Sistem panas mesin pencuci piring: pemanas tangki, booster, termostat, pembatas suhu, dan pembagian beban

Sebuah kafe memasang mesin tipe pintu dengan pemanas bilas 2 kW. Gedungnya hanya punya air dingin dari tandon. Pada pagi hari hasilnya baik. Saat makan siang, ketika rak masuk tanpa jeda, termometer bilas akhir hanya menunjukkan sekitar 70 °C, jauh di bawah 82 sampai 85 °C yang tertulis di manual. Operator yakin termostatnya rusak dan meminta diganti. Teknisi lebih dulu membaca tabel air di manual yang sama: untuk pemanas bilas sekecil itu, pabrikan meminta air masuk di atas 50 °C. Termostatnya tidak salah. Booster 2 kW memang tidak sanggup menaikkan air dingin ke suhu bilas dalam satu menit, seperti yang dihitung di Contoh 1.

Batas pembahasan

Bab ini membahas suhu kerja menurut manual; daya dan susunan pemanas tangki serta booster; pemanasan awal; kebutuhan daya booster terhadap air bilas dan suhu air masuk; termostat kendali, termostat pengaman, dan sensor NTC beserta setelannya; perilaku menunggu suhu bilas; pemanasan bergantian dan daya suplai; perlindungan elemen dan alarm suhu lebih; pemulihan panas sejauh disebut manual; serta pemanas lemari sterilisator.

Perbedaan termostat, pembatas suhu, dan pemutus termal, alasan reset manual, serta bahaya pemanas terbakar kering dijelaskan di Bab 58 · Kelistrikan & Kendali tentang kendali pompa, pemanas, dan proses dengan sakelar proses dan tidak diulang di sini. Sensor suhu secara umum ada di Bab 60 · Kelistrikan & Kendali tentang sensor proses dan transmiter, kendali hidup-mati dan diferensialnya di Bab 62 · Kelistrikan & Kendali tentang elemen kendali akhir dan loop kendali. Rangkaian lengkapnya dibaca di Bab 5 tentang kelistrikan dan logika kendali, dan gangguannya di Bab 6 tentang troubleshooting dan perbaikan. Tipe mesin dan jalur airnya dijelaskan di Bab 2 tentang jenis mesin pencuci piring komersial dan Bab 3 tentang sistem airnya.

Suhu kerja menurut manual

Setiap manual memberi dua suhu utama: suhu air tangki cuci dan suhu bilas akhir.

Dua pola tampak jelas. Air tangki dijaga di sekitar 55 sampai 65 °C, sedangkan bilas akhir di atas 80 °C. Air masuk umumnya diminta sudah hangat, 50 sampai 60 °C, kecuali undercounter relai yang menerima 30 sampai 50 °C. Satu manual hood menawarkan mode suhu standar dan mode suhu naik untuk label termal 71 °C, dengan program yang lebih panjang, tanpa menyebut angka setelannya.

Dua pemanas dan pemanasan awal

Dua pemanas, dua tugas

Pemanas tangki (tank heater) adalah pemanas yang menjaga suhu air cuci. Air tangki kehilangan panas ke piring dingin yang masuk, ke udara saat pintu dibuka, dan ke air bilas yang lebih dingin bila air masuk tidak hangat. Pemanas tangki cukup untuk mengganti kehilangan itu, tetapi lambat untuk memanaskan tangki penuh dari dingin.

Booster atau boiler adalah pemanas yang menaikkan suhu air segar untuk bilas akhir. Tugasnya lebih berat, karena air harus naik puluhan derajat dalam waktu satu siklus. Itu sebabnya booster selalu jauh lebih besar dayanya.

Dua manual Eropa hanya menulis "lihat pelat nama". Beberapa elemen berlabel "230 V-1Ph" digambar tersambung ke tiga fasa dan netral, tanpa gambar susunan di dalamnya. Pada undercounter tiga fasa dan hood boiler 12 kW, pemanas tangki hanya mengambil dari satu fasa. Akibatnya bagi arus dibahas di Bab 5 tentang kelistrikan dan logika kendali.

Pemanasan awal

Mesin harus memanaskan air sebelum bisa dipakai, dan manual memperlihatkan tiga cara.

