Dispenser mixing: prinsip venturi, rasio air dan bahan kimia, basis volume air dan larutan jadi, debit, tip pengukur, kekentalan, dan tekanan air

Bagian housekeeping sebuah hotel memakai dispenser mixing di ruang janitor setiap lantai untuk mengisi botol semprot pembersih kaca, pembersih kamar mandi, dan ember pembersih lantai. Pengelola mencatat bahwa jeriken pembersih lantai di lantai tiga habis hampir dua kali lebih cepat daripada lantai lain, padahal jumlah kamarnya sama. Petugas mengeluh lantai terasa lengket dan kaca bergaris, sedangkan petugas pagi berkata bahwa larutannya kadang terasa lebih pekat lagi. Ternyata beberapa bulan sebelumnya, supervisor mengganti tip pengukur pembersih lantai ke ukuran yang lebih besar karena menganggap larutan kurang bersih, dan tekanan air di lantai itu turun setiap pagi saat banyak tamu mandi.

Teknisi dispensing yang dipanggil tidak langsung mengganti tip. Ia membaca label produk, menghitung rasio yang diminta, mengukur tekanan air pada jam ramai dan jam sepi, dan mengukur berapa bahan kimia yang benar-benar terisap. Hasilnya menunjukkan dua sebab yang saling menumpuk. Bab ini menjelaskan cara kerja dan perhitungan dispenser mixing, sehingga teknisi dapat menjelaskan angka seperti itu dan memilih tindakan dengan dasar.

Batas pembahasan

Bab ini membahas dispenser mixing, yaitu pengencer venturi yang mencampur air dan bahan kimia pekat menjadi larutan siap pakai untuk botol semprot dan ember, di housekeeping, area publik, dan dapur. Jenis alat dan pemasangan ada di Bab 9 tentang jenis dan pemasangan dispenser mixing, kalibrasi dan perawatan di Bab 10 tentang kalibrasi, komisioning, dan perawatan dispenser mixing, dan gangguan serta laporan di Bab 11 tentang troubleshooting dan laporan dispenser mixing. Prinsip eduktor dan laju bahan kimia yang hampir tetap sudah dijelaskan di Bab 2 tentang dispenser venturi laundry; persamaan Bernoulli di Bab 2 · Fluida & Termal tentang Bernoulli, rugi tekan, dan sistem perpipaan; neraca pengenceran tangki di Bab 5 tentang dosis deterjen tanpa probe; dan dispenser peristaltik di Bab 1. Rasio, tip, dan tekanan untuk alat tertentu diambil dari manual pabrik dan label produk.

Apa itu dispenser mixing dan apa yang bukan

Dispenser mixing (mixing dispenser) adalah alat untuk mencampur air dan bahan kimia secara otomatis menurut rasio tertentu. Alat ini tidak memompa bahan kimia dengan motor, tetapi menariknya dengan daya isap yang timbul dari aliran air bertekanan di dalam venturi: air masuk, bahan kimia terisap, lalu keluar sebagai larutan siap pakai. Contoh pemakaiannya adalah pembersih serbaguna, pembersih kamar mandi, dan pembersih kaca di housekeeping, pembersih lantai di area publik, serta sabun cuci manual dan pembersih lemak di dapur.

Batasnya juga tegas. Dispenser mixing tidak bekerja menurut sinyal mesin seperti dispenser mesin pencuci piring di Bab 4 tentang susunan dan sinyal dispenser mesin pencuci piring. Ia bukan pompa dosis listrik dengan motor dan selang peras seperti di Bab 1 tentang dispenser peristaltik. Ia tidak memperbaiki mutu air, tidak mengukur konsentrasi secara otomatis, dan tidak menggantikan prosedur pemakaian bahan kimia. Akibat batas terakhir ini penting: rasio yang tertulis pada tip hanyalah perkiraan, dan hasilnya harus dibuktikan dengan pengukuran seperti di Bab 10 tentang kalibrasi dispenser mixing.

