• Jalan Danau Sunter Utara, Rukan Sunter Permai, Blok D No. 20, Jakarta Utara

Apa itu ball valve ? Definisi, prinsip kerja dan keunggulannya

Ball Valve (Katup Bola) adalah katup gerak rotasi seperempat putar (90 derajat) yang menggunakan disk berbentuk bola untuk menghentikan atau memulai aliran cair atau gas. Jika katup dibuka, bola berputar ke titik di mana lubang melalui bola sejalan dengan saluran masuk tubuh katup dan outlet. Jika katup ditutup, bola diputar sehingga lubang tegak lurus dengan bukaan aliran tubuh katup dan aliran dihentikan.

Ball valve dikenal sebagai valve yang memiliki masa pakai yang lama dan memberikan penyegelan yang handal selama masa pakai, bahkan saat valve tidak digunakan untuk waktu yang lama.

Akibatnya, mereka lebih populer sebagai katup pemutus daripada katup gerbang (gate valve).

Selain itu, valve ini lebih tahan terhadap media yang terkontaminasi daripada kebanyakan jenis valve lainnya.

Dalam versi khusus, ball valve juga digunakan sebagai katup kontrol. Aplikasi ini kurang umum karena keakuratan pengendalian laju aliran yang relatif terbatas dibandingkan dengan jenis valve kontrol lainnya.

Namun, ball valve juga menawarkan beberapa keunggulan di sini. Misalnya, valve masih memastikan penyegelan yang andal, bahkan dalam kasus media kotor (air limbah).

Prinsip dan Cara Kerja

Untuk memahami prinsip kerja ball valve, penting untuk mengetahui 5 bagian ball valve utama dan 2 jenis operasi yang berbeda.

Diagram Ball Valve

Diagram Ball Valve

5 komponen utama dapat dilihat pada diagram ball valve pada gambar. Stem valve (1) terhubung ke bola (4) dan dioperasikan secara manual atau otomatis (secara elektrik atau pneumatik).

Bola ditopang dan disegel oleh seat ball valve (5) dan O-ring (2) di sekeliling stem valve. Semua ada di dalam housing valve (3). Ball memiliki lubang yang melewatinya, seperti yang terlihat pada tampilan penampang pada gambar. Ketika stem katup diputar seperempat putaran, lubang akan terbuka ke aliran sehingga memungkinkan media mengalir melalui atau ditutup untuk mencegah aliran media (fluida). Fungsi sirkuit valve, housing assembly, ball design, dan jenis operasi semuanya berdampak pada operasi ball valve yang akan dibahas di bawah ini.

Fungsi Sirkuit

Valve mungkin memiliki dua, tiga atau bahkan empat port (2 arah, 3 arah atau 4 arah). Sebagian besar 2 Way Ball Valve dan dioperasikan secara manual dengan tuas. Tuas sejajar dengan pipa saat katup dibuka. Dalam posisi tertutup, pegangannya tegak lurus dengan pipa.

Arah aliran ball valve hanya dari input ke output untuk 2 way ball valve. Katup bola yang dioperasikan secara manual dapat dengan cepat ditutup dan oleh karena itu terdapat risiko water hammer dengan media yang mengalir cepat.

Beberapa ball valve dilengkapi dengan transmisi. 3 way ball valve memiliki lubang berbentuk L atau T, yang mempengaruhi fungsi rangkaian (arah aliran). Hal ini dapat dilihat pada gambar. Hasilnya, berbagai fungsi rangkaian dapat dibuat seperti aliran pendistribusian atau pencampuran.

3-way ball valve dan fungsi sirkuit untuk T-bore and L-bore

3-way ball valve dan fungsi sirkuit untuk T-bore and L-bore

Housing Assembly

housing valve dapat dibagi dalam tiga desain yang umum digunakan: housing satu bagian, dua bagian dan tiga bagian. Perbedaannya adalah bagaimana valve dipasang dan ini memengaruhi kemungkinan untuk perawatan atau perbaikan. Pengoperasian valve adalah sama di setiap bentuknya.