1. Boiler dulu, lalu pindah ke tangki. Pada satu keluarga mesin berpapan kendali, boiler diisi dan dipanaskan sampai 60 °C (satu undercounter) atau 75 °C (mesin lain), lalu pompa bilas memindahkan airnya ke tangki sekitar 30 detik, diulang 4 sampai 5 kali. Cara ini memakai pemanas boiler yang jauh lebih besar untuk memanaskan air tangki, walaupun manual tidak menyebut alasan ini.
2. Lewat booster. Pada empat konveyor satu pabrikan, air dipanaskan di booster lalu mengalir ke tangki. Pemutus booster baru dinyalakan setelah tangki dan booster penuh. Manual ini tidak punya lampu tanda siap.
3. Menunggu operator. Pada mesin relai, operator menunggu lampu suhu cuci masuk rentang sebelum memulai. Manual servis menunda pemanas booster sampai level tertentu tercapai, lalu memanaskan sampai "fill start temperature 85 °C".

Hanya satu manual hood yang menyebut lamanya, yaitu "beberapa menit". Angka waktu di contoh kerja adalah hitungan, bukan janji pabrikan.

Booster dan kebutuhan bilas

Energi yang diperlukan untuk memanaskan air bilas dihitung dengan rumus yang sama seperti di Bab 58 · Kelistrikan & Kendali tentang sakelar proses:

$$Q = m\,c\,\Delta T$$

dengan $Q$ energi (kJ), $m$ massa air (kg; 1 L air dianggap 1 kg), $c = 4{,}19$ kJ/(kg·K) kalor jenis air, dan $\Delta T$ kenaikan suhu (K). Booster berdaya $P$ (kW) memberikan energi $P\,t$ dalam waktu $t$ detik. Bila air bilas mengalir terus, seperti pada konveyor, kebutuhan dayanya

$$P = \dot m\,c\,\Delta T$$

dengan $\dot m$ laju massa air (kg/s). Rumus itu menjelaskan mengapa manual mengaitkan daya booster dengan suhu air masuk. Tabel air di empat manual tipe pintu memasangkan pemanas bilas kecil dengan air masuk di atas 50 °C, dan undercounter relai memasangkan pemanas bilas 2 kW dengan air masuk 30 sampai 50 °C. Hubungan itu tidak dijelaskan manualnya. Dua manual Eropa menganjurkan air hangat; satu manual hood dan satu manual konveyor mengizinkan air dingin, tanpa data daya pemanas. Bila bilas tetap dingin, manual tipe pintu menyebut satu penyebab yang sering terlupa: tekanan atau debit isi yang rendah membuat level air di booster rendah.

Termostat, termostat pengaman, dan sensor

Mesin relai memakai termostat mekanis. Mesin berpapan kendali memakai sensor NTC yang dibaca papan, dilengkapi pemutus bimetal. Termostat pengaman (safety thermostat) adalah termostat yang memutus pemanas saat suhu lebih, seperti BST over heat pada tabel berikut.

Beberapa hal dari tabel itu perlu dibaca hati-hati. Kode 3L11 -170 dan -210 adalah kode tipe; manual tidak menjelaskan artinya, sehingga angka itu bukan suhu. Jenis reset termostat pengaman hanya dinyatakan satu manual, yaitu konveyor terowongan; untuk BST dan bimetal lain, manual diam. Teknisi tidak boleh menganggap semuanya reset manual. TT 70 °C dan 82 °C juga lebih tinggi daripada suhu cuci yang dianjurkan (50 sampai 65 °C dan 60 sampai 65 °C); manual tidak menjelaskan apakah itu titik setel atau batas.

Letak perangkat di rangkaian terbaca dari diagram. BT dan BST memutus kumparan kontaktor booster, TT memutus kumparan kontaktor tangki, dan pada keluarga berpapan kendali bimetal boiler memutus kumparan kontaktornya, sedangkan bimetal tangki memutus jalur daya langsung. Bab 58 · Kelistrikan & Kendali menjelaskan mengapa pemutus pengaman yang memutus kumparan kontaktor yang sama dengan termostat tidak berguna bila kontak kontaktor itu las. Termostat konveyor satu pabrikan disetel di pabrik.

Sensor NTC yang putus atau terhubung singkat memunculkan alarm tersendiri. Manual servis mematikan kendali bila probe membaca di atas sekitar 99 °C. Satu keluarga manual menyuruh "Replace NTC tank" untuk alarm sensor boiler, sebuah salah tulis yang dibahas di Bab 6 tentang troubleshooting.

Menunggu suhu bilas

Air bilas yang belum panas tidak boleh disemprotkan begitu saja. Manual menangani masalah ini dengan beberapa cara.

