Isolasi energi non-listrik: air, uap, udara tekan, hidraulik, gravitasi, pegas, panas, dan bahan kimia

Teknisi yang akan mengganti katup isi air panas sebuah washer-extractor mengunci pemutus listrik mesin, memasang label, dan memastikan tegangan sudah nol. Ia lalu membuka sambungan pipa di belakang mesin. Katup tangan di pipa itu sudah ditutup, tetapi pipa di antara katup dan katup isi masih penuh air panas bertekanan, dan air itu menyembur ke lengannya. Saat ia kemudian melepas sabuk untuk memeriksa bantalan, drum yang masih berisi cucian basah di satu sisi berputar sendiri dan menarik sabuk dari tangannya.

Penguncian listrik dalam kasus ini sudah benar. Yang tertinggal adalah energi lain: tekanan dan panas air yang terperangkap di pipa, dan gravitasi cucian yang tidak seimbang di dalam drum. Bab ini menjelaskan cara mengisolasi energi non-listrik, melepas energi yang tersimpan, dan membuktikan keadaan nol sebelum tangan masuk ke daerah bahaya.

Batas pembahasan

Bab ini membahas isolasi energi selain listrik pada mesin laundry, dapur, pompa, dan utilitas kecil. Penguncian listrik, gembok pribadi, kunci pemimpin kerja, dan pergantian sif ada di Bab 76 · Kelistrikan & Kendali, energi tersimpan dan kondisi berhenti secara umum di Bab 1, hirarki pengendalian dan izin di Bab 2, pneumatik dan hidraulik mesin di Bab 11 · Mekanikal & Mekatronika, dan uap serta air panas laundry di Bab 16 · Laundry. Prosedur isolasi untuk mesin tertentu diambil dari pabriknya dan prosedur perusahaan.

Memutus, melepas, membuktikan, menjaga

Isolasi energi (energy isolation) adalah rangkaian langkah yang memisahkan sumber energi dari titik kerja, melepas energi yang tersimpan, membuktikan keadaan nol, dan menjaga keadaan itu selama bekerja. Untuk setiap sumber energi, isolasi melewati empat langkah:

1. Memutus: sumber dipisahkan dengan alat pemisah yang dirancang untuk itu, misalnya katup tangan, katup bola, atau katup buang yang dapat dikunci. Ada perbedaan penting antara menyakelar dan mengisolasi; prinsip yang sama berlaku pada fluida: katup solenoid yang tertutup karena listrik padam bukan pemisah, karena dapat bocor atau terbuka.
2. Melepas energi yang tersimpan: tekanan dibuang, cairan dikuras, beban diturunkan, pegas dikendurkan, panas didinginkan.
3. Membuktikan nol: dengan alat ukur atau pengamatan yang jelas, misalnya pengukur tekanan nol, keran buang yang terbuka tanpa aliran, atau termometer.
4. Menjaga: pemisah dikunci dan diberi label, penahan mekanis dipasang, dan keadaan diperiksa ulang bila pekerjaan terhenti lama.

Isolasi yang aman adalah keterampilan kunci, dan risiko dinilai sebelum isolasi dilakukan, termasuk akibatnya bagi sistem lain, misalnya hilangnya data dan sistem komunikasi. Pada isolasi fluida, akibat lain itu misalnya mesin lain yang ikut kehilangan air atau uap karena berbagi pipa.

Katup pemisah (isolation valve) adalah katup yang dipakai sebagai alat pemisah sumber fluida dan dapat dikunci, misalnya katup tangan atau katup bola. Katup pemisah dikunci dengan alat yang sesuai bentuknya: penutup tuas untuk katup bola, tudung yang menutupi roda tangan katup gerbang, atau rantai dan gembok yang melewati roda tangan. Setiap alat itu menerima gembok pribadi, sehingga katup tidak dapat dibuka tanpa melepas gembok. Bila satu pekerjaan memerlukan banyak katup, kunci-kunci katup dapat dimasukkan ke kotak kunci kelompok yang lalu digembok setiap pekerja, seperti prinsip gembok pribadi di Bab 76 · Kelistrikan & Kendali tentang kerja aman dan LOTO. Daftar katup yang dikunci, dengan nomor atau tanda di lapangan, ditulis di lembar isolasi.

Air, uap, dan kondensat

Air dan uap menyimpan dua energi sekaligus, yaitu tekanan dan panas, sehingga isolasinya meliputi membuang tekanan dan menunggu atau membuang panas.

