HIDROLIKA

penerapan hukum pascal pada sistem hidrolik

·        PENGERTIAN HUKUM PASCAL

Seperti yang kita tahu, tekanan yang dialami zat cair dalam ruang terbuka bergantung pada kedudukannya, namun bagaimana dengan zat cair pada ruang tertutup? Untuk menjawabnya maka digunakan rumusan hukum Pascal. Hukum pascal adalah hukum yang menerangkan tentang tekanan yang dialami oleh zat cair dalam ruang tertutup. Hukum ini dikemukakan oleh Blaise Pascal, seorang ilmuan fisika kelahiran Clermount, Perancis. Hukum pascal sendiri sebenarnya ditemukan secara tidak sengaja saat Pascal sedang bermain-main dengan air. Bunyi dari hukum ini adalah sebagai berikut “Tekanan yang diberikan oleh zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segalu arah dengan sama besar.”

Contoh yang paling sederhana dari hukum pascal yang dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari misalnya saat memeras kantong plastk yang berisikan air, air dari kantong akan keluar dari kentong dengan sama kuat, hal tersebut ditandai dengan pancaran air dari kantong yang sama jauhnya dan itu menandakan tekanan pada setiap sisi kantong adalah sama besar.

Sekilas hukum pascal tersebut hanya sebatas teori yang tidak berguna, namun jika ditinjau lebih dalam maka dapat diketahui bahwa hukum pascal itu dapat diterapkan dan berguna dalam kehidupan sehari-hari. Hukum pascal dapat dimanfaatkan untuk melipatgandakan usaha seperti pada pesawat sederhana. Yang mesti ditinjau hanya perbandingan luas permukaan dinding penahan fluida itu sendiri.

Untuk lebih memehami hukum Pascal kita dapat melihat gambar di bawah ini. Gambar di bawah ini merupakan sebuah peralatan berupa bejana yang terdiri dari 2 buah piston penutupnya. Jika kita tekan piston yang lebih kecil dengan gaya F1 maka fluida yang berada dalam wadah akan mendapat tekanan sebesar P1.

Sekarang mari analisis hubungan antara besar tekanan dan luas permukaan. Tekanan berbanding terbalik dengan luas permukaan dan berbanding lurus dengan massa zat. Hal tersebut dapat diketahui dengan percoban sederhana atau dari pengalaman sehari-hari misalnya saat kaki diinjak oleh seorang wanita dengan sepatu hak tinggi akan lebih sakit daripada dengan sepatu biasa yang tidak memakai hak.

Dari hubungan tekanan, massa dan luas permukaan maka besar tekanan

pada P1 dapat diketahui dengan rumusan:P 1=F1/ A1

Sesuai dengan rumusan hukum pascal yang menyatakan bahwa tekanan yang dilami zat cair adalah sama disegala arah, maka dapat disimpulkan bahwa tekanan di P1 sama dengan tekanan yang ada di P2. Maka dapat disimpulkan:

dengan :

F1:       gaya     yang    bekerja pada piston kecil
F2:       gaya yang bekerja pada piston besar
A1:      luas penampang pada piston kecil
A2:      luas penampang pada piston besar.

Dari rumasan sederhana itu kita dapat mengetahui bahwa semakin jauh perbedaana antara luas penampang antara piston besar dengan piston kecil maka semakin besar pula perbedaan gayaantara piston besar dengan piston kecil. Maka dari rumusan ini dapat dibuat suatu alat dimana dengan input gaya yang kecil (F1), menghasilkan output gaya yang besar (P2).

·        HUKUM PASCAL DAN PENERAPANNYA PADA ZAT CAIR / HIDROLIK

Prinsip-prinsip Penting dari Zat Cair/ Hidrolik

• Cairan tidak dapat dimampatkan/ dikompresikan / diperkecil volumenya
• Hukum Pascal : Tekanan yang diberikan pada zat cair / hidrolik dalam bejana tertutup, besarnya tekanan akan diteruskan ke segala arah, dengan tekanan sama besar

Fluida terdiri atas zat cair [liquid], satuan tekanan yang digunakan Standard Internasional (S1) ialah Pascal (Pa).