• Keluarga berpapan kendali menampilkan "t b." dan memperpanjang tahap cuci "sampai suhu boiler tercapai". Bila batas waktunya habis, siklus diselesaikan dengan bilas dingin dan alarm AL 12 menyala. Nilai batas waktunya tidak disebut.
• Pencuci panci edisi 2021 baru memulai bilas bila suhu sudah tercapai, yaitu 55 °C untuk cuci dan 82 °C untuk bilas.
• Manual servis dan satu manual hood hanya menyebut fungsinya: "thermostop booster" dan galat 03.
• Mesin relai tidak punya fungsi ini; bilas berjalan menurut timer. Konveyor satu pabrikan membilas begitu rak menekan aktuator.

Pada mesin tanpa fungsi menunggu, suhu bilas sepenuhnya bergantung pada keseimbangan daya booster dan laju pemakaian air bilas.

Pemanasan bergantian dan daya suplai

Pemanasan bergantian (alternative heating) adalah sebutan manual untuk pemanasan yang bergiliran antara tangki cuci dan booster bilas. Daya semua pemanas sering melebihi kemampuan instalasi gedung. Tiga manual konveyor menulis daya suplai lebih kecil daripada daya penuh, dengan keterangan "alternative heating between wash tank and rinse booster": 38 kW suplai dari 47 kW penuh pada konveyor satu tangki, dan 20 kW dari 29 kW pada versi lain. Teksnya tidak menjelaskan logikanya. Diagramnya memperlihatkan kumparan kontaktor pemanas tangki dicatu lewat kontak NC kontaktor booster, sehingga pemanas tangki tidak dapat menyala selama booster menyala. Itu pembacaan diagram, belum pernyataan pabrik.

Manual tipe pintu satu pabrikan memuat kalimat yang terputus di tengah: "Usually, machine is come with alternative heating mode. Yet,". Diagramnya punya kontak yang sama di jalur kontaktor tangki. Pada keluarga berpapan kendali, arus maksimum di pelat hood boiler 12 kW (18 A) dan undercounter tiga fasa (9 A) sama dengan arus boilernya saja. Manual tidak menyatakan apakah papan melarang boiler dan pemanas tangki menyala bersamaan.

Perlindungan elemen dan suhu lebih

Elemen pemanas harus terendam sebelum menyala. Pada empat konveyor satu pabrikan, pelampung "mematikan pasokan panas bila level air terlalu rendah". Booster konveyor itu tidak punya sakelar level, sehingga perlindungannya bergantung pada prosedur: pemutus booster dimatikan dari pabrik "untuk menghindari operasi kering elemen booster" dan baru dinyalakan setelah booster penuh. Pada mesin relai, pemanas dicatu dari titik sesudah sakelar level, dan pada konveyor terowongan elemen tangki dilindungi sakelar tekanan. Bab 58 · Kelistrikan & Kendali menjelaskan mengapa elemen yang menyala di udara rusak dalam hitungan menit.

Manual juga mengawasi waktu dan suhu.

• Batas waktu panas. Keluarga berpapan kendali menampilkan AL 03 dan AL 04 bila suhu boiler atau tangki tidak tercapai dalam waktu maksimum; penyebabnya elemen putus atau rusak. Waktu maksimumnya tidak disebut.
• Suhu lebih. Konveyor berkendali elektronik menampilkan Err 2 atau Err 3 di atas 95 °C, dengan perintah "matikan mesin segera". Konveyor terowongan dan pencuci panci edisi 2021 memakai alarm A2 pada 105 °C. Keluarga berpapan kendali memakai AL 05 dan AL 06 tanpa angka. Konveyor satu pabrikan punya over-heat protector tanpa angka: "bila terjadi pemanasan berlebih, pasokan panas diputus".

Pemulihan panas dan pemanas lemari sterilisator

Pemulihan panas

Tiga manual menyebut pemulihan panas (heat recovery), tetapi tidak satu pun menjelaskan cara kerjanya. Manual tipe pintu hanya memuat gambar sambungan "Heat recover coil" dan kumparan kedua di kotak samping, tanpa suhu, arah aliran, atau angka penghematan. Manual konveyor hanya memakai kata itu di judulnya, dengan kotak tanpa label di atas ruang cuci. Manual konveyor terowongan mencantumkannya sebagai pilihan yang tidak dicentang. Satu manual konveyor mengecualikan mesin berunit pemulihan panas dari syarat air masuk hangat. Bab ini tidak menebak prinsipnya; teknisi yang menangani mesin seperti itu memerlukan dokumen pabrikan tersendiri.

