Karakteristik aliran sebuah control valve adalah hubungan antara laju aliran melalui pembukaan (opening ) valve dengan variasi rentang dari 0-100%. Karakter aliran yang melekat pada sebuah control valve mengacu pada pengamatan secara terus menerus penurunan tekanan melalui valve. Menetapkan suatu karakteristik aliran berarti satu peralatan digunakan untuk mendapatkan variasi penurunan tekanan terhadap aliran yang berhubungan dengan perubahan sistem lainnya. Diperlukannya karakteristik aliran bertujuan untuk menyeragamkan secara keseluruhan keseimbangan control loop selama rentang yang diharapkan terhadap kaitannya dengan kondisi operasi. Dalam memilih karakteristik aliran diperlukan untuk menyeragamkan suatu sistem yang di syaratkan pada sebuah analisis dinamis terhadap control loop. Analisis proses harus terlebih dulu di lakukan, agar panduan pemilihan karakteristik aliran yang akan di pilih menjadi akurat. Control valve pada umumnya memiliki 3 (tiga) karakteristik aliran yang ideal, yaitu Quick Opening, Linear dan
dari bukaan dan akar kuadrat dari penurunan tekanan yang terjadi pada valve.
Tabel 2-4
Diagram Karakteristik Aliran Control Valve Sumber KLM Technology Group
Practical Engineering Guidelines for Processing Plant Solutions
2.6.1 Quick Opening
Pada area bukaan valve (travel ) yang kecil dapat membuat suatu perubahan aliran yang besar (flow rate). Dengan kata lain, karakteristik quick opening /bukaan cepat
Gambar 2-15 Counter Cage untuk aliran Quick Opening
Sumber : Emerson Process Management Control Valve Handbook, Fourth Edition of Fisher, hlm. 24
2.6.2 Equal Percentage
Karakteristik equal percentage/persentase sama sering digunakan pada proses control yaitu aliran yang menyatakan perubahan travel bukaan valve yang besar namun aliran semakin lambat. Berikut adalah bentuk cage/tempat dudukan plug untuk karakteristik aliran equal percentage.
Sumber : Emerson Process Management Control Valve Handboo k, Fourth Edition of Fisher, hlm. 24
2.6.3 Linear
Karakteristik ini menyatakan bahwa besarnya aliran yang proporsional dengan bukaan valve/travel atau dengan kata lain travel bukaan berbanding lurus dengan flow
ratenya. Jika bukaan valve sebesar sepuluh persen maka flow rate pun mengalir sebesar sepuluh persen. Control valve jenis linear banyak di aplikasikan pada pengendalian level permukaan dengan gain yang tetap. Berikut adalah bentuk cage/tempat dudukan plug untuk
karakteristik aliran linear.
Gambar 2-17 Counter cage aliran linear
Sumber : Emerson Process Management Control Valve Handbook, Fourth Edition of Fisher, hlm. 24
Kebijakan ini mengatur tingkat kebocoran yang diijinkan pada peralatan valve dan control valve, yang harus diterapkan secara ketat mengikuti protokol EPA yaitu hanya mengijinkan batas ambang kebocoran sebesar 500 ppmv, bahkan di beberapa kota lain di dunia batas ambangnya lebih ketat lagi yaitu sebesar 100 ppmv. Kebijakan tersebut juga membatasi jumlah kebocoran packing valve sebesar 0.5% dari total populasi valve di setiap industri. Selain kebijakan EPA negara Amerika juga menerapkan program LDAR (Leak Detection And Repair) yang berlaku untuk pompa dan valve yang merupakan peralatan penyumbang emisi terbesar.
Perhatian lebih besar pada valve perlu dilakukan karena kebocoran fluida (bisa gas atau cairan) ke atmosfir selalu terjadi dan disebabkan oleh kerusakan packing atau gasket . Metode pengukuran kebocoran sesuai dengan kebijakan LDAR digambarkan sebagai berikut.
Gambar 2-18 Measurement Frequency for Valves Controlling Volatile Organic Chemicals (VOC)
Setiap pemakai control valve harus peduli terhadap performa packing yang memiliki umur lebih panjang dan perawatan yang mudah. Pada masa lampau pemilihan packing hanya berdasarkan pertimbangan temperatur fluida proses. Hanya ada dua material yang biasa digunakan yaitu PTFE (Poly Tetra Fluoro Ethylene) untuk temperatur di bawah 232º Celsius dan Graphite untuk temperatur di atas 232° C. Namun seiring dengan perkembangan teknologi beberapa material baru selain yang berbasis PTFE dan Graphite digunakan sebagai packing untuk control valve antara lain, kalrez, sintetic fiber, polyamide, aramid, fiberglas inconnel, carbon filament dan sebagainya. Bahkan untuk aplikasi yang sangat kusus seperti di industri makanan material packing harus sesuai dengan standar FDA (Food and Drug Association).
