Hidrolika jalur air unit RO: ukuran selang, rugi tekan, fitting, dan bahan pipa

Seorang teknisi memasang unit osmosis balik (RO) kabinet berkapasitas 800 GPD (galon AS per hari) di dapur lantai satu sebuah hotel, lalu menarik selang 1/4 inci sepanjang 15 m ke keran di lantai dua. Air di keran atas hanya menetes. Pompa diperiksa dan dinyatakan normal. Di sebuah laundry, teknisi lain kehabisan selang 3/8 inci dan menyambung jalur umpan dari keran PDAM dengan selang 1/4 inci. Dua hari kemudian pompa berbunyi kasar dan sakelar tekanan rendah memutus-sambung terus. Di kedua lokasi tidak ada komponen yang rusak. Yang berubah adalah ukuran dan panjang jalur air.

Batas pembahasan

Bab ini membahas aliran tunak di jalur air unit RO, dari keran umpan sampai sisi isap pompa dan dari keluaran unit sampai keran permeat, beserta celah aliran di dalam elemen membran dan bahan selang serta pipa. Dasar kontinuitas, persamaan energi, dan pompa ada di Bab 1 · Fluida & Termal tentang tekanan dan kontinuitas, Bab 2 · Fluida & Termal tentang Bernoulli dan rugi tekan, dan Bab 3 · Fluida & Termal tentang pompa. Lonjakan tekanan saat solenoid menutup, katup penurun tekanan, dan udara terjebak dibahas di Bab 10 tentang proteksi tekanan. Tekanan pendorong bersih (NDP) dan koreksi suhu membran ada di Bab 5 tentang osmosis balik, dan pembacaan manometer untuk diagnosis di Bab 7 tentang normalisasi data kinerja.

Angka debit memakai satu unit contoh berkapasitas nominal 800 GPD, setara sekitar 2,1 L/menit permeat pada kondisi uji pabrikan. Recovery unit itu belum pernah diukur, sehingga dipakai dua skenario, sekitar 67% dan sekitar 40%. Angka skenario diganti dengan hasil ukur di unit yang ditangani. Kecuali disebut lain, suhu air 25 °C.

Ukuran nominal selang dan kontinuitas

Untuk aliran tunak air dalam saluran tertutup, debit volumetrik sama di setiap penampang:

$$Q = A\,V, \qquad A = \frac{\pi D^2}{4}$$

$Q$ adalah debit (m³/s), $A$ luas penampang dalam (m²), $V$ kecepatan rata-rata (m/s), dan $D$ diameter dalam (m). Karena $A$ sebanding dengan $D^2$, pada debit yang sama kecepatan berbanding terbalik dengan kuadrat diameter dalam.

Ukuran nominal (nominal size) selang RO, 1/4 inci dan 3/8 inci, adalah diameter luarnya: 6,35 mm dan 9,52 mm. Diameter dalam selang PE yang umum sekitar 4,3 mm untuk 1/4 inci dan 6,0-6,4 mm untuk 3/8 inci, bergantung pabrikan dan tebal dinding. Bab ini memakai 4,3 mm dan 6,4 mm; untuk perhitungan presisi, diameter dalam diambil dari lembar data selang yang terpasang.

Debit umpan adalah debit permeat dibagi recovery. Pada recovery sekitar 67%:

$$Q = \frac{2{,}1}{0{,}667} \approx 3{,}15\ \text{L/menit} = 5{,}25 \times 10^{-5}\ \text{m}^3/\text{s}$$

Di selang 3/8 inci ($D = 0{,}0064$ m) dan 1/4 inci ($D = 0{,}0043$ m):

$$A = \frac{\pi\,(0{,}0064)^2}{4} = 3{,}22 \times 10^{-5}\ \text{m}^2, \qquad V = \frac{5{,}25 \times 10^{-5}}{3{,}22 \times 10^{-5}} \approx 1{,}63\ \text{m/s}$$$$A = \frac{\pi\,(0{,}0043)^2}{4} = 1{,}45 \times 10^{-5}\ \text{m}^2, \qquad V = \frac{5{,}25 \times 10^{-5}}{1{,}45 \times 10^{-5}} \approx 3{,}62\ \text{m/s}$$

Mengganti selang umpan 3/8 inci dengan 1/4 inci menaikkan kecepatan sekitar 2,2 kali, karena $(6{,}4/4{,}3)^2 \approx 2{,}2$.

