BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada era globalisasi ini, ilmu pengetahuan dan tenologi telah berkembang dengan begitu pesatnya.Tidak terkecuali pada teknologi industri, yang telah berkembang sesuai perkembangan zaman. Meskipun teknologi telah berkembang pesat, pengetahuan setiap orang tentang teknologi berbeda satu sama lainnya. Ada yang memiliki pengetahuan luas dan ada yang memiliki pengetahuan kurang. Dalam dunia industri pengetahuan yang penting dimiliki oleh orang yang berminat terhadap industri adalah komponen materi yang bermanfaat dalam proses produksi. Salah satu komponen penting yang biasa dipakai dalam produksi industri adalah Control Valve, Control Valve atau Proportional Valve adalah alat yang digunakan untuk memodifikasi aliran fluida atau laju tekanan pada sebuah sistem proses dengan menggunakan daya untuk operasinya. Control Valve memiliki peran penting dalam proses industri. Oleh karena itu sangat penting bagi setiap industriawan untuk mengetahui manfaat Control Valve tersebut. Dalam suatu pengendalian proses dikenal berbagai jenis cara salah satunya adalah proses pengendalian on-off. Pada proses pengendalian jenis ini hanya akan terdapat 2 jenis outputan yaitu bersifat low dan high. Proses pengendalian ini apabila digunakan untuk mengendalikan buka tutup control valve maka bukaan control valve hanya akan bisa 0% atau 100%. Syarat utama untuk memakainya adalah bukan untuk menghemat biaya pembelian unit controller melainkan karena proses memang tidak dapat mentolelir fluktuasi process variable pada batasbatas kerja pengendali on-off. Katup adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengontrol maupun mengatur mulai dan berhenti dan arah aliran juga tekanan dari suatu perantara. Dalam DIN 24300, mengikuti rekomendasi CETOP (Comite Europeen des Transmissions Oleohydrauliques et Pneumatiques) dan ISO/R 1219 – 1970 katup dibagi dalam 5 kelompok, menurut fungsinya: 1.
katup pengarah (directional valve/way valves)
2.
katup non balik (non-return valves)
3.
katup pengontrol tekanan (pressure control valves)
4.
katup pengontrol aliran (flow control valves)
5.
katup penutup (shutt-off valves)
Sebagai seorang mahasiswa teknik kimia yang nantinya pasti akan berkecimpung dalam dunia industri. Penting juga bagi mahasiswa teknik kimia tersebut untuk menguasai pengetahuan tentang Pengendalian Katup.
Berawal dari hal tersebut penulisan sekaligus penyusunan makalah ilmiah ini disusun.Hal tersebut layak dan memang sepantasnya dikuak dan dipublikasikan, agar mahasiswa tahu bahwa manfaat dari Pengendalian Katup patut dimengerti. Karena sebagai manusia khalayaknya memiliki kesadaran untuk berbuat lebih pada sesama, atau mementingkan sosialisasi dengan memberikan sesuatu yang telah diperbuat. Mahasiswa harus mengembangkan manfaatnya dalam industri untuk kepentingan manusia lain.
Metode yang dilakukan untuk meneliti masalah ini diawali dengan studi literatur atau referensi.lalu dilakukan analisis dan penarikkan kesimpulan dalam tahap akhir pengumpulan data. metodologi ini dinyatakan sebagai kaidah metode yang benar karena berdasar sumber teoiritis atau pustaka metodologi tersebut memenuhi syarat sebagai metodologi ilmiah.
1.2 Permasalahan Dalam prakteknya, pengendalian on-off ini terdapat beberapa permasalahan yaitu sebagai berikut : 1. Peralatan yang harus dikalibrasi ulang 2. Indikator yang kurang akurat 3. Tingkat sensitivitas dan resolusi peralatan yang masih kurang 1.3 Tujuan Dalam penyusunan makalah tentang control valve(pengendalian on-off) ini terdapat beberapa tujuan yaitu sebagai berikut : 1. Mengetahui metode pengendalian on-off (control valve) 2. Kapan digunakan metode on-off 3. Mengetahui hasil outputan metode on-off
4. Keuntungan dan kerugian mode kontrol on-off 5. Mengetahui karakteristik mode kontrol on-off 1.4 Sistematika Makalah ini disusun dengan format sebagai berikut BAB I Pendahuluan berisi tentang Latar belakang, Permasalahan, Tujuan, dan Sistematika laporan. BAB II Dasar teori berisi landasan teori, BAB III Penutup berisi kesimpulan dan saran, kemudian Daftar pustaka dan terakhir lampiran yang berupa lembar pertanyaan dan jawaban mengenai control valve.
BAB II Control Valve 2.1 Instrumentasi Pengendalian dan Pengukuran Instrumentasi adalah alat-alat dan piranti (device) yang dipakai untuk pengukuran dan pengendalian dalam suatu sistem yang lebih besar dan lebih kompleks. Instrumentasi bisa berarti alat untuk menghasilkan efek suara, seperti pada instrumen musik misalnya, namun secara umum instrumentasi mempunyai 3 fungsi utama: sebagai alat pengukuran sebagai alat analisa, dan
sebagai alat kendali. Instrumentasi sebagai alat pengukuran meliputi instrumentasi survey ataustatistik, instrumentasi pengukuran suhu, dan lain-lain.Contoh dari instrumentasi sebagai alat analisa banyak dijumpai di bidang kimia dan kedokteran, misalnya, sementara contoh instrumentasi sebagai alat kendali banyak ditemukan dalam bidang elektronika, industri dan pabrikpabrik.Sistem pengukuran, analisa dan kendali dalam instrumentasi ini bisa dilakukan secara manual (hasilnya dibaca dan ditulis tangan), tetapi bisa juga dilakukan secara otomatis dengan mengunakan komputer (sirkuit elektronik).Untuk jenis yang kedua ini, instrumentasi tidak bisa dipisahkan dengan bidang elektronika dan instrumentasi itu sendiri. Instrumentasi sebagai alat pengukur sering kali merupakan bagian depan/ awal dari bagian-bagian selanjutnya (bagian kendalinya), dan bisa berupa pengukur dari semua jenis besaran fisis, kimia, mekanis, maupun besaran listrik. Beberapa contoh di antaranya adalah pengukur: massa, waktu, panjang, luas, sudut, suhu, kelembaban, tekanan, aliran, pH (keasaman), level, radiasi, suara, cahaya, kecepatan, torque, sifat listrik (arus listrik, tegangan listrik, tahanan listrik), viskositas, density, dan lain-lain.
2.1.1
Fungsi Instrumentasi Pada Industri Fungsi instrumentasi pada industri sangatlah penting, bisa dikatakan bahwa instrumentasi adalah bagian integral dari industri karena tidak ada suatu industri tanpa menggunakan instrumentasi.Suatu industri yang makin kompleks maka instrumentasi yang diperlukan juga makin kompleks.Hal ini berkaitan dengan jalannya proses produksi pada industri tersebut dimana ketepatan dan keakuratan hasil menjadi hal yang utama. Sebagai contoh dalam pengolahan material, ada banyak variabel-variabelyang mempengaruhi proses tersebut. Untuk suatu proses nilai (harga) dari variabel-variabel ini sudah ditentukan pada saat designnya,jadi jika pada saat proses variabel-variabel ini berubah harganya maka jalannya proses tidak seperti yang direncanakan sehingga hasilnyapun tidak seperti yang direncanakan (kualitasnya).Pada dasarnya instrumentasi mengendalikan proses pengolahan
industri yaitu mengendalikan variabel-variabel proses agar selalu berada dalam nilai-nilai yang telah ditetapkan sebelumnya. Sistem yang tak kalah pentingnya yaitu sistim instrumentasi yang disebut safe guarding system yaitu suatu sistem instrumentasi yang berfungsi mendeteksi variabel-variabel proses yang berhubungan dengan peralatan proses, apabila variabel-variabel tersebut tidak terkendali dan membahayakan peralatan proses maka sistem akan menghentikan poses dari pada terjadi kerusakan pada peralatan proses. Sistem safe guarding sangat penting dalam industri untuk menjaga terhadap bahaya-bahaya kebakaran atau kerusakan peralatan lain sepertimotor-motor listrik, mesin turbin dan peralatan proses yang lain. Yang termasuk safe guarding system yaitu: 1.
Safety valve
2.
Relief valve
3.
Alarm system
4.
Peralatan pengolah limbah, pendeteksi polusi udara
5.
Gas detector
6.
Flame cell
7.
Dan lain-lain.
