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 tanki 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.
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 body 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.
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 proses laju aliran fluida. Kata control valve dapat juga di artikan
Gambar No. 2.1 Permulaan sebuah valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 5
bahwa prinsip kerjanya bisa secara otomatis maupun manual. Suatu proses aliran fluida 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 rangeability (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-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 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 Kontrol
Istilah proses kontrol adalah gabungan disiplin ilmu Statistik dan Teknik yang berhubungan langsung dengan ilmu Arsitektur, Engineering dan Algoritma dimana untuk menjaga atau mengendalikan output/keluaran dari suatu proses tertentu dalam kisaran yang dikehendaki. Kata proses dalam bidang engineering /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 engineering dan matematika yang berhubungan dengan peralatan yang bersifat dinamis dan dapat dimanipulasi atau diubah-ubah besaran output/keluarannya.
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 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 (ATO)
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. Aksi control valve ATO (Air to Open) sering dikenal dengan istilah Normally Close (NC) yaitu pada saat keadaan normal control valve dalam keadaan menutup dan jika terjadi kegagalan dalam pengendalian proses control valve akan terbuka.
b. Air-to-Close (ATC)
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. Sebaliknya untuk aksi control valve ATC (Air to Open) istilahnya adalah Normally Open (NO) yaitu control valve dalam keadaan normal pada posisi membuka, dengan demikian jika terjadi kegagalan dalam pengendalian proses makan control valve akan membuka.
Positioner
Positioner dalam suatu unit control valve memiliki fungsi yaitu untuk memastikan posisi yang benar sesuai input sinyal kontrol 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 a. Aktuator Pneumatik b. Aktuator Motorized c. Aktuator Hidrolik Gambar No. 2.2 Tipe Aktuator control valve
Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 18
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 kontrol 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%
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 sistem 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
- 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 a. Positioner Pneumatik/Type HTP b. Positioner Smart/Type AVP300 c. Positioner HART/Type AVP302
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
- Membuang/drain partikel-partikel asing yang dibawa oleh udara bertekanan, sehingga udara yang masuk ke dalam sistem kontrol benar-benar bersih.
- 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
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
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 flow coeficient (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
Gambar No. 2.6 Struktur control valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 18
telah banyak memberikan informasi kepada praktisi di industri dalam untuk menentukan bukaan/travel valve yang diinginkan.
2.2 Klasifikasi 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 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 Tipe rotary control valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 18
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 Manual Ball Valve dengan
penggerak Lever/Tuas Manual Gate Valve dengan penggerak hand wheel
Manual Butterfly Valve dengan penggerak Lever/Tuas
Manual Globe Valve dengan penggerak hand wheel
Gambar No. 2.8 Tipe manual valve Sumber: Wikipedia
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.
2.2.3 Self Operated Valve
Pada Self operated valve, tidak membutuhkan energy dari luar seperti listrik dan udara bertekanan. Sistem valve ini dapat bekerja sendiri dengan bantuan sensor – sensor, sesuai dengan tujuan pengoperasian valve ini. Self operated valve sering dipakai sebagai pengatur temperatur, aliran, tekanan, ataupun beda tekanan/differential pressure suatu fluida kerja.
Gambar No. 2.9 Tipe On-Off valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 18
2.2.4 Control Valve
Control Valve merupakan elemen pengendali akhir yang banyak digunakan pada industri modern. Pada umumnya control valve terdiri dari tiga bagian utama yaitu bodi valve, aktuator, serta positioner. Bodi valve adalah tempat dimana fluida yang mengalir akan dikondisikan sesuai kebutuhan perancang baik dari segi aliran, temperature, maupun tekanan. Sedangkan aktuator berfungsi sebagai penggerak dari komponen bodi valve setelah merubah sinyal pneumatik maupun electrik dari positioner menjadi energi mekanik untuk mengatur pembukaan valve tersebut. Positioner berperan sebagai pemberi sinyal pengaturan kepada aktuator setelah mendapat data-data kondisi kerja dari sensor-sensor serta berdasarkan penyetelan awal yang dikondisikan sesuai kebutuhan penggunanya.
Gambar No. 3.0 Self Operated Valve Sumber: Wikipedia
2.3 Konsep Kerja Control Valve
Control valve terdiri dari beberapa komponen-komponen yang menjadi satu kesatuan dengan fungsi yang berbeda. Bodi valve yang terdapat trim berfungsi untuk mengatur jumlah aliran fluida. Aktuator berfungsi menggerakan batang valve/stem untuk membuka atau menutup aliran dengan menggunakan sinyal I/P (current to pneumatic) 4 – 20 mA menjadi sinyal 3 – 15 psi. Positioner yang bekerja menggunakan sinyal 4-20 mA berfungi membaca pergerakan batang katup untuk bukaan atau menutup sebagian aliran fluida kerja yang telah ditentukan.
