Segel Katup Kupu-kupu: Analisis Struktur, Material & Aplikasi

Katup kupu-kupu sangat dihargai karena efektivitas biaya dan aktuasinya yang cepat, di mana ​kinerja segel​ secara langsung menentukan keandalan dan masa pakai katup. Desain seal sangat bervariasi, masing-masing disesuaikan dengan kondisi operasi tertentu. Artikel ini membahas struktur, material, dan aplikasi praktis seal inti.

​1. Struktur & Fungsi Segel Inti​

Segel katup kupu-kupu terdiri dari ​cincin jok​ dan ​permukaan penyegelan tepi cakram, dikategorikan menjadi dua jenis utama:

• ​Segel Lunak:​​
  Fitur sebuah ​kursi elastomer(karet, PTFE) yang terpasang pada badan katup atau cakram. Penutup menekan tepi cakram (biasanya logam) ke dalam dudukan yang lembut, sehingga membentuk segel yang rapat.
  Keuntungan:Tekanan penyegelan rendah, kebocoran mendekati nol (kemungkinan Kelas VI), biaya rendah, torsi minimal.
  Kekurangan:Ketahanan terhadap suhu/tekanan/bahan kimia terbatas; rentan terhadap erosi dan kerusakan partikel; tidak cocok untuk pelambatan yang sering.
• ​Segel Keras Logam (Desain Offset Tiga Kali Lipat – Gbr. 1):​​
  Gunakan penyegelan logam-ke-logam (misalnya, baja tahan karat, paduan). Elemen desain utama:
  • ​Offset ke-1:​​ Jarak sumbu batang dari pusat pipa.
  • ​Offset ke-2:​​ Sumbu batang bergeser dari bagian tengah permukaan penyegelan cakram.
  • ​Offset ke-3 (Kritis):​Profil penyegelan sudut kerucut memungkinkan kontak garis/area kecil.
    Keuntungan:Ketahanan luar biasa terhadap suhu/tekanan/erosi/kavitasi; umur panjang; potensi penggunaan kembali.
    Kekurangan:Biaya produksi tinggi; tekanan dudukan tinggi; torsi meningkat; potensi kebocoran tekanan rendah (biasanya Kelas IV).

​Gbr. 1: Struktur Segel Logam Offset Tiga Kali Lipat​
(Visual: Mendemonstrasikan kontak garis kerucut yang menghilangkan gesekan geser selama pengoperasian)

​2. Perbandingan Kinerja Utama​

​Segel Lunak vs. Segel Keras:​​

• ​Suhu:​Segel lunak beroperasi pada suhu antara -50°C hingga 200°C (tergantung PTFE/karet), sementara segel logam dapat menahan suhu ekstrem dari -196°C hingga 600°C+.
• ​Tekanan:​Segel lunak cocok untuk ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Segel logam cocok untuk PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Kebocoran:​Segel lunak mencapai tingkat kebocoran mendekati nol yang unggul (Kelas VI). Segel logam mencapai Kelas IV/V, yang membaik di bawah tekanan tinggi.
• ​Kompatibilitas Media:​Segel lunak unggul dalam menahan air/udara/fluida netral. Segel logam tahan terhadap uap, hidrokarbon, bubur, cairan korosif, dan gas panas.
• ​Ketahanan:​Segel logam menawarkan ketahanan superior terhadap partikel, erosi, dan keausan. Segel lunak terdegradasi dengan cepat akibat penggunaan abrasif atau pelambatan yang sering.
• ​Biaya & Operasional:​Segel lunak lebih murah dan membutuhkan torsi minimal. Segel logam membutuhkan investasi awal dan torsi yang lebih tinggi, tetapi menawarkan daya tahan lebih lama dalam kondisi yang keras.
• ​Aplikasi:​Segel lunak mendominasi sistem HVAC, air, dan gas bertekanan rendah. Segel logam sangat penting dalam penyulingan, jalur uap, pemrosesan kimia, dan minyak/gas.

