Universitas Mercubuana 7 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Control Valve
Sebelum membahas lebih jauh tentang fungsi dan cara kerja control valve berikut ini adalah pengetahuan singkat tentang sejarah definisi fungsi valve, yaitu suatu alat yang dipergunakan untuk mengatur suatu aliran air yang digunakan pada tahun B.C 3000 pada peradaban Aegean yaitu istilah umum untuk peradaban Zaman Perunggu dari Yunani di sekitar laut Aegea, dimana pertama kali valve di buat dari bahan kayu yang dioperasikan secara manual. Kemudian pada tahun A.D 12 valve mulai dibuat dari bahan bronze, yaitu valve yang dipasang pada tangki air kapal perang Romawi. Jika di tinjau dari penemuan awal valve hingga saat ini, fungsi valve di gunakan untuk :
1. Peran zaman kuno, fungsi valve untuk menahan laju suatu aliran.
2. Revolusi industri, valve di pasang pada mesin uap.
3. Perkembangan modern saat ini, valve berfungsi untuk menjaga tekanan agar tetap stabil dan dapat mencegah kavitasi, anti erosi dan lain sebagainya.
Universitas Mercubuana 8 Perkembangan penggunaan valve di segala bidang khususnya di dunia industri yang begitu pesat saat ini, membutuhkan manufaktur / pabrikan yang dapat memenuhi persyaratan - persyaratan mutlak yang diperlukan oleh pengguna valve (end user), antara lain;
1. Material bodi valve yang tahan terhadap fluida yang bersifat korosif, abrasif dan memiliki nilai jual yang ekonomis.
2. Valve yang memiliki standard keamanan yang tinggi saat di pasang pada area berbahaya.
Gambar No. 2.1 Permulaan sebuah valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 5
Universitas Mercubuana 9 3. Valve yang memiliki cara perawatan yang mudah serta memiliki nilai
efisiensi yang tinggi terhadap nilai produksi.
Maka dapat disimpulkan bahwa control valve adalah suatu jenis elemen pengendali akhir atau final control elemen yang paling umum digunakan untuk memanipulasi laju aliran fluida proses. Kata control valve dapat juga di artikan bahwa prinsip kerjanya bisa secara otomatis maupun manual. Suatu aliran fluida proses pada control valve bekerja tidak hanya pada posisi menutup secara penuh (fully closed) atau membuka secara penuh (fully opened) tetapi dapat juga di kendalikan melalui manipulated variable atau input dari suatu proses yang dapat dimanipulasi atau diubah-ubah untuk mengatur besaran bukaan valve agar proses variabel selalu sama dengan set point yang di kehendaki.
Tipe Control Valve Globe Valve
Pada tugas akhir ini pembahasan lebih lanjut adalah control valve dengan tipe globe. Dinamakan globe valve dikarenakan bentuk alirannya yang menyerupai globe / bola. Valve tipe globe ini paling populer di pakai pada sistem pengendalian proses dikarenakan range ability (jangkauan yang luas) serta dapat mengontrol aliran fluida proses secara akurat. Tipe globe control valve pada umumnya terdiri dari dua jenis, yaitu single-seated (dudukan tunggal) dan double-seated (dudukan ganda). Pada tipe double-seated, aliran fluida proses dipecah menjadi dua bagian, sehingga pressure drop dimasing-masing bagian hanya setengah dari pressure drop di antara inlet-oulet. Hal ini sangat menguntungkan karena dapat mengurangi terjadinya korosi akibat
Universitas Mercubuana 10 fluida proses yang mengalir secara kontinyu. Globe control valve adalah salah satu tipe yang paling banyak di gunakan pada suatu proses area industri, baik di industri migas dan petrochemical.
2.1.1 Terminologi Proses Control
Istilah proses control adalah gabungan disiplin ilmu Statistik dan Teknik yang berhubungan langsung dengan ilmu Arsitektur, Enginering dan Algoritma dimana untuk menjaga atau mengendalikan output / keluaran dari suatu proses tertentu dalam kisaran yang dikehendaki. Kata proses dalam bidang enginering / rekayasa adalah seperangkat alat yang memiliki tugas yang saling terkait satu dengan yang lain, untuk bersama-sama mengubah input menjadi output agar sesuai yang diinginkan. Sedang kata kontrol adalah cabang antara ilmu pengetahuan enginering dan matematika yang berhubungan dengan peralatan yang bersifat dinamis dan dapat dimanipulasi atau diubah-ubah besaran outputnya.
Gabungan kerja alat-alat pengendali otomatis itulah yang sering dinamakan dengan sistem pengendalian proses (process control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendali disebut instrument pengendali proses (process control instrumentation).
Maka dapat disimpulkan bahwa control valve adalah bagian dari istilah proses kontrol yaitu suatu perangkat yang telah dilengkapi beberapa komponen yang
Universitas Mercubuana 11 menjadi satu kesatuan unit control valve berupa aktuator, positioner, regulator udara bertekanan, solenoid dan limit switch.
