Pemanas listrik dan uap pengering: elemen dan pengaman panas lebih, koil uap dan peredam, pemipaan suplai dan kondensat, perangkap uap, dan tekanan kerja

Laundry sebuah rumah sakit memindahkan pipa uap ketika ruang boiler direnovasi. Sesudahnya, dua pengering uap yang berdiri berdampingan mulai mengeringkan lebih lambat, dan cucian dari salah satunya sesekali keluar lembap di bagian tengah. Tekanan di header uap tidak berubah. Teknisi akhirnya menemukan tiga hal: cabang suplai yang baru disambung ke sisi bawah header, perangkap uap salah satu pengering dipasang hampir sejajar dengan sambungan keluar koil, dan pipa balik kondensat naik sebelum masuk header balik. Ketiganya melanggar aturan pemipaan di manual pengering: cabang diambil dari atas header, perangkap dipasang di bawah koil, dan pipa balik menurun.

Pemanas listrik dan pemanas uap tampak sederhana dibanding pembakar gas. Kesederhanaan itu membuat keduanya sering diabaikan sampai pengering melambat. Bab ini membahas keduanya dari sisi teknisi.

Batas pembahasan

Bab ini membahas unit pemanas listrik dan uap pengering tumble, suplai listriknya, dan pemipaan uap dari header ke pengering. Pembakar gas dibahas di Bab 25 tentang pembakar gas pengering, rantai pengaman dan sensor di Bab 24 tentang aliran udara dan pengaman pengering tumble, dan jalur udara di Bab 23 tentang saluran buang dan udara pengganti pengering. Teori distribusi uap, jenis dan uji perangkap uap, palu air, dan pengembalian kondensat ada di Bab 5 · Utilitas tentang distribusi uap, perangkap uap, dan kondensat. Sifat uap, tekanan ukur dan mutlak, dan suhu jenuh ada di Bab 3 · Utilitas tentang sifat uap dan tabel uap, dan mutu air boiler di Bab 6 · Utilitas tentang pengolahan air boiler. Isolasi energi non-listrik ada di Bab 4 · Keselamatan, bahaya permukaan panas dan uap di Bab 8 · Keselamatan tentang panas, uap, dan permukaan panas, ukuran kabel di Bab 27 · Kelistrikan & Kendali tentang kemampuan hantar arus, pemasangan lapangan mesin di Bab 73 · Kelistrikan & Kendali, dan pengaman arus sisa di Bab 22 · Kelistrikan & Kendali tentang RCD.

Pekerjaan pada suplai uap menurut manual dikerjakan orang berwenang, dan tekanan di atas batas dapat melukai berat atau membunuh. Pekerjaan pada suplai listrik tiga fasa berdaya besar dikerjakan teknisi listrik berwenang.

Unit pemanas listrik

Elemen pengering listrik dipasang di kotak pemanas di jalur udara masuk. Manual servis pengering 13,5 sampai 34 kg memberi susunannya: pengering 13,5 kg memakai 3 elemen 4,5 kW untuk 13,5 kW atau 3 elemen 6 kW untuk 18 kW; pengering 23 kg memakai 4 elemen 6 kW ditambah 1 elemen dummy untuk 24 kW, atau 5 elemen 6 kW untuk 30 kW; pengering 34 kg memakai 5 elemen 6 kW untuk 30 kW, atau 8 elemen 4,5 kW ditambah 2 dummy untuk 36 kW. Elemen dummy (dummy element) adalah elemen yang dipasang di kotak pemanas tetapi tidak dialiri listrik. Tiga aturan penggantian dari manual yang sama:

1. Daya dan tegangan tercetak di elemen; elemen baru harus sama daya dan tegangannya dengan yang lama.
2. Kabel semua elemen ditandai sebelum dilepas, termasuk elemen baik yang dilepas hanya untuk memberi akses.
3. Elemen dummy dipasang berhadapan dengan termostat panas lebih. Manual tidak menjelaskan alasannya; aturan ini dipatuhi apa adanya.

Panduan pemecahan masalah pengering 50 lb dan 75 lb menunjukkan rantai pemanas listrik: sakelar sentrifugal motor kipas, sakelar aliran udara, pembatas suhu kabinet, pembatas suhu pemanas, lalu kumparan kontaktor pemanas. Pemeriksaannya menelusuri tegangan sepanjang rantai itu, lalu tegangan di terminal masukan dan keluaran kontaktor, lalu tegangan di elemen. Bila tegangan ada di elemen tetapi elemen tidak panas, elemen diperiksa terhadap putus atau hubung singkat. Satu catatan dari panduan yang sama layak diingat: bila elemen menyala merah terang atau jingga, aliran udara tidak cukup. Elemen yang membara adalah elemen yang tidak didinginkan udara, dan penyebabnya ada di jalur udara yang dibahas Bab 23.

