Arsitektur program cuci: tahapan, peras antara, carry-over, dan bilasan bertahap

Di laundry sebuah hotel, program linen putih disusun dari acuan yang tidak sepakat tentang satu langkah. Program profesional 12 langkah, dari pracuci sampai peras akhir, menandai satu langkah dengan huruf kapital: peras antara. Pedoman dari pemasok kimia laundry di Amerika Serikat justru menyatakan tidak menganjurkan peras antara sama sekali, kecuali untuk benda yang sangat menyerap seperti kain pel, karena peras antara dianggap menekan kotoran kembali ke serat.

Panduan perencanaan dari pabrikan mesin mencatat keduanya dipakai: dulu empat bilasan menjadi aturan, sekarang tiga bilasan, atau dua bilasan ditambah peras antara, sama-sama umum. Perbedaan seperti ini tidak diselesaikan dengan memilih acuan yang paling meyakinkan. Perbedaan ini diselesaikan dengan memahami apa yang terjadi pada air dan kimia dari satu tahap ke tahap berikutnya, karena hasil cuci ditentukan oleh urutan tahap, dan setiap tahap mewarisi sisa dari tahap sebelumnya.

Batas pembahasan

Bab ini membahas program untuk mesin cuci-peras dengan tahap berurutan dalam satu drum: tujuan setiap tahap, carry-over dan pengenceran bertahap, peras antara, bilasan bertahap, akibat memangkas tahap, dan penempatan kimia dalam urutan. Mesin terowongan yang memakai aliran berlawanan arah disebut sebagai pembanding dan dibahas di Bab 34. Perangkat dan fisika di dalam drum, termasuk level air dan ekstraksi, dibahas di Bab 10 tentang washer-extractor; bab ini membahas urutan kerja yang dijalankan perangkat itu. Bab ini menyusun struktur program, sedangkan pemilihan program dan angka dosis untuk beban tertentu ada di Bab 12 tentang sortir dan penskalaan dosis. Angka waktu, suhu, dan level pada tabel adalah acuan dari program 12 langkah dan pedoman pemasok; program nyata disusun menurut jenis linen, derajat kotor, mesin, dan lembar data teknis kimia yang dipakai.

Tahapan standar dan tujuannya

Tabel berikut menyandingkan program 12 langkah dengan pedoman fungsi siklus dari pemasok kimia. Keduanya dipakai karena berbeda di beberapa angka, dan perbedaannya mengajarkan sesuatu.

Tiga perbedaan layak dibaca. Pertama, waktu cuci utama 10 sampai 15 menit di program 12 langkah dan paling lama 8 menit di pedoman pemasok. Waktu yang dibutuhkan bergantung pada laju naik suhu, jenis kimia, dan derajat kotor, seperti dibahas di Bab 5 tentang lima faktor pencucian; karena itu tidak dipilih satu angka, dan waktu dinilai dari hasil pada linen uji. Kedua, level bilas akhir. Level rendah menghemat pelembut karena konsentrasinya tercapai dengan dosis lebih kecil. Untuk penetral, bagian yang menetralkan sisa alkali bergantung pada massa alkali yang terbawa, bukan pada level air; hanya bagian yang mengatur pH air bilas yang ikut volume. Level tinggi memberi pengenceran tambahan bagi sisa yang belum terbuang. Pilihan yang masuk akal bergantung pada seberapa bersih bilasan sebelumnya, dan itu dapat diukur. Ketiga, target pH kain akhir 6 sampai 7 di program 12 langkah dan 5,5 sampai 6,5 di pedoman pemasok. Rak Laundry memakai 6 sampai 7, seperti tabel target per tahap di Bab 9 tentang pH, dengan catatan bahwa angka yang lebih rendah dipakai sebagian pemasok.

Carry-over dan pengenceran bertahap

Setiap kali bak dibuang, linen tidak ikut kering. Air bawaan (carry-over) adalah larutan yang tertahan di serat dan ruang di antara benang lalu terbawa ke bak berikutnya. Katun yang jenuh menahan sekitar 2,5 kg air per kilogram katun, sedangkan poliester sekitar 0,8 kg per kilogram. Setelah ekstraksi, kadar air sisa turun ke sekitar 50 sampai 70% tergantung mesin dan kain, seperti dibahas di Bab 10.

