Prinsip Kerja Pressure Regulating Valve

Pressure Regulating Valve atau biasa disingkat menjadi PRV merupakan sebuah komponen sistem hidrolik maupun pneumatik yang berfungsi untuk mengatur besar tekanan fluida dari sistem sumber tekanan tinggi (seperti pompa, kompresor, atau tangki reservoir) ke sistem pengguna bertekanan rendah. PRV selalu bertugas menjaga tekanan fluida yang nilainya lebih rendah daripada tekanan supply-nya, oleh karena itu tekanan fluida sebelum melewati PRV akan selalu lebih besar daripada tekanan sesudah melewati PRV. Dapat dikatakan PRV berfungsi menurunkan tekanan fluida sehingga sesuai dengan spesifikasi kebutuhan sistem, atau juga untuk kebutuhan keamanan dan keselamatan penggunaan.

Secara garis besar ada dua tipe PRV jika dilihat dari sistem operasionalnya, yakni satu tahap dan dua tahap pressure regulator. Gambar di atas menggambarkan sebuah sistem PRV dengan hanya satu tahap pressure regulator. Nampak pada gambar tersebut beberapa komponen utama PRV seperti inlet dan outlet pressure gauge, membran diafragma, pegas, poppet valve, serta tuas untuk mengatur set point tekanan kerja PRV. Pressure gauge berfungsi sebagai penunjukan nilai tekanan fluida baik pada sisi sumber tekanan maupun sisi keluaran PRV. Diafragma berfungsi untuk menciptakan sebuah ruang kerja fleksibel di dalam PRV yang mampu berubah-ubah volume. Dua pegas pada sistem PRV berfungsi untuk menghasilkan kesetimbangan tekanan, sedangkan Poppet valve berfungsi untuk membuka serta menutup aliran fluida.

Sesuai dengan sedikit gambaran di atas, prinsip kerja Pressure Regulating Valve umumnya hanya menggunakan prinsip-prinsip sistem mekanis dan tidak ada sistem elektris sama sekali. Sekarang mari kita berandai-andai jika tekanan fluida di area outlet turun (area berwarna biru lebih muda), maka yang terjadi adalah ruangan di dalam diafragma akan mengecil karena pegas 1 akan menekan diafragma. Selain itu pegas 1 juga akan menekan poppet valve sehingga akan membuka aliran fluida untuk masuk ke area diafragma. Fluida dapat masuk ke area ini karena memiliki tekanan yang lebih besar dibandingkan dengan tekanan di dalam area diafragma. Pada suatu kondisi tertentu tekanan fluida di dalam area outlet ditambah dengan tekanan dari pegas 2, akan cukup kuat untuk melawan dorongan dari pegas 1 yang memiliki ukuran lebih besar daripada pegas 2. Sehingga kondisi demikian akan menciptakan kesetimbangan yang menyebabkan poppet valve kembali tertutup. Proses tersebut berlanjut demikian seterusnya setiap tekanan di downstream PRV lebih rendah daripada nilai set point yang seharusnya.

Perbedaan paling mendasar dari PRV dengan dua tahap pressure regulator dibandingkan dengan sistem sebelumnya adalah pada sistem dua tahap ini digunakan pegas serta membran diafragma yang lebih banyak untuk menciptakan sebuah ruang kesetimbangan di dalam PRV (chamber). Pada saat tekanan fluida pada ruangan outlet turun, maka pegas 1 akan menekan diafragma dan poppet valve 1 sehingga fluida bertekanan lebih tinggi di chamber akan masuk ke ruang outlet. Saat tekanan fluida chamber turun karena harus masuk ke ruang outlet, maka proses yang sama terjadi pada pegas 4 yang akan mendorong poppet valve 2 sehingga fluida bertekanan lebih tinggi masuk ke ruang chamber. Saat tekanan fluida outlet sudah sesuai dengan tekanan set point-nya, maka sistem pegas akan membentuk kesetimbangan sehingga kedua poppet valve akan tertutup sempurna.

