Dosis deterjen tanpa probe: isi awal, isi ulang per rak, dan neraca pengenceran tangki

Sebuah hotel memasang dispenser tanpa probe pada mesin konveyornya. Pagi hari hasil cuci baik. Menjelang siang piring mulai berminyak, padahal jeriken deterjen tidak kosong dan pompa terdengar berjalan. Teknisi memeriksa setelan dispenser dan menemukan sakelar jenis mesin pada posisi tipe pintu. Pada posisi itu, dispenser memberi satu isi ulang setiap kali sinyal bilas muncul. Di mesin tipe pintu, satu sinyal bilas sama dengan satu rak. Di konveyor, sinyal bilas menyala terus selama rak masuk berurutan, sehingga dua puluh rak yang lewat tanpa jeda hanya mendapat satu isi ulang.

Manual dispenser itu menyediakan posisi konveyor untuk keadaan ini: isi ulang diberikan setiap 12 detik selama sinyal bilas menyala. Kasus ini menunjukkan inti dosis tanpa probe. Dispenser tidak mengukur apa pun di tangki. Dispenser menebak kebutuhan deterjen dari sinyal dan waktu, sehingga logika tebakannya harus cocok dengan cara mesin bekerja.

Batas pembahasan

Bab ini membahas dosis deterjen dengan waktu, tanpa probe konduktivitas: isi awal, isi ulang, logika tipe pintu dan konveyor, kecepatan pompa sebagai rasio waktu nyala, neraca pengenceran tangki, verifikasi di lapangan, dan batas cara ini.

Laju alir pompa peristaltik dan cara mengkalibrasinya dibahas di Bab 1 tentang dispenser peristaltik, dan konsep konsentrasi serta pengenceran di Bab 1 · Dishwashing tentang siklus pencucian, dosis, dan sanitasi. Bab ini memakai hubungan dosis sama dengan laju alir kali waktu dari kedua bab itu. Pemasangan dan sinyal dibahas di Bab 4, dosis dengan probe di Bab 6, dan bahan bantu bilas di Bab 7.

Tidak satu pun manual dispenser atau mesin yang dibahas memberi konsentrasi deterjen yang benar; angka itu milik pemasok bahan kimia. Konsentrasi target 2 mL produk per liter air di bab ini hanya dipakai untuk berhitung. Angka itu bukan anjuran. Volume tangki, volume bilas, dan laju pompa diambil dari manual dan disebut asalnya.

Mengapa deterjen harus ditambah setiap rak

Bab 3 · Dishwashing tentang sistem air menjelaskan bahwa air bilas akhir jatuh ke tangki cuci dan mendorong sebagian larutan tangki keluar lewat luapan. Setiap rak membawa air bilas segar masuk dan membuang larutan berdeterjen dalam volume yang sama. Akibatnya, konsentrasi deterjen di tangki turun setiap rak, walaupun tidak ada deterjen yang "terpakai" secara kimia.

Satu manual dispenser menuliskannya dengan dua istilah. Isi awal (initial charge) adalah deterjen yang diberikan sampai setpoint ketika mesin pertama kali diisi. Isi ulang (recharge) adalah deterjen yang diberikan untuk menjaga setpoint ketika air bilas mengencerkan larutan tangki. Dispenser lain memakai nama yang berbeda untuk dua fungsi yang sama: muatan pertama dan muatan ulang, atau dosis isi awal dan dosis tambahan.

Manual dispenser tidak membahas sumber pengenceran lain, tetapi sumber itu perlu disadari: larutan yang terbawa piring keluar dari mesin, penambahan air oleh pelampung saat level turun, dan pengurasan di tengah hari. Semuanya membuat tebakan berbasis waktu meleset.

Isi awal

Isi awal adalah sejumlah deterjen yang diberikan sekali saat tangki baru diisi air. Jumlahnya sama dengan konsentrasi target kali volume tangki:

$$V_0 = c\,V_\text{t}$$

dengan $V_0$ volume produk (mL), $c$ konsentrasi target (mL/L), dan $V_\text{t}$ volume tangki (L). Waktu pompa yang dibutuhkan adalah volume itu dibagi laju alir pompa $q$:

$$t_0 = \frac{V_0}{q}$$

Keempat dispenser memicu isi awal dengan cara berbeda.

