 3 kali dari oli sistem hidrolik dan 10% untuk udara.

2.      Mounting Plate : Berfungsi untuk menutup reservoir dari kontaminasi dari lingkungan atau udara luar.

3.      Flexible Motor Coupling : Connects prime mover to hydraulic pump.  Allows for variances in alignment.

4.      Filler Breather Cap : Sebagai tempat untuk memasukkan oli, tempat keluar-masuk udara dan juga sebagai penyaring udara.

5.      Baffle : Forces return fluid to travel further before suction to ensure greater fall out of contamination and escape of air.

6.      Reservoir Legs : Sebagai dasar atau tumpuan dari reservoir. Biasanya tingginya sekitar ±150 mm dari permukaan tanah, sehingga dapat juga menjadi tempat sirkulasi udara.

7.      Additional Return and Drain Lines: Allow for machine modifications.

8.      Oil Level Indicator : Sebagai alat control oli atau untuk memonitor jumlah oli yang terdapat dalam reservoir.

9.      Cleanout Covers : Sebagai tempat untuk membuang kotoran yang terjebak/tertinggal di dalam reservoir.

10.  Drain Plug : Untuk mengeringkan reservoir dari oli.

11.  Reservoir Tank : Holds fluid and acts as a conduit by which heat escapes to surrounding air. Biasanya menggunakan material SAE 1020, tapi aluminum saat sekarang ini sudah sangat sering/popular digunakan sebagai material reservoir, karena mempunyai karakteristik perpindahan panas yang unik.

2.1.6        Jenis Desain Reservoir

                        Reservoir mempunyai tumpuan (reservoir legs) dan bagian dasar reservoir dibuat ± 150 mm dari permukaan tanah, untuk sirkulasi udara, pemudahan service dan pengeringan oli selama  service dilakukan.

                        Pompa dan komponen hidrolik kebanyakan disusun diatas reservoirs, dimana harus mempunyai struktur reservoir yang sangat kuat. Desain seperti ini disebut dengan “basic design of a hydraulic reservoir”.

Gambar 3. Basic design of a hydraulic reservoir

Secara umum reservoir dapat didesain sebagai berikut :.

Gambar 4. Jenis desain reservoir

1. Conventional reservoirs, bisa juga disebut dengan tipe “flat tops,” reservoir ini biasa digunakan untuk motor 7.5-40 HP.
2. Overhead reservois,r bisa digunakan untuk lebih dari satu pompa  atau beberapa pompa.
3. L-shape reservoirs biasanya didesain untuk tekanan head positif dan juga bisa untuk motor 4-50 HP. Keuntungan dari reservoir desain ini adalah saat dilakukan service terhadap reservoir atau komponen lainnya tidak mengganggu kerja pompa, namun biaya yang terlalu mahal jika dibandingkan tipe-tipe sebelumnya.

2.1.7        Panas yang terbuang dengan Reservoir

Reservoir berfungsi sebagai pendingin dan ekpansi panas dari oli sistem hidrolik ke lingkungan. Maka bisa didapatkan formula untuk memperkirakan jumlah panas dari sebuah tangki dengan ukuran tertentu bisa menghilang :

 

      Keterangan :    HP = Maximum Power the size tank can dissipate    (hp)

                                          T_Fmax = maximum allowable fluid temperature         (°F)

                                           T_Amax = maximum ambient air temperature                         (°F)

                                          A = tank area in contact with fluid                             (ft²)

2.2Accumulator Hidrolik

2.2.1        Pengertian Accumulator

                        Accumulator merupakan sebuah tipe dari alat penyimpan energi, yang pada suatu saat tertentu juga akan berfungsi sebagai reservoir sementara yang bisa menyerap beban kejut dari suatu sistem hidrolik. Pada Gambar 5 dapat dilihat contoh dari salah satu jenis accumulator.

