Proteksi tekanan pada instalasi RO: katup penurun tekanan dan palu air

Sebuah unit osmosis balik (RO) berpompa dipasang di rumah makan yang letaknya tidak jauh dari reservoir PDAM. Dua minggu kemudian pemilik melapor: setiap kali unit berhenti, terdengar bunyi "tok" dari arah filter pertama, dan sambungan cepat (quick-connect) di selang umpan mulai menetes. Teknisi mengganti sambungan itu, tetapi bunyinya tetap ada dan beberapa hari kemudian rembesan muncul lagi. Saat pemasangan, teknisi mengukur tekanan air siang hari sekitar 2,5 bar dan menganggapnya aman. Tekanan malam hari tidak pernah diukur.

Dua hal bekerja bersama di sini. Yang pertama tekanan dasar dari jaringan, yang di dekat reservoir dan pada jam pemakaian rendah bisa jauh lebih tinggi daripada siang hari. Yang kedua lonjakan sesaat setiap kali katup solenoid air masuk menutup dan aliran di selang dihentikan mendadak. Keduanya ditinjau di sini sebagai masalah instalasi RO. Prinsip palu air sudah diturunkan di Bab 57 · Kelistrikan & Kendali, dan rugi tekan aliran tunak di Bab 2 · Fluida & Termal.

Batas pembahasan

Bab ini membahas jendela tekanan masuk unit RO dibanding tekanan jaringan distribusi, pengukuran tekanan statis, katup penurun tekanan (pressure reducing valve, PRV), lonjakan tekanan saat solenoid menutup, pengaruh diameter selang umpan, udara terjebak, peredam lonjakan, penopang selang, dan batas tekanan rumah filter. Penurunan persamaan Joukowsky dan waktu kritis ada di Bab 57 · Kelistrikan & Kendali. Rugi tekan aliran tunak pada selang dan fitting RO dihitung di bab Hidrolika jalur air unit RO, dengan dasar di Bab 2 · Fluida & Termal; titik kerja pompa dan kavitasi ada di Bab 3 · Fluida & Termal. Proses membran ada di bab Osmosis balik.

Jendela tekanan unit dan tekanan jaringan

Unit RO tanpa pompa bergantung sepenuhnya pada tekanan PDAM untuk melampaui tekanan osmotik. Angka 40 psi (2,8 bar) yang sering dikutip untuk unit seperti ini adalah rekomendasi umum pabrikan, bukan ketentuan NSF/ANSI 58; standar itu menetapkan kondisi uji dan mewajibkan pabrikan menyatakan rentang tekanan operasi unitnya. Unit berpompa berbeda. Pompa penguat yang menaikkan tekanan ke membran, sehingga tekanan masuk hanya perlu cukup untuk mengisi sisi isap pompa. Manual unit komersial contoh dalam sumber pemilik menetapkan tekanan masuk 1–3 bar (14,5–43,5 psi) dan menyarankan PRV bila tekanan di atas 3 bar.

Jaringan distribusi air minum bekerja dalam rentang yang jauh lebih lebar. Sumber pemilik merujuk Permen PUPR Nomor 27 Tahun 2016 tentang penyelenggaraan SPAM, yang menetapkan tekanan minimum 0,5–1,0 atm di titik pelayanan terjauh dan tekanan maksimum 6–8 atm untuk pipa PVC atau ACP. Dengan 1 atm ≈ 1,013 bar, pelanggan secara sah dapat menerima tekanan dari sekitar 0,5 bar di ujung jaringan sampai sekitar 8 bar di dekat reservoir atau pada jam pemakaian rendah. Jendela 1–3 bar unit berpompa hanya sepotong kecil dari rentang itu. Lokasi di ujung jaringan memerlukan tangki dan pompa suplai; lokasi dekat sumber memerlukan PRV.

Satu angka lain sering tertukar dengan syarat tekanan masuk. Sakelar tekanan rendah (low pressure switch, LPS) memutus pompa bila pasokan air hilang, umumnya pada sekitar 0,15–0,35 bar, dan menyambung lagi di atas sekitar 0,35 bar menurut setelan pabrikan. Angka itu adalah ambang "air ada atau tidak", bukan tekanan masuk minimum untuk produksi yang baik.

