BAB I

PENDAHULUAN1.1 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 batas-

batas 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 pabrik-

pabrik.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 besaran-

besaran 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 = manipulated variable

N1 = harga maksimum dari m (ON)

N2 = harga minimum dari m (OFF)

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

output ke converter pada standart 0,2-1,0 kg/cm2pada 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)

PROSESERRORMANIPULLATED VARIABLE CONTROLUNITCONTROL VALVELOADTRANSMITTERSENSING ELEMENTSET POINTCONTROLLED 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 contoh-

contoh 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 bagian-

bagian internal.Badan katup biasanya terbuat dari logam atau plastik,k uningan , 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, pemilihan°F {538°(temperatur rendah) hingga 1000P} 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 in-

service.

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.         control valve untuk fuel-oil menuju heater burners biasanya fail closed. Safetynya mending burnernya mati daripada overheating

2.         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.

3.         feed menuju ke fractionating collum, biasanya fail closed4.         steam supply ke reboiler biasanya fail closed5.         reflux drum vapor outlet dan reflux pump discharge, biasanya fail open6.         minimum flow/bypass line di centrifugal discharge line, biasanya fail open7.         bypass linenya compressor dan reciprocating machine biasanya juga fail open.8.         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 fail-close 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)