Termostat panas lebih (overheat thermostat) udara masuk pada pengering listrik membuka otomatis dan harus direset manual; pada model 36 kW ada dua termostat, di balik panel kendali dan di balik pelat atas belakang. Manual 9 sampai 35 kg mencatat gejala sebaliknya: bila hambatan saluran buang terlalu rendah, debit udara melebihi rancangan, elemen terlalu didinginkan, dan suhu udara masuk tidak tercapai.

Suplai listrik pengering listrik

Pengering listrik adalah beban tiga fasa yang besar. Manual 9 sampai 35 kg memberi contoh kabel dan pengaman untuk suplai 3 kali 380 sampai 415 V: pengering 9 kg, kabel 4 mm² dan pengaman 25 A; 16 kg berdaya 24 kW, kabel 6 mm² dan 40 A; 24 kg berdaya 30 kW, 10 mm² dan 50 A; 35 kg berdaya 48 kW, 16 mm² dan 80 A. Pengering gas dan uap dari seri yang sama cukup dengan kabel 1,5 mm² dan pengaman 6 sampai 16 A. Manual pemasangan pengering 45 dan 60 kg memberi daya maksimum dan sekering: untuk 48 kW, daya maksimum 51 kW dengan sekering 80 A pada 400 sampai 415 V; untuk 60 kW, 63 kW dengan 100 A; untuk 72 kW, 75 kW dengan 125 A. Daya maksimum lebih besar dari daya pemanas karena motor kipas dan motor drum ikut dihitung.

Ketentuan pemasangan dari manual-manual itu:

• tersambung permanen, dengan sarana pemutus bila mesin tidak memiliki sakelar utama;
• setiap pengering pada grup sekering dan sakelar utamanya sendiri;
• pemutus arus sisa 30 mA dianjurkan di panel ruang laundry oleh satu pabrik;
• konduktor pelindung dibuat lebih panjang agar terlepas paling akhir bila kabel tertarik, dan dianjurkan paling sedikit 4 mm² bila kabel suplai di bawah 2,5 mm²;
• arah putar kipas diperiksa; kipas yang berputar terbalik tidak menghasilkan aliran udara yang dibutuhkan.

Tabel manual adalah contoh pabrik. Ukuran kabel dan pengaman di lokasi ditetapkan menurut aturan instalasi nasional, metode pemasangan, dan faktor koreksi seperti di Bab 27 · Kelistrikan & Kendali tentang kemampuan hantar arus.

Koil uap dan peredam

Manual servis pengering gas dan uap untuk laundry institusi menjelaskan prinsip pengering uapnya. Koil uap selalu bertekanan. Dengan cara itu muai dan susut berulang dihindari dan panas tersedia seketika ketika pengeringan dimulai. Peredam (damper) adalah pelat yang mengarahkan udara ruang melewati koil atau langsung ke drum, dan pada desain ini peredam di atas koil adalah satu-satunya pengendali suhu. Bila peredam terbuka, udara ruang ditarik melewati koil dan memanas; bila tertutup, udara ditarik langsung ke drum tanpa melewati koil, untuk pendinginan cepat. Bila pengering mati atau udara tekan ke piston peredam hilang, peredam berada di posisi pendinginan.

Aktuator peredamnya berbeda per pabrik:

• Pneumatik. Pelat peredam berengsel, piston pneumatik, dan katup solenoid 24 V dengan katup jarum untuk mengatur kecepatan piston. Suplai udara tekan diputus sebelum piston, solenoid, atau katup jarum diservis.
• Listrik. Pada manual servis 13,5 sampai 34 kg, terminal searah jarum jam dengan common harus bertegangan 18 V AC untuk membuka dan terminal berlawanan jarum jam dengan common 18 V AC untuk menutup. Sekrup ujung poros dikencangkan 5 Nm. Aktuator baru dipasang tanpa dikencangkan penuh, dalam keadaan mengambang, dengan peredam terbuka saat sekrup poros dikencangkan.