Mengukur tekanan statis

Tekanan statis adalah tekanan di titik sambung ketika tidak ada aliran. Inilah beban dasar yang ditanggung selang, sambungan, dan rumah filter sepanjang waktu, termasuk saat unit tidak berproduksi. Tekanan saat air mengalir selalu lebih rendah karena ada rugi tekan sepanjang jalur; pada selang umpan 3/8 inci sepanjang 1 m dengan debit 3,15 L/menit rugi itu sekitar 0,06 bar, dan pada selang 1/4 inci sekitar 0,42 bar.

Teknisi mengukurnya dengan pengukur tekanan eksternal di keran umpan, pada beberapa waktu: siang hari ketika pemakaian jaringan tinggi, dan malam atau dini hari ketika pemakaian rendah dan tekanan cenderung naik. Bacaan pengukur tekanan kerja unit saat pompa mati dapat dipakai sebagai pendekatan, karena tanpa aliran rugi tekanan prafilter mendekati nol. Pengukuran ini dilakukan sebelum pemasangan, bukan setelah bocor pertama muncul. Hasilnya dibaca dengan aturan dari sumber pemilik:

Kasus pembuka gagal di baris pertama: tekanan siang 2,5 bar tampak berada di dalam jendela, tetapi tekanan malam tidak pernah diperiksa.

Katup penurun tekanan

PRV menjaga tekanan di sisi keluarnya pada nilai setelan walaupun tekanan masuk naik turun. Letak dan setelannya menentukan apa yang dilindungi. Sumber pemilik memberi urutan pemasangan berikut:

1. PRV dipasang setelah keran utama dan sebelum prafilter, sehingga rumah prafilter ikut terlindungi.
2. Bila air berpasir, saringan (strainer) dipasang sebelum PRV agar dudukan katup tidak tergores.
3. Pengukur tekanan dipasang setelah PRV untuk menyetel dan memantau.
4. PRV disetel sekitar 2–2,5 bar pada kondisi tanpa aliran. Angka ini acuan praktis di tengah jendela 1–3 bar yang menyisakan cadangan untuk rugi tekanan prafilter.
5. Setelan diperiksa ulang setelah 24 jam, karena dapat bergeser.

Tanpa pengukur di sisi keluarnya, tidak ada yang dapat membuktikan bahwa PRV bekerja. PRV juga punya dua batas. Ia bukan pengganti katup searah, dan ia tidak meredam semua lonjakan cepat. Lonjakan saat solenoid menutup berlangsung dalam orde puluhan milidetik di selang sisi hilir PRV; menurunkan tekanan dasar memang menurunkan tekanan puncak, tetapi tidak menghapus lonjakannya.

Lonjakan saat solenoid menutup

Solenoid air masuk menutup setiap kali tangki penuh atau LPS memutus. Kolom air di selang umpan yang sedang mengalir dengan kecepatan $V$ dihentikan mendadak. Energi geraknya berubah menjadi gelombang tekanan yang merambat ke hulu, ke rumah prafilter dan selang dari keran. Untuk perubahan kecepatan yang lebih cepat daripada waktu kritis, besar lonjakan diberikan persamaan Joukowsky yang diturunkan di Bab 57 · Kelistrikan & Kendali:

$$\Delta p = \rho\,a\,\Delta v$$

$\Delta p$ adalah lonjakan tekanan (Pa), $\rho$ massa jenis air (kg/m³), $a$ cepat rambat gelombang tekanan di saluran (m/s), dan $\Delta v$ perubahan kecepatan aliran (m/s); bila aliran berhenti penuh, $\Delta v = V$. Lonjakan penuh terjadi bila waktu penutupan $t_\text{c}$ lebih singkat daripada waktu kritis $2L/a$, dengan $L$ panjang saluran dari sumber tekanan sampai katup. Penutupan yang jauh lebih lambat menurunkan lonjakan.