Oleh karena itu instrumentasi sangat penting dalam industri untuk menjaga keamanan. 2.1.2
Variabel-variabel Proses Yang dimaksud variabel-variabel proses atau variabel-variabel operasi adalah besaranbesaran yang mempengaruhi jalannya proses atau jalannya operasi, tergantung jenis dari jenis proses atau operasinya , apakah proses kimia, proses fisika atau proses mekanik. 1.
Variabel Proses Kimia: Tekanan Temperature Aliran (flow) Tinggi permukaan cairan (liquid level) Tinggi permukaan zat padat (solid level) pH
Viscositas Dan lain-lain. 2.
Variabel Proses Fisika
Variabel untuk proses fisika hampir sama dengan variabel untuk proses kimia. 3.
Variabel Proses Mekanik : Speed Rpm Ireight Torque Power (tenaga)
Sedangkan mekanik yang digerakkan oleh listrik, variabel-variabelnya : Watt (tenaga) Volt (tegangan) Ampere (arus) Frequency Phasa Dan lain-lain, Seperti tecerminkan dari namanya , pengendalian on /off hanya bekerja pada dua posisi, yaitu posisi “on” dan posisi “off”. Apabila final kontrol element berupa control valve , kerja valve hanya terbuka penuh atau tertutup penuh. Pada sistem pengendalian on-off control valve tidak akan pernah bekerja didaerah antara 0 sampai 100%. Karena kerjanya yang on-off , hasil pengendalian pengendali on-off akan menyebabkan proses variabel yang bergelombang, tidak pernah konstan. Perubahan proses variabelakan seirama dengan perubahan posisi final control element. Besar kecilnya fluktuasi proses variabel ditentukan oleh titik dimana controller “on” dan titik dimana “off”. Karena karakteristik kerjanya yang hanya on dan off, controller jenis on-off juga sering disebut sebagai two posision controller ,gap controller atau snap controller . Kata snap secara harfiah berarti menampar. Sebuah controller on-off kemudian juga lazim disebut snap controller.
Ungkapan kata snap action kelak akan juga dipakai untuk kerja controller jenis lain yang karena besarnya gain menjadi bekerja secara on-off. Kerja pengendalian on-off , seringkali didapatkan dengan memanfaatkan dead band suatu prosses switch. Contoh pengendalian on-off yang paling mudah ditemui pengendalian suhu pada seterika listrik atau pompa air listrik otomatis. Kedua alat ini bekerja secara on-off dengan memanfaatkan adjustable dead band yang ada pada temperatur switch dan pressure switch. Kerja penendalian on-off banyak dipakai di sistem pengendalian yang sederhana karena harganya yang relatif murah. Namun, tidak semua proses dapat dikendalikan secara on-off karena banyak operasi proses yang tidak dapat mentolerir fluktuasi proses variabel. Jadi, syarat utama untuk memakai pengendali on-off bukan untuk menghemat biaya unit controller melainkan karena proses memang tidak dapat mentolerir fluktuasi proses variabel pada batas-batas kerja pengendalian on-off. Aksi pengendalian dari controller ini hanya mempunyai dua kedudukan, maksimum atau minimum, tergantung dari variable terkontrolnya, apakah lebih besar atau lebih kecil dari set poin. Persamaanya adalah: m
=
N1
jika e < 0
m
=
N2
jika e> 0
dimana :
m
=
N1
=
harga maksimum dari m (ON)
N2
=
harga minimum dari m (OFF)
manipulated variable
Jika error sering naik turun dengan cepat, maka variabel termanipulasi (m) akan sering sekali berubah dari maksimum ke minimum atau sebaliknya, hal ini dalam prakteknya tidak disukai, untuk itu pada pengendalian diberi gap. Instrumentasi merupakan device atau peralatan yang digunakan untuk menunjang sebuah sistem dalam menjalankan proses tertentu untuk tujuan tertentu pula. Setiap kegiatan proses dalam sebuah sistem di industri senantiasa membutuhkan peralatan–peralatan otomatis untuk mengendalikan parameter–parameter
prosesnya. Otomatisasi tidak saja diperlukan demi
kelancaran operasi, keamanan, ekonomi, maupun mutu produk, tetapi lebih mengutamakan pada kepentingan penggunaan manusia (user) sebagai kontrol manual, kecepatan, kualitas, serta kuantitas yang dihasilkan dibandingkan dengan menggunakan kontrol manual, dalam hal ini manusia sebagai pengendali dan pelaku keputusan. Hampir semua proses industri dalam menjalankan proses produksinya membutuhkan bantuan sistem pengendali, contohnya pengendalian di suatu proses pengilangan minyak. Proses di suatu pengilangan minyak tidak mungkin dapat dijalankan tanpa bantuan fungsi sistem pengendalian. Ada banyak pengendalian yang harus dikendalikan di dalam suatu proses. Diantaranya yang paling umum, adalah tekanan (pressure) didalam sebuah vessel atau pipa, aliran (flow) didalam pipa, suhu (temperature) di unit proses seperti heat exchanger, atau permukaan zat cair (level) disebuah tangki. Ada beberapa parameter lain diluar keempat elemen diatas yang cukup penting juga dan juga perlu dikendalikan karena kebutuhan spesifik proses, diantaranya : pH, velocity, berat, dan lain sebagainya. Gabungan serta kerja alat–alat pengendali otomatis itulah yang dinamai dengan sistem pengendalian proses (proses control system). Sedangkan semua peralatan yang membentuk sistem pengendali disebut Instrumentasi pengendali proses (process control instrumentation). Dan sekarang tidak lagi memakai pengendalian manual kontrol tetapi masih tetap dipakai pada beberapa aplikasi tertentu. Sistem dibuat otomatis peran operator didalam sistem pengendalian manual digantikan oleh sebuah alat yang disebut controller.Tugas pelaksana keputusan (aksi control valve) tidak lagi dilakukan oleh operator (manusia), tetapi atas perintah controller yang operasinya dikendalikan oleh user. Untuk keperluan pengendalian otomatis, valve harus dilengkapi dengan alat yang disebut actuator,actuator berfungsi menggerakkan control valve agar terbuka atau tertutup dan selalu berada pada posisi yang dikehendaki controller, sehingga unit valve sekarang menjadi unit yang disebut control valve. Semua peralatan pengendalian inilah (controller dan control valve) yang disebut sebagai instrumentasi pengendali proses. Pengendalian pada umumnya menghendaki proses berjalan dengan stabil. Proses yang stabil merupakan sebuah proses dimana besarnya setpoint sama dengan besarnya meassurment variabel, sehingga error sama dengan nol. Error yang sama dengan nol ini dapat mengakibatkan tidak adanya manipulated variable untuk membuka atau menutup valve yang menjadikan sebuah
proses yang berjalan secara kontinyu tanpa gangguan. Namun pada kenyatannya perubahan load, kinerja mekanik instrument, perubahan setpoint dan faktor – faktor lain yang dapat mengakibatkan suatu proses tidak stabil. Hal ini lazim terjadi pada suatu sistem pengendalian, sehingga perlu sebuah controller untuk mengendalikan suatu proses agar dapat kembali ke posisi stabil. Didalampengendalian otomatissesuatu yang perlu diketahui definisi dari istilah– istilahnya yaitu : Proses (Process) adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu. Input proses dapat bermacam – macam, yang pasti ia merupakan besaran yang di manipulasi oleh final control element atau control valve agar measurement variable sama dengan set point. Controlled variable adalah besaran atau variabel yang dikendalikan. Besaran ini adalah diagram kotak disebut juga output proses atau proses variable. Manipulated variableadalah input dari suatu proses yang dapat dimanipulasi atau diubah–ubah besarnya agar process variable atau controlled variable besarnya sama dengan set point. Distrubanceadalah besaran lain, selain manipulated variable, yang dapat menyebabkan berubahnya controlled variable. Besaran ini lazim disebut load. Sensing elementadalah bagian suatu ujung suatu sistem penguluran (measuring system). Contoh sensing element yang banyak dipakai misalnya thermocouple atau oriface plate. Pada bagian ini juga bisa disebut sensor atau primary element. Transmitteradalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element, dan mengubah menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh controller. Measurement variableatau measured variable adalah sinyal yang keluar dari transmitter. Besaran ini merupakan cerminan besaranya sinyal sistem pengukuran. Set pointadalah besar process variable yang dikehendaki. Sebuah controllerakan selalu berusaha menyamakan controlled variable dengan set point. Erroradalah selisih antara set point dikurangi measured variable. Error bisa negatif dan juga bisa positif. Bila set point lebih besar dari measured variable maka error akan menjadi positif. Sebaliknya jika set point lebih kecil dari measured variable maka error menjadi negatif.
Controlleradalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian, yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi yang sesuai dengan hasil perhitungan.Controller sepenuhnya mengantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses.Controller bekerja menerima signal input dari sebuah converter dan mengirim sinyal 2
output ke converter pada standart 0,2-1,0 kg/cm pada tekanan pneumatik. Controller ini merupakan alat pengatur otomatis yang berfungsi untuk mengatur agar keadaan yang sedang berlangsung dari proses sesuai yang diinginkan. Control unitadalah bagian dari controller yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan. Input control unit adalah error, dan outputnya adalah sinyal yang keluar dari controller. Control unit memiliki transfer function yang tergantung pada jenis controller. Output control unit adalah hasil penyesuaian matematik transfer function dengan memasukkan nilai error sebagai input. Final control elementadalah bagian akhir dari instrumentasi sistem pengendalian. Bagian ini berfungsi untuk mengubah measurument variable dengan cara memanipulasi besarnya manipulated variable, berdasarkan perintah controller. 2.2 Pengendalian Katup (Control Valve) PROSES ERROR MANIPULLATED VARIABLE CONTROLUNIT CONTROL VALVE LOAD TRANSMITTER SENSING ELEMENT SET POINT CONTROLLED VARIABLE Control valve atau proportional valve adalah alat yang digunakan untuk memodifikasi aliran fluida atau laju tekanan pada sebuah sistem proses dengan menggunakan daya untuk operasinya. Valve ini digunakan oleh industri dalam banyak aplikasi. Control valve adalah elemen kontrol akhir yang paling umum digunakan untuk mengatur aliran bahan dalam sebuah proses. Control valve bertugas melakukan langkah koreksi terhadap variabel termanipulasi, sebagai hasil akhir sistem pengendalian. Control valve hanyalah salah satu elemen pengendali akhir (final element control), namun paling umum yang digunakan, Akibatnya muncul pengertian control valve = elemen pengendali akhir. Elemen pengendali akhir
lain adalah heating element, electrical contactor, dll.Pada suatu lup proses, hanya ada resistansi variable yang dikontrol, sedangkan resistansi berubah-ubah karena perubahan aliran pada sistem atau karena lapisan pipa dan permukaan dinding peralatan. Variasi resistansi ini tidak diinginkan dan harus dikompensasi dengan menggunakan control valve.
2.2.1
Prinsip-prinsip Control Valves (Katup kontrol) Control Valves (Pengaturan katup) memiliki sejumlah fungsi dan terdiri atas dasar sebagai berikut :
1.
Fungsi Aplikasi Hal ini berkaitan dengan fungsi dari katup ketika bekerja.Dari katup itu sendiri mempunyai beberapa fungsi yang berbeda-beda.
2.
Kondisi Operasi Seperti pada semua peralatan, kondisi sistem dan lingkungan mempunyai arti penting atau pengaruh yang cukup besar ketika alat tersebut bekerja.
3.
Konstruksi Berbagai macam desain katup yang tersedia dan memberikan kinerja yang berbeda, baik dengan kelebihan dan kekurangan.
4.
Ukuran Ukuran katup tergantung pada aliran yang diperlukan melalui katup.
2.2.2
Bagian dasar Control Valve Hasil konversi sinyal menyediakan suatu sinyal yang dikonversi dan diperkuat yang dirancang untuk beroperasi/menggerakkan suatu mekanisme untuk merubah suatu variabel kontrol di dalam proses itu. Efek langsung pada umumnya diterapkan oleh sesuatu dalam proses, seperti suatu valve atau heater yang harus dioperasikan oleh beberapa alat. Aktuator adalah suatu terjemahan sinyal kontrol (yang dikonversi) ke dalam tindakan pada elemen kontrol.Jadi, jika suatu valve dioperasikan, maka aktuator adalah suatu alat yang mengkonversi sinyal kontrol ke dalam tindakan fisik membuka atau menutup valve.
a) Actuator dan Positioner Aktuator memberikan kekuatan pendorong yang mengontrol posisi katup. Sehingga dapat melakukan hal berikut:
Menahan posisi ketika melawan kekuatan aliran air tersebut.
Dapat menutup aliran dengan menggunakan kekuatan yang cukup.
Menyediakan operasi yang diperlukan untuk kendali penuh.
Mengoperasikan gerakan pada kecepatan yang diinginkan.
Actuator adalah bagian yang mengerjakan gerak buka tutup valve yang terdiri dari diapragma, upper diapragma case, pegas, yoke, stem, dll. Sedangkan valve yang berhubungan langsung/menentukan besarnya flow yang berhubungan dengan fluida yang masuk ke proses, yaitu terdiri dari plug, seat, valve body, gasket , dan lain-lain. Jika suatu valve digunakan untuk kontrol aliran fluida, beberapa mekanisme harus secara fisik membuka atau menutup valve itu.Jika suatu heater adalah menghangatkan suatu sistem, beberapa alat harus membuat heater itu ON atau OFF beberapa eksitasinya. Ini adalah contohcontoh yang dibutuhkan untuk suatu kedua aktuator dalam loop kontrol proses. Aktuator mempunyai banyak bentuk berbeda untuk sesuai kebutuhan loop kontrol proses tertentu. Kita akan melihat beberapa jenis actuator pnematik dan listrik. Actuator digerakkan secara : 1. Pneumatic : menggunakan udara bertekanan untuk membuka tutup valve. Besarnya suplay tekanan pneumatik tergantung dari system, model, dan ukuran control valve itu sendiri (biasanya 20 psig), sedangkan sinyal urnumnya control 3-15 Psig untuk pneumetik dan 4 – 20 mA untuk elektrik, bila sebuah control valve suplay dan sinyal controlnya pneumatik maka sinyal elekrik harus 4-20 mA harus dirubah ke 3-15 psig sinyal pneumetik oleh suatu konverter I/P. Untuk sebuah actuator pada urnumnya dikalibrasi untuk bergerak saat sinyal pneumetik lebih besar dari 3 psi dan kondisi gerak penuh pada saat sinyal 15 Psig, artinya 3-15 Psig setara dengan 0-100% pergerakan stem valve (strok) .Suatu kombinasi actuator dan valve dibuat untuk menghasilkan control valve fail
to close dan control valve fail to open.Kedua kondisi ini
diciptakan demi kepentingan proses. Kontruksinya control valve fail open juga disebut air to close, sedangkan fail close disebut juga air to open. 2. Elektrik-hydraulic : menggunakan listrik atau bisa juga manual. Misal MOV (Motor Operated Valve) berhubungan dengan electrical actuator. MOV merupakan valve yang dilengkapi electrical motor dengan system reduction gear. Jadi electrical
sinyal dari DCS menggerakkan gear dalam eletric motor untuk membuka atau menutup valve. Contoh lainnya ialah solenoide valve, biasanya menggunakan electrical actuator, tetapi tidak menggunakan motor. Solenoide valvemenggunakan spring yang digerakkan oleh gaya electromagnetic dari solenoide yang mengelilingi spring tersebut. Biasanya juga solenoide valve itu digunakan untuk flow atau press valve yang berfungsi juga sebagai shut down valve. Valve/valve body assembly: komponen mekanis yang menentukan besarnya flow ke proses karena fungsi control valve untuk throttling, maka valve yang digunakan adalah valve tipe throttling (globe, butterfly, diaphragm, camflex, dsb) untuk high pressure application biasanya dilengkapi dengan positioner untuk menghilangkan gejala hysteresis (perbedaan bukaan valve dengan manipulated variable), misalnya angel body (untuk flashing). Pneumatic vs. Hydraulics. Pneumatic menggunakan udara yang compressible, sedangkan hydraulic menggunakan air/oil yang incompressible. Sebagian besar industri menggunakan pneumatic dengan pressure 500-700 kPa. Hydraulic biasanya menggunakan 7-35 MPa tetapi untuk penggunaan tertentu bisa mencapai 70MPa. Manfaat pneumatic: 1.
Fluida yang digunakan bisa sangat ringan sehingga supply hosesnya tidak terlalu berat.
2.
Karena fluida yang digunakan biasanya hanya udara, tidak perlu pipa return untuk fluida yg digunakan dan bila ada bocor tidak akan messy. Manfaat Hydraulic:
1.
Densitas energy lebih tinggi karena pressure yang digunakan juga biasanya lebih tinggi.
2.
Fluida yang digunakan biasanya incompressible, untuk mendapatkan spring action minimum. Ketika fluida hidrolic yang mengalir dihentikan gerakan aliran yang paling kecil sekalipun akan melepaskan pressure ke aliran sehingga tidak perlu melepaskan pressurized air untuk merelease tekanan load.