Dari gambaran di atas nampak dua tipe PRV tersebut memiliki fungsi sama namun untuk penggunaan kondisi yang sedikit berbeda. PRV dengan hanya satu tahap pengaturan tekanan lebih cocok digunakan pada fluida dengan tekanan kerja rendah. Sedangkan PRV dengan dua tahap pressure regulator lebih cocok digunakan untuk fluida bertekanan kerja sangat tinggi.

Credit: Wikipedia: Pressure Regulator

Aplikasi Sistem Hidrolik

Sistem hidrolik secara luas telah dipergunakan untuk berbagai macam alat. Sistem yang dikembangkan dari hukum pascal ini menjadi salah satu ilmu yang vital penggunaannya di dunia industri. Mulai dari usaha kecil semacam tempat pencucian mobil sampai dengan industri besar seperti pembangkit listrik menggunakan sistem hidrolik pada beberapa alat yang digunakan.

Berikut adalah beberapa kelebihan dari penggunaan sistem hidrolik:
1. Sistem hidrolik sangat baik dalam mentransfer tenaga. Artinya memiliki efisiensi yang tinggi dalam mentransfer tenaga atau daya. Hal ini dikarenakan:

  • hanya sedikit komponen yang bergerak
  • losses atau kerugian yang sedikit pada penggunaan berjarak panjang
  • serta potensi keausan yang rendah

2. Sistem hidrolik memiliki fleksibilitas yang tinggi. Maksudnya adalah:

  • mudah didistribusikan pada berbagai penggunaan yang berbeda
  • sistem hidrolik relatif aman dan reliable untuk berbagai keperluan
  • dapat disimpan pada tekanan tinggi untuk jangka waktu yang lama

3. Sistem speed control pada sistem hidrolik dapat divariasikan sesuai kebutuhan dengan respon yang cepat. Pada sistem hidrolik dengan aktuator motor hidrolik, hal ini menjadi keuntungan jika variasi kecepatan putaran menjadi komponen yang dibutuhkan.

Dan berikut adalah beberapa kelemahan dari penggunaan sistem hidrolik:
1. Dibutuhkan suatu tempat atau wadah untuk menyimpan fluida hidrolik.
2. Bahaya kebakaran bahkan ledakan apabila terjadi kebocoran.
3. Membutuhkan sistem filtrasi yang baik karena pada sistem hidrolik tidak diperbolehkan terdapat kotoran yang ikut bersirkulasi di dalamnya.
4. Dibutuhkan manpower untuk membersihkan sistem secara intensif.

Aplikasi Silinder Hidrolik
Penggunaan silinder hidrolik lebih mudah kita temui di kehidupan kita sehari-hari. Seperti dongkrak hidrolik kecil yang biasa kita punya di bagasi mobil kita, atau dongkrak yang lebih besar yang bisa kita temui di tempat-tempat pencucian mobil.

Pada dunia industri, sistem hidrolik dengan aktuator silinder hidrolik sangat banyak digunakan. Turbin uap pada PLTU menggunakan valve dengan aktuator hidrolik untuk mengatur uap air yang masuk ke dalamnya.

Silinder Hidrolik untuk Aktuator Steam Turbine Valve

20111101-090606 PM.jpg

Penggunaan Motor Hidrolik
Aktuator motor hidrolik digunakan pada mobil-mobil dengan sistem transmisi automatis. Pompa hidrolik yang terhubung pada driver engine dan motor hidrolik berada pada sisi driven engine.

Sedangkan pada industri besar, motor hidrolik biasanya digunakan untuk memutar beban-beban yang berat, yang apabila digunakan motor listrik dibutuhkan spesifikasi yang rumit. Turbin uap pada PLTU ada sebuah sistem bernama turning gear yang cara kerjanya menggunakan prinsip motor hidrolik. Turning gear ini bekerja pada saat turbin akan dioperasikan, atau pada saat turbin uap mengalami fase cooling down.

E-book gratis sistem hidrolik:
1. Hydraulic
2. Hydraulic Control System on Gas and Steam Turbine

Komponen Sistem Hidrolik

Pada kesempatan sebelumnya saya sudah menjelaskan tentang aktuator sistem hidrolik, yaitu motor hidrolik dan silinder hidrolik. Kedua aktuator tersebut termasuk ke dalam komponen sistem hidrolik. Namun selain itu ada beberapa komponen lain yang termasuk dalam sistem hidrolik. Dan pada artikel ini akan saya jelaskan komponen-komponen tersebut.