  • One-Piece: Ini adalah varian termurah. Dua bagian yang membungkus bola ditekan atau dilas. Valve tidak bisa dibuka untuk pembersihan atau perawatan. Jenis ini umumnya digunakan untuk aplikasi dengan low-demand.
  • Two-Piece: valve dua bagian dapat dibongkar untuk dibersihkan, diservis, dan diperiksa. Seringkali, bagian-bagian tersebut dihubungkan melalui koneksi threaded. Katup harus dilepas seluruhnya dari pipa untuk memisahkan kedua bagian.
  • Three-Piece: Valve yang lebih mahal biasanya terdiri dari tiga bagian. Bagian-bagian tersebut umumnya dijepit dengan sambungan baut. Keuntungan dari valve ini adalah bahwa valve dapat diservis tanpa melepaskan seluruh valve dari pipa.

Ball Design

Desain yang paling umum adalah “desain bola apung”. Bola digantung di media dan ditahan oleh dua seal ring. Beberapa valve berkualitas tinggi memiliki desain bola trunnion. Bola ditopang di bagian atas dan bawah untuk mengurangi beban pada dudukan klep.

  • Float (Mengambang) : Mayoritas ball valve memiliki bola mengambang. Bola didukung oleh valve seat.
  • Trunnion : Valve dengan diameter besar dan tekanan operasi tinggi (misalnya DN> 100mm dan 30 bar) sering kali memiliki desain trunnion. Bola ditopang di bagian bawah dan atas untuk mengurangi beban pada seat ring. Torsi pengoperasian umumnya lebih rendah untuk katup trunnion.

Lubang melalui bola mungkin memiliki profil yang berbeda seperti lubang penuh, lubang kecil atau berbentuk V (V-shaped).

  • Reduced bore : Sebagian besar ball valve memiliki reduced bore. Akibatnya, katup bola menimbulkan kerugian gesekan dalam sistem. Kerugian ini masih relatif kecil dibandingkan jenis valve lainnya. Katup bola satu bagian hampir selalu mengurangi bore.
  • Full Bore : Full bore valve memiliki diameter lubang yang sama dengan pipa. Keuntungannya adalah tidak ada kerugian gesekan ekstra, dan sistem secara mekanis lebih mudah dibersihkan (pigging). Sisi negatifnya adalah bola dan wadahnya lebih besar dari katup bola standar dengan lubang bor yang lebih kecil. Oleh karena itu, biayanya sedikit lebih tinggi, dan untuk banyak aplikasi hal ini tidak diperlukan. Mereka juga disebut katup bola port penuh.
  • V-Shaped : Lubang pada bola atau dudukan katup memiliki profil berbentuk “V”. Alhasil, laju aliran yang diinginkan bisa dikontrol lebih presisi dengan memutar bola. Dengan mengoptimalkan profil, karakteristik aliran linier dapat didekati.

Handle Ball Valve

Pegangan ball valve (handle) dihubungkan ke stem valve dan mampu memutar valve dari posisi terbuka atau tertutup (90 derajat).

Jika dipasang dengan benar, maka valve akan terbuka, jika gagangnya sejajar dengan pipa dan tertutup jika pegangannya tegak lurus dengan pipa. Memperhatikan arah pegangan ball valve penting untuk mengetahui secara visual apakah katup terbuka atau tertutup.

Ada jenis pegangan katup bola tambahan, seperti pegangan yang dapat dikunci atau handwheels ball valve. Ini beroperasi sesuai dengan namanya. Jika Anda memiliki katup bola yang lebih besar atau membutuhkan torsi tambahan untuk membuka atau menutup valve, ekstensi pegangan katup bola mungkin diperlukan. Jika pegangan Anda patah, salah tempat, atau Anda mengubah katup bola otomatis ke manual, Anda dapat membeli pengganti pegangan ball valve.

Automatic Ball Valve

Alih-alih operasi pegangan manual untuk menghidupkan atau mematikan ball valve, beberapa valve dapat dipasang dengan aktuator listrik atau pneumatik seperti yang terlihat pada gambar (ball valve otomatis).

Aktuator terhubung langsung ke stem valve dan mampu berputar itu seperempat putaran. Sambungan flensa yang paling umum antara katup dan aktuator adalah standar ISO 5211.

Dengan menggunakan aktuator, Anda dapat mengontrol ball valve Anda dari jarak jauh atau melalui alat pengontrol sehingga dapat digunakan sebagai ball valve otomatis yang mati. Katup bola yang digerakkan pegas, juga disebut katup bola pegas (spring loaded ball valve).