Manfaatnya: rasio terjaga, hasil larutan lebih stabil dibanding menuang manual, bahan kimia tidak terbuang, operator tidak menuang bahan pekat secara langsung, pengisian botol dan ember lebih cepat, dan rasio dapat diuji, dikalibrasi, serta dicatat. Gambaran dosis dan dispenser di dapur ada di Bab 1 · Dishwashing tentang siklus pencucian, dosis, pembilasan, sanitasi, dan dispenser.

Prinsip venturi pada pengencer

Urutan kerjanya sebagai berikut: air dari jalur pasokan masuk ke dispenser, melewati saringan, lalu melewati jalur sempit di venturi. Aliran air yang melewati venturi menimbulkan daya isap. Daya isap itu menarik bahan kimia dari jeriken melalui katup kaki dan selang isap, melewati tip pengukur, bercampur dengan air di dalam dispenser, lalu keluar melalui selang keluaran ke botol atau ember.

Fisikanya sama dengan eduktor di Bab 2 tentang dispenser venturi laundry: penyempitan menaikkan kecepatan air dan menurunkan tekanan statis menurut persamaan Bernoulli di Bab 2 · Fluida & Termal, sehingga ruang isap berada di bawah tekanan atmosfer dan tekanan atmosfer di permukaan jeriken mendorong bahan kimia naik. Akibatnya, air adalah tenaga utama, sehingga bila tekanan air lemah, tidak stabil, atau jalurnya tersumbat, isapan bahan kimia ikut terganggu. Yang memengaruhi hasil isapan adalah tekanan air, debit air, ukuran tip, kekentalan bahan kimia, keadaan katup kaki, kebocoran selang isap, dan hambatan di jalur isap.

Perbedaan dengan dispenser laundry di Bab 2 terletak pada cara dosis dikendalikan. Pada dispenser laundry, dosis diatur oleh lamanya katup air terbuka. Pada dispenser mixing, operator memegang tombol selama botol atau ember diisi, sehingga yang dikendalikan alat adalah rasio, bukan jumlah total. Jumlah bahan kimia per botol bergantung pada rasio dan volume yang diisi.

Rasio air dan bahan kimia

Rasio pengenceran (dilution ratio) dibaca sebagai air : bahan kimia. Rasio 20:1 berarti 20 bagian air untuk 1 bagian bahan kimia. Dengan $R$ sebagai rasio itu, volume bahan kimia untuk sejumlah air adalah:

Untuk 1 L air, bahan kimianya 125 mL pada 8:1, 62,5 mL pada 16:1, 50 mL pada 20:1, 31,25 mL pada 32:1, 15,6 mL pada 64:1, dan 7,8 mL pada 128:1.

Pada aliran yang berjalan, rasio adalah perbandingan debit air dan debit bahan kimia, dan debit keluaran adalah jumlah keduanya:

Rasio yang lebih besar berarti larutan lebih encer. Karena itu, istilah "menaikkan rasio" sering membingungkan di lapangan: dari 32:1 ke 64:1 berarti mengencerkan, bukan memekatkan. Laporan teknisi sebaiknya menulis rasio lengkap dan kata "lebih pekat" atau "lebih encer", bukan "dinaikkan" atau "diturunkan".

Basis volume air dan basis larutan jadi

Sebelum menghitung, basisnya harus ditentukan: 1 L air atau 1 L larutan jadi. Bila targetnya adalah volume larutan jadi, jumlah bagiannya $R + 1$:

dengan $c$ fraksi volume bahan kimia pekat di dalam larutan. Pada 20:1, misalnya, 1 L air memerlukan sekitar 50 mL bahan kimia, sedangkan 1 L larutan jadi memerlukan $1.000/21 = 47{,}6$ mL bahan kimia dan 952,4 mL air.

Selisih kedua basis kecil pada rasio encer dan besar pada rasio pekat. Pada 64:1, selisihnya sekitar 1,5 persen; pada 4:1, selisihnya 25 persen. Label produk juga tidak seragam: ada yang menulis "1:64" untuk 1 bagian produk dalam 64 bagian air, dan ada yang memakai arti 1 bagian dalam 64 bagian larutan, ada pula yang menulis gram per liter atau persen. Teknisi menyalin tulisan label apa adanya ke laporan, lalu menyebut basis yang dipakai untuk menghitung.

