## PENENTUAN TORSI MINIMUM PENGGERAK ELEKTROMEKANIK KATUP PA-01/02/03 AA001/003 SISTEM PENDINGIN SEKUNDER RSG-GAS
Pranto Busono, Amril, Royadi Pusat Reaktor Serba Guna-BATAN-Serpong Email : pranto@batan.go.id
ABSTRAK
PENENTUAN  TORSI  MINIMUM  PENGGERAK  ELEKTROMEKANIK  KATUP PA-01/02/03  AA003  PADA  SISTEM  PENDINGIN  SEKUNDER  RSG-GAS .  Katup memegang  peranan  penting  dalam  pengoperasian  reaktor  nuklir.    Sebagai  pengatur  aliran fluida,  katup  harus  selalu  dirawat.  Pada  perawatan  katup  yang  menggunakan  penggerak elektromekanik  selain  pengujian  buka-tutup,  juga  pengaturan  torsinya.  Tujuan  penulisan makalah  yaitu  untuk  menghitung  torsi  pada  katup  sehingga  dapat  ditentukan  torsi  minimum yang  diperlukan  sebagai  penggerak  elektromekanik.  Lingkup  dibatasi  pada  perhitungan  torsi katup sistem pendingin sekunder PA-01/02/03 AA003. Metode yang digunakan adalah dengan menghitung  torsi,  untuk  mencari  data  aliran,  mencari  data  spesifikasi  katup,  mencari  data dimensi  pipa,  menghitung  penurunan  tekanan  dan  menghitung  torsi.Dari  hasil  perhitungan diperoleh  bahwa  harga  minimum  torsi  yang  bekerja  pada  katup  PA-01/02/03  AA003 sebesar(T T ) = 3982,986 Nm = 3,983 kNm.Disimpulkan bahwa torsi ini dapat digunakan untuk pengaturan perawatan katup PA-01/02/03 AA003 RSG-GAS.
Kata kunci : Sistem pendingin sekunder, katup, torsi minimum

## ABSTRACT
DETERMINATION OF MINIMUM TORQUE OF ELECTROMECHANICAL DRIVER OF  THE  PA-01/02/03  AA003  VALVE  OF  THE  RSG-GAS  SECONDARYCOOLING SYSTEM .  Valve  has  an  important  role  in  the  operation  of  nuclear  reactor.  As  a  fluid controller  valve  should  be  always  maintenance.  Beside  the  maintenance  of  valve  using  an electromechanical  driver,  the  testing  of  opening  and  closing,  as  well  as  the  torque  setting should be pay attention. The purpose of writing this paper is to calculate of the torque of the valve so that it can be determined the minimum torque required as an electromechanical drive. The scope is limited on the calculation of the torque on the valve of PA-01/02/03 AA003 of the secondary  coolant  system.    The  method  used  for  calculation  is  by  calculating  the  torque  of valve in  order to find  the flowdata, specification valves data, pipe dimensions data, calculate pressure drop and calculate torque. Calculation result is shown that minimum value of torque working  on the valve PA-01/02/03 AA003  is  (TT) is 3982.986 Nm or 3,983  kNm. It  is can be concluded  that  torque    can  be  used  to  control  of  maintenance  setting  of  the  PA-01/02/03 AA003 valve of the secondary cooling system of the RSG-GAS.
Keywords : secondary cooling system, valve, minimum torque

## PENDAHULUAN
Fungsi katup/ valve secara umum direaktor  RSG-GASuntuk  mengatur  aliran zat  alir/ fluida ,  baik  pada  Sistem  Pendingin Primer maupun Sistem Pendingin
Sekunder.  Mayoritas  katup  yang  terpasang menggunakan  produk  Tufline  (Germany) denganjenis conical dan butterfly .  Semua katup  Tuflineyang  di  dalam  Gedung Reaktor    menggunakan  material stainless steel ,  sedang  yang  di  Gedung  Bantu menggunakan material baja tuang.