Menggunakan pegas untuk membuka / menutup valve dalam skenario power-off dan aktuator untuk menahannya pada posisi buka / tutup. Ini digunakan untuk aplikasi konservasi energi atau untuk alasan fail-safe.

Aktuator listrik tertentu juga dapat memberikan kontrol modulasi, yang akan memposisikan ball valve antara 0-100% terbuka / tertutup. Untuk informasi lebih lanjut mengenai pengoperasian ball valve otomatis, baca artikel kami tentang katup bola pneumatik dan yang dioperasikan secara elektrik.

Ball valve pneumatik (kiri) dan Ball valve listrik (kanan)

Ball valve pneumatik dan Ball valve listrik

Housing Material

Housing material yang paling umum untuk ball valve adalah kuningan, baja tahan karat dan PVC (PolyVinyl Chloride).

Ball biasanya terbuat dari baja berlapis krom, kuningan berlapis krom, baja tahan karat atau PVC. Tempat duduknya sering kali terbuat dari Teflon, tetapi bisa juga dibuat dari bahan sintetis atau logam lainnya. Informasi lebih lanjut tentang topik ini dapat Anda temukan di halaman: Ketahanan bahan kimia.

Brass Ball Valve

Brass Ball Valve

Brass Ball Valve

Brass ball valve memiliki pangsa pasar terbesar. Kuningan merupakan paduan tembaga dan seng (zinc) serta memiliki sifat mekanik yang baik.

Valve kuningan digunakan untuk (minum) air, gas, minyak, udara dan banyak media lainnya. Larutan klorida (misalnya air laut) atau air demineralisasi dapat menyebabkan dezincifikasi.

Dezincifikasi adalah bentuk korosi dimana seng dihilangkan dari paduan. Ini menciptakan struktur berpori dengan kekuatan mekanik yang sangat menurun. Housing kuningan sangat ideal untuk Air ball valve.

Stainless Steel Ball Valve

Stainless Ball Valve

Stainless Ball Valve

Stainless Steel ball valve digunakan untuk media korosif dan lingkungan agresif. Karenanya mereka sering digunakan di air laut, kolam renang, instalasi osmosis, dengan suhu tinggi, dan banyak bahan kimia.

Kebanyakan baja tahan karat adalah austenitik. Tipe 304 dan 316 adalah yang paling umum, 316 memiliki ketahanan korosi terbaik. 304 kadang-kadang disebut sebagai 18/8 karena 18% kromium dan 8% nikel. 316 memiliki 18% kromium dan 10% nikel (18/10).

Valve baja tahan karat biasanya membutuhkan torsi operasi yang lebih tinggi daripada misalnya valve kuningan atau PVC. Ini harus diperhitungkan ketika valve baja tahan karat dioperasikan oleh aktuator listrik atau pneumatik.

PVC Ball Valve

PVC Ball Valve

PVC Ball Valve

PVC ball valve sering kali memiliki harga lebih rendah (kecuali untuk ISO-top valve) dan banyak digunakan dalam irigasi, pasokan air dan drainase atau media korosif.

PVC adalah singkatan dari polivinil klorida. PVC tahan terhadap sebagian besar larutan garam, asam, basa, dan pelarut organik. PVC tidak cocok untuk suhu lebih tinggi dari 60 ° C, dan juga tidak tahan terhadap hidrokarbon aromatik dan terklorinasi. PVC tidak sekuat kuningan atau baja tahan karat, oleh karena itu katup bola PVC memiliki peringkat tekanan yang lebih rendah.

Brass vs Stainless Steel vs PVC Ball Valve

MaterialKeunggulanKelemahan
BrassTahan lama, cocok untuk sebagian besar pengaplikasianPeka terhadap dezincifikasi
Stainless steelSangat tahan abrasif, lembam, tahan korosiHarga yang mahal, seringkali lebih banyak torsi yang dibutuhkan untuk memutar bola
PVCHemat biaya, tidak mudah korosiMasa pakai yang lebih pendek, tekanan dan rentang suhu terbatas

Seal dan O-Ring

Kebanyakan dudukan katup terbuat dari PTFE (Teflon).

PTFE adalah singkatan dari PolyTetraFluorEthylene. Bahan ini memiliki ketahanan kimia yang sangat baik dan titik leleh yang tinggi (~ 327 ° C).