Persen, kadar bahan aktif, dan label produk

Fraksi $c$ dapat dinyatakan dalam persen: 1:64 dalam arti air:bahan kimia sama dengan $1/65 = 1{,}54$ persen volume. Bila produk pekat mengandung bahan aktif dengan kadar tertentu, kadar di larutan adalah kadar di produk dikalikan $c$. Misalnya produk dengan 10 persen bahan aktif yang diencerkan 64:1 menghasilkan sekitar 0,15 persen bahan aktif di larutan.

Hal ini menjelaskan mengapa rasio ditentukan oleh produk dan pekerjaan, bukan oleh selera. Larutan yang terlalu encer tidak membersihkan. Larutan yang terlalu pekat tidak membersihkan lebih baik, malah meninggalkan residu lengket atau bergaris, seperti lantai dan kaca di kasus pembuka, menambah biaya, dan untuk bahan tertentu menambah bahaya bagi pengguna dan permukaan. Alasan kalibrasi adalah larutan sesuai standar, bahan kimia tidak berlebihan, tidak terlalu encer sehingga tetap efektif, dan tidak terlalu pekat sehingga tetap aman. Bahan kimia di tempat kerja teknisi dibahas di Bab 6 · Keselamatan tentang bahan kimia di pekerjaan teknisi, dan campuran berbahaya di Bab 8 · Laundry tentang oksidator, penyelesai, dan campuran berbahaya.

Debit dan waktu isi

Debit keluaran menentukan seberapa cepat botol dan ember terisi, dan sekaligus menunjukkan jenis venturi. Lembar data pengencer satu produk menyebut unit isi botol sekitar 1 gal/menit, yaitu sekitar 3,8 L/menit, dan lembar data pengencer empat produk menyebut unit isi ember sekitar 4 gal/menit, sekitar 15 L/menit; keduanya menyebut bahwa unit dapat diubah dari aliran rendah ke aliran tinggi dengan mengganti venturi. Lembar data pengencer ringkas menyebut debit 8,3 L/menit untuk model isi botol maupun isi ember.

Waktu isi adalah volume wadah dibagi debit keluaran:

Debit tinggi cocok untuk ember dan tidak cocok untuk botol semprot kecil, karena botol cepat meluap dan berbusa. Debit rendah untuk ember membuat petugas menunggu dan sering tergoda menuang langsung dari jeriken. Pemilihan venturi termasuk keputusan pemasangan di Bab 9 tentang jenis dan pemasangan dispenser mixing.

Tip pengukur, kekentalan, dan tekanan air

Tip pengukur

Tip pengukur (metering tip) adalah pembatas aliran di jalur bahan kimia yang mengatur banyaknya bahan kimia yang terisap: tip yang lebih besar menghasilkan larutan lebih pekat, tip yang lebih kecil larutan lebih encer. Tip biasanya diberi warna atau nomor. Manual pengencer ringkas memuat tabel pengenceran yang diuji dengan air pada 2,75 bar dan produk berkekentalan 1,0 cP: tip nomor 70 berwarna krem untuk 8:1, nomor 40 biru untuk 16:1, nomor 28 hijau untuk 32:1, nomor 20 kuning untuk 64:1, dan nomor 14 ungu untuk 128:1. Lembar data alat yang sama menyebut rentang pengenceran 8:1 sampai 128:1, dan lembar data pengencer berkenop menyebut dua set tip berulir berkode warna dalam perlengkapan setiap unit.

Dua catatan penting. Pertama, warna dan nomor tip berbeda antarpabrik, sehingga tabel satu alat tidak dapat dipakai untuk alat lain. Kedua, tabel pabrik berlaku pada kondisi ujinya. Rasio tip tidak boleh dipercaya secara buta dan harus dibuktikan dengan kalibrasi nyata, karena kondisi lapangan dapat berbeda dari kondisi uji pabrik.

