Dosis deterjen dengan probe konduktivitas: setpoint, pulsa, alarm, mode aman, dan titrasi

Sebuah dapur rumah sakit memakai dispenser berprobe pada mesin konveyornya. Selama sebulan pemakaian deterjen stabil. Lalu dalam dua minggu pemakaiannya naik hampir sepertiga, tanpa ada perubahan jumlah rak. Teknisi pemasok bahan kimia mencabut probe dan menemukan permukaannya berlapis kerak dan lemak. Probe yang kotor membaca konduktivitas lebih rendah dari yang sebenarnya, sehingga dispenser terus menambah deterjen untuk mengejar setpoint yang sebenarnya sudah tercapai. Manual dispenser digital menyebut penyebab ini di urutan kedua untuk gejala "deterjen terlalu banyak": korosi atau partikel asing pada probe.

Batas pembahasan

Probe membuat dosis bereaksi terhadap keadaan tangki, tetapi juga membuat dosis bergantung pada satu sensor. Bab ini membahas cara kerja probe dan kelemahannya: apa yang diukur probe, letak probe, siklus kendali dan dosis pulsa, penetapan setpoint, alarm dan waktu tunda, mode aman, serta pengaruh air dan kotoran pada bacaan. Manual dispenser tidak memberi setpoint untuk produk tertentu; setpoint ditetapkan di lokasi dengan titrasi.

Konduktivitas air dan cara mengukurnya dengan konduktometer dibahas di Bab 9 · Dishwashing tentang mutu air, pelunak, kerak, dan descaling. Prinsip sensor proses secara umum ada di Bab 60 · Kelistrikan & Kendali tentang sensor proses dan transmiter. Dosis berbasis waktu dibahas di Bab 5 tentang dosis deterjen tanpa probe, pemasangan dan sinyal di Bab 4 tentang susunan dan pemasangan dispenser, serta troubleshooting dispenser di Bab 7 tentang bahan bantu bilas, perawatan, dan troubleshooting dispenser.

Apa yang diukur probe

Probe konduktivitas (conductivity probe) adalah sensor di tangki cuci yang mengukur kemampuan larutan tangki menghantarkan listrik. Deterjen mesin pencuci piring yang bersifat basa menaikkan konduktivitas larutan, sehingga bacaan probe naik bersama konsentrasi deterjen. Setpoint adalah bacaan probe yang dipertahankan dispenser di tangki. Dispenser membandingkan bacaan itu dengan setpoint: di bawah setpoint pompa berjalan, di atas setpoint pompa berhenti.

Ada tiga hal yang membatasi arti bacaan itu.

Probe tidak membaca konsentrasi deterjen secara langsung. Bacaan probe adalah konduktivitas total larutan, yaitu sumbangan air ditambah sumbangan deterjen dan zat lain yang terlarut. Dispenser tidak tahu bagian mana yang berasal dari deterjen. Karena itu, setpoint tidak dapat disalin dari lokasi lain; setpoint ditetapkan dengan titrasi di lokasi, seperti dibahas di bawah.

Satuan berbeda antardispenser. Dispenser digital menampilkan konduktivitas dalam satuan pabrikannya, dengan rentang setpoint 0,0 sampai 10,0 dan nilai awal 5,0. Manualnya menulis bahwa satu satuan itu kira-kira 1 mS, tetapi hanya bila probe bersih, dan konduktivitas kerja maksimum probe 10.000 µS. Kendali berpotensiometer tidak menampilkan angka sama sekali; setpoint disetel dengan memutar potensiometer konsentrasi pada rentang rendah atau tinggi.

Probe adalah sensor analog yang perlu dirawat. Panduan dispenser lokal menjelaskan mengapa dispenser itu belum memakai probe: sensor konduktivitas adalah sensor analog, dan tanpa standar pembanding hasil kalibrasinya akan terus berubah dan menyebabkan salah baca. Pengembangnya masih mencari sensor yang murah tetapi cukup akurat. Alasan itu tepat untuk semua dispenser berprobe. Probe yang kotor atau terkorosi membaca salah, dan dispenser tidak tahu bacaannya salah.

Letak probe

Dua manual memberi syarat letak probe yang hampir sama.

Manual tidak menuliskan alasan syarat-syarat itu, tetapi alasannya dapat dijelaskan dari cara kerja probe. Probe harus membaca larutan yang mewakili seluruh tangki. Di dekat titik injeksi, deterjen pekat yang belum tercampur membuat bacaan terlalu tinggi, sehingga pompa berhenti terlalu cepat dan tangki kekurangan deterjen. Di dekat air masuk, air segar membuat bacaan terlalu rendah dan tangki kelebihan deterjen. Di sudut dan dekat dasar, larutan kurang bergerak dan endapan berkumpul. Dekat isap pompa, larutan paling tercampur.