Suatu aktuator bisa bekerja apabila ada suplay tekanan dan sinyal control peneumatik ataupun elektrik, besarnya suplay tekanan pneumatik tergantung dari system, model, dan ukuran control valve itu sendiri (biasanya 20 psig), sedangkan sinyal urnumnya control 3-15 Psig untuk pneumetik dan 4 – 20 mA untuk elektrik, bila sebuah control valve suplay dan sinyal controlnya
pneumatik maka sinyal elekrik harus 4-20 mA harus dirubah ke 3-15 psig sinyal pneumetik oleh suatu konverter I/P. Untuk sebuah actuator pada urnumnya dikalibrasi untuk bergerak saat sinyal pneumetik lebih besar dari 3 psi dan kondisi gerak penuh pada saat sinyal 15 Psig, artinya 3-15 Psig setara dengan 0-100% pergerakan stem valve (strok) .Suatu kombinasi actuator dan valve dibuat untuk menghasilkan control valve fail
to close dan control valve fail to open.Kedua kondisi ini
diciptakan demi kepentingan proses. Kontruksinya control valve fail open juga disebut air to close, sedangkan fail close disebut juga air to open. Valve merupakan peralatan yang harus mengatasi friksi dan inersia untuk menggerakkan stem dan plug pada posisi yang diinginkan. Namun valve tidak dapat secara tepat dispesifikasikan dengan sinyal control.Ketidaksempurnaan ini tidak signifikan karena pengendalian umpan balik merupakan model yang integral mengurangi kelemahan ini.Tetapi jika kekurangan ini dianggap cukup penting, maka sebuah positioner dapat digunakan. Actuator control valve dilengkapi pula dengan positioner. Positioner merupakan pengendali proporsional yang mengatur posisi stem sesuai dengan sinyal control. Positioner digunakan untuk informasi pada posisi umpan balik dan memastikan bahwa katup berada dalam posisi yang benar.Kinerja positioner tergantung pada keakuratan umpan balik posisi dan keterkaitan digunakan.Untuk aplikasi kontrol kritis, keterkaitan perlu lebih akurat dan kuat. Kontrol tekanan umumnya 3 sampai 15 psi, tapi positioner dapat beroperasi sampai dengan 100psi yang memberikan kekuatan yang lebih besar.Positioner terdiri dari beberapa bagian yaitu : Resricted Orifice yang berfungsi menghambat tekanan sumber (suplay). Bellow dan spring berfungsi sebagai penterjemah tekanan pneumetik ke besaran gerak. Nozzel dan Baffle berfungsi untuk membocorkan sebagian tekanan suplay yang bekerja pada diapragma. Elongated Slot berfungsi sebagai engsel untuk menjaga agar baffle naik turun seirama dengan gerak stem Rellay Manfaat yang lain dari positioner adalah untuk mempercepat reaksi control valve sehingga lag time dapat diperkecil, valve positioner dapat diartikan juga sebagai controller
karena di dalamnya terdapat proses umpan balik (Proporsional Control) dari aksi actuator ke positioner. b) Bonnet Bonnet sebagai penutup badan katup terdiri dari stud bolt/nut, valve stem,dll c) Valve body. Tubuh katup adalah casing luar sebagian besar atau semua katup yang berisi bagianbagian internal.Badan katup biasanya terbuat dari logam atau plastik,kuningan, perunggu, gunmetal, besi cor, baja, baja paduan dan baja tahan karatpada umumnya.
Struktur dari control valve secara tipikal ditunjukkan pada Gambar di bawah ini :
Keterangan Gambar : 1. Tubuh katup 2. Port 3. Penyangga 4. Induk 5. Disk bila katup terbuka 6. Handwheel bila katup terbuka 7. Bonnet 8. Pelindung 9. Gland nut 10. Fluida mengalir ketika katup terbuka 11. Posisi disk jika katup ditutup 12. Posisi handwheel jika katup ditutup Pada sebagian besar kasus, control valve diinginkan berubah secara kontinyu berdasarkan sinyal kontrol untuk mempertahankan kondisi mantap dari variable proses. Karena
kemampuan jangkauan yang lebar sudah menjadi sifat bawaan dalam memilih ukuran control valve, maka terdapat beberapa pilihan yang dibuat, bergantung pada: A.
Desain bodi Bodi merupakan bagian dari control valve yang mempunyai saluran dimana aliran fluida
akan diatur melalui saluran ini, dikenal sebagai valve seat. Atau dengan kata lain adalah bagian luar dari control valve yang berhubungan langsung dengan fluida. Bahan untuk bodi tidaklah sama untuk setiap penggunaan fluida, tergantung pada sifat fluida. Secara konstruksi, bodi terdiri dari tungkai pemutar, badan katup, plug dan packing. Berdasarkan pada fungsinya, bodi terdiri dari plug dan jenis–jenis katup. Konstruksi bodi biasanya sama untuk berbagai jenis katup, kecuali jika didesain khusus. Bahan metal yang digunakan untuk bodi valve diantaranya adalah: brass, bronze, copper, cast iron, ductile iron, monel, stainless steel dan steel. Sedangkan bahan plastik yang digunakan diantaranya adalah PVC dan CPVC. Pemilihan plug katup biasanya berhubungan dengan kemampuan katup, misalnya rangeability, kapasitas, kebocoran, tekanan dan gaya yang mem-pengaruhi. Tiap–tiap plug mempunyai karakteristik yang berbeda. Bentuk plug katup yang sering dipakai adalah bentuk bola, jarum dan piringan.
Berdasarkan jumlah valve seat-nya, control valve dibedakan menjadi : Single Seat Katup Single Seated adalah salah satu bentuk katup yang sangat umum dan sangat sederhana.Katup ini memiliki beberapa bagian internal. Katup ini lebih kecil dari double seated. Pada Single Sieated aliran dapat dengan mudah masuk kedalam badan katup.Katup ini terdiri dalam berbagai badan konfigurasi dan luas.Sehingga memiliki rentang aliran yang lebih besar. Pada single seat, tekanan bekerja pada saluran bagian bawah plug, sehingga menimbulkan gaya tekan ke atas pada stem. Kelebihan dari seat ini adalah dapat menutup dengan rapat dan dapat digunakan sebagai aliran proses tanpa kebocoran. Sedangkan kelemahannya adalah tidak ada keseimbangan gaya pada plug akibat dari tekanan yang bekerja satu arah.
Double Seat Katup ini merupakan desain lama yang memiliki keunggulan lebih sedikit dibandingkan dengan kerugian.Meskipun katup ini ditemukan dalam sistem lama, katup ini jarang digunakan dalam aplikasi baru.Katup ini tidak benar-benar seimbang, karena itu disebut semibalanced. Pada double seat, tekanan yang masuk dan keluar dapat diseimbangkan karena tekanan bekerja pada kedua plug dengan arah berlawanan.Kelebihan dari jenis ini adalah kapasitas aliran naik sampai 30% lebih besar dari single seat.Sedangkan kekurangannya adalah tidak dapat menutup dengan rapat. Fitur dudukan (seats) diantaranya adalah: metal-to-metal o-ring atau soft seat Class IV atau V Class VI
B.
Karakteristik Aliran Karakteristik aliran ini dari katup kontrol menunjukkan laju aliran untuk rentang operasi katup. Katup Kontrol umumnya disertakan dengan tiga kurva yang menunjukkan laju aliran (Cv) untuk posisi katup. Karakteristik aliran sebuah control valve adalah hubungan antara laju aliran yang melalui valve dan gerakan valve jika pergerakan bervariasi dari 0 hingga 100%.
Jenis Karakteristik aliran sebuah control valve : 1)
Quick Opening
Sesuai untuk perubahan maksimum laju aliran pada gerakan valve yang pelan dengan hubungan yang hampir linier Penambahan gerakan valve memberikan perubahan tereduksi sesaat pada laju aliran, dan jika plug valve mendekati posisi bukaan lebar, perubahan laju aliran mendekati nol. Digunakan khususnya untuk keperluan on-off
Pada sistem ketinggian cairan, karakteristik ini digunakan untuk penambahan Δp dengan penambahan terkunci, Δp pada beban maksimum > 200% beban minimum Δp
2)
Linier
Laju aliran proporsional secara langsung terhadap gerakan valve Drop tekanan konstan Pengatan valve akan sama di seluruh aliran ( penguatan valve adalah rasio perubahan penambahan laju aliran terhadap perubahan penambahan posisi plug valve) Umumnya digunakan untuk pengontrolan ketinggian cairan dan untuk pengontrolan aliran tertentu yang membutuhkan penguatan konstan Penurunan Δp dengan penambahan beban, Δp pada beban maksimum > 20% beban minimum Δp pada sistem ketinggian cairan Penambahan Δp dengan penambahan beban, Δp pada beban maksimum > 200% beban minimum Δp pada sistem ketinggian cairan Pada proses kontrol aliran, karakteristik ini digunakan untuk proporsional terhadap aliran dengan jangkauan set point aliran yang lebar, jika lokasi control valve seri dan bypass terhadap elemen pengukuran Pada sistem kontrol tekanan, karakteristik ini digunakan untuk proses gas, volume besar (proses memiliki penampung, sistem distribusi ata jalur transmisi melampaui 100 ft dari volume pipa nominal) dan penurunan Δp dengan penambahan beban, Δp pada beban maksimum > 20% beban minimum Δp.
