Air buangan, perangkap, dan ven: sistem DWV, segel perangkap, sifonase, jenis ven, zona busa, dan lubang pembersih

Sebuah hotel memindahkan dua mesin cuci ke lantai tiga dan menyambung buangannya ke pipa tegak buangan yang sudah ada. Sejak itu, ruang laundry lama di lantai dasar berbau selokan setiap pagi. Setiap kali mesin di lantai tiga menguras air, saluran lantai di lantai dasar mengeluarkan gelembung udara dan busa deterjen, dan wastafel di samping mesin di lantai tiga berbunyi menggelegak. Petugas sudah menyiram saluran itu dengan cairan pembersih, tetapi baunya kembali.

Bau, gelembung, dan bunyi itu adalah gejala yang sama: perangkap kehilangan segel airnya, sehingga udara dari saluran pembuangan masuk ke ruangan. Bab ini menjelaskan cara sistem buangan dan ven bekerja, mengapa segel air dapat hilang, dan cara membaca gejalanya sebelum memanggil perencana untuk mengubah jaringan.

Batas pembahasan

Bab ini membahas sistem DWV, perangkap dan segel air, penyebab segel hilang, jenis ven, pipa tegak buangan dan zona busa, lubang pembersih dan saringan, penyangga, dan diagnosis gejala.

Bab 3 tentang pengeboran, material ubin, dan plumbing dasar sudah menjelaskan secara umum bahwa perangkap menahan gas dan ven menghubungkan sistem buangan dengan udara. Bab ini menjelaskan mekanismenya. Tekanan dan kolom air diambil dari Bab 9 · Fisika tentang fluida statis, dan busa dari Bab 21 · Kimia tentang surfaktan, koloid, dan emulsi. Hidrolika pipa buangan, termasuk kemiringan dan kapasitas, dibahas di Bab 10 tentang hidrolika drainase. Kedalaman segel perangkap, ukuran ven, kemiringan, panjang ven, dan jarak lubang pembersih yang disyaratkan diatur SNI 8153-2015 dan peraturan setempat; angkanya tidak disalin.

Sistem DWV: buangan, limbah, dan ven

Sistem DWV (drain, waste, and vent) adalah jaringan pembuangan gedung yang terdiri atas saluran buangan, saluran limbah, dan pipa ven. Air buangan dari fixture mengalir melalui perangkap ke pipa cabang mendatar yang miring, lalu ke pipa tegak, pipa buangan gedung, dan saluran pembuangan kota atau instalasi pengolahan. Pipa tegak air kotor (soil stack) adalah pipa tegak besar untuk buangan di gedung.

Berbeda dengan pipa air bersih, pipa buangan tidak bertekanan. Air mengalir karena gravitasi, sebagian penuh, dengan udara di atasnya. Udara itu bergerak bersama air: ketika air turun di pipa tegak, ia mendorong udara di depannya dan menarik udara di belakangnya. Itulah sebab sistem buangan memerlukan pipa ven yang menghubungkannya dengan udara luar. Pipa besi cor dipakai untuk saluran sanitasi, limbah, ven, dan air hujan, dan pipa buangan dan ven di atas tanah harus disangga dan diikat kuat pada konstruksi gedung.

Perangkap dan segel air

Perangkap (trap) adalah lengkung pipa yang selalu menahan sedikit air. Air itu, yang disebut segel (trap seal), menutup jalan udara dari saluran pembuangan ke ruangan, tetapi tetap membiarkan air buangan lewat. Setiap bak cuci memiliki perangkap dan pipa buangan fixture, dan semua sambungan ke saluran air kotor harus diberi perangkap. Perangkap menutup suasana saluran pembuangan dari sistem buangan gedung.