1. Pompa Hidrolik

Simbol Pompa Hidrolik dengan Penggerak Motor

20111029-011431 AM.jpg
Pompa hidrolik berfungsi untuk mensupply fluida hidrolik pada tekanan tertentu kepada sistem hidrolik. Pompa ini digerakkan oleh motor listrik atau sebuah mesin yang dihubungkan dengan sebuah sistem kopling. Sistem kopling yang digunakan dapat berupa belt, roda gigi, atau juga sistem flexible elastomeric.



Pompa hidrolik ada beberapa tipe yang digunakan, yaitu:

  • Gear pump: bersifat murah, memiliki ketahanan yang lama (awet), sederhana pengoperasiannya. Tetapi kelemahannya adalah memiliki efisiensi yang rendah, karena sifat pompa yang ber-displacement tetap, dan lebih cocok untuk digunakan pada tekanan di bawah 20 MPa (3000 psi).
  • Vane pump: murah dan sederhana, biaya perawatan yang rendah, dan baik untuk menghasilkan aliran tinggi dengan tekanan yang rendah.
  • Axial piston pump.
    Satu jenis pompa hidrolik yang menarik adalah axial piston pump. Pompa ini dapat berjenis swashplate atau juga checkball. Jenis pompa ini didesain untuk dapat belerja pada displacement yang bervariasi, sehingga dapat menghasilkan aliran dan tekanan fluida hidrolik yang bervariasi sesuai dengan kebutuhan. Jenis yang paling banyak digunakan adalah swashplate pump. Pompa ini dapat kita ubah sudut swashplate-nya untuk menghasilkan langkah piston yang bervariasi tiap putaran. Jika sudut semakina besar, akan menghasilkan debit aliran yang besar dengan besar tekanan yang lebih kecil, dan begitu pula sebaliknya.
  • Swashplate Hydraulic Pump

    20111029-010034 AM.jpg

  • Radial Piston Pump: digunakan untuk menghasilkan tekanan fluida hidrolik yang tinggi dengan debit aliran yang rendah.
  • Prinsip Radial Piston Pump

    20111029-010705 AM.jpg

Pompa piston memang memiliki harga yang lebih mahal jika dibandingkan dengan pompa gear atau vane. Akan tetapi pada pengoperasian tekanan tinggi memiliki ketahanan yang jauh lebih lama jika dibandingkan jenis pompa yang lain.



2. Valve Kontrol
Valve kontrol pada sebuah sistem hidrolik, selain berfungsi untuk mengatur besar tekanan yang digunakan, juga berfungsi untuk mengatur arah aliran dari fluida hidrolik. Arah aliran yang dimaksud adalah berhubungan dengan sistem aktuator. Arah gerakan yang diinginkan pada aktuator dikontrol oleh arah aliran dari fluida hidrolik, arah aliran inilah yang diatur oleh valve kontrol. Valve kontrol yang berfungsi untuk mengatur arah aliran biasa disebut dengan solenoid valve, sedangkan yang untuk mengatur besar tekanan biasa disebut pressure regulating valve.

Dan berikut adalah beberapa macam valve kontrol yang biasa dipergunakan:

  • Pressure Relief Valves
    Valve ini berfungsi untuk membuang fluida hidrolik ke tangki penyimpan fluida, apabila tekanan fluida lebih tinggi daripada nilai yang ditentukan.
  • Simbol dan Skema Pressure Relief Valves

    20111029-022321 AM.jpg

  • Pressure Regulating Valves
    Valve ini berfungsi untuk mengatur besar tekanan fluida hidrolik agar stabil di nilai tertentu.
  • Simbol dan Skema Pressure Regulating Valve