Pemicu isi awal harus cocok dengan cara mesin diisi. Mesin yang mengisi tangki lewat katup bilas tidak punya sinyal "isi" tersendiri; satu dispenser menanganinya dengan menganggap sinyal bilas yang panjang sebagai pengisian. Dispenser yang memakai sinyal mesin hidup memberi isi awal sekali saat pagi, dan tidak lagi bila tangki dikuras dan diisi ulang di tengah hari tanpa mesin dimatikan. Pada keadaan itu, tangki baru tidak mendapat isi awal.

Isi ulang per rak

Isi ulang mengganti deterjen yang keluar bersama luapan. Dispenser memberinya dengan tiga cara.

Satu dosis per sinyal bilas. Kendali berpotensiometer pada posisi tipe pintu memberi satu isi ulang, 0 sampai 10 s, setiap sinyal bilas. Satu sinyal bilas sama dengan satu rak.

Satu dosis per selang waktu. Kendali yang sama pada posisi konveyor memberi isi ulang sesudah sinyal bilas menyala terus selama 12 s, lalu setiap 12 s selama sinyal tetap menyala. Manual memberi contohnya: dua rak dalam satu rangkaian konveyor, dua isi ulang.

Pompa berjalan selama sinyal. Dispenser berpotensiometer menjalankan pompa deterjen pada kecepatan yang disetel, 0 sampai 100%, selama sinyal bilas ada. Dispenser digital melakukan hal yang sama bila waktu isi awal dan isi ulang sama-sama disetel nol. Dengan cara ini volume isi ulang sebanding dengan lama bilas, dan lama bilas sebanding dengan air bilas yang masuk tangki.

Cara ketiga punya sifat yang menarik. Pada konveyor, air bilas mengalir selama rak lewat di zona bilas, sehingga deterjen yang ditambahkan selalu sebanding dengan air bilas yang masuk, berapa pun jarak antar-rak. Cara pertama hanya benar untuk mesin yang setiap siklusnya memakai air bilas dalam jumlah tetap. Cara kedua berada di antaranya: benar bila dosis 12 detik disetel menurut air bilas dalam 12 detik, bukan menurut satu rak. Contoh 3 menghitungnya.

Dispenser lokal memberi volume dalam mililiter setiap pemicu, dan menyediakan tunda yang berjalan sesudah pompa selesai menginjeksi, bukan sesudah pemicu. Tunda itu mencegah sinyal yang terlalu panjang membuat pompa menginjeksi terus-menerus, dan manualnya menyebut bahwa tunda ini dapat dipakai untuk konveyor.

Neraca pengenceran tangki

Pengaruh isi ulang terhadap konsentrasi tangki dapat dihitung dengan neraca sederhana. Anggap tangki bervolume tetap $V_\text{t}$ dan tercampur rata. Setiap rak membawa air bilas $V_\text{b}$ masuk dan mendorong larutan dengan volume yang sama keluar lewat luapan, lalu dispenser menambahkan isi ulang $V_\text{r}$. Fraksi pengenceran (dilution fraction) adalah bagian isi tangki yang diganti air bilas setiap rak, $f = V_\text{b}/V_\text{t}$. Konsentrasi sesudah rak ke-$(n+1)$ adalah

$$c_{n+1} = c_n\,(1 - f) + \frac{V_\text{r}}{V_\text{t}}, \qquad f = \frac{V_\text{b}}{V_\text{t}}$$

Suku pertama adalah deterjen yang tertinggal sesudah sebagian larutan keluar, dan suku kedua adalah isi ulang. Keadaan tunak (steady state) adalah keadaan ketika deterjen yang keluar sama dengan yang masuk, sehingga konsentrasi berhenti berubah. Konsentrasi tunak itu adalah

$$c_\infty = \frac{V_\text{r}}{V_\text{b}}$$

Persamaan terakhir adalah aturan paling berguna di bab ini: isi ulang per rak harus sama dengan konsentrasi target kali volume air bilas per rak. Volume tangki tidak muncul di situ. Volume tangki hanya menentukan seberapa cepat konsentrasi bergerak menuju $c_\infty$. Dari keadaan awal $c_0$, konsentrasi sesudah $n$ rak adalah

$$c_n = c_\infty + (c_0 - c_\infty)(1 - f)^n$$

Jarak ke $c_\infty$ berkurang dengan faktor $(1-f)$ setiap rak. Tangki kecil dengan air bilas besar bergerak cepat; tangki besar dengan air bilas kecil bergerak lambat.