Aktuator
Aktuator / penggerak pada control valve adalah perangkat elektromekanik yang menghasilkan daya gerakan baik menggunakan sistem pneumatik ( perangkat kompresi berbasis udara atau nitrogen ), hidrolik ( berbasis bahan cair seperti oli ) maupun secara elektrik yang fungsinya untuk menutup atau membuka laju aliran fluida dalam valve.
Pada tipe pneumatik aktuator diaphragm / diafragma, secara umum dapat di bagi menjadi dua prinsip kerjanya, yaitu:
a. Air-to-Open
Tipe air to open adalah aktuator akan bekerja jika masuknya sinyal udara bertekanan ( air compressor ) pada kisaran 2.8 kgf/cm2 maka control valve akan terbuka.
Universitas Mercubuana 12 b. Air-to-Close
Tipe air to close adalah aktuator akan bekerja jika masuknya sinyal udara bertekanan ( air compressor ) pada kisaran 2.8 kgf/cm2 maka control valve akan menutup laju aliran fluida.
a. Aktuator Pneumatik c. Aktuator Hidrolik b. Aktuator Motorized
Gambar No. 2.2 Tipe Aktuator control valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 18
Universitas Mercubuana 13 Positioner
Positioner dalam suatu unit control valve memiliki fungsi yaitu untuk memastikan posisi yang benar sesuai input sinyal control untuk mengirimkan permintaan membuka atau menutup control valve, tetapi tidak dapat mengkonfirmasi posisinya.
Dengan perkembangan teknologi positioner control valve saat ini, jika di tinjau dari input sinyal control, maka positioner dapat dibedakan sebagai berikut:
a. Positioner Pneumatik
Positioner akan bekerja untuk memastikan dengan benar posisi pembukaan atau penutupan control valve jika menerima sinyal input berupa udara bertekanan pada kisaran 0.2 ~ 1.0 kgf/cm2 dimana pada posisi control valve terlihat masih menggunakan sistem analog. Pada umumnya pembacaan posisi control valve pada tekanan 0.2 kgf/m2 yaitu control valve pada posisi tertutup ( full close ) sedangkan pada posisi 1.0 kgf/cm2 posisi control valve adalah terbuka ( full open ). Jika disimpulkan range input sinyal pneumatik positioner terhadap bukaan control yaitu;
- 0.2 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 0% - 0.4 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 25% - 0.6 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 50% - 0.8 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 75% - 1.0 kgf/cm2 bukaan control valve sebesar 100%
Universitas Mercubuana 14 b. Positioner Smart
Positioner akan bekerja untuk memastikan dengan benar posisi pembukaan atau penutupan control valve jika menerima sinyal input berupa sinyal elektronik pada kisaran 4 ~ 20 mA DC dimana pada posisi control valve terlihat sudah menggunakan sisytem digital. Pada umumnya pembacaan posisi control valve pada 4 mA DC yaitu control valve pada posisi tertutup ( full close ) sedangkan pada posisi 20 mA DC posisi control valve adalah terbuka ( full open ). Jika disimpulkan range input sinyal elektronik positioned terhadap bukaan control yaitu;
- 4 mA DC bukaan control valve sebesar 0% - 8 mA DC bukaan control valve sebesar 25% - 12 mA DC bukaan control valve sebesar 50% - 16 mA DC bukaan control valve sebesar 75% - 20 mA DC bukaan control valve sebesar 100%
c. Positioner Smart dengan HART Communication Protocol
Positioner ini adalah pengembangan dari positioner smart yang cara kerjanya masih menggunakan sinyal input elektronik 4-20mA DC. Arti kata HART sendiri adalah High Addressable Remote Transducer, dimana jika positioned telah menggunakan memiliki kelebihan antara lain:
- Dapat mengkonfigurasi program secara otomatis - Kalibrasi secara otomatis
Universitas Mercubuana 15 - Mendiagnosa secara otomatis
Pressure Air Regulator
Peran regulator udara bertekanan yang terdapat saringan / filter di dalamnya yang terpasang pada unit control valve memiliki beberapa fungsi sebagai berikut:
- Mengatur dan menyaring udara yang masuk
- Membuang / drain partikel - partikel asing yang dibawa oleh udara bertekanan, sehingga udara yang masuk ke dalam sistem kontrol benar-benar bersih. b. Positioner HART/Type AVP302 a. Positioner Pneumatik/Type HTP e. Positioner Smart/Type AVP300
Gambar No. 2.3 Tipe-Tipe Positioner Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Universitas Mercubuana 16 - Memonitor tekanan udara yang masuk ke dalam sistem control valve
Solenoid Valve
Solenoid valve adalah gabungan antara sistem elektrik dan mekanis (katup elektromekanis) yang terpasang pada sistem control valve berfungsi mengendalikan tekanan udara yang masuk ke aktuator. Arus yang di gunakan secara umum adalah arus searah / DC ( direct current ) yaitu 24 VDC.