Akibat memakai diameter luar terlihat pada debit 1,5 L/menit ($2{,}5 \times 10^{-5}$ m³/s) di selang 3/8 inci, dihitung dengan diameter dalam 6,4 mm lalu dengan diameter luar 9,525 mm:

$$V = \frac{2{,}5 \times 10^{-5}}{3{,}22 \times 10^{-5}} \approx 0{,}78\ \text{m/s}, \qquad A_\text{luar} = \frac{\pi (0{,}009525)^2}{4} = 7{,}13 \times 10^{-5}\ \text{m}^2, \quad V \approx 0{,}35\ \text{m/s}$$

Kecepatan terhitung kurang dari separuh nilai sebenarnya, dan rugi tekan, yang sebanding dengan kuadrat kecepatan, terhitung jauh lebih kecil.

Dibalik, rumus yang sama memberi debit yang masih wajar bagi satu ukuran selang. Acuan praktik umum perpipaan menyebut kecepatan di jalur isap pompa sebaiknya tidak melebihi sekitar 1,5-2 m/s; ini bukan angka pabrikan unit. Dengan $Q = A V$:

$$Q_{3/8} = 3{,}22 \times 10^{-5} \times (1{,}5\ \text{sampai}\ 2) \times 60\,000 \approx 2{,}9\ \text{sampai}\ 3{,}9\ \text{L/menit}$$

Selang 1/4 inci pada kecepatan yang sama hanya 1,3-1,7 L/menit. Debit umpan 3,15 L/menit berada dalam rentang selang 3/8 inci dan jauh di atas rentang selang 1/4 inci.

Bilangan Reynolds di selang RO

Bilangan Reynolds (Reynolds number) adalah perbandingan gaya inersia dengan gaya viskos dalam aliran, dan nilainya menentukan rezim aliran:

$$Re = \frac{V\,D}{\nu} = \frac{4\,Q}{\pi\,D\,\nu}$$

$\nu$ adalah viskositas kinematik air (m²/s). Untuk pipa bundar, aliran laminer bila $Re < 2000$, transisi pada 2.000-4.000, dan turbulen bila $Re > 4000$. Nilai $\nu$ yang dipakai:

Pada debit umpan 3,15 L/menit, selang 3/8 inci dan 1/4 inci memberi:

$$Re = \frac{1{,}63 \times 0{,}0064}{0{,}893 \times 10^{-6}} \approx 11.700, \qquad Re = \frac{3{,}62 \times 0{,}0043}{0{,}893 \times 10^{-6}} \approx 17.400$$

Keduanya turbulen. Kecepatan naik 2,2 kali, tetapi $Re$ hanya naik sekitar 1,5 kali karena diameternya ikut mengecil. Aliran turbulen di selang RO pada debit kerja adalah keadaan normal; yang dijaga adalah kecepatan dan rugi tekan. Kebocoran fitting yang sering disebut akibat "getaran turbulen" lebih mungkin berasal dari denyut pompa, lonjakan saat solenoid menutup, atau pemasangan fitting yang kurang sempurna.

Rugi gesek di selang lurus

Rugi gesek (friction loss) adalah rugi tekan karena gesekan sepanjang selang lurus. Besarnya dihitung dengan persamaan Darcy-Weisbach dari Bab 2 · Fluida & Termal:

$$h_\text{f} = f\,\frac{L}{D}\,\frac{V^2}{2g}, \qquad \Delta p = \rho\,g\,h_\text{f}$$

$h_\text{f}$ adalah rugi head (m kolom air), $f$ faktor gesek Darcy (tanpa dimensi), $L$ panjang selang (m), $g = 9{,}81$ m/s², dan $\Delta p$ rugi tekanan (Pa). Untuk lapangan, 1 m kolom air ≈ 0,0981 bar.