Nilai $a$ ditentukan oleh kelenturan dinding saluran. Sumber pemilik memberi rentang sekitar 900–1.400 m/s untuk baja, 300–600 m/s untuk PVC, dan 150–430 m/s untuk pipa HDPE (tipikal sekitar 255 m/s untuk DR17). Untuk selang PE 3/8 inci yang dindingnya relatif tebal, perhitungan dengan rumus Korteweg dan modulus PE 0,3–0,8 GPa memberi sekitar 265–420 m/s. Dinding yang lentur menurunkan $a$, sehingga lonjakan di selang plastik lebih kecil daripada di pipa baja untuk kecepatan yang sama, tetapi masih cukup besar dibanding rating komponen kecil.

Solenoid kerja langsung (direct-acting) menutup dalam sekitar 30 ms menurut data umum pabrikan katup yang dirujuk sumber pemilik. Pada selang umpan beberapa meter, waktu itu sebanding dengan waktu kritisnya, sehingga lonjakannya dapat mendekati nilai penuh.

Kecepatan $V$ adalah satu-satunya suku dalam persamaan yang mudah dikendalikan di instalasi, dan kecepatan ditentukan oleh diameter dalam selang. Ukuran selang RO 1/4 dan 3/8 inci adalah diameter luar. Diameter dalamnya umumnya sekitar 4,3 mm untuk 1/4 inci dan 6,0–6,4 mm untuk 3/8 inci, bergantung pabrikan dan tebal dinding; perhitungan memakai diameter dalam. Pada debit yang sama, selang yang lebih kecil memberi kecepatan lebih tinggi dan lonjakan sebanding lebih besar. Perhitungan kecepatan dan diameter dalam selang diuraikan di bab Hidrolika jalur air unit RO.

Contoh kerja

Data dari sumber pemilik: debit umpan 3,15 L/menit atau $5{,}25 \times 10^{-5}$ m³/s, selang umpan PE 3/8 inci dengan diameter dalam 6,4 mm, panjang dari keran ke solenoid 5 m, tekanan statis 2,5 bar, $\rho = 1000$ kg/m³, dan $a = 265$–$420$ m/s.

Kecepatan. Luas penampang dalam $A = \pi (0{,}0064)^2/4 = 3{,}22 \times 10^{-5}$ m², sehingga:

$$V = \frac{Q}{A} = \frac{5{,}25 \times 10^{-5}}{3{,}22 \times 10^{-5}} \approx 1{,}63\ \text{m/s}$$

Lonjakan. Untuk aliran yang berhenti penuh:

$$\Delta p = 1000 \times 265 \times 1{,}63 \approx 4{,}3 \times 10^{5}\ \text{Pa} = 4{,}3\ \text{bar}$$

dan untuk $a = 420$ m/s sekitar 6,9 bar.

Waktu kritis. $2L/a = 10/265 \approx 0{,}038$ s sampai $10/420 \approx 0{,}024$ s, yaitu 24–38 ms. Solenoid yang menutup dalam sekitar 30 ms berada di rentang ini, sehingga lonjakan dapat mendekati nilai penuh.

Tekanan puncak. Tekanan statis ditambah lonjakan: $2{,}5 + 4{,}3$ sampai $2{,}5 + 6{,}9$, yaitu sekitar 6,8–9,4 bar. Ini batas atas, karena gesekan dan kelenturan sambungan meredam sebagian lonjakan.

Pembanding dengan rating komponen. Rumah filter standar 10 inci umumnya berperingkat maksimum 125 psi, sekitar 8,6 bar, pada suhu sampai 52 °C, dan selang LLDPE RO umumnya mampu sampai 120 psi, sekitar 8,2 bar; label komponen yang terpasang adalah acuannya. Batas atas perkiraan sudah melampaui keduanya. Bila tekanan malam lebih tinggi daripada 2,5 bar, seperti di lokasi pembuka, marginnya hilang sama sekali.

