Chemical Engineering Journal Storage 1:4 (April 2.
KAJIAN TERHADAP KAVITASI DAN PRESSURE DROP PADA
BUKAAN CONTROL VALVE TIPE GLOBE VALVE DENGAN
MENGGUNAKAN SOFTWARE AUTODESK CFD (COMPUTATIONAL
FLUID DYNAMICS)
Anisa Aulia1.
Nasrul ZA1.
Novi Sylvia1.
Lukman Hakim1,Syamsul Bahri1.
Jurusan Teknik Kimia.
Fakultas Teknik.
Universitas Malikussaleh Kampus Utama Cot Teungku Nie Reuleut.
Muara Batu.
Aceh Utara Ae 24355 Korespondensi: HP: 082164699680, e-mail: nasrulza@unimal.
Abstrak Kavitasi adalah pembentukan uap dalam suatu aliran fluida sebagai akibat turunnya tekanan pada saat temperature konstan.
Fenomena ini sangat berbahaya dan diketahui sebagai fenomena yang bersifat merusak pada bagianbagian penting instrumen dalam sebuah proses diantaranya control valve yang bila sangat tinggi akan mengakibatkan valve menjadi getas dan akhirnya pecah.
Ada banyak hal yang bisa menyebabkan munculnya Kavitasi seperti turunnya tekanan mencapai tekanan uap, besarnya pressure drop, dan kecilnya downstream pressure.
Penelitian ini terdiri dari 3 tahapan proses yaitu proses pembuatan geometri valve pada fusion 360 kemudian tahapan simulasi menggunakan CFD 2015 (Computational Fluid Dynamic.
terakhir melakukan analisa Anova pada RSM DX-7.
Pada laporan penelitian ini dihasilkan nilainilai yang berpengaruh terhadap fenomena kavitasi pada control valve, yaitu nilai indeks kavitasi, penurunana Tekanan dan Nilai Renold Number.
Dari penelitian ini juga diperoleh rekomendasi atau saran mengenai tindakan yang harus dilakukan jika control valve terkena kavitasi serta bukaan valve terbaik untuk mencegah kavitasi pada control valve tipe Globe valve, untuk memudahkan penelitian Maka dilakukan simulasi menggunakan RSM (Respon Surface Metodolog.
dimana RSM menyediakan lima variasi presentase bukaan valve yaitu 50 %, 55,8579 %, 70 %, 84,1421%, dan 90 %.
Setelah melalukan penelitian dengan menggunakan autodesk CFD didapatkan nilai kavitasi terbesar pada bukaan 50 % dengan tekanan masuk 4 bar yaitu sebesar 28,9065 dengqn pressure drop sebesar 2,61625 bar dan Reynold Number sebesar 877341.
Untuk nilai kavitasi terendah didapatkan pada bukaan valve 90 % dengan tekanana awal sebesar 4 bar kavitasi yang diperoleh sebesar 21.
2878 penurunan tekanan sebesar 0,59465 bar dengan bilangan Reynold Number sebesar 754043.
Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah kavitasi paling besar berpotensi terjadi pada presentasi bukaan yang lebih kecil dengan tekanan awal yang kecil, ini terjadi karena besarnya pressure drop yang terjadi yang melebihi tekanan Kata kunci : Indeks Kavitasi.
Kavitasi.
Pressure Bonnet Factor.
Pressure Drop Anisa Aulia / Chemical Engineering Journal Storage 1 :4 (April 2.
57Ae66 Pendahuluan Katup .
banyak digunakan di berbagai industri terutama dalam sistem perpipaan.
Fungsinya adalah untuk mengendalikan laju alir.
Bagi produsen katup, sangat penting untuk mengetahui karakteristik temperatur dan tekanan di dalam katup.
Katup mampu mengendalikan aliran cairan maupun gas dengan baik pada saat kondisi katup tertutup .
ull close.
atau terbuka .
ull ope.
(Flowserve.
Kavitasi adalah suatu keadaan yang disebabkan oleh berubahnya fase cairan yang sedang dialirkan dari fase cair menjadi fase uap sehingga menimbulkan gelembung-gelembung.