    1 kPa = 1000 Pa
    di Eropa satuan tekanan menggunakan "bar"
    1 bar = 100 kPa

Kegunaan Prinsip Hidrolik

• Dapat meneruskan gerakan dalam jarak yang jauh
• Dapat meningkatkan panjang gerakan, dalam hal ini tenaga gerakan akan turun
• Dapat meningkatkan besarnya tenaga tekan, dalam hal ini panjang gerakan akan turun

Jika kedua silinder sama ukurannya, lalu sebuah gaya (N) bekerja pada silinder utama menyebabkan piston pada silinder kedua (actuator) mendapat gaya yang sama, bila kedua piston bergerak pada jarak yang sama

Untuk menghitung gaya, tekanan atau penambahan gaya dapat digunakan rumus segitiga, yaitu:

Gaya Tekanan Luas penampang

= F (Force) = P (Pressure) = A (Area)

= Newton  (N)  = Kpa  = m²

F = P x A

P = F / A = Kpa

A = F / P = m²

Contoh penghitungan :
Gaya yang bekerja 50 N luas penampang 40 mm²
Besarnya gaya yang bekerja / satuan luas atau tekanan = 50 N : 0,04 m² = 1250 Kpa

Memperpanjang Gerakan

• Jika piston pada silinder I lebih besar dari pada piston II (actuator) maka Piston II pergerakannya lebih panjang
• Jika piston pada silinder I lebih besar 10 X dibanding piston II, maka piston II akan pergerakannya 10 X lebih besar

• PENARAPAN HUKUM PASCAL DALAM TEKNOLOGI REM HIDROLIK

Setelah penemuan hukum pascal, banyak orang yang menciptakan berbagai peralatan yang menggunakan hukum pascal sebagai konsep dasarnya. Alat ini biasanya berguna untuk menghasilkan gaya yang besar dari input gaya yang kecil. Peralatan yang menggunakan hukum pascal tentu saja menggunakan cairan sebagai media utamanya, terutama air. Maka dari itulah peralatan yang menggunakan konsep hukum pascal dikenal dengan peralatan hidrolik (hidro=air)misalnya dongkrak hidrolik, pompa hidrolik dan tentu saja termasuk yang akan kami bahas kali ini yaitu rem hidrolik.

Seperti yang kita tahu bahwa rem adalah salah satu komponen dasar dari kendaraan bermotor, dari mobil, sepeda motor, sepeda, sampai skuter pun pasti memiliki rem. Rem ini berfungsi untuk mengurangi laju kendaraan, dan menahan kendaraan saat diparkai di jalanan yang menurun. Tidak semua rem menggunakan prinsip hukum pascal, kendaraan yang sederhana seperti sepeda, skuter atau bahkan masih ada sepeda motor yang menggunakan taknik rem biasa yang hanyamemenfaatkan konsep gaya gesek. Hal tersebut dikarenakan rumitnya peralatan rem hidrolik, sehingga membuatnya lebih mahal daripada rem konvensional.

1. Komponen Rem Hidrolik

Rem hidrolik merupakan suatu rangkaian yang sangat rumit dimana terdiri dari berbagai komponen alat yang memeiliki fungsi kerja berbeda-beda. Setiap komponen memiliki peranan dalam hal pengeraman. Berikut adalah komponen rem hidrolik pada mobil:

1. Master Silinder

Master silinder berfungsi meneruskan tekanan dari pedal menjadi tekanan hidrolik minyak rem untuk menggerakkan sepatu rem (pada model rem tromol) atau menekan pada rem (pada model rem piringan).

2. Piston

Metupakan komponen pengerak dari system kerja rem hidrolik. Piston rem ada 2 jenis yatu piston pedal dan piston cakram. Piston pedal adalah piston yang terhubung dengan pedal penginjak rem, sedangkan piston cakram adalah piston yang terhubung dengan kanvas rem, dimana kanvas ini akan menghentikan perputaran roda dengan cara mencengkram cakram

3. Boster Rem

Boster rem termasuk alat tambahan pada sistem rem yang berfungsi melipatgandakan tenaga penekanan pedal. Rem yang dilengkapi dengan boster rem disebut rem servo (servo brake). Boster rem ada yang dipasang menjadi satu dengan master silinder, tetapi ada juga yang dipasang terpisah.