Bila larutan yang tertahan bercampur merata dengan air baru, setiap bilasan menyisakan sebagian kimia. Faktor sisa adalah bagian konsentrasi yang tertinggal sesudah satu bilasan:

$$f = \frac{R}{R + W}$$

dengan $R$ air yang tertahan di linen dalam L/kg dan $W$ air baru yang ditambahkan per kilogram linen, juga dalam L/kg. Setelah $n$ bilasan dengan faktor sisa yang sama, konsentrasi sisa adalah $C_n = C_0 f^n$, dengan $C_0$ konsentrasi pada akhir tahap sebelum bilasan dan $C_n$ sesudah $n$ bilasan, dalam satuan yang sama. Model ini diturunkan dari neraca massa dengan aritmetika rasio di Bab 1 · Satuan & Matematika tentang pecahan, persen, dan rasio.

Model ini punya dua batas yang menentukan cara membacanya. Pertama, pencampuran tidak pernah sempurna. Bahan di dalam serat keluar melalui difusi, sehingga bilasan terlalu singkat mengencerkan lebih sedikit daripada hitungan. Karena itu, bilasan tetap diberi waktu gerak beberapa menit dan tidak dipangkas menjadi isi lalu buang. Kedua, bahan yang terikat pada serat, seperti pelembut kationik atau sabun kapur, tidak mengikuti model pengenceran. Bahan seperti ini dicegah terbentuk, bukan dibilas.

Dari rumus itu terlihat dua cara menurunkan sisa kimia: menambah jumlah bilasan, atau menurunkan $R$ sebelum bilasan. Keduanya memakai air dan waktu dengan cara berbeda, dan itulah inti perdebatan peras antara.

Peras antara: apa yang dipotong, dan apa risikonya

Peras antara (intermediate extraction) adalah putaran drum pada putaran sedang tanpa air setelah bak dibuang. Tujuannya menurunkan $R$ dari tingkat jenuh ke tingkat terperas sebelum bilasan pertama. Dengan $R$ yang lebih kecil, faktor sisa $f$ bilasan pertama jauh lebih kecil, dan satu bilasan dapat dihemat untuk hasil pengenceran yang serupa. Contoh 1 menghitung besarnya.

Keberatan pedoman pemasok adalah bahwa peras antara menekan kotoran kembali ke serat dan menambah noda. Keberatan ini masuk akal secara mekanisme bila larutan yang diperas masih sangat kotor: saat larutan mengalir keluar menembus kain dengan gaya sentrifugal, partikel dapat tersaring oleh kain. Besar pengaruhnya belum terukur.

Kedua pandangan dapat diuji di ruang cuci sendiri. Satu jalan tengah adalah menempatkan peras antara setelah bilasan pertama, ketika larutan sudah jauh lebih encer, bukan langsung setelah cuci utama yang kotor. Susunan ini masih berupa usulan, dan diuji dengan membandingkan keputihan dan residu linen uji dari kedua susunan, seperti dibahas di Bab 20 tentang konsistensi operasi.

Dua catatan tambahan. Peras antara menambah waktu siklus beberapa menit dan menambah satu kali putaran berbeban yang dapat memicu ketidakseimbangan. Pada beban yang sangat menyerap, seperti kain pel dan alas, peras antara paling bermanfaat karena $R$ jenuhnya paling besar.

Bilasan bertahap dan kejut termal

Kejut termal (thermal shock) adalah perubahan suhu mendadak pada kain, misalnya pendinginan cepat dari suhu cuci tinggi. Suhu bilasan diturunkan secara bertahap, misalnya 40 sampai 50 °C pada bilasan pertama, untuk mencegahnya. Bab 2 tentang tekstil menetapkan pembagiannya: pendinginan cepat dari suhu tinggi menimbulkan lipatan permanen pada poliester dan campuran poliester, karena serat itu dibentuk ulang di atas suhu transisi kacanya.

Bilasan hangat punya alasan kedua yang tidak berkaitan dengan kain: bahan kimia laundry mudah larut dan terbuang pada air 110 sampai 140 °F, atau sekitar 43 sampai 60 °C. Bilasan pertama yang hangat membantu membuang alkali dan surfaktan; bilasan berikutnya dapat lebih dingin. Pedoman pemasok juga memperingatkan bahwa suhu tinggi pada bilasan setelah pemutih klorin mengaktifkan kembali pemutihan, dan tanpa pH yang tepat klorin menjadi tidak stabil. Karena itu, bilasan setelah klorin tidak dibuat panas.

Memangkas tahap memindahkan beban

Setiap tahap yang dipangkas tidak menghilangkan pekerjaannya; pekerjaan itu pindah ke tahap berikutnya.

