Kontrol Aliran Air – Cara Kerjanya

Apa itu Katup Kontrol Aliran?

Katup kontrol aliran dirancang untuk mempertahankan aliran maksimum yang telah ditetapkan secara konstan, terlepas dari fluktuasi permintaan atau variasi tekanan sistem. Pembatasan aliran diperlukan pada keluaran dari sistem utama ke konsumen seperti sistem sekunder (jalur utama ke jalur hidran; jalur hidran ke jalur distribusi), reservoir, dan sebagainya, untuk melindungi sistem suplai dari konsumsi berlebihan. Konsumsi ditentukan oleh permintaan pengguna di hilir dari katup kontrol aliran — sesuai dengan jumlah pemancar di lapangan dan data alirannya, jumlah pengguna yang melakukan irigasi secara bersamaan, serta komponen eksternal seperti reservoir dan sistem cadangan.

Aliran sistem terhadap waktu dengan katup pembatas aliran dan tanpa (garis putus-putus)

Tidak dapat mengendalikan pengguna, para desainer menggunakan katup kontrol aliran untuk memastikan bahwa aliran tidak akan melebihi aliran desain secara signifikan. Dengan membatasi aliran, kita melindungi sistem suplai dari permintaan berlebih, memprioritaskannya dibandingkan pengguna ketika mereka mencoba mengonsumsi lebih dari spesifikasi sistem.

<>

Pendahuluan

Modernisasi irigasi bertujuan untuk menghemat air dan energi dengan meningkatkan infrastruktur irigasi — beralih dari irigasi permukaan ke sistem bertekanan dan dengan demikian, meningkatkan efisiensi irigasi serta mengoptimalkan penggunaan sumber daya air yang ada. Desain hidraulik sistem irigasi bertekanan didasarkan pada dua parameter utama: laju aliran dan tekanan. Berdasarkan parameter-parameter ini, seluruh desain sistem ditetapkan: pompa dipilih, jenis dan ukuran sistem filtrasi ditentukan, material dan diameter pipa utama serta distribusi didefinisikan, selain itu juga jumlah, dimensi, dan lokasi reservoir yang dibutuhkan.

Menggunakan aliran yang lebih kecil dalam waktu yang lebih lama menjadikan “skema operasi irigasi” (pergiliran irigasi) sebagai alat utama dalam perancangan untuk mengurangi kebutuhan energi serta diameter pipa & komponen sistem. Irigasi kemudian dibagi menjadi beberapa giliran yang memungkinkan penghematan energi & biaya awal. Desain rinci ini didasarkan pada fakta bahwa laju aliran pada pipa utama dan laju aliran yang dibutuhkan untuk setiap giliran irigasi telah diketahui.

Jadi, jika kita tidak membatasi aliran pada sistem dengan banyak pengguna, konsumsi yang tidak terkontrol akan menyebabkan penurunan tekanan yang signifikan di seluruh sistem. Hal ini dapat menyebabkan kavitasi pada pompa dan komponen, kelebihan konsumsi daya, pembentukan udara, hisapan kotoran, dan sebagainya. Penyimpangan signifikan lebih dari 10-15% dari parameter desain aliran dan tekanan yang telah diketahui akan menghasilkan sistem irigasi yang berfungsi sangat buruk. Hal ini dapat dihindari dengan menerapkan katup pembatas aliran.

Kebutuhan lapangan yang lebih tinggi daripada aliran yang dirancang dapat terjadi karena:

• Mengisi pipa
• Mengubah giliran irigasi
• Ledakan
• Pencucian balik filter
• Mengisi reservoir

Aplikasi Kontrol Aliran pada Sistem Irigasi

1. Perlindungan pompa & sistem

a) Membatasi laju aliran pada outlet ke petak untuk melindungi pompa dari kondisi kelebihan kapasitas, kelebihan beban & kavitasi serta untuk menjaga laju aliran sesuai desain.
b) Membatasi aliran pada jalur utama untuk melindungi pompa & sistem dari kelebihan beban dan kavitasi agar mempertahankan kurva pompa yang datar seperti ditunjukkan pada grafik di bawah ini. Ketika permintaan jauh lebih tinggi dari desain:

• Tekanan yang disuplai di lapangan dikurangi 
• Impeller pompa berputar pada kecepatan sangat tinggi sehingga menyebabkan kondisi kavitasi dan beban vertikal pada poros.
• Konsumsi daya melebihi parameter desain, menyebabkan penggunaan arus yang lebih tinggi yang dapat menimbulkan masalah pada pompa akibat kelebihan beban jaringan listrik.