4. Katup Pengimbang

Katup pengereman atau yang lebih dikenal dengan nama katup proporsional adalah alat yang berfungsi sebagai pembagi tenaga pengereman. Komponen ini berfungsi misalnya saat mobil yang mengerem mendadak, yang mengakibatkan sebagian besar beban kendaraan tertumpu pada ban depan. Alat ini bekerja secara otomatis Menurunkan tekanan hidrolik pada silinder roda belakang, dengan demikian daya pengereman roda belakang lebih kecil daripada daya pengereman roda depan.

5. Cakram

Adalah bagian yang ikut berputar bersama roda. Bagian inilah yang akan menjadi

media untuk menghentikan perputaran roda

• Cara Kerja Rem Hidrolik

Pada rem hidrolik terdapat pipa-pipa hidrolik yang berisi cairan berupa minyak rem. Pada ujung-ujung pipa ini terdapat piston penggerak yaitu piston pedal dan piston cakram. Pipa dan piston inilah yang memegang peranan penting dimana konsep dan sterukturnya telah didesain sedemikian rupa sehingga sesuai dengan hukum pascal, dengan tujuan menghasilkan daya cengkram yang besar dari penginjakan pedal rem yang tidak terlalu dalam. Penyesuaian terhadap

hukum pascal yang dumaksud adalah dengan mendesain agar pipa pada pedal rem lebih kecil daripada pipa yang terhubung dengen piston cakram.

Saat pedal rem diinjak pedal yang terhubung dengan booster rem akan mendorong piston pedal dalam sehingga minyak rem yang berada pada pipa akan mendapatkan tekanan. Tekanan yang didapat dari pedal akan diteruskan ke segala arah di permukaan pipa termasuk ujung-ujung pipa yang terhubung dengan piston cakram.Karena luas permukaan piston cakram lebih besar daripada piston pedal

maka gaya yang tadinya digunakan untuk menginjak pedal rem akan diteruskan ke piston cakram yang terhubung dengan kanvas rem dengan jauh lebih besar sehingga gaya untuk mencengkram cakram akan lebih besar pula. Cakram yang besinggungan dengan kanvas rem akan menghasilkan gayagesek, dan gaya gesek adalah gaya yang bernilai negative maka dari itu cakram yang ikut berputarbersama roda semakin lama perputarannya akan semakin pelan, dan inilah yang disebut dengan proses pengereman. Selain itu karena diameter dari cakram yang lebih lebar juga ikut membantu proses pengereman. Hal itulah yang menyebabkan system kerja rem cakram hidrolik lebih efektif daripada rem konvensional (rem tromol)

                                                          

• keuntungan mekanik

KEUNTUNGAN MEKANIK PADA PESAWAT SEDERHANA

Pesawat sederhana adalah alat mekanik yang dapat mengubah arah atau besaran dari suatugaya. Secara umum, alat-alat ini bisa disebut sebagai mekanisme paling sederhana yang memanfaatkan keuntungan mekanik untuk menggandakan gaya. Sebuah pesawat sederhana menggunakan satu gaya kerja untuk bekerja melawan satu gaya beban. Dengan mengabaikan gaya gesek yang timbul, maka kerja yang dilakukan oleh beban besarnya akan sama dengan kerja yang dilakukan pada beban.

Kerja yang timbul adalah hasil gaya dan jarak. Jumlah kerja yang dibutuhkan untuk mencapai sesuatu bersifat konstan, walaupun demikian jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mencapai hal ini dapat dikurangi dengan menerapkan gaya yang lebih sedikit terhadap jarak yang lebih jauh. Dengan kata lain, peningkatan jarak akan mengurangi gaya yang dibutuhkan. Rasio antara gaya yang diberikan dengan gaya yang dihasilkan disebut keuntungan mekanik.

