Pengurang Tekanan & Kavitasi – Pertanyaan Anda Terjawab

Optimasi nilai tekanan dan aliran merupakan bagian integral dari desain sistem irigasi. Dengan fluktuasi permintaan aliran dan tekanan suplai yang konstan dan seringkali drastis, katup dan komponen lainnya perlu memastikan pengendalian tekanan dan aliran yang dinamis di seluruh sistem.

<>

Dalam webinar BERMAD, “Pengurangan Tekanan dan Pencegahan Kavitasi pada Sistem Irigasi”, Manajer Unit Irigasi Global kami, Yiftah Enav, memaparkan prinsip, metode, sistem, dan solusi pengurangan tekanan serta pencegahan kavitasi BERMAD. Yiftah membagikan wawasan bermanfaat tentang pemilihan katup kontrol pengurang tekanan (PRV) yang paling efektif untuk kinerja jangka panjang dan penghematan biaya. 

Selama webinar, pertanyaan mengenai teori kavitasi, erosi, kecepatan, ΔP, serta praktik penyaringan, penggabungan, dan alokasi katup kontrol pengurang tekanan secara efektif telah dibahas:

Q: Apa perbedaan antara katup pengurang tekanan dan katup pengurang tekanan proporsional?

A: Katup Pengurang Tekanan (PRV) dapat disesuaikan dan diatur untuk secara terus-menerus mengurangi tekanan hulu yang lebih tinggi menjadi tekanan hilir yang lebih rendah dan konstan, terlepas dari perubahan tekanan hulu dan/atau aliran permintaan.

Katup Pengurang Tekanan Proporsional (PPRV) tidak termasuk pilot dan oleh karena itu tidak dapat disesuaikan. Berdasarkan rasio antara luas efektif diafragma dan penutupnya, PPRV secara terus-menerus mengurangi tekanan hulu yang lebih tinggi menjadi tekanan hilir yang lebih rendah dalam rasio konstan.

Hanya katup ruang ganda yang dapat berfungsi sebagai PPRV.

Q: Untuk semua ukuran, apakah faktor reduksi PD adalah 2,5?

A: Faktor reduksi PD adalah 2,5 pada sebagian besar seri dan ukuran; namun, faktor reduksi dapat bervariasi dan dapat ditemukan di situs web kami, daftar harga, dan halaman produk terkait. Silakan merujuk pada tabel rasio reduksi yang relevan untuk setiap ukuran katup dan setiap seri katup (100, 700).

Q: Apakah kita dapat menggunakan katup pengurang tekanan untuk mengurangi tekanan statis? Apakah PRV dapat berfungsi dalam kondisi tanpa aliran?

J: Ya. Ketika aliran permintaan turun menjadi nol, sesaat aliran yang masuk ke jalur melalui PRV lebih besar daripada aliran keluar dari jalur (yang bernilai nol). Akibatnya, tekanan terakumulasi dan sedikit meningkat di jalur hilir dari PRV. Pilot PRV mendeteksi tekanan di atas setelan dan menutup PRV, “berusaha” menurunkan tekanan kembali ke setelan. Karena aliran nol (ujung buntu), bahkan ketika katup tertutup rapat tanpa tetesan, tekanan akan tetap sedikit di atas setelan (dengan asumsi tidak ada kebocoran) sehingga memastikan PRV tetap tertutup.

Q: Telah diklaim bahwa tidak selalu memungkinkan bagi PRV untuk mempertahankan tekanan P2 ketika aliran tiba-tiba berhenti dibandingkan dengan PRV tipe langsung. Untuk tujuan ini, katup pelepas tekanan diperlukan di hilir PRV. Apa tanggapan Anda terhadap klaim ini?

A: PRV yang bekerja langsung mungkin lebih cepat daripada PRV hidrolik, namun jelas lebih rendah dalam hal kehilangan tekanan, fitur tambahan (bahkan buka/tutup), sensitivitas, akurasi, perawatan, dan tetap memerlukan katup pelepas tekanan untuk melindungi sistem jika DPRV macet atau gagal menutup rapat.

Untuk mempercepat waktu respons, pilot pengatur tekanan hilir dapat ditambahkan atau, sebaiknya, gunakan PRV ruang ganda.

