bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Penukar kalor adalah alat – alat yang digunakan untuk mengubah temperatur fluida atau
mengubah fasa fluida dengan cara mempertukarkan kalornya dengan fluida lain. Kalor yang
dapat dipindahkan diantara fluida tersebut, besarnya sangat bergantung pada kecepatan
fluida, arah alirannya, sifat – sifat fisik fluida, kondisi permukaan dan luas bidang
perpindahan panas, serta beda temperatur diantara kedua fluida.
Secara umum perpindahan panas didominasi oleh konveksi dan konduksi dari fluida
panas ke fluida dingin, dimana keduanya dipisahkan oleh dinding. Perpindahan panas secara
konveksi sangat dipengaruhi oleh bentuk geometri heat exchanger dan tiga bilangan tak
berdimensi, yaitu bilangan Reynold, bilangan Nusselt dan bilangan Prandtl fluida. Besar
konveksi yang terjadi dalam tiap jenis heat exchanger untuk beda temperatur yang sama
harganya berbeda. Sedang besar ketiga bilangan tak berdimensi tersebut tergantung pada
kecepatan aliran serta properti fluida yang meliputi massa jenis, viskositas absolut, panas
jenis dan konduktivitas panas. Besar kecepatan aliran menentukan jenis aliran, yaitu aliran
laminer atau turbulen.
Salah satu cara yang ditempuh untuk meningkatkan efisiensi thermal adalah dengan
mengunakan Alat Penukar Kalor. Adapun beberapa jenis alat penukar kalor yang digunakan
adalah superheater, ekonomizer, water heater, kondensor, heat exchanger dan lain
sebagainya. Contoh yang banyak digunakan saat ini dalam industri ataupun di perumahan
adalah water heater.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 1
Water heater merupakan seperangkat peralatan yang prosesnya menggunakan konsep
thermodynamic, memanfaatkan sumber energi untuk memanaskan air yang hendak dialirkan
sesuai temperatur yang yang telah diset sebelumnya. Secara awam, untuk memperoleh air
panas, manusia perlu memanaskan air secara tradisional dengan ketel, panic dan sejenisnya
sebagai alat water heater. Wadah-wadah yang terbuat dari besi ini dipanaskan oleh api lalu
menyalurkan energi panasnya ke air yang terdapat didalamnya.
Kekurangan water heater tradisional tersebut adalah tidak dapat menyuplai air panas
secara kontinyu, karena suhu air akan menurun seiring tingkat konsumsi air dan tingkat suhu
wadah. Hingga seiring perjalanan waktu dan perkembangan teknologi, orang-orang tidak
perlu memasak air untuk memperoleh air panas. Dengan kata lain bisa memperoleh air panas
secara instan. Semuanya berkat penemuan mesin water heater.
Berawal dari seorang pelukis asal London, Inggris, Benjamin Waddy Maughan, pada
tahun 1868. Maughan menemukan water heater dosmetik instan persama yang tidak
menggunakan bahan bakar, alias tidak perlu masak di kompor. Ia menamai penemuannya ini
“Geyser”, sebuah alat water heater yang bekerja secara manual. Artinya air dingin
ditempatkan di bagian atas wadah berupa tabung yang juga diisi jaringan kawat-kawat tipis
sebagai pengantar panas, di mana bagian bawahnya diletakan sebuah alat pemanas berbahan
bakar gas. Air panas kemudian langsung mengalir ke bak mandi tanpa ada perantara. Di
Inggris, water heater masih saja disebut-sebut geyser.
Penemuan Maughan kemudian menjadi inspirasi untuk pengembangan water heater
karya seorang ahli teknik asal Nowergia, Edwin Rudd. Saat itu ia memutuskan untuk
berimigrasi ke Amerika, tepatnya ke ke Pittsburgh, Pennsylvania. Di kota itu ia menemukan
blue print atau cetak biru water heater instans pertama buatan Maughan. Lalu Rudd
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 2
mengembangkan penemuan ini menjadi mesin water heater otomatis. Akhirnya ia berhasil
membuat sebuah water heater otomatis pertama di sekitar tahun 1889. Mesin ini berupa
wadah berbentuk tengki penyimpanan air yang suhu airnya bisa diatur secara mekanis dan di
distribusikan melalui pipa penyaluran air.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 3
BAB II
TEORI DASAR
2.1 Jenis-jenis Water Heater
Dewasa ini water heater sudah semakin berkembang, dan sudah banyak sekali sistem
yang di pakai dan bahan baku yang semakin baik dari ke hari. Hal ini demi kepuasan
konsumen yang mengharapkan water heater terbaik untuk mereka. Di bawah ini adalah
beberapa tipe - tipe water heater yang beredar di masyarakat saat ini.