Timbulnya gelembung tersebut disebabkan oleh menurunnya tekanan hingga berada di bawah tekanan uap jenuh cairan Secara sederhana, kavitasi diartikan sebagai pembentukan gelembung uap dalam suatu aliran fluida akibat adanya pressure drop pada temperatur Apabila control valve bekerja dengan pressure drop yang relative tinggi, maka control valve tersebut dapat mengalami fenomena kavitasi ini (Agustiyan & Bambang 2.
Adapun pada penelitian kali ini penulis akan mengamati kavitasi yang terjadi pada control valve tipe globe valve dengan beberapa pertimbangan yaitu valve ini banyak digunakan di dunia industri, memiliki penurunan tekanan yang tinggi dan merupakan valve yang digunakan untuk menggendalikan aliran.
Computational Dynamics Fluid (CFD) adalah suatu cabang mekanika fluida yang menggunakan metode numerik dan komputasi untuk memecahkan dan mengalisis masalah yang melibatkan dari aliran fluida tersebut.
Untuk analisis ini komputer digunakan untuk melakukan perhitungan dan untuk mensimulasikan interaksi cairan ataupun gas dengan permukaan yng dikondisikan oleh kondisi batas, dengan kecepatan yang tinggi super komputer, agar mendapatkan analisis yang lebih baik (Celik et al.
, 2.
Bahan dan Metode Penelitian ini akan menganalisa dan mengkaji Simulasi bukaan valve terhadap Kavitasi dan pressure drop pada control valve tipe Globe Valve dengan menggunakan Software Autodesk Computational Fluid Dynamics kemudian Anisa Aulia / Chemical Engineering Journal Storage 1 :4 (April 2.
57Ae66 dilakukam analisa Anova pada setiap variable menggunakan Response surface methodology (RSM).
Alat yang digunakan adalah sebuah komputer PC laboratorium komputasi Teknik Kimia dengan Software yang digunakan berupa perangkat lunak komersil Fusion 360.
Computational Fluid Dynamics (CFD) dan Response surface methodology (RSM) dengan variable bebas penelitian adalah valve,dan tekanan,kavitasi dan Reynold Number .
Tahap I Tahap II Gambar 2.
1 Bagan Alir Gambar 2.
2 Bagan Alir Proserdur Fusion 360 Proserdur CFD Tahap i Gambar 2.
2 Bagan Alir Proserdur RSM Hasil dan Diskusi Hasil Simulasi pengaruh pressure drop dan kavitasi tipe globe valve pada control valve dilakukan dengan menggunakan software autodesk CFD.
Selanjutnya variabel tetap dan variabel bebas dimasukkan pada saat menginisial Simulasi globe valve dilakukan sebanyak 9 kali dengan memakai rancangan Central Composite Design (CCD) secara acak dan .
Kemudian untuk hasil simulasi CFD yaitu pengaruh pressure drop dan kavitasi datanya dapat dilihat pada Tabel 4.
Run Bukaan Valve (%) Tekanan .
Penurunan Tekanan (OI.
Kavitasi NRe Anisa Aulia / Chemical Engineering Journal Storage 1 :4 (April 2.
57Ae66
2,61625
28,9065
1,6165
1,13785
55,8579
3,29
1,8165
84,1421
4,71
1,30465
22,6755
55,8579
4,71
1,98572
0,59465
84,1421
3,29
0,90626
1,71625
Tabel 3.
1 merupakan hasil penelitian dari simulasi pengaruh bukaan valve dan tekanan pada penurunan tekanan dan kavitasi.
2 Simulasi Pengaruh bukaan valve dan tekanan terhadap penurunan tekanan (OI.
Valve yang di design untuk mengatur aliran, disamping itu digunakan untuk menghentikan aliran fluida tetapi biasanya digunakan untuk mengatur Perubahan arah aliran fluida yang menembus valve menyebabkan kehilangan tekanan yang tinggi dan turbulensi atau gejolak.
Variasi bukaan valve terhadap tekanan awal bertujuan untuk mengetahui besarnya kehilangan tekanan yang paling kecil.
Pengaruh persen bukaan valve terhadap penurunan tekanan, dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3.
1 Pengaruh bukaan valve dan tekanan terhadap pressure drop Dapat dilihat pengaruh yang terjadi pada persentase bukaan valve yaitu semakin besar persentase bukaan valve maka pressure drop yang dihasilkan semakin kecil begitu juga untuk laju aliranya.
Hal ini disebabkan Penurunan tekanan .
ressure dro.
diakibatkan oleh adanya aliran fluida yang masuk Anisa Aulia / Chemical Engineering Journal Storage 1 :4 (April 2.
