Dasar-dasar Pengatur Tekanan
Regulator Tekanan ditemukan dalam banyak aplikasi rumah dan industri umum. Misalnya, regulator tekanan digunakan dalam pemanggang gas untuk mengatur propana, dalam tungku pemanas rumah untuk mengatur gas alam, dalam peralatan medis dan gigi untuk mengatur oksigen dan gas anestesi, dalam sistem otomasi pneumatik untuk mengatur udara terkompresi, dalam mesin untuk mengatur bahan bakar dan dalam sel bahan bakar untuk mengatur hidrogen. Seperti yang ditunjukkan sebagian daftar ini, ada banyak aplikasi untuk regulator, namun, di masing-masing aplikasi, regulator tekanan menyediakan fungsi yang sama. Regulator tekanan mengurangi tekanan suplai (atau masuk) ke tekanan keluar yang lebih rendah dan bekerja untuk mempertahankan tekanan keluar ini meskipun terjadi fluktuasi tekanan masuk. Pengurangan tekanan masuk ke tekanan keluar yang lebih rendah adalah karakteristik utama regulator tekanan.
Saat memilih regulator tekanan, banyak faktor yang harus dipertimbangkan. Pertimbangan penting meliputi: rentang tekanan operasi untuk saluran masuk dan keluar, persyaratan aliran, fluida (apakah berupa gas, cairan, beracun, atau mudah terbakar?), kisaran suhu operasi yang diharapkan, pemilihan material untuk komponen regulator termasuk segel, serta batasan ukuran dan berat.
Bahan yang digunakan dalam regulator tekanan
Berbagai macam material tersedia untuk menangani berbagai cairan dan lingkungan operasi. Material komponen regulator yang umum meliputi kuningan, plastik, dan aluminium. Berbagai jenis baja tahan karat (seperti 303, 304, dan 316) juga tersedia. Pegas yang digunakan di dalam regulator biasanya terbuat dari kawat baja (baja karbon) atau baja tahan karat.
Kuningan cocok untuk sebagian besar aplikasi umum dan biasanya ekonomis. Aluminium sering kali digunakan jika berat menjadi pertimbangan. Plastik dipertimbangkan jika biaya rendah menjadi perhatian utama atau diperlukan barang sekali pakai. Baja Tahan Karat sering dipilih untuk digunakan dengan cairan korosif, digunakan di lingkungan korosif, jika kebersihan cairan menjadi pertimbangan atau jika suhu pengoperasiannya tinggi.
Yang sama pentingnya adalah kompatibilitas bahan segel dengan cairan dan kisaran suhu operasi. Buna-n adalah bahan segel yang umum. Segel opsional ditawarkan oleh beberapa produsen dan ini meliputi: Fluorokarbon, EPDM, Silikon, dan Perfluoroelastomer.
Cairan yang digunakan (gas, cairan, beracun, atau mudah terbakar)
Sifat kimia dari cairan harus dipertimbangkan sebelum menentukan bahan terbaik untuk aplikasi Anda. Setiap cairan akan memiliki karakteristik uniknya sendiri sehingga harus berhati-hati dalam memilih bahan badan dan segel yang tepat yang akan bersentuhan dengan cairan. Bagian regulator yang bersentuhan dengan cairan dikenal sebagai komponen "basah".
Penting juga untuk menentukan apakah cairan tersebut mudah terbakar, beracun, meledak, atau berbahaya. Regulator non-relieving lebih disukai untuk digunakan dengan gas berbahaya, meledak, atau mahal karena desainnya tidak mengeluarkan tekanan hilir yang berlebihan ke atmosfer. Berbeda dengan regulator non-relieving, regulator reliever (juga dikenal sebagai self-relieving) dirancang untuk mengeluarkan tekanan hilir berlebih ke atmosfer. Biasanya ada lubang ventilasi di sisi badan regulator untuk tujuan ini. Dalam beberapa desain khusus, port ventilasi dapat diulir dan tekanan berlebih apa pun dapat dikeluarkan dari badan regulator melalui pipa dan dikeluarkan di area yang aman. Jika jenis desain ini dipilih, cairan berlebih harus dikeluarkan dengan tepat dan sesuai dengan semua peraturan keselamatan.
