Abstrak
Resume ini
memberikan deskripsi umum mengenai prinsip dasar control valve, cara menentukan besarnya control valve baik untuk fluida cair maupun gas, dan beberapa jenis
valve beserta prinsip kerja dan
fungsinya.
Pendahuluan
Kata valve acapkali
diterjemahkan menjadi kelep, atau kadang-kadang menjadi katup, dan tidak jarang
pula menjadi kerangan. Demi kejelasan teknik, kata valve akan tetap dipertahankan pemakaiannya dalam pembahasan ini.
Kerja valve sederhana
sekali. Bilamana plug terangkat, fluida
akan mengalir dari bagian inlet ke
bagian outlet. Hanya saja, fluida
proses yang mengalir ini bisa bermacam-macam, dari yang paling bersih sampai
yang paling kotor, dari yang tidak korosif sampai yang paling korosif, dari
tekanan rendah sampai tekanan tinggi, dari temperatur rendah sampai temperatur
tinggi dan seterusnya. Karena kebutuhan proses yang bermacam-macam itulah, ada
banyak sekali konstruksi valve.
Selain itu, perhatian khusus juga diperlukan pada bagian penyekat
(packing). Karena plug harus bergerak naik turun sedangkan
tekanan di dalam valve body cukup
tinggi, diperlukan suatu konstruksi penyekat yang tidak boleh menghambat gerak stem, namun mampu menjaga agar fluida di
dalam valve tidak keluar dari bagian bonnet, biasanya terbuat dari bahan asbestos, graphit, teflon.
Permasalahan kemudian timbul tidak hanya karena jenis fluida,
temperatur, kekuatan serta ketahanan logam saja, melainkan masalah lingkungan
dimana valve beroperasi haruslah
diperhatikan. Misalnya ketika terjadi kebocoran, apakah kebocoran fluida itu
akan mencemari lingkungan.
Masalah lain yang perlu diperhatikan dalam hal pemilihan control valve adalah faktor kebisingan
yang mungkin timbul. Tingginya perbedaan tekanan upstream dan downstream
control valve kemungkinan akan menyebabkan kebisingan.
Menentukan
Besarnya Control Valve
Pada waktu
merencanakan sebuah sistem pengendalian, hal utama yang harus diketahui adalah
dimana proses akan dikendalikan. Contohnya pengendalian temperatur fluida pada heat exchanger. Daerah kerja proses adalah temperatur fluida serta
jumlah flow fluida yang dibutuhkan
pada temperatur itu. Katakanlah, pada keadaan operasi normal proses membutuhkan
temperatur 75oC pada flow
1000 liter per menit; temperatur
minimum-maksimum: 70oC-85oC pada flow minimum-maksimum : 500-1500 liter per menit.
Dari ketiga titik
kebutuhan diatas, proses minimum,
normal, dan maksimum, dapat dilakukan perhitungan jumlah energi panas (BTU), sehingga akhirnya akan didapatkan flow sumber energi panas (steam) minimum, normal, dan maksimum.
Tentunya control valve harus mampu
mencakup ketiga titik kebutuhan pokok tersebut. Selayaknya control valve ada di posisi 50% pada operasi normal dan kira-kira
ada di posisi 25% pada operasi minimum dan kira-kira ada di posisi 75% pada
operasi maksimum.
Dalam ilmu sistem
pengendalian, cara khusus untuk menyatakan daerah kerja sebuah control valve adalah dalam bentuk rengeability. Secara spesifik, rengeability adalah perbandingan flow maksimum dan flow
minimum yang mampu dikendalikan oleh sebuah control
valve. Misalnya, control valve
dengan rengeability 50:1, kalau flow maksimum control valve tersebut adalah 50 gpm, maka flow minimum yang masih dapat dikendalikan adalah 1 gpm.
Perkiraan kondisi
operasi normal serta rengeability
sebuah control valve adalah sangat
penting karena kedua parameter tersebut merupakan salah satu kunci yang sangat
menentukan sukses tidaknya suatu sistem pengendalian.
Sebuah control valve yang harus selalu bekerja
di daerah yang hampir tertutup penuh (minimum), bagian plug dan seat-nya tentu
akan cepat aus karena erosi cepat terjadi sebagai akibat dari kecepatan fluida
yang tinggi pada keadaan hampir tertutup tersebut. Ciri khas keadaan ini adalah
sinyal controller yang selalu dekat
daerah minimum (antara 10% sampai 25%). Keadaan ini terjadi bilamana control valve jauh lebih besar daripada
yang dibutuhkan. Kelak akan diketahui bahwa selain kerusakan mekanisme control valve, kerja sistem pengendalian
menjadi kurang sempurna apabila controller-khususnya
jenis pneumatic-harus selalu bekerja
di daerah minimum.