1. Water Heater Listrik ( electric water heater )
Seperti namanya water heater ini menggunakan listrik sebagai energi utama untuk
memanaskan air. Electric Water Heater terdiri dari 2 ( dua ) tipe yaitu :
a. Instan Electrik Water Heater
b. Water Heater Listrik dengan Penampungan.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 4
Pada jenis ini tenaga untuk memanaskan air diperoleh dari listrik di rumah yang
memanaskan komponen pemanas yang ada pada unit, selain itu terdapat juga tangki atau
tabung air untuk memanaskan air, diperlukan waktu untuk memanaskan air yang ada di
dalam tangki ini.. Pada water heater listrik, air yang keluar dari keran atau shower dapat
langsung digunakan. Beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum menggunakan water
heater jenis ini adalah tersedianya alat pengaman listrik. Selain itu, agar pemakaian listrik
tidak terlalu boros, thermostat water heater dapat diatur agar tidak terlalu panas sehingga
water heater tidak bekerja terus-menerus. Untuk menghindari resiko tersengat listrik,
sebaiknya memasang anti kontak pada water heater jenis ini.
2. Solar Water Heater ( SWH )
Solar Water Heater adalah pemanas air yang memanfaatkan energi matahari yang gratis.
Pada tahun 1970 dan 80an, Energi Matahari pertama kali muncul sebagai energi alternatif
yang potensial dan menjadi sumber energi baru yang bisa menjadi pilihan. Sebelumnya,
sudah banyak sumber pemanas tradisional seperti bahan bakar minyak, gas alam,
batubara, kayu, dan listrik. Sayangnya, generasi pertama kolektor surya yang mahal dan
tidak efisien membuatnya kurang diminati.
Dalam dekade berikutnya beberapa perusahaan dalam Industri Energi Matahari kembali
bekerja, berusaha untuk membuat lebih efisien, lebih terjangkau, dan lebih efektif. Biaya
pemanas air surya yang murah tidak hanya akan menjadi alternatif untuk sumber
pemanas tradisional, tetapi akan mampu menggantikan sebagian besar kebutuhan
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 5
pemanasan, menurunkan ketergantungan dunia terhadap sumber energi non-terbarukan,
yang tidak dapat diganti setelah mereka habis.
Sekarang ini, ada tiga jenis utama dari Solar Water Heaters yang tersedia. Penggunaan
kolektor adalah untuk membuat water heater lebih efisien dan efektif daripada para
pendahulu mereka, dan sangat cocok untuk sejumlah aplikasi seperti instalasi perumahan
kecil dan pemanas kolam renang. Ketiga kolektor antara lain Kolektor surya Tube,
Kolektor Surya Plat Datar , dan kolektor surya Unglazed.
Kolektor surya tube (tabung) ini biasanya yang paling mahal dari Kolektor Solar
Thermal. Desain unik dari tabung kolektor membuat mereka sangat efisien dalam
mengumpulkan dan mentransfer energi panas untuk air panas di rumah Anda. Karena
desain yang unik, Kolektor ini tidak seperti Kolektor Plat Datar, yang beroperasi pada
efisiensi tinggi di awal dan di kemudian hari dibandingkan dengan teknologi surya lain,
dan selama musim dingin ketika hari-hari lebih pendek. Hal ini membuat Kolektor
Tabung Surya jauh lebih efektif biaya dalam iklim dan lokasi.