Suhu
Bahan yang dipilih untuk pengatur tekanan tidak hanya harus kompatibel dengan cairan tetapi juga harus dapat berfungsi dengan baik pada suhu operasi yang diharapkan. Pertimbangan utama adalah apakah elastomer yang dipilih akan berfungsi dengan baik pada rentang suhu yang diharapkan. Selain itu, suhu operasi dapat memengaruhi kapasitas aliran dan/atau laju pegas dalam aplikasi ekstrem.
Tekanan Operasi
Tekanan masuk dan keluar merupakan faktor penting yang perlu dipertimbangkan sebelum memilih regulator terbaik. Pertanyaan penting yang perlu dijawab adalah: Berapa kisaran fluktuasi tekanan masuk? Berapa tekanan keluar yang dibutuhkan? Berapa variasi tekanan keluar yang diizinkan?
Persyaratan Aliran
Berapa laju alir maksimum yang dibutuhkan aplikasi? Seberapa besar laju alir bervariasi? Persyaratan porting juga merupakan pertimbangan penting.
Ukuran & Berat
Dalam banyak aplikasi teknologi tinggi, ruang terbatas dan berat menjadi faktornya. Beberapa produsen mengkhususkan diri dalam komponen miniatur dan harus dikonsultasikan jika ukuran dan berat keseluruhan penting. Pemilihan material, khususnya komponen badan regulator, akan memengaruhi berat. Pertimbangkan juga dengan saksama ukuran port (ulir), gaya penyesuaian, dan opsi pemasangan karena ini akan memengaruhi ukuran dan berat.
Regulator Tekanan dalam Operasi
Pengatur tekanan terdiri dari tiga elemen fungsional
* Elemen pengurang atau pembatas tekanan. Sering kali berupa katup poppet berpegas.
* Elemen penginderaan. Biasanya diafragma atau piston.
*Elemen gaya acuan. Umumnya berupa pegas.
Dalam pengoperasiannya, gaya acuan yang dihasilkan oleh pegas membuka katup. Pembukaan katup memberikan tekanan pada elemen penginderaan yang kemudian menutup katup hingga terbuka cukup untuk mempertahankan tekanan yang ditetapkan. Skema sederhana “Skema Pengatur Tekanan” menggambarkan pengaturan keseimbangan gaya ini.
(1) Elemen Pengurang Tekanan (katup poppet)
Umumnya, regulator menggunakan katup “poppet” yang diberi pegas sebagai elemen pembatas. Poppet mencakup segel elastomerik atau, dalam beberapa desain bertekanan tinggi, segel termoplastik, yang dikonfigurasi untuk membuat segel pada dudukan katup. Ketika gaya pegas menggerakkan segel menjauh dari dudukan katup, cairan dibiarkan mengalir dari saluran masuk regulator ke saluran keluar. Ketika tekanan saluran keluar meningkat, gaya yang dihasilkan oleh elemen penginderaan menahan gaya pegas dan katup tertutup. Kedua gaya ini mencapai titik keseimbangan pada titik setel regulator tekanan. Ketika tekanan hilir turun di bawah titik setel, pegas mendorong poppet menjauh dari dudukan katup dan cairan tambahan dibiarkan mengalir dari saluran masuk ke saluran keluar hingga keseimbangan gaya dipulihkan.
(2) Elemen Penginderaan (piston atau diafragma)
Desain gaya piston sering digunakan saat tekanan outlet yang lebih tinggi dibutuhkan, saat kekasaran menjadi perhatian atau saat tekanan outlet tidak harus dijaga pada toleransi yang ketat. Desain piston cenderung lamban, dibandingkan dengan desain diafragma, karena gesekan antara segel piston dan badan regulator.