Selang PE berdinding sangat halus, dengan kekasaran $\varepsilon \approx 0{,}0015$ mm. Faktor gesek untuk pipa halus diberikan persamaan Blasius, dan bentuk yang lebih umum adalah persamaan Swamee-Jain, masing-masing dengan rentang berlakunya:

$$f = \frac{0{,}316}{Re^{0{,}25}}\quad (4000 < Re < 100.000), \qquad f = \frac{0{,}25}{\left[\log_{10}\left(\dfrac{\varepsilon}{3{,}7\,D} + \dfrac{5{,}74}{Re^{0{,}9}}\right)\right]^2}\quad (5000 \le Re \le 10^8,\ 10^{-6} \le \varepsilon/D \le 10^{-2})$$

Untuk selang umpan 3/8 inci dengan $Re = 11.700$:

$$\frac{\varepsilon}{D} = \frac{0{,}0015}{6{,}4} = 2{,}3 \times 10^{-4}, \qquad f_\text{Blasius} = \frac{0{,}316}{11.700^{0{,}25}} = \frac{0{,}316}{10{,}40} \approx 0{,}0304, \qquad f_\text{Swamee-Jain} \approx 0{,}0301$$

Selisihnya sekitar 1%, sehingga untuk selang PE Blasius sudah cukup. Untuk $L = 1$ m, dengan head kecepatan $V^2/2g$ di kedua selang dan $f$ Blasius untuk selang 1/4 inci:

$$\frac{1{,}63^2}{19{,}62} \approx 0{,}136\ \text{m}, \qquad \frac{3{,}62^2}{19{,}62} \approx 0{,}666\ \text{m}, \qquad f_{1/4} = \frac{0{,}316}{17.400^{0{,}25}} \approx 0{,}0275$$$$h_{\text{f},3/8} = 0{,}0304 \times \frac{1}{0{,}0064} \times 0{,}136 \approx 0{,}64\ \text{m} \approx 0{,}06\ \text{bar}, \qquad h_{\text{f},1/4} = 0{,}0275 \times \frac{1}{0{,}0043} \times 0{,}666 \approx 4{,}3\ \text{m} \approx 0{,}42\ \text{bar}$$

Rugi per meter sekitar tujuh kali lipat. Untuk 10 m selang 3/8 inci, Swamee-Jain memberi sekitar 6,4 m kolom air atau 0,63 bar. Tabel berikut merangkum dua skenario recovery.

Pada skenario 40%, selang 1/4 inci sepanjang 2 m saja sudah memakan sekitar $2 \times 1{,}02 \approx 2$ bar, hampir seluruh tekanan PDAM yang umumnya 2-3 bar. Skenario yang sama membuat selang 3/8 inci mengalir 2,72 m/s, di atas acuan 1,5-2 m/s. Karena itu recovery aktual perlu diukur sebelum ukuran jalur umpan diputuskan.

Jalur permeat yang panjang memberi rugi jauh lebih besar. Pada selang 1/4 inci sepanjang 12 m dengan $V = 1{,}2$ m/s, debitnya sekitar 1,05 L/menit, keluaran unit 400 GPD:

$$Q = 1{,}2 \times 1{,}45 \times 10^{-5} = 1{,}74 \times 10^{-5}\ \text{m}^3/\text{s}, \quad Re = \frac{1{,}2 \times 0{,}0043}{0{,}893 \times 10^{-6}} \approx 5.780, \quad f = \frac{0{,}316}{5780^{0{,}25}} \approx 0{,}036$$$$h_\text{f} = 0{,}036 \times \frac{12}{0{,}0043} \times \frac{1{,}2^2}{19{,}62} = 0{,}036 \times 2791 \times 0{,}0734 \approx 7{,}4\ \text{m} \approx 0{,}73\ \text{bar}$$

Bila yang harus lewat adalah permeat penuh unit 800 GPD, 2,1 L/menit atau $3{,}5 \times 10^{-5}$ m³/s, rugi 12 m menjadi:

Suhu air juga mengubah rugi gesek, tetapi sedikit. Pada 15 °C, selang umpan 3/8 inci yang sama masih turbulen:

$$Re = \frac{1{,}63 \times 0{,}0064}{1{,}139 \times 10^{-6}} \approx 9.170, \qquad f = \frac{0{,}316}{9170^{0{,}25}} \approx 0{,}0323$$

Faktor gesek sekitar 6% di atas nilai 25 °C, dan rugi gesek naik dari 0,063 ke 0,067 bar per meter. Sebagai pembanding, faktor koreksi suhu membran pada 15 °C sekitar 0,70 (Bab 5), yang berarti produksi permeat turun sekitar 30%. Turunnya produksi di air dingin terutama berasal dari membran, sedangkan rugi gesek di selang hanya berperan kecil.