Gambar 5. Accumulator

2.2.2        Fungsi Accumulator

a.      Energy storage

Ketika sistem hidrolik mengalami kerja yang berat, maka pada sistem akan megalami beban yang sangat besar dan ini akan membahayakan komponen-komponen hidrolik yang lain sistem hidrolik itu sendiri. Pada saat kondisi ini pompa akan terus menyuplai aliran oli, jika tekanan oli tidak sanggup melakukan kerja yang berat, maka akan terjadi desakan energi dari actuator ke pompa, Untuk mencegah kerusakan pada pompa, energi yang berlebih itu akan diserap oleh akumulator. Dan energi yang diserap ini akan dilepaskan lagi saat sistem hidrolik kekurangan energi atau pada saat tekanan yang diberikan pompa melemah.

b.      Shock absorber

Beban kejut yang sering dialami actuator akan menimbulkan getaran pada sistem hidrolik, disini accumulator berfungsi sebagai peredam getaran yang terjadi pada actuator, sehingga tidak menimbulkan getaran dan gangguan pada sistem hidrolik.

c.       Supplementing pump flow

Pada fungsi pertama tadi telah dijelaskan bahwa accumulator berfungsi menyimpan energi. Energi yang diserap ini akan dilepaskan lagi ketika tekanan pompa melemah sehingga kerja yang dihasilkan selalu konstan dan tidak mengganggu kerja sistem hidrolik

d.      Maintaining pressure

Disini akumulator berfungsi untuk mempertahankan tekanan sistem. Jika tekanan oli terlalu besar, maka accumulator akan menyerap sebagian. Dan jika tekanan oli terlalu kecil (dari pompa) maka accumulator akan menyuplai tekanan, sehingga tekanan oli dalam sistem hidrolik akan tetap konstan.

e.      Leakage compesation

Disini accumulator berfungsi mengkompensasi tekanan saat terjadi kebocoran. Dimana saat terjadi kebocoran, maka tekanan oli dalam sistem hidrolik akan turun dan accumulator akan menggantikan/menambah tekanan oli sehingga kerja sistem hidrolik tetap normal untuk sementara waktu.

f.        Thermal expansion compensator

Accumulator juga dapat mengkompensasi panas yang terjadi pada oli di dalam sistem hidrolik.

2.2.3        Prinsip Kerja Accumulator

                        Secara umum walaupun berbeda tipe, prinsip kerja accumulator adalah sama. Gambar berikut merupakan contoh accumulator tipe gas.

Gambar 6. Proses kerja accumulator tipe gas

Gambar diatas merupakan proses yang terjadi pada sebuah accumulator. Berikut penjelasan dari masing-masing proses :

(a) empty - no gas charge;

(b) precharged with dry nitrogen;

(c) system pressure exceeds precharge pressure and hydraulic fluid flows into     accumulator;
(d) system pressure peaks, maximum fluid has entered accumulator, and system relief opens;

(e) system pressure drops, precharge pressure forces fluid from accumulator and into system; and

(f) system pressure reaches minimum needed to do work. 

2.2.4        Tipe-tipe Accumulator

Secara umum tipe akumulator dibedakan atas :

Gambar 7. Tipe-tipe accumulator beserta lambangnya

Gambar diatas memperlihatkan 3 jenis accumulator yaitu tipe weight, tipe pegas dan tipe dengan memanfaatkan udara dan yang membedakan ketiga accumulator tersebut akan dijelaskan sebagai berikut :

1. Weight loaded accumulator

Pada accumulator tipe ini memanfaatkan berat dari suatu benda untuk kompensasi tekanan, maupun tekanan kejut pada system hidrolik. Beban yang berat ini akan bergerak ke atas ketika tekanan sistem hidrolik terlalu besar dan akan turun ketika tekanan sistem kembali mengecil.

Akumulator jenis weight dapat dilihat pada gambar berikut :

 

Gambar 8. Weight loaded accumulator

2. Spring loaded accumulator

Pada tipe accumulator ini, perubahan volume yang terjadi proporsional terhadap tekanan yang terjadi pada system hidrolik. Pegas akan tertekan ketika oli bertekanan masuk ke dalam accumulator. Pada sistem ini memanfaatkan prinsip seperti yang terlihat pada rumus di bawah ini.