Q: Kami mengatur PRV di P1 untuk mempertahankan P2 yang dibutuhkan. Dalam kondisi ini, P1 sesuai dengan desain (secara teori) tetapi sebenarnya P1 berubah karena sebagian area beroperasi, variasi permintaan, operasi pompa, atau kebocoran. Bagaimana tekanan P2 pada kondisi ini? Apakah tekanan tersebut berubah (meningkat)? Apakah kita perlu ke lokasi lagi untuk mengatur tekanan atau apakah tekanan P2 secara otomatis tetap terjaga? Selain itu, apa yang akan terjadi pada aliran saat terjadi variasi karena P1 berubah?

A: Katup pengurang tekanan dikendalikan secara terus-menerus oleh pilot pengurang tekanan yang hanya mendeteksi P2. Perubahan permintaan dan/atau P1 yang memengaruhi P2 akan segera dideteksi oleh pilot dan menyebabkan perangkat internalnya berubah posisi serta langsung menutup katup secara bertahap (@ P2 naik) atau membuka (@ P2 turun) untuk mencapai setelan pilot.

Aliran ditentukan oleh pemancar dan outlet sistem, bukan oleh PRV. Faktanya, PRV secara otomatis menyesuaikan tingkat pembukaannya sesuai permintaan aktual (& P1) sehingga tidak “terlalu terbuka” atau “terlalu tertutup” untuk selalu mempertahankan P2 yang telah ditetapkan.

Q: Apa perbedaan praktis antara PRV dengan kontrol dua arah dan tiga arah?Mengingat loop tiga arah dibuang ke atmosfer, apakah hal ini akan memengaruhi stabilitas regulasi pada katup yang digerakkan diafragma?

A: Sirkuit tiga arah dicirikan oleh pilot yang “memilih” jalur air: P1 ke kontrol (menutup) atau kontrol ke ventilasi (membuka). Hal ini menyebabkan penggunaan volume air kontrol yang sangat kecil dan menghasilkan dua perilaku yang berbeda:

• Histeresis (karena perubahan tertentu perlu “terakumulasi” sebelum perpindahan pada pilot “berpindah”) yang dianggap kurang sensitif, namun pada pilot berkualitas tinggi cukup kecil. Histeresis itu sendiri terkadang penting untuk menghilangkan perburuan tekanan saluran dengan “memutus” rantai reaksi dalam sistem.
• Terbuka sepenuhnya saat terjadi penurunan tekanan (karena pilot sedang membuang udara, “menghilangkan” semua gaya penutupan), sehingga memungkinkan penghematan energi. Pembuangan ke atmosfer terkadang menyebabkan pembukaan yang terlalu cepat, sehingga menimbulkan ketidakstabilan. Hal ini dapat dengan mudah diatasi dengan memasang dripper atau pembatas lain di ujung tabung ventilasi.

 

<>

Q: Berapa kehilangan tekanan +/- melalui loop kontrol dua arah?

A: Sirkuit dua arah dicirikan oleh aliran terus-menerus dari P1 melalui pembatas ke ruang kontrol sementara pilot “menghubungkan” ruang kontrol ke hilir katup, melepaskan tekanan ruang selama katup terbuka. Hal ini menyebabkan volume air kontrol yang relatif tinggi (0,2-0,5m³/jam; 0,9-2,2gpm) dan menghasilkan sensitivitas terhadap air kotor dengan perilaku hidraulik berikut:

• Histeresis mendekati nol karena perjalanan pilot yang diperlukan untuk meningkatkan (membuka) atau menurunkan (menutup) aliran pelepasan sangat kecil sehingga responsnya langsung. Meskipun ini merupakan keuntungan, terkadang sensitivitasnya terlalu tinggi dan menyebabkan hunting.
• Kehilangan tekanan tambahan (3-5m; 4,4-7psi) terjadi akibat gaya pegas + P2 di ruang kontrol. Kehilangan tekanan tambahan ini akan hilang ketika kecepatan aliran katup melebihi ~2m/detik; 6,6f/detik dan gaya pembukaan katup (karena ΔP) melebihi gaya pegas katup utama.

Q: Apa saja kriteria ukuran untuk pembatas masuk sirkuit pada kontrol 2 arah?

A: Pembatas kontrol dua arah harus lebih kecil daripada jalur air pilot untuk memungkinkan pengaturan yang stabil & akurat, dengan penambahan kehilangan tekanan sekecil mungkin dan waktu reaksi yang cukup. Dapat dikatakan bahwa kriterianya adalah ukuran jalur air pada pilot yang terkait dengan ukuran katup.

Q: Untuk aplikasi seperti apa katup pengurang tekanan proporsional dapat digunakan?