Kekentalan bahan kimia

Tabel pabrik diuji dengan produk 1,0 cP, kira-kira sekental air. Banyak pembersih lantai, sabun cuci manual, dan pembersih lemak lebih kental. Bahan kimia yang kental lebih sulit terisap, sehingga larutan dapat terlalu encer.

Arah pengaruhnya dapat dijelaskan dengan aliran melalui lubang sempit. Untuk cairan encer, aliran melalui tip terutama dibatasi oleh luas lubang. Untuk cairan kental, gesekan di dalam tip dan selang isap makin menentukan, dan pada aliran laminar debit berbanding terbalik dengan kekentalan menurut hukum Hagen-Poiseuille. Hubungan itu hanya menunjukkan arah, karena jalur isap nyata bukan pipa lurus sederhana. Dalam praktik, setiap produk kental dikalibrasi sendiri dan biasanya memerlukan tip yang lebih besar daripada yang tertulis di tabel untuk rasio yang sama.

Tekanan air dan pengaruhnya pada rasio

Manual pengencer ringkas meminta alat dipasang hanya pada keran dengan tekanan 2,8 bar minimum dan 5,8 bar maksimum, dengan suhu air paling tinggi 49 °C, sedangkan lembar datanya menulis tekanan kerja 1,7 sampai 5,5 bar dinamis. Di lapangan yang dipakai adalah manual alat yang dipasang, dan tekanan diukur saat air mengalir.

Akibat tekanan yang salah: tekanan terlalu rendah membuat bahan kimia tidak terisap atau larutan terlalu pekat karena aliran air tidak cukup; tekanan terlalu tinggi menambah risiko bocor, mempercepat kerusakan segel, dan dapat mengubah rasio; tekanan naik-turun membuat rasio tidak stabil; saringan kotor dan katup penurun tekanan yang bermasalah menurunkan dan menggoyang tekanan.

Bahwa tekanan rendah dapat menghasilkan larutan lebih pekat maupun tidak ada bahan kimia sama sekali tampak bertentangan, tetapi keduanya cocok dengan tafsiran di Bab 2 tentang dispenser venturi laundry. Selama tekanan di atas batas minimum, laju bahan kimia hampir tetap karena dibatasi tip dan jalur isap, sedangkan debit air turun mengikuti tekanan, kira-kira sebanding dengan akar tekanan untuk aliran melalui lubang. Rasio lalu mengecil dan larutan menjadi lebih pekat. Di bawah batas minimum, vakum runtuh dan bahan kimia berhenti terisap, sehingga yang keluar hampir air saja. Penjelasan ini masih tafsiran; buktinya adalah pengukuran pada tekanan berbeda seperti di Bab 10 tentang kalibrasi dispenser mixing.

Pemakaian dan biaya bahan kimia

Pemakaian bahan kimia per hari adalah volume larutan per hari dibagi $R + 1$:

Lama satu jeriken adalah volume jeriken dibagi pemakaian harian. Biaya per liter larutan adalah harga bahan kimia per liter dibagi $R + 1$. Angka-angka sederhana ini adalah alat audit terkuat teknisi dispensing: bila jeriken habis jauh lebih cepat daripada hitungan dari jumlah botol dan ember yang diisi, ada tiga kemungkinan, yaitu rasio di lapangan lebih pekat daripada yang dikira, pemakaian larutan lebih banyak daripada yang dicatat, atau bahan kimia dipakai di luar dispenser. Audit seperti itu dibahas di Bab 11 tentang troubleshooting dan laporan dispenser mixing.

Contoh kerja

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

Contoh 1: debit bahan kimia. Unit isi botol mengeluarkan 3,8 L/menit pada 32:1. Debit bahan kimia $3{,}8/33 = 0{,}115$ L/menit, yaitu 115 mL/menit, dan debit air 3,685 L/menit.