Rugi lokal fitting dan panjang ekivalen

Rugi lokal (minor loss) adalah rugi tekan di siku, tee, katup searah, solenoid, dan keran, tempat aliran berbelok, menyempit, atau terpisah dari dinding:

$$h_\text{m} = K\,\frac{V^2}{2g}$$

$K$ adalah koefisien rugi lokal (tanpa dimensi). Tabel berikut memberi nilai perkiraan untuk fitting sambungan cepat selang RO; kolom panjang ekivalen dihitung dengan $f \approx 0{,}035$.

Panjang ekivalen (equivalent length) adalah panjang selang lurus yang memberi rugi gesek sama dengan sebuah fitting. Dengan menyamakan $K V^2/2g$ dan $f (L_\text{e}/D) V^2/2g$:

$$L_\text{e} = \frac{K\,D}{f}$$

Panjang ekivalen semua fitting dijumlahkan, ditambahkan ke panjang selang lurus, lalu dihitung sekali dengan Darcy-Weisbach.

Di kabinet sempit bawah wastafel, teknisi sering memotong selang pendek-pendek dan menyambungnya dengan 5-8 siku agar terlihat rapi. Untuk 8 siku dengan $K = 1{,}5$ dan $V = 1{,}5$ m/s:

$$\Sigma K = 8 \times 1{,}5 = 12, \qquad h_\text{m} = 12 \times \frac{1{,}5^2}{19{,}62} = 12 \times 0{,}1147 \approx 1{,}38\ \text{m} \approx 0{,}135\ \text{bar}$$

Dengan $K = 0{,}9$ hasilnya sekitar 0,08 bar; nilai 1,5 adalah batas atas yang konservatif. Untuk satu siku dengan $K = 1{,}5$ dan $f = 0{,}035$:

$$L_{\text{e},3/8} = \frac{1{,}5 \times 0{,}0064}{0{,}035} \approx 0{,}27\ \text{m}, \qquad L_{\text{e},1/4} = \frac{1{,}5 \times 0{,}0043}{0{,}035} \approx 0{,}18\ \text{m}$$

Delapan siku di selang 1/4 inci setara dengan menambah sekitar 1,5 m selang lurus.

Ukuran selang juga menentukan rugi fitting. Jalur umpan contoh memakai empat siku ($K = 1{,}2$) dan satu solenoid air masuk ($K = 2$). Pada 3,15 L/menit:

$$\Sigma K = 4 \times 1{,}2 + 2 = 6{,}8, \qquad h_{\text{m},3/8} = 6{,}8 \times 0{,}136 \approx 0{,}92\ \text{m}, \qquad h_{\text{m},1/4} = 6{,}8 \times 0{,}666 \approx 4{,}5\ \text{m}$$

Di selang 3/8 inci rugi itu 0,09 bar, di selang 1/4 inci 0,44 bar. Fitting yang identik memakan hampir lima kali lebih banyak tekanan karena head kecepatannya naik sebanding $V^2$.

Dua kebiasaan pemasangan mengurangi rugi lokal. Selang PE dibiarkan melengkung alami dengan jari-jari lebih dari lima kali diameternya; $K$ lengkungan seperti itu di bawah 0,2, jauh di bawah siku 0,9-1,5. Selang tidak boleh terlipat, karena lipatan menutup penampang. Katup isolasi di jalur isap memakai katup bola atau katup gerbang yang terbuka penuh ($K$ sekitar 0,05-0,15). Katup globe dan katup jarum ($K$ sekitar 5-10) dihindari di jalur isap pompa.