    20111029-032748 AM.jpg



  • Sequence Valve: berfungsi untuk mengatur sekuen pada sirkuit hidrolik, seperti contohnya pada saat menggunakan beberapa silinder hidrolik, yaitu untuk memastikan satu silinder hidrolik telah maju penuh sebelum silinder lainnya mulai maju.
  • Simbol dan Skema Sequence Valve

    20111029-035331 AM.jpg

  • Check Valve: berfungsi untuk mengatur arah aliran fluida hidrolik agar searah dan tidak ada aliran yang terbalik
  • Check Valve

    20111029-040417 AM.jpg

  • Pilot Valve
    Valve ini sebagai kontrol sistem hidrolik. Digunakan untuk mengatur output aktuator sesuai dengan yang diinginkan.
  • Pilot Valve

    20111029-041206 AM.jpg



3. Aktuator
Pada artikel sebelumnya telah saya jelaskan dua jenis aktuator pada sistem hidrolik yaitu silinder hidrolik dan motor hidrolik. Namun selain dua itu ada aktuator jenis lain yakni:

  • Sistem Transmisi Hidrostatik: yaitu suatu sistem transmisi tenaga putaran yang menggunakan sistem hidrolik. Prinsip dari sistem ini adalah menggunakan pompa hidrolik pada sisi penggerak dan motor hidrolik pada sisi yang digerakkan.
  • Sistem Pengereman
  • Swashplate: yang biasa digunakan pada motor hidrolik untuk menghasilkan akurasi output tekanan yang tinggi.

4. Reservoir
Sebagai tempat penyimpanan fluida hidrolik untuk mengakumulasi perubahan volume fluida pada saat sistem bekerja. Pada tangki hidrolik juga didesain adanta suatu sistem untuk memisahkan udara dari fluida hidrolik, karena adanya udara di dalam fluida dapat mengganggu kerja sistem.

5. Akumulator
Alat ini berfungsi sebagai penyimpan energi tekanan pada fluida hidrolik dengan menggunakan gas. Alat ini termasuk alat tambahan yang tidak semua sistem hidrolik menggunakannya. Tujuan penyimpanan energi tekanan tersebut adalah untuk menstabilkan tekanan fluida apabila terjadi penurunan tekanan tiba-tiba yang sesaat, agar tidak mengganggu aktuator yang sedang bekerja.

6. Fluida Hidrolik
Fluida yang digunakan pada sistem hidrolik biasanya berbahan dasar minyak bumi dengan tambahan zat-zat aditif. Spesifikasi penggunaannya berdasarkan kebutuhan yang diinginkan, misalnya ketahanan terhadap api jika digunakan pada industri dengan lingkungan yang panas, atau juga pada industri makanan digunakan fluida yang food grade (biasanya minyak tumbuhan) atau juga air. Fluida hidrolik selain sebagai fluida kerja, ia juga berfungsi sebagai pelumas pada komponen-komponen sistem hidrolik.



7. Filter
Komponen ini berfungsi untuk mengumpulkan kotoran (biasanya berupa metal) pada fluida hidrolik, agar kotoran-kotoran tersebut tidak ikut bersirkulasi. Komponen ini sangat pentomg karena kotoran metal selalu diproduksi pada setiap sistem hidrolik. Biasanya filter diposisikan pada sisi suction pompa hidrolik. Namun kebersihan filter ini harus tetap terjaga, karena apabila terlalu kotor dan menyebabkan aliran fluida terhambat, dapat menyebabkan kavitasi pada pompa hidrolik yang sangat berbahaya apabila itu terjadi.

8. Pipa Aliran
Pipa yang digunakan untuk aliran fluida hidrolik dapat berupa pipa standard, tube, atau juga berupa hose. Tube berdiameter sampai dengan 100mm, diproduksi oleh pabrik secara memanjang tanpa sambungan. Digunakan untuk tekanan hidrolik tinggi yang presisi.
Sedangkan pada pipa standard, biasanya digunakan pada operasional tekanan rendah. Dapat menggunakan sambungan, biasanya berupa sambungan las.
Untuk hose dalam Bahasa Indonesia dikenal dengan selang. Namun selang yang dapat beroperasi pada tekanan yang tinggi, dan biasanya juga pada temperatur yang tinggi.