A: Jalur gravitasi menurun dan/atau ketika ΔP yang dibutuhkan tinggi dan memerlukan pengurangan tekanan dua tahap untuk melindungi katup dari erosi dan kavitasi serta memberikan perlindungan cadangan pada sistem.

Q: Saat menyalurkan air menurun dari reservoir penyeimbang ke beberapa tangki irigasi kecil (yaitu pembuangan langsung ke atmosfer seperti dijelaskan pada kasus tangki pemecah tekanan), jenis PRV apa saja yang dapat digunakan? Bisakah Anda menjelaskan hal ini?

A: Solusi yang direkomendasikan untuk menggantikan tangki pemutus tekanan (PBT) adalah dengan menggunakan PPRV yang memiliki manfaat sebagai berikut:

• Tidak ada katup kontrol level
• Infrastruktur yang efisien biaya
• Tidak ada tekanan “0” di hilir
• Respons langsung – ruang ganda
• Bebas perawatan – tanpa pilot, pembatas, atau filter
• Tidak ada kontaminasi

Namun, karena rasio reduksi PPRV bersifat konstan, ketika tekanan hulu turun akibat kehilangan tekanan gesekan pada pipa, tekanan hilir juga ikut turun. Karena aliran kebutuhan irigasi bervariasi, kita perlu menentukan lokasi PPRV berdasarkan perbedaan elevasi (tekanan hulu maksimum) dan pada head aktual saat aliran/kehilangan gesekan maksimum (tekanan hulu minimum). Karena setiap PPRV menentukan tekanan untuk PPRV berikutnya – perhitungan desain menjadi sedikit menantang. BERMAD mengembangkan file Excel untuk mempertimbangkan semua parameter sebagai alat pendukung desain.

Q: Pembatasan apa yang harus digunakan untuk PPRV?
A: PPRV tidak memerlukan pembatasan apa pun.

Q: Dapatkah katup pengurang tekanan dirancang berdasarkan variabel aliran, bukan tekanan keluaran sebagai variabel? Dapatkah kita menggunakan katup pembatas/kontrol aliran sebagai opsi untuk katup pengurang tekanan dalam beberapa kasus, seperti pada saluran gravitasi?

A: Sejumlah masalah perlu dipertimbangkan terkait tekanan dan aliran pada katup pengurang tekanan:

• Katup pengurang tekanan hanya mendeteksi tekanan hilir (P2). Aliran ditentukan oleh konsumsi air sistem di hilir dari PRV (emitor, reservoir, desa, dll). Jika permintaan aliran meningkat dan P2 turun, PRV akan “berusaha” menaikkan P2 kembali ke setelan dengan membuka (mengizinkan lebih banyak aliran). Jika permintaan aliran menurun dan P2 naik, PRV akan menutup secara bertahap untuk menurunkan P2 kembali ke setelan (mengizinkan aliran lebih sedikit).
• Seseorang dapat mengubah PRV menjadi Katup Kontrol Aliran (FCV) atau menambahkan fitur kontrol aliran ke PRV sehingga menjadi katup pengurang tekanan & kontrol aliran.
• FCV sangat mirip dengan PRV, tetapi alih-alih mendeteksi P2, pilot FCV mendeteksi ΔP atau ΔF (yang merupakan “ekspresi” hidraulik dari aliran) di seluruh pelat orifis, tabung pitot, atau dayung yang terletak di dalam aliran. Jika permintaan naik melebihi setelan (bahkan saat tekanan rendah), kecepatan aliran yang meningkat akan menaikkan ΔP atau ΔF dan FCV akan menutup secara bertahap untuk membatasi aliran kembali ke setelan.
  

  

• Menambahkan fitur kontrol aliran pada PRV sehingga menjadi katup pengurang tekanan & kontrol aliran berarti kita memiliki dua pilot berbeda pada katup yang sama. Satu mengontrol aliran berdasarkan pendeteksian ΔP atau ΔF di seberang
• sebuah pelat orifis, tabung Pitot, atau dayung; yang lainnya mendeteksi P2 dan mengontrol katup sesuai.
  

  Jika permintaan meningkat dan P2 turun, pilot aliran akan mengambil alih untuk membatasi aliran kembali ke setelan. Jika permintaan turun, pilot aliran memungkinkan katup terbuka. Jika P2 naik, akibat kenaikan P1 atau penurunan permintaan, pilot pengurang akan mengambil alih dan menutup katup secara bertahap.