Manual yang sama mendaftar penyebab cucian tidak kering dalam waktu yang diminta pada pengering uap: aktuator salah, kalorifier bocor dan harus diganti, peredam tidak terbuka penuh atau tertutup penuh, perangkap uap instalasi rusak, atau sinyal dari mikroprosesor hilang. Satu kendali menampilkan galat bila uap tidak ada atau tekanannya kurang.

Tekanan kerja uap

Batas tekanan uap ditulis dengan cara berbeda, sebagian tekanan mutlak dan sebagian tekanan ukur. Tekanan mutlak sama dengan tekanan ukur ditambah tekanan atmosfer, seperti dijelaskan di Bab 3 · Utilitas tentang sifat uap dan tabel uap. Batas dari manual pabrik:

Manual 9 sampai 35 kg memperingatkan bahwa tekanan di atas maksimum dapat melukai berat atau membunuh, dan bahwa tekanan di luar rentang menyebabkan kerja tidak benar atau tidak cukup. Manual pengering institusi menambahkan bahwa selang fleksibel atau sambungan uap yang bocor harus segera diganti, dan pengering tidak dijalankan dengan selang yang bocor.

Pemipaan suplai dan kondensat

Teori distribusi uap dan perangkap ada di Bab 5 · Utilitas tentang distribusi uap, perangkap uap, dan kondensat. Manual pengering menambahkan aturan khusus untuk sambungan setiap pengering:

1. Cabang suplai dari atas header. Cabang diambil dari sisi atas pipa uap utama agar kondensat tidak terbawa. Manual pengering Amerika meminta sambungan paling sedikit 12 in di atas header dan melarang sambungan dengan tee atau siku yang mendatar atau menghadap ke bawah.
2. Kemiringan. Cabang suplai menurun dan berakhir di atas sambungan masuk pengering. Pipa mendatar sebisa mungkin mengalir dengan gravitasi ke header. Kantong air atau header yang tidak terkuras memberi uap basah; bila tidak dapat dihilangkan, perangkap pintas dipasang dari titik rendah header suplai ke jalur balik.
3. Katup dan saringan. Katup penutup dan saringan di cabang suplai. Manual 9 sampai 35 kg mewajibkan saringan dengan ukuran lolos paling besar 300 mikrometer sebelum setiap katup uap, karena kotoran yang lebih besar merusak katup dan membuatnya bocor. Manual Amerika menganjurkan union dan katup globe 1 in di suplai dan balik, agar pengering dapat diservis tanpa menghentikan seluruh instalasi.
4. Bilas sebelum perangkap. Sebelum perangkap dan katup searah disambung, uap dialirkan melalui pengering untuk membilas kotoran dan kerak.
5. Perangkap di bawah koil. Manual Amerika memasang perangkap ember dengan saringan bawaan 18 in di bawah koil, sedekat mungkin dengan pengering, dengan tanda masuk dan keluar diperhatikan. Bila kondensat kembali ke boiler dengan gravitasi, perangkap ditiadakan tetapi katup searah tetap dipasang di jalur balik dekat pengering.
6. Jalur balik menurun. Cabang kondensat menurun dan lebih rendah dari sambungan keluar pengering, dengan saringan, perangkap setelah pengumpul kotoran, dan katup penutup.
7. Selang tidak menggantung. Selang tekanan antara pipa cabang dan pengering tidak boleh menggantung.
8. Isolasi. Semua pipa diisolasi untuk mengurangi risiko luka bakar dan kehilangan panas.

Manual 9 sampai 35 kg mendaftar perlengkapan yang disediakan pemasang untuk satu pengering uap: tiga katup penutup uap, dua selang uap fleksibel, dua perangkap uap, dua pemecah vakum, dan dua katup searah. Skemanya: katup penutup manual, selang fleksibel, katup solenoid, saringan, perangkap dengan saringan bawaan, pemecah vakum, katup searah, dan pipa balik kondensat. Untuk pengering di ujung barisan, manual Amerika memperpanjang header paling sedikit 4 ft melewati pengering terakhir dengan katup, union, katup searah, dan perangkap pintas di ujungnya.

Mutu air dan permukaan koil

Manual pengering institusi menetapkan pH koil uap: 8,5 sampai 9,5 untuk koil tembaga dan 9,5 sampai 10,5 untuk koil baja, untuk membatasi serangan asam. Kerusakan koil karena pH yang salah membatalkan garansi. Angka ini menyangkut air boiler dan kondensat, yang dikelola seperti di Bab 6 · Utilitas tentang pengolahan air boiler.