Air bertekanan dan air panas

Pipa air menyimpan tekanan dan, untuk air panas, juga panas. Katup tangan yang ditutup di hulu tidak mengosongkan pipa di hilirnya; air yang terperangkap tetap bertekanan sampai dibuang (Contoh 1).

1. Tutup dan kunci katup hulu untuk air panas dan air dingin, termasuk jalur pintas.
2. Buang tekanan lewat keran atau katup buang di antara katup hulu dan titik kerja, ke wadah atau saluran. Bila tidak ada katup buang, sambungan dikendurkan perlahan dan sedikit, dengan kain dan wajah di samping, bukan di depan sambungan.
3. Buktikan: keran buang terbuka dan aliran berhenti; pengukur tekanan, bila ada, menunjukkan nol.
4. Waspadai air panas: air sepanas 60 °C ke atas dapat melukai kulit dalam beberapa detik, sehingga pipa air panas dibiarkan mendingin atau dibuang ke wadah dengan sarung tangan dan pelindung muka.

Satu katup yang menahan tekanan tinggi atau cairan berbahaya kadang tidak cukup. Susunan dua katup dengan katup buang di antaranya memberi bukti bahwa katup pertama tidak bocor: bila katup buang tetap kering, isolasinya dapat dipercaya.

Uap dan kondensat

Uap menyimpan energi besar sebagai panas laten, seperti dijelaskan di Bab 16 · Laundry tentang panas dan utilitas laundry. Kondensat (condensate) adalah air yang terbentuk ketika uap mengembun di pipa atau peralatan. Isolasi uap meliputi:

1. Tutup dan kunci katup uap hulu, lalu buka katup buang atau perangkap di hilir untuk melepas tekanan.
2. Kosongkan kondensat yang terkumpul; kondensat panas yang terperangkap dapat mendidih seketika menjadi uap ketika tekanan dibuka.
3. Isolasi juga sisi balik: saluran kondensat dari mesin lain dapat mengalir balik ke mesin yang sedang diperbaiki.
4. Dinginkan pipa, setrika gulung, dan penukar panas sampai aman disentuh; waktu pendinginan bergantung massa dan isolasi (Contoh 2).
5. Buka sambungan perlahan: baut flens dikendurkan dari sisi yang menjauhi badan lebih dulu, sehingga bila masih ada tekanan, semburan mengarah menjauh.

Katup uap yang lama tertutup dapat bocor halus karena dudukannya aus, sehingga pipa di hilirnya perlahan terisi kembali selama pekerjaan. Itulah alasan katup buang di hilir dibiarkan terbuka sepanjang pekerjaan dan diperiksa sesekali: bila mulai keluar uap atau air panas, isolasinya tidak lagi dapat dipercaya. Pekerjaan pada pipa uap bertekanan tinggi dan boiler mengikuti prosedur dan kompetensi yang ditetapkan; rak Utilitas membahas uap lebih dalam.

Udara tekan dan hidraulik

Udara tekan dan oli hidraulik menyimpan tekanan di tangki, akumulator, saluran, dan silinder, dan tekanan itu dapat menggerakkan silinder atau menyemburkan fluida setelah pompa atau kompresor berhenti.

Udara tekan

Udara tekan tersimpan di tangki, pipa, selang, dan ruang silinder. Energi tangki udara jauh lebih besar daripada yang terlihat. Tangki 200 L pada 7 bar ukur, misalnya, berisi udara bebas $0{,}2 \times 8{,}013/1{,}013 = 1{,}58$ m³. Bila udaranya dianggap gas ideal, energi pemuaian isotermalnya $p V \ln(p/p_0) = 0{,}8013 \times 10^6 \times 0{,}2 \times \ln 7{,}91 = 331$ kJ, dengan $p$ tekanan mutlak (Pa), $V$ volume tangki (m³), dan $p_0$ tekanan atmosfer; energi itu cukup untuk melemparkan tutup atau selang dengan keras.

1. Tutup dan kunci katup pasokan di unit penyiap udara mesin.
2. Buang udara dengan katup buang yang dapat dikunci terbuka, bukan dengan melepas selang.
3. Waspadai silinder yang bergerak: saat udara dibuang, silinder dapat bergerak karena beban atau pegas; saat udara dimasukkan kembali, silinder dapat meloncat bila ruangnya kosong. Bab 11 · Mekanikal & Mekatronika tentang pneumatik dan hidraulik mesin menjelaskan katup mula lunak.
4. Buktikan nol dengan pengukur tekanan di sisi mesin dan dengan mencoba katup arah secara manual setelah udara dibuang, untuk melihat tidak ada gerak.