Bentuk perangkap yang umum:

1. Perangkap P: lengkung dengan keluaran mendatar ke dinding. Karena bentuknya, perangkap P biasanya yang pertama tersumbat.
2. Perangkap S: keluaran turun ke lantai. Bentuk ini rawan sifonase sendiri karena air yang turun menarik segelnya, sehingga di banyak ketentuan tidak dipakai lagi.
3. Perangkap botol: ringkas, mudah dibuka, dipakai di bawah wastafel.
4. Perangkap saluran lantai: saluran lantai dianjurkan memakai perangkap bersegel dalam, karena saluran lantai jarang dialiri air.

Kedalaman segel (trap seal depth) adalah beda tinggi antara bibir keluaran perangkap dan titik terendah lengkung atasnya. Segel itu menahan beda tekanan sebesar

$\Delta p = \rho\,g\,h$

dengan $\Delta p$ beda tekanan dalam Pa, $\rho$ massa jenis air sekitar 1.000 kg/m³, $g = 9{,}81$ m/s², dan $h$ kedalaman segel dalam meter. Segel 50 mm menahan sekitar 490 Pa (Contoh 1). Setiap kejadian yang menimbulkan beda tekanan lebih besar daripada itu, atau mengurangi air di perangkap, dapat membuka jalan gas.

Mengapa segel hilang

Segel perangkap dapat hilang karena lima mekanisme:

1. Sifonase sendiri (self-siphonage). Ketika fixture dikosongkan dengan aliran penuh, air yang mengisi pipa buangan di belakang perangkap menarik segelnya ikut keluar, seperti selang sifon. Perangkap S paling rentan (Contoh 3).
2. Sifonase induksi (induced siphonage). Air yang turun di pipa tegak atau cabang menarik udara dan menurunkan tekanan di pipa yang tersambung, sehingga segel perangkap lain tersedot, walaupun fixture-nya tidak dipakai. Sifonase induksi terjadi ketika tidak ada air yang dibuang dari fixture itu sendiri.
3. Tekanan balik (back pressure). Di bagian bawah pipa tegak, air yang berbelok ke pipa mendatar memampatkan udara, sehingga tekanan naik dan mendorong segel keluar ke ruangan sebagai gelembung. Inilah gelembung di saluran lantai lantai dasar pada kasus pembuka. Tekanan +400 Pa di kaki pipa tegak, misalnya, hampir mendorong habis segel 50 mm yang hanya menahan sekitar 490 Pa, dan bila busa ikut mengumpul, tekanan dapat lebih tinggi.
4. Penguapan. Perangkap yang lama tidak dialiri air kehilangan segelnya karena menguap, seperti saluran lantai laundry yang jarang dipakai (Contoh 2).
5. Kapilaritas dan benda tersangkut. Serat atau rambut yang menjulur dari perangkap ke pipa keluaran menarik air sedikit demi sedikit seperti sumbu.

Bunyi menggelegak dari perangkap peralatan adalah salah satu gejalanya, yaitu tanda udara ditarik atau didorong melewati segel.

Ven: fungsi dan jenisnya

Pipa ven (vent pipe) adalah pipa di sistem plumbing untuk menyamakan tekanan dan memberi ventilasi pada sistem. Ven memberi udara masuk ketika air turun, sehingga tekanan di pipa tidak turun cukup jauh untuk menyedot segel, dan memberi udara keluar ketika air memampatkan udara di depannya. Ven juga membuang gas pembusukan dari saluran ke udara luar di atas atap.

Ven dibedakan menjadi beberapa jenis:

1. Ven individual: satu pipa ven untuk satu perangkap. Istilah ven belakang kadang dipakai sebagai sinonim ven atau ven individual.
2. Ven menerus: ven tegak yang merupakan lanjutan pipa buangan yang dihubungkannya.
3. Ven pipa tegak (stack vent): perpanjangan pipa tegak buangan di atas cabang tertinggi, hanya untuk udara.
4. Pipa tegak ven (vent stack): pipa ven tegak yang melayani ven cabang untuk fixture di dua lantai atau lebih.
5. Ven cabang dan ven sirkuit: ven cabang menghubungkan beberapa ven individual ke pipa tegak ven; ven sirkuit melayani sederet fixture pada satu cabang mendatar.
6. Ven basah dan ven kering: ven basah berfungsi ganda sebagai ven dan pipa buangan fixture tertentu, sehingga ukurannya lebih besar; ven kering hanya dilalui udara.

