Tangki air panas untuk aplikasi berbagai jenis sistem water heater dirancang dengan mempertimbangkan kebutuhan tekanan dan faktor lainnya yang berbeda-beda. Perlindungan korosi adalah satu dari beberapa parameter penting untuk meng-aplikasikan sebuah tangki air panas.
Baja ringan (mild steel) merupakan material yang paling umum digunakan untuk tangki air panas, karena memiliki kekuatan untuk kebutuhan tekanan (6 bar atau lebih) untuk ketebalan dinding 2mm-3mm. Sumber : http://exergia.gr
Perlindungan korosi di sisi dalam tangki air panas, umumnya dilakukan dengan beberapa jenis pelapis antara lain seperti :
– glass enamelling
– galvanizing
-bonded lining materials
– etc.
Bahan pelapis tahan terhadap korosi air panas yang telah digunakan untuk konstruksi tangki air panas adalah stainless steel dan tembaga (akan tetapi saat ini minat untuk tembaga telah berkurang karena faktor harga terlalu tinggi). Perlu diperhatikan bahwa suhu air di tangki air panas dapat mencapai 70°C – 80°C.
Suhu air panas sistem air panas rumah tangga surya lebih tinggi daripada pemanas air konvensional. Karena pada pemanas air listrik, misalnya, suhu maksimum dikontrol oleh thermostat, yang biasanya disetel pada 60°C. Suhu yang lebih tinggi dalam sistem pemanas air tenaga surya memerlukan perhatian khusus pada desain tangki penyimpanan terhadap korosi. Secara teori, semakin tinggi suhu air maka resiko korosi pada tangki jugan akan semakin tinggi. Standar, di berbagai negara mencakup konstruksi tangki dan juga metode perlindungan korosi di sisi air. Referensi [4] – [9] adalah standar Jerman yang relevan. Detail akhir dari desain tangki bergantung pada metode proteksi korosi. Sumber : Anderson, B.: “Solar Energy, Fundamentals in Building Design”, McGraw-Hill, 1977.
Satu item penting dalam desain tangki adalah bahwa lapisan pelindung korosi harus memenuhi persyaratan yang berkaitan dengan kesesuaian fisiologis sesuai dengan keadaan terkini. Masalah lain dalam desain tangki yang perlu mendapat perhatian khusus adalah saluran masuk air dingin dan saluran keluar air panas. Hal ini seharusnya tidak menimbulkan masalah dalam metode proteksi korosi dan pada saat yang sama air dingin yang masuk ke tangki tidak boleh merusak stratifikasi suhu air panas. Dalam standar, yang ditunjukkan dalam referensi [13] dan [14], pengujian khusus diramalkan untuk menentukan kondisi pencampuran selama pengambilan air panas dari tangki. Pengujian ini dapat dilakukan oleh produsen dengan relatif mudah.
Tangki Air Panas dengan Enamel
Enamelling telah menjadi perlindungan berharga terhadap korosi baja. Ini telah digunakan untuk tangki penyimpanan air panas pertama kali di A.S. Kemudian perkembangan ini dimulai di Eropa agak kemudian dengan kenaikan suhu air di atas 60°C. Sampai saat itu, material yang digunakan adalah baja galvanis, tembaga, dan baja tahan karat. Perlu dicatat bahwa lapisan zinc kehilangan tindakan protektifnya terhadap baja dengan cepat untuk suhu di atas 65°C.
Di Eropa, enamelling tangki air panas dibuat sebagai bejana berlubang satu unit, yang (bejana) memerlukan beberapa adaptasi struktural untuk proses enamelling. Perhatian khusus harus diberikan selama konstruksi tangki sehingga semua sisi dalamnya (yaitu, sisi yang dienamel) menjadi sehalus mungkin. Penyimpangan dalam zona pengelasan, di dalam tangki, harus dihaluskan dengan penggilingan, diikuti dengan peledakan pasir. Direkomendasikan agar semua pengelasan ini dilakukan dari bagian dalam tangki untuk mencapai kehalusan. Proses enamelling termasuk pengawetan, yang merupakan pra-perawatan permukaan logam untuk menerima enamelling. Enamel disimpan dengan menuangkan “slurry” (frit enamel tanah, aditif lainnya dan air) di dinding bagian dalam bejana (sebagian besar proses otomatis). “Biskuit” (setelah dikeringkan) disikat dari area penyegelan dan ulir. Penembakan pada suhu sekitar 850°C merupakan langkah terakhir dalam penerapan lapisan enamel pada tangki baja.