2.3.1 Dead Band Zona Control Valve
Istilah dead band adalah jarak dimana suatu sinyal masukan (input signal) dapat di buat bervariasi pada arah yang berlawanan, tanpa menunjukan suatu
Gambar No. 3.1 Tipe globe control valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 18
perubahan yang dapat di amati pada sinyal keluaran (output signal). Dead band adalah nama yang di berikan pada fenomena umum yang dapat di aplikasikan pada setiap alat. Sinyal yang masuk ke valve assembly (katup yang sudah terakit dengan komponen-komponen) adalah kontroler keluaran (controller output), sedangkan sinyal keluar adalah proses variabel. Jika istilah dead band digunakan, akan menjadi sangat penting untuk mengetahui bahwa kedua variabel masukan dan keluaran dapat di identifikasi. Bila ada pengujian untuk mengukur area dead band, dapat dilakukan melalui kondisi beban puncak. Biasanya area dead band dinyatakan dalam bentuk persentase terhadap rentang masukan (input span).
2.3.2 Desain Aktuator-Positioner
Aktuator dan desain positioner harus di pertimbangkan bersama-sama agar terciptanya singkronisasi pembacaan untuk bukaan atan menutupnya aliran fluida kerja yang telah di tentukan. Kombinasi dari kedua peralatan ini sangat mempengaruhi performance/kinerja, serta respon dinamis dari assembly control
Gambar No. 3.2 Proses Dead Band Sumber: Emerson Proses Management Control Valve Handbook Edisi ke IV. Hal. 3
valve. Pemilihan positioner digital sangat di harapkan agar pengukuran bacaan bukaan control valve dapat di peroleh dengan akurat, meskipun terhadap perubahan sinyal masukkan yang kecil (kurang dari 0.125%) di banding dengan sistem positioner dengan menggunakan bacaan analog.
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 fungsi dari control valve:
Gambar No. 3.3 Desain Aktuator-Positioner Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 14
Tahun 2008
Aktuator
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 dititikberatkan 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 valve yang dititikberatkan untuk mencapai pressure tertentu, maka sering di singkat dengan nama PCV atau pressure control valve.
Gambar No. 3.4 Skema FCV Control Valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Tahun 2008
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 dititikberatkan untuk mencapai level sebuah permukaan, maka control valve pada area tersebut sering di singkat dengan nama LCV atau level control valve.
Gambar No. 3.5 Skema PCV Control Valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Tahun 2008
Gambar No. 3.6 Skema LCV Control Valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Tahun 2008
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 temperatur tertentu, maka sering di singkat dengan nama TCV atau Temperature Control Valve. Biasanya tipe TCV banyak di aplikasikan pada system line boiler.
2.5 Definisi Aliran Control Valve
2.5.1 Flow Coefficient (Cv) PrinsipalDalam menentukan suatu aplikasi unit control valve pada proses aliran fluida atau gas maka perlu menentukan aliran coefficient atau Cv yaitu gunanya untuk 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). Definisinya adalah kenaikan 1 Cv pada 1 galon per menit (gpm) pada temperature 60oF pada saat fluida mengalir pada valve dengan
Gambar No. 3.7 Skema TCV Control Valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Tahun 2008
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 Δ = (2.1)
Dimana: Cv = Flow coefficient
Q = Jumlah aliran dalam gpm
Fp = Factor geometri pipa
∆Pa = Beda tekanan yang diijinkan melalui valve, psi
Gf = Spesifik gravity
∆P = Beda tekanan dalam psi
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 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= − Δ (2.2) Dimana :
P1 = Inlet 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 = − Δ (2.3) Dimana: psia pressure, Inlet psia inlet, re temperatu pada pressure Vapor factor ratio pressure critical Liquid factor recovery pressure Liquid 1 = = = = P P F F V F F
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, psia Pc = Critical pressure dari liquid, psia
Jika ∆Pch (persamaan 2.3) kurang dari actual ∆P (persamaan 2.2), gunakan ∆Pch untuk ∆Pa dalam persamaan 2.1.
Kemudian memeriksa ∆P (kavitasi) dengan persamaan: ) ( ) ( 1 2 V i P P F Cavitaion P = = − Δ (2.5) Dimana:
Fi = Liquid kavitasi faktor (tabel 3-1) P1 = Inlet pressure, psia
Pv = Vapor pressure liquid, psia
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
5. Memlilih Ukuran valve berdasarkan Cv
Jika terdapat contoh Cv type valve dengan flow-under, equal percentage pada class 600, maka ukuran bodi valve dengan Cv 33.4 adalah 2 inch. 6. Menghitung valve dengan bilangan Reynolds Rev dan faktor bilangan
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 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ΔP N q FS S
μ
(2.6c) Cvt = Aliran turbulent Cv Fs = streamline flow factorFs = 6 1 4 2 2 2 3 1 3 2 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ d N C F F F L V L d (2.6d) Dimana:
d = diameter valve dalam inch Fd = Valve style modifier
Fs = Laminar, atau streamliner, faktor aliran q = Flow rate dalam gpm
N2 = 890 jika diameter dalam inch
N4 = 17,300 ketika q dalam gpm dan d dalam inch Ns = 47 ketika q dalam gpm dan ∆P dalam psi µ = absolute viskositas 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:
V
A
V = 0.321q (2.7)
Dimana:
V = Velocity dalam ft/second q = Liquid flow rate dalam gpm Av = Flow area dalam in2
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
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 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 3.8 Karakteristik Aliran Control Valve Sumber KLM Technology Group Practical Engineering Guidelines for Processing
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 3.9 Counter Cage untuk aliran Quick Opening Sumber: Emerson Proses Management
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 4.0 Counter Cage untuk aliran Equal Percentage Sumber: Emerson Proses Management
Gambar 4.1 Counter Cage untuk aliran Linear Sumber: Emerson Proses Management
2.7 Analisa Estimasi Stroke Time pada Control Valve
Untuk mengoptimalkan kontrol dari berbagai proses, sangat penting jika control valve dapat mencapai posisi tertentu dengan cepat. Dalam aksi kerja control valve untuk menutup atau membuka aliran fluida kerja terdapat acuan jarak dan waktu yang berbeda terhadap ukuran dan rating control valve tersebut. Jika stroke yang cepat terhadap perubahan signal yang kecil (misal 1% atau kurang) adalah salah satu faktor penting dalam menyampaikan proses kontrol yang optimal. Pemahaman tentang stroke sangat di harapkan sebab memiliki kaitan yang erat dengan fungsi keamanan dalam suatu proses industri apabila fluida kerja memiliki sifat berbahaya, misalnya mudah terbakar. Jika control valve mengalami kegagalan/kebocoran dalam kinerjanya, maka dapat di hindari sedini mungkin.