Kabel probe membawa sinyal kecil. Kedua manual memintanya dijauhkan dari kabel AC tegangan tinggi supaya tidak terganggu.

Siklus kendali dan dosis pulsa

Probe hanya membaca saat diaktifkan. Pada kendali berpotensiometer, sinyal deterjen dari mesin dibutuhkan untuk mengaktifkan pembacaan probe, dan sinyal itu diambil dari sumber yang hanya aktif selama fase cuci, misalnya kontaktor pompa cuci. Akibatnya, dosis berprobe hanya terjadi saat pompa cuci berjalan, ketika larutan tangki bersirkulasi dan bacaan probe mewakili tangki.

Saat bacaan di bawah setpoint, pompa deterjen berjalan terus. Dosis pulsa (pulse dosing) adalah pemberian deterjen dengan pompa yang menyala dan mati bergantian. Saat bacaan sudah dalam 15% dari setpoint, kendali yang sama beralih ke dosis pulsa: 3 detik nyala, 2 detik mati. Tujuannya, menurut manual, mencegah pemakaian bahan kimia berlebih. Manual hanya menyebut tujuan itu, dan mekanismenya dapat dijelaskan dari waktu campur. Deterjen yang baru masuk butuh waktu untuk tercampur dan sampai ke probe. Bila pompa berjalan terus sampai bacaan tepat di setpoint, deterjen yang masih dalam perjalanan akan membuat konsentrasi melewati setpoint. Dosis pulsa memberi waktu bagi deterjen untuk tercampur sebelum bacaan berikutnya.

Menetapkan setpoint dengan titrasi

Titrasi (titration) adalah pengukuran konsentrasi deterjen dalam sampel larutan tangki dengan kit titrasi bahan kimia. Kendali berpotensiometer memberi prosedur penyetelan setpoint yang lengkap.

1. Pilih rentang rendah, lalu putar potensiometer konsentrasi sedikit searah jarum jam. Deterjen akan didosis secara pulsa, lalu berhenti.
2. Uji konsentrasi larutan tangki dengan kit titrasi bahan kimia. Naikkan potensiometer sedikit demi sedikit sampai konsentrasi yang diinginkan tercapai.
3. Bila potensiometer sudah di posisi penuh searah jarum jam dan konsentrasi belum cukup, kembalikan potensiometer ke posisi penuh berlawanan arah jarum jam, lalu pindah ke rentang tinggi.
4. Putar lagi pelan-pelan sampai dosis mulai lalu berhenti, dan lanjutkan dengan titrasi sampai konsentrasi yang diinginkan tercapai.

Prosedur itu memperlihatkan peran titrasi. Titrasi mengukur konsentrasi deterjen; probe hanya mengukur konduktivitas. Setpoint probe adalah konduktivitas yang, di lokasi itu dan dengan air itu, bertepatan dengan konsentrasi yang diinginkan menurut titrasi. Dua manual dispenser juga menjadikan titrasi larutan tangki pemeriksaan wajib pada setiap kunjungan perawatan. Kit titrasi dan konsentrasi targetnya disediakan pemasok bahan kimia.

Alarm, waktu tunda, dan mode aman

Alarm dan waktu tunda

Bila setpoint tidak tercapai dalam waktu tertentu, kemungkinan besar produk habis, selang isap lepas, atau pompa tidak mengalirkan. Kedua dispenser berprobe memberi alarm untuk keadaan ini. Waktu tunda alarm (alarm delay) adalah batas waktu yang diberikan dispenser untuk mencapai setpoint sebelum alarm berbunyi.

Kendali berpotensiometer. Bila setpoint tidak tercapai dalam waktu tunda alarm, alarm berbunyi dan pompa tetap mendosis. Bila setpoint masih belum tercapai dalam waktu kedua, dua kali waktu pertama, alarm terus berbunyi dan pompa berhenti. Waktu tunda dapat disetel 1 sampai 64 s untuk tipe pintu dan 1 sampai 128 s untuk konveyor. Manual memberi aturan penyetelannya:

• Untuk konveyor, setel sedikit lebih lama dari waktu yang dibutuhkan untuk mencapai setpoint dengan tangki berisi air baru.
• Untuk tipe pintu, setel 5 sampai 10 detik kurang dari lama siklus cuci.