Sebaliknya, control valve yang harus selalu bekerja
di posisi hampir terbuka penuh tidak akan menghasilkan respon sistem
pengendalian yang bagus karena sistem akan bereaksi sangat lambat dan measurement variable akan sering-sering
ada di bawah set point (timbul offset). Ciri khas keadaan ini adalah
sinyal controller yang akan selalu
mendekati maksimum. Kerja controller
maupun sistem menjadi tidak sempurna karena sistem tidak akan memberikan
koreksi manipulated variable
sebagaimana mestinya. Control valve
tidak akan dapat memenuhi koreksi tambahan yang diminta oleh sistem
pengendalian karena ia sudah ada pada posisi terbuka penuh.
Keadaan control valve yang terlalu kecil (undersized) atau yang terlalu besar (oversized) tidak akan pernah membuahkan respon
sistem yang bagus. Penyetelan atau tuning
elemen controller tidak akan mampu
memperbaiki keadaan. Jalan satu-satunya yang harus dilakukan adalah mengganti control valve dengan ukuran yang tepat.
Repotnya, penggantian control valve
acapkali berakibat terhentinya produksi, dan penggantiannya sering juga harus
disertai perubahan susunan pipa. Itulah sebabnya, perhitungan kapasitas control valve sangat penting karena
kesalahan pada waktu rekayasa (engineering)
boleh jadi mengakibatkan terhambatnya produksi yang secara ekonomi sulit untuk
ditolerir.
Flow yang keluar dari sebuah control
valve menurut hukum fisika ternyata tergantung pada besarnya perbedaan tekanan
inlet-outlet (upstream-downstream) serta beberapa parameter lain. Secara umum,
untuk fluida cair, besarnya flow yang
lewat di control valve :
mL = Cv
…………. (1)
dimana,
mL = flow rate dari fluida cair dalam gpm dengan specific gravity sebesar G
G =
specific gravity dari zat cair yang
mengalir pada kondisi flowing atau
kondisi standar
Cv = valve coefficient
P = beda tekanan inlet-outlet (psi)
Faktor Cv
adalah cara untuk menyatakan besarnya flow
yang melewati suatu control valve
pada beda tekanan tertentu. Definisninya, Cv adalah besar flow dalam gpm apabila beda tekanan inlet-outlet sebuah control valve yang dalam keadaan terbuka penuh adalah 1 psi. Sebuah
valve dengan Cv = 10, pada
keadaan terbuka penuh, akan melewatkan flow
sebesar 10 gpm, apabila beda tekanan inlet-outlet-nya
1 psi.
Karena sifat gas adalah compressible, persamaan (1) tidak
berlaku untuk media gas. Untuk fluida gas,
flow yang melewati sebuah control
valve adalah
mg =
63,3.Cv.Y
dimana :
mg = flow rate dari gas
Cv = valve coefficient yang didapat dari zat
cair
P = beda tekanan inlet-outlet
Yi =
specific
weight pada kondisi upstream (outlet)
Y =
expansion
factor, perbandingan flow coefficient
antara gas dan zat cair pada bilangan Reynolds
yang sama. Besarnya antara 0,667 sampai 1,0.
Globe Valve
Globe valve dinamai demikian
karena bentuk alirannya yang menyerupai globe.
Valve jenis ini paling banyak dipakai di sistem pengendalian karena rengeability yang luas dan pemakaiannya
yang dapat menjangkau banyak macam proses. Ada dua macam globe valve, yaitu single-seat dan double seat. Pada double-seat
aliran fluida terpecah menjadi dua bagian, sehingga drop pressure di masing-masing bagian hanya setengah dari drop pressure diantara inlet-outlet. Hal ini menguntungkan
karena akan mengurangi kecepatan terjadinya erosi. Bentuk plug dari globe valve
dibuat bermacam-macam agar diperoleh bermacam-macam karakteristik. Ada tiga
macam karakteristik yang dapat diperoleh dari globe valve, yaitu linear,
equal percentage, dan quick opening.
