Electric Heaters (Prinsip Kerja, Pengecekan & Jenis)

 

Electric Heater Element

Electric heaters (elemen pemanas listrik) merupakan alat pemanas yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari peralatan elektronika rumah tangga, hingga peralatan dan mesin-mesin industry.

 

Dalam peralatan rumah tangga, beberapa contoh peralatan yang menggunakan komponen electric heaters adalah pemanas pada dispenser air, oven listrik, pemanggang roti, food dehydrator, rice coocker, lampu bohlam pijar (incandescent bulb), dan banyak contoh lainnya. Sedangkan dalam aplikasi industry, electric heaters digunakan pada mesin sealer, mesin shrink tunnel, tangki-tangki pemanas produk, pemanas air pada mesin produksi, dan lain-lain.

 

Untuk menjalankan fungsinya sebagai unit pemanas, electric heaters tidak pernah lepas dari fungsi unit temperature controller dan temperature sensors. Bila kalian tertarik untuk membaca topik temperature sensors, kalian dapat membaca artikel kami yang berjudul “Jenis-Jenis Sensor Suhu (TemperatureSensors)”.

 

 

Prinsip Kerja Electric Heaters

 

Komponen electric heater dalam rangkaian listrik sebenarnya adalah sebuah komponen resistor yang memiliki nilai resistansi tertentu. Sehingga karakteristik dan hukum-hukum rangkaian listrik pada electric heater berlaku seperti hukum rangkaian listrik pada resistor. Bila kalian merasa perlu mengenal lebih jauh tentang dasar prinsip kerja electric heater, kalian dapat membaca artikel kami yang berjudul “Resistors (Rangkaian, Pembacaan & Pengukuran)”.

 

Prinsip kerja electric heater adalah mengonversi energi listrik menjadi energi panas secara langsung. Efisiensi sistem konversi ini sangat tinggi, bisa dikatakan 100%, karena daya listrik sepenuhnya berubah menjadi daya panas, tanpa ada menimbulkan bentuk energi lain selain panas. Losses energy yang terjadi hanya ada pada bentuk disipasi panas pada rangkaian listrik (kabel dan koneksi wiring). Untuk menggambarkan prinsip kerja electric heaters, perhatikan gambar berikut ini.

 

Prinsip Kerja Electric Heaters

P_el (Daya listrik dalam satuan Watt) adalah daya input, dimana dalam sistem rangkaian 1 phase, dengan V adalah tegangan listrik (Volt) dan I adalah arus listrik (Ampere), berlaku:

 

P_el       = V x I

 

P_h (Daya panas dalam satuan Watt) adalah daya ouput atau saya yang dikonsumsi oleh komponen heater dengan nilai resistansi R. Berlaku:

 

P_h        = I ² x R

P_h        = V ² / R

 

Sebagai contoh, misalkan sebuah electric heater memiliki resistansi 48.4Ω dengan nominal voltage 220V, maka komponen tersebut akan mengonsumsi daya listrik dan mengubahnya menjadi panas dengan daya sebesar P_h = (220V)² / 48.4Ω = 1000 Watt.

 

Perhatikan Kembali gambar rangkaian diatas, bila V = 220V, dengan R = 48.4Ω, maka berlaku hukum ohm, nilai arus listrik yang akan mengalir adalah I = V/R = 220V/48.4Ω = 4.545A. Maka rating daya input yang diperlukan untuk menyuplai elemen heater 1000 Watt tersebut adalah:

 

P_el        = V x I

P_el        = 220V x 4.545A

P_el        = 1000 W

 

Dalam teori, daya input dan daya output heater akan sama. Sehingga dapat dikatakan electric heater adalah mesin pengonversi listrik menjadi panas dengan efisiensi sangat tinggi. Namun dalam actual, tetap losses terjadi di intalasi kabel dan koneksi wiring. Selain itu, kualitas daya input menjadikan electric heater belum tentu memiliki power factor bernilai 1, meskipun elemen heater diakui sebagai beban resistif murni.

 

 

Electric Heaters 1 Phase dan 3 Phase

 

Electric Heater 1 Phase adalah 1 unit elemen pemanas dengan suplai tegangan listrik 1 phase. Contoh yang telah kita bahas pada bagian sebelumnya adalah heater 1 phase. Dalam heater 1 phase, wiring suplai listrik hanya menyambungkan 1 line phase ke salah satu kaki atau terminal heater, dan 1 line netral ke terminal heater lainnya (persis contoh rangkaian yang telah kita bahas diatas).

 

Sedangkan electric heater 3 phase sebenarnya adalah 3 unit elemen pemanas yang disuplai tegangan listrik 3 phase. Bila ketiga unit elemen memiliki rating daya yang sama, maka kapasitas daya total heater 3 phase akan sama dengan 3 kali heater 1 phase.

 

Wiring heater 3 phase dapat berupa rangkaian star atau berupa rangkaian delta. Hal ini ditentukan oleh tegangan nominal heater dan kesesuaiannya dengan tegangan suplai daya yang tersedia. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar rangkaian heater 3 phase berikut ini.

 

Rangkaian Star Electric Heater 3 Phase

Rangkaian Delta Electric Heater 3 Phase

Pada sistem 3 phase, persamaan daya listrik input (P_el) total akan sedikit berbeda dengan persamaan daya lisrtrik pada sistem 1 phase, dengan menganggap power factor = 1, dan heater 3 phase seimbang (R1 = R2 = R3), persamaan daya inputnya yaitu:

 

P_el       = √3 x V_P x I_L

 

Perlu dicatat bahwa pada rangkaian star, V_P = tegangan phase ke netral (R-N atau S-N atau T-N), dalam contoh rangkaian diatas yaitu V_p = 220V. sedangkan pada rangkaian delta, V_P = tegangan phase ke phase (R-S atau S-T atau T-R), dalam contoh rangkaian diatas yaitu V_p = 380V.