Selang 1/4 inci. Dengan diameter dalam 4,3 mm, $A = 1{,}45 \times 10^{-5}$ m² dan $V \approx 3{,}62$ m/s, sekitar 2,2 kali lebih cepat. Lonjakannya ikut naik sekitar 2,2 kali menjadi kira-kira 9,6–15,2 bar sebelum ditambah tekanan statis. Selain menaikkan rugi tekan di jalur isap, selang umpan 1/4 inci pada debit ini memperbesar lonjakan jauh melewati rating komponen.

Dengan dan tanpa PRV. Lokasi pembuka mempunyai tekanan malam yang lebih tinggi daripada 2,5 bar. Bila tekanan statis malam 4,1 bar, seperti pada latihan 1, puncak tanpa PRV menjadi $4{,}1 + 4{,}3 = 8{,}4$ sampai $4{,}1 + 6{,}9 = 11{,}0$ bar, sudah melewati rating selang dan rumah filter bahkan pada batas bawahnya. PRV yang disetel 2,5 bar mengembalikan puncak ke 6,8–9,4 bar seperti hitungan di atas. PRV memotong sekitar 1,6 bar dari puncak, tetapi tidak menghapus lonjakannya; untuk menurunkan batas atas di bawah 8,2 bar diperlukan kecepatan yang lebih rendah atau peredam. Dengan $a = 420$ m/s, kecepatan yang memberi lonjakan paling tinggi $8{,}2 - 2{,}5 = 5{,}7$ bar adalah $5{,}7 \times 10^5/(1000 \times 420) \approx 1{,}36$ m/s, atau debit sekitar $1{,}36 \times 3{,}22 \times 10^{-5} \times 60\,000 \approx 2{,}6$ L/menit di selang 3/8 inci.

Udara terjebak

Air hampir tidak dapat dimampatkan, sedangkan udara dapat. Kantong udara yang tertahan di titik tinggi jalur, misalnya di puncak rumah filter atau di lekukan selang berbentuk huruf n, menyerap sebagian langkah pompa: volume udara harus dimampatkan dulu sebelum tekanan air dapat naik. Gejalanya pompa menyala tetapi jarum tekanan bergetar atau lambat naik, dan unit berbunyi kasar.

Besarnya dapat diperkirakan dengan hukum Boyle untuk proses isotermal, memakai tekanan mutlak. Kantong udara 150 cm³ pada 1 bar mutlak yang dimampatkan ke 6 bar mutlak menyusut menjadi $150 \times 1/6 = 25$ cm³. Artinya 125 cm³ air harus masuk ke ruang itu sebelum tekanan mencapai 6 bar. Sumber pemilik menyebut selisih volume ini sebagai "energi yang terserap"; yang benar, selisih itu adalah volume yang harus diisi, dan energi pemampatannya bergantung pada tekanan dan volume sepanjang proses.

Udara masuk setiap kali kartrid diganti, karena rumah filter yang dibuka berisi udara. Udara dibuang menurut prosedur pabrikan dengan sistem dalam keadaan aman. Sumber pemilik memuat cara membuang udara dengan mengendurkan rumah filter saat air mengalir; cara itu tidak ditulis sebagai langkah kerja di sini karena berarti membuka bagian bertekanan. Jalur umpan, terutama sisi isap pompa, dirancang tanpa lekukan yang menjebak udara.

Mengurangi lonjakan

Sumber pemilik menyebut empat langkah yang bekerja pada suku-suku persamaan yang berbeda.

• Kecepatan rendah. Selang umpan 3/8 inci, bukan 1/4 inci, menurunkan $V$ dan karena itu $\Delta p$. Sumber pemilik memakai acuan praktik umum perpipaan bahwa kecepatan di jalur isap pompa sebaiknya tidak melebihi sekitar 1,5–2 m/s.
• PRV. Menurunkan tekanan dasar, sehingga tekanan puncak ikut turun walaupun lonjakannya tetap.
• Peredam palu air atau akumulator kecil di dekat solenoid. Ruang yang dapat mengembang menyerap sebagian gelombang tekanan sebelum mencapai selang dan rumah filter.
• Klem penopang agar selang tidak bergetar dan menarik sambungan cepat setiap kali lonjakan lewat.