Neraca energi jalur umpan

Persamaan energi antara dua titik pada jalur berpompa, dalam satuan head:

$$z_1 + \frac{p_1}{\rho g} + \frac{V_1^2}{2g} + h_\text{A} - h_\text{L} = z_2 + \frac{p_2}{\rho g} + \frac{V_2^2}{2g}$$

$z$ adalah elevasi (m), $p$ tekanan pengukur (Pa) seperti yang dibaca manometer, $h_\text{A}$ head yang ditambahkan pompa (m), dan $h_\text{L}$ jumlah rugi gesek dan rugi lokal (m). Bila elevasi dan kecepatan kedua titik hampir sama, persamaan itu menjadi neraca tekanan sederhana: $p_2 = p_1 - \Delta p_\text{L} + \Delta p_\text{A}$.

Sebagai contoh, prafilter yang mulai mampet: tekanan masuk 1,5 bar, prafilter dan pompa sejajar, rugi prafilter 0,8 bar, dan pompa menambah 5,5 bar. Setelah prafilter diganti, rugi turun mendekati 0,1 bar:

$$p_2 = 1{,}5 - 0{,}8 + 5{,}5 = 6{,}2\ \text{bar} \approx 90\ \text{psi}, \qquad p_2 = 1{,}5 - 0{,}1 + 5{,}5 = 6{,}9\ \text{bar}$$

Selisih 0,7 bar itu langsung mengurangi NDP di membran. Tambahan pompa 5,5 bar di sini angka ilustrasi; pada pompa nyata tambahan itu berubah menurut debit (Bab 3 · Fluida & Termal). Pada unit contoh, tekanan sisi membran terbaca di manometer buangan, sedangkan manometer tekanan kerja terpasang sebelum pompa.

Di sisi isap pompa, neraca yang sama memberi tekanan isap: tekanan statis dikurangi rugi gesek, rugi fitting, dan rugi prafilter, yang semuanya baru muncul ketika air mengalir. Sakelar tekanan rendah (low pressure switch, LPS) adalah sakelar yang memutus pompa bila tekanan pasokan turun; umumnya ia memutus pada sekitar 0,15-0,35 bar dan menyambung lagi di atas sekitar 0,35 bar. Contoh 2 menunjukkan akibatnya bila tekanan isap saat pompa jalan jatuh ke daerah putus. Uji lapangannya: bandingkan bacaan manometer tekanan kerja saat pompa mati dan saat pompa jalan; selang umpan yang terlalu kecil memperbesar selisihnya.

Jalur permeat panjang dan menanjak

Pada jalur permeat yang naik ke lantai atas, tekanan di pangkal jalur harus menutup rugi gesek dan rugi lokal sepanjang jalur serta beda tinggi. Komponen elevasi dihitung dari tekanan hidrostatik (Bab 1 · Fluida & Termal):

$$\Delta p_z = \rho\,g\,\Delta z$$

dengan $\rho$ massa jenis air, 997 kg/m³, dan $\Delta z$ beda tinggi (m). Tekanan ini harus tersedia bahkan sebelum air mulai mengalir; ukuran selang tidak mengubahnya. Untuk beda tinggi 3 m, dan untuk 15 m selang 1/4 inci pada $V = 1{,}2$ m/s dan $f = 0{,}036$:

$$\Delta p_z = 997 \times 9{,}81 \times 3 \approx 29.300\ \text{Pa} \approx 0{,}29\ \text{bar}, \qquad h_\text{f} = 0{,}036 \times \frac{15}{0{,}0043} \times 0{,}0734 \approx 9{,}2\ \text{m} \approx 0{,}90\ \text{bar}$$

Keduanya berjumlah sekitar 1,2 bar, hanya untuk mengalirkan sekitar 1,05 L/menit. Untuk permeat penuh 2,1 L/menit melalui 15 m selang 1/4 inci, rugi geseknya sekitar 3,1 bar, ditambah keran angsa ($K = 5$) sekitar 0,15 bar dan elevasi 0,29 bar.