Katup butterfly berputar  maksimum hanya 90 o dari posisi  buka/ OPEN ke posisi tutup/ SHUT atau  sebaliknya.  Penggerak mekanik  pada  katup  Tufline  berupa tuas/ handle dan  roda  putar/ handwheel, sedangkan penggerak elektromekanik menggunakan  produk  AUMA  (Jerman). Jenis  penggerak  mekanik  pada  katup Tufline : a. Katup tufline jenis Conical, terpasang di cabang  pipa  induk. Tufline  conical dilengkapi  dengan  penggerak  mekanik, berupa  tuas/ handle .  Lidah  katup  ( plug two  way )  berbentuk  konis  dengan material stainless  steel, mempunyai lubang  alir  berbentuk segiempat.  Badan katup  ( body  valve )  mempunyai  lubang dalam  ( plug  sleeve ),  dilapisi  material PTFE  (Poly  Tetra  Fluoro  Ethylene ). Penutup ( cover plug ) dilengkapi dengan 3  buah  baut  pengatur  ( adjustingscrew ). Katup akan membuka jika posisi lubang searah  pipa  dan  menutup  jika  posisi lubang  melintang  pipa.  Khusus  katup dengan  ukuran  DN125÷400  dilengkapi dengan roda gigi cacing ( worm gearbox ) dan roda putar ( handwheel ). b. Katup  Tufline  jenis Butterfly , terpasang di  pipa  induk,  DN500,  dilengkapi dengan penggerak mekanik berupa roda putar  / handwheel .  Lidah  katupnya berbentuk  cakram  dari  material  baja stainless  steel dan  baja  carbon,  lubang badan  katup  dilapisi O-ring dari  bahan PTFE. Katup akan membuka jika posisi
cakram  searah  pipa  dan  akan  menutup jika posisi cakram melintang pipa.

## Penggerak elektromekanik AUMA
Actuator AUMA  jenis  SG  digunakan untuk  menggerakkan  katup  jenis conical , sedang actuator AUMA jenis SA3 digunakan  untuk    menggerakan  katup  jenis butterfly . Setiap motor penggerak elektromekanik  AUMA  dilengkapi  rem elektrik.Pola  kerja  rem  elektrik jika motor AUMA  off maka  rem  akan  menahan putaran rotor dan jika motor AUMA on , rem akan  membebaskan  putaran  rotor.  Katup pada sistem pendingin primer dan pendingin  sekunder  reaktor  RSG-GAS meng-  gunakan  aktuator  AUMA  jenis SG05,  SG06,  SG07,  SG08,  SG10,  SG12, SG14  dan  SA3  sebagai  penggerak  katup Tufline.
Sistem  Pendingin  Sekunder,  pada  pipa tekan  dan  pipa  aliran  balik  dilengkapi dengan katup isolasi PA-01 AA014, PA-02 AA014, dan PA-01  AA016, PA-02  AA016 yang secara otomatis akan menutup apabila terdapat  lepasan  aktivitas  di  dalam  air pendingin sekunder. Katup PA-03
AA012/AA013  didesain  saling  mengunci ( interlock )  sehingga  pompa  PA-03  AP-01 berfungsi  sebagai  pompa  cadangan  bagi salah  satu  pompa  yang  lain.  Katup  isolasi isap  PA-01/02/03  AA003  dibuat interlock sehingga hanya dua katup yang bisa dibuka pada  saat  yang  bersamaan.  Katup  isolasi isap  PA-01/02/03  AA003  menggunakan jenis  katup butterfly dengan  penggerak elektromekanik jenis SA3. Katup
simpangan  pengatur  aliran  ( trimming  by- pass  valves )  tersedia  pada  masing-masing pipa  tekan  pompa,  terletak  di basement Gedung Bantu.
Salah  satu  implementasi  dari  Program Perawatan RSG-GAS Nomor: 001.001/ RN 00  02  /  RSG  3,  tertanggal,  21  Desember 2015  adalah  perawatan  katup.  Perawatan katup  di  Sistem  Pendingin  Primer  maupun Sistem  Pendingin  Sekunder  dilakukan secara  rutin  setiap  bulan.  Pada  perawatan
katup dengan penggerak mekanik dilakukan pengujian  buka-tutup  katup.  Sedangkan perawatan katup yang menggunakan penggerak  elektromekanik  selain  pengujian buka-tutup,  juga  dilakukan  pengaturan torsinya. Pengaturan torsi dilakukan berdasarkan jumlah laju alir, diameter pipa, penurunan tekanan dan jenis katup.