 

 

Rangkaian Seri dan Parallel Electric Heaters

 

Rangkaian seri atau parallel elemen electric heater akan bersifat seperti rangkaian seri dan parallel komponen resistor.  Topik ini telah kita bahas pada artikel tentang resistor seperti yang kami tag link diatas. Perhatikan rumus daya heater berikut ini:

 

P_h        = V ² / R

 

Dua unit heater yang di seri akan memperbesar nilai resistansi total, sehingga kapasitas daya heater akan mengecil. Sebaliknya, dua unit heater yang di parallel akan memperkecil nilai resistansi total, sehingga kapasitas daya heater akan membesar.

 

 

Pengecekan Unit Electric Heaters

 

Dalam kehidupan nyata, umumnya nameplate element heater mencantumkan nilai tegangan nominal dan kapasitas daya unit heater. Contohnya adalah 220V/1.5kW, berarti electric heater tersebut memiliki tegangan nominal 220V dan kapasitas daya listrik 1.5 kW (1500 W).

 

Dengan rumus persamaan daya elemen pemanas adalah sebagai berikut:

 

P_h        = V ² / R

R         = V ² / P_h

 

Maka saat kita membeli unit electric heater, cara paling mudah mengecek spesifikasinya adalah dengan mengukur resistansinya menggunakan Ohm Meter (AVO Meter atau Multimeter). Lalu mencocokkannya dengan rumus diatas. Contoh bila nameplatenya adalah 220V/1.5kW, maka nilai resistansi element heater tersebut seharusnya adalah:

 

R         = 220 ² / 1500

R         = 32.27Ω

 

Bila hasil pengukuran resistansi tidak mirip hasilnya dengan perhitungan diatas, maka sudah terjadi kesalahan produsen dalam mendesain kapasitas dayanya sesuai nameplate. Namun, bila hasil pengukuran menunjukkan angka resistansi yang tak berhingga, maka itu berarti element heater dalam kondisi putus atau rusak, tidak akan bisa digunakan.

 

Kemudian, selain pengecekan resistansi elemennya, cek juga resistansi terminal element dengan casing atau body metal heater. Heater normal akan menujukkan nilai resistansi tak berhingga, sedangkan bila resistansi element dengan casing metal bernilai 0, maka terjadi short circuit dengan ground, bila kondisi ini disuplai tegangan, heater akan terbakar atau meledak dan rusak.

 

Begitu juga bila kita cek heater 3 phase, setiap element heater satu sama lain tidak boleh short circuit, sehingga perlu di pastikan dengan pengukuran resistansi terhadapat terminal element heater R1 dengan R2, R1 dengan R3, dan R2 dengan R3.

 

 

Jenis-Jenis Electric Heaters

 

Tubular Heater, biasa digunakan dalam aplikasi area pemanasan yang memanjang. Biasanya media yang dipanaskan berupa air atau cairan.

 

Contoh Tubular Heater

Finned Tubular Heater, biasa digunakan dalam aplikasi pemanasan udara, atau sistem yang memerlukan transfer panas yang lebih baik ke sekitar element heater, atau sistem yang memerlukan heat exchanger process.

 

Contoh Finned Tubular Heater

U Model Heater, biasa digunakan dalam aplikasi area pamanasan dalam ruang kecil, seperti ruang berbentuk tabung atau persegi, untuk memanaskan media cair.

 

Contoh U Model Heater

3 Phase Heater, merupakan 3 unit electric heater yang menjadi 1 sistem mounting campact. Heater 3 phase dapat berupa triple tubular, triple finned tubular, atau triple U model, dan lain-lain.

 

Contoh Heater 3 Phase Model U

Ceramic Heater, heater jenis ini biasa digunakan untuk memanaskan udara di depan permukaan keramiknya. Panas yang dihasilkan heater jenis ini lebih stabil dan menyebabkan lifetime heater jenis ini lebih baik dari heater jenis lain.

 

Contoh Ceramic Heater

Flexible Heater, disebut juga kabel heater, heater ini berbentuk pita flexible atau seperti kabel. Biasa digunakan untuk area yang membutuhkan flexibilitas tinggi, seperti heater pada kusen pintu freezer dan showcase pendingin, atau pada aplikasi di dalam pipa pipa kecil.

 

Flexible Heater atau Kabel Heater

Spring Wire Heater, heater ini merupakan element heater tanpa mantel atau jacket. Pada dasarnya, heater ini adalah material inti dari semua electric heater. Misal tubular heater adalah spring wire heater yang diselimuti pasir silika dan material metal sebagai lapisan terluarnya. Ceramic heater adalah element spring wire yang diselimuti material keramik sebagai media penyalaur panasnya. Dalam beberapa aplikasi, heater wire atau spring ini langsung digunakan tanpa material selimut atau jacket, seperti pada mesin food dehydrator, mesin heat gun, dan beberapa oven listrik sederhana.

 

Contoh Spring Wire Heater

Pada dasarnya jenis jenis electric heater sangat bervariasi, dan sering kali setiap user memerlukan desain tersendiri untuk aplikasinya. Para pembuat elemen heater juga kebanyakan akan melakukan custom untuk bentuk dan dimensi mekanisnya.

 

Penulis : ER

 

Share this post