  
  

<>

• Ketika pilot aliran mengendalikan, katup akan menutup, sehingga P2 turun kadang di bawah setelan pilot pengurang, yang tidak mendominasi katup dan tidak dapat menaikkan P2 selama permintaan melebihi setelan pilot aliran. Oleh karena itu, disarankan untuk mengatur pilot aliran 15-20% di atas aliran nominal jalur.

Q: Kami memasang empat katup di saluran masuk chak (blok utama) di mana tekanan masuk (P1) adalah 60m dan 4 katup sub-chak (petak) memiliki kebutuhan tekanan (P2) yang berbeda (artinya P2 untuk Katup 1= 35m, Katup 2= 25m, Katup 3= 45m, Katup 4= 50m). Panjang, diameter, dan elevasi pipa distribusi sub-chak bervariasi, tetapi aliran yang sama di ujung akhir outlet setiap sub-chak diperlukan. Jadi, apakah kita dapat mempertahankan aliran yang sama di ujung akhir outlet sub-chak ketika P1 tetap, tetapi P2 bervariasi?

A: Jawabannya tergantung pada apakah irigasi bertekanan & dilakukan dengan tetes/sprinkler/jet (emitor apa pun dengan laju aliran yang diketahui) atau kita sedang membahas irigasi banjir di mana ujung pipa distribusi terbuka ke atmosfer.

• Pada irigasi MIS bertekanan, aliran ditentukan oleh akumulasi aliran dari semua emitter sub-chak dan dipertahankan selama P2 sesuai desain dan tidak terjadi ledakan.
• Pada irigasi banjir, pengurangan tekanan tidak relevan karena ujung saluran terbuka. Solusi yang tepat adalah katup kontrol aliran yang akan menghasilkan tekanan rendah di saluran distribusi (kehilangan gesekan pada aliran tertentu + elevasi).

<>  

T: Apakah kita dapat mengubah pengaturan PRV untuk tekanan dan aliran dari jarak jauh?

A: Katup pengurang tekanan (dan semua katup kontrol hidraulik) dapat menerima dua pilot yang diatur pada tekanan berbeda. Memasang solenoida untuk “memilih” antara pilot akan memungkinkan pengalihan rezim tekanan dari jarak jauh.

Pilihan lain memerlukan penambahan perangkat pada pilot untuk memungkinkan pengaturan jarak jauh secara dinamis. Ini juga akan membutuhkan pengontrol khusus untuk memungkinkan kontrol analog.

Q: Berapa rentang optimal untuk perjalanan katup pada katup pengurang tekanan hidraulik?

A: Sekitar 15%-30% tergantung pada jenis katup, tekanan & kondisi aliran, waktu operasi tahunan, dan faktor lainnya. Penggunaan colokan V-port memaksa PRV untuk terbuka lebih lebar agar dapat menangani aliran rendah dengan lebih baik. Ini memungkinkan PRV tetap terbuka sekitar 15% bahkan ketika kecepatan aliran turun hingga ~0,5 m/detik.

Q: Dalam jaringan distribusi pompa langsung, bagaimana PRV akan merespons ketika terjadi kegagalan daya dan tekanan hulu tiba-tiba naik? Apakah PRV dapat mempertahankan P2 di hilir?

J: Ini rumit, karena kegagalan daya merupakan peristiwa dengan banyak skenario. Dengan asumsi pertanyaannya mengacu pada PRV di salah satu outlet dari jalur utama yang menghubungkan pompa ke reservoir, kita dapat memperkirakan PRV akan terbuka ketika tekanan turun akibat gelombang negatif. Dalam kasus ini, kemungkinan besar PRV tidak akan menutup cukup cepat untuk mempertahankan P2 jika terjadi gelombang positif.

Q: Apakah katup seri 400 (single chamber, pola globe) dapat digunakan untuk aplikasi pengurangan tekanan? Jika ya, apakah akan lebih rentan terhadap kavitasi dibandingkan dengan katup pola Y (seri 100 dan 700)?

J: Seri 400 dapat digunakan untuk aplikasi pengurang tekanan. Faktanya, sebagian besar aplikasi PRV logam pada irigasi dilakukan oleh Seri IR-400 atau katup satu ruang lainnya. Seri IR-400 tidak memiliki kursi yang ditinggikan sehingga membuatnya kurang tahan terhadap kerusakan akibat kavitasi dibandingkan dengan Seri IR-100, karena terbuat dari material komposit, dan Seri IR-700 yang menggabungkan kursi baja tahan karat yang ditinggikan. Pola Y juga berkontribusi pada ketahanan kavitasi yang lebih baik dan kinerja aliran sekitar 25% lebih baik dibandingkan dengan globe standar.