Langkah pertama paling murah karena diputuskan saat pemasangan. Langkah ketiga perlu dipilih menurut tekanan dan ukuran jalur yang sebenarnya; bab ini tidak memberi ukuran peredam karena sumber pemilik tidak memuatnya.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus dan aturan bab ini; angka yang bukan dari sumber ditandai angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Pemasangan dan penyetelan PRV serta pembukaan bagian bertekanan dikerjakan orang yang berwenang setelah pasokan ditutup dan tekanan dibuang.

Contoh 1: tekanan malam di hotel dekat reservoir. Sebelum memasang unit berpompa di dapur sebuah hotel dekat reservoir PDAM, teknisi mengukur tekanan statis di keran umpan: 2,7 bar pukul 11.00 dan 3,4 bar pukul 03.00 (angka latihan). Dengan 1 atm ≈ 1,013 bar, 3,4 bar setara 3,36 atm, sah untuk jaringan yang maksimumnya 6 sampai 8 atm, tetapi di atas jendela 1 sampai 3 bar unit. Dengan lonjakan dari contoh kerja di atas:

$$p_\text{puncak} = 3{,}4 + (4{,}3\ \text{sampai}\ 6{,}9) = 7{,}7\ \text{sampai}\ 10{,}3\ \text{bar}$$

Batas atasnya melewati rating selang 8,2 bar dan rumah filter 8,6 bar. Menurut tabel tindakan, PRV dipasang setelah keran utama dan sebelum prafilter, disetel sekitar 2 sampai 2,5 bar tanpa aliran, lalu diperiksa ulang setelah 24 jam (kondisi berhenti butir 1).

Contoh 2: laundry di ujung jaringan. Sebuah laundry di ujung jaringan mencatat tekanan statis 0,8 bar siang hari dan 1,6 bar malam hari (angka latihan). Bacaan siang setara $0{,}8/1{,}013 \approx 0{,}79$ atm, masih di sekitar tekanan minimum jaringan 0,5 sampai 1,0 atm di titik pelayanan terjauh, sehingga penyelesaiannya ada di sisi pelanggan. Menurut tabel, bacaan di bawah 1 bar berarti kekurangan tekanan: yang diperlukan tangki dan pompa suplai, bukan PRV. Sakelar tekanan rendah tidak memutus pada 0,8 bar karena ambangnya 0,15 sampai 0,35 bar, sehingga pompa tetap menyala walaupun tekanan masuk di bawah syarat unit 1 sampai 3 bar. Pompa yang tidak berhenti bukan bukti tekanan masuk cukup.

Contoh 3: udara sesudah ganti kartrid di hotel. Setelah kartrid prafilter sebuah unit hotel diganti, kantong udara sekitar 200 cm³ tertinggal di puncak rumah filter pada 1 bar mutlak (angka latihan). Tekanan kerja 2,5 bar terbaca di pengukur, atau sekitar 3,5 bar mutlak:

$$V_2 = 200 \times \frac{1}{3{,}5} \approx 57\ \text{cm}^3$$

Sekitar 143 cm³ air harus masuk ke ruang itu sebelum tekanan kerja tercapai, sehingga jarum lambat naik dan pompa berbunyi kasar sesaat. Gejala itu sesuai udara terjebak, bukan membran kotor. Udara dibuang menurut prosedur pabrikan dengan sistem dalam keadaan aman, dan rumah filter tidak dikendurkan saat masih bertekanan (kondisi berhenti butir 2).