Dispenser digital. Waktu alarm produk habis bernilai awal 40 s dan dapat disetel 0 sampai 999 s; nilai 0 berarti tanpa alarm. Ada empat pesan alarm:

Pola keduanya sama: satu jendela waktu untuk memberi peringatan sambil tetap mendosis, lalu jendela kedua yang sama panjang sebelum pompa dihentikan. Pompa dihentikan supaya dispenser tidak terus memompa ke selang yang kosong atau ke tangki yang probenya rusak.

Kendali berpotensiometer juga menyediakan keluaran alarm jarak jauh 3 sampai 28 VDC, sehingga alarm dapat dipasang di tempat yang terdengar oleh petugas.

Mode aman

Mode aman (safe mode) adalah program darurat dispenser digital agar mesin tetap mendapat deterjen bila probe atau pompanya tidak bekerja.

• Mode aman hanya dapat dipakai pada mode probe, dan nilai awalnya mati.
• Bila diaktifkan, mode aman baru bekerja sendiri sesudah waktu alarm produk habis terlampaui. Tampilan menunjukkan "SAFE".
• Selama mode aman, pompa mendosis berdasarkan waktu, dengan isi awal dan isi ulang tersendiri (nilai awal 40 s dan 2 s).
• Dispenser kembali ke mode probe hanya bila konduktivitas sudah sekitar ±10% dari setpoint.

Mode aman menukar satu risiko dengan risiko lain. Tanpa mode aman, probe yang gagal membuat tangki tanpa deterjen sampai teknisi datang. Dengan mode aman, tangki mendapat deterjen berbasis waktu, yang ketepatannya bergantung pada setelan isi awal dan isi ulangnya. Bab 5 tentang dosis deterjen tanpa probe menjelaskan cara menghitung setelan itu. Mode aman yang sering aktif adalah tanda probe perlu diperiksa, bukan keadaan normal.

Pengaruh air, suhu, dan kotoran

Untuk melihat pengaruh hal-hal di luar deterjen, bacaan probe dapat dimodelkan sebagai konduktivitas air ditambah sumbangan deterjen:

$$\kappa = \kappa_\text{air} + \kappa_\text{det}$$

dengan $\kappa$ konduktivitas larutan yang dibaca probe, $\kappa_\text{air}$ konduktivitas air, dan $\kappa_\text{det}$ sumbangan deterjen, ketiganya dalam satuan yang sama, misalnya mS. Dispenser menghentikan pompa bila $\kappa$ mencapai setpoint $S$, sehingga sumbangan deterjen yang dipertahankan adalah

$$\kappa_\text{det} = S - \kappa_\text{air}$$

Model ini penyederhanaan yang mengandaikan sumbangan deterjen sebanding dengan konsentrasinya, dan hanya berlaku untuk air dan produk yang dipakai saat titrasi. Dari model itu ada tiga akibat.

Air berubah. Bila konduktivitas air naik, deterjen yang dibutuhkan untuk mencapai setpoint turun, dan tangki kekurangan deterjen tanpa ada yang salah pada dispenser. Bab 9 · Dishwashing tentang mutu air dan pelunak mencatat bahwa air booster dari pelunak yang bekerja baik sekitar 300 µS/cm lebih tinggi daripada air keran, dan bahwa air booster dapat jauh lebih tinggi lagi bila pelunak tidak bekerja benar. Setpoint yang ditetapkan sebelum pelunak dipasang tidak lagi tepat sesudahnya.

Suhu berubah. Konduktivitas larutan berubah dengan suhu. Manual servis yang dibahas di Bab 9 · Dishwashing meminta konduktometer berkompensasi suhu untuk memeriksa pelunak, tanda bahwa bacaan konduktivitas peka suhu. Manual dispenser tidak menyebut apakah probe dispenser berkompensasi suhu. Setpoint sebaiknya ditetapkan saat tangki sudah pada suhu kerja.

Probe kotor. Kerak, lemak, atau korosi pada permukaan probe membuat bacaan lebih rendah dari konduktivitas sebenarnya. Dispenser lalu menambah deterjen sampai bacaan yang salah itu mencapai setpoint. Tabel gangguan dispenser digital menyebut korosi atau partikel asing pada probe sebagai penyebab deterjen terlalu banyak, dan juga penyebab deterjen terlalu sedikit. Arah kesalahannya bergantung pada jenis kotorannya, dan manual tidak menjelaskan mekanismenya. Kotoran yang menyelimuti permukaan probe pada umumnya membuat bacaan lebih rendah, seperti pada kasus pembuka bab.