Gambar No. 2.4 Pressure Air Regulator Type KZ03 Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Universitas Mercubuana 17 2.1.2 Terminologi Sliding-Stem Control Valve
Pada umumnya istilah tipe sliding-stem control valve yaitu valve sorong / dorong dimana stem / as / shaft valve pergerakkan untuk menutup atau membuka aliran fluida. Tipe yang lazim menggunakan tipe sliding / dorong yaitu tipe globe valve. Adapun persentase pergerakkan menutup / membuka valve dapat di monitor travel valve tesebut. Gambar dibawah ini adalah tipe sliding-stem control valve, dimana item valve stem yang telah terangkai sedemikian rupa akan bekerja mendorong plug stem untuk menutup dan mengangkat plug stem untuk membuka aliran fluida.
Gambar No. 2.5 Solenoid Valve Type J320b175 Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan AGVB/AGVM Top-Guide Single Seat Control Valve
Universitas Mercubuana 18 2.1.3 Terminologi Rotary-Shaft Control Valve
Istilah rotary-shaft control valve adalah dimana bagian dari valve yaitu disc / lempengan / plug yang berfungsi sebagai menutup atau membuka aliran fluida bekerja dengan cara berputar mengikuti poros / shaft valve tersebut dengan membentuk sudut 25o, 45o, 60o dan 90o yang disesuaikan oleh Cv control valve. Tipe valve yang bekerja secara rotasi bisa berupa tipe: ball valve, butterfly valve, plug valve dan lain sebagainya. Beberapa pabrikan rotary valve telah banyak memberikan
Universitas Mercubuana 19 informasi kepada praktisi di industri dalam untuk menentukan bukaan / travel valve yang diinginkan.
Gambar No2.6 type rotary control valve Sumber: P.T azbil berca Indonesia Control valve elementary course, halaman 18
2.2 Klasifikasi Control Valve
Ditinjau dari cara kerja valve dan fungsinya, maka valve dapat di kelompokkan menjadi dua bagian, yaitu manual valve dan automated valve.
2.2.1 Manual Valve
Manual valve adalah katup-katup yang terpasang disaluran fluida gas atau cair yang cara pengoperasiannya masih di dominan oleh manusia, yaitu pada saat
Universitas Mercubuana 20 membuka atau menutup aliran fluidanya. Tipe katup yang dioperasikan secara manual banyak ragamnya, antara lain: ball, globe, butterfly, gate dan lain-lain. Adapun alat untuk membuka / menutup katup secara manual yaitu tipe: lever / tungkai, hand wheel / berbentuk steer mobil yang terdapat pada katup tersebut.
Gambar No. 2.7 type manual valve Sumber : Wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/valve Manual Ball Valve dengan
penggerak Lever/Tungkai
Manual Gate Valve dengan penggerak hand wheel
Manual Globe Valve dengan penggerak hand wheel Manual Butterfly Valve dengan
Universitas Mercubuana 21 2.2.2 On-Off Valve
Prinsip kerja suatu tipe On-Off valve yang terpasang pada rangkaian pipa, yaitu ketika valve di buka maka fluida mulai mengalir dan sebaliknya ketika valve di tutup, maka fluida pun berhenti mengalir. Garis besar tugas on-off valve ialah untuk menutup penuh ( fully closed ) ataupun membuka penuh ( fully opened ). Komponen-komponen yang terpasang pada On-Off valve yaitu berupa air regulator dan solenoid valve
.
Gambar No 2.8 tipe On – Off valve Sumber: P.T azbil berca Indonesia Control valve elementary course, halaman 18
2.2.3 Self Operated Valve
Pada Self operated Valve, tidak membutuhkan energy luar seperti listrik dan udara bertekanan. Sistem valve ini dapat bekerja sendiri dengan bantuan sensor – sensor, sesuai dengan tujuan pengoperasian Valve ini. Self
Universitas Mercubuana 22 operated valve sering dipakai sebagai pengatur temperature, flow, pressure, ataupun differential pressure suatu fluida kerja.
Gambar : No.2.9 Self Operated Valve Sumber: P.T azbil berca Indonesia Control valve elementary course, halaman 18
2.2.4 Control Valve
Control Valve merupakan elemen pengendali akhir yang banyak digunakan pada industry modern. Pada umumnya control Valve terdiri dari tiga bagian utama yaitu ; Body Valve, Actuator, serta positioner. Body valve adalah tempat dimana fluida yang mengalir akan dikondisikan sesuai kebutuhan perancang baik dari segi flow, temperature, maupun pressure. Sedangkan Actuator berfungsi sebagai penggerak dari komponen body valve setelah merubah signal pneumatic maupun electric dari positioner menjadi
Universitas Mercubuana 23 energy mechanic untuk mengatur pembukaan valve tersebut. Positioner berperan sebagai pemberi signal pengaturan kepada actuator setelah mendapat data-data kondisi kerja dari sensor-sensor serta berdasarkan penyetelan awal yang dikondisikan sesuai kebutuhan penggunanya.