Kolektor Surya Plat Datar, jenis ini biasanya lebih murah daripada Kolektor Tabung
Surya, tetapi dalam cuaca iklim yang lebih hangat (iklim selatan) bisa digunakan, tetapi
tidak lebih efisien dan hemat biaya. Kolektor Surya Plat Datar tidak terlalu beku
dilindungi, dan seperti Solar Panel untuk PV Energi yang membutuhkan sinar matahari
untuk langsung menyinari dengan sudut 900, mungkin agar dapat beroperasi dengan
efisiensi yang layak. Karena faktor ini, Kolektor Surya Plat Datar khususnya menjadi
tidak efektif selama bulan-bulan musim dingin di utara, dimana iklim dingin adalah
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 6
masalah, hari-hari sangat pendek, dan matahari berada pada sudut yang sangat rendah
setiap hari. Namun, dalam iklim selatan di mana musim dingin yang ringan, hari-hari
tetap panjang, dan matahari tetap pada sudut yang relatif tinggi, sangat bagus digunakan
karena menurunkan biaya awal mereka. Kolektor Plat Datar Surya adalah salah satu
Pemanas Solar Water paling efektif yang tersedia.
Kolektor surya Unglazed, kolektor ini secara khusus dirancang untuk pemanasan kolam
renang. Kolektor ini efektif untuk pemanasan kolam renang karena memiliki suhu rendah
dan volume tinggi pemanas. Kolektor ini termasuk kolektor yang memiliki biaya
terendah dari semua Pemanas Air Surya, biayanya di bawah $200 per kolektor, dan
umumnya terbuat dari tabung fleksibel seperti bahan yang hanya dapat digulung dan
dipasang langsung ke atap, pagar, atau tanah dalam hitungan menit. Kolektor ini sangat
efisien dan kuat di semua wilayah di Amerika Serikat selama musim panas, tetapi tidak
berlaku untuk cuaca musim dingin yang memiliki kendala seperti banyaknya salju, es,
dan suhu beku.
Sering timbul salah pengertian dengan Pemanas air tipe solar water ini. Banyak yang
menganggap energi panas matahari di tangkap lalu di simpan di batere yang akan di
gunakan untuk memanaskan air di dalam tangki. Padahal dari semua water heater yang
beredar justru tipe ini yang paling sederhana cara kerjanya. Air dingin yang mengalir
justru langsung di panaskan matahari di kolektor lalu di simpan di tangki sampai
akhirnya dipergunakan.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 7
3. Air Conditioning Water Heater ( ACWH )
Air Conditioner, yang lebih dikenal dengan AC adalah mesin penyejuk ruangan. Di
dalam AC terdapat zat yang disebut refrigerant (freon). Zat ini mampu menyerap hawa
panas/kalor yang ada di dalam ruangan dan dibuang ke luar.
Pemanas air jenis ini adalah jenis pemanas yang memanfaatkan panas freon dari AC yang
biasanya di buang. Freon yang panas dialirkan ke Heat Exchanger yang akan
memanaskan air di tangki penampungan.
Ketika masuk evaporator, freon berbentuk cair dan sangat dingin, hawa dingin freon ini
yang dihembuskan ke dalam ruangan. Pada saat yang sama udara panas dari ruangan
akan dihisap dari bagian blakakang evaporator sehingga keluar dari evaporator, freon
tersebut akan naik suhunya.
Ketika melewati kompresor, freon panas ini dimampatkan lagi sehingga tekanan dan suhunya
naik, freon berubah menjadi gas. Masuk ke condensor, freon didinginkan kembali dengan
menggunakan kipas. Agar kembali menjadi cair, tekanan freon harus diturunkan
menggunakan expansion valve (katup ekspansi).
4. Heat Pump Water Heater
Heat Pump Water Heater cara kerjanya tidak berbeda dengan ACWH, hanya saja di Heat
Pump semua sudah menjadi satu kesatuan yang didesain untuk air panas, sedangkan
ACWH memanfaatkan AC yang sudah ada, sehingga harus kita modifikasi untuk bisa di
salurkan ke tangki penampungan.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 8
5. Gas Water Heater
Pemanas air ini menggunakan gas ( baik gas elpiji ataupun gas alam ) sebagai sumber
energi untuk memanaskan air. Caranya dengan pembakaran seperti kompor gas. Pipa
yang dalamnya mengalir air dingin langsung di panasi, sehingga air yang keluar langsung
panas tanpa perlu di tampung terlebih dahulu.