Pemanas lemari sterilisator

Lemari sterilisator alat makan memakai pemanas kuarsa 300 W untuk pengeringan, seri dengan bimetal 75 °C, dengan suhu kabinet 70 °C. Manual tidak menyatakan bahwa panas itu ikut mensterilkan, dan menurut diagram, pemanas tidak diputus sakelar pintu. Hubungan angka 70 °C dan 75 °C tidak dijelaskan.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Daya, volume, air bilas, waktu siklus, kapasitas, dan suhu kerja mesin adalah angka manual. Rugi panas ke udara dan logam diabaikan, sehingga hasilnya batas terbaik, dan air dingin 15 °C adalah anggapan, bukan angka manual.

Contoh 1: kasus pembuka, booster 2 kW dalam siklus 60 detik. Manual mesin tipe pintu itu tidak menyebut air bilas per siklus, sehingga dipakai 2,8 L dari manual hood lain sebagai anggapan. Energi yang diberikan booster dalam satu siklus:

$$E = P\,t = 2 \times 60 = 120\ \text{kJ}$$

Kenaikan suhu terbesar per siklus: $\Delta T = 120/(2{,}8 \times 4{,}19) = 10{,}2$ K. Agar bilas tetap 82 °C pada siklus berturut-turut, air masuk harus sudah $82 - 10{,}2 = 71{,}8$ °C. Dari air 15 °C, satu bilas memerlukan $2{,}8 \times 4{,}19 \times 67 = 786$ kJ, atau $786/2 = 393$ s, lebih dari enam kali lama siklus. Pada pagi hari booster masih menyimpan air panas dari waktu siaga; saat rak datang tanpa jeda, simpanan itu habis dan suhu bilas turun. Bandingkan dengan hood boiler 12 kW: $12 \times 60 = 720$ kJ per siklus, cukup untuk menaikkan 2,8 L sebesar 61 K.

Contoh 2: daya booster yang dibutuhkan konveyor. Konveyor satu tangki memakai $225 \times 2 = 450$ L/jam air bilas, atau $\dot m = 450/3\,600 = 0{,}125$ kg/s. Setiap kelvin kenaikan suhu memerlukan $0{,}125 \times 4{,}19 = 0{,}524$ kW.

Booster terpasang $4 \times 9 = 36$ kW. Dengan air masuk 50 sampai 65 °C sesuai manual, cadangannya besar. Dengan air dingin, 82 °C masih tercapai tipis, tetapi 90 °C tidak. Pada versi yang manualnya juga menulis booster $2 \times 9 = 18$ kW, air masuk 50 °C ke 90 °C (21,0 kW) sudah melampaui kemampuannya. Konveyor dua tangki dengan 536 L/jam memerlukan 20,0 kW dari 50 ke 82 °C dan 46,8 kW dari 15 ke 90 °C, di atas booster 36 kW.

Contoh 3: undercounter di pantri rumah sakit. Undercounter di manual servis memakai booster 3,70 kW atau 5,50 kW, bilas 2,9 L, siklus 60 detik, dan bilas akhir 80 sampai 85 °C, dengan air masuk paling tinggi 60 °C. Pada siklus beruntun, energi booster per siklus $E = P\,t$:

$$\Delta T_{3{,}7} = \frac{3{,}7 \times 60}{2{,}9 \times 4{,}19} = 18{,}3\ \text{K}, \qquad \Delta T_{5{,}5} = \frac{5{,}5 \times 60}{2{,}9 \times 4{,}19} = 27{,}2\ \text{K}$$

Varian 3,70 kW memerlukan air masuk 66,7 °C untuk 85 °C, di atas batas 60 °C, sehingga tidak dapat menahan suhu bilas pada siklus beruntun. Dengan 5,50 kW dan air masuk 50 °C, satu bilas memerlukan $2{,}9 \times 4{,}19 \times 35 = 425$ kJ, atau 77 detik daya booster. Bila fungsi thermostop booster menahan bilas sampai suhu tercapai, kapasitas nyata turun dari 60 ke sekitar $3\,600/77 = 47$ rak per jam.

Contoh 4: program pencuci panci di dapur hotel. Pencuci panci memakai boiler 6 kW dan 4 L air bilas per siklus, dengan bilas air bersih 85 sampai 90 °C dan air masuk 50 sampai 55 °C. Pada program 120 detik:

$$\Delta T = \frac{6 \times 120}{4 \times 4{,}19} = 43{,}0\ \text{K}$$

Air masuk 42 °C sudah cukup untuk 85 °C. Program 60 detik di panel edisi 2020 hanya memberi 21,5 K, sehingga air masuk perlu 63,5 °C. Dari air 50 °C, satu bilas memerlukan 587 kJ, atau 98 detik daya boiler. Program 60 detik bergantung pada simpanan air panas boiler 8 L dan suhunya turun pada siklus beruntun; edisi 2021 justru menunggu 82 °C sebelum membilas. Teknisi memastikan edisi manualnya lebih dulu, lalu memakai program yang lebih panjang pada jam sibuk.