Sumber tekanan di pangkal jalur permeat adalah tangki tekan, pompa distribusi, atau sisi permeat membran pada unit tanpa tangki. Pada unit tanpa tangki, tekanan balik di jalur permeat langsung mengurangi NDP (Bab 5). Karena itu yang dibandingkan di lapangan adalah tekanan terukur di keluaran unit dengan kebutuhan jalur yang dihitung. Penyelesaiannya: selang 3/8 inci untuk jalur panjang dan selang 1/4 inci hanya untuk sekitar 1 m terakhir sebelum keran.

Diameter hidrolik di celah elemen membran

Untuk penampang yang tidak bundar, $D$ dalam rumus Reynolds dan Darcy-Weisbach diganti diameter hidrolik. Diameter hidrolik (hydraulic diameter) adalah empat kali luas penampang aliran dibagi keliling basahnya:

$$D_\text{h} = \frac{4A}{P}$$

$A$ adalah luas penampang aliran (m²) dan $P$ keliling basah (m). Celah feed spacer dimodelkan dengan lebar saluran 0,3 m dan tinggi celah 0,7 mm:

$$A = 0{,}3 \times 0{,}0007 = 2{,}1 \times 10^{-4}\ \text{m}^2, \quad P = 2\,(0{,}3 + 0{,}0007) = 0{,}6014\ \text{m}, \quad D_\text{h} = \frac{4 \times 2{,}1 \times 10^{-4}}{0{,}6014} \approx 1{,}40\ \text{mm}$$

Aliran umpan di dalam elemen spiral mempunyai $Re$ hanya ratusan. Dengan $D_\text{h} = 1{,}40$ mm, $Re$ 100-500 berarti kecepatan di celah sekitar $Re\,\nu/D_\text{h} = 0{,}06$-$0{,}32$ m/s, dan untuk mencapai $Re = 2000$ diperlukan sekitar 1,3 m/s. Pencampuran di permukaan membran karena itu berasal dari jaring feed spacer yang terus membelokkan aliran, bukan dari turbulensi penuh seperti di selang. Aliran buangan yang dicekik berlebihan menurunkan kecepatan silang ini dan mempercepat kerak; neraca buangan dibahas di Bab 6 tentang recovery dan neraca konsentrat.

Bahan selang dan pipa

Air permeat RO sangat rendah mineral dan memiliki indeks kejenuhan Langelier negatif, sehingga agresif terhadap logam yang tidak pasif. Bahan yang aman untuk air PDAM belum tentu aman untuk air permeat.

Rating 120 psi selang LLDPE setara $120 \times 0{,}0689 \approx 8{,}3$ bar, sedikit di atas 8,2 bar yang dipakai sebagai batas selang di Bab 10 tentang proteksi tekanan. Angka itu batas komponen, bukan tekanan kerja; lonjakan saat solenoid menutup dapat mendekatinya.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Selang dan fitting hanya dilepas atau dipasang ulang setelah pasokan ditutup, unit dimatikan, dan tekanan dibuang.

Contoh 1: debit di keran lantai dua hotel pembuka. Pada kasus pertama di pembuka, manometer di keluaran unit membaca 1,0 bar, dan keran di lantai dua 3 m lebih tinggi. Keran angsa dianggap $K = 5$; siku diabaikan agar perhitungan ringkas. Elevasi memakan 0,29 bar, sehingga yang tersisa untuk rugi gesek dan rugi lokal adalah $1{,}0 - 0{,}29 \approx 0{,}71$ bar. Untuk jalur 15 m selang 1/4 inci, debit dicari sampai jumlah rugi sama dengan 0,71 bar; hasilnya sekitar 0,885 L/menit. Pemeriksaannya:

$$Q = \frac{0{,}885}{60\,000} = 1{,}475 \times 10^{-5}\ \text{m}^3/\text{s}, \quad V = \frac{1{,}475 \times 10^{-5}}{1{,}452 \times 10^{-5}} \approx 1{,}016\ \text{m/s}, \quad Re = \frac{1{,}016 \times 0{,}0043}{0{,}893 \times 10^{-6}} \approx 4.890, \quad f = \frac{0{,}316}{4890^{0{,}25}} \approx 0{,}0378$$$$h_\text{f} = 0{,}0378 \times \frac{15}{0{,}0043} \times \frac{1{,}016^2}{19{,}62} \approx 6{,}9\ \text{m} \approx 0{,}68\ \text{bar}, \qquad h_\text{m} = 5 \times \frac{1{,}016^2}{19{,}62} \approx 0{,}26\ \text{m} \approx 0{,}03\ \text{bar}$$