Dalam aplikasi tekanan rendah, atau ketika diperlukan akurasi tinggi, gaya diafragma lebih disukai. Regulator diafragma menggunakan elemen berbentuk cakram tipis yang digunakan untuk mendeteksi perubahan tekanan. Biasanya terbuat dari elastomer, namun, logam tipis yang berbelit-belit digunakan dalam aplikasi khusus. Diafragma pada dasarnya menghilangkan gesekan yang melekat pada desain gaya piston. Selain itu, untuk ukuran regulator tertentu, sering kali memungkinkan untuk menyediakan area penginderaan yang lebih besar dengan desain diafragma daripada yang layak jika menggunakan desain gaya piston.
(3) Elemen Gaya Acuan (Pegas)
Elemen gaya acuan biasanya berupa pegas mekanis. Pegas ini memberikan gaya pada elemen penginderaan dan berfungsi untuk membuka katup. Sebagian besar regulator dirancang dengan penyetelan yang memungkinkan pengguna untuk menyetel titik setel tekanan outlet dengan mengubah gaya yang diberikan oleh pegas acuan.
Akurasi dan Kapasitas Regulator
Keakuratan regulator tekanan ditentukan dengan memetakan tekanan outlet versus laju aliran. Grafik yang dihasilkan menunjukkan penurunan tekanan outlet saat laju aliran meningkat. Fenomena ini dikenal sebagai droop. Keakuratan regulator tekanan didefinisikan sebagai seberapa banyak droop yang ditunjukkan perangkat pada rentang aliran; droop yang lebih sedikit sama dengan akurasi yang lebih tinggi. Kurva tekanan versus aliran yang disediakan dalam grafik “Peta Operasional Regulator Tekanan Bertindak Langsung”, menunjukkan kapasitas pengaturan regulator yang berguna. Saat memilih regulator, teknisi harus memeriksa kurva tekanan versus aliran untuk memastikan regulator dapat memenuhi persyaratan kinerja yang diperlukan untuk aplikasi yang diusulkan.
Definisi Droop
Istilah "penurunan" digunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan saluran keluar, di bawah titik setel awal, saat aliran meningkat. Penurunan juga dapat disebabkan oleh perubahan signifikan pada tekanan saluran masuk (dari nilai saat keluaran regulator ditetapkan). Saat tekanan saluran masuk naik dari pengaturan awal, tekanan saluran keluar turun. Sebaliknya, saat tekanan saluran masuk turun, tekanan saluran keluar naik. Seperti yang terlihat pada grafik "Peta Operasi Regulator Tekanan Bertindak Langsung", efek ini penting bagi pengguna karena menunjukkan kapasitas pengaturan regulator yang bermanfaat.
Ukuran lubang
Memperbesar lubang katup dapat meningkatkan kapasitas aliran regulator. Ini mungkin bermanfaat jika desain Anda dapat mengakomodasi regulator yang lebih besar, tetapi berhati-hatilah untuk tidak menentukan spesifikasi yang berlebihan. Regulator dengan katup yang terlalu besar, untuk kondisi aplikasi yang dimaksudkan, akan menghasilkan sensitivitas yang lebih besar terhadap tekanan masuk yang berfluktuasi, dan dapat menyebabkan penurunan yang berlebihan.
Tekanan Penguncian
“Tekanan penguncian” adalah tekanan di atas titik setel yang diperlukan untuk menutup katup pengatur sepenuhnya dan memastikan tidak ada aliran.
Histeresis
Histeresis dapat terjadi pada sistem mekanis, seperti regulator tekanan, akibat gaya gesekan yang disebabkan oleh pegas dan segel. Perhatikan grafik dan Anda akan melihat, untuk laju aliran tertentu, bahwa tekanan outlet akan lebih tinggi dengan penurunan aliran daripada dengan peningkatan aliran.