Contoh 5: pagi tanpa air panas gedung. Pemanas air gedung sebuah hotel mati, dan air masuk pencuci panci hanya 28 °C. Tangki 61 L harus mencapai 55 °C untuk mencuci:

$$Q = 61 \times 4{,}19 \times (55 - 28) = 6\,901\ \text{kJ}, \qquad t_{6\ \text{kW}} = \frac{6\,901}{6} = 1\,150\ \text{s} \approx 19\ \text{menit}$$

Dengan pemanas tangki 4,5 kW edisi 2020, waktunya 1.534 detik, sekitar 26 menit. Bila air masuk 50 °C sesuai manual, pemanasan dari 50 °C ke 55 °C hanya 3,5 menit (6 kW) atau 4,7 menit (4,5 kW). Selama air masuk dingin, mesin dinyalakan lebih awal, dan pasokan air panas dipulihkan oleh pengelola gedung.

Contoh 6: konveyor rumah sakit pada kecepatan tinggi. Konveyor tiga kecepatan di dapur sebuah rumah sakit memakai booster 24 kW dan 2,6 L per siklus. Tabel manualnya menulis 160 rak per jam, angka yang diragukan Bab 2 tentang jenis mesin. Pada 160 rak per jam, $\dot m = 160 \times 2{,}6/3\,600 = 0{,}116$ kg/s, dan setiap kelvin memerlukan 0,484 kW. Untuk bilas 85 °C:

$$P_{55} = 0{,}484 \times 30 = 14{,}5\ \text{kW}, \qquad P_{28} = 0{,}484 \times 57 = 27{,}6\ \text{kW}$$

Dengan air masuk 55 °C, booster masih punya cadangan. Dengan air 28 °C, daya yang diperlukan melampaui 24 kW, dan bilas tertahan di sekitar 77,6 °C. Pada 100 rak per jam, kebutuhannya 17,2 kW, masih tercapai. Air bilas per jam diukur pada mesin yang berjalan sebelum keputusan diambil.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan serahkan kepada teknisi berwenang bila:

1. Termostat pengaman, over-heat protector, atau bimetal telah trip. Mesin baru boleh dinyalakan lagi sesudah penyebabnya ditemukan, dan pengaman tidak boleh dijembatani atau disetel di atas nilai pabrik.
2. Alarm suhu lebih (Err 2/3, A2, AL 05/06) muncul. Manual konveyor meminta mesin dimatikan segera.
3. Booster atau boiler perlu dibuka. Tunggu sampai dingin, tutup air, dan isolasi listrik di pemisah gedung, karena beberapa manual menegaskan mesin masih bertegangan setelah tombol panel dimatikan.
4. Pemutus booster akan dinyalakan sementara booster belum terbukti penuh.
5. Manual meminta rangkaian pengaman suhu booster dilepas selama perbaikan. Kalimat itu ambigu di manualnya dan menyentuh fungsi pengaman; pekerjaan ini hanya untuk teknisi berwenang dengan prosedur tertulis pabrikan.
6. Kerak di elemen boiler perlu dibersihkan. Tiga manual menyerahkannya kepada teknisi pabrikan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 58 · Kelistrikan & Kendali tentang sakelar proses menjadi dasar seluruh perlindungan pemanas di bab ini, Bab 60 · Kelistrikan & Kendali tentang sensor proses dan transmiter untuk sensor suhu, dan Bab 62 · Kelistrikan & Kendali tentang elemen kendali akhir untuk diferensial kendali hidup-mati. Bab 8 · Kelistrikan & Kendali tentang sistem tiga fasa menurunkan rumus daya tiga fasa yang dipakai di Latihan 5. Bab 3 tentang sistem air menjelaskan level booster dan tangki yang menjadi izin pemanas. Bab 5 tentang kelistrikan dan logika kendali membaca rangkaian kontaktor pemanas dan saling kunci booster dan tangki, dan Bab 6 tentang troubleshooting dan perbaikan memakai hitungan di sini untuk mendiagnosis bilas dingin.

Latihan dan pembahasan