Gambar 1 Globe valve single seated
Gambar 2 Globe valve double seated
Cage Valve
Jenis control valve lain
yang cukup popular adalah cage valve.Jenis
ini sebenarnya termasuk jenis globe,
namun karena konstruksinya yang menggunakan piston dan cage, lubang-lubang pada cage
dapat lebih mudah dibentuk agar diperoleh karakteristik yang diinginkan.
Gambar 3 Cage valve
Namun karena konstruksinya yang mirip dengan piston di mesin
mobil, cage valve kurang cocok
dipakai untuk media kotor, karena deposit akan mudah tertinggal di celah-celah
piston sehingga akan menyebabkan kemacetan. Keuntungan dari valve ini adalah kemudahannya dalam
penggantian karakteristik.
Gambar 4 Karakteristik globe valve dan bentuk masing-masing plug.
Butterfly Valve
Karena cara kerjanya yang menyerupai sayap kupu-kupu, salah satu control valve ini dinamai butterfly valve.
Butterfly valve banyak
dipakai di dalam proses-proses yang membutuhkan flow yang besar serta fluida-fluida yang banyak mengandung
partikel. Dulu, butterfly valve
kurang dipercaya untuk pemakaian-pemakaian yang membutuhkan kerapatan penuh,
karena bidang kontak yang kecil kurang menjamin terpenuhinya kebutuhan
tersebut. Namun, kini masalah ini sudah dapat diatasi oleh banyak pabrik
pembuat dengan menciptakan konstruksi-konstruksi khusus.
Karena cara kerjanya yang menghendaki gerak berputar,aktuator
untuk butterfly valve juga harus dari
jenis rotary. Gerakannya akan
membentuk sudut dari 0o sampai 90o .
Gambar 5 Butterfly
Valve
Ball Valve
Pada ball valve, lubang di bola bisa sebesar diameter pipa (full bore) atau bisa juga lebih kecil dari diameter pipa (reduced bore). Ball valve mempunyai kerapatan yang prima pada waktu tertutup rapat, karena bidang kontak antara seal dan ball jauh lebih lebar dibandingkan dengan butterfly valve. Sayangnya, ball valve jenis ini tidak dapat digunakan sebagai control valve, atau untuk throttling (“mencekik” flow). Bibir bola jenis ini akan cepat aus bilamana harus memotong aliran fluida.
Untuk mengatasi kelemahan ball valve, bentuk bolanya kemudian
dimodifikasi menjadi seperti tempurung atau helm. Kata ball, kemudian, sebenarnya menjadi kurang tepat lagi karena bentuk
bolanya kini tidak bulat penuh. Konstruksi semacam ini terbukti sangat tangguh karena
kemampuannya memotong aliran fluida dari aliran yang kecil sampai aliran yang
besar. Oleh karena itu, control valve
jenis ini biasanya mempuanyai rengeability
yang cukup lebar. Keuntungan lain jenis ini adalah kerapatannya pada keadaan
tertutup penuh. Hal itu disebabkan karena bidang kontak antara seal dan ball masih tetap cukup lebar, selebar ball valve.
Control jenis ini kemudian disebut characterized ball valve karena bagian dari bola yang harus
memotong aliran fluida-disebut notch-dibentuk
sesuai dengan kebutuhan karakteristik flow-nya.
Notch itu ada yang berbentuk huruf
“U”, huruf “V”, atau parabola. Oleh karena itu, mereka masing-masing disebut U-notch, V-notch, atau parabolic.
Gambar 6 Ball
Valve beserta nya karakteristiknya
Asher, Glaun. 2012. Avoiding Flow –Induced Sympathetic Vibration in Control Valves. Diunduh pada tanggal 10 Agustus 2014 dari http://www.powermag.com/avoiding-flow-induced-sympathetic-vibration-in-control-valves/
Catalog Nivz Valve and Automation. 2014. Double Flanged End Butterfly Valve. Diunduh pada tanggal 10 Agustus 2014 dari http://www.nivzvalves.com/double_flanged_center_disc_butterly_valve.htm
Gunterus, Frans. 1997. Falsafah Dasar : Sistem Pengendalian Proses. Jakarta : Elex Media Komputindo
Mohamed. 2012. Globe Valve Components&Characteristic.
Diunduh pada tanggal 10 Agustus 2014 dari http://flowcntrols1.blogspot.com/2012/04/globe-valve-components-charecteristics.html
Spirax, Sarco. 2014. Ball Valve. Diunduh pada tanggal 10
Agustus 2014 dari
http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/pipeline-ancillaries/isolation-valves-rotary-movement.asp
Komentar
Posting Komentar