Sisi udara koil juga perlu dirawat. Manual Amerika meminta serat dan kotoran dibuang dari sirip koil secara berkala, karena sirip kotor menurunkan efisiensi. Manual 9 sampai 35 kg memeriksa koil uap setiap 3 bulan atau 500 jam kerja.

Membaca gangguan pengering uap

Panduan pemecahan masalah memberi dua pohon gangguan.

Drum berputar tetapi uap tidak masuk koil. Urutannya: katup di jalur suplai dan balik tertutup; perangkap uap tersumbat, dibersihkan atau diganti; katup solenoid tidak bekerja; katup searah terpasang terbalik, diperiksa tanda masuk dan keluarnya; saringan tersumbat; lalu pewaktu dan termistor.

Air di jalur uap. Penyebabnya pemipaan yang salah, perangkap yang kotor atau lamban sehingga perlu dibersihkan atau diganti dan ukuran serta kapasitasnya diperiksa, dan tekanan balik tinggi di jalur balik.

Kasus pembuka berisi ketiga penyebab yang kedua: cabang dari bawah header membawa kondensat, perangkap yang terlalu tinggi menahan kondensat di koil, dan jalur balik yang naik menimbulkan tekanan balik. Koil yang sebagian terisi kondensat kehilangan luas pemanasnya, sehingga pengeringan melambat. Mekanisme ini sejalan dengan pembahasan perangkap yang menahan kondensat di Bab 5 · Utilitas tentang distribusi uap, perangkap uap, dan kondensat.

Mengganti koil dan aktuator dengan aman

Manual pengering institusi memberi urutan mengganti koil uap:

1. Putus listrik dan udara tekan.
2. Tutup semua katup suplai dan balik uap.
3. Tunggu sampai jalur dan koil dingin.
4. Buka sumbat 1/2 in di jalur balik untuk membuang sisa tekanan.
5. Koil berat dan mungkin perlu alat angkat.
6. Pakai perapat ulir bersertifikat untuk uap.
7. Pasang kembali sumbat 1/2 in sebelum memberi tekanan uap.
8. Buka katup balik perlahan, lalu katup suplai perlahan.

Langkah ini adalah penerapan isolasi energi non-listrik di Bab 4 · Keselamatan pada pengering. Uap kilat dan permukaan panas dibahas di Bab 8 · Keselamatan tentang panas, uap, dan permukaan panas. Untuk aktuator listrik, daya diputus, kabel ditandai, tuas pelepas manual dilepas, dan aktuator baru dipasang menurut urutan manual servis.

Contoh kerja

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

Contoh 1: arus pengering listrik 30 kW. Untuk beban tiga fasa seimbang $I = P/(\sqrt{3}\,V)$. Pada 400 V,

$I = \frac{30\,000}{1{,}732 \times 400} = 43{,}3 \text{ A}$

Tabel manual 9 sampai 35 kg memberi pengaman 50 A dan kabel 10 mm² untuk pengering 24 kg berdaya 30 kW. Pengaman berada di atas arus kerja, dan ukuran kabel di lokasi tetap diperiksa menurut Bab 27 · Kelistrikan & Kendali.

Contoh 2: resistansi elemen. Elemen bertanda 6 kW 230 V (baca tanda di elemen) memiliki resistansi kerja $R = V^2/P = 230^2/6000 = 8{,}8$ Ω. Elemen yang sama bertanda 400 V akan bernilai $400^2/6000 = 26{,}7$ Ω. Pengukuran dilakukan dengan daya diputus dan kabel elemen dilepas. Bila terukur rangkaian terbuka, elemen putus. Resistansi dingin sedikit berbeda dari resistansi kerja menurut bahan elemennya, dan acuan yang menentukan adalah daya dan tegangan tercetak.

Contoh 3: satu elemen putus. Pengering 23 kg berpemanas 24 kW memakai empat elemen 6 kW. Bila satu elemen putus, daya tinggal 18 kW, 75 persen dari rancangan. Pengering tetap berjalan tanpa galat, tetapi pemanasan lebih lambat dan siklus memanjang. Pengukuran arus ketiga fasa saat pemanas aktif dapat menunjukkan ketidakseimbangan, karena elemen yang putus tidak menarik arus; susunan sambungan elemen dibaca dari diagram model.