Contoh 4: lonjakan pada jalur umpan rumah sakit dengan PRV. Unit di dapur sebuah rumah sakit memakai selang umpan PE 3/8 inci sepanjang 10 m dari keran ke solenoid, PRV di dekat keran utama disetel 2,0 bar, dan debit umpan 2,6 L/menit (angka latihan). Kecepatannya $2{,}6/60\,000/3{,}22 \times 10^{-5} \approx 1{,}35$ m/s, di bawah acuan 1,5 sampai 2 m/s:

$$\Delta p = 1000 \times (265\ \text{sampai}\ 420) \times 1{,}35 \approx 3{,}6\ \text{sampai}\ 5{,}7\ \text{bar}$$

Waktu kritis $2L/a$ adalah 48 sampai 75 ms, lebih lama daripada penutupan solenoid sekitar 30 ms, sehingga lonjakan dapat mendekati penuh. Tekanan puncak 5,6 sampai 7,7 bar masih di bawah 8,2 bar selang dan 8,6 bar rumah filter, tetapi batas atasnya hanya sekitar 0,5 bar di bawah rating selang. Klem penopang dipasang, label komponen diperiksa, dan peredam dipertimbangkan bila komponen terlemah berperingkat lebih rendah (kondisi berhenti butir 3).

Kondisi berhenti

1. Tekanan statis terukur di atas 3 bar pada salah satu waktu pengukuran dan PRV belum terpasang: unit tidak dijalankan sampai PRV terpasang dan disetel.
2. Rumah filter retak atau sambungan cepat bocor berulang: unit dihentikan, pasokan ditutup, dan tekanan dibuang sebelum komponen disentuh. Sambungan tidak dikencangkan dan rumah filter tidak dibuka saat masih bertekanan.
3. Perkiraan tekanan puncak (statis ditambah lonjakan) melampaui rating komponen terlemah di jalur: unit tidak dioperasikan sampai kecepatan diturunkan, PRV dipasang, atau peredam ditambahkan.
4. Pekerjaan memerlukan pengujian sakelar tekanan atau rangkaian kendali: diserahkan kepada orang yang berwenang menurut Bab 58 · Kelistrikan & Kendali.
5. PRV sudah terpasang tetapi tekanan di sisi keluarnya belum pernah diukur, termasuk pada jam tekanan jaringan tertinggi dan ulang setelah 24 jam: PRV belum dianggap bekerja dan unit belum dinyatakan terlindungi. PRV juga tidak dianggap pengganti katup searah.

Salah tafsir yang sering terjadi

Tekanan diukur hanya siang hari lalu dinyatakan aman. Di dekat reservoir, tekanan malam dapat jauh lebih tinggi; sumber pemilik meminta pengukuran siang dan malam sebagai langkah wajib sebelum pemasangan.

PRV dianggap menyelesaikan semua masalah tekanan. PRV menurunkan tekanan dasar, tetapi lonjakan saat solenoid menutup tetap terjadi dan memerlukan kecepatan rendah, peredam, atau penopang.

Selang 1/4 inci dipakai untuk jalur umpan karena lebih murah atau lebih rapi. Pada debit yang sama kecepatannya sekitar 2,2 kali lebih tinggi, rugi tekan di jalur isap naik, dan lonjakan ikut membesar.

Ambang LPS dianggap sebagai tekanan masuk minimum. Ambang 0,15–0,35 bar hanya mendeteksi air ada atau tidak; tekanan masuk yang dibutuhkan unit contoh adalah 1–3 bar.

Diameter luar selang dipakai untuk menghitung kecepatan. Ukuran nominal selang RO adalah diameter luar; memakainya membuat kecepatan dan lonjakan terhitung terlalu kecil.

Hubungan dengan bab lain

Bab 57 · Kelistrikan & Kendali menurunkan persamaan Joukowsky, waktu kritis, dan pengaruh penutupan lambat, dengan contoh pipa tekan baja. Bab 2 · Fluida & Termal memberi dasar rugi tekan aliran tunak, dan bab Hidrolika jalur air unit RO menerapkannya pada selang dan fitting RO; keduanya menjelaskan perbedaan tekanan statis dan tekanan saat mengalir. Bab 3 · Fluida & Termal membahas sisi isap pompa dan kavitasi. Bab Osmosis balik menjelaskan mengapa unit berpompa hanya memerlukan tekanan masuk rendah. Bab Normalisasi data kinerja dan diagnosis sistem RO memakai bacaan tekanan saat pompa mati dan jalan untuk diagnosis. Bab 58 · Kelistrikan & Kendali membahas sakelar tekanan dalam rangkaian kendali pompa.