Gambar 2-19 Packing Control Valve
Sumber : Product Buletin Fisher Control Valve, hlm 5
2.7.1 Pemilihan bahan (material) Packing
Pemilihan packing untuk control valve dilakukan dengan memperhatikan hal hal penting seperti :
2.7.1.1. Suhu/temperature dari fluida proses
Suhu fluida proses merupakan parameter penting dalam melakukan seleksi jenis packing yang sesuai, misalnya material PTFE murni tidak bisa digunakan untuk fluida proses yang suhunya lebih tinggi dari 232º Celcius, atau contoh lain seandainya suhu
Graphite murni.
2.7.1.2. Karakteristik dari fluida
Hal ini juga menjadi pertimbangan penting untuk memilih jenis packing yang benar kondisi seperti apakah fluida mengandung partikel, memiliki tingkat kekentalan yang tinggi, bersifat abrasive atau faktor lainnya akan mempengaruhi umur packing yang digunakan. Dengan mengetahui karakteristik fluida dengan maka bisa dipilih material yang sesuai.
2.7.1.3. Tekanan kerja fluida proses
Terutama untuk tekanan yang sangat tinggi misalnya di atas 100 bar, harus dipilihkan material packing yang lebih kaku (stiff) sehingga tidak mudah mengalami ekstrusi. Material PTFE murni misalnya, bisa digunakan sampai tekanan 150 bar, untuk tekanan yang lebih tinggi lagi bisa digunakan material Glass Filled PTFE .
Dengan memperhatikan ketiga hal tersebut di atas maka material packing yang sesuai dapat dipilih sebagai packing untuk control valve. Kekeliruan pemilihan material akan menyebabkan kerusakan lebih cepat.
Material packing terbuat dari kombinasi material berbeda yang sifat mekanisnya saling melengkapi, secara umum material pendukung packing adalah : Serat (fibers), pelumas cair (lubricant), pelumas kering (dry lubricant), pengikat (binders), penguat (strengteners), penghambat( inhibitor), logam (metals) dan elastomer.
Pabrik packing menjaga kualitas produknya dan mengklasifikaskan jenis packing berdasarkan metode operasi, material, kondisi operasi dan teknik pembuatan/konstruksi.
Batasan material packing control valve terhadap tekanan dan temperatur
Tabel 2-6 Packing selection Guideline for Sliding-Stem Valve Sumber : Fisher Control Valve
Gambar 2-7 Pressure and Temperature Limit for Packing Sumber : Parcol Control Valve
seperti :
2.7.2.1. Kemampuan pengesilan (Sealing Capability),
Pada hakekatnya hal ini berhubungan dengan karakteristik dari cincin sil (sealing ring) itu sendiri dan tergantung desain serta konstruksi komponen logam dari packing secara keseluruhan.
Faktor yang mempengaruhi kemampuan pengesilan antara lain :
2.7.2.1.1. Kelurusan (alignment) batang poros (stem) dengan packing set ,
kelurusan harus dicapai untuk mencegah gesekan yang berlebihan di bagian tertentu dari packin set sehingga mempercepat rusaknya packing tersebut.
2.7.2.1.2. Celah/jarak ruang (clearance) antara batang poros dengan packing, jika celahnya sangat sempit maka batang poros mudah tergores dan menyebabkan
packing, penuntun/penekan (follower), cincin lantern, penjarak (spacer) harus sehalus mungkin, maksimum kehalusan (roughness) Ra = 0.4µm.
2.7.2.1.4. Jumlah cincin packing akan mempengaruhi kemampuan pengesilan, seandainya jumlah cincin packing berkurang maka harus diimbangi dengan menambah kompresi namun hal ini bisa menyebabkan kerusakan pada cincin packing karena mengalami ekstrusi. Sebaliknya seandainya jumlah cincin packing berlebihan akan menyebabkan fungsi pengesilan cincin yang paling bawah menjadi tidak sempurna. Penambahan jumlah cincin packing hanya akan menambah beban gesekan pada batang poros tanpa meningkatkan kemampuan pengesilan. Packing yang ideal harus memperhatikan jumlah cincin packing yang sesuai untuk mendapatkan pengesilan maksimum dengan mengurangi beban gesekan pada stem. Biasanya jumlah cincin packing yang ideal dalam suatu aplikasi diperoleh dari beberapa kali test/ pengujian dan pengalaman untuk mencapai keseimbangan antara
faktor pengesilan (sealing properties) dan gesekan.