6. Solar Rubber Pool Heating
Pemanas air ini di desain untuk kolam renang dengan memanfaatkan panas matahari. cara
kerjanya hampir sama dengan solar water heater, hanya untuk kolektor atau penangkap
panas menggunakan panel karet ( polymer ) yang tahan terhadap chlor atau zat kimia
kolam renang. sistem pemanasan ini tidak menggunakan tangki penampungan, justru
kolam renang itu sendirilah sebagai tangki penampungan dan di sirkulasi langsung.
2.2 Komponen Water Heater
a. Tabung Pemanas Stainless
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 9
Tabung stainless dipilih sebagai penampung air yang nantinya akan akan dipanaskan.
Dipilihnya jenis stainless dengan alasan sebagai berikut :
1. Tahan karat, agar air yang digunakan tetap terjaga kehigienisannya.
2. Tahan terhadap suhu panas
3. Dapat menhan suhu panas, sehingga suhu air tidak cepat turun kembali
b. Elemen Pemanas
Elemen pemanas merupakan lilitan kawat yang digunakan untuk menghasilkan
panas dengan mengkonversikan energi listrik menjadi energi kalor. Cepat atau lambatnya air
yang dipanaskan tergantung dari panas yang dihasilkan oleh elemen panas ini. Semakin baik
bahan yang digunakan dan semakin daya listrik yang digunakan, maka semakin cepat air
untuk mencapai suhu tinggi.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 10
c. Glasswool
Glasswool digunakan untuk menghambat rambatan panas yang dihasilkan elemen
pemanas ke casing. Glasswool ini ditempelkan pada permukaan luar tabung pemanas
stainless agar panas tidak merambat ke tabung casingg, sehingga tabung casing tidak akan
terasa panas bila disentuh.
Glasswool terbuat dari campuran faberglas yang disusun menjadi sebuah tekstur
mirip dengan wool. Namun ada juga glasswool dengan bahan lain yang mamiliki fungsi lain
pula.
d. Kertas Aluminium Foil
Kertas alumunium foil digunakan untuk membungkus tabung pemanas yang telah
dipasang glasswool. Hal ini ditujukan untuk menhan panas air yang telah dipanaskan agar
tidak keluar secara langsung. Sehingga suhu air terjaga dalam waktu yang cukup lama.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 11
Selain itu kertas alumunium juga untuk mencegah tetesan air agar tidak mengenai terminal
sumber elemen panas.
2.3 Prinsip kerja Water Heater
Water heater adalah suatu alat yang digunakan untuk memanaskan air dalam tabung
pemanas. Kalor disini dihasilkan oleh elemen pemanas 1000W yang digunakan untuk
memanaskan tabung stainless pemanas untuk mengkonveksi panas ke air. Menggunakan
ELCB untuk mengamnakan jika terjadi arus bocor dan thermostat untuk mensetingsuhu
yang diinginkan pada air.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 12
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 13
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Prinsip kerja dari alat penukar kalor yaitu memindahkan panas dari 2 fluida pada
temperatur berbeda di mana transfer panas dapat dilakukan secara langsung ataupun
tidak langsung.
2. Kolektor surya plat datar bias jadi pilihan paling bagus untuk digunakan sebagai water
heater, disamping murah dan efisien juga mampu menghemat penggunaan energi listrik.
3. Kolektor surya plat datar tidak bisa digunakan kapan saja, karena pada musim dingin
sinar dari matahari tidak maksimal diakibatkan cuaca dingin, dan juga factor lain
misalnya jika banyak salju yang menempel pada plat surya.
4. Air Conditioner Water Heater adalah Pemanas Air yang memanfaatkan panas dari
kompressor AC.
3.2 Saran
Jika suatu rumah atau pabrik menggunakan AC, ada baiknya jika menggunakan Air
Conditioner Water Heater. Karena hawa panas/kalor yang ada di dalam ruangan yang
dibuang ke luar dapat dimanfaatkan untuk menjadi pemanas air, sehingga bisa
menghemat pemakaian energi listrik untuk memanaskan air.
Aplikasi Penukar Kalor (Water Heater)
Page 14