57Ae66 melewati katup dimana terjadi penyempitan dan pembesaran dari bukaan valve, penurunan tekanan ini biasanya dikenal dengan istilah pressure drop across (Muhtadi.
M).
Dari gambar di atas juga menunjukkan semakin tinggi tekanan masuk yang diberikan maka pressure drop yang dihasilkan semakin besar pula hal ini dikarenakan besarnya tekanan yang hilang yang disebabkan karena fluida yang keluar dengan bukaan valve yang sama lebih besar dari pada tekanan masuk yang lebih kecil.
Untuk bukaan valve 50% memiliki distribusi tekanan yang menurun saat melewati disk, hal ini dikarenakan saat melewati disk aliran terbentur sehingga terjadi penurunan tekanan, selain itu ruang aliran yang sempit karena bukaan valve yang kecil, sehingga terjadi penurunan presentase bukaan valve yang sangat tinggi yaitu 2,61 bar dari tekanan awalnya sebesar 4 bar.
Pengaruh Bukaan Valve dan Tekanan Terhadap Kavitasi Berdasarkan hasil simulasi tersebut dapat dilihat bahwa harga indeks kavitasi terendah adalah sebesar 21.
2878 dan yang tertinggi sebesar 28.
Pengaruh bukaan valve dan tekananan terhadap kavitasi ditunjukkan pada gambar Gambar 3.
2 pengaruh bukaan valve dan tekanan terhadap kavitasi Gambar 3.
2 menunjukan pengaruh bukaan valve dan tekanan terhadap Dari kelima variasi bukan valve dan dengan variasi tekanan yang berbeda didapatkan hasil kavitasi yang berbeda pula dalam setiap variasinya.
Semakin tinggi pressure drop maka semakin besar kavitasi yang didapatkan hal Anisa Aulia / Chemical Engineering Journal Storage 1 :4 (April 2.
57Ae66 ini terjadi pada bukaan valve 50 % tekanana 4 bar dengan pressure dropnya sebesar 2,61625 bar dan kavitasi yang terbentuk sebesar 28,9065.
Pengaruh bukaan valve dan tekanan terhadap bilangan Reynolds Bilangan Reynolds sendiri dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida air, semakin besar bilangan Reynolds maka semakin tinggi kecepatan aliran air sehingga akan membuat pressure drop meningkat.
Gambar 4.
4 menunjukkan bahwa meningkatnya bilangan Reynolds untuk setiap variasi bukaan valve dan tekanan yang berbeda, hal ini terjadi karena peningkatan debit aliran yang disebabkan karena pengaruh besaran bukaan valve dan tekanan sehingga kecepatan alirannya semakin tinggi.
Tekanan masuk yang sangat besar maka debit aliranya akan semakin tinggi pula.
Dari variasi bukaan valve nilai bilangan reynold yang di dapat diatas 100.
000 hal ini menyatakan bahwa aliran yang terbentuk turbulen, dan yang menyebabkan aliran keluaran bukaann valve turbulen dikarenakan pressure drop yang tinggi akibat geometri.
Gambar 3.
3 Hubungan antara persentase bukaan valve dan tekanan terhadap Bilangan Reynolds Korelasi Variabel Tanggap Terhadap Variabel Independen Validasi hasil prediksi terhadap data hasil eksperimen merupakan salah satu cara untuk membuktikan keabsahan bukaan dan tekanan yang diusulkan (Montgomery, 2.
Untuk Presure Drop.
Tabel 4.
2 Analisa varian (ANOVA) untuk Pressure Sum of Mean
Source Squares Model
2,7156065
Prob > 1,3578032 46,97483370 0,0001 Square Value Keterangan Significant Anisa Aulia / Chemical Engineering Journal Storage 1 :4 (April 2.
57Ae66
2,4756286
2,4756286 85,647342 0,0001 Significant 0,2399779 0,239977 8,30232501 0,0001 Significant Tabel 4.
2 merupakan Analisa varian (ANOVA) untuk Pressure drop Dari data diatas dapat di.
ihat bahwa Jika nilai probabiliti (Prob > F) untuk seluruh koefiesien menunjukkan lebih kecil dari 0,05 maka koefisien tersebut signifikan atau berpengaruh secara nyata pada eksperimen.
