Analisa Aliran Control Valve HCB BAB IV ANALISA FLOW CONTROL VALVE HCB UNTUK STEAM PADA PT POLICHEM INDONESIA TBK

(1)

Universitas Mercubuana

BAB IV

ANALISA FLOW CONTROL VALVE HCB UNTUK STEAM

PADA PT POLICHEM INDONESIA TBK

4.1 Aplikasi Control Valve Pada PT Polichem Indonesia Tbk.

PT Polichem Indonesia Tbk. adalah sebuah perusahaan yang memproduksi produk-produk kimia, di perusahaan ini banyak menggunakan

control valve dalam proses produksinya, untuk itulah penulis mencoba untuk

menganalisa perhitungan karakteristik flow pada control valve yang digunakan pada perusahaan ini. Pada analisa flow kami batasi lebih spesifik yaitu analisa flow pada fluida kerja steam water.

Pada Steam water system PT Polichem menggunakan beberapa valve, namun kami batasi untuk pengnalisaan kami menggunakan control valve dengan tag no FV 101. Untuk lokasi dan aplikasi control valve tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini;

(2)

Universitas Mercubuana Gambar 4.1 Aplikasi control valve FV 101

Sumber : PT Polichem Indonesia

Control valve dengan tag no FV 101 adalah sebuah control Valve jenis

HCB dari pabrikan Yamateke dengan spesifikasi seperti dibawah ini ;

SPECIFICATION LIST

YH-NO. : R-92043-41-010

(3)

TAG NO. : FV-101

( SPECIFICATION )

MODEL NO. --- HCB

DESCRIPTION PRESS. BALANCED CAGE TYPE CONTROLVALVE

VALVE SIZE 3 INCH (80MM)

PORT OR CV VALUE 3 INCH (80MM)

BODY RATING Ansi 600

End Connection RF

Body Material A216WCB

Trim Material SCS24

Flow Characteris %VF

Bonnet Type Plain Type

Actuator HA4

Manual Operator Side Handle

Valve Action Reverse Action

(4)

Gland Packing Teflon

Gasket V543. V590 Grease Without Air Supply 2.8 KGF/CM2 Spring Range 0. 8-2. 4 KGF/CM2 ( COLOR ) Body Silver

Diaphragm Case 2. 5Y8/12

Yoke Silver

( ACCESSORY )

Positioner HEP 15-A-1

Input Signal 4-20 MA DC

Regulator KZ03-2B-X

(5)

Universitas Mercubuana ( OPERATING CONDITION )

Fluid BFW

Flow Rate Max 52. 9 M3/H

Flow Rate Nor 47. 6 M3/H

Pressure P1 61. 98 KGF/CM2

Diff Press Nor 2. 1 KGF/CM2

Diff Press Max 84. 1 KGF/ CM2

Temperature 165 oC

Specific Gravity 0. 906

CV Selected 99

CV Calculated 41/37

SV0602-001 Vinyl Covered Air Tube With Double Joint

SV0201-002 Seat Leakage : Less Than 0. 1% CV

SV0402-001 Packing Follower W/O-Ring

(6)

Universitas Mercubuana Note Seat Leakage : Ansi Class III. (Case II) P1=32KGF/CM2. ∆ P =1.

0KGF/CM2. Calculation CV = 59/53

Berikut adalah gambar teknik dari Control Valve sesuai spesifikasi diatas.

Gambar 4.2 Gambar Teknik Control Valve HCB ANSI 600

(7)

4.2 Perhitungan Koefisien – Koefisien Valve

Dalam penganalisaan performa valve penulis menggunakan metode perhitungan, dimana perhitungan tersebut meliputi:

1. Perhitungan Koefisien aliran valve aktual

2. Perhitungan Koefisien aliran untuk fluida kerja steam (Water Vapor)

3. Perhitungan Valve Loss Koefisien

Secara umum ketiga perhitungan tersebut digunakan dalam system instrumentasi, terutama saat pemilihan dan penganalisaan performa dari sebuah control valve. Untuk itulah penulis menganalisa performa dengan metode perhitungan seperti diatas.