Tanpa pembilasan awal atau pracuci. Kotoran larut air dan protein masuk ke cuci utama. Alkali terpakai lebih cepat, pH turun di tengah tahap, dan protein yang bertemu panas dan alkali kuat lebih sulit lepas, seperti dibahas di Bab 7 tentang enzim dan Bab 3 tentang kotoran dan noda.

Satu bilasan dipangkas. Sisa alkali di bilas akhir naik. Penetral yang dibutuhkan bertambah, dan bila penetral tidak ditambah, pH kain akhir naik. Contoh 2 menghitungnya.

Waktu bilasan dipangkas. Pengenceran lebih kecil daripada hitungan karena difusi belum selesai.

Peras akhir dipangkas. Air pindah ke pengering, seperti dihitung di Bab 10.

Program juga menentukan limbah. Alkali, surfaktan, dan penetral yang tidak dipakai efektif akhirnya dibuang ke saluran, dan susunan bilasan menentukan berapa banyak air yang membawanya. Bab 17 tentang limbah cair laundry membahas akibatnya.

Penempatan kimia dalam urutan

Bab 6 tentang kimia pembersih, Bab 7 tentang enzim, dan Bab 8 tentang oksidator menetapkan kondisi kerja tiap kelompok kimia. Urutan program menempatkannya sebagai berikut.

1. Enzim di pracuci atau awal cuci utama, sebelum suhu dan pH melewati jendela kerjanya, dan tidak bersamaan dengan pemutih klorin.
2. Alkali, surfaktan, dan emulsifier di cuci utama pada level rendah, dengan suhu sesuai kategori linen.
3. Pemutih di tahap pemutih atau akhir cuci utama, dengan pH diukur saat pemutih bekerja. Klorin hanya untuk linen putih yang tahan klorin.
4. Bilasan membuang sisa alkali dan pemutih. Antiklor dipakai bila klorin berisiko tersisa.
5. Penetral dan pelembut di bilas akhir, setelah klorin dipastikan terbilas. Pelembut membutuhkan waktu gerak beberapa menit untuk menempel; pedoman pemasok menyebut 4 sampai 5 menit.

Satu aturan praktik tetap berlaku: satu pemutih, satu pelembut, dan satu emulsifier per proses, agar sebab dan akibat setiap bahan dapat ditelusuri.

Satu batas keselamatan berlaku untuk semua susunan program: pemutih klorin dan penetral asam tidak pernah berada di bak yang sama. Pengenceran tidak pernah menghapus klorin sepenuhnya, sehingga susunan program menurunkan klorin sampai tidak terdeteksi: sekurang-kurangnya dua bilasan yang tidak panas, pemeriksaan klorin sisa dengan kertas uji pada bilasan sebelum penetral, dan antiklor bila klorin masih terdeteksi, seperti dibahas di Bab 8. Jalur atau manifold dispenser yang dipakai bersama juga dibilas di antara klorin dan penetral.

Perubahan program yang menggeser atau menghapus bilasan antara tahap pemutih dan tahap penetral diperlakukan sebagai perubahan terkendali, bukan penyetelan harian: ada orang yang ditunjuk untuk menyetujui, versi program dicatat, dan pada siklus pertama setelah perubahan klorin sisa diperiksa sebelum penetral masuk.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Semua contoh memakai model faktor sisa dengan pencampuran sempurna dan tanpa bahan yang terikat serat; model dipakai untuk membandingkan susunan, dan hasil nyata tetap diukur.

Contoh 1: sisa alkali dengan dan tanpa peras antara. Cuci utama berakhir dengan konsentrasi natrium hidroksida 1,20 g/L. Linen katun dianggap menahan $R = 2{,}5$ L/kg setelah pembuangan biasa, yaitu angka jenuh katun di bagian carry-over, dan $R = 1{,}0$ L/kg setelah peras antara, yaitu anggapan karena putaran sedang meninggalkan air lebih banyak daripada peras akhir. Setiap bilasan menambahkan $W = 3{,}0$ L/kg air baru. Faktor sisa bilasan dari pembuangan biasa dan bilasan pertama setelah peras antara:

$$f_{\text{b}} = \frac{2{,}5}{2{,}5 + 3{,}0} \approx 0{,}455, \qquad f_{\text{p}} = \frac{1{,}0}{1{,}0 + 3{,}0} = 0{,}25$$

Susunan A, tiga bilasan tanpa peras antara: $C_3 = 1{,}20 \times 0{,}455^3 \approx 0{,}113$ g/L. Susunan B, peras antara lalu dua bilasan: $C_2 = 1{,}20 \times 0{,}25 \times 0{,}455 \approx 0{,}136$ g/L. Susunan C, peras antara lalu tiga bilasan: $C_3 = 1{,}20 \times 0{,}25 \times 0{,}455^2 \approx 0{,}062$ g/L.

