BAB II
BAB II
LANDASAN TEORI
LANDASAN TEORI
2
2..1
1
P
Peen
ng
geerrttiia
an
n
Control Valve
Control Valve
Sebelum membahas lebih jauh tentang fungsi dan cara kerja
Sebelum membahas lebih jauh tentang fungsi dan cara kerjacontrol valvecontrol valve berikut ini berikut ini adalah pengetahuan singkat tentang sejarah definisi fungsi
adalah pengetahuan singkat tentang sejarah definisi fungsi valve,valve, yaitu suatu alat yangyaitu suatu alat yang dipergunakan untuk mengatur suatu aliran air yang digunakan pada tahun B.C 3000 pada dipergunakan untuk mengatur suatu aliran air yang digunakan pada tahun B.C 3000 pada peradaban
peradaban Aegean Aegean yaitu istilah umum untuk peradaban Zaman Perunggu dari Yunani diyaitu istilah umum untuk peradaban Zaman Perunggu dari Yunani di sekitar laut Aegea, dimana pertama kali
sekitar laut Aegea, dimana pertama kali valvevalve di buat dari bahan kayu yang dioperasikandi buat dari bahan kayu yang dioperasikan secara manual. Kemudian pada tahun A.D 12
secara manual. Kemudian pada tahun A.D 12 valvevalve mulai dibuat dari bahanmulai dibuat dari bahan bronzebronze, yaitu, yaitu valve
valve yang dipasang pada tanki air kapal perang Romawi. Jika di tinjau dari penemuan awalyang dipasang pada tanki air kapal perang Romawi. Jika di tinjau dari penemuan awal valve
valvehingga saathingga saat ini, ini, fungsifungsivalvevalvedi gunakan untuk :di gunakan untuk :
1.
1. PePeraran n zazamman an kukunono, , ffunungsgsiivalvevalveuntuk menahan laju suatu aliran.untuk menahan laju suatu aliran.
2
2.. RReevvololususi i iindnduussttrrii,, valvevalvedi pasang pada mesin uap.di pasang pada mesin uap.
3.
3. PePerkrkemembabangngan an momodedern rn sasaat at inini,i,valvevalve berfungsi berfungsi untuk untuk menjaga menjaga tekanan tekanan agar agar tetaptetap stabil dan dapat mencegah
Gambar 2-1 Permulaan sebuah valve Gambar 2-1 Permulaan sebuah valve
Sumber
Sumber: PT.: PT. Azbil BerAzbil Berca Indonesca Indonesiaia Control Valve Elementary Course, Halaman 5 Control Valve Elementary Course, Halaman 5
Perkembangan penggunaan
Perkembangan penggunaanvalvevalve di segala bidang khususnya di dunia industri yang begitudi segala bidang khususnya di dunia industri yang begitu pesat
pesat saatsaat ini, ini, membutuhkan membutuhkan manufaktur/pabrikan manufaktur/pabrikan yang yang dapat dapat memenuhi memenuhi persyaratan- persyaratan- persyaratan mutlak yang diperlukan oleh pengguna
persyaratan mutlak yang diperlukan oleh penggunavalvevalve((end user end user ), antara lain;), antara lain;
1
1.. MMaatteerriiaall body valvebody valve yang tahan terhadap fluida yang bersifat korosif, abrasif danyang tahan terhadap fluida yang bersifat korosif, abrasif dan memil
memiliki nilai juaiki nilai jual yangl yang ekonomiekonomis.s.
2.
2. ValveValve yang memiliki standard keamanan yang tinggi saat di pasang pada areayang memiliki standard keamanan yang tinggi saat di pasang pada area berbahaya.
berbahaya.
3.
3. ValveValve yang memiliki cara perawatan yang mudah serta memiliki nilai efisiensi yangyang memiliki cara perawatan yang mudah serta memiliki nilai efisiensi yang tinggi terhadap nilai produksi.