Ujung ven di atap juga perlu diperiksa berkala: sarang burung, daun, serat dari saluran buang pengering, atau tutup yang dipasang sembarangan dapat menyumbatnya tanpa terlihat dari dalam gedung. Ven harus berujung di udara luar pada tempat yang tidak membawa gas kembali ke ruangan, misalnya di atas atap dan jauh dari jendela dan masukan udara. Katup ven udara satu arah dipakai di sebagian instalasi untuk mengganti ven terbuka setempat, bila diizinkan ketentuan. Ukuran dan panjang ven ditentukan perencana. Kemiringan ven yang diajarkan dalam bahan ajar plumbing dinyatakan dalam satuan inci per kaki; angka itu contoh dari bahan ajar, bukan ketentuan di Indonesia.

Pipa tegak buangan dan zona busa deterjen

Air yang jatuh di pipa tegak tinggi bergerak cepat dan melekat ke dinding pipa seperti cincin, dengan inti udara di tengahnya. Di kaki pipa tegak, aliran berbelok ke pipa mendatar dan melambat tiba-tiba, sehingga terjadi loncatan air yang menutup penampang pipa dan menaikkan tekanan udara di bawahnya. Fixture yang tersambung dekat kaki pipa tegak paling rentan terhadap tekanan balik.

Buangan laundry menambah masalah khusus, yaitu busa. Zona tekanan busa (suds pressure zone) adalah bagian sistem buangan tempat busa deterjen mengumpul dan menaikkan tekanan udara. Pipa tegak buangan yang tinggi mempunyai zona tekanan lain, dan zona tekanan busa dikenal di empat lokasi. Busa mengalir turun dan mengendap di bagian bawah sistem buangan. Busa deterjen yang terbawa ke bawah mengumpul di kaki pipa tegak dan di belokan, menghambat aliran udara, dan ketika air berikutnya datang, busa dan udara terdorong keluar melalui perangkap terdekat. Bab 21 · Kimia tentang surfaktan, koloid, dan emulsi menjelaskan mengapa busa deterjen stabil dan sulit pecah. Pada kasus pembuka, dua mesin cuci di lantai tiga mengalirkan air berdeterjen ke pipa tegak yang sama dengan saluran lantai di lantai dasar, sehingga busa dan udara terdorong keluar di sana.

Pemecahan masalahnya adalah pekerjaan perencana: sambungan buangan laundry ke pipa tegak terpisah, ven pelepas di zona busa, atau sambungan fixture lantai dasar ke pipa buangan gedung yang terpisah dari pipa tegak. Teknisi berperan mengenali gejalanya dan mencatat lokasi dan waktunya. Catatan yang berguna bagi perencana memuat: fixture mana yang mengeluarkan busa atau gelembung, mesin mana yang sedang menguras pada saat itu, program cuci dan jenis deterjen yang dipakai, dan apakah gejala muncul pada setiap kuras atau hanya pada tahap bilas tertentu. Dosis deterjen yang berlebihan memperbesar busa, sehingga penyesuaian dosis bersama pemasok bahan kimia sering mengurangi gejala walaupun tidak menggantikan perbaikan ven.

Lubang pembersih dan saringan

Pipa buangan pada akhirnya tersumbat, sehingga harus dapat dibersihkan. Lubang pembersih (cleanout) adalah bukaan bertutup pada pipa buangan untuk memasukkan alat pembersih; lubang ini ditempatkan di belokan, di kaki pipa tegak, dan di sepanjang pipa mendatar. Lubang pembersih lantai dipakai untuk memberi akses ke pipa yang sulit dijangkau, dan lubang pembersih dipasang sehingga alat pembersih dapat dimasukkan searah aliran. Diameter lubang pembersih dianjurkan sama dengan diameter cabang pipa buangannya, sehingga alat pembersih dapat masuk penuh.