Susunan B menyisakan sekitar 20% lebih banyak daripada susunan A, tetapi dengan satu bilasan lebih sedikit; keduanya jauh lebih dekat satu sama lain daripada ke dua bilasan tanpa peras antara. Hasil ini sejalan dengan catatan pabrikan bahwa tiga bilasan, atau dua bilasan ditambah peras antara, sama-sama umum. Angka nyatanya lebih tinggi karena pencampuran tidak sempurna, sehingga model ini dipakai untuk membandingkan susunan, bukan untuk meramal pH akhir. pH akhir tetap diukur seperti di Bab 9 tentang pH dan pengukuran.

Contoh 2: kebutuhan penetral dari sisa alkali. Beban 50 kg. Sisa natrium hidroksida yang masuk bilas akhir dihitung dari konsentrasi bilasan terakhir Contoh 1 dan air yang tertahan, $R = 2{,}5$ L/kg. Susunan A: $0{,}113 \times 2{,}5 \times 50 \approx 14$ g NaOH. Susunan B: $0{,}136 \times 2{,}5 \times 50 \approx 17$ g NaOH. Bila satu bilasan dipangkas menjadi dua bilasan tanpa peras antara, konsentrasinya $1{,}20 \times 0{,}455^2 \approx 0{,}248$ g/L dan sisa yang masuk bilas akhir sekitar $0{,}248 \times 2{,}5 \times 50 \approx 31$ g NaOH.

Dengan stoikiometri asam asetat, 60 g asam per 40 g NaOH, kebutuhan asam minimum secara stoikiometri untuk menetralkan sisa itu sekitar 21 g pada susunan A, 26 g pada susunan B, dan 47 g pada susunan yang dipangkas. Memangkas satu bilasan menambah kebutuhan penetral lebih dari dua kali lipat. Angka ini adalah batas bawah: asam asetat adalah asam lemah, sehingga titik ekuivalennya berada di atas pH 7 dan mencapai pH 6 sampai 7 memerlukan kelebihan asam; karbonat dan penyangga lain juga memakan asam; dan penetral komersial belum tentu asam asetat. Bila dosis penetral tidak diubah, pH kain akhir naik, dan gejalanya dapat berupa kain kaku, menguning, atau keluhan iritasi, seperti dibahas di Bab 8 dan Bab 9.

Contoh 3: anggaran air dan waktu. Beban 50 kg dengan $W = 3{,}0$ L/kg per bilasan. Satu bilasan memakai $3{,}0 \times 50 = 150$ L air. Bila pengisian, gerak 3 menit, dan pembuangan memakan sekitar 6 menit, sedangkan peras antara memakan sekitar 3 menit termasuk percepatan dan perlambatan, maka:

• Susunan A (tiga bilasan): 450 L air bilasan, sekitar 18 menit.
• Susunan B (peras antara dan dua bilasan): 300 L air bilasan, sekitar 15 menit.

Susunan B menghemat 150 L dan sekitar 3 menit per beban dengan sisa alkali sekitar 20% di atas susunan A. Penghematan ini baru bernilai bila keputihan dan residu linen uji tidak memburuk. Bila uji menunjukkan noda bertambah, peras antara dipindah ke setelah bilasan pertama atau susunan kembali ke tiga bilasan. Angka waktu di sini ilustrasi dan diganti dengan waktu nyata dari mesin yang dipakai.

Contoh 4: klorin sisa sebelum penetral di laundry rumah sakit. Program linen putih sebuah rumah sakit memakai pemutih klorin dengan klorin aktif 150 mg/L di bak pemutih, lalu dua bilasan yang tidak panas dengan $R = 2{,}5$ L/kg dan $W = 3{,}0$ L/kg.

$$C_2 = 150 \times \left(\frac{2{,}5}{2{,}5 + 3{,}0}\right)^2 \approx 150 \times 0{,}455^2 \approx 31\ \text{mg/L}$$

Bahkan dengan pencampuran sempurna, dua bilasan masih menyisakan sekitar 31 mg/L, dan bilasan ketiga sekitar 14 mg/L. Karena itu, penetral tidak masuk sebelum kertas uji pada bilasan terakhir tidak mendeteksi klorin; bila masih terdeteksi, antiklor dipakai. Penambahan bilasan atau antiklor diperlakukan sebagai perubahan program terkendali.