Gambar 2-1 Permulaan sebuah valve Gambar 2-1 Permulaan sebuah valve
Sumber
Sumber: PT.: PT. Azbil BerAzbil Berca Indonesca Indonesiaia Control Valve Elementary Course, Halaman 5 Control Valve Elementary Course, Halaman 5
Perkembangan penggunaan
Perkembangan penggunaanvalvevalve di segala bidang khususnya di dunia industri yang begitudi segala bidang khususnya di dunia industri yang begitu pesat
pesat saatsaat ini, ini, membutuhkan membutuhkan manufaktur/pabrikan manufaktur/pabrikan yang yang dapat dapat memenuhi memenuhi persyaratan- persyaratan- persyaratan mutlak yang diperlukan oleh pengguna
persyaratan mutlak yang diperlukan oleh penggunavalvevalve((end user end user ), antara lain;), antara lain;
1
1.. MMaatteerriiaall body valvebody valve yang tahan terhadap fluida yang bersifat korosif, abrasif danyang tahan terhadap fluida yang bersifat korosif, abrasif dan memil
memiliki nilai juaiki nilai jual yangl yang ekonomiekonomis.s.
2.
2. ValveValve yang memiliki standard keamanan yang tinggi saat di pasang pada areayang memiliki standard keamanan yang tinggi saat di pasang pada area berbahaya.
berbahaya.
3.
3. ValveValve yang memiliki cara perawatan yang mudah serta memiliki nilai efisiensi yangyang memiliki cara perawatan yang mudah serta memiliki nilai efisiensi yang tinggi terhadap nilai produksi.
yang dapat di
yang dapat dimanipulasimanipulasi atau diubah-ubah untuk atau diubah-ubah untuk mengatur besaran mengatur besaran bukaanbukaanvalvevalveagar prosesagar proses variabel selalu sama dengan set point yang di kehendaki.
variabel selalu sama dengan set point yang di kehendaki.
Tip
Tipe
e Con
Contr
trol
ol Val
Valve
ve -- Glo
Globe
be Val
Valve
ve
Pada tugas akhir ini pembahasan lebih lanjut adalah
Pada tugas akhir ini pembahasan lebih lanjut adalahcontrol valvecontrol valvedengan tipedengan tipe globe globe.. Dinamakan
Dinamakan globe globe valvevalve dikarenakan bentuk alirannya yang menyerupaidikarenakan bentuk alirannya yang menyerupai globe globe/bola./bola. ValveValve tipe globe ini paling populer di pakai pada sistem pengendalian proses dikarenakan
tipe globe ini paling populer di pakai pada sistem pengendalian proses dikarenakanrangerange ability
ability(jangkauan yang luas) (jangkauan yang luas) serta dapat mengontrol serta dapat mengontrol aliran fluida aliran fluida proses secara akurat.proses secara akurat. TipeTipe globe control valve pada umumnya terdiri dari dua jenis, yaitu
globe control valve pada umumnya terdiri dari dua jenis, yaitu single-seated single-seated (dudukan(dudukan tunggal) dan
tunggal) dan double-seated double-seated (dudukan ganda). Pada tipe(dudukan ganda). Pada tipe double-seated double-seated , aliran fluida proses, aliran fluida proses dipecah menjadi dua bagian, sehingga
dipecah menjadi dua bagian, sehingga pressure pressure dropdrop dimdimasiasing-ng-masmasing ing bagibagianan hanyhanyaa setengah dari
setengah dari pressure pressure dropdrop di antaradi antara inlet-oulet inlet-oulet . Hal ini sangat menguntungkan karena. Hal ini sangat menguntungkan karena dapat mengurangi terjadinya korosi akibat fluida proses yang mengalir secara kontinyu. dapat mengurangi terjadinya korosi akibat fluida proses yang mengalir secara kontinyu. Globe control valve
Globe control valve adalah salah satu tipe yang paling banyak di gunakan pada suatu prosesadalah salah satu tipe yang paling banyak di gunakan pada suatu proses area industri, baik di industri migas dan
Istilah proses kontrol adalah gabungan disiplin ilmu Statistik dan Teknik yang Istilah proses kontrol adalah gabungan disiplin ilmu Statistik dan Teknik yang berhubungan
berhubungan langsung langsung dengan dengan ilmu ilmu Arsitektur,Arsitektur, Engineering Engineering dan Algoritma dimana untuk dan Algoritma dimana untuk menjaga atau mengendalikan output/keluaran dari suatu proses tertentu dalam kisaran yang menjaga atau mengendalikan output/keluaran dari suatu proses tertentu dalam kisaran yang dikehendaki. Kata proses dalam bidang
dikehendaki. Kata proses dalam bidangengineering engineering /rekayasa adalah seperangkat alat yang/rekayasa adalah seperangkat alat yang memiliki tugas yang saling terkait satu dengan yang lain, untuk bersama-sama mengubah memiliki tugas yang saling terkait satu dengan yang lain, untuk bersama-sama mengubah input
input menjadimenjadi output output agar sesuai yang diinginkan. Sedang kata kontrol adalah cabang antaraagar sesuai yang diinginkan. Sedang kata kontrol adalah cabang antara ilmu pengetahuan
ilmu pengetahuan engineering engineering dan matematika yang berhubungan dengan peralatan yangdan matematika yang berhubungan dengan peralatan yang bersifat dinamis dan dapat dimanipulasi atau diubah-ubah besaran
bersifat dinamis dan dapat dimanipulasi atau diubah-ubah besaran outputnya.outputnya.
