Definisi Sistem Hidrolik & Pneumatik

Diperbarui 08 Februari 2019

Oleh Jim Woodruff

Diulas oleh: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Perangkat hidrolik dan pneumatik ada di sekitar kita. Mereka digunakan dalam manufaktur, transportasi, peralatan pemindahan tanah dan kendaraan umum yang kita lihat setiap hari.

Rem pada mobil Anda dioperasikan secara hidrolik; truk sampah yang lewat setiap minggu di rumah Anda menggunakan tenaga hidrolik untuk memadatkan sampah. Mekanik Anda menggunakan lift hidrolik saat mengerjakan bagian bawah mobil Anda.

Sistem pneumatik sama-sama tersebar luas. Truk dan bus menggunakan rem yang digerakkan udara. Pelukis semprot menggunakan udara terkompresi untuk menyebarkan cat. Pernah kesal di pagi hari oleh suara jackhammer? Itu adalah mesin pneumatik yang bekerja keras menggunakan udara terkompresi.

Pada tahun 1647, matematikawan Prancis Blaise Pascal mengembangkan prinsip mekanika fluida yang dikenal sebagai hukum Pascal. Ini menyatakan bahwa ketika tekanan diterapkan pada setiap titik dalam cairan terbatas, tekanan akan meningkat secara merata di setiap titik dalam wadah. Meskipun prinsip ini mungkin terdengar berbelit-belit, ini adalah dasar pengoperasian sistem hidrolik.

Misalkan Anda memiliki silinder berongga yang memiliki piston dengan luas 2 inci persegi dan menerima gaya input 100 pound. Ini menghasilkan tekanan 50 pon per inci persegi (100 pon/2 inci persegi).

Tekanan ini diteruskan oleh sistem transmisi hidrolik ke silinder lain, yang dikenal sebagai aktuator, yang memiliki piston dengan luas 6 inci persegi. Pada 50 psi, silinder ini sekarang memiliki kekuatan output 300 pound (50 psi X 6 inci persegi).

Hukum Pascal memberikan keuntungan bagi sistem hidrolik. Input minimal ke perangkat kecil dapat menghasilkan output gaya yang lebih besar pada aktuator yang lebih besar. Ini adalah cara sederhana untuk mengalikan kekuatan output yang cukup untuk menangani beban kerja yang berat.

Karena sistem hidrolik dapat beroperasi pada tekanan hingga beberapa ribu psi, gaya keluaran pada aktuator bisa sangat besar. Dengan keluaran gaya yang lebih tinggi ini, aktuator mekanis kini memiliki kekuatan untuk melakukan tugas mengangkat, mendorong, dan memindahkan berat, seperti pemindahan tanah.

Sistem hidrolik menggunakan jaringan transmisi untuk membawa cairan bertekanan yang menggerakkan aktuator hidrolik. Cairan hidrolik mendapat tekanan dari pompa yang digerakkan oleh penggerak utama, seperti motor listrik atau mesin gas/diesel. Oli bertekanan disaring, diukur, dan didorong keluar melalui sistem transmisi ke aktuator untuk melakukan beberapa tindakan. Setelah itu, cairan kembali di bawah tekanan rendah ke reservoir di mana ia dibersihkan dan disaring sebelum kembali ke pompa.

Sistem hidrolik digunakan di pabrik manufaktur dan produksi, seperti industri baja dan mobil, untuk mengoperasikan semua jenis peralatan mekanis. Mereka digunakan untuk memindahkan, mendorong, dan mengangkat material di industri seperti pertambangan, pemindahan tanah, dan konstruksi.

Minyak hidrolik – Cairan hidrolik tidak dapat dimampatkan dan memiliki titik nyala rendah.

Sebuah waduk – Reservoir menampung fluida untuk sistem. Ini memiliki ruang untuk ekspansi cairan, memungkinkan udara yang terperangkap dalam cairan keluar dan membantu cairan menjadi dingin. Fluida mengalir dari reservoir ke pompa, yang memaksanya keluar melalui jaringan perpipaan dan, akhirnya, kembali ke reservoir.

Perangkat penyaringan – Partikel logam kecil dan benda asing lainnya biasanya masuk ke dalam cairan. Sistem hidrolik menggunakan beberapa filter dan saringan untuk menghilangkan partikel asing ini. Kontaminasi fluida adalah salah satu sumber masalah yang paling umum dalam sistem hidrolik.

Penggerak utama – Motor listrik atau mesin diesel bertenaga gas digunakan untuk menggerakkan pompa fluida.