2.7.2.2. Gaya gesekan yang rendah (low friction)
Kompresi packing tidak boleh melebihi nilai yang sudah ditentukan. Kompresi pada packing hanya boleh disebabkan oleh naiknya tekanan cairan bukan karena faktor
lainnya. Pada beberapa rancangan tertentu digunakan pegas PTFE V-Ring untuk mencegah kompresi yang terlalu kuat. Besarnya gesekan pada batang poros (stem) mempengaruhi kinerja control valve, jika terlalu besar akan menyebabkan bukaan
Faktor yang membantu untuk mengurangi gesekan pada packing antara lain :
2.7.2.2.1. Jenis material yang digunakan, misalkan material PTFE memiliki koesfisien gesek yang paling baik yaitu sekitar 0.03, sementara material Graphite murni koefisien geseknya sekitar 0.07, namun Graphite memiliki ketahan terhadap temperature lebih tinggi dari PTFE.
2.7.2.2.2. Bentuk konstruksi dari cincin sil, semakin fleksibel cincin sil tersebut (PTFE memiliki sifat ini) menyebabkan gesekan yang rendah dan memberikan efek pngesilan yang baik kususnya pada tekanan operasi yang rendah. Cincin sil yang terbuat dari Graphite murni mengandung partikel padat yang dibentuk seperti cincin dengan cara die-formed atau dibentuk dengan cara menggulung pita graphite sesuai diameter stem.
2.7.2.2.3. Pelumasan (lubrication), material yang terbuat dari PTFE dan Graphite pada umumnya tidak memerlukan pelumasan.
semakin tingginya gesekan, hal ini bisa terjadi seandainya terjadi kesalahan dalam menentukan tekanan kompresi.
Gambar 2-20 Pengukuran jumlah dan ukuran cincin sil Sumber : John Crane Mechanical Maintenance Training Center
Menentukan ukuran cincin packing (Packing Ring) :
Ukur diameter rumah packing (Stuffing box Bore), ‘A’
Ukur diameter batang poros/stem, ‘B’
Kurangkan ukuran ‘A’ – ‘B’
Hasilnya dibagi 2 , (A-B)/2 = cross section/ukuran packing
Menentukan jumlah cincin packing (Packing Ring) :
Ukur kedalaman rumah packing (Stuffing Box Depth), ‘C’
Bagi hasil pengukuran ‘C’ dengan cross section/ukuran packing (C/cross section).
section 1 buah cincin packing.
2.7.2.2.5. Tingkat kehalusan (surface finish) permukaan batang poros (stem), semakin halus permukaan batang poros maka gesekan yang terjadi juga akan semakin kecil. Untuk jenis batang poros yang tidak terlalu halus maka diperlukan jenis packing yang fleksible dengan kompresi yang tidak terlalu kuat untuk mengurangi gesekan. Secara umum kondisi rumah packing yang baik harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
Shaft finish : 16 – 20 microinches
Bore finish : 50 – 75 microinches
Throat/Shaft Clearance : .125 - .375 mm (.005” - .015”)
Gland/ Shaft Clearance : .250 - .750 mm (.010” - .030”)
Gland/ Bore Clearance : .250 - .750 mm (.010” - .030”)
Metallic Packing, Brinell hardness 500 (Rockwell C 55-60)
poros (stem). Penyebab yang paling sering adalah kerusakan yang terjadi pada batang poros akibat tingkat kehalusan permukaan yang kurang baik dan diperburuk dengan tingginya pergerakan batang poros. Adanya partikel pada fluida proses serta komprsi yang berlebihan pada komponen pendorong packing juga mempercepat umur pakai cincin sil. Batang poros juga bisa mudah rusak/tergores karena terjadi kontak dengan komponen metal packing akibat misalignment atau berkurangnya celah (clearance) akibat perbedaan peregangan temperatur (thermal expansion). Untuk mencegah kerusakan batang poros dengan cepat maka perlu dilakukan pengerasan kulit (hard surfacing) batang poros mengunakan lapisan chromium.