Gabungan kerja alat-alat pengendali otomatis itulah yang sering dinamakan dengan Gabungan kerja alat-alat pengendali otomatis itulah yang sering dinamakan dengan sistem pengendalian proses (
sistem pengendalian proses ( process process control control systemsystem). Sedangkan semua peralatan yang). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendali disebut
membentuk sistem pengendali disebut instrument instrument pengendali proses pengendali proses (( process process control control instrumentation
instrumentation).).
Maka dapat disimpulkan bahwa
Maka dapat disimpulkan bahwa control valvecontrol valve adalah bagian dari istilah prosesadalah bagian dari istilah proses kontrol yaitu suatu perangkat yang telah dilengkapi beberapa komponen yang menjadi satu kontrol yaitu suatu perangkat yang telah dilengkapi beberapa komponen yang menjadi satu kesatuan unit control valve berupa aktuator,
kesatuan unit control valve berupa aktuator, positioner positioner , regulator udara bertekanan,, regulator udara bertekanan, solenoid solenoid dan
danlimit switchlimit switch..
2
2..11..11..11 AAkkttuuaattoorr
Aktuator/penggerak pada
Aktuator/penggerak pada control valvecontrol valve adalah perangkat elektromekanik yangadalah perangkat elektromekanik yang menghasilkan daya gerakan baik menggunakan sistem pneumatik (perangkat kompresi menghasilkan daya gerakan baik menggunakan sistem pneumatik (perangkat kompresi berbasis
berbasis udara udara atau atau nitrogen), nitrogen), hidrolik hidrolik (berbasis (berbasis bahan bahan cair cair seperti seperti oli) oli) maupun maupun secarasecara elektrik yang fungsinya untuk menutup atau
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.
Aktuator Pneumatik Aktuator Motorized Aktuator Hidrolik
Gambar No. 2-2 Tipe Aktuator control valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia
Control Valve Elementary Course, Halaman 18
yang benar sesuai input sinyal kontrol untuk mengirimkan permintaan membuka atau menutupcontrol 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 posisicontrol 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 kontrol yaitu;
- 0.2 kgf/cm2 bukaancontrol valvesebesar 0% - 0.4 kgf/cm2 bukaancontrol valvesebesar 25% - 0.6 kgf/cm2 bukaancontrol valvesebesar 50% - 0.8 kgf/cm2 bukaancontrol valvesebesar 75% - 1.0 kgf/cm2 bukaancontrol valvesebesar 100%
b. Positioner Smart
Positioner akan bekerja untuk memastikan dengan benar posisi pembukaan atau penutupan control valve jika menerima sinyal input berupa sinyal
- 4 mA DC bukaancontrol valve sebesar 0% - 8 mA DC bukaancontrol valve sebesar 25% - 12 mA DC bukaancontrol valvesebesar 50% - 16 mA DC bukaancontrol valvesebesar 75% - 20 mA DC bukaancontrol valvesebesar 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
Positioner Pneumatik/Type HTP Positioner Smart/Type AVP300 Positioner HART/Type AVP302 Gambar 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
2.1.1.3 Pressure Air Regulator
Peran regulator udara bertekanan yang terdapat saringan/ filter di dalamnya yang terpasang pada unitcontrol valvememiliki 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.
Gambar 2-4 Pressure Air Regulator TypeKZ03 Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan AGVB/AGVMTop-Guide Single Seat Control Valve
2.1.1.4 Solenoid Valve
Solenoid valveadalah gabungan antara sistem elektrik dan mekanis (katup
elektromekanis) yang terpasang pada sistemcontrol valve berfungsi mengendalikan tekanan udara yang masuk ke aktuator. Arus yang di gunakan secara umum adalah arus searah/DC (direct current ) yaitu 24 VDC.
Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan AGVB/AGVMTop-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 stemuntuk membuka aliran fluida.
Gambar 2-6 Konstruksi / bagian-bagian Katup Kontrol Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia
Control Valve Elementary Course, Halaman 5
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 informasi kepada praktisi di industri dalam
Gambar 2-7 Posisi Membuka pada Katup Kontrol Rotari Shaft Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia
Control Valve Elementary Course, Halaman 33
2.2
Klasifikasi
Valve
Ditinjau dari cara kerja valve dan fungsinya, maka valve dapat di kelompokkan menjadi dua bagian, yaitu manualvalvedan 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 2-8 Manual Ball Valve dengan penggerak Lever/Tungkai
Gambar 2-9 Manual Gate Valve dengan penggerak hand wheel
r/Tungkai
Gambar 2-10Manual Butterfly Valve dengan penggerakLever /Tungkai
Gambar 2-11 Manual Globe Valve dengan penggerakhand wheel
/Tungkai
Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan AGVB/AGVMTop-Guide Single Seat Control Valve
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 ketikavalve 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 valveyaitu berupaair regulator dan solenoid valve.
Gambar 2-12 On-Off Valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 19
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
Gambar 2-13 Self Operated Valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 20
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 energy mechanic untuk mengatur pembukaan valve tersebut. Positioner berperan sebagai pemberi signal
berdasarkan penyetelan awal yang dikondisikan sesuai kebutuhan penggunanya.
Gambar 2-14 Self Operated Valve Sumber: PT. Azbil Berca Indonesia Control Valve Elementary Course, Halaman 20
2.3
Konsep Kerja Control Valve
Katup adalah komponen dengan lubang variabel, yang memungkinkan bisa mengatur aliran fluida. Kontrol valve adalah aktuator sistemyang teregulasi, dan ini berarti bahwa komponen kontrol valve sangat signifikan penting. Hal ini untuk
alasan bahwa katalog yang diterbitkan oleh produsen valve sangat baik disajikan dan merupakan terbaik.
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.
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.
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 perangkat ini berfungsi sebagai keuntungan statis tinggi preamplifier.
2.4
Fungsi
Control Valve
Di era industri yang maju begitu pesat saat ini, penggunaancontrol 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, pressuredan lain sebagainya. Berikut adalah fungsi daricontrol 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. Sebuahcontrol valve
yang dititikberatkan 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. Sebuahcontrol valve
yang dititikberatkan untuk mencapai level sebuah permukaan, makacontrol valve pada area tersebut sering di singkat dengan nama LCV ataulevel 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 temperatur tertentu, maka sering di singkat dengan
system line boiler.
2.5
Terminologi 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 ukurantrim (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 gpm
Fp = Piping geometry factor
∆Pa = Allowable pressure drop melalui valve, psi
Gf = Specific gravity
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 = 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 (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 FC 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 ∆Padalam persamaan 2.1.
Tabel 2-1
Type Recovery Koefesien Katup dan Faktor terjadi Kavitasi Sumber: Yamatake Corporation
Tabel 2-2
Diagram Karakteristik Flow Control Valve Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan AGVB/AGVMTop-Guide Single Seat Control Valve
Tabel 2-3 Tekanan Kritis Sumber: Yamatake Corporation
1-12-2 Kawana, Fujisawa, Kanagawa 251-8522, Japan AGVB/AGVMTop-Guide Single Seat Control Valve
Kemudian memeriksa ∆P (kavitasi) dengan persamaan: ) ( ) (Cavitaion F i2 P 1 P V P (2.5) Dimana:
Fi = Liquid kavitasi faktor (tabel 3-1) P1 = Inlet pressure, psia
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 C5. 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
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)
N
P F S S 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 viscositas dalam centipoise v = kinematika viskositas, centistokes =
f G
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
q = Liquid flow rate dalam gpm Av = Flow are 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 variasi penurunan tekanan terhadap aliran yang berhubungan dengan perubahan sistem lainnya. Diperlukannya karakteristik aliran bertujuan untuk menyeragamkan secara keseluruhan keseimbangancontrol 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
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 2-15Counter Cageuntuk 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 materialGlass 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’ dengancross section/ukuran packing(C/cross
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%.