Gambar  1. Katup  sistem  pendingin sekunder PA-01 AA003
Gambar  2. Jenis  katup butterfly yang digunakan di RSG-GAS
Gambar 3. Actuator SA 3 yang digunakan di RSG-GAS Makalah ini bertujuan untuk menetukan besarnya  torsi  yang  bekerja  pada  katup dengan perhitungan sehingga dapat ditentukan  besarnya  torsi  minimum  yang diperlukan pada penggerak elektromekanik. Lingkup penulisan dibatasi pada perhitungan torsi minimum yang diperlukan penggerak katup sistem pendingin sekunder PA-01/02/03  AA003.  Alasan  pemilihan obyek  tersebut  berdasarkan  dua  alasan utama  yaitu  pertama  katup  PA-01/02/03
AA001/003  berhubungan  langsung  dengan pompa  sekunder,  dimana  katup  AA001 di inlet pompa dan katup AA003 pada outlet pompa.  Alasan  keduakatup  PA-01/02/03
AA003merupakan  katup  isolasi  isap  yang dibuat interlock  two  out  of  three. Metode penulisan  yaitu  melakukan  perhitungan torsi  yang  bekerja  pada  katup,  dengan langkah  sebagai  berikut:  mencari  data aliransistem  pendingin  sekunder,  mencari data spesifikasi katup, mencari data dimensi pipa,  menghitung  penurunan  tekanan  dan menghitung torsi minimum.
TEORI

## a. Aliran fluida
Persamaanaliran  fluida  tidak  mampat
(incompressible) ,  khususnya  untuk  air, menggunakan persamaan aliran yang sudah
terstandar  dan  diimplementasikan  pada katup, yaitu: ANSI/ISA Standard S75.01 dan IEC  Standards 534-2-1/2. (ANSI:  American National Standards Institute ; ISA: Instrument  Society  of  America;  IEC: International Electrotechnical Commission ).  Koefisien  laju  alir  adalah kemampuan katup untuk mengalirkan fluida cairan  pada  diamater  tertentu  dengan  laju alir  sebesar  1  m 3 /h  pada  suhu  antara  5  – 30 o C  dengan  penurunan  tekanan  sebesar  1 bar.  Korelasi  antara  koefisien  laju  alir dengan  penurunan  tekanan  pada  berbagai diameter, mengindikasikan batasan maksimal  katup  dengan  diameter  tertentu sehingga mampu mengalirkan fluida dengan  penurunan  tekanan (pressure  drop) hingga batastertentu.