3)
Equal Percentage
Dengan aliran kecil, perubahan laju aliran akan menjadi kecil Dengan aliran besar, perubahan laku aliran akan menjadi besar Pada sistem ketinggian cairan, karakteristik ini digunakan untuk penurunan Δp dengan penambahan beban, Δp pada beban maksimum <> 100 : 1 Standard butterfly valve : 10 : 1 hingga 20 : 1 Pinch & diaphragm valve : < 5 : 1
Berdasarkan supply udara yang diberikan, aksi control valve dibedakan menjadi dua, yaitu: - Air To Open (ATO) Bila ada sinyal masukan, maka control valve akan membuka, sehingga dalam keadaan normal contro valve akan menutup (close) atau fail close (FC). - Air To Close (ATC) Bila ada sinyal masukan, maka control valve akan menutup, sehingga dalam keadaan normal contro valve akan membuka (open) atau fail open (FO). Pemilihan ATO atau ATC disesuaikan dengan safety operation pada keadaan instrument-air supply failure (kegagalan angin). Contoh : Control valve pada tower vapour line untuk tower top pressure control, dipilih air to close (ATC). Kemudian control valve pada fuel untuk burner dipilih air to open (ATO). 4.7 Penentuan Control Valve Control valve dibutuhkan untuk menangani segala jenis fluida pada temperatur dari jangkauan kriogenik ). Oleh karena itu, pemilihanF {538(temperatur rendah) hingga 1000} yang dibutuhkan untuk pemasangan body control valve membutuhkan pertimbangan khusus agar menghasilkan kombinasi yang paling mungkin dari jenis bodi valve, bahan, dan desain konstruksi trim. Kebanyakan control valve dioperasikan pada beban yang berubah – ubah dan dalam tekanan yang bervariasi serta respon valve yang cepat. Efektifitas respon dipengaruhi oleh karakteristik valve. Equal percentage dapat dipakai untuk keperluan proses yang cepat dan dinamika sistem belum diketahui dengan baik. Quick opening dapat dipakai untuk kontrol on-off .
C.
Pemilihan dan Pengukuran Katup Kontrol Pemilihan yang tepat dari katup kendali untuk aplikasi tertentu tergantung pada berbagai faktor seperti tingkat aliran fluida, suhu proses dan tekanan, dan apakah cairan yangkorosif atau abrasif makadibutuhkan pengetahuan dari karakteristik katup untuk dapat dicocokkan dengan karakteristik ketika pada proses katup itu sendiri bekerja. Pertimbangan desain yang penting untuk keselamatan adalah tekanan maksimum dan suhu fluida yang mengalir karena ini akan menentukan ketebalan yang aman untuk bagian material dan dapat menentukan bahan yang digunakan. Jika dilakukan dengan benar, katup kontrol ini dapat membantu pengendalian yang efektif dan stabilitas sistem.Mencocokkan karakteristik katup untuk sistem tertentu membutuhkan pengetahuan yang sangat baik dari kinerja sistem.
Pemilihan valve itu tergantung berdasarkan jenis, kalau yang biasa di oil/power plant menggunakan high pressure globe valve, kalau liquid korosif menggunakan diaphragm, pemilihan biasanya didasarkan pressure drop, viscous, korosif, slurry/bukan, dsb tergantung dari tipe-tipe valve dan kegunaannya. Misalnya seperti angel body untuk flashing dan high pressure, butterfly untuk high flowrate dan low pressure drop. Gate/ball valve jarang digunakan untuk control valve karena hanya bisa close dan open, biasanya dipakai untuk quick opening. Persyaratan
kapasitas
dan
jangkauan
tekanan
operasi
sistem
harus
juga
dipertimbangkanan dalam pemilihan control valve. Informasi berikut harus diperoleh untuk memilih control valve:
Jenis fluida yang dikontrol
Temperatur fluida
Viskositas fluida
Berat spesifik (spesifik gravity) fluida
Kapasitas aliran yang dibutuhkan (maksimum dan minimum)
Tekanan inlet pada valve (maksimum dan minimum)
Tekanan outlet (maksimum dan minimum)
Drop tekanan selama kondisi aliran normal
Drop tekanan pada kondisi shut off
Tingkat noise tekanan yang diijinkan
Derajat superheat atau terjadinya flashing
Ukuran pipa inlet dan outlet serta penjadwalan.
Jumlah jenis valve
Kuantitas yang diperoleh
Ukuran valve
Konstruksi bodi valve (angle, botterfly, dsb)
Bahan bodi (besi dengan jenis ASTM A126 kelas B, WCB dengan grade ASTM A216, dll)
Koneksi akhir dan rating (screwed, ANSI class 600 RF flanged, ANSI class 1500 RTJ flanged, dll)
Jenis plug valve (quick opening, linier, equal percentage)
Jenis aksi plug valve (push down to close atau push down to open)
Ukuran port (penuh atau dibatasi)
Bahan trim valve yang diperlukan
Aksi yang diinginkan pada kondisi kegagalan udara (valve to open, close atau retain las controlled position)
Aksi aliran (aliran cenderung untuk membuka valve atau aliran cenderung untuk menutup valve)
Ukuran aktuator yang dibutuhkan
Suplai udara instrumen yang tersedia
Jenis Bonnet (bellow seal atau extension)
Aksesori yang dibutuhkan (positioner, handwheel, dll)
Sinyal instrumen (3 hingga 15 psi, 4 hingga 20 mA, dll)
Terdapat banyak pilihan untuk konfigurasi akhir control valve, diantaranya adalah: threaded socket-weld atau buttweld push on - solder end clamp grooved end flangeless wafer-style lugged mechanical joint flanged Untuk mengoptimalkan kinerja katup, ukuran untuk aplikasi ketika beroperasi harus benar.Pengukuran dari kendali katup ini dengan menggunakan 'aliran katup koefisien'.Aliran katup koefisien adalah ukuran dari kapasitas untuk katup kontrol dalam posisi terbuka penuh.Aliran koefisien ditetapkan sebagai berikut: a. Cv - satuan pemerintah b. Kv - Eropa c. Av – SI
Konversi untuk Koefisien Aliran : Cv = 1,7 Kv Kv = 0,86 Cv Cv = 41660 Av Av = 0.000024 Cv
D.
Kebisingan dan Kavitasi Katup Kontrol 1) Kebisingan Suara yang dihasilkan dari gerakan cairan dalam katup.Jika kebisingan melebihi tingkat tertentu maka dapat membahayakan.Namun, kebisingan juga merupakan alat diagnostik yang baik.Seperti suara atau kebisingan yang dihasilkan oleh gesekan, kebisingan yang berlebihan menunjukkan adanya kerusakan yang mungkin terjadi dalam katup. Ada tiga sumber utama kebisingan: a. Getaran Mekanis Getaran mekanis merupakan indikasi yang baik dari kerusakan komponen katup.Karena kebisingan yang dihasilkan biasanya memiliki intensitas dan frekuensi yang rendah. b. Kebisingan Hidrodinamik Kebisingan Hidrodinamika disebabkan oleh arus zat cair.Ketika cairan melewati batas ukur dan terjadi perubahan tekanan sehingga memungkinkan perubahan cairan menjadi bentuk gas. c. Kebisingan Aerodinamika Kebisingan Aerodinamis dihasilkan oleh turbulensi gas dan merupakan sumber utama kebisingan. 2) Flashing dan Kavitasi
a. Flashing Flashing adalah tahap pertama dari kavitasi.Flashing terjadi ketika arus cair berubah menjadi uap.Hal ini disebabkan oleh penurunan tekanan sehingga penurunan tekanan merubah cairan menjadi gas. b. Kavitasi Kavitasi sama dengan flashing kecuali tekanan kembali di outlet aliran air sehingga uap dikembalikan ke zat cair. Kavitasi terjadi di bawah kondisi yang berbeda untuk berbagai katup.Hal ini disebabkan oleh karakteristik masing-masing katup untuk pemulihan tekanan katup. E.