Contoh 4: tekanan ukur dan mutlak. Dengan tekanan atmosfer sekitar 101 kPa seperti di Bab 3 · Utilitas, batas maksimum 1.000 kPa mutlak sama dengan sekitar $1000 - 101 = 899$ kPa ukur, sekitar 9,0 bar ukur. Bila manometer header menunjukkan 9,5 bar ukur, tekanan itu melebihi batas pengering, dan katup penurun tekanan harus dipasang sebelum pengering. Rentang 3 sampai 10 bar mutlak pada manual 45 dan 60 kg sama dengan sekitar 2 sampai 9 bar ukur.

Contoh 5: dua versi tekanan pengering Amerika. Versi tekanan rendah 15 psig, yaitu $15 \times 0{,}0689 = 1{,}03$ bar ukur atau sekitar 2,05 bar mutlak, dengan suhu jenuh sekitar 121 °C. Versi tekanan tinggi 100 psig, yaitu 6,89 bar ukur atau sekitar 7,9 bar mutlak, dengan suhu jenuh sekitar 170 °C menurut tabel uap di Bab 3 · Utilitas. Memasang pengering versi tekanan rendah pada header tekanan tinggi tanpa penurun tekanan melanggar batas manual.

Contoh 6: membandingkan jenis pemanas. Untuk pengering 75 lb (34 kg) berisi kain dengan retensi air 70 persen, manual Amerika memberi waktu kering sekitar 38 menit dengan gas 180.000 Btu/jam, 47 menit dengan listrik 40 kW, dan 32 menit dengan uap 214.265 Btu/jam. Dengan 1 Btu/jam = 0,293 W, energi masukan per siklus sekitar 33,4 kWh (gas), 31,3 kWh (listrik), dan 33,5 kWh (uap). Air yang diuapkan bila kain dikeringkan sampai kering sekitar $0{,}70 \times 34 = 23{,}8$ kg, sehingga energinya sekitar 1,3 sampai 1,4 kWh per kg air. Karena yang dipakai adalah daya masukan nominal, angka ini batas atas kasar; urutannya sesuai kajian pengering yang dibahas di Bab 15 tentang pengeringan dan finishing.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan jangan menjalankan pengering bila keadaan di bawah ditemukan. Pekerjaan pada suplai uap diserahkan kepada orang berwenang, dan pekerjaan pada suplai listrik tiga fasa kepada teknisi listrik berwenang.

1. Tekanan uap di sambungan pengering melebihi batas manual model, atau tidak diketahui.
2. Selang fleksibel atau sambungan uap bocor.
3. Koil, katup, atau perangkap akan dibuka sebelum katup suplai dan balik ditutup, sisa tekanan dibuang, dan jalur dingin, sesuai isolasi energi non-listrik di Bab 4 · Keselamatan.
4. Elemen listrik tampak membara merah atau jingga. Matikan pemanas dan periksa aliran udara (Bab 23).
5. Panel kotak pemanas listrik akan dibuka sebelum daya diputus, dikunci, dan diverifikasi tidak bertegangan menurut Bab 1 · Keselamatan tentang bahaya dan energi tersimpan.
6. Termostat panas lebih bereset manual terus trip. Penyebabnya dicari sebelum reset berikutnya (Bab 24).
7. Udara tekan untuk peredam pneumatik akan diputus atau dibuka saat pengering berjalan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 23 tentang saluran buang dan udara pengganti membahas aliran udara yang mendinginkan elemen dan membawa panas koil, Bab 24 tentang aliran udara dan pengaman pengering tumble membahas pembatas suhu dan rantai pengaman, dan Bab 25 tentang pembakar gas pengering membahas jenis pemanas ketiga. Sisi uap bersambung ke Bab 5 · Utilitas tentang distribusi uap dan perangkap uap, Bab 3 · Utilitas tentang tabel uap, dan Bab 6 · Utilitas tentang air boiler. Isolasi energi non-listrik ada di Bab 4 · Keselamatan, isolasi listrik di Bab 1 · Keselamatan, ukuran kabel di Bab 27 · Kelistrikan & Kendali, pemasangan lapangan mesin di Bab 73 · Kelistrikan & Kendali, pengaman arus sisa di Bab 22 · Kelistrikan & Kendali, dan bahaya uap serta permukaan panas di Bab 8 · Keselamatan. Energi pengeringan dan kondensat dibahas di Bab 15 tentang pengeringan dan finishing dan Bab 11 · Utilitas tentang efisiensi energi utilitas laundry.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, satuan, dan asumsi. Angka dalam soal adalah data latihan kecuali disebut berasal dari manual.