Jumlahnya 0,71 bar, sesuai. Bila 14 m pertama diganti selang 3/8 inci dan hanya 1 m terakhir tetap selang 1/4 inci, debit dengan cara yang sama menjadi sekitar 1,98 L/menit:

Jumlahnya 0,71 bar. Dengan tekanan pangkal yang sama, debit di keran naik dari sekitar 0,9 menjadi sekitar 2,0 L/menit, lebih dari dua kali lipat. Angka 1,0 bar di sini hanya data contoh; di lapangan dipakai bacaan manometer unit yang ditangani, dan bila tekanan pangkal di bawah sekitar 0,3 bar, air tidak akan naik 3 m sama sekali.

Contoh 2: tekanan isap pompa yang putus-sambung di laundry pembuka. Tekanan statis di keran 2,0 bar. Jalur umpan sepanjang 3 m memakai empat siku dan satu solenoid ($\Sigma K = 6{,}8$), prafilter baru merugikan sekitar 0,1 bar, dan debit umpan 3,15 L/menit (unit 800 GPD):

Dengan selang 1/4 inci, tekanan isap 0,2 bar berada tepat di daerah putus sakelar tekanan rendah. Begitu pompa berhenti, rugi hilang, tekanan kembali ke 2,0 bar, dan sakelar menyambung lagi: inilah siklus putus-sambung dan bunyi kasar di pembuka. Unit tidak dijalankan sampai jalur umpan diganti 3/8 inci (kondisi berhenti butir 1).

Contoh 3: panjang ekivalen jalur umpan dapur hotel. Jalur umpan unit 800 GPD di dapur sebuah hotel memakai 4 m selang 3/8 inci, enam siku ($K = 1{,}2$), satu katup searah berpegas ($K = 3{,}0$), dan solenoid air masuk ($K = 2$). Pada 3,15 L/menit, $f = 0{,}0304$ dan $V^2/2g = 0{,}136$ m:

$$L_\text{e} = \frac{\Sigma K\,D}{f} = \frac{12{,}2 \times 0{,}0064}{0{,}0304} \approx 2{,}57\ \text{m}, \qquad h_\text{L} = 0{,}0304 \times \frac{4 + 2{,}57}{0{,}0064} \times 0{,}136 \approx 4{,}2\ \text{m}$$

Rugi jalur sekitar 0,42 bar, dan fitting menyumbang hampir 40% darinya. Dengan tekanan statis 2,0 bar dan prafilter baru 0,1 bar, tekanan isap sekitar 1,5 bar, jauh di atas daerah putus sakelar tekanan rendah. Siku yang dapat diganti lengkung alami tetap mengurangi rugi.

Contoh 4: prafilter mampet di sisi isap laundry. Unit RO di laundry lain memakai jalur umpan seperti Contoh 2 dengan selang 3/8 inci (3 m, $\Sigma K = 6{,}8$), tetapi tekanan statisnya 1,8 bar dan prafilter yang mampet merugikan 1,2 bar:

$$p_\text{isap} \approx 1{,}8 - 0{,}19 - 0{,}09 - 1{,}2 = 0{,}32\ \text{bar}$$

Angka itu berada di daerah putus sakelar tekanan rendah, 0,15-0,35 bar, sehingga pompa putus-sambung dan berbunyi kasar walaupun selangnya sudah benar. Manometer tekanan kerja menunjukkan selisih sekitar 1,5 bar antara pompa mati dan jalan. Setelah prafilter diganti (rugi 0,1 bar), tekanan isap naik menjadi sekitar 1,4 bar. Unit dihentikan sampai prafilter diganti (kondisi berhenti butir 2), dan tekanan dibuang sebelum rumah filter dibuka (butir 5).