Mesin laundry yang memakai udara tekan, misalnya pengumpan setrika, mesin lipat, dan katup buang berpenggerak udara pada washer-extractor besar, sering berbagi satu jaringan dengan mesin lain. Menutup katup utama jaringan menghentikan semua mesin itu; karena itu katup pemisah di cabang mesin yang diperbaiki lebih disukai, dan pengguna mesin lain diberi tahu bila katup utama harus ditutup.

Oli hidraulik dan akumulator

Sistem hidraulik menyimpan tekanan yang terkunci di silinder oleh katup, dan energi di akumulator. Akumulator (accumulator) adalah bejana pada sistem hidraulik yang menyimpan oli bertekanan; pada akumulator bergas, oli yang masuk memampatkan gas di dalamnya (Contoh 5). Bab 11 · Mekanikal & Mekatronika tentang pneumatik dan hidraulik mesin mencatat bahwa akumulator menahan tekanan selama waktu yang ditentukan ukurannya. Isolasinya:

1. Turunkan beban ke posisi paling rendah atau sangga dengan penyangga mekanis sebelum tekanan dilepas.
2. Kosongkan akumulator menurut prosedur pabrik, biasanya lewat katup buang ke tangki, dan buktikan dengan pengukur tekanan.
3. Gerakkan tuas katup setelah pompa mati untuk melepas tekanan terkunci di saluran, bila prosedur pabrik memintanya.
4. Jangan mengendurkan sambungan untuk melepas tekanan: semburan oli bertekanan tinggi dapat menembus kulit.

Oli yang dikuras ditampung di wadah tertutup dan berlabel, dan tumpahan di lantai segera diserap, karena lantai berminyak di ruang laundry yang lembap sangat licin. Setelah pekerjaan, sistem diisi dan udara dibuang menurut pabrik sebelum beban dinaikkan kembali.

Gravitasi, pegas, dan energi gerak

Tiga energi ini tersimpan dalam benda itu sendiri, bukan dalam fluida, sehingga tidak dapat dibuang lewat katup dan harus diturunkan, dikendurkan, atau ditahan.

Gravitasi dan beban tak seimbang

Gravitasi tidak dapat dimatikan. Benda yang dapat jatuh, turun, atau berputar karena beratnya harus diturunkan ke posisi paling rendah atau ditahan dengan penyangga yang dirancang untuk beban itu:

1. Drum dengan cucian tak seimbang dapat berputar saat sabuk atau rem dilepas (Contoh 3). Cucian dikeluarkan lebih dulu bila mungkin, dan drum ditahan dengan cara pabrik.
2. Pintu, tutup, dan lengan yang dapat menutup sendiri ditahan dengan penahan.
3. Silinder dan pengangkat yang menahan beban diturunkan atau disangga, seperti di bagian hidraulik.
4. Mesin yang diangkat untuk perbaikan disangga dengan dudukan yang stabil, bukan hanya dongkrak.

Penyangga dipilih dengan kapasitas yang tertulis dan dipasang pada titik yang ditetapkan pabrik. Balok kayu, batu bata, atau kotak yang kebetulan ada dapat pecah atau tergelincir. Bab 9 tentang mengangkat dan memindahkan beban dengan alat membahas beban kerja aman dan titik berat.

Pegas dan energi gerak

Pegas menyimpan energi pada penegang sabuk, dudukan motor, kunci pintu, katup kembali-pegas, dan suspensi. Energinya $E = \tfrac{1}{2} k x^2$, dengan $E$ energi (J), $k$ kekakuan pegas (N/m), dan $x$ panjang pegas tertekan atau tertarik (m), dan gaya pegasnya $F = k x$ (Latihan 2). Pegas dikendurkan dengan alat dan urutan dari pabrik; manual servis washer-extractor memakai balok kayu untuk menahan pelat motor berpegas saat sabuk dilepas.

Energi gerak tersimpan pada drum, roda gila, dan kipas yang masih berputar setelah penggerak berhenti, $E = \tfrac{1}{2} I \omega^2$, dengan $I$ momen inersia (kg·m²) dan $\omega$ kecepatan sudut (rad/s) (Contoh 4). Pintu dan pelindung tidak dibuka sampai putaran benar-benar berhenti, dan putaran yang tampak berhenti diperiksa dengan melihat titik tanda di puli atau drum, bukan dengan tangan.