b. Koefisien  Aliran  (Cv)  pada  Beberapa
Jenis Katup [1]
Koefisien  aliran  katup  tergantung  pada beberapa hal, antara lainjenis produk katup; variasi bukaan katupuntuk berbagai
diameter ball  valve ;  variasi  bukaan  katup untuk  berbagai  diameter butterly  valve. Tabel 1 menunjukkan harga koefisien aliran yang  melewati  katup  berdasarkan  variasi bukaan katup untuk berbagai diameter jenis katup butterfly. Persamaan  koefisien  laju alir  fluida  air,  dapat  dinyatakan  dalam bentuk metrik, sebagai berikut :
𝐾𝑣 = 𝜋.𝐶.𝐷 2 4 2 𝜌 (1)
dimana: K V : koefisien laju alir C    : koefisien keluaran D    : diameter katup, m ρ     : berat jenis air, 1000 kg/m³
Hubungan  : K V dengn C V ,  adalah: 1  K V = 0,865 C V K V :  koefisien  laju  alir  dalam,  satuan: bar.m 3 /h C V :  koefisien  laju  alir  dalam,  satuan: psi.gpm
Tabel 1. Koefisien aliran (Cv) dari Butterfly valve dengan variasi bukaan katup [1]
c. Perubahan Tekanan (∆P)
Besarnya  perubahan  tekanan  yang terjadi  pada  aliran  yang  melewati  katup dapat  digambarkan  seperti  pada  gambar  1 berikut :
Gambar  4. Penurunan  tekanan (pressure drop)
Persamaan  perubahan  tekanan  (∆P)  dapat dinyatakan  dalam  bentuk  metrik,  sebagai berikut:
∆P = 𝜌 2 4 𝑄 𝜋 𝐶 𝐷 2 2 (2)
dimana: ∆P : perubahan tekanan, Pa atau N/m 2 ρ    : berat jenis air, 1000 kg/m³ Q   : laju alir, m 3 /jam
d. Perhitungan Torsi Pada Katup [2]
Jumlah  total  torsi  (T T )  yang  diperlukan untuk  menggerakan disc katup butterfly merupakan jumlah dari  beberapa torsi yang bekerja  pada  katup  tersebut.  Besarnya  torsi dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :
T T = Tsu+Td+Tbf+Tss+Te+Th (3)
Dimana : Tsu  =  Torsi seating and unseating Td  =  Torsidinamikakibataliranfluida Tbf  =  Torsi gesek bearing Tss  =  Torsi  gesekan  tara stem dengan
seal
Te  =  Torsi eccentricity akibat centerline disc terhadap stem
Th  =  Torsi hidrostatik
Torsi Seating and Unseating (Tsu) Besarnya  torsi seating/unseating yang diperlukan (Tsu) untuk katup butterfly telah ditentukan  berdasarkan  pengujian  yang sebenarnya.  Nilai terbesar terjadi pada 20° putaran  pertama  saat  terjadi  kontak  antara disc dengan seat ,  setelahnya  torsi  akan cenderung  turun  menuju  nol.  BesarnyaTsu merupakan  fungsi  dari  beda  tekanan padakatup,  koefisien  gesek  material  katup, hasil  pengerjaan  akhir  permukaan disc ,
kekasaran permukaan disc , jumlah
interference antara  diameter  dalam  (ID)
seat dan diameter luar (OD) disc .
Tsu = 0,32 𝜇 . D 2 . b. Ps (4)
Dimana:
Tsu  :  Torsi seat-unseat , Nm
𝜇 :  koefisien gesek seat = 0,6
D :  Diameter katup, m
b :  lebarkatup, m Ps :  Gaya tekan pada katup, N

## Torsi GesekBearing (Tbf)
Torsi  gesekan bearing (Tbf)  terjadi  karena perbedaan  tekanan  di disc katup  yang kemudian ditransmisikan ke stem . Besarnya torsi  gesek  pada bearing dapat  dinyatakan sebagai berikut :
Tbf = 0.21 D 2 .d/2.P (5)
Dimana:
Tbf  :  Torsi gesek bearing , Nm
D :  Diameter katup, m
d :  Diameter stem , m P   :  Perbedaan tekanan pada katup, Pa atau N/m 2

## TorsiDinamik (Td)
Torsi  dinamik  (Td)  terjadi  ketika  posisi disc terletak  antara  posisi  tertutup  (0°)  dan posisi  terbuka  lebar  (90°).  Dengan disc diposisi  sebagian  terbuka,  kecepatan  fluida yang  melewati  tepi disc lebih  kecil  dari kecepatan  melewati trailing dalam. Variasi
Q