Secara tradisional, pesawat sederhana terdiri dari:

• Bidang miring
• Roda dan gandar
• Tuas
• Katrol
• Baji
• Sekrup

1.      Keuntungan Mekanik Katrol

sistem katrol atau katrol berganda adalah penggabungan beberapa katrol, sehingga mempunyai keuntungan mekanik yang berlipat ganda. keuntungan mekanik (km) katrol ganda adalah sama dengan banyaknya katrol yang tersusun pada sistem katrol atau dapat juga ditentukan dari banyaknya tali katrol yang mengangkat beban. Sebagai contoh Jika katrol menggunakan tali yang menahan beban berjumlah 6, maka keuntungan mekaniknya adalah 6 kali.  

Berdasarkan prinsip katrol, orang menyusun katrol tunggal menjadi beberapa katrol yang bekerja sekaligus. Katrol yang demikian disebut sistem katrol atau katrol berganda

Beban beratnya 400 N diangkat dengan system katrol seperti gambar disebelah. Berapa gaya kuasa yang diperlukan untuk mengangkat beban tersebut? Penyelesaian : Pada katrol disebelah jumlah tali yang mengangkat beban berjumlah 4, maka keuntungan mekaniknya adalah 4 kali.

2.      Keuntungan Mekanik Tuas

       

Dengan menggunakan tuas beban kerja terasa lebih ringan berarti kita memperoleh keuntungan. Keuntungan yang diperoleh dari pesawat sederhana seperti demikian dinamakan dengan keuntungan mekanik. Besarnya keuntungan mekanik dinyatakan sebagai perbandingan antara berat beban yang akan diangkat dengan besar gaya kuasa yang diperlukan. Keuntungan Mekanik ini dapat ditulis kedalam rumus sebagai berikut :

Keuntungan Mekanik = atau disingkat KM

Dengan demikian keuntungan mekanik tuas dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Jika beban 1000 N dan kuasa untuk mengangkat 250 N, maka keuntungan mekaniknya adalah

KM = = Jadi keuntungan mekaniknya adalah 4 kali

3.      Keuntungan Mekanik Bidang Miring

Keuntungan Mekanik Bidang miring Dengan menggunakan bidang miring beban kerja terasa lebih ringan, berarti kita memperoleh keuntungan. Keuntungan yang diperoleh jika menggunakan bidang miring disebut keuntungan mekanik bidang miring. Besarnya keuntungan mekanik dinyatakan sebagai perbandingan antara berat beban yang akan diangkat dengan besar gaya kuasa yang diperlukan.

4.      Keuntungan mekanik baji

Baji merupakan bidang miring rangkap . keuntungan mekanik baji tergantung dari perimbangan antara panjang dan tebalnya .

Beberapa contoh barang yang menggunakan azas baji antara lain adalah paku , pisau , jarum , peniti .dll

5.      Keuntungan mekanik roda dan gander

Roda bergandar terdiri dari sebuah roda atau alat pemutar yang di hubungkan dengan sebuah gandaryang dapat berputar bersama – sama . oleh karena itu keliling roda lebih besar dari keliling gander, maka di peroleh keuntungan mekanik :

Keuntungan mekanik = jari-jari roda / jari- jari gander

Pesawat yang menggunakan azas roda bergandar antara lain :

-          kapstan ( alat penghubung tambang pada kapal )

-          poros putaran

-          kemudi mobil

-          gerinda

6.      Keuntungan mekanik sekrup

Sekrup merupakan bidang miring yang di pantulkan pada silinder . jarak antara ulir-ulirnya disebut interval sekrup.

Jika kuasa yang memutar sekrup satu kali , maka kepala dan sumbu sekrup melakukan gerak melingkar satu kali sehingga beban perlawanannya bergerak menempuh jarak yang sama dengan interval sekrup.

Keuntungan mekanik = keliling sekrup / interval sekrup

Jika panjang tuas r , interval sekrup d maka , km = 2 r/d