Enamel diaplikasikan dalam dua lapis, tanah (adhesi dengan baja) dan lapisan penutup (menopang aksi korosif air panas). Ketebalan enamelling harus dalam kisaran 0.250-0.400 mm. Perlu diperhatikan bahwa tidak semua baja cocok untuk enamelling (permintaan khusus harus dibuat untuk pabrik baja). Enamel langsung (yaitu hanya satu lapisan) juga tersedia. Pengalaman bertahun-tahun telah menunjukkan bahwa tangki air panas yang dibangun dengan benar dan dilengkapi dengan anoda magnesium (melindungi area yang mungkin tidak tertutup enamel) mewakili produk andal dengan umur panjang (puluhan tahun). Anda hanya perlu memeriksa secara teratur (terutama di awal) fungsi anoda. Tangki air panas telah dirancang untuk tekanan 10 bar atau bahkan lebih tinggi. Contoh standar konstruksi tangki adalah referensi [4], referensi [5] adalah standar yang relevan dengan enamelling kaca, sedangkan referensi [7] adalah standar yang mencakup proteksi katodik tangki baja berenamel terhadap korosi (penggunaan anoda yang tepat ). Fasilitas enamelling membutuhkan investasi yang tinggi. Hampir tiga shift per hari diperlukan untuk mencapai enamelling produk dengan biaya yang wajar. Fasilitas yang ada di banyak negara untuk enamelling produk konvensional, dapat dimodifikasi untuk menerima tangki penyimpanan baja.
Tangki Penyimpanan Air Panas Galvanis
Zinc telah digunakan untuk memperpanjang umur baja dengan cara ditempa. Baja galvanis telah digunakan selama bertahun-tahun untuk tangki air panas water heater. Kelemahan utamanya adalah kenyataan bahwa lapisan zinc kehilangan kemampuan proteksi pada kisaran suhu 60°C-85°C. Di tengah kisaran ini laju kehilangan zinc sangat tinggi (lebih dari 100 kali lipat pada suhu yang lebih rendah). Kisaran suhu ini dapat dengan mudah dicapai dalam sistem water heater sehingga ada batasan yang jelas dalam penggunaannya. Pemanas air panas listrik dengan pengaturan termostat pada 55 ° C-60 ° C, terbuat dari baja galvanis, telah digunakan selama bertahun-tahun dan dianggap dapat diandalkan. Pada tahap awal pengembangan sistem pemanas air tenaga surya, tangki galvanis telah digunakan karena sudah tersedia dan metode perlindungan lainnya tidak dapat dibenarkan secara ekonomis (tingkat produksi rendah). Tangki galvanis dapat digunakan dalam sistem pemanas air tenaga surya jika suhu air panas dalam tangki dapat dipertahankan di bawah 60°C (penggunaan air panas secara terus menerus, pengumpul efisiensi rendah).
Prosedur yang direkomendasikan adalah membuat tangki air panas dari baja ringan dan kemudian menggalvanisnya dengan cara mencelupkan panas. Standar Jerman yang relevan adalah referensi [10]. Salah satu praktik umum lainnya adalah menggunakan lembaran logam galvanis dengan ketebalan biasanya 3mm. Dalam hal ini, perhatian khusus harus diberikan pada pengelasan. Sumber : DIN 4753.9: “Water heating installations for drinking water and service water. Protection against corrosion on the water side by thermoplastic coating materials; requirements and testing”.
Tangki Air Panas Dari Stainless Steel atau Material Tahan Korosi
Perlindungan korosi pada tangki air panas yang terbuat dari baja ringan dapat dicapai juga dengan menggunakan tangki internal yang terbuat dari bahan tahan korosi atau stainless steel. Lembaran tembaga tipis (Eropa utara) dan bahan polimer (Eropa, A.S.) telah digunakan untuk konstruksi tangki internal. Bentuk luar tangki internal mirip dengan bentuk dalam tangki baja ringan. Tekanan air panas di dalam tangki internal dipindahkan ke tangki logam luar. Tangki logam tidak bersentuhan dengan air panas sehingga terlindung dari aksi korosifnya. Bahan tangki bagian dalam harus tahan terhadap suhu air panas yang diharapkan dan harus inert fisiologis dan disetujui untuk kontak langsung. Tindakan khusus harus diambil untuk menghindari pengembangan vakum di dalam tangki internal saat air panas digunakan. Pemasangan vacuum breaker pada saluran suplai air dingin adalah salah satunya salahsatu cara untuk mengantisipasi.
Tangki Air Panas Stainless Steel Baja dapat digunakan untuk konstruksi tangki air panas, naman masalah utamanya adalah kegagalan retak korosi-tegangan karena zat klorida yang ditambahkan dalam air. Kualitas baja tahan karat yang tepat untuk menahan jenis kegagalan ini agak mahal. Selain itu, proses pengelasan perlu peralatan yang modern serta pengalaman khusus.