kecepatan  ini  akan  menimbulkan  distribusi gaya  yang  bekerja  di  permukaan disc dan trailing dalam  tidak  seimbang.  Total  gaya yang  bekerjategak  lurus  permukaan  bagian tengah disc lebih besar dari total gaya yang bekerja  tegak  lurus  bagian trailing dalam. Distribusi  gaya  yang  tidak  merata  tersebut akan  mengakibatkan  munculnya  torsi saat disc berubah  ke  posisi  tertutup.  Torsi dinamik Td terbesar terjadi ketika disc pada posisiantara 75° sampai 85° dari
perputarannya.  Untuk  menentukan  torsi dinamik, digunakan persamaan berikut: Td = Cdt x D 3 xP (6) Dimana : Td :  Torsi dinamik, Nm Cdt :  Koefisien torsi dinamik D :  Diameter katup, m
P  :  Perbedaan tekanan pada katup, Pa
atau N/m 2
Tabel 2. Koefisien torsi dinamik (Cdt) dengan variasi sudut  bukaan katup [3]
Sudut buka 0 o 10 o 20 o 30 o 40 o 50 o 60 o 70 o
80 o 90 o Cdt 0 0,007 0,014 0,022 0,033 0,050 0,087 0,143 0,215 0

## HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Data teknik actuator tipe SA3 [4 ]
b. Data teknik katup PA-01/02/03 AA003 [5] Jenis katup Butterfly Diameter katup (D) 559 mm Tebal katup (b) 154 mm Diameter stem (d) 54 mm Maksimum tekanan 10 bar Maksimum temperatur 60 o C
c. Penentuan laju alir
Katup  PA-01/02/03  AA003  adalah katup yang berada pada Sistem
Pendingin  Sekunder  sehingga  besarnya laju  alir  yang  melewati  katup  tersebut dapat  menggunakan  data  yang  ada  di sistem  pendingin  sekunder.  Berdasar LAK RSG-GAS No.Ident. RSG.KK.01.01.63.11, Revisi:10.1, Halaman: VI-8  dari  VI-41 [6] dinyatakan besarnya  laju  alir  (Q)  =  3.900  m 3 /jam, dihasilkan  oleh  2  pompa  (melewati  2 jalur  pipa) sehingga  laju  alir  yang melewati setiap katup:   Q = 3.900/2 = 1950 m 3 /jam.
d. Menentukan besarnya Cv
Ukuran  pipa  pada  sistem  pendingin sekunder sesuai LAK RSG-GAS No.Ident.  RSG.KK.01.01.63.11,  Revisi :10.1,  Halaman  :  VI-8    dari  VI-41 [6]
yaitu  PA-01 BR-01, PA-02 BR-01 (DN 500)  dan disc bukaan  70 o dari  tabel  1. Diperoleh :
Cv = 12014 gpm.psi
Sehingga  diperoleh  besarnya  koefisien  laju alir  (K v )  yang  terjadi  pada  katup  PA- 01/02/03 AA003 adalah : 1  K V =  0,865  C V sehingga  nilai  K v = 12014/0,865 = 13889,02bar.m 3 /h
Besarnya  koefisien  keluaran  (C)  dapat dihitung  dengan  menggunakan  persamaaan (1) :
𝐾𝑣 = 𝜋.𝐶.𝐷 2 4 2 𝜌 (1) Dimana : C = koefisien keluaran K V = 13889,02 bar. m 3 /h = 0,139 Pa.m 3 /h D    = 0,559 m ρ    = 1000 kg/m³
Hasil  perhitungan  dengan  persamaan  (1) diperoleh koefisien keluaran C = 12,654
Tabel 1. Koefisien aliran (Cv) dari Butterfly valve dengan variasi bukaan katup
e. Perhitungan Penurunan Tekanan
Persamaan  perubahan  tekanan  (∆P) dapat dihitung dengan persamaan berikut :
∆P = 𝜌 2 4 𝑄 𝜋 𝐶 𝐷 2 2 (2)
dimana : ∆P =  perubahan tekanan, Pa atau N/m 2 ρ   = 1000 kg/m³
Q  = 1950m 3 /jam
D  = 0,559 m C  = 12,654
Dengan memasukan harga-harga tersebut  ke  persamaan  (2)  maka  akan diperoleh besarnya penurunan tekanan yang terjadi di katup :
∆P = 1000 2 4 𝑥 1950
𝜋 𝑥 12,654 𝑥 0,559 2 2
∆P = 2,5273 x 10 4 Pa
f. Perhitungan torsi
Torsi Seating and Unseating (Tsu) Besarnya  torsi  maksimum  akibat  gesekan antara disc dengan seat terjadi  saat  katup dari  posisi  tertutup  sampai  membuka  pada perputaran  maksimum  20 o .    Besar  torsi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (4) :
Tsu = 0.32 π. 𝜇 . D 2 . b. Ps (4)
Dimana : Tsu  =  Torsi seat-unseat , Nm π =  3.14 𝜇 =  0,6
D =  0,559 m b =  0,154 m Ps =  4 ∆P / 𝜋 D 2 = (4 x2,5273 x 10 4 ) : ( 𝜋 x 0,559 2 )=102977 N = 102,977 KN Dengan  memasukan  harga-harga  tersebut ke  persamaan  (4)  diperoleh  harga  torsi seating  and  unseating (Tsu)  =  2989,067 Nm.