Contoh 5: jalur permeat ke lantai atas rumah sakit. Permeat 2,1 L/menit dialirkan ke dispenser ruang rawat inap melalui 20 m selang 3/8 inci yang naik 7 m, dengan keran $K = 5$. Seperti pada tabel 2,1 L/menit di bagian rugi gesek, $V \approx 1{,}09$ m/s dan $f \approx 0{,}0336$:

$$h_\text{f} = 0{,}0336 \times \frac{20}{0{,}0064} \times 0{,}0603 \approx 6{,}3\ \text{m}, \qquad \Delta p_z = 997 \times 9{,}81 \times 7 \approx 68.500\ \text{Pa}$$

Rugi gesek 0,62 bar, keran 0,03 bar, dan elevasi 0,68 bar, sehingga pangkal jalur memerlukan sekitar 1,3 bar. Bila manometer di keluaran unit hanya membaca 1,0 bar, debit di dispenser jauh di bawah 2,1 L/menit. Jalur ini memerlukan sumber tekanan pangkal yang cukup, misalnya pompa distribusi; pada unit tanpa tangki, tekanan balik sebesar itu juga mengurangi NDP.

Contoh 6: selang umpan 1/4 inci pada unit 400 GPD di restoran. Sebuah restoran memasang unit 400 GPD, sekitar 1,05 L/menit permeat, dengan selang umpan 1/4 inci sepanjang 2 m. Pada skenario recovery 40%, debit umpan $1{,}05/0{,}40 \approx 2{,}63$ L/menit:

$$V = \frac{4{,}38 \times 10^{-5}}{1{,}45 \times 10^{-5}} \approx 3{,}02\ \text{m/s}, \qquad Re = \frac{3{,}02 \times 0{,}0043}{0{,}893 \times 10^{-6}} \approx 14.500$$

Kecepatan itu di atas acuan 1,5-2 m/s. Dengan Blasius $f \approx 0{,}0288$, rugi gesek sekitar 0,3 bar per meter, atau 0,61 bar untuk 2 m. Selang 3/8 inci memberi 1,36 m/s dan sekitar 0,05 bar per meter. Unit tidak dijalankan sampai jalur umpan diganti 3/8 inci (kondisi berhenti butir 1).

Kondisi berhenti

Keadaan berikut menuntut tindakan yang ditulis di butirnya sebelum pekerjaan berlanjut. Penggantian jalur dan pembukaan bagian bertekanan dikerjakan teknisi berkompeten atas unit itu.

1. Jalur umpan dari keran sampai pompa memakai selang 1/4 inci pada unit 400 GPD atau lebih: unit tidak dijalankan sampai jalur umpan diganti 3/8 inci.
2. Selisih bacaan tekanan kerja antara pompa mati dan pompa jalan membuat tekanan isap mendekati ambang putus sakelar tekanan rendah, atau pompa berbunyi kasar: unit dihentikan dan jalur umpan, prafilter, serta keran diperiksa sebelum dijalankan lagi.
3. Selang terlipat di jalur umpan atau permeat: unit dihentikan, tekanan dibuang, lalu selang dipasang ulang dengan lengkung yang cukup.
4. Jalur distribusi air permeat memakai pipa galvanis, baja karbon, tembaga, besi cor, atau semen asbes, atau selang transparan: air tidak disalurkan untuk diminum sampai jalur diganti dengan bahan yang sesuai.
5. Selang, fitting, atau rumah filter perlu dilepas: pasokan ditutup, unit dimatikan, dan tekanan dibuang lebih dulu. Sambungan tidak dilepas atau dikencangkan saat masih bertekanan (Bab 1 · Keselamatan tentang energi tersimpan).

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Rumus bab ini berasal dari Bab 1 · Fluida & Termal tentang tekanan dan kontinuitas dan Bab 2 · Fluida & Termal tentang Bernoulli dan rugi tekan; titik kerja dan kavitasi pompa ada di Bab 3 · Fluida & Termal tentang pompa. Bab 5 tentang osmosis balik memberi NDP dan koreksi suhu, Bab 6 tentang recovery memberi debit umpan dan buangan, dan Bab 7 tentang normalisasi data kinerja memakai bacaan manometer saat pompa mati dan jalan. Bab 10 tentang proteksi tekanan melanjutkan dengan lonjakan saat solenoid menutup, yang sebanding dengan kecepatan yang dihitung di sini.

Latihan dan pembahasan