3.2.1 Perhitungan aliran valve aktual

Cv = 1.17 x q

Sesuai dengan data aplikasi sesuai data sheet diatas didapat data :

Upstream Pressure P1 = 61.98 kgf/cm²

Beda Tekanan ∆P = 2.1 kgf/cm²

Gas Specific Gravity Gg = 1

Untuk perhitungan CV diambil dari beberapa variant dari flow rate yang sering terjadi saat control valve tersebut bekerja yaitu sebagai berikut :

1. Untuk Flow rate (q) = 20 m³/h

Didapat harga Cv = 1,17 x 20

(8)

= 23,4 x 0,690

= 16,146

2. Untuk Flow rate (q) = 40 m³/h

.

= 46,8 x 0,690 = 32,292 3. Untuk Flow rate (q) = 60 m³/h

.

= 70,2 x 0,690 = 48,438 4. Untuk Flow rate (q) = 80 m³/h

.

= 93,6 x 0,690

= 64,584 5. Untuk Flow rate (q) = 100 m³/h

.

= 117 x 0,690 = 80,73

(9)

Berikut adalah diagram dari nilai Cv terhadap flow rate sesuai hasil perhitungan :

Gambar 4.3 Diagram Cv untuk fluida kerja cair

Sumber : Perhitungan Koefisien Valve Fluida kerja cair

Untuk flow rate maksimum dari kondisi kerja aktual control valve tersebut adalah (q) = 52,9 m³/h sehingga didapat harga cv aktual :

(10)

Cv = 1,17 x 52,9

.

= 61,893 x 0,690 = 42,706

3.2.2 Perhitungan Koefisien aliran untuk fluida kerja steam (water Vapor)

∆P = 2,1 kgf/cm²

= . = 30,99

Karena ∆P < maka berlaku persamaan berikut

Cv =

Untuk perhitungan CV diambil dari beberapa variant dari flow rate yang sering terjadi saat control valve tersebut bekerja yaitu sebagai berikut :

Didapat harga Cv = _, _, _,

= 0,069 x 1,308

= 0,090

Didapat harga Cv =

, , ,

= 0,139 x 1,308

(11)

3. Untuk Flow rate 60 m³/h

Didapat harga Cv =

, , ,

= 0,209 x 1,308

= 0,273

Didapat harga Cv =

, , ,

= 0,278 x 1,308

= 0,364

Didapat harga Cv =

, , ,

= 0,348 x 1,308

= 0,455

Berikut adalah diagram dari nilai Cv terhadap flow rate sesuai hasil perhitungan :

(12)

Gambar 4.4 Diagram Cv untuk fluida kerja steam

Sumber : Perhitungan Koefisien Valve Fluida kerja cair

Untuk flow rate maksimum dari kondisi kerja aktual control valve tersebut adalah(q) = 52,9 m³/h sehingga didapat harga cv aktual :

Cv = ,

, , ,

= 0,184 x 1,308

(13)

Untuk faktor keamanan kita ambil koefisien valve 15% lebih besar dari kondisi kerja flow rate maksimal dari aktual flow yang terjadi, maka nilai dari Cv tersebut menjadi :

a. Untuk fluida kerja Fase cair

Cv = 42,706 x 15/100 = 6,41

Sehingga nilai Cv menjadi : Cv = 42,76 + 6,41

= 49,17

b. Untuk fluida kerja fase steam (uap air)

Cv = 0,241 x 15/100 = 0,036

Sehingga nilai Cv menjadi : Cv = 0,241 + 0,036

= 0,277

Data Pabrikan dari Yamatake Corporation Cv Rated untuk Control Valve HCB 3 Inch adalah 99 pada kondisi full open (100% open). Untuk data pabrikan dari Valve diatas dapat dilihat pada table dibawah ini :

(14)

Gambar 4.5 Cv rate HCB

Sumber : Yamatake Coorporation

Gambar 4.6 Diagram Cv rate HCB Equal & Linear Percentage

Sumber : Yamatake Coorporation

Data sesuai perhitungan didapat koefisien aliran Valve untuk Control

(15)

dibawah dari CV rated maksimal, ini artinya Control Valve tersebut masih aman dipakai pada system tersebut.