Model ini sederhana dan anggapannya harus disebut. Tangki dianggap tercampur rata dan volumenya tetap. Air bilas dianggap seluruhnya masuk tangki, dan larutan yang keluar hanya lewat luapan. Larutan yang terbawa piring, air tambahan dari pelampung, dan deterjen yang terurai tidak dihitung. Manual dispenser hanya menyebut bahwa isi ulang menjaga setpoint saat air bilas mengencerkan larutan.

Kecepatan pompa sebagai rasio waktu nyala

Dua dispenser menyetel isi ulang sebagai kecepatan, bukan waktu. Pada dispenser berpotensiometer, kecepatan 0 sampai 100% mengatur putaran pompa, dan pompa deterjennya mengalirkan 100 mL/menit pada kecepatan penuh.

Dispenser digital model bersolenoid membuat kecepatan dengan cara lain: menyalakan dan mematikan katup dalam siklus 5 detik.

Rasio nyala (duty cycle) adalah waktu nyala dibagi panjang siklus. Tabel itu menunjukkan bahwa setelan kecepatan dibulatkan ke atas ke salah satu dari lima tingkat. Setelan 25% dan 40% menghasilkan rasio nyala yang sama, 40%. Teknisi yang menurunkan setelan dari 40% ke 25% untuk mengurangi dosis tidak akan melihat perubahan apa pun. Contoh 5 menghitung akibatnya.

Memilih cara isi ulang untuk setiap jenis mesin

Cara isi ulang yang tepat bergantung pada cara mesin memakai air bilas. Tabel ini menyusun pasangan yang cocok dari logika dispenser di atas dan sifat mesin yang dibahas di Bab 2 · Dishwashing tentang jenis mesin dan Bab 7 · Dishwashing tentang konveyor rak. Pasangan itu bukan anjuran pabrikan.

Untuk konveyor, dispenser yang menjalankan pompa selama sinyal bilas punya keunggulan: dosisnya otomatis mengikuti lama bilas. Kelemahannya, kecepatan pompa yang benar harus dihitung dari debit bilas, dan dispenser tidak tahu bila debit bilas berubah.

Menyetel di lapangan dan memverifikasi

Setelan hasil hitungan adalah titik awal. Konsentrasi sebenarnya dipastikan dengan titrasi larutan tangki, memakai kit dan prosedur pemasok bahan kimia. Dua hal menentukan kapan dan bagaimana titrasi dilakukan.

Waktu sampel. Titrasi pertama dilakukan sesudah isi awal dan beberapa saat pompa cuci berjalan, untuk memeriksa isi awal. Titrasi kedua dilakukan sesudah konsentrasi mendekati keadaan tunak. Dari neraca, jarak ke $c_\infty$ tinggal 10% sesudah

$$n_{90} = \frac{\ln 0{,}1}{\ln(1 - f)}$$

rak. Untuk hood dengan $f = 0{,}138$, $n_{90} = \ln 0{,}1/\ln 0{,}862 = 15{,}5$ rak. Sampel yang diambil sesudah tiga atau empat rak masih mencerminkan isi awal, bukan isi ulang.

Koreksi isi ulang. Karena $c_\infty$ sebanding dengan $V_\text{r}$, koreksinya sederhana:

$$V_{\text{r,baru}} = V_\text{r} \times \frac{c_\text{target}}{c_\text{terukur}}$$

Bila hood dengan isi ulang 5,8 mL ternyata tunak di 1,6 mL/L, isi ulang yang baru $5{,}8 \times 2/1{,}6 = 7{,}25$ mL, atau $7{,}25/1{,}667 = 4{,}35$ s. Selisih antara hitungan dan hasil ukur seperti ini menunjukkan ada pengenceran yang tidak masuk model, misalnya larutan yang terbawa piring atau air tambahan dari pelampung. Koreksi hanya dilakukan bila laju pompa sudah dikalibrasi; bila belum, selisihnya bisa berasal dari pompa, bukan dari tangki.