Gambar : No 2.10 Control Valve Sumber: P.T azbil berca Indonesia Control valve elementary course, halaman 18
2.3 Konsep Kerja Control Valve
Katup adalah komponen dengan lubang variabel,yang memungkinkan bisa mengatur aliran fluida. Kontrol valve adalah aktuator sistem yang teregulasi, dan ini berarti bahwa komponen konrol valve sangat signifikan penting. Hal ini untuk alasan bahwa katalog yang diterbitkan oleh produsen valve sangat baik disajikan dan merupakan terbaik.
Universitas Mercubuana 24 2.3.1 Dead Band Zona Control Valve
Dead band mempunyai peran utama untuk variabilitas proses yang berlebihan, dan control valve assemblies dapat menjadi sumber utama dead band dalam instrumentasi loop akibat berbagai penyebab seperti gesekan(friction), poros backlash (serangan balik), wind-up, relay atau spul katup dead zona, dll.
Dead band adalah sebuah fenomena umum di mana berbagai atau band dari kontroler output (CO) nilai gagal untuk menghasilkan perubahan dalam proses variabel- mampu diukur (PV) ketika sinyal masukan berbalik arah. (Lihat definisi istilah-istilah dalam Bab 1) Bila terjadi gangguan beban., proses variabel (PV) menyimpang dari set point. Penyimpangan ini memulai-koreksi tindakan melalui controller dan kembali melalui proses. Namun, perubahan awal dalam output controller dapat tidak menghasilkan korektif perubahan dalam variabel proses. Hanya ketika output kontroler memiliki berubah cukup untuk kemajuan melalui mati band melakukan yang sesuai perubahan dalam variabel proses terjadi. Setiap kali output pengontrol ulang searah, sinyal pengendali harus melalui dead band menjadi-kedepan setiap perubahan korektif dalam variabel proses akan terjadi. Kehadiran band mati dalam proses memastikan deviasi variabel proses dari set point akan meningkat sampai cukup besar untuk mendapatkan melalui dead band. Hanya kemudian dapat tindakan korektif terjadi.
Universitas Mercubuana 25 2.3.2 Desain Aktuator-Positioner
Actuator dan desain positioner harus dipertimbangkan bersama-sama. Kombinasi dari kedua peralatan ini sangat mempengaruhi kinerja statis (dead band), serta respon dinamis dari perakitan katup kendali dan konsumsi udara instrumentasi katup secara keseluruhan. Positioner digunakan dengan sebagian besar aplikasi katup kontrol yang telah ditentukan. Positioner memungkinkan untuk akurasi posisi yang tepat dan respon lebih cepat ketika terjadi gangguan proses untuk digunakan dengan sistem kontrol konvensional digital. Dengan meningkatnya penekanan pada kinerja proses kontrol yang ekonomis, positioner harus dipertimbangkan untuk setiap aplikasi di mana katup proses optimasi adalah penting. Karakteristik yang paling penting dari positioner yang baik untuk mengurangi variabilitas proses adalah bahwa hal itu menjadi penguatan perangkat yang tinggi . Keuntungan positioner terdiri dari dua macam : keuntungan statis dan keuntungan dinamis.
Keuntungan statis berhubungan dengan sensitivitas perangkat untuk mendeteksi terkecil (kurang dari 0,125%) perubahan sinyal input. Kecuali perubahan sinyal sensitif terkecil dari perangkat ini, tidak bisa menanggapi gangguan kecil dalam variabel proses. Ini Keuntungan statis tinggi dari positioner diperoleh melalui preamplifier, mirip dalam fungsi ke preamplifier yang terkandung dalam ketepatan sound system yang tinggi. Dalam banyak positioner pneumatik, nozzle-flapper atau serupa
Universitas Mercubuana 26 perangkat ini berfungsi sebagai Keuntungan statis tinggi preamplifier.
2.4 Fungsi Control Valve
Di era industri yang maju begitu pesat saat ini, penggunaan control valve sebagai final control element dalam suatu proses produksi telah banyak digunakan sesuai dengan peruntukannya, semisal control valve tersebut dititik beratkan untuk di aplikasikan pada flow, temperature, pressure dan lain sebagainya. Berikut adalah
2.4.1 Flow Control
Untuk memudahkan identitas sebuah control valve yang di aplikasi pada area tertentu, maka perlu di berikan Tag. No agar lebih mudah di monitor. Sebuah control valve yang dititik beratkan untuk mencapai flow tertentu, maka sering di singkat dengan nama FCV atau flow control valve.
2.4.2 Pressure Control
Untuk memudahkan identitas sebuah control valve yang di aplikasi pada area tertentu, maka perlu di berikan Tag. No agar lebih mudah di monitor. Sebuah control
Universitas Mercubuana 27 valve yang dititik beratkan untuk mencapai pressure tertentu, maka sering di singkat dengan nama PCV atau pressure control valve.
2.4.3 Level Control
Untuk memudahkan identitas sebuah control valve yang di aplikasi pada area tertentu, maka perlu di berikan Tag. No agar lebih mudah di monitor. Sebuah control valve yang dititik beratkan untuk mencapai level sebuah permukaan, maka control valve pada area tersebut sering di singkat dengan nama LCV atau level control valve.