​3. Bahan Dudukan Segel Lembut​

Pemilihan material menentukan batasan kinerja:

• ​NBR (Karet Nitril):Tahan terhadap minyak, hidrokarbon (-20°C hingga 80°C).Penggunaan: Air, udara bertekanan, cairan berbasis minyak bumi.
• ​EPDM (Etilen Propilen Diena):​Tahan terhadap air/uap panas (<150°C), ozon, alkali.Penggunaan: Sistem pemanas, makanan/minuman, udara lembap.
• ​FKM (Fluorokarbon Viton®):​Menangani minyak, bahan bakar, asam, suhu tinggi (-20°C hingga 200°C).Penggunaan: Pemrosesan kimia, saluran bahan bakar, media asam.
• ​PTFE (Politetrafluoroetilena):​​ Inert secara kimia (-50°C hingga 200°C), gesekan rendah. Digunakan sebagai:
  • Kursi Murni:Tahan korosi, penyegelan sedang.
  • Kursi yang Diperkuat (kaca/grafit):Tahanan aliran dingin yang lebih baik.
  • Kursi Berlapis (bibir/tabung gelembung):Menggabungkan elastisitas dan ketahanan kimia.

​4. Bahan dan Perawatan Segel Logam​

Kinerja bergantung pada pemasangan material dan rekayasa permukaan:

• ​Strategi Material:​​
  • Pasangan material yang berbeda mencegah terjadinya goresan (misalnya, baja tahan karat vs. Stellite®).
  • Kekerasan permukaan dudukan > Kekerasan permukaan cakram (sekitar ~HRC 2-5), yang membuat cakram dapat diganti.
• ​Peningkatan Permukaan:​​
  • ​Permukaan keras:​**Stellite 6®(berbasis kobalt, HRC 40-50) atauPelapis Inconel 625®**​ (berbahan dasar nikel) tahan terhadap keausan/korosi.Solusi utama untuk layanan berat.
  • ​Pengerasan Kasus:​Pengerasan api/plasma/laser atau nitriding (≥HV 1000) meningkatkan ketahanan aus/lecet.
  • ​Semprotan Termal:​​ HVOF-diterapkan ​WC (Karbida Tungsten)​atauKromium OksidaPelapis memberikan daya tahan permukaan yang ekstrim.
• ​Paduan Eksotis:​Hastelloy® atau baja dupleks digunakan di lingkungan yang sangat korosif (biaya tinggi).

​5. Keterbatasan & Kriteria Pemilihan​

​Pertimbangan Utama:​​

• ​Batasan Segel Lunak:​Set kompresi permanen, ketidakcocokan kimia (pembengkakan/degradasi), aliran dingin/merayap (PTFE/karet), kerusakan partikel.
• ​Batasan Segel Keras:​Potensi kebocoran tekanan rendah, biaya/torsi lebih tinggi.
• ​Pengemudi Seleksi:​Properti media (T, P, korosifitas, padatan), persyaratan kebocoran, frekuensi siklus hidup, tingkat keparahan operasional, dan anggaran.

​Kesimpulan:​​
Pemilihan katup kupu-kupu ditentukan oleh ​sinergi struktur-material segel. ​Segel lunak(EPDM/NBR/PTFE) unggul dalam aplikasi air/udara bertekanan rendah yang sensitif terhadap biaya.Segel lunak FKM atau komposit PTFE​ mengatasi media korosif. ​Segel logam offset tiga kali lipatdenganStellite®/permukaan yang diperkeras​ wajib untuk uap, hidrokarbon, T/P tinggi, dan aliran erosif. Material berbasis nikel digunakan dalam kondisi ekstrem. Evaluasi ketat terhadap parameter operasi dan sifat material sangat penting; mengabaikan spesifikasi seal berisiko menimbulkan kebocoran, kegagalan dini, dan waktu henti yang mahal.