Pada konveyor, fraksi pengenceran tiap 12 s jauh lebih kecil karena tangkinya besar. Untuk tangki 70 L dan air bilas 1,5 L per 12 s, $f = 0{,}021$, dan $n_{90}$ sekitar 106 kali 12 s, atau sekitar 21 menit operasi terus-menerus. Titrasi konveyor yang diambil terlalu cepat akan menyesatkan.

Batas dosis tanpa probe

Dosis tanpa probe bekerja baik selama anggapan modelnya benar. Ada beberapa keadaan yang membuatnya meleset, dan manual dispenser tidak membahas semuanya.

• Air bilas berubah. Bila tekanan air turun atau nosel bilas tersumbat, air bilas per rak berkurang. Dispenser per sinyal tetap memberi isi ulang yang sama, sehingga konsentrasi naik. Dispenser yang berjalan selama sinyal tidak terpengaruh oleh perubahan lama bilas, tetapi tetap terpengaruh oleh perubahan debit.
• Pengisian tambahan. Pada mesin yang menambah air saat level turun, air tambahan mengencerkan tangki tanpa sinyal bilas.
• Pengurasan di tengah hari. Tangki baru membutuhkan isi awal. Dispenser yang memicu isi awal dari sinyal mesin hidup tidak memberikannya tanpa mesin dimatikan.
• Laju pompa berubah. Tabung pompa yang aus mengalirkan lebih sedikit untuk waktu yang sama. Satu manual dispenser menyebut tabung aus sebagai penyebab konsumsi yang berlebih atau kurang, dan manual lain meminta kecepatan pompa diperiksa bila deterjen terlalu sedikit.
• Beban kotoran berubah. Kotoran berat menghabiskan deterjen lebih cepat, sedangkan dispenser berbasis waktu tidak mengetahuinya.

Satu-satunya cara memastikan konsentrasi adalah mengukur larutan tangki. Dua manual dispenser menjadikan titrasi larutan tangki pemeriksaan wajib pada setiap kunjungan perawatan. Bila konsentrasi sering meleset, kendali dengan probe yang dibahas di Bab 6 menjadi pilihan.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Volume tangki 21 L dan bilas 2,9 L per siklus berasal dari manual servis hood yang dicatat Bab 3 · Dishwashing tentang sistem air; laju pompa 100 mL/menit dari dispenser berpotensiometer; konveyor 225 rak per jam dan 2 L per rak dari Bab 7 · Dishwashing tentang konveyor rak.

Contoh 1: isi awal hood. Laju pompa $q = 100/60 = 1{,}667$ mL/s.

$$V_0 = 2 \times 21 = 42\ \text{mL}, \qquad t_0 = \frac{42}{1{,}667} = 25{,}2\ \text{s}$$

Waktu 25 s berada dalam rentang isi awal tipe pintu 1 sampai 64 s dan rentang 0 sampai 240 s dispenser berpotensiometer.

Contoh 2: isi ulang per rak hood. Dari aturan $c_\infty = V_\text{r}/V_\text{b}$:

$$V_\text{r} = c\,V_\text{b} = 2 \times 2{,}9 = 5{,}8\ \text{mL}, \qquad t_\text{r} = \frac{5{,}8}{1{,}667} = 3{,}5\ \text{s}$$

Setelan 3,5 s berada dalam rentang isi ulang 0 sampai 10 s.

Contoh 3: isi ulang 12 detik pada konveyor. Konveyor 225 rak per jam, 2 L per rak, sehingga jarak antar-rak $3600/225 = 16$ s. Debit bilasnya $2/16 = 0{,}125$ L/s. Dalam 12 s, air bilas yang masuk $0{,}125 \times 12 = 1{,}5$ L, sehingga isi ulang setiap 12 s harus

$$V_{12} = 2 \times 1{,}5 = 3{,}0\ \text{mL}, \qquad t_{12} = \frac{3{,}0}{1{,}667} = 1{,}8\ \text{s}$$

Bila teknisi menyetel isi ulang per rak, $2 \times 2 = 4$ mL atau 2,4 s, dispenser tetap memberinya setiap 12 s, bukan setiap rak. Karena jarak antar-rak 16 s, dispenser memberi $16/12 = 1{,}33$ isi ulang per rak, dan konsentrasinya bergeser ke $4/1{,}5 = 2{,}67$ mL/L, sepertiga di atas target.