Selain itu, koefisien gesekannya sangat rendah. Kerugian kecil dari PTFE adalah material menunjukkan creep, yang dapat menyebabkan kerusakan penyegelan seiring waktu.

Selain itu, PTFE memiliki koefisien muai panas yang cukup tinggi. Solusi untuk masalah ini adalah dengan menggunakan pegas untuk memberikan tekanan konstan pada segel Teflon, seperti misalnya pegas cangkir.

Bahan penyegel populer lainnya adalah PTFE dan Poliamida (Nylon) yang diberlakukan. Semakin keras bahan dudukan katup, semakin sulit untuk mempertahankan penyegelan yang tepat. Untuk beberapa aplikasi di mana bahan lembut tidak memungkinkan untuk digunakan, misalnya dengan suhu yang sangat tinggi, dudukan katup logam atau keramik digunakan.

Jenis Ball Valve

Standar (Threaded)

Ball valve standar terdiri dari housing, seat, bola, dan lever untuk memutar bola. Ini termasuk ball valve dengan dua, tiga dan empat port yang dapat berbentuk female atau male threaded atau kombinasi keduanya.

Ball valve paling umum dan tersedia dalam banyak variasi: ball valve dengan approval untuk media atau aplikasi tertentu, mini ball valve, ball valve bersudut, ball valve sesuai ISO, ball valve dengan saringan terintegrasi atau titik pembuangan. Mereka memiliki berbagai opsi dan rentang operasi yang besar untuk tekanan dan suhu.

Hidrolik

Ball valve hidraulik dirancang khusus untuk sistem hidraulik dan pemanas karena peringkat tekanan operasinya yang tinggi serta ketahanan oli hidraulik dan pemanas.

Valve ini terbuat dari baja atau baja tahan karat. Selain bahan ini, seat ball valve juga membuat katup hidraulik cocok untuk tekanan operasi tinggi. Dudukan katup ini terbuat dari polyoxymethylene (POM), yang cocok untuk aplikasi tekanan tinggi dan suhu rendah. Tekanan operasi maksimum katup bola hidrolik di atas 500 bar sementara suhu maksimum naik hingga 80 ° C.

Flanged

Flanged ball valve dikenali berdasarkan jenis koneksinya. Port-port tersebut dihubungkan ke sistem perpipaan melalui flensa yang biasanya dirancang sesuai dengan standar tertentu.

Valve ini memberikan laju aliran yang tinggi karena biasanya memiliki desain lubang penuh. Saat memilih ball valve ini, selain peringkat tekanan, Anda juga harus memeriksa kelas kompresi flensa yang menunjukkan tekanan tertinggi yang dapat ditahan jenis sambungan ini.

Ball valve ini dirancang dengan dua, tiga atau empat port, dapat digunakan untuk media tertentu, memiliki ISO dan semua yang dapat dimiliki ball valve standar. Ball valve biasanya terbuat dari baja tahan karat, baja, atau besi cor.

Vented

Vented Ball Valve terlihat hampir sama dengan two way ball valve dalam hal desainnya. Perbedaan utamanya adalah port outlet vent ke dalam posisi tertutup. Ini dicapai dengan lubang kecil yang dibor di dalam bola dan di badan valve.

Saat valve menutup, lubang sejajar dengan port outlet dan melepaskan tekanan. Ini sangat berguna dalam sistem udara bertekanan di mana depresurisasi menyediakan lingkungan kerja yang lebih aman. Secara intuitif, valve ini terlihat seperti two way ball valve padahal sebenarnya 3/2 arah karena lubang kecil untuk ventilasi.

Ball Valve vs Gate Valve

Karena perbedaan antara operasi dan desain Gate valve dan Ball valve, ada kelebihan dan kekurangan masing-masing. Bergantung pada aplikasi Anda, yang satu biasanya lebih baik dari yang lain. Lihat tabel kami di bawah ini untuk perbedaan utama antara gate dan ball valve.