Regulator Tahap Tunggal
Regulator tahap tunggal merupakan pilihan yang sangat baik untuk pengurangan tekanan yang relatif kecil. Misalnya, kompresor udara yang digunakan di sebagian besar pabrik menghasilkan tekanan maksimum dalam kisaran 100 hingga 150 psi. Tekanan ini disalurkan melalui pabrik tetapi sering dikurangi dengan regulator tahap tunggal untuk menurunkan tekanan (10 psi, 50 psi, 80 psi, dst.) guna mengoperasikan mesin otomatis, tempat uji, peralatan mesin, peralatan uji kebocoran, aktuator linier, dan perangkat lainnya. Regulator tekanan tahap tunggal biasanya tidak bekerja dengan baik dengan perubahan besar pada tekanan masuk dan/atau laju aliran.
Regulator Dua Tahap (Dual Stage)
Regulator tekanan dua tahap ideal untuk aplikasi dengan variasi besar dalam laju aliran, fluktuasi signifikan dalam tekanan masuk, atau penurunan tekanan masuk seperti yang terjadi pada gas yang dipasok dari tangki penyimpanan kecil atau tabung gas.
Dengan sebagian besar regulator tahap tunggal, kecuali yang menggunakan desain kompensasi tekanan, penurunan besar pada tekanan masuk akan menyebabkan sedikit peningkatan pada tekanan keluar. Hal ini terjadi karena gaya yang bekerja pada katup berubah, karena penurunan tekanan yang besar, dari saat tekanan keluar awalnya ditetapkan. Dalam desain dua tahap, tahap kedua tidak akan mengalami perubahan besar pada tekanan masuk ini, hanya sedikit perubahan dari keluar tahap pertama. Pengaturan ini menghasilkan tekanan keluar yang stabil dari tahap kedua meskipun ada perubahan signifikan pada tekanan yang disuplai ke tahap pertama.
Regulator Tiga Tahap
Regulator tiga tahap menyediakan tekanan keluaran yang stabil mirip dengan regulator dua tahap tetapi dengan kemampuan tambahan untuk menangani tekanan masuk maksimum yang jauh lebih tinggi. Misalnya, regulator tiga tahap seri Beswick PRD4HP dinilai mampu menangani tekanan masuk setinggi 3,000 psi dan akan menyediakan tekanan keluaran yang stabil (dalam kisaran 0 hingga 30 psi) meskipun terjadi perubahan pada tekanan suplai. Regulator tekanan yang kecil dan ringan yang dapat mempertahankan tekanan keluaran rendah yang stabil meskipun tekanan masuk akan berkurang seiring waktu dari tekanan tinggi merupakan komponen penting dalam banyak desain. Contohnya termasuk instrumen analitis portabel, sel bahan bakar hidrogen, UAV, dan perangkat medis yang ditenagai oleh gas bertekanan tinggi yang dipasok dari kartrid gas atau tabung penyimpanan.
Sekarang setelah Anda memilih regulator yang paling sesuai dengan aplikasi Anda, penting bagi regulator untuk dipasang dan disesuaikan dengan benar guna memastikan regulator berfungsi sebagaimana mestinya.
Sebagian besar produsen merekomendasikan pemasangan filter di hulu regulator (beberapa regulator memiliki filter bawaan) untuk mencegah kotoran dan partikulat mengontaminasi dudukan katup. Pengoperasian regulator tanpa filter dapat mengakibatkan kebocoran pada port outlet jika dudukan katup terkontaminasi kotoran atau material asing. Gas yang diatur harus bebas dari oli, lemak, dan kontaminan lain yang dapat mengotori atau merusak komponen katup atau menyerang segel regulator. Banyak pengguna tidak menyadari bahwa gas yang dipasok dalam tabung dan kartrid gas kecil dapat mengandung jejak oli dari proses pembuatan. Keberadaan oli dalam gas sering kali tidak terlihat oleh pengguna dan oleh karena itu topik ini harus didiskusikan dengan pemasok gas Anda sebelum Anda memilih material segel untuk regulator Anda. Selain itu, gas harus bebas dari kelembapan yang berlebihan. Dalam aplikasi laju aliran tinggi, lapisan es pada regulator dapat terjadi jika terdapat kelembapan.