Contoh 4: isi ulang yang terlalu kecil. Pada hood Contoh 2, isi ulang disetel 4 mL, bukan 5,8 mL. Fraksi pengenceran per rak $f = 2{,}9/21 = 0{,}138$, dan

$$c_\infty = \frac{4}{2{,}9} = 1{,}38\ \text{mL/L}$$

Dari 2 mL/L sesudah isi awal, konsentrasi turun:

Separuh jarak ke 1,38 mL/L sudah ditempuh sesudah $n = \ln 0{,}5 / \ln(1 - 0{,}138) = 4{,}7$ rak. Dalam kurang dari satu jam kerja, tangki sudah hampir di konsentrasi baru yang 31% di bawah target. Itulah pola keluhan "pagi bagus, siang buruk".

Contoh 5: setelan kecepatan yang dibulatkan. Dispenser digital bersolenoid, setelan 25%. Menurut tabel, setelan itu memakai rasio nyala 2 s dari 5 s, yaitu 40%. Bila dosis yang dimaksud sebanding dengan setelan, dispenser memberi $40/25 = 1{,}6$ kali dosis yang diharapkan, atau 60% lebih banyak. Untuk benar-benar mendapat rasio 20%, setelannya harus 20% atau kurang.

Contoh 6: dispenser berbasis volume. Dispenser lokal dikalibrasi dengan menampung tepat 100 mL dan mencatat waktunya, misalnya 10,4 s. Laju pompanya

$$q = \frac{100}{10{,}4} = 9{,}6\ \text{mL/s}$$

Bila formula meminta 30 mL per pemicu, pompa berjalan $30/9{,}6 = 3{,}1$ s. Teknisi tidak perlu menghitungnya karena dispenser menghitung sendiri dari hasil kalibrasi, tetapi kalibrasi itu harus diulang bila tabung pompa diganti atau laju alirnya berubah. Bab 1 tentang dispenser peristaltik menjelaskan cara menilai deviasi hasil kalibrasi.

Kondisi berhenti

Prinsip umumnya ada di Bab 1 · Keselamatan, dan kondisi berhenti saat menangani bahan kimia pekat di Bab 1. Pada pekerjaan dosis tanpa probe, hentikan pekerjaan bila salah satu keadaan berikut ditemukan. Konsentrasi target dan prosedur titrasi ditanyakan kepada pemasok bahan kimia, dan keadaan lain yang tidak dapat diselesaikan teknisi diserahkan kepada penanggung jawab peralatan.

1. Konsentrasi target tidak diketahui dari pemasok bahan kimia. Jangan memakai konsentrasi 2 mL/L atau angka contoh lain bab ini sebagai setelan.
2. Laju pompa belum dikalibrasi sesudah tabung diganti.
3. Jenis mesin pada dispenser belum dicocokkan dengan mesin yang dilayani.
4. Titrasi menunjukkan konsentrasi jauh di luar target dan sebabnya belum diketahui. Mengubah waktu isi ulang tanpa tahu sebabnya hanya memindahkan masalah.
5. Kalibrasi dilakukan dengan gelas ukur tanpa APD dan tanpa penampung tumpahan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Pembaruan air tangki lewat luapan dibahas di Bab 3 · Dishwashing tentang sistem air, dan debit bilas konveyor di Bab 7 · Dishwashing tentang konveyor rak. Laju alir pompa dan kalibrasinya ada di Bab 1 tentang dispenser peristaltik, konsep konsentrasi dan pengenceran di Bab 1 · Dishwashing tentang dosis dan sanitasi, pemasangan dan sinyal di Bab 4, dosis dengan probe di Bab 6, dan bahan bantu bilas serta troubleshooting dispenser di Bab 7. Waktu dosis bawaan pada mesin berpapan dibahas di Bab 8 · Dishwashing tentang kendali elektronik.

Latihan dan pembahasan