2. Baris kosong “mengisi” kontrol 

Kontrol aliran untuk sistem yang dikosongkan di antara pergantian irigasi seperti:

• Mesin irigasi dan pivot tengah
• Sistem sprinkler menurun
• Sistem tetes tekanan rendah tanpa kompensasi
• Sistem irigasi pulsa  

Video berikut menunjukkan proses pengisian mesin irigasi (pivot tengah):

3. Kontrol aliran selama pencucian balik filter

Kontrol aliran untuk mencegah media “terbawa” dari filter, saringan, dan potensi keruntuhan elemen filter, selain juga menghemat air & energi.

Video berikut menunjukkan berbagai katup kontrol yang diperlukan dalam sistem filtrasi, di antaranya katup kontrol aliran:

4. Pengisian Reservoir & Kontrol Ketinggian

Katup kontrol level mengatur saat tingkat air di reservoir turun. Ketika hal ini terjadi bersamaan dengan sistem sedang beroperasi/melakukan irigasi, hal tersebut dapat menyebabkan penurunan tekanan bagi semua pengguna lainnya. Oleh karena itu, dengan membatasi laju pengisian reservoir, kita melindungi sistem dari penurunan tekanan semacam ini. Selain itu, penggunaan katup kontrol aliran & level dapat memberikan perlindungan baik untuk katup maupun reservoir dari laju pengisian yang tinggi & kondisi kavitasi.

Sistem dengan Katup Kontrol Aliran – Prinsip

1. Katup Kontrol Aliran bereaksi terhadap peningkatan parameter yang mereka kendalikan dengan menutup secara bertahap.
2. Ini adalah proses “progresif” = peningkatan permintaan menyebabkan katup mengurangi aliran secara bertahap.
3. Semakin katup menutup, semakin besar tekanan hilir yang berkurang.
4. Ketika permintaan lebih rendah dari parameter desain, katup akan terbuka sepenuhnya.

Jika aliran yang diatur pada katup sama dengan aliran nominal yang dirancang, katup akan terus-menerus berada dalam mode pembatasan aliran sehingga menyebabkan kehilangan tekanan yang lebih tinggi (tekanan hilir di lapangan menjadi lebih rendah) dan kondisi operasi yang lebih berat, sehingga berisiko menyebabkan kerusakan kavitasi pada katup.

Beberapa alasan bagus untuk mengkalibrasi 10-15% di atas aliran desain:

Bermad sangat menyarankan untuk mengkalibrasi katup kontrol aliran ke 10-15% di atas aliran desain nominal plot dengan alasan berikut:

1. Jika aliran yang diatur pada katup sama dengan aliran nominal yang dirancang, katup akan terus-menerus berada dalam mode pembatasan, konsumen akan mengalami tekanan operasi yang rendah, dan katup akan terus-menerus berada dalam kondisi operasi yang berat.
2. Peluang semua pengguna sistem irigasi bertekanan akan melakukan irigasi secara bersamaan secara statistik sangat rendah, sehingga risiko permintaan berlebih dalam sistem, bahkan ketika pengaturan berada 15% di atas tingkat nominal, sangat kecil kemungkinannya.
3. Pertimbangan desain berfokus pada perhitungan energi dan penggunaan katup dengan kehilangan tekanan minimum sangat diinginkan. Memaksa katup untuk terus-menerus berada dalam mode regulasi mengganggu dan bertentangan dengan tren ini.
4. Jika kita mengatur pada aliran nominal, laju aliran tidak akan meningkat meskipun terjadi ledakan di petak, sehingga pengendali sistem tidak dapat mengidentifikasi dan memberikan alarm jika terjadi ledakan.

Katup Kontrol Aliran – Sensor Aliran Umum & Metode Kontrol

1. Orifis hulu sebagai sensor aliran

Dipasang pada bagian hulu katup, pelat orifis yang dimesin ini berukuran sedemikian rupa untuk menghasilkan tekanan diferensial yang diketahui pada laju aliran tertentu.