Panas

Elemen pemanas, setrika gulung, rol pengering, pipa uap, dan tangki air panas tetap panas lama setelah daya diputus. Isolasinya adalah waktu dan pengukuran: suhu permukaan diukur dengan termometer kontak atau inframerah sebelum disentuh, dan pekerjaan dijadwalkan sesudah mesin dingin bila memungkinkan. Setrika gulung dan pengering yang besar dapat memerlukan beberapa jam untuk dingin, sehingga pekerjaan pagi hari sering lebih aman daripada pekerjaan segera setelah sif selesai. Label penguncian dapat mencantumkan jam mesin dimatikan agar orang berikutnya tahu sudah berapa lama mesin mendingin. Bila pekerjaan harus dilakukan saat panas, permukaan panas ditutup, sarung tangan tahan panas dipakai, dan kontak dibatasi singkat. Bahan yang panas karena proses, misalnya oli hidraulik setelah lama bekerja atau larutan pembersih panas di tangki mesin pencuci piring, diperlakukan sama: didinginkan atau dikuras dengan pelindung yang sesuai. Bab 8 tentang panas, uap, dan permukaan panas membahas luka bakar dan tekanan panas lebih rinci.

Bahan kimia di saluran dan wadah

Dispenser bahan kimia, pompa dosis, dan saluran deterjen menyimpan bahan pekat di selang, pompa, dan manifold, kadang bertekanan. Isolasinya:

1. Hentikan dan kunci pompa dosis dan dispenser, termasuk sinyal dari mesin yang dapat memicunya.
2. Angkat selang isap dari wadah bahan, atau tutup katupnya, agar tidak ada bahan yang tersedot.
3. Bilas saluran dengan air bila dispenser menyediakan program bilas, lalu kosongkan ke wadah.
4. Tampung sisa di wadah berlabel saat selang dilepas (Contoh 6), dengan sarung tangan, pelindung muka, dan bahan penyerap siap.
5. Jangan mencampur sisa bahan dari dua saluran berbeda di satu wadah; Bab 25 · Kimia tentang reaktivitas dan ketidakcocokan bahan kimia menjelaskan campuran berbahaya.

Dispenser yang digerakkan tekanan air, misalnya dispenser venturi, mendapat energinya dari jaringan air, sehingga katup air ke dispenser juga ditutup dan dikunci. Selang pompa peristaltik yang terjepit rol tetap berisi bahan dan dapat memercik saat dilepas dari rumah pompanya; ujungnya diarahkan ke wadah dan menjauhi wajah.

Membuktikan nol dan menjaga keadaan

Keadaan nol (zero energy state) adalah keadaan ketika energi yang tercantum dalam analisis pekerjaan sudah diputus dan dilepas, sehingga tidak ada lagi tekanan, gerak, panas, atau bahan yang dapat mencapai orang di titik kerja. Bukti nol adalah langkah yang paling sering dilewati. Untuk setiap energi, bukti yang diterima ditulis dalam prosedur:

Setelah dibuktikan, keadaan dijaga: setiap katup pemisah dikunci dengan gembok pribadi dan label seperti di Bab 76 · Kelistrikan & Kendali tentang kerja aman dan LOTO, penahan mekanis dipasang, dan bila pekerjaan terhenti, misalnya untuk istirahat atau menunggu suku cadang, bukti nol diulang sebelum melanjutkan.

Mengembalikan energi dengan aman

Setelah pekerjaan selesai, energi dikembalikan dengan urutan yang terkendali: alat dan orang keluar dari daerah bahaya, pelindung terpasang, penahan dilepas, katup buang ditutup, lalu katup pemisah dibuka perlahan sambil sambungan baru diamati. Air dan uap dimasukkan perlahan agar tidak terjadi palu air; udara dimasukkan dengan katup mula lunak; pompa dosis dijalankan dengan air dulu. Gembok dilepas hanya oleh pemiliknya, sesuai aturan gembok pribadi di Bab 76 · Kelistrikan & Kendali. Sebelum energi dikembalikan, pengguna mesin dan pengawas lokasi diberi tahu, dan setiap orang yang memasang gembok memastikan dirinya dan alatnya sudah keluar dari daerah bahaya. Hasil pemeriksaan sambungan setelah tekanan kembali dicatat di lembar isolasi.