Contoh 5: seragam staf poliester di laundry hotel. Seragam staf hotel berbahan poliester menahan sekitar $R = 0{,}8$ L/kg. Dengan $C_0 = 1{,}20$ g/L dan $W = 3{,}0$ L/kg seperti Contoh 1:

$$f = \frac{0{,}8}{0{,}8 + 3{,}0} \approx 0{,}211, \qquad C_2 = 1{,}20 \times 0{,}211^2 \approx 0{,}053\ \text{g/L}$$

Dua bilasan pada poliester menyisakan kurang dari separuh sisa tiga bilasan pada katun (0,113 g/L). Program seragam dapat diuji dengan dua bilasan, asalkan bilasan pertama tetap hangat dan suhu turun bertahap untuk mencegah lipatan permanen, dan pH akhir diukur seperti di Bab 9.

Contoh 6: kain pel dari tata graha hotel. Kain pel jenuh dianggap menahan $R = 4{,}0$ L/kg dan, setelah peras antara, $R = 1{,}0$ L/kg seperti Contoh 1.

$$f = \frac{4{,}0}{4{,}0 + 3{,}0} \approx 0{,}571$$

Tiga bilasan tanpa peras antara menyisakan $1{,}20 \times (4{,}0/7{,}0)^3 \approx 0{,}224$ g/L; peras antara lalu dua bilasan menyisakan $1{,}20 \times 0{,}25 \times 0{,}571 \approx 0{,}171$ g/L, sekitar 23% lebih rendah dengan satu bilasan lebih sedikit. Pada katun, susunan yang sama justru sekitar 20% lebih tinggi. Hasil ini sejalan dengan pengecualian kain pel pada pedoman pemasok dan dengan catatan bahwa peras antara paling bermanfaat pada beban yang $R$ jenuhnya besar.

Kondisi berhenti

Pada setiap keadaan berikut, siklus tidak dilanjutkan ke tahap berikutnya atau program tidak dipakai sebelum keadaannya dibetulkan, dan perubahan susunan program diputuskan orang yang ditunjuk untuk menyetujui perubahan program.

1. Kertas uji masih mendeteksi klorin pada bilasan sebelum penetral. Penetral tidak masuk; antiklor dipakai bila klorin masih terdeteksi.
2. Susunan program menempatkan pemutih klorin dan penetral asam di bak yang sama, atau menyisakan kurang dari dua bilasan yang tidak panas di antara keduanya. Klorin yang tersisa saat penetral asam masuk dapat membentuk gas klorin, seperti pada Latihan 6.
3. Bilasan setelah pemutih klorin dibuat panas.
4. Jalur atau manifold dispenser yang dipakai bersama belum dibilas di antara klorin dan penetral.
5. Bilasan antara tahap pemutih dan tahap penetral digeser atau dihapus tanpa persetujuan orang yang ditunjuk dan tanpa versi program yang dicatat, atau klorin sisa tidak diperiksa sebelum penetral masuk pada siklus pertama setelah perubahan.
6. Uji linen menunjukkan noda bertambah setelah peras antara dipasang. Peras antara dipindah ke setelah bilasan pertama atau susunan kembali ke tiga bilasan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 8 · Kimia tentang larutan dan konsentrasi memberi dasar konsentrasi dan pengenceran, Bab 1 · Satuan & Matematika tentang rasio memberi dasar aritmetika faktor sisa, dan Bab 1 · Sistem, Diagram & Diagnosis tentang batas sistem dan umpan balik memberi cara berpikir untuk melihat program sebagai rangkaian. Di rak Laundry, bab ini bersandar pada Bab 6 tentang kimia pembersih, Bab 7 tentang enzim, Bab 8 tentang oksidator, Bab 9 tentang pH dan pengukuran, dan Bab 10 tentang washer-extractor, serta menjadi dasar Bab 12 tentang sortir dan penskalaan dosis, Bab 1 · Dispensing Kimia tentang dispenser peristaltik, Bab 17 tentang limbah cair, dan Bab 19 tentang katalog gejala.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi yang dipakai. Angka dalam soal adalah data latihan.

Referensi