## Torsi Gesek Bearing (Tbf)
Besarnya  torsi  yang  terjadi  pada  bearing katup  dapat  dihitung  dengan  menggunakan persamaan (5) :
Tbf = 0.21 D 2 (d/2)P (5)
dimana :
Tbf  =  Torsi gesek bearing , Nm D =  0,559 m d =  0,054 m P   =  2,5273 x 10 4 Pa Dengan  memasukan  harga-harga  tersebut ke  persamaan  (5)  diperoleh  harga    torsi gesek bearing (Tbf) = 44,778 Nm.

## Torsi Dinamik (Td)
Besarnya  torsi  dinamik  maksimum  yang pada  katup  terjadi  pada  saat  posisi  katup membuka  sebesar  80 o .  Besarnya  torsi tersebut dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (6): Td = Cdt x D 3 xP (6)
dimana :
Td  =  Torsi dinamik, Nm
Cdt  =  0,215 (tabel 2. untuk sudut buka
80 o ) D =  0,559 m P  =  2,5273 x 10 4 Pa
Dengan  memasukan  harga-harga  tersebut ke  persamaan  (6)  diperoleh  harga    torsi dinamik pada katup(Td) = 949,141 Nm.
Jumlah  torsi  yang  diperlukanpadakatup butterfly secara keseluruhan
merupakanfungsidariTsu,  Td  and  Tbf. Sedangkanpengaruh  dari  torsi  lainnya umumnya  tidak  signifikan  dibandingkan ketiga torsi tersebut. Dengan  menggunakan persamaan  (3)  maka  jumlah  torsi  yang bekerja  pada  katup  PA01/02  AA003 sebesar :
T T = Tsu+Td+Tbf+Tss+Te+Th (3)
Dimana: Tsu  =  2989,067Nm. Td  =  949,141Nm. Tbf  =  44,778Nm. Tss  =  Te = Th = 0 Nm.
Dengan  memasukan  harga-harga  tersebut ke  persamaan  (3)  diperoleh  jumlah  torsi yang  bekerja  pada  katup  (T T )  =  3982,986 Nm  =  3,983  kNm.  Torsi  tersebut  masih  di dalam  batas  yang  diijinkan  untuk  aktuator AUMA  tipe  SA3  ( Permissible  thrust  for type A = 25 kNm).

## KESIMPULAN
Dari  hasil  perhitungan  besarnya  torsi yang bekerja pada katup maka setelah katup dilakukan  pengaturan  posisi open/close maka pada perawatan katup perlu dilakukan pengaturan  torsi  pada  aktuatornya  dengan torsi sebesar 3982,986 Nm.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Diktat kursus kendali dan operasi katup dalam Sistem RSG-GAS, 2016
2. Code  No.  LIT-347Vb2,  Valve  and Actuator  Manual,  Valve  Basics  and Sizing Information Section, Engineering Data Book, Johnson Controls, Inc,1996.
3. Tufline  High  Performance  Butterfly Valves, www.cranechempharma.com
diakses 3 Oktober 2015. 4. Auma India Multi-turn Electric Actuators 5. Dokumen M-172, Quality Life Documents (QLD) RSG-GAS 6. LAK RSG-GAS No.Ident. RSG.KK.01.01.63.11, Revisi :10.1 tahun 2011.