3.2.3 Perhitungan Valve loss Koefisien

∆H = K ²

Sesuai data aplikasi didapat data-data sebagai berikut : K = 10³ pada pembukaan valve 10%

Untuk harga v didapat dari persamaan berikut : v = 278 dimana : V = 0.315 m³/kg W = 52.794 kg/h A = 0,0047 m² Maka v = 278 . . = 278 x 3538.321 = 0.984 m/dt ∆H = 10³ . ² ∆H = 1000 x 0.048 ∆H = 48 m/h

Untuk differentiat pressure nya didapat dari persamaan berikut :

∆p = K ! ²

(16)

∆p = 48 345 pa ∆p = 0,48 bar

4.3 Karakteristik Aliran Control Valve

Performa dari sebuah control valve, dipengaruhi juga oleh beberapa faktor yang terjadi dalam suatu system kerja control valve itu sendiri. Faktor – faktor tersebut antara lain, jenis aliran (laminar, turbulen, atau transisi), Choked

Flow, maupun pressure drop yang terjadi.

3.3.1 Jenis Aliran

Jenis aliran yang melalui sebuah control valve turut berpengaruh

terhadap kinerja dari control valve itu sendiri. Faktor –faktor yang mempengaruhi jenis / pola aliran antara lain ;

1. Kecepatan fluida 2. Suhu Fluida 3. Diameter Pipa

4. Besar bukaan Control Valve

Sebagai gambaran untuk pola aliran tersebut dapat dilihat seperti gambar di bawah ini :

(17)

Gambar 4.7 Pola Aliran laminer dan turbulen Sumber : Emerson Handbook

Pola aliran dapat diketahui dengan cara antara lain ;

1. Visual

2. Secara perhitungan

Analisa secara Visual didapat dengan cara melihat langsung diaplikasi dan dapat dibandingkan dengan gambar 3.1 untuk mengetahui jenis aliran tersebut apakah laminer atau turbulen.

Untuk analisa perhitungan didapat dengan cara menghitung besarnya

Reynold number pada aliran dicontrol valve, adapun untuk persamaannya adalah

sebagai berikut : Re = "ῡ⍴

% = "ῡ

ῡ

Reynold number merupakan parameter untuk mengetahui pola aliran

adapun untuk mengetahui jenis aliran berdasarkan Reynold number adalah sebagai berikut :

(18)

• Aliran Turbulen mempunyai Re > 4100

• Aliran Transisi mempunyi Re antara 2100 – 4100

Secara umum dapat didefiniskan untuk jenis aliran sebagai berikut :

• Aliran laminer merupakan aliran yang lambat, fluida mengalir pada

kecepatan maksimum pada bagian sumbu pipa dan kecepatan yang paling rendah pada bagian dinding pipa.

• Aliran Turbulen merupakan Sedangkan aliran turbulen kecepatan fluida

konstan pada setiap jarak lintas pada pipa.

Berdasarkan penjelasan – penjelasan diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa

Reynold number berbanding lurus dengan kecepatan, sehingga pola aliranpun

berbanding lurus dengan kecepatan fluida yang mengalir. 3.3.2 Aliran choked

Aliran choked adalah aliran yang disebabkan oleh penyempitan luasan aliran yang mengakibatkan penurunan tekanan yang melebihi penurunan tekanan maksimal yang diizinkan. Penurunan tekanan tersebut terjadi pada bagian yang disebut Vena Contracta.

Gambar 4.8 Ilustrasi Vena Contracta

(19)

Universitas Mercubuana Vena Contracta adalah bagian yang menyempit seperti pada gambar diatas. Pada Vena contracta terjadi fenomena – fenomena seperti

• Peningkatan energy kinetik (Kenaikan kecepatan)

• Penurunan energy potensial (Penurunan tekanan)

Jika penurunan tekanannya melebihi tekanan minimum penguapan untuk fluida cair yang digunakan maka akan timbul gelembung-gelembung udara pada sistem fluida tersebut. Gelembung – gelembung udara tersebut dapat mangakibatkan kavitasi pada kontrol valve tersebut sehingga hal ini harus dihindari saat pen-design-an sistem control valve.