2.4.4 Temperature Control
Untuk memudahkan identitas sebuah control valve yang di aplikasi pada area tertentu, maka perlu di berikan Tag. No agar lebih mudah di monitor. Sebuah control valve yang dititikberatkan untuk menghandle temperature tertentu, maka sering di singkat dengan nama TCV atau temperature control valve. Biasanya tipe TCV banyak di aplikasikan pada system line boiler.
2.5 Terminologi Aliran Control Valve
2.5.1 Flow Coefficient (Cv) Prinsipal
Dalam menentukan suatu aplikasi unit control valve pada proses aliran fluida atau gas maka perlu menentukan aliran coefficient atau Cv yaitu gunanya untuk
Universitas Mercubuana 28 menentukan kapasitas aliran terhadap kekuatan bodi valve dan ukuran trim ( bagian valve yang bekerja secara dinamis, seperti plug, stem / as dan seat ring / dudukan untuk plug ). Definisi kenaikan 1 Cv yaitu pada 1 galon per menit ( gpm ) pada temperature 60oF pada saat fluida mengalir pada valve dengan beda tekanan / pressure drop 1 psi. Pada umumnya, untuk mendapatkan Cv yang tepat dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :
a f P P G F q Cv ∆ = (2.1)
Dimana: Cv = Flow coefficient
Q = Aliran dalam m³/h Fp = Piping geometry factor
∆Pa = Allowable pressure drop melalui valve, Kpa
Gf = Specific gravity
∆P = Pressure Drop dalam Kpa
2.5.2 Perhitungan Cv Untuk Fluida Cair
Dalam memenentukan ukuran, rating serta flow coefficient control valves yang akan dialirkan pada fluida cair atau gas sering disebut dengan istilah sizing
Universitas Mercubuana 29 control valves, maka dari itu diperlukan pemahaman yang memadai dengan suatu acuan persamaan yang telah di sepakati oleh pabrikan control valve di seluruh dunia dengan nama organisasi ANSI/ISA-75.01.01-2002 (IEC 60534-2-1 Mod) yaitu Flow Equations for Sizing Control Valves. ISA sendiri kepanjangan dari The Instrumentation, Systems, and Automation Society. Berikut adalah tahapan-tahapan yang harus diperhatikan dalam men-sizing control valve, yaitu:
1. Menghitung aktual pressure drop dengan persamaan:
2 1 P P P = − ∆ (2.2) Dimana :
P1 = In let Pressure P2 = Out let Pressure
2. Memeriksa aliran tersedak / choked flow, kavitasi dan flashing dengan persamaan: ) ( 1 2 V F L ch F P F P P = − ∆ (2.3) Dimana: Kpa pressure, Inlet Kpa inlet, re temperatu pada pressure Vapor factor ratio pressure critical Liquid factor recovery pressure Liquid 1 = = = = P P F F V F L
Universitas Mercubuana 30 FF dapat di estimasikan dengan persamaan:
C V F P P F =0.96−0.28 (2.4)
Dimana: FF = Liquid critical pressure ratio
Pv = vapor pressure dari liquid, Kpa
Pc = Critical pressure dari liquid, Kpa
Jika ∆Pch ( persamaan 2.3 ) kurang dari actual ∆P ( persamaan 2.2 ), gunakan ∆Pch untuk ∆Pa dalam persamaan 2.1.
Universitas Mercubuana 31 Table.2 critical pressure
Universitas Mercubuana 32 Kemudian memeriksa ∆P (kavitasi) dengan persamaan:
) ( ) ( 1 2 V i P P F Cavitaion P = = − ∆ (2.5) Dimana:
Fi = Liquid kavitasi faktor (tabel 3-1)
P1 = Inlet pressure, Kpa
Pv = Vapor pressure liquid, Kpa
3. Menentukan spesifik gravity / berat jenis fluida yang dialirkan.
Berat jenis pada umumnya tersedia pada aliran yang mengalir pada temperature operasi. Contoh air, berat jenisnya 0.94
4. Menghitung perkiraan Cv Fp menggunakan persamaan 2.1 dan mengasumsikan Fp adalah 1.0
Pada umumnya efek dari aliran non-turbulent dapat di abaikan, asalkan valve tidak beroperasi pada suatu aliran laminar atau area aliran trasitional yang mengakibatkan viskositas naik, kecepatan fluida menjadi rendah atau Cv yang kecil. Contoh: 33.4 210 94 . 0 500 = = V C
Universitas Mercubuana 33 Jika terdapat contoh Cv type valve dengan flow-under, equal percentage pada class 600, maka ukuran body valve dengan Cv 33.4 adalah 2 inch.