Contoh 2: pemakaian harian dan umur jeriken. Housekeeping satu lantai mengisi 40 botol 750 mL per hari, yaitu 30 L larutan, pada 32:1. Pemakaian bahan kimia $30/33 = 0{,}91$ L per hari, sehingga jeriken 5 L bertahan sekitar $5/0{,}91 = 5{,}5$ hari.

Contoh 3: tip yang terlalu besar. Bila tip diganti sehingga rasio menjadi 16:1, pemakaian untuk 30 L larutan menjadi $30/17 = 1{,}76$ L per hari, sekitar 1,94 kali lipat. Dalam 30 hari, selisihnya $(1{,}76 - 0{,}91) \times 30 = 25{,}5$ L. Dengan harga Rp 45.000 per liter, pemborosannya sekitar Rp 1,15 juta per bulan, dan lantai menjadi lengket.

Contoh 4: tekanan pagi yang rendah. Pada 2,75 bar, debit air 3,685 L/menit dan bahan kimia 0,115 L/menit, rasio 32:1. Pagi hari tekanan turun ke 1,8 bar. Debit air menjadi sekitar $3{,}685 \times \sqrt{1{,}8/2{,}75} = 3{,}685 \times 0{,}809 = 2{,}98$ L/menit. Bila laju bahan kimia tetap 0,115 L/menit, rasio menjadi $2{,}98/0{,}115 = 25{,}9$:1, lebih pekat sekitar seperlima. Ditambah tip yang terlalu besar pada Contoh 3, ini menjelaskan keluhan petugas pagi di kasus pembuka.

Contoh 5: produk kental. Pembersih lantai baru yang lebih kental memakai tip yang sama. Pengukuran menunjukkan laju bahan kimia turun dari 115 menjadi 60 mL/menit, sehingga rasio menjadi $3{,}685/0{,}060 = 61$:1, hampir dua kali lebih encer dari target 32:1. Tip yang lebih besar dipilih dan diukur ulang.

Contoh 6: memilih tip dari label. Label pembersih serbaguna meminta pengenceran antara 1:40 dan 1:80 untuk pembersihan harian, dalam arti air:produk. Dari tabel alat di manual pengencer ringkas, tip kuning untuk 64:1 berada di dalam rentang itu, sedangkan tip hijau 32:1 terlalu pekat. Tip kuning dipasang sebagai titik awal, lalu rasio nyatanya dibuktikan dengan kalibrasi di Bab 10 tentang kalibrasi dispenser mixing.

Kondisi berhenti

Hentikan pemakaian dispenser dan laporkan kepada teknisi atau penanggung jawab bila:

1. Label bahan kimia di jeriken tidak terbaca, tertukar, atau tidak sesuai dengan selang dan tombol yang dipakai.
2. Larutan berbau menyengat, berasap, berbuih tidak wajar, atau berubah warna, yang dapat menandakan dua bahan tercampur; jauhkan orang dan ikuti lembar data keselamatan, seperti Bab 6 · Keselamatan tentang bahan kimia di pekerjaan teknisi.
3. Dispenser bocor bahan pekat, atau selang keluaran tidak dapat diarahkan dengan aman ke wadah.
4. Tekanan air jauh di luar rentang manual, atau air yang masuk panas di atas batas manual.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 2 tentang dispenser venturi laundry memberi prinsip eduktor dan laju bahan kimia yang hampir tetap, dan Bab 2 · Fluida & Termal tentang Bernoulli, rugi tekan, dan sistem perpipaan memberi persamaan Bernoulli. Neraca pengenceran ada di Bab 5 tentang dosis deterjen tanpa probe, dispenser peristaltik di Bab 1, dispenser mesin pencuci piring di Bab 4, bahan kimia di Bab 6 · Keselamatan tentang bahan kimia di pekerjaan teknisi, dan campuran berbahaya di Bab 8 · Laundry tentang oksidator dan penyelesai. Bab 9 tentang jenis dan pemasangan, Bab 10 tentang kalibrasi dan perawatan, dan Bab 11 tentang gangguan dan laporan melanjutkan bab ini untuk dispenser mixing.

Latihan dan pembahasan