Isolasi Tangki Air Panas
Dalam menentukan persyaratan insulasi atau isolasi untuk tangki air panas, pertimbangan harus diberikan pada fakta bahwa tangki dipasang di luar ruangan dan bahwa insulasi akan bersentuhan dengan kapal, yang suhunya dapat melebihi 100° C (terutama di tangki dinding ganda). Polyurethane (insulasi dalam bentuk busa yang mengembang) digunakan secara eksklusif oleh semua pabrikan dengan ketebalan berkisar antara 50 mm dan 70 mm dan ketebalan 50 mm dianggap cukup. Bentuk tangki yang melingkar sangat nyaman untuk konstruksi cetakan yang dibutuhkan dengan biaya yang relatif rendah. Sangat penting untuk meminimalkan penghubung thermal antara tangki panas dan penutup pelindung luar dan juga antara tangki panas dan rangka penyangga. Salah satunya adalah area yang dekat dengan pemasangan pemanas listrik dan thermostat (flensa pemanas listrik). Desain insulasi di sana harus mempertimbangkan fitur keamanan khusus thermostat. Thermostat mencakup kontak operasi, yang mengontrol suhu air panas (40°C – 60°C), saat listrik digunakan. Juga dilengkapi dengan yang kedua (untuk keselamatan), yang beroperasi (trip) ketika suhu air panas melebihi batas tertentu (biasanya 90°C – 95°C). Temperatur tinggi, selama musim panas, dapat mengganggu kontak keselamatan ini. Kegiatan seperti itu akan membutuhkan kunjungan teknisi untuk memulihkannya di musim gugur, sehingga pemanas listrik cadangan dapat beroperasi kembali. Dalam standar, ditunjukkan dalam referensi [13] dan [14], pengujian khusus rencanakan untuk menentukan kehilangan panas tangki air panas.
Tangki Air Panas dengan Pemanas Cadangan (Back Up)
Biasanya, pemanas listrik tambahan dipasang di sistem air panas ukurannya berkisar antara 2 KW hingga 4 KW. Kabel listrik ada di dalam pipa tembaga dengan isolasi listrik yang sesuai. Tabung di sisi air terbuat dari galvanis atau dilapisi timah, perhatian harus diberikan untuk meminimalkan daya per satuan panjang pemanas (yaitu membuatnya lebih panjang) untuk meningkatkan keandalannya. Letak pemanas listrik di dalam tangki air panas biasanya dekat dengan saluran keluar air panas (dekat bagian atas di tangki vertikal atau di samping di tangki horizontal) sehingga pemanas menyediakan energi hanya untuk sebagian air di tangki (saat pemanas aktif). Pengaturan thermostat harus serendah mungkin (lebih rendah dari 50°C). Pemanas listrik dan thermostat dipasang pada flensa yang dipasang ke bagian tangki dengan sekrup. Bukaan flensa harus memiliki diameter lebih dari 100 mm sehingga permukaan bagian dalam tangki dapat diperiksa (selama pembuatan dan kemudian) dan dibersihkan dari endapan (selama operasi).
Keamanan
Tangki air panas stainless maupun mild steel yang dilengkapi dengan pemanas listrik harus sesuai dengan standar tertentu yang terkait dengan perlindungan pengguna terhadap sengatan listrik dan ledakan tangki jika terjadi kegagalan pemutusan aliran listrik karena alasan apa pun. Laboratorium di berbagai negara dapat menguji tangki untuk fitur yang disebutkan sebelumnya dan mengeluarkan laporan pengujian yang relevan.
Referensi
Gillet, W.B. and Moon, J.E.: “Solar Collectors, Test Methods and Design Guidelines”, D. Reidel Publishing Company Co, Holland, 1985. [2]. ASHRAE, SPSP10/1980, “Handbook of Experiences in the Design and Installations of Solar Heating and Cooling Systems”. [3]. Anderson, B.: “Solar Energy, Fundamentals in Building Design”, McGraw-Hill, 1977. [4]. DIN 4753.1: “Water heating installations for drinking water and service water; design, equipment and testing”. [5]. DIN 4753.3: “Water heating installations for drinking water and service water. Protection against corrosion on the water side by enamelling; requirements and testing”. [6]. DIN 4753.4: “Water heating installations for drinking water and service water. Corrosion protection on the water side by thermosetting resin-bonded lining materials; requirements and testing. [7]. DIN 4753.6: “Water heating installations for drinking water and service water. Cathodic protection of enamelled steel tanks against corrosion; requirements and testing”. [8]. DIN 4753.7: “Water heating installations for drinking water and service water. Protection against corrosion on the water side by corrosion resistant metallic materials; requirements and testing”. [9]. DIN 4753.9: “Water heating installations for drinking water and service water. Protection against corrosion on the water side by thermoplastic coating materials; requirements and testing”. [10]. DIN 50976: “Protection against corrosion. Coatings on iron and steel components applied by hot dip zinc coating; requirements and testing”. [11]. ISO 9806-2: “Test methods for solar collectors – Part 2: Qualifications test procedures” [12]. EN 12975-2: “Thermal solar systems and components – Collectors – Part 2: Test methods”. [13]. ISO 9459-2: “Solar heating – Domestic water heating, systems – Part 2: Outdoor test methods for system performance characterisation and yearly performance prediction of solar-only systems”. [14]. EN 12976-2: “Thermal solar systems and components – Factory made systems – Part 2: Test methods”.