SIMULASI FENOMENA KAVITASI PADA KONTROL VALVE (STUDI KASUS : GLOBE VALVE)
Latar Belakang
Oleh : Danang Arif Agustiyan 2404 100 075
Fenomena kavitasi sering terjadi pada kontrol valve. Fenomena kavitasi pada kontrol valve menyebabkan rusaknya kontrol valve tersebut secara permanen. permanen. Fenomena kavitasi sulit dideteksi secara visual karena terjadi didalam aliran fluida. fluida.
Pembimbing : Dr. Bambang Lelono W. ST,MT. NIP. 196905071995121001
Bidang Instrumentasi dan Kontrol Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya 2009
Batasan Masalah
Properti fluida (kerapatan dan viskositas ) dianggap konstan. Jenis kontrol valve yang disimulasikan adalah globe valve yang beroperasi kontinyu. Variabel yang dianalisis adalah tekanan yaitu pressure drop (∆ (∆P) dan tekanan uap fluida (Pv). Data diambil dari gas plant.
Tujuan
Mendeteksi fenomena kavitasi yang terjadi pada kontrol valve dan memvisualisasikan terjadinya kavitasi pada kontrol valve agar dapat diketahui letak dimana terjadinya kavitasi tersebut sehingga dapat diprediksi potensi kerusakan pada kontrol valve tersebut dan bagaimana menanggulanginya. menanggulanginya.
Jurnal yang ditulis oleh Yves Lecoffre dan Antonie Archer dengan judul “ A Method to Evaluate Cavitation Erosion in Valves” pada tahun 1998 yang melakukan analisa kavitasi pada kontrol valve dengan bermacam macam tipe. tipe.
Permasalahan
Bagaimana mendeteksi fenomena kavitasi yang terjadi pada kontrol valve dan memvisualisasikan terjadinya kavitasi pada kontrol valve agar dapat diketahui letak dimana terjadinya kavitasi tersebut sehingga dapat diprediksi potensi kerusakan pada kontrol valve tersebut dan bagaimana cara untuk menanggulanginya. menanggulanginya.
Tinjauan Pustaka
Jurnal yang ditulis oleh Jerome Ferari dan Zachary Leutwyler tahun 2009 yang berjudul “Measurement Of The Fluid Flow
Load On A Globe Valve Stem Under Variuos Cavitation Conditions” Conditions” memfokuskan penelitianya pada pembentukan gelembung udara pada fulida cair pada suatu globe valve.
Jurnal yang ditulis oleh Wiliam Rahmeyer dan Fredcain yang berjudul “Calibration and
verivication of cavitation testing facilities using an orifice ” memfokuskan penelitianya pada pembentukan kavitasi pada fulida cair pada suatu orifice dan kontrol valve.
Teori Penunjang 1.
Persamaan yang dipakai
Kavitasi Kavitasi adalah fenomena pembentukan uap dalam suatu aliran fluida sebagai akibat dari turunya tekanan pada saat temperatur konstan. konstan. Namun pada kenyataannya terdapat begitu banyak kerumitan dalam mekanisme pemahaman bentuk fisik kavitasi. kavitasi. Penyebab dari kavitasi adalah pressure drop.Fenomena ini sangat berbahaya dan sebagai fenomena yang bersifat merusak pada bagianbagian-bagian penting instrumen dalam sebuah proses diantaranya control valve yang akan mengakibatkan valve menjadi getas dan akhirnya pecah. pecah.
•
( CN ) =
P1 − Pv ∆P
σ ≈
1 FL
2
( FL ) =
Q Cv. P1 − 0.96PV
Dimana : P1 = Tekanan masuk P2 = Tekanan keluar Pv = Tekanan uap fluida Fl = Pressure recovery factor CN = Cavitation Number σ = Indeks kavitasi kritis Q = Flow rate Cv = Koefisien kapasitas valve
Control valve Gambar berbagai jenis kontrol valve
Control valve adalah salah satu elemen pengendali akhir yang digunakan untuk memanipulasi laju aliran suatu fluida proses. proses. Control valve adalah jenis final control element yang paling umum dipakai untuk sistem pengendalian proses, proses, sehingga orang cenderung mengartikan final control element sebagai control valve. Dalam kesatuannya sebagai unit ,control valve, actuator dan valve harus melakukan tugas koreksi berdasarkan sinyal manipulated variable yang keluar dari kontroler. kontroler.