2. Saluran tekanan diferensial (internal “TubeOrifice”) sebagai sensor aliran

Saluran tekanan diferensial internal sebenarnya adalah perangkat internal yang dipasang di dalam katup, dirancang untuk mendeteksi tekanan diferensial tertentu pada laju aliran tertentu. Keunggulan TubeOrifice dibandingkan orifis standar adalah:

3. Orifis hilir sebagai sensor aliran (untuk aplikasi pengisian reservoir)

Terletak di hilir katup, diferensial tekanan orifis dapat ditentukan dengan hanya mengendalikan tekanan masuk orifis, karena tekanan hilir orifis tetap konstan sama dengan permukaan air reservoir. Katup membatasi aliran pengisian reservoir dengan cukup menurunkan tekanan di hulu orifis (antara orifis dan katup), sehingga memprioritaskan konsumen dibandingkan pengisian reservoir, serta memberikan kontrol level dan perlindungan terhadap kavitasi katup.

4. Pilot Tipe Dayung sebagai sensor aliran

• Jika permintaan meningkat, kecepatan aliran bertambah — mendorong dayung sehingga pilot mengontrol katup untuk menutup secara bertahap dan membatasi aliran kembali ke setelan pilot. Jika permintaan menurun, kecepatan aliran berkurang, memungkinkan pegas pilot mendorong dayung kembali ke posisi vertikal dan pilot mengontrol katup untuk membuka sepenuhnya.
• Metode ini memiliki kehilangan tekanan yang sangat rendah (dibandingkan dengan sensor tekanan diferensial) dan rentang pengaturan yang sangat luas yang dapat dengan mudah disesuaikan di lapangan.

Catatan: Untuk kecepatan aliran di bawah 1 m/detik, disarankan menggunakan Pilot Servo Tipe Dayung 2/3-Arah.

Katup Kontrol Aliran – Instalasi Proyek

Sistem Manajemen Outlet Orissa, India

Foto-foto di bawah ini menunjukkan sistem manajemen outlet yang umum di India yang dilengkapi dengan kontrol aliran & katup pengurang tekanan lapangan (Bermad Model IR-2″L-172). Setiap katup mengontrol irigasi pada lahan milik petani yang berbeda. Proyek ini mencakup 726 Sistem Manajemen Outlet (OMS), masing-masing terdiri dari katup isolasi, saringan perangkap batu, katup udara, katup kontrol lapangan & otomasi.

Aliran dikendalikan oleh Pilot Tipe Dayung 3-Arah.

Bermad adalah pemasok utama untuk proyek yang sedang berjalan ini dengan sekitar 3.500 katup polimer; setiap katup telah diuji dan dikalibrasi sesuai dengan persyaratan desain di pabrik Bermad.

Gambar di sebelah kiri menunjukkan Katup Kontrol Aliran & Pengurang Tekanan Bermad Model IR-172 pada bangku uji untuk pengujian & kalibrasi; gambar di sebelah kanan menunjukkan instalasi OMS di lokasi, Orissa, India.

Studi Kasus: CCRR Callen di Spanyol

CCRR Callen di Spanyol adalah konsorsium irigasi seluas 1.872 Ha dengan 70 pengguna yang menanam jagung, barley, gandum, dan alfalfa. Konsorsium tersebut ingin memodernisasi infrastruktur irigasinya karena sudah usang, tidak efisien, dan memerlukan operasi manual yang intensif.

Solusi irigasi terintegrasi Bermad untuk Callen mencakup saluran utama & solusi lonjakan serta hidrometer IR-972 pengurang tekanan dan pengontrol aliran yang dikendalikan jarak jauh ke setiap petak.

Konsorsium mengendalikan setiap hidrometer dari jarak jauh sesuai dengan jadwal irigasi yang telah dirancang.

Hydrometer kontrol aliran IR-972 dengan pilot tipe dayung dipasang di kepala irigasi untuk mengontrol:

• Irigasi normal: Menjaga tekanan sistem dan komponen (pompa, pipa, filter, katup, katup udara) agar tidak melebihi persyaratan desain.
• Mengisi pipa: Membatasi aliran pengisian pipa, mencegah penurunan tekanan pada sistem suplai dan kemungkinan terjadinya water hammer yang terkait dengan kecepatan tinggi pada akhir proses pengisian pipa.
• Ledakan: Memastikan sistem tetap berfungsi bahkan jika terjadi ledakan pipa di pihak petani.