Merawat dan memverifikasi probe

Dispenser digital meminta probe dijaga bersih dan dibersihkan bila perlu pada setiap kunjungan perawatan, bersamaan dengan titrasi larutan tangki dan pemeriksaan tabung pompa. Manual itu juga mengaitkan satuan tampilannya dengan probe yang bersih, sehingga angka di layar hanya bermakna selama probe bersih.

Urutan di bawah bukan prosedur pabrikan; urutan itu mengikuti ketentuan manual di atas dan cara kerja probe.

1. Titrasi dulu. Ambil sampel larutan tangki dan titrasi sebelum menyentuh probe. Hasil ini menunjukkan apakah dosis saat itu benar.
2. Catat bacaan dispenser. Bandingkan bacaan dengan setpoint dan dengan hasil titrasi.
3. Periksa dan bersihkan probe dengan mesin dimatikan dan tangki dikuras atau cukup dingin. Periksa korosi, kerak, lemak, dan kabel yang tergores atau putus. Tabel gangguan dispenser digital menyebut kabel probe yang terbuka sebagai penyebab deterjen terlalu banyak.
4. Bandingkan dengan konduktometer tangan. Sampel larutan yang sama diukur dengan konduktometer berkompensasi suhu. Selisih besar antara bacaan dispenser dan konduktometer menunjukkan probe yang perlu dibersihkan atau diganti.
5. Titrasi ulang sesudah pembersihan. Probe yang baru dibersihkan dapat membaca jauh lebih tinggi daripada sebelumnya, sehingga dispenser mengurangi dosis. Konsentrasi harus diperiksa lagi sesudah beberapa rak.

Langkah kelima sering terlewat. Bila setpoint pernah diturunkan untuk mengimbangi probe kotor, membersihkan probe tanpa mengembalikan setpoint akan membuat tangki kekurangan deterjen, seperti dihitung di Contoh 6.

Probe atau tanpa probe

Pilihan antara dosis berprobe dan dosis berbasis waktu bergantung pada keadaan lokasi. Tabel ini membandingkan dosis tanpa probe dari Bab 5 tentang dosis deterjen tanpa probe dengan dosis berprobe dari bab ini.

Dosis berprobe lebih tahan terhadap perubahan di sisi mesin, sedangkan dosis tanpa probe lebih tahan terhadap perubahan air dan kotoran pada sensor. Di lokasi yang airnya berubah-ubah atau perawatannya jarang, dosis tanpa probe yang dihitung dengan benar dapat lebih stabil daripada probe yang tidak dirawat. Panduan dispenser lokal memilih tidak memakai probe sampai tersedia sensor yang cukup akurat, untuk alasan yang sama.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Angka rentang, waktu, dan alarm diambil dari manual.

Contoh 1: laju rata-rata saat dosis pulsa. Pompa 100 mL/menit dengan pulsa 3 s nyala dan 2 s mati:

$$\frac{t_\text{nyala}}{t_\text{nyala} + t_\text{mati}} = \frac{3}{3 + 2} = 0{,}6, \qquad q_\text{rata} = 0{,}6 \times 100 = 60\ \text{mL/menit}$$

Pulsa dimulai bila bacaan sudah dalam 15% dari setpoint. Untuk setpoint 3,0 mS, pulsa dimulai di $0{,}85 \times 3{,}0 = 2{,}55$ mS.

Contoh 2: waktu tunda alarm. Konveyor bertangki 70 L. Dengan konsentrasi 2 mL/L, tangki baru membutuhkan $2 \times 70 = 140$ mL, atau $140/1{,}667 = 84$ s pada pompa 100 mL/menit bila pompa berjalan terus. Waktu sebenarnya sedikit lebih lama karena dosis pulsa di bagian akhir. Menurut aturan manual, waktu tunda disetel sedikit lebih lama, misalnya 95 s, masih di bawah batas konveyor 128 s. Pompa baru dihentikan bila setpoint belum tercapai sesudah $2 \times 95 = 190$ s. Untuk hood dengan siklus cuci 60 s, waktu tunda disetel 50 sampai 55 s.

Contoh 3: air yang berubah. Setpoint 3,0 mS ditetapkan saat air keran 0,5 mS. Sumbangan deterjen $3{,}0 - 0{,}5 = 2{,}5$ mS. Sesudah pelunak dipasang, air menjadi 0,8 mS. Dengan setpoint yang sama, sumbangan deterjen tinggal $3{,}0 - 0{,}8 = 2{,}2$ mS. Bila sumbangan sebanding dengan konsentrasi, deterjen turun

$$\frac{2{,}5 - 2{,}2}{2{,}5} = 12\%$$

Titrasi ulang sesudah perubahan air menunjukkan berapa setpoint harus dinaikkan.