Jika regulator tekanan akan digunakan dengan oksigen, ketahuilah bahwa oksigen tersebut memerlukan pengetahuan khusus untuk desain sistem yang aman. Pelumas yang kompatibel dengan oksigen harus ditentukan dan pembersihan ekstra, untuk menghilangkan jejak minyak pemotong berbasis minyak bumi, biasanya ditentukan. Pastikan Anda memberi tahu pemasok regulator bahwa Anda berencana untuk menggunakan regulator dalam aplikasi oksigen.
Jangan hubungkan regulator ke sumber pasokan dengan tekanan maksimum yang lebih besar dari tekanan masuk regulator yang ditetapkan. Regulator tekanan tidak dimaksudkan untuk digunakan sebagai perangkat pemutus. Jika regulator tidak digunakan, tekanan pasokan harus dimatikan.
Instalasi
LANGKAH 1
Mulailah dengan menghubungkan sumber tekanan ke port masuk dan saluran tekanan yang diatur ke port keluar. Jika port tidak diberi tanda, tanyakan kepada produsen untuk menghindari penyambungan yang salah. Pada beberapa desain, kerusakan dapat terjadi pada komponen internal jika tekanan suplai secara keliru disalurkan ke port keluar.
LANGKAH 2
Sebelum menyalakan tekanan suplai ke regulator, putar kembali kenop kontrol penyetelan untuk membatasi aliran melalui regulator. Nyalakan tekanan suplai secara bertahap agar regulator tidak "terkejut" dengan aliran cairan bertekanan yang tiba-tiba. CATATAN: Hindari memutar sekrup penyetelan sepenuhnya ke dalam regulator karena, pada beberapa desain regulator, tekanan suplai penuh akan disalurkan ke port outlet.
LANGKAH 3
Atur regulator tekanan ke tekanan outlet yang diinginkan. Jika regulator tidak mengeluarkan tekanan, akan lebih mudah untuk mengatur tekanan outlet jika cairan mengalir daripada jika tekanannya “mati” (tidak ada aliran). Jika tekanan outlet yang diukur melebihi tekanan outlet yang diinginkan, keluarkan cairan dari sisi hilir regulator dan turunkan tekanan outlet dengan memutar kenop pengaturan. Jangan pernah mengeluarkan cairan dengan melonggarkan fitting, karena dapat mengakibatkan cedera.
Dengan regulator tipe pelepas, tekanan berlebih akan secara otomatis dibuang ke atmosfer dari sisi hilir regulator saat kenop diputar untuk menurunkan pengaturan output. Karena alasan ini, jangan gunakan regulator tipe pelepas dengan cairan yang mudah terbakar atau berbahaya. Pastikan cairan berlebih dibuang dengan aman dan sesuai dengan semua peraturan lokal, negara bagian, dan federal.
LANGKAH 4
Untuk memperoleh tekanan outlet yang diinginkan, lakukan penyesuaian akhir dengan meningkatkan tekanan secara perlahan dari bawah titik setel yang diinginkan. Lebih baik mengatur tekanan dari bawah titik setel yang diinginkan daripada mengaturnya dari atas titik setel yang diinginkan. Jika Anda melampaui titik setel saat mengatur pengatur tekanan, kurangi tekanan setel ke titik di bawah titik setel. Kemudian, sekali lagi, tingkatkan tekanan secara bertahap ke titik setel yang diinginkan.
LANGKAH 5
Nyalakan dan matikan tekanan suplai beberapa kali sambil memantau tekanan outlet untuk memastikan regulator kembali ke titik setel secara konsisten. Selain itu, tekanan outlet juga harus dinyalakan dan dimatikan untuk memastikan regulator tekanan kembali ke titik setel yang diinginkan. Ulangi urutan pengaturan tekanan jika tekanan outlet tidak kembali ke pengaturan yang diinginkan.
Jewellok mengkhususkan diri dalam perlengkapan pneumatik dan cairan mini, pemutus cepat, katup, dan regulator. Kami memiliki tim Insinyur Aplikasi bergelar yang siap membantu menjawab pertanyaan Anda. Desain khusus tersedia berdasarkan permintaan.