2.7.1 Stroke Control Valve
Istilah stroke dalam hal ini adalah pergerakan langkah trim control valve untuk membuka atau menutup sebagain fluida kerja sesuai set point yang telah di tentukan. Satuan stroke dalam bukaan atau menutupnya fluida kerja berupa millimeter (mm). Beberapa pabrikan control valve istilah stroke ada juga yang menggunakan istilah rated travel dalam satuan mm.
Tabel 2.7.1
Stroke / Rated Travel Model AGVB & AGVM
Dari tabel 2.71 bisa dilihat terdapat perbedaan panjang stroke untuk setiap ukuran control valve.
2.7.2 Stroke Time Control Valve
Sedangkan stroke time adalah jarak yang di tempuh suatu control valve yang di hitung menggunakan satuan waktu, dalam hal ini detik. Beberapa pabrikan control memiliki nilai stroke time yang berbeda, meskipun ukuran dan rating control valve sama. Hal ini di sebabkan oleh beberapa faktor, yaitu:
Stroke
Gambar No. 4.2 Jarak Stroke globe control valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia
• Ukuran geometri trim yang beda
• Luas penampang aktuator, baik tipe silender atau diafrakma
• Panjang/jarak stroke
• Hasil perhitungan Cv calculated yang berbeda
Namun demikian, nilai stroke time yang diperlukan untuk membuka atau menutup aliran fluida kerja hampir sama. Persamaan yang dapat digunakan untuk mengetahui stroke time pada control valve dengan menggunakan aktuator tipe diaphragm/diafrakma sebagai berikut:
d x C x P T x L A x t Δ = ……….. 2.7.2 (a)
Dimana : t = stroke time, dalam satuan detik
A= Luas penampang aktuator, dalam satuan m2
L = Panjang stroke, dalam satuan mm
T = Bukaan valve, dalam persentase (%)
∆P = Beda tekanan, P1 – P2
C = Hasil perhitungan nilai flow coefficient (Cv Calculated)
d = Diameter rumah poros/stem
Pabrikan control valve Yamatake Corp. Japan dalam menghitung flow coefficient (CV Calculated) menggunakan persamaan sebagai berikut :
Cv = 2 1 17 . 1 P P G xV − ………2.7.2 (b)
Dimana: V = flow rate, dalam m3/jam G = Spesifik Gravity (Air = 1)
P1 = Tekanan masuk dalam satuan kgf/cm2 P2 = Tekanan keluar dalam satuan kgf/cm2
4.7.3 Travel Control Valve
Sebuah control valve terdiri dari dua bagian yang mendasar dalam mengontrol aliran fluida kerja yang di inginkan, yaitu aktuator dan positioner. Aktuator pada control valve memiliki peran dalam membuka atau menutup aliran yang terdiri dari diapragma, rumah diapragma, pegas dan stem. Aktuator sendiri bisa bekerja jika ada tekanan pneumatik maupun elektrik. Besarnya tekanan suplai pneumatik aktuator tergantung dari sistem, model dan ukuran control valve itu sendiri. Jika aktuator menggunakan sistem pneumatik, maka sinyal yang digunakan adalah 3 ~ 15 psi, sedangkan jika menggunakan aktuator elektrik, sinyal kontrol yang digunakan adalah 4~20 mA.
Positioner yang terpasang pada control valve berfungsi untuk menyelaraskan posisi aktuator baik dalam membuka atau menutup aliran fluida kerja. Sinyal kontrol yang terdapat pada positioner jika menggunakan tipe elektrik adalah 4~20 mA. Maka bisa ditarik kesimpulan bahwa travel control valve adalah kombinasi kerja aktuator dan positioner dalam mengontrol buka tutup fluida kerja dengan pembacaan 0 ~100%.