Latihan dan pembahasan

1. Tekanan statis di keran umpan unit berpompa terukur 2,3 bar siang hari dan 4,1 bar pada dini hari. Manual unit menetapkan 1–3 bar. Apa tindakannya, dan di mana PRV dipasang?
2. Unit dipasang di ujung jaringan dengan tekanan statis 0,6 bar. Seorang teknisi mengusulkan PRV. Apakah usul itu tepat?
3. Selang umpan 3/8 inci (diameter dalam 6,4 mm) diganti selang 1/4 inci (diameter dalam 4,3 mm) pada debit 3,15 L/menit. Hitung kecepatan baru dan perkirakan perubahan lonjakan.
4. Selang PE dari keran ke solenoid sepanjang 8 m, $V = 1{,}63$ m/s, $a = 300$ m/s, tekanan statis 3 bar. Hitung waktu kritis, lonjakan, dan tekanan puncak, lalu bandingkan dengan rating rumah filter 125 psi dan selang 120 psi.
5. Pompa menyala, jarum tekanan bergetar dan lambat naik, unit berbunyi kasar, dan kartrid baru saja diganti. Teknisi lain menduga membran kotor. Dugaan mana yang lebih kuat, dan apa yang dilakukan?
6. Kantong udara 100 cm³ pada 1 bar mutlak terjebak di puncak rumah filter. Berapa volumenya ketika tekanan mutlak naik ke 5 bar, dan berapa air yang harus masuk sebelum tekanan itu tercapai?

Kunci jawaban beralasan

1. Tekanan dini hari 4,1 bar melampaui batas 3 bar, sehingga PRV dipasang walaupun tekanan siang berada di dalam jendela. PRV diletakkan setelah keran utama dan sebelum prafilter, dengan saringan sebelumnya bila air berpasir dan pengukur tekanan sesudahnya; disetel sekitar 2–2,5 bar tanpa aliran dan diperiksa ulang setelah 24 jam.
2. Tidak. 0,6 bar berada di bawah batas bawah 1 bar; masalahnya kekurangan tekanan. PRV hanya menurunkan tekanan. Yang diperlukan adalah tangki dan pompa suplai.
3. $A = \pi (0{,}0043)^2/4 = 1{,}45 \times 10^{-5}$ m²; $V = 5{,}25 \times 10^{-5}/1{,}45 \times 10^{-5} \approx 3{,}62$ m/s, sekitar 2,2 kali kecepatan di selang 3/8 inci. Karena $\Delta p$ sebanding dengan $\Delta v$, lonjakan juga naik sekitar 2,2 kali bila $a$ dianggap sama.
4. $2L/a = 16/300 \approx 0{,}053$ s atau 53 ms; solenoid yang menutup dalam sekitar 30 ms lebih cepat, sehingga lonjakan mendekati penuh. $\Delta p = 1000 \times 300 \times 1{,}63 = 4{,}89 \times 10^{5}$ Pa ≈ 4,9 bar. Puncak $3 + 4{,}9 = 7{,}9$ bar, di bawah 8,6 bar rumah filter tetapi hanya sekitar 0,3 bar di bawah 8,2 bar selang. Margin itu terlalu tipis; kecepatan diturunkan, PRV dipasang, atau peredam ditambahkan.
5. Udara terjebak lebih kuat: kartrid baru saja diganti, dan gejala jarum bergetar serta tekanan lambat naik sesuai kantong udara yang harus dimampatkan dulu. Unit dihentikan dan udara dibuang menurut prosedur pabrikan dengan sistem dalam keadaan aman, lalu bacaan diperiksa lagi sebelum membran dicurigai.
6. $V_2 = 100 \times 1/5 = 20$ cm³. Sebanyak 80 cm³ air harus masuk sebelum tekanan mutlak mencapai 5 bar. Selama itu pompa memindahkan air ke ruang yang tadinya berisi udara, sehingga jarum naik lambat.

Referensi