Pada pompa poros berputar dengan kecepatang tinggi sementara pada valve batang poros bergerak relative lambat, terjadi gesekan yang rendah pada packing valve sehingga tidak
diperlukan pendinginan dan pelumasan ekstra. Packing yang baik adalah packing yang bisa digunakan secara meluas dari mulai aplikasi yang ringan sampai aplikasi berat.
Kriteria packing untuk aplikasi yang meluas adalah :
2.7.2.4.1. Packing merupakan material yang memiliki sifat seperti plastik (tidak terlalu kaku dan tidak terlalu fleksibel), tidak mudah berubah bentu pada saat dipasang di ruang antara batang poros dan rongga/rumah packing.
2.7.2.4.2. Memiliki ketahanan yang cukup kuat untuk tidak mudah larut, membengkak, atau melemah ketika kontak dengan fluida proses.
2.7.2.4.3. Cukup fleksible untuk menyerap pergerakan batang poros/stem yang tidak diinginkan (misalignment).
2.7.2.4.4. Jika dilakukan penambahan kompresi tidak menyebabkan penambahan panas dan gesekan pada batang poros.
2.7.2.4.5. Tidak menimbulkan efek pengikisan (abrasi) atau menggerus batang poros.
dilakukan penyesuaian kompresi.
2.7.3 Desain dan konstruksi packing Control Valve
Packing yang digunakan untuk pengesilan bekerja dengan cara mencekik (throttling) kebocoran yg terjadi di antara bagian komponen yang diam (stationary part) dan bagian yang bergerak (motion part). Di beberapa kasus nilai pergerakannya tidak bisa kita prediksi karena banyak parameter pengukuran yang terlibat, antara lain kecepatan pergerakan (speed), suhu (temperaure), tekanan (pressure), sifat kimia cairan/gas (chemical action), pergerakan poros (run-out), ketidak selarasan batang poros (mis-alignment), dan sebagainya. Konstruksi pemasangan dan desain packing pada Control Valve dapat membantu mengatasi permasalahan (kebocoran) yang timbul, desain packing yang tersedia ada 3 (tiga) yaitu :
2.7.3.1 Packing Kompresi Biasa(Compresion Packing)
Untuk melakukan pengesilan secara baik, cincin packing kompresi dipasang berdesakan (mepet) satu dengan lainnya mulai dari throat housing sampai dengan gland follower (penekan). Pada kondisi seperti ini cincin packing akan mengesil di bagian diameter luar (O.D) yang bersentuhan dengan stufing box bore dan di bagian diameter dalam (I.D) yang bersentuhan dengan batang poros. Nilai penekanan (kompresi) pada Gland Follower harus disesuaikan/dikencangkan secara manual terus menerus dan seimbang untuk kompensasi kerusakan batang poros dan membatasi kebocoran.
Gambar 2-22 Packing Kompresi (Compression Packing) Sumber : John Crane Mechanical Maintenance Training Center
2.7.3.2 Packing Kompresi Otomatis (Automatic Packing)
Pada konstruksi packing otomatis tidak diperlukan lagi pengencangan secara manual untuk mencegah kebocoran cairan/gas. Prinsip kerjanya adalah dengan memanfaatkan tekanan operasi untuk menciptakan efek pengesilan secara hidrolis. Cincin packing dibuat dengan bentuk V-Ring atau U-Cup yang akan mengesil secara otomatis pada diameter luar (O.D.) dan diameter dalam (I.D.) seandainya ada tekanan yang bekerja di depan packing V-Ring/U-Cup tersebut.
Pada desain ini jika tekanan operasi yang bekerja semakin tinggi maka efek pengesilan juga akan semakin baik, satu hal uyang pelu diperhatikan adalah pemasangan
Gambar 2-23 Packing Kompresi (Compression Packing) Sumber : John Crane Mechanical Maintenance Training Center
Konstruksi packing otomatis juga dikembangkan terus dengan menambahkan efek pegas pada bagian komponen gland follower sehingga tidak diperlukan penegncangan
secara manual
pegas di bagian luar cincin packing menekan setiap segmen packing ke bagian dalam (I.D.). Untuk pemasangannya rongga stuffing box harus dibuatkan cekungan (groove), lihat gambar di bawah ini.
Gambar 2-25 Packing Mengambang (Floating Packing) Sumber : John Crane Mechanical Maintenance Training Center
sudah berlebihan (untuk valve lebih dari 5 tetes/menit), selain itu juga akan terlihat bahwa kompresi packing sudah melebihi 40%.