6. Menghitung valve dengan bilangan Reynolds Rev dan faktor bilangan Reynolds FR dengan persamaan:
Rev = 4 1 4 2 2 2 4 d N C F C F v q F N L v v L d (2.6a)
Gunakakan persamaan 2.6b untuk menghitung bilangan faktor Reynolds FR jika Rev < 40,000 dan FR = 1.0
FR = 655 . 0 358 . 0 044 . 1 − Vt VS C C (2.6b)
Dimana: Cvs = Aliran laminar Cv
Cvs = 3 2 1 ∆P N q FS S µ (2.6c) Cvt = Aliran turbulent Cv
Fs = streamline flow factor
Fs = 6 1 4 2 2 2 3 1 3 2 d N C F F F L V L d (2.6d) Dimana:
Universitas Mercubuana 34 d = diameter valve dalam mm
Fd = Valve style modifier
Fs = Laminar, atau streamliner, faktor aliran
q = Flow rate dalam m³/h N2 = 890 jika diameter dalam mm
N4 = 17,300 ketika q dalam gpm dan d dalam mm Ns = 47 ketika q dalam gpm dan ∆P dalam Kpa µ = absolute viscositas dalam centipoise
v = kinematika viskositas, centistokes =
f
G
µ
7. Menghitung ulang Cv menggunakan bilangan faktor Reynolds dengan persamaan : 2 1 P P G F q C f R v = − (2.6e)
8. Mengitung ulang faktor geometry pipa 9. Menghitung final Cv
10. Menghitung masuk atau keluar velocity dalam suatu aliran fluida dengan menggunakan persamaan:
Universitas Mercubuana 35 V A V = 0.321q (2.7) Dimana: V = Velocity dalam m/s
q = Liquid flow rate dalam m³/h Av = Flow are dalam m2
2.6 Karakteristik Aliran Control Valve
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
Universitas Mercubuana 36 umumnya memiliki 3 (tiga) karakteristik aliran yang ideal, yaitu Quick Opening, Linear dan Equal Percentage, dimana aliran yang melalui sebuah valve adalah sebanding dengan luasan dari bukaan dan akar kuadrat dari penurunan tekanan yang terjadi pada valve
Gambar 2.6.1 Karakteristik Aliran Control Valve Sumber KLM Technology Group
Practical Engineering Guidelines for Processing Plant Solutions
Universitas Mercubuana 37 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 merupakan perubahan maksimum yang terjadi pada bukaan valve / travel yang relatif kecil. Karakteristik quick opening sangat tepat di aplikasikan pada on-off valve.
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.
Gambar No 2.11 Counter Cage untukaliran Quick Opening sumber : emerson proses mamagement
Universitas Mercubuana 38 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 No 2.12 Counter Cage untuk aliran Equal Percentage sumber : emerson proses mamagement
Gambar No 2.13 Counter Cage untuk aliran Equal Percentage sumber : emerson proses mamagement
Universitas Mercubuana 39 2.7 Analisa Noise pada Control Valve AGVB ANSI 150
2.7.1 Definisi Noise ( Kebisingan )
Bising merupakan tingkat suara yang dapat menurunkan pendengaran baik secara kwantitatif (peningkatan ambang pendengaran) maupun secara kwalitatif (penyempitan spectrum pendengaran), berkaitan faktor intensitas, frekuensi, durasi dan pola waktu.
Kebisingan adalah bunyi yang tidak di kehendaki karena tidak sesuai dengan ruang dan waktu sehingga dapat menimbulkan gangguan terhadap kenyamanan dan kesehatan manusia. Bunyi yang menimbulkan kebisingan di akibatkan oleh laju aliran fluida kerja atau sumber suara yang bergetar.
2.7.1.1 Jenis Kebisingan
Jenis jenis kebisingan meliputi:
a. Kebisingan bersambung dengan spectrum frekuensi yang luas, misal, mesin – mesin, kipas angin
b. Kebisingan bersambung dengan spectrum frekuensi sempit, misal gergaji sirkuler, katup gas dan lain-lain.
c. Kebisingan terputus-putus, misal lalu lintas, suara kapal terbang di lapangan udara.
d. Kebisingan implusive, seperti pukulan tukul, tembakan bedil, meriam dan ledakan.
e. Kebisingan implusive berulang, misal mesin tempa di perusahaan.
Universitas Mercubuana 40 2.7.2 Kebisingan Yang Diijinkan
Berdasrkan MENKES NO. 718/Men.Kes/Per/XI/1987 kebisingan dapat di kelompokan menjadi 4 zona
• Zona A : zona yang diperuntukan bagi tempat penelitian,RS, tempat perawatan kesehatan/social &sejenisnya. 35 – 45 dBA
• Zona B : zona yang diperuntukan bagi perumahan, tempat pendidikan, rekreasi dan sejenisnya. 45 – 50 dBA
• Zona C : zona yang dipruntukan untuk perkantoran, perdagangan, pasar dan sejenisnya 50 – 60 dBA
• Zona D : zona yang diperuntukan bagi industri, pabrik, stasiun KA, terminal bis dan sejenisnya 60 – 70 dBA
2.7.3 Noise Prediction (prediksi kebisingan)
Prediksi kebisingan di bagi menjadi dua yaitu:
2.7.3.1 Aerodinamis
Metode prediksi kebisingan, motode ini terdiri dari campuran termodinamika aerodinamis teori dan beberapa informasi empiris, metode ini di prediksi hanya untuk katup yang didasarkan pada geometri terukur dari katup.