Contoh 4: probe kotor. Probe yang kotor membaca 80% dari konduktivitas sebenarnya. Dispenser berhenti bila bacaan 3,0 mS, yaitu bila konduktivitas sebenarnya

$$\kappa = \frac{3{,}0}{0{,}8} = 3{,}75\ \text{mS}$$

Sumbangan deterjen menjadi $3{,}75 - 0{,}5 = 3{,}25$ mS, dibanding 2,5 mS dengan probe bersih. Deterjen naik $3{,}25/2{,}5 - 1 = 30\%$, sama dengan kenaikan pada kasus pembuka bab. Membersihkan probe menyelesaikan masalah; menurunkan setpoint hanya menyembunyikannya sampai probe makin kotor.

Contoh 5: satuan tampilan. Nilai awal setpoint dispenser digital 5,0. Dengan satu satuan kira-kira 1 mS pada probe bersih, nilai itu sekitar 5 mS atau 5.000 µS, separuh dari batas kerja probe 10.000 µS. Konduktivitas air keran pada Contoh 3, 0,5 mS, hanya sepersepuluh dari nilai awal itu.

Contoh 6: probe dibersihkan, setpoint tidak dikembalikan. Pada mesin Contoh 4, probe yang kotor tidak dibersihkan; setpoint diturunkan untuk mengimbanginya. Supaya probe yang membaca 80% berhenti pada konduktivitas sebenarnya 3,0 mS, setpoint diturunkan menjadi $0{,}8 \times 3{,}0 = 2{,}4$ mS. Selama kotorannya tidak bertambah, dosis tampak benar, tetapi kesalahannya hanya tersembunyi. Kemudian probe dibersihkan pada kunjungan perawatan dan kembali membaca konduktivitas sebenarnya, sedangkan setpoint dibiarkan 2,4 mS. Sumbangan deterjen menjadi $2{,}4 - 0{,}5 = 1{,}9$ mS, dibanding 2,5 mS pada setpoint 3,0 mS yang ditetapkan dengan titrasi, sehingga deterjen turun

$$\frac{2{,}5 - 1{,}9}{2{,}5} = 24\%$$

Titrasi ulang sesudah pembersihan, langkah kelima perawatan probe, menemukan kekurangan ini, dan setpoint ditetapkan lagi dengan titrasi.

Kondisi berhenti

Prinsip umumnya ada di Bab 1 · Keselamatan tentang bahaya, risiko, energi tersimpan, dan kondisi berhenti. Pada dispenser berprobe, hentikan pekerjaan bila salah satu keadaan berikut ditemukan, dan serahkan kelanjutannya kepada teknisi pemasok bahan kimia atau personel berwenang atas mesin itu:

1. Probe akan dicabut atau dibersihkan saat tangki panas dan bertekanan semprot. Matikan mesin, isolasi, dan tunggu larutan cukup dingin; larutan tangki bersifat basa.
2. Setpoint akan diubah tanpa titrasi.
3. Alarm produk habis dimatikan (waktu alarm 0) untuk menghentikan bunyinya, tanpa sebab alarm diketahui.
4. Mode aman aktif berulang kali dan probe belum diperiksa.
5. Kabel probe dilewatkan bersama kabel daya tegangan tinggi.
6. Bahan kimia pengganti dipakai tanpa setpoint ditetapkan ulang.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Konduktivitas air dan konduktometer berkompensasi suhu dibahas di Bab 9 · Dishwashing tentang mutu air, pelunak, kerak, dan descaling. Sensor proses secara umum ada di Bab 60 · Kelistrikan & Kendali tentang sensor proses dan transmiter, dan kalibrasi instrumen di Bab 61 · Kelistrikan & Kendali tentang kalibrasi instrumen dan ketertelusuran. Dosis berbasis waktu, yang dipakai mode aman, dibahas di Bab 5 tentang dosis deterjen tanpa probe. Letak titik injeksi ada di Bab 4 tentang susunan dan pemasangan dispenser, dan gejala dispenser di Bab 7 tentang troubleshooting dispenser. Konsep konsentrasi dan sanitasi ada di Bab 1 · Dishwashing tentang siklus pencucian, dosis, dan sanitasi, dan prinsip kondisi berhenti di Bab 1 · Keselamatan tentang bahaya, risiko, dan energi tersimpan.

Latihan dan pembahasan