Dampak keseluruhan terhadap Loop Control Setidaknya, ada dua masalah ketika mengintegrasikan katup kontrol ke dalam aplikasi loop kontrol.
Respon waktu katup control
Kesalahan dan kontrol pada aliran rendah Waktu respons dari katup kontrol akan menambah waktu respon keseluruhan dari loop control. Laju alir katup kontrol dapat menjadi sulit pada laju aliran yang rendah karena akurasi dan resolusi aktuasi berkurang. Pada tingkat aliran rendah akurasi dan resolusi akan dipertahankan oleh kontrol dari katup yang lebih kecil. F.
Beberapa Jenis Katup yang sering digunakan yaitu :
1) Sliding Valves ( Badan katup yang menyorong) Desain badan katup dibuat untuk memberikan karakteristik aliran yang berbeda-beda.Jika dilihat dari bentuknya, katup ini dibagi terdiri dari banyak jenis.Diantaranya : a) Katup Globe Katup Globe adalah salah satu jenis yang paling umum dengan badan katup menyorong.Bentuk eksternal valve seperti globe.Badan dari katup ini pada dasarnya terletak pada bagian internal dan kontak dengan aliran air.Karakteristik dari katup ini yaitu badan katup menyerap tekanan aliran katup (tidak ada tekanan di katup).Stem bergerak linier (naik – turun)
untuk mengubah posisi plug, posisi plug yang berubah menyebabkan luas area antara seat dan plug berubah. Keuntungan :
Desain sederhana.
Pemeliharaan sederhana.
Kecil dan ringan.
Kisarannya luas.
Kekurangan :shutoffnya kurang baik, kehilangan tekanan tinggi, dan diperlukan desain yang lebih kompleks agar bekerja dengan seimbang. b) Katup Cage Katup Cage tidak dianjurkan digunakan pada cairan yang sangat kental.Semacam cairan yang lengket atau bergetah juga dapat menyebabkan masalah, sebagai cairan yang mengandung padatan.Hal ini dapat menyebabkan masalah operasional yang disebut fouling. c)
Katup Angel Body Katup ini dapat disamakan dengan katup siku bola dunia.Aliran yang keluar adalah 90 derajat dengan aliran masuk.Katup Angle memiliki batasan aliran kecil ketika keluar, jadi jika terjadi flashing maka cenderung melakukannya secara hilir dari katup.
d) Y-Style Valves Katup ini bekerja pada operasi miring pada sudut 45 derajat dengan aliran masuk.Dalam prakteknya digunakan untuk aplikasi drainase, beroperasi pada posisi hampir tertutup.Faktor penghambat adalah ketika pemasangan dengan bagian bergerak tidak vertikal. e) (Split Body) Katup Tubuh Split Katup dengan tubuh Split dapat memberikan aliran yang efisien. Karena kontruksi katup ini ramping sederhana sehingga dapat meminimalkan Fouling. f)
Three-Way Valves Katup ini mempunyai 2 jenis, yaitu : a)
Percampuran
Katup pencampuran memiliki dua lubang inlet dan satu outlet.Jenis katup ini digunakan untuk campuran dari dua cairan.
b)
Pengalihan
Katup pengalihan memiliki satu inlet dan dua outlet.Jenis katup ini merupakan kebalikan dari katup pencampuran.Katup pengalihkan dapat digunakan untuk memindahkan atau untuk operasi bypass.Pengalihan ini relatif memberikan aliran kontrol yang diperlukan dengan satu outlet, sementara memungkinkan aliran konstan melalui sistem dengan outlet lainnya.
2) Rotary Valves (Katup rotari) Katup rotari (Rotary Valves) ini dibagi menjadi 2, yaitu : a)
Butterfly Valves Butterfly Valves terbentuk dari cakram yang berputar di jalur aliran untuk mengatur laju
aliran.Porosnya ini berpusat pada sumbu pipa.Piringan cakram menarik bagian yang sempit pipa saluran.Lubang ini meminimalkan keausan dan mengurangi gesekan.Pengendalian katup pada posisi tertutup bisa menyulitkan aliran karena diperlukan torsi untuk keluaran untuk menarik katup keluar dari dudukannya.Cara kerjanya mirip sayap kupu-kupu, yaitu sebuah damper yang berotasi untuk mengatur hambatan aliran. Keuntungan dari tipe butterfly valves ini yaitu antara lain kapasitasnya besar, kehilangan tekanan rendah, dan dapat diaplikasikan untuk slurry. Namun kerugiannya torque (tenaga putaran) besar, mempengaruhi aliran dengan kisaran terbatas (0-60%), shutoff yang rapat membutuhkan material seat yang khusus.
b) Ball Valves Katup bola merupakan salah satu jenis yang paling umum dari katup rotari.Katup berbentuk bola dengan lubang silinder untuk aliran cairan.Bola berputar untuk mempengaruhi jumlah aliran.Pembatas valve berupa bola solid, yang mempunyai bagian yang dihilangkan untuk mengatur luasan area aliran.Di antara berbagai konfigurasi, yang 'mengambang' bola memiliki dua stempel yang memberikan dukungan bantalan ke segmen bola.Namun tingkat gesekan pada katup ini lebih tinggi dibandingkan dengan bantalan konvensional yang dapat mempengaruhi kinerja dari katup ini.
Keuntungan dari tipe Ball valves ini yaitu kapasitasnya yang besar dan shutoffnya rapat. Namun kerugiannya adalah aplikasi untuk pressure drop sedang, dan cenderung terjadi penyumbatan.
2.3Kalibrasi Control Valve Kalibrasi control valve diperlukan untuk memastikan bahwa control valve dapat menghasilkan respon aktuasi sebagaimana dikehendaki oleh sistem kontrol pada suatu proses. Respon aktuasi yang dimaksud meliputi ketepatan pada value, linearity, dan juga respon time tentunya. Control valve sebagai aktuator dalam suatu loop kontrol mempunyai peranan penting dalam meregulating suatu proses. Kegagalannya dalam meregulating suatu proses adalah merupakan indikasi abnormality suatu proses yang apabila berkelanjutan berefek kepada shutdown. Ada 2 macam kalibrasi yang umum dikenal pada control valve yaitu Manual Calibration dan Auto Calibration. Manual calibration adalah kalibrasi dengan menggunakan input manual untuk control valve dan sebagai pembanding adalah si pengkalibrasi. Inti dari pada kalibrasi adalah untuk membawa value kepada nilai sebenarnya.Value dari suatu control valva adalah bukaan / opening. Bukaan di value kan berupa percentage. Common sense mengatakan bahwa lima titik standar yang dijadikan patokan sebagai opening control valve. 0%, 25%, 50%, 75%, 100%. Aktivitas kalibrasi adalah untuk mengsinkronkan input kontrol valve yang berupa analogue signal (assumed HART) dengan opening control valve. Nilai 4-20 mA sebagai standar instrumentasi direntangkan untuk mewakili opening menjadi 4mA, 8mA, 12mA, 16mA, 20mA. Dalam control valve dikenal terminologi Quick Opening, Linear, Equal Percentage. Istilah ini untuk menunjukkan hubungan antara opening dan flow rate. Pertanyaan yang timbul adalah apakah ketika Valve Quick Opening atau Equal Percentage maka opening travelnya tidak linear dengan input signal? Menurut pendapat orang fisher bahwa Quick Opening, Linear, dan Equal Percentage adalah trim characteristik yang sudah di set pada geometri valve yang menghasilkan nilai Cv. Sehingga input signal terhadap opening harus selalu linear.
Jarak travel juga menjadi hal penting yang perlu diperhatikan dalam kalibrasi. Jarak travel adalah absolutely mechanical adjust pada stem control valve. Jarak travel adalah jarak dari fully open sampai fully closed. Fully closed artinya sudah tidak dapat diadjust tapi untuk fully open beberapa valve memberikan keleluasaan kepada user untuk memendekkan atau memanjangkan travel.Reference utama dalam tahap konstruksi adalah bahwa jarak travel harus sesuai dengan data sheet. Jika jarak travel salah maka control valve akan mendeteksi maksimum open sebagai 100%. Misalkan control valve anda jarak travelnya 3″, namun dalam kenyataannya secara mekanikal berjarak 4″ maka dalam tahap kalibrasi nilai travel 4″ dianggap sebagai 100%, padahal seharusnya kalau merefer kepada datasheet dengan travel 3″ maka nilai opening 4″ adalah sekitar 133%. Oleh karena itu harus benar-benar dipastikan bahwa jarak travel sudah sesuai requirement pada datasheet dengan melakukan adjustment pada stem. Autocalibration dapat dilakukan dengan menggunakan Handheld Fisher 375.Pilih menu calibration and auto. Valve secara otomatik mencari highest postition dengan menstroke secara penuh control valve, nilai itu akan secara otomatik dianggap sebagai nilai 100%. Kemudian valve akan mencari nilai fully closed, dan nilai itu adalah 0%. And valve calibrated already. Initial opening menjadi penting ketika tight shut off menjadi hal utama. Artinya ketika fully closed 0% control valve harus benar-benar tight. Bagaimana memastikannya?Case untuk FC, langkah pertama pastikan ketika feedback menunjukan 0%, kemudian release pressure-nya maka control valve tidak ada gerakan turun lagi. Atau dengan mengirim signal dibawah nilai minimum 4 mA, misalnya 3.8 mA maka control valve juga sudah tidak dapat turun lagi. Kalo control valve sudah terkalibrasi tetapi ketika dikirim signal 3.8 mA control valve masih turun lagi maka nilai 0% belum sepenuhnya tight. Hal yang perlu diperhatikan ketika melakukan kalibrasi adalah control valve dalam kondisi out of service. Serta proteksi kalibrasi harus dihilangkan. Pastikan input karakteristik dan send ke control valve. Setelah kalibrasi selesai control valve dikembalikan pada kondisi inservice.