Contoh kerja

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

Contoh 1: gaya air pada tutup. Pipa air 3 bar (0,3 MPa) yang belum dikosongkan menekan tutup berdiameter 50 mm dengan gaya $0{,}3 \times \pi \times 50^2/4 = 589$ N, setara berat sekitar 60 kg, ketika baut tutup dikendurkan.

Contoh 2: waktu pendinginan pipa uap. Pipa uap sekitar 165 °C di ruang 30 °C mendingin dengan tetapan waktu sekitar 30 menit. Sampai 50 °C: $e^{-t/30} = (50 - 30)/(165 - 30) = 0{,}148$, sehingga $t = 30 \times 1{,}91 = 57$ menit.

Contoh 3: torsi cucian tak seimbang. Cucian basah 10 kg tertumpuk di satu sisi drum pada jari-jari 0,3 m memberi torsi $10 \times 9{,}81 \times 0{,}3 = 29{,}4$ N·m di poros drum. Lewat rasio puli 8,33, torsi itu sekitar 3,5 N·m di puli motor, cukup untuk memutar puli dan menarik sabuk dari tangan.

Contoh 4: energi drum yang masih berputar. Drum dengan momen inersia 2 kg·m² pada 800 rpm, $\omega = 83{,}8$ rad/s: $E = \tfrac{1}{2} \times 2 \times 83{,}8^2 = 7.020$ J, sekitar energi benda 70 kg yang jatuh dari ketinggian 10 m.

Contoh 5: oli di akumulator. Akumulator bergas 4 L dengan tekanan awal 50 bar diisi sampai 150 bar. Gas termampatkan menjadi $4 \times 50/150 = 1{,}33$ L, sehingga oli tersimpan $4 - 1{,}33 = 2{,}67$ L yang dapat terdorong keluar bertekanan bila saluran dibuka.

Contoh 6: sisa bahan di selang dispenser. Selang berdiameter dalam 6 mm sepanjang 3 m berisi $\pi/4 \times 0{,}006^2 \times 3 = 84{,}8 \times 10^{-6}$ m³, sekitar 85 mL bahan pekat, cukup untuk luka bakar kimia pada mata.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan serahkan keputusan melanjutkan kepada penanggung jawab peralatan bila salah satu keadaan berikut terjadi:

1. Salah satu energi yang tercantum dalam analisis pekerjaan belum diputus, dilepas, dibuktikan nol, dan dijaga.
2. Katup pemisah tidak dapat dikunci, bocor, atau tidak ada katup buang untuk membuktikan nol; ikuti Bab 1 tentang energi tersimpan dan kondisi berhenti dan Bab 76 · Kelistrikan & Kendali tentang kerja aman dan LOTO.
3. Beban tidak dapat diturunkan atau disangga dengan penyangga yang dirancang untuk beban itu.
4. Akumulator atau pegas tidak dapat dilepas energinya dengan prosedur pabrik.
5. Pengukur tekanan atau termometer tidak tersedia, sedangkan bukti nol bergantung padanya.
6. Pekerjaan terhenti lama dan bukti nol belum diulang sebelum melanjutkan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 1 tentang bahaya, risiko, energi tersimpan, dan kondisi berhenti memberi dasar energi tersimpan, Bab 2 tentang hirarki pengendalian, izin kerja, dan verifikasi keadaan aman memberi hirarki pengendalian, dan Bab 76 · Kelistrikan & Kendali tentang kerja aman dan LOTO memberi penguncian listrik dan gembok pribadi. Bab 11 · Mekanikal & Mekatronika tentang pneumatik dan hidraulik mesin membahas udara tekan, hidraulik, dan akumulator, Bab 16 · Laundry tentang panas dan utilitas laundry membahas uap dan air panas laundry, Bab 25 · Kimia tentang reaktivitas dan ketidakcocokan bahan kimia membahas campuran berbahaya, dan Bab 23 · Fisika tentang dinamika rotor membahas gaya tak seimbang drum. Bab 10 · Laundry tentang washer-extractor menjelaskan mesin pada kasus pembuka.

Di rak ini, Bab 3 tentang identifikasi bahaya sebelum bekerja menyusun analisis pekerjaan yang menjadi daftar energi untuk diisolasi, Bab 8 tentang panas, uap, dan permukaan panas membahas luka bakar, dan Bab 9 tentang mengangkat dan memindahkan beban dengan alat membahas penyangga dan titik berat.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, hitungan, atau alasannya.