Sebuah pompa – Pompa menarik cairan dari reservoir dan memaksanya melalui katup pengatur tekanan dan keluar dari jaringan transmisi ke aktuator.

konektor – Jaringan yang terdiri dari pipa, tubing dan selang fleksibel mengangkut cairan ke aktuator mekanis.

katup – Berbagai katup mengontrol jumlah aliran fluida, tekanan dan arahnya.

Aktuator – Aktuator adalah perangkat yang melakukan gerakan kerja. Mereka bisa berputar, seperti motor hidrolik, atau linier, seperti silinder.

Sistem hidrolik memiliki banyak keunggulan dibandingkan pneumatik dan jenis sistem penggerak mekanis lainnya karena:

• Menggunakan komponen kecil untuk mentransfer kekuatan besar dengan output daya yang konsisten.
• Memiliki aktuator yang mampu memposisikan dengan tepat.
• Mampu memulai di bawah beban awal yang berat.
• Menghasilkan gerakan yang rata dan halus di bawah beban yang bervariasi karena fluida tidak dapat dimampatkan dan laju aliran dapat dikontrol secara akurat dengan katup.
• Menghasilkan daya yang konsisten pada kecepatan sedang dibandingkan dengan sistem pneumatik.
• Mudah untuk mengontrol dan mengatur dengan katup kontrol tekanan, arah dan aliran.
• Menghilangkan panas dengan mudah dan cepat.
• Berkinerja baik di lingkungan yang panas.

• Pompa, katup, jaringan transmisi dan aktuator mahal.
• Mereka dapat mencemari tempat kerja dengan kebocoran, yang dapat menyebabkan kecelakaan atau kebakaran.
• Mereka tidak cocok untuk bersepeda dengan kecepatan tinggi.
• Cairan hidrolik sensitif terhadap kontaminasi kotoran dan harus diuji secara teratur.
• Pecahnya saluran bertekanan tinggi dapat menyebabkan cedera.
• Kinerja cairan hidrolik merupakan fungsi dari perubahan suhu, yang dapat menyebabkan perubahan viskositas.

Cairan hidrolik yang paling umum didasarkan pada minyak mineral, polialfaolefin dan ester fosfat karena kompresibilitasnya yang rendah. Air tidak cocok karena dapat membeku dalam suhu dingin dan mendidih di lingkungan bersuhu tinggi. Air juga dapat menyebabkan korosi dan karat.

1. Mentransmisikan daya dan gaya melalui saluran konduktor ke aktuator untuk melakukan gerakan kerja.
2. Lumasi komponen, perangkat, katup dan aktuator di sirkuit.
3. Bertindak sebagai pendingin dengan memindahkan panas dari titik panas mana pun dalam sistem.
4. Segel jarak bebas antara bagian yang bergerak untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi panas dari kebocoran berlebih.

Beberapa sifat dan karakteristik fluida hidrolik adalah sebagai berikut:

Viskositas - Viskositas adalah tahanan dalam dari suatu fluida untuk mengalir. Ini meningkat saat suhu naik. Cairan hidrolik yang dapat diterima harus dapat memberikan segel yang baik pada piston, katup dan pompa tetapi tidak terlalu kental sehingga menghambat aliran cairan.

Cairan dengan viskositas tinggi dapat menyebabkan hilangnya daya dan suhu operasi yang lebih tinggi. Cairan yang terlalu tipis dapat menyebabkan keausan berlebihan pada bagian yang bergerak.

Stabilitas kimia - Cairan hidrolik harus stabil secara kimiawi. Itu harus menahan oksidasi dan stabil di bawah kondisi operasi yang parah, seperti suhu tinggi. Beroperasi untuk jangka waktu yang lama pada suhu tinggi dapat mempersingkat masa manfaat fluida.

Titik nyala - Titik nyala adalah suhu ketika cairan berubah menjadi uap dalam volume yang cukup untuk menyala atau berkedip dalam kontak dengan nyala api. Cairan hidrolik membutuhkan titik nyala yang tinggi untuk menahan pembakaran dan menunjukkan tingkat penguapan yang rendah pada suhu normal.

Titik api - Titik api adalah suhu di mana cairan menguap dalam volume yang cukup untuk menyala ketika terkena nyala api dan terus menyala. Seperti halnya titik nyala, cairan hidrolik yang dapat diterima harus memiliki titik api yang tinggi.

Sistem pneumatik seperti sistem hidrolik, tetapi mereka menggunakan udara terkompresi sebagai pengganti cairan untuk mentransmisikan daya. Mereka mengandalkan sumber konstan udara terkompresi untuk mengontrol energi dan menggerakkan perangkat gerak.