2.4 Safety Requirements Ketika udara yang dari actuator tidak mengalir (bisa karena kerusakan compressor, atau hal lain), berarti tidak ada lagi yang membuka/menutup plug control valve, tidak adanya udara yang bertekanan ini, belum tentu berakibat control valvenya selalu tertutup.
Pada prisipnya fail-safeakan dibutuhkan ketika temperature/pressure both side upstream/pun downstream proses diusahakan untuk tidak berubah saat control valve tidak aktif. Dan fail-nya instrument air ini tidak boleh dibiarkanterlalu lama karena walau pun ada back-up fail-position dari control valve, tetap tidak akan bener-benar bisa menahan hazard yang terjadi dalam waktu lama.
Contoh2 sistem yang seringkali memiliki default : 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7. 8.
control valve untuk fuel-oil menuju heater burners biasanya fail closed. Safetynya mending burnernya mati daripada overheating feed menuju ke heater tubes biasanya fail open supaya pas instrument air gagal masih ada fluida yg mengalir untuk dipanasi, kalo fluidanya berhenti, bisa jadi overheating, temperature naik, pressure naik juga. feed menuju ke fractionating collum, biasanya fail closed steam supply ke reboiler biasanya fail closed reflux drum vapor outlet dan reflux pump discharge, biasanya fail open minimum flow/bypass line di centrifugal discharge line, biasanya fail open bypass linenya compressor dan reciprocating machine biasanya juga fail open. feed yg masuk ke reactor, biasanya fail closed… hanya sering juga fail open untuk alasan safety yg lebih kuat. Dari beberapa kasus di atas, dapat ditarik kesimpulan, buat heater, control valve di hot fluid, biasanya fail closed dan dicold fluid biasanya fail open supaya kalau fail tidak menjadikan overheating.
Capacity Coefficients untuk control valve Valve Untuk sizing valve, ada yang dinamakan Cv atau valve flow coefficient. Cv ini bergantung pada dimensi internal valve, dan smoothness permukaan di dalam valve. Semakin tua control valve otomatis juga mempengaruhi karakter si Cv ini. Cvdapat diartikan sebagai index yang mengindikasikan berapa besar volumetric flow-rate (gpm) yang dapat dihasilkan ketika air bersuhu 600F melewati sebuah control valve yang menyebabkan penurunan tekanan sebesar 1psi. Selain Cv adapula Cvc. Cvc ini dihitung dengan menggunakan normal design flowrate dalam gpm. Dari sini bisa di cari valve yang sesuai biasanya diambil valve dengan Cv diatas Cvc. Untuk range yang bagus untuk control, Cv diambil yg 1.25 sampe 2 kali Cvc.
Biasanya range tersebut digunakan untuk tipe plug yang equal percentage dan linear flow. Tetapi ada juga valve yang punya range lebih lebar. Adapula Cf, critical flow factor. Untuk liquid flow dapat dianggap subcritical kalau vapor pressure dari liquid tidak akan melebihi pressure terendah pada saat melewati control valve. Dapat dilihat profile pressure yang melewati control valve di gambar berikut ini Kalau Pvapor berada di range A atau B akan terjadi vaporisasi/kavitasi pada saat dimana Pfluida sama dengan atau kurang dari vapor pressurenya. Kalo PVapornya di range B, berarti akan kembali menjadi liquid lagi. Tetapi kalau di range A, maka vapor akan tetap menjadi vapor. Cavitasi (range B) ini juga tidak baik untuk control valve, karena akan menyebabkan rapid wear plugnya, dan menyebabkan vibrasi dan noise juga dan kalau berada di range A, saat keluar dari control valve tersebut, fluidanya yang pada awal masih satu phase, bisa jadi jadi 2 phase, ataupun bisa jadi, jadi gas semua.Apalagi kalau vapor pressurenya ada di atas P1, berarti kemungkinanfluida berada pada 2phase, dengan persentase tertentu antara gas dan liquidnya, dan akan berubah ketika fuidanya keluar dari control valve. Untuk kasus ini, diameter downstream control valve dapat dibuat lebih besar dari upstreamnya. Baik untuk liquid maupun gas, ada yang dinamakan critical flow dan subcritical flow. Kapan flow disebut critical flow, kapan disebut subcritical. Untuk gas, critical flow / ketika velocity gas mencapai sonic velocity, sebaiknya dihindari karena bisa menyebabkan noise dan vibrasi. Critical flow dapat dicegah dengan mengurangi pressure drop yang melalui valve dengan merelokasi valve dalam system atau dengan memilih valve dengan Cf yang lebih besar.Cf itu dimensionless, dan tergantung jenis valve. Cf itu ratio antara control valve coefficient pada kondisi critical dengan flow coefficient yang di keluarkan oleh manufacture. Valve antara 2 pipe reducer –flow capacity control valve yang ada diantara 2 pipe reducer sedikit dibawah yang lain. Pada subcritical flow, caranya dengan menghitung correction factor, R kalau di critical flow, correction factornya Cfr yang akan mengganti posisi Cf dalam calculation R, dan Cfr juga tergantung pada ratio antara size pipa dan size control valvenya. Untuk lebih jelasnya ada beberapa fakta kondisi operasi control valve: Kondisi operasi Fakta-fakta random mengenai control valve:
Control valve biasanya mempunyai size dibawah size upstream pipa atau maksimal sama. Tidak pernah diambil lebih besar. Ukuran control valve dapat dibuat jauh lebih kecil daripada size upstreamnya bila harus mengabsorb pressure drop yang besar. Control valve bisa mengakomodasi range kapasitas dan beda tekanan yang lumayan besar. Flowrate dan kondisi proses biasanya sudah ditentukan sebelumnya untuk ngesize piping dan hal
lain. Jadi pada saat sizing control valve lebih baih memberi data kapasitas~pressure lebih dari satu. Terkadang kalau sistemnya memiliki range kapasitas yang besar, diperlukan hingga 2 control valve secara parallel, satu untuk flowrate yang besar, dan yang lainnya untuk yang kecil. Secara umum control valve digunakan juga untuk pressure killer yang lumayan baik. Hampir 1/3 dari overall pressure drop bisa dialokasikan ke control valve dan sisanya pada piping dan equipmentnya. Dan pada system yang memiliki beda tekanan yang harus dikill besar, maka bisa jadi semua sisa beda tekan yang belum terakomodir oleh piping dialokasikan ke control valve. Butterfly valve bisa beroperasi dengan pressure drop yang kecil (1 koma psi). Biasanya cocok untuk discharge compressor dan line cooling water supply. Tetapi trotling, koefisien valve ini bisa turun secara teratur. Butterfly/ball valve memiliki actuator side mounted karena actuator stemnya dapat memutar as valve. Karakteristik plug untuk hal ini bisa dipengaruhi oleh hubungan antara actuator stem dan valve axle. Control valve selain jenis butterfly hanya dapat meregulasi flow dengan mengabsorb atau memberi pressure drop ke system. Perubahan pada density/S.G (atau salah estimasi) memberikan effect minor ke kapasitas valve. Bila flow melalui valve merupakan critical flow, maka untuk sizing bypass dan line downstream control valve harus sangat hati-hati karena vaporisasi sepanjang control valve menyebabkan naiknya pressure drop. Untuk mendapatkan velocity yang masuk akal saat vaporisasi terjadi, maka piping didownstream control valve biasanya jadi lebih besar dibanding di upstreamnya. Untuk menghindari vaporisasi di control valve dapat pula dengan menambah static pressure pada upstream. Pada tekanan yang tinggi, temperature tinggi, atau beda tekan yang besar, sebaiknya control valve tidak dioperasikan untuk menutup. Karena velocity yang besar, akan menghantam control valve dan akan menyebabkan flow control menjadi tidak akurat lagi, dan menyebabkan kebocoran ketika valve di shutoff. Bypass biasanya digunakan untuk control valve yang lebih kecil dari 2in, atau untuk high viscosity dan lethal, atau untuk liquid yang mengandung solid yang abrasive, dalam boiler feed water service, atau untuk sistem steam yg mengharuskan untuk killing high pressure (lebih dari 100psi) tetapi juga sering kali bypass disediakan untuk maintenance si control valve tanpa shutdown sistem. Untuk konsistensi pada design piping, coefficeient flow untuk bypass valve sebaiknya dibuat sama seperti di control valve berikut pressure dropnya. Biasanya diplant, control valve ditaruh di grade/platform elevation. dan mudah diaksesnya kecuali untuk valve2 yanng harus disimpan diself-draining pipelines. Hal ini dimaksudkan untuk mempermudah maintenance/quick respon kalau ada masalah dengan processnya.