Saringan yang awet dianjurkan di lubang keluar semua fixture, kecuali yang perangkapnya menyatu dengan fixture. Saringan menahan serat, sisa makanan, dan benda kecil sebelum masuk ke pipa. Di laundry, serat kain dari mesin cuci adalah penyebab utama sumbatan dan sumbu kapiler di perangkap; di dapur, lemak dan sisa makanan, yang dibahas di Bab 15 tentang pemeliharaan dan diagnosis plumbing.

Sambungan buangan peralatan laundry dan dapur

Mesin cuci membuang air dalam waktu singkat dengan debit besar, dan pompa buang mesin dapat mendorong air dengan tekanan. Buangan mesin biasanya masuk ke pipa tegak terbuka atau bak penampung bersaluran dengan perangkap, sehingga ada celah udara antara selang mesin dan air buangan. Celah udara (air gap) adalah jarak terbuka antara ujung selang atau pipa buangan peralatan dan permukaan air di penerimanya. Celah udara itu mencegah air buangan tersedot kembali ke mesin, seperti dibahas di Bab 7 tentang fixture dan sambungan peralatan. Mesin pencuci piring juga memakai sambungan buangan dengan celah udara atau penyekat aliran balik sesuai petunjuk pabrik, seperti di Bab 10 · Dishwashing tentang instalasi dan komisioning mesin pencuci piring.

Debit puncak buangan mesin cuci perlu dibandingkan dengan kapasitas perangkap dan pipa yang menerimanya (Contoh 4). Pipa yang terlalu kecil membuat air meluap dari pipa tegak terbuka, dan aliran penuh di pipa cabang menimbulkan sifonase pada perangkap di dekatnya, seperti bunyi wastafel di kasus pembuka.

Membaca gejala: bau, bunyi, dan aliran lambat

Gejala di sistem buangan dapat dibaca secara berurutan:

1. Bau di ruangan yang jarang dipakai: segel menguap. Isi air ke perangkap; bila baunya hilang, pasang pengisi perangkap otomatis atau jadwalkan pengisian.
2. Bau atau gelembung saat fixture lain dipakai: sifonase induksi atau tekanan balik. Catat fixture mana yang dipakai dan perangkap mana yang bereaksi; ini petunjuk tentang ven yang tidak bekerja.
3. Bunyi menggelegak di fixture yang sedang dikosongkan: sifonase sendiri atau ven tersumbat.
4. Aliran lambat di satu fixture: sumbatan di perangkap atau cabang fixture itu.
5. Aliran lambat di banyak fixture: sumbatan di pipa bersama, ven tersumbat, atau saluran gedung penuh.
6. Busa keluar dari saluran lantai bawah: zona busa di kaki pipa tegak.

Cairan pembersih saluran tidak memperbaiki ven yang tersumbat atau zona busa, dan sebagian bersifat basa atau asam kuat sehingga berbahaya bila tercampur dengan bahan lain, seperti dibahas di Bab 25 · Kimia tentang reaktivitas dan ketidakcocokan bahan kimia.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: beda tekanan yang ditahan segel. Segel 50 mm: $\Delta p = 1.000 \times 9{,}81 \times 0{,}050 = 491$ Pa. Segel 75 mm: 736 Pa. Bila air yang turun di pipa tegak menurunkan tekanan cabang menjadi $-600$ Pa, segel 50 mm tersedot sedangkan segel 75 mm masih bertahan.

Contoh 2: penguapan segel saluran lantai. Bila segel 50 mm menguap 2 mm per hari, laju yang bergantung suhu dan aliran udara ruang, segel habis dalam $50/2 = 25$ hari. Saluran lantai laundry yang hanya dialiri air sebulan sekali akan berbau di minggu keempat.