Universitas Mercubuana 41 Metode prediksi kebisingan ini terdiri dari lima langkah dasar yaitu:
1. Menghitung jumlah aliran daya dalam proses di vena contracta
Kebisingan yang dihasilkan oleh katup dari vena kontraktra. Jika daya total yang tidak beraturan dapat di hitung oleh throttling pada vena kontraktra, maka fraksi itu adalah kekuatan kebisingan yang dapat ditentukan. Karena daya merupakan waktu tingkat energy, suatu jenis yang mengetahui persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung energy kinetic. Persamaan energy kinetic adalah
2 2 1 mv dimana : M = massa V = kecepatan
2. Menentukan fraksi dari total kekuatan menjadi kekuatan akustik
Metode ini menganggap kondisi proses yang diterapkan di semua katup untuk menentukan kebisingan tertentuyang menghasilkan mekanisme katup. Ada lima yang mendefinisikan rezim tergantung pada hubungan tekanan vena kontrakta dan tekanan hilir. Untuk masing-masing sebuah rezim mengefisiensika akustik didefinisikan dan dihitung. Efisiensi akustik ini menetapkan fraksi
Universitas Mercubuana 42 dari total aliran listrik yang dihitung pada langkah 1, yaitu kekuatan kebisingan dalam merancang panakanan pada suatu katup. Efisiensi akustik yang rendah adalah salah satu tujuannya.
3. Mengkonfersikan daya akustik untuk tekanan suara.
Tujuan akhir dari dari metode prediksi IEC adalah penentuan dari tingkat tekanan suara pada referensi titik di luar katup dimana pendengaran manusia adalah kekhawatiran.langkah 2 memberikan kekuatan akustiknya yang tidak secara langsungdiukur. Akustik atau tekanan suara yang terukur dan oleh karena itu telah menjadiekspresi default untuk kebisingan dalam kebanyakansituasi.konvesi dari kekuatan akustikke tekanan suara menggunakan akustik dasar teori.
4. Account untuk transmisi hilangnya pipewall dan menyatakan kembali tekanan suara pada permukaan luar pipa.
Langkah 1 sampai 3 terlibat dengan generasi kebisingan proses di dalam pipa, tingkat kebisingan pipa adalah kebutuhan utama, metode ini harus menjelaskan perubahan dalam kebisingan sebagai referensi lokasi bergerak dari dalam pipa untuk luar pipa. Dinding pipa berkarakteristik fisik, karena materialnya, ukuran, dan bentuk, yang mendefenisikan seberapa baik suara akan mengirimkan melalui pipa. Cairan tersimpan kebisingan di dalam pipa harus
Universitas Mercubuana 43 berinteraksi dengan dinding pipa dalam untuk menyebabkan dinding pipa bergetar, maka getaran harus mengirimkan melalui dinding pipa untuk dinding luar pipa, dan di luar dinding pipa harus berinteraksi dengan atmosfer untuk menghasilkan suara gelombang. Ketiga langkah kebisingan transmisi tegantung pada frekuensi kebisingan. Metode yang represents frekuensi dari kebisingan katup dengan menentukan frekuensi puncak katup spectrum kebisingan. Metode ini juga menentukan transmisi pipa kerugian sebagai fungsi dari frekuensi. Metode ini kemudian membandingkaninternal kebisingan spectrum dan transmissionloss spectrum untuk menentukan berapa banyak tekanan suara eksternal akan dilemahkan oleh dinding pipa.
5. Account untuk menghitung jarak dan tingkat tekanan suara di lokasi pengamat
Langkah 4 memberikan tekanan eksternal tingkatsuara di permukaanluar dinding pipa. Teori dasar akustik diterapkan untuk menghitung tingkat tekanan suara dilokasi pengamat. Kekuatan suara adalah konstan untuk disetiap situasi tertentu, namun tekanan terkait suara tingkat bervariasi dengan daerah daya terbesar lebih meningkat. Hal ini menyebabkan tingkat suara menurun.
Universitas Mercubuana 44 2.7.3.2 Hidrodinamik
Kebisingan hidrodinamik biasanya terlihat berhubungan dengan kavitasi. Kebisingan hidrodinamik dengan kavitasi tercermin dalam berbagai metode prediksi yang tersedia. Metode account untuk satu kebisingan karakteristik untuk cairan dalam nonchocked. Ada berbagai situasi dimana cairan adalah campuran dua fase. System mengindikasikan kebisingan ini tidak berkontribusi terhadap keseluruhan atau melampaui tingkat kebisingan eksposur.