Sebelum dan sesudah control valve biasanya diberi gate valve untuk fluida2 yang berbahaya, biasanya diberi drain di low pointnya untuk fail-open dipasang drainnya satu, kalau failclose diberi 2, upstream dan downstream. untuk maintenance, mereka tutup dua gate valve, terus didrain, dan take out control valvenya. Untuk kelengkapan lainnya kalau fluida yang melewati control valve saturated steam flow, biasanya diberi steam trap di lowest point. Untuk maintenance control valve, perlu ada space atas bawah kanan kiri untukmengambil control valve ini. Itulah alasan mengapapiping diatas control valve dikasih jarak sekitar 12in. Berikut adalah contoh susunan bypass dan control valve. Tipe U dipilih ketika inlet dan outlet flow mendekati control valve dari elevasi yang lebih tinggi. Tipe corner dipakai kalau flownya dari tinggi ke rendah atau sebaliknya. Tipe looped bypass biasanya untuk flow horisontal yang sekitaran grade.
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Sebuah loop sistem kendali proses (Process Control System) terdiri dari sensor (Flow, Temp,Pressure, Level, analyzer dll), transmitter (4-20 mA/ maupun pneumatic 3-15 Psig),controller (berisi PID algorithm maupun Advanced Process Control sperti MPC, Fuzzy, JSTdll), final element (control valve, damper, motor). Element – element loop kontrol tersebut saling mempengaruhi, contohnya secanggih apapun controllernya (DCS/PLC/SCADA) yg dilengkapi dgn algoritma canggih (MPC, JST dll) namun apabila control valvenya jelek (Oversized or undersized), maka pengendalian tidak stabil. Control valve adalah salah satu jenis final element yg paling banyak digunakan di industri proses, nyaris 95 %, dan memerlukan perhatian khusus mengingat berhubungan langsung dengan
fluida proses dan harganya yang sangat mahal. Seorang instrument & process control engineer harus jeli dalam memilih control valve yg banyak jenis dan aplikasinya. Terdapat beberapa aspek yang harus diperhatikan ketika memilih control valve (SIZING): 1. Jenis Pengendalian (Flow, Pressure, temp, Level, analyzer dll) ato cuma On-Off control 2. Karakteristik Inherent dan installed control valve (quick opening, linear, equal percentage) 3. Material control valve (satinless steel, carbon steel dll) 4. Accessories control valve: positioner, I/P, limit switch, booster, air set dll 5. Fail opened ato fail closed 6. Actuator (pneumatic, hidrolik ato electric) 7. Jenis control valve (globe, butterfly, ball, V-ball dll) 8. Kondisi proses dari fluida kerja (Pressure, Pressure Drop,temperature, Specivic gravity dll) 3.2 Saran Control valve adalah suatu jenis final control element yang paling umum dipakai untuk sistem pengendalian proses. Control valve bekerja mengendalikan proses secara kontinyu manipulated variable (mengatur besar bukaanvalve) agar proses variable selalu sama dengan set point. Control valve yang akan digunakan untuk mengendalikan suatu proses harus disesuaikan dengan fluida dan kondisi prosesnya, agar tidak terjadi aus, karena hasilnya akan maksimal jika control valve cocok dengan fluida dan kondisi prosesnya, namun terkadang memerlukan bahan yang mahal, yang kita ketahui control valve hanya sebatas digunakan dan perawatannya pun terkadang kurang diperhatikan, sehingga maintenance akan semakin rumit ketika control valve bocor atau mungkin control valve sudah aus dan tidak bisa menjalankan fungsinya dengan keadaan optimal seperti biasa. Oleh karena itu, pemilihan bahan untuk membuat control valve yang akan digunakan untuk suatu proses harus sesuai dengan fluida dan kondisi prosesnya, agar tidak terjadi korosi ataupun gangguan lainnya, dan karena bahan yang digunakan biasanya mahal, maka maintenance-nya harus diperhatikan benar supaya kita mengetahui sejak dini apa yang terjadi dengan control valve, apakah ada gangguan atau tidak, dan juga kita bisa sedikit berhemat jika sudah tahu gangguan yang terjadi sejak dini tadi sehingga mungkin gangguan tersebut bisa diakali, supaya
tidak perlu lagi membeli atau membuat control valve yang baru lagi andaikata control valve yang digunakan tidak mendapat perawatan yang optimal sehingga rusak. Terakhir, yang tidak kalah pentingnya, adalah karakteristik control valve yang dibutuhkan harus diketahui dengan jelas, apakah termasuk quick opening valve, linear valve, atau equal percentage valve agar tidak terjadi malfungsi saat digunakan dalam proses.
LAMPIRAN (Pertanyaan dan Jawaban) Pertanyaan : 1. Sebut dan jelaskan macam-macam control valve berdasarkan jumlah valve seat-nya! 2. Jelaskan pengertian dari controller dan control unit! 3. Sebutkan beberapa aspek yang harus diperhatikan ketika memilih control valve! Jawaban : 1. Single seat dan double seat, Single Seat Katup Single Seated adalah salah satu bentuk katup yang sangat umum dan sangat sederhana.Katup ini memiliki beberapa bagian internal. Katup ini lebih kecil dari double seated. Pada Single Sieated aliran dapat dengan mudah masuk kedalam badan katup.Katup ini terdiri dalam berbagai badan konfigurasi dan luas.Sehingga memiliki rentang aliran yang lebih besar. Pada single seat, tekanan bekerja pada saluran bagian bawah plug, sehingga menimbulkan gaya tekan ke atas pada stem. Kelebihan dari seat ini adalah dapat menutup dengan rapat dan dapat digunakan sebagai aliran proses tanpa kebocoran. Sedangkan kelemahannya adalah tidak ada keseimbangan gaya pada plug akibat dari tekanan yang bekerja satu arah. Double Seat
Katup ini merupakan desain lama yang memiliki keunggulan lebih sedikit dibandingkan dengan kerugian.Meskipun katup ini ditemukan dalam sistem lama, katup ini jarang digunakan dalam aplikasi baru.Katup ini tidak benar-benar seimbang, karena itu disebut semibalanced. Pada double seat, tekanan yang masuk dan keluar dapat diseimbangkan karena tekanan bekerja pada kedua plug dengan arah berlawanan.Kelebihan dari jenis ini adalah kapasitas aliran naik sampai 30% lebih besar dari single seat.Sedangkan kekurangannya adalah tidak dapat menutup dengan rapat.
2. Controller adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian, yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi yang sesuai dengan hasil perhitungan.Controller sepenuhnya mengantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses. Control unit adalah bagian dari controller yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan. Input control unit adalah error, dan outputnya adalah sinyal yang keluar dari controller. Control unit memiliki transfer function yang tergantung pada jenis controller. Output control unit adalah hasil penyesuaian matematik transfer function dengan memasukkan nilai error sebagai input.
3. Beberapa aspek yang harus diperhatikan ketika memilih control valve diantaranya :
Jenis Pengendalian (Flow, Pressure, temp, Level, analyzer dll) ato cuma On-Off control
Karakteristik Inherent dan installed control valve (quick opening, linear, equal percentage)
Material control valve (satinless steel, carbon steel dll)
Accessories control valve: positioner, I/P, limit switch, booster, air set dll
Fail opened ato fail closed
Actuator (pneumatic, hidrolik ato electric)
Jenis control valve (globe, butterfly, ball, V-ball dll)
Kondisi proses dari fluida kerja (Pressure, Pressure Drop,temperature, Specivic gravity dll)