Contoh 3: sifonase oleh kolom air. Kolom air 0,6 m yang jatuh penuh di pipa buangan di belakang perangkap dapat menurunkan tekanan sampai sekitar $\rho g h = 1.000 \times 9{,}81 \times 0{,}6 = 5.900$ Pa di puncak kolom, jauh di atas 491 Pa yang ditahan segel 50 mm. Itulah sebab pipa buangan fixture yang turun tegak tanpa ven menyedot perangkapnya sendiri.

Contoh 4: debit buangan mesin cuci. Mesin menguras 150 L dalam 60 s: debit puncak $150/60 = 2{,}5$ L/s. Dua mesin yang menguras bersamaan: 5 L/s. Perangkap dan pipa yang menerima buangan harus mampu menyalurkan debit itu tanpa meluap; kapasitas pipa dibahas di Bab 10 tentang hidrolika drainase.

Contoh 5: volume air untuk mengisi ulang segel. Perangkap saluran lantai berdiameter 100 mm dengan segel 50 mm menahan sekitar $\pi/4 \times 0{,}1^2 \times 0{,}05 = 0{,}39$ L di satu sisi lengkungnya. Satu liter air seminggu sekali sudah cukup untuk mengganti penguapan 2 mm per hari (sekitar 0,11 L seminggu).

Contoh 6: jumlah perangkap yang terancam. Pipa tegak melayani 6 lantai dengan 4 fixture per lantai. Bila hanya ven pipa tegak di atap yang ada dan cabang-cabang tidak berven, 24 perangkap bergantung pada satu jalan udara. Ven yang tersumbat sarang burung atau serat di atap memengaruhi semuanya, sehingga pemeriksaan ujung ven di atap adalah langkah awal yang murah.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan laporkan kepada pengawas atau penanggung jawab peralatan, yang memutuskan kapan pekerjaan boleh dilanjutkan, bila:

1. Lubang pembersih, pipa tegak, atau saluran gedung akan dibuka tanpa memastikan tidak ada fixture di atasnya yang sedang dipakai. Air buangan dapat menyembur keluar.
2. Saluran atau bak kontrol akan dimasuki, atau kepala dimasukkan ke lubang pemeriksaan. Gas dari saluran dapat beracun dan miskin oksigen; ikuti prosedur ruang terbatas dan Bab 1 · Keselamatan tentang bahaya, risiko, energi tersimpan, dan kondisi berhenti.
3. Cairan pembersih saluran akan dicampur atau dituang ke saluran yang masih berisi pembersih lain.
4. Pipa ven akan dipotong, ditutup, atau disambung ke saluran udara gedung, atau ujung ven di atap akan ditutup untuk mencegah bau.
5. Air buangan meluap dari saluran lantai atau lubang pembersih. Hentikan pemakaian fixture di atasnya sampai sumbatan dibersihkan.
6. Sambungan buangan peralatan akan dibuat langsung tanpa celah udara atau penyekat aliran balik yang disyaratkan pabrik.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 3 tentang pengeboran, material ubin, dan plumbing dasar memberi gambaran umum perangkap dan ven, Bab 9 · Fisika tentang fluida statis memberi tekanan kolom air, dan Bab 21 · Kimia tentang surfaktan, koloid, dan emulsi menjelaskan busa deterjen. Bab 7 tentang fixture dan sambungan peralatan membahas celah udara dan sambungan mesin, Bab 10 · Dishwashing tentang instalasi dan komisioning mesin pencuci piring membahas sambungan buangan mesin pencuci piring, Bab 25 · Kimia tentang reaktivitas dan ketidakcocokan bahan kimia membahas bahaya pembersih saluran, Bab 17 · Laundry tentang limbah cair laundry dan IPAL membahas limbah laundry, dan Bab 1 · Keselamatan tentang bahaya, risiko, energi tersimpan, dan kondisi berhenti menjadi dasar kondisi berhenti. Bab 10 tentang hidrolika drainase menghitung kemiringan dan kapasitas pipa buangan, dan Bab 15 tentang pemeliharaan dan diagnosis plumbing membahas lemak dan sisa makanan di saluran dapur.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, hitungan, atau alasannya.