Pabrik manufaktur menggunakan udara terkompresi untuk menggerakkan bor dan penekan pneumatik serta untuk mengangkat benda dan memindahkan material. Toko fabrikasi menggunakan mesin pneumatik untuk menampung produk yang belum selesai untuk operasi pengelasan, pematrian, dan pembentukan.

Kompresor udara - Kompresor udara menarik udara dari atmosfer, menekannya dan menyimpan udara terkompresi dalam tangki untuk dilepaskan ke sistem transmisi.

pengemudi utama - Penggerak utama, seperti motor listrik atau mesin bertenaga gas, memberikan daya ke kompresor udara.

Perangkat kontrol - Katup mengatur tekanan dan mengontrol aliran dan arah.

Tangki udara - Tangki menampung udara terkompresi untuk dikirim ke perangkat mekanis.

Aktuator - Ini adalah perangkat yang mengambil energi dari udara terkompresi dan mengubahnya menjadi gerakan mekanis.

Sistem transmisi - Jaringan pipa dan tubing mengangkut udara terkompresi ke aktuator.

Efisiensi - Pasokan udara gratis dan tidak terbatas. Udara terkompresi mudah disimpan, diangkut, dan dapat dilepaskan ke lingkungan tanpa perawatan yang mahal.

Desain Sederhana - Konfigurasi dan komponen sistem pneumatik memiliki desain yang sederhana dan mudah dirawat. Mereka lebih tahan lama dan tidak mudah rusak.

Kemampuan untuk beroperasi pada kecepatan yang lebih tinggi - Sistem pneumatik dapat mengoperasikan aktuator pada siklus yang lebih cepat, seperti pada lini produksi pengemasan. Gerakan linier dan berosilasi mudah disesuaikan dengan menggunakan katup pengatur tekanan untuk mengontrol laju aliran dan tekanan.

Kebersihan - Tidak ada risiko kebocoran cairan hidrolik yang mencemari lingkungan. Sistem pneumatik lebih disukai di tempat kerja yang membutuhkan tingkat kebersihan yang tinggi. Perangkat udara buang membersihkan udara yang dilepaskan kembali ke atmosfer.

Lebih murah - Komponen pneumatik lebih murah, dan udara terkompresi tersedia secara luas di area manufaktur. Biaya perawatan lebih rendah dibandingkan dengan sistem hidrolik.

Lebih aman untuk dioperasikan - Sistem pneumatik aman digunakan di lingkungan yang mudah terbakar tanpa bahaya kebakaran atau ledakan. Komponen pneumatik tidak terlalu panas atau terbakar saat kelebihan beban.

Mampu berfungsi di lingkungan yang keras - Debu, suhu tinggi, dan lingkungan korosif memiliki efek yang lebih kecil pada sistem pneumatik dibandingkan dengan hidrolika.

Daya berkurang - Sistem pneumatik biasanya beroperasi pada kurang dari 150 psi dan memberikan gaya total yang lebih kecil pada aktuator. Silinder pneumatik biasanya kecil dan tidak memiliki kekuatan untuk menangani beban berat.

Berisik - Kompresor udara menghasilkan lebih banyak suara, dan udara terkompresi berisik ketika dilepaskan dari aktuator.

Gerakan kasar - Karena udara dapat dimampatkan, gerakan aktuator pneumatik dapat menjadi kasar, yang mengurangi keakuratan gerakan sistem. Kecepatan piston tidak merata. Gerakan hidrolik lebih halus.

Perlu pra-perawatan udara - Sebelum digunakan, udara perlu diproses untuk menghilangkan partikel air dan debu. Jika ini tidak dilakukan, gesekan yang meningkat antara perangkat kontrol dan komponen yang bergerak akan membuat komponen aus dan memerlukan perbaikan atau penggantian dini.

Aktuator hidrolik lebih cocok untuk operasi yang membutuhkan tenaga tinggi. Mereka kasar dan dapat menghasilkan kekuatan hingga 25 kali lebih besar dari aktuator pneumatik dengan piston ukuran yang sama. Sistem hidrolik juga dapat beroperasi hingga 4.000 psi. Aktuator pneumatik biasanya kurang dari 150 psi.

Kompresibilitas kehilangan udara dan tekanan mengurangi efisiensi sistem pneumatik. Kompresor harus bekerja terus menerus untuk mempertahankan tekanan di saluran bahkan ketika aktuator tidak bergerak; sistem hidrolik dapat menahan tekanan konstan tanpa pompa berjalan.