Metodologi Penelitian Mulai
• Jadwal Kegiatan
Simulasi kavitasi dengan CFD
Bulan No
Kegiatan 1
Tidak
Pengumpulan data
1
Studi Literatur dan pengambilan data
2
Membuat bentuk geometri kontrol valve pada software Gambit
3
Melakukan validasi meshing
4
Melakukan simulasi kavitasi pada software CFD fluent
5
Analisa hasil simulasi
6
Kesimpulan hasil analisa simulasi
Pengujian
2
3
4
5
Ya Membuat pemodelan bentuk control valve
laporan
Tidak Validasi
Selesai Ya
Bentuk geometri kontrol valve
7
Penyusunan laporan
Mesh pada geometri kontrol valve
6
Hasil simulasi Prosentase
bukaan valve 30
Prosentase bukaan valve 30 persen
Countur distribusi tekanan
persen Prosentase bukaan valve 50 persen Prosentase bukaan valve 70 persen
Prosentase bukaan valve 30 persen
Prosentase bukaan valve 30 persen
Countur distribusi kecepatan
Prosentase bukaan valve 50 persen
Prosentase bukaan valve 30 persen
Vektor aliran fluida
Prosentase bukaan valve 50 persen
Countur distribusi kecepatan
Countur turbulensi aliran
Countur distribusi tekanan
Prosentase bukaan valve 50 persen
Countur turbulensi aliran
Prosentase bukaan valve 50 persen
Vektor aliran fluida
Prosentase bukaan valve 70 persen
Prosentase bukaan valve 70 persen
Countur distribusi kecepatan
Prosentase bukaan valve 70 persen
Vektor aliran fluida
Countur distribusi tekanan
Prosentase bukaan valve 70 persen
Countur turbulensi aliran
Hasil perhitungan
Pada Prosentase bukaan valve 30 persen,didapatkan :
Indeks kavitasi kritis (σ ) = 0.97 Cavitation Number (CN) = 0.89
Hasil perhitungan
Pada Prosentase bukaan valve 50 persen,didapatkan :
Indeks kavitasi kritis (σ ) = 1.05 Cavitation Number (CN) = 1.23
Hasil perhitungan
Pada Prosentase bukaan valve 70 persen,didapatkan :
Indeks kavitasi kritis (σ ) = 1.53 Cavitation Number (CN) = 5.3
Kesimpulan
Grafik perbandingan antara bukaan valve
Perbandingan CN dan Indeks kavitasi kritis 6
5
4
Indeks kavitasi
3
2
Terjadi kavitasi pada kontrol valve tipe globe pada prosentase bukaan valve 30 persen,sedangkan pada bukaan 50 dan 70 persen potensi terjadi kavitasi cukup kecil. kecil. Daerah yang berpotensi terjadikavitasi: terjadikavitasi: Pada control valve dengan prosentase bukaan valve 30 persen kavitasi terjadi pada bidang lengkung plug,ini terjadi karena di daerah tersebut mengalami penurunan pressure sampai melampaui tekanan uap fluida tersebut. tersebut.
1
0 1 30 persen
2 50 persen
3 70 persen
Bukaan valve Indeks kavitasi kritis
CN
σ ≈
1 FL 2
Daftar Pustaka
Pengaruh kavitasi pada control valve tipe globe antara lain adalah terjadinya erosi pada plug yang terkena kavitasi yang menyebabkan turunya efisiensi control valve tersebut. tersebut. Dalam kasus ini untuk menghindari kavitasi dilakukan dengan memberikan kecepatan 45 m/s atau tekanan 14 psi
Yves Lecoffre,Antonie Archer, 1998, A Method to Evaluate Cavitation Erosion in Valves,grenoble:france Jerome Ferari,Zachary Leutwyler ,2009,Measurement Of
The Fluid Flow Load On A Globe Valve Stem Under Variuos Cavitation Conditions, Conditions,Maastrich Rahmeyer,wiliam,Fredcain, Calibration and verivication of cavitation testing facilities using an orifice,Utah State
Univercity Muhtadi,Muhammad,2008,analisis rediksi intensitas kavitasi pada control valve, Teknik fisika ITS Tuakia,Firman,2008,” Tuakia,Firman,2008,”Dasar dasar CFD menggunakan Fluent” Fluent”,Penerbit Informatika :Bandung Emerson, 2005, Control valve handbook fourth edition, Fisher Controls International LLC, Marshalltown, Iowa USA