2.7.4 Noise Control
Kebisingan control dalam system tertutup (tidak di buang ke atmosfer), suara apapun yang dihasilkan dalam proses menjadi udara hanya dengan transmisi melalui katup dan pipa yang berdekatan yang mengandung flowstream
Universitas Mercubuana 45 Gambar 2. 14 valve potong desain untuk mengurangi kebisinan aerodinamika
sumber : emerson proses mamagement
Pada gambar 5.8 pandangan atas menunjukan tempat dengan banyak slot parallel sempit yang dirancang untuk meminimalkan turbulensi dan memberikan memberikan distribusi kecepatan menguntungkan di daerah ekspansi. Pendekatan untuk desain katup yang tenang dapat memberikan 15 sampai 20 dBA kebisingan pengurangan dengan penurunan sedikit atau tidak ada dialiran kapasitas. Pandangan yang lebih rendah pada gambar 5.8 menunjukan dua tahap, kadang gaya langsing dirancang untuk redaman kebisingan optimum dimana rasio penurunan tekanan (P/P1?) yang tinggi untuk mendapatkan hasil yang di inginkan.
Multistage tekanan reduksi membagi kekuatan aliran antara tahap dan selanjutnya mangurangi akustik efisiensi konversi. Spectrum frekuensi pergeseran mengurangi akustik energy yang didengar rentang dengan memanfaatkan transmisi hilangnya pipa. Untuk aplikasi katup control
Universitas Mercubuana 46 operasi pada rasio tekanan tinggi (P/P1>0,8) pendekatan pembatasan seri, total membelah penurunan tekanan antara katup control dan pembatasan yang tetap (diffuser) laju dari katup dapat efektif dalam meminimalkan kebisingan . untuk mengoptimalkan efektivitas diffuser, itu harus dirancang untuk masing – masing diberikan instalasi sehingga tingkat kebisingan di hasilkan oleh katup dn diffuser adalah sama
Gambar No 2.15 katup dan inline kombinasi diffuser W2618.IL sumber : emerson proses mamagement
Universitas Mercubuana 47
Gambar No 2.16 katup dan vent Kombinasi diffuser W2672/IL, khusus valve
desain untuk hilangkan kavitasi W2673/IL
sumber : emerson proses mamagement
System control ventilasi ke atmosfer umumnya sangat berisik karena dari rasio tekanan tinggi dan kecepatan keluar tinggi. Jumlah penurunan tekanan antara actual ventilasi dan control katup. dengan cara diffuser ventilasi menenangkan kedua katup dan ventilasi. Seperti yang ditunjukan dalam gambar 5.10 dapat mengurangi keseluruhan system tingkat kebisingan sebanyak 40dBA. Kebisingan yang dihasilkan dari kavitasi bias dihilangkan oleh aplikasi batas yang tepat untuk layanan kondisi di katupdengan menggunakan break down libang, katup dalam seri pendekatan lain menggunakan dengan cara memangkas katup khusus
Universitas Mercubuana 48
yang menggunakan konsep pembatasanseri untuk menghilangkan kavitasi seperti yang di tunjukan pada gambar 5.11. pendekatan kedua untuk mengendalikan kebisingan. Cairan steaming adalah transmisi suara yang sangat baik.
Disipasi energy akustik dengan menggunakan bahan penyerap akustik adalah salah satu metode yang paling efektif.dalam system gas peredam inline efektif menghilangkan kebisingan dalam aliran fluida dan menipis tingkat kebisingan yang di transmisikan, dimana aliran massa yang tinggi rasio tekanan di katup ada peredam inline seperti yang ditunjukan pada gambar di bawah
Gambar No 2.17 typikal inline silinder sumber : emerson proses mamagement
Yang sering yang paling realistis dan mudah dalam pendekatan untuk mengendalikan kebisingan. Gunakan penyerapan jenis peredam inline dapat menyediakan hamper semua redaman diinginkan. Kebisingan yang
Universitas Mercubuana 49 tidak dapat dihilangkan dalam waktu batas-batas aliran sungai harus dihilangkan dari perbaikan luar.jalan perbaikan seperti dinding berat pipa atau insulasi akustik dapat menjadi mudah dan efektif teknik untuk pengurangan kebisingan local. Namun, kebisingan disebarkan untuk jarak jauh melalui aliran fluida dan efetivitas yang beray, dinding pipa atau isolasieksternal berakhir dimana perbaikan berakhir.
2.7.5 Noise Summary
Jumlah yang di hasilkan oleh katup pengendali yang di usulkan instalasi dapat dengan cepat dan cukup diprediksi dengan menggunakan standar metode industry. Metode ini tersedia dalan perangkat lunak computer untuk kemudahan penggunaan. seperti ukuran dan kebisingan alat prediksi yang tepat membantudalam pemilihan peralatan pengukuran kebisingan. Seperti yang di tunjukan pada gambar 5.13 dan 5.14. proses untuk dampak lingkungan yang rendah akan terus mendorong kebutuhan untuk katup control.
Universitas Mercubuana 50 Gambar 2.18 globe valve gaya dengan cage pencegah
Kebisingan untuk aerodinamis W6851 sumber : emerson proses mamagement
gambar 7.2.7. gaya bola valve dengan attenuatoruntuk mengurangi hidrodinamik kebisingan W6343/IL