Ball valveGate valve
Mekanisme MematikanMati cepat hanya dengan seperempat putaran (putaran 90 °) untuk menutup valve.Matikan perlahan karena membutuhkan putaran lebih dari 360 ° untuk mematikan katup.
Water hammerPembukaan dan penutupan yang cepat dapat menyebabkan water hammer. *Pembukaan dan penutupan yang lambat mengurangi risiko water hammer. *
Deteksi VisualKeadaan valve terbuka atau tertutup dapat dideteksi secara visual dengan posisi pegangan.Sulit untuk mengetahui keadaan valve terbuka atau tertutup.
BiayaBiasanya lebih mahal daripada gate valve dengan spesifikasi yang sama.Biasanya lebih murah daripada ball valve dengan spesifikasi yang sama.
Ruang InstalasiRequires more space than a gate valve to accommodate for quarter turn handle.Requires relatively less installation space than a ball valve.
UkuranLebih cocok untuk ukuran lubang di bawah 2 Inchi.Lebih cocok untuk ukuran lubang di atas 2 Inchi.
KebocoranMemberikan segel yang rapat bahkan jika digunakan setelah jangka waktu yang lama.Lebih rentan bocor dibanding ball valve.
KetahananTahan lama dan tidak mudah rusak Stem valve rentan terhadap korosi sehingga katup kurang tahan lama.

* Jika aliran dihentikan secara tiba-tiba dengan menutup valve secara cepat, tekanan meningkat karena momentum media yang bergerak dan ini menyebabkan lonjakan tekanan singkat. Lonjakan tekanan menyebabkan suara yang terdengar seperti pipa dipukul dengan palu (water hammer). Water hammer yang kuat dapat menyebabkan pecah atau bocornya sistem.

Kriteria Pemilihan

Kriteria berikut dapat dipertimbangkan sebelum memilih antara ball valve dan gate valve:

  • Ports : Gate valve memiliki 2 port, sedangkan Ball valve dapat memiliki lebih dari 2 port.
  • Kapasitas Aliran : Gate valev dapat memberikan kapasitas aliran yang lebih besar daripada ball valve karena biasanya ditawarkan dalam diameter yang lebih besar.
  • Kecepatan membuka dan menutup: Ball valve lebih cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan buka dan tutup yang lebih cepat atau selama keadaan darurat karena pengoperasian seperempat nyala / mati. Gate valve membutuhkan putaran lebih dari 360 °, membuatnya lebih lambat daripada ball valve untuk beroperasi.
  • Sealing : Ball valve memberikan segel yang rapat dan memiliki karakteristik shut off yang lengkap dibandingkan dengan gate valve. Oleh karena itu, katup bola lebih cocok untuk aplikasi seperti gas alam di mana segel yang tepat untuk jangka panjang itu penting.
  • Tekanan : Ball valve dan gate valve cocok untuk aplikasi tekanan rendah. Namun, untuk aplikasi tekanan tinggi, gate valve lebih cocok. Hal ini dikarenakan buka / tutupnya ball valve yang cepat yang dapat menyebabkan water hammer.
  • Biaya : Ball valve umumnya lebih mahal daripada katup gerbang dengan spesifikasi yang sama. Namun, ball valve biasanya lebih tahan lama dan membutuhkan lebih sedikit perawatan dibandingkan dengan gate valve. Jadi, ball valve mungkin lebih ekonomis untuk jangka panjang.

Pengaplikasian

Ball valve dan gate valve biasanya digunakan dalam aplikasi perumahan dan industri.

  • Gate valve umumnya ditemukan di sistem perpipaan yang lebih tua dan dalam aplikasi di mana sering mematikan tidak diperlukan. Saluran pasokan air besar menggunakan gate valve karena jalur alirannya yang lurus dan pembatasan aliran yang lebih sedikit. Ball valve semakin banyak digunakan dalam sistem perpipaan baru dengan persyaratan mematikan yang sering.
  • Gate valve digunakan untuk aplikasi dengan bubur dan media kental karena lebih mudah dibersihkan dan dirawat. Ball valve tidak diinginkan karena sulit dibersihkan, dan partikel bubur dapat merusak bola putar.
  • Gate valve digunakan di pembangkit listrik, pertambangan dan aplikasi pengolahan air yang bersuhu tinggi dan lingkungan bertekanan tinggi.
  • Ball valve biasanya digunakan dalam sistem proteksi kebakaran dan aplikasi kelautan. Katup ini paling baik tidak digunakan dalam aplikasi makanan, minuman, dan farmasi karena katup bola sulit dibersihkan dan dapat menyebabkan kontaminasi.