Keuntungan dari tipe accumulator ini adalah ukurannya yang lebih kecil dari tipe accumulator yang lain dan pemasangannya yang lebih mudah. Tapi kelemahannya adalah suppy energy yang diberikan kecil, ini karena ukuran accumulator jenis ini yang kecil dan tekanan yang diberikannya juga tidak konstan.

 

Gambar 9. Spring loaded accumulator

3. Gas charged accumulator

a.      Non-separator type

       Tipe accumulator ini tidak banyak digunakan dalam dunia industri karena sering menimbulkan gelembung udara udara (foaming) sebab tidak menggunakan penyaring.

b.      Piston

Accumulator yang menggunakan prinsip piston silinder. Saat tekanan oli tinggi, piston akan bergerak. Dan saat tekanan oli turun, maka piston akan kembali ke posisi semula dengan melepas energi yang tersimpan dalam accumulator.

c.       Bladder

Accumulator tipe ini menggunakan prinsip balon. Dimana di dalam accumulator dimasukkan balon yang diisi udara nitrogen. Bedanya dengan tipe piston adalah pada saat tekanan oli tinggi makan balon tersebut akan tertekan.

d.      Diaphragm

Untuk accumulator tipe ini, hampir sama dengan tipe blader. Bedanya accumulator tipe ini terdiri dari dua sekat yang berbeda yang dipisahkan oleh sebuah membran. Pada saat tekanan oli tinggi, maka mebran tersebut akan tertekan.

                  

Gambar 10. Gas charged accumulator

2.2.5        Hal-hal yang Harus Diperhatikan dalam Memilih Accumulator

1.     Accumulator tipe piston tidak cepat bereaksi, tidak seperti halnya pada accumulator tipe diaphragm atau bladder. Tapi accumulator tipe piston dapat disusun dalam beberapa posisi dan cocok untuk temperatur  tinggi.

2.     Accumulator tipe diaphragm banyak digunakan pada industri penerbangan.

3.     Accumulator tipe bladder hanya bisa disusun secara verikal.

4.     Gas nitrogen kering dipilih sebagai pengisi udara pada tipe accumulator yang memanfaatkan udara. Penggunaan udara biasa sering mengalami kegagalan pada accumulator tipe ini.

2.2.6        Efisiensi Accumulator

         Sebuah accumulator dapat kita hitung nilai efisiensinya dengan cara berikut :

Input Power = P_in = flow rate x Avg. pressure

 

            Keterangan :    P₁ = Tekanan Minimum Accumulator

      P₂ = Tekanan maximum Accumulator

            Output Power = Q x P₁

                      Pada kondisi normal, bisanya nilai efisiensi sebuah accumulator berkisar diantara 70%.

2.2.7        Aplikasi Accumulator

         Pada sistem hidrolik penggunaan accumulator sangat penting. Tanpa accumulator suatu sistem akan cepat mengalami kerusakan pada pompa, katup, maupun pada pipa karena sering menerima beban tinggi dan beban kejut. Salah satu contoh dari penggunaan accumulator adalah pada alat berat forklift atau excavator. Diagram dari sistem accumulator excavator dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

 

Gambar 11. Diagram hidrolik forklift

Pada gambar diperlihatkan diagram sistem hidrolik menggunakan accumulator pada forklift. Oli dari reservoir akan dipompakan oleh pompa ke actuator. Ketika actuator mengalami beban yang sangat berat, sedangkan pompa terus memompakan oli, maka tekanan dari aktuator akan menekan ke pompa. Karena ada checkvalve, maka oli bertekanan akan mengalir ke akumulator, sehingga beban kejut yang diterima akan diredam oleh akumulator, dan sistem hidrolik tidak mengalami kerusakan.

                        Aplikasi lain dari accumulator adalah pada hydraulic presses, farm machinery, diesel engine starter, hydraulically operated hospital beds, landing gear mechanism on aeroplanes, hatch cover in ships, lift, trucks, etc.

DAFTAR PUSTAKA

Majumdar, S. R. 2002. Oil Hydarulic System Princple and Maintenance. McGraw-Hill International : Singapore