Namun jika nilai probabiliti (Prob > F) lebih besar dari 0,1 maka model yang ditunjukkan tidak signifikan.
ANOVA untuk model Linier, dan variabel.
X1, dan X2 memiliki nilai probiliti (Prob < F) lebih kecil dari 0,05 seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.
berpengaruh secara nyata terhadap pressure drop atau penurunan tekanan Tabel 4.
3 Analisa varian (ANOVA) untuk kavitasi Sum of Mean Source Squares Square Value Prob > F Keterangan Model 64,131928 5 12,826385 152,1664 < 0.
0001 Significant 56,339478 1 56,339478 668,3862 < 0.
0001 Significant 2,03119283 1 2,0311928 24,09715 Significant X1.
X2 0,02660161
1 0,0266016 0,315589
4,11742740
1 4,1174274 48,84730
2,3271798
1 2,3271798 27,60861
Tabel 4.
3 merupakan Analisa varian (ANOVA) untuk kavitasi, analisa varian ini juga dilakukan dengan melihat keseluruhan variabel bebas dengan model Quadratic.
Dari data diatas dapat terlihat bahwa variabel X1.
X2.
X12 dan X22 nilai lebih kecil dari 0,05, hal ini menunjukkan bahwa model Quadratic berpengaruh secara nyata terhadap kavitasi, sebaliknya variabel X1.
X2 terlihat tidak signifikan.
Hal ini menunjukkan bahwa secara statistik variabel-variabel ini hanya memberikan pengaruh yang kecil terhadap kavitasi Tabel 4.
4 Analisa varian (ANOVA) untuk Reynold Number
Sum of Mean
Source Squares Square Value Model
7211268642,65
4640057344,79
571211297,85
8,6220
11,095
6,1484
Prob > Keterangan 0067 Significant 0076 Significant 0326 Significant Anisa Aulia / Chemical Engineering Journal Storage 1 :4 (April 2.
57Ae66 Tabel 4.
4 merupakan Analisa varian (ANOVA) untuk Reynold Number dari tabel diatas dapat dilihat bahwa ANOVA untuk model Linier dan variabel X1 nilai lebih kecil dari 0,05, hal ini menunjukkan bahwa model linier berpengaruh secara nyata terhadap Reynold Number, begitu juga dengan variabel X2, terlihat signifikan.
maka hal ini menunjukkan bahwa secara statistik variabel-variabel ini berpengaruh secara nyata terhadap Reynold Number 6 Countor Distribusi Bukaan Valve dan Tekanan Terhadap Penurunan Tekanan dan Aliran Fluida Counter distribusi bukaan valve dan tekanan terhadap penurunan tekanan aliran fluida ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3.
4 countor distribusi a.
bukaan valve 50 % dengan tekanan 4 bar bukaan valve 90% dengan tekanan 4 bar Berdasarkan countor distribusi a dan b pada masing masing bukaan valve dan tekanan yang berbeda dapat disimpulkan bahwa semakin besar bukaan valve maka semakin kecil pressure drop yang dihasilkan.
Sebaliknya semakin kecil bukaan valve maka pressure drop yang dihasilkan semakin besar.
pressure drop ditandai dengan adanya penurunan tekanan, pada valve bukaan 50% tekanan 4 bar pressure drop terjadi dan dapat dilihat dengan perubahan warna.
Pressure drop tersebut ditandi dengan perubahan warna dari oren menjadi kuning kehijauan.
Anisa Aulia / Chemical Engineering Journal Storage 1 :4 (April 2.
57Ae66 Pada valve bukaan 90% dengan tekanan 4 bar pressure drop yang dihasilkan kecil karna pada bukaan ini disk hampir terbuka sempurna.
Pressure drop tersebut ditandai dengan perubahan warna dari oren menjadi kuning.
Faktor yang menentukan laminar atau turbulennya suatu aliran adalah fluida, kecepatan bentuk dan ukuran benda yang berada di dalam aliran kedalaman air, bilangan Reynolds sendiri dipengaruhi oleh kecepatan aliran fluida air, semakin besar bilangan Reynolds maka semakin tinggi kecepatan aliran air sehingga akan membuat pressure drop meningkat.
Pada countor distribusi bukaan valve terlihat bahwa aliran yang dihasilkan adalah aliran turbulensi.
Daftar Pustaka