Penukar Panas pada Sistem Pemanasan Air Tenaga Surya

Sistem pemanas air tenaga surya menggunakan penukar panas untuk mentransfer energi matahari yang diserap oleh kolektor surya ke cairan atau udara yang digunakan untuk memanaskan air.

Penukar panas (heat exchanger) dapat dibuat dari baja, tembaga, perunggu, stainless steel, aluminium, atau besi cor. Sistem pemanas air tenaga surya biasanya menggunakan tembaga, karena merupakan konduktor panas yang baik dan memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap korosi.

Jenis Penukar Panas

Sistem pemanas air tenaga surya menggunakan tiga jenis penukar panas:

Liquid-to-liquid
Penukar panas liquid-to-liquid menggunakan cairan pentransfer panas yang ber-sirkulasi melalui kolektor surya, menyerap panas, dan kemudian mengalir melalui penukar panas untuk mentransfer panas ke air di dalam tangki penyimpanan. Cairan transfer panas, ex. cairan antibeku, melindungi kolektor surya dari pembekuan saat cuaca dingin. Penukar panas liquid-to-liquid memiliki satu atau dua pembatas (dinding tunggal atau ganda) antara fluida perpindahan panas dan pasokan air domestik.

Penukar panas dinding tunggal adalah pipa atau tabung yang dikelilingi oleh cairan. Baik cairan yang melalui tabung atau cairan mengelilingi tabung keduanya bertindak mentransfer panas ke cairan lain yang berupa air minum.

Penukar panas dinding ganda memiliki dua dinding di antara kedua cairan. Dinding ganda sering digunakan ketika fluida perpindahan panas bersifat racun, seperti etilena glikol (antibeku). Dinding ganda sering diperlukan karena alasan keamanan untuk mengantisipasi kebocoran, membantu memastikan cairan antibeku tersebut tidak bercampur dengan air minum. Contoh dari dinding ganda pada penukar panas liquid-to-liquid adalah "wrap-around heat exchanger". Tabung harus diisolasi secara memadai untuk mengurangi kehilangan panas.

Meskipun penukar panas dinding ganda meningkatkan keselamatan, mereka kurang efisien karena panas harus ditransfer melalui dua permukaan. Untuk mentransfer jumlah panas yang sama, dinding penukar panas ganda harus lebih luas daripada dinding penukar panas tunggal.

Air-to-liquid
Sistem yang memanaskan air menggunakan penukar panas air-to-liquid, serupa dengan penukar panas liquid-to-air.

Desain Penukar Panas

Ada banyak desain penukar panas. Berikut adalah beberapa yang umum:

• Coil-in-tank
Penukar panas ini berupa kumparan pipa di dalam tangki penyimpanan. Bisa berupa tabung tunggal (dinding penukar panas tunggal) atau tabung ganda (dinding penukar panas ganda). Alternatif yang kurang efisien adalah dengan menempatkan kumparan di luar tangki kolektor dengan ditutupi isolasi.

Penukar panas shell-and-tube
• Shell-and-tube (selongsong dan tabung) 
Penukar panas ini terpisah dari tangki penyimpanan (eksternal). Sistem ini memiliki dua loop cairan terpisah di dalam sebuah selongsong. Cairan mengalir dalam arah yang berlawanan satu sama lain melalui penukar panas, memaksimalkan transfer panas. Di loop pertama, cairan yang akan dipanaskan (seperti air minum) beredar melalui bagian dalam tabung. Di loop kedua, cairan transfer panas mengalir antara selongsong dan tabung air. Tabung dan selongsong harus terbuat dari bahan yang sama. Bila cairan pentransfer panas beracun, digunakan tabung dinding ganda.

• Tube-in-tube
Desain ini sangat efisien, tabung air dan tabung cairan transfer panas langsung mengalami kontak termal satu sama lain. Air dan fluida pentransfer panas mengalir dalam arah yang berlawanan satu sama lain.

Ukuran

Penukar panas harus memiliki ukuran yang tepat agar bekerja secara efektif. Ada banyak faktor yang harus dipertimbangkan untuk menentukan ukuran yang tepat, termasuk diantaranya:

  • Tipe penukar panas.
  • Karakteristik cairan transfer panas (spesifik panas, viskositas, dan densitas).
  • Laju aliran.
  • Suhu inlet dan outlet untuk setiap cairan.

Biasanya, produsen akan memiliki rating perpindahan panas (dalam Btu / jam) untuk berbagai temperatur cairan dan laju aliran. Juga, ukuran luas permukaan penukar panas akan mempengaruhi kecepatan dan efisiensi: area permukaan besar mentransfer panas lebih cepat dan lebih efisien.

Instalasi

Untuk kinerja terbaik, selalu ikuti rekomendasi instalasi produsen penukar panas. Pastikan untuk memilih cairan transfer panas yang kompatibel dengan jenis penukar panas yang akan Anda gunakan. Jika Anda ingin membangun penukar panas Anda sendiri, sadari bahwa beberapa jenis logam dalam konstruksi penukar panas dapat menyebabkan korosi. Juga, karena logam memiliki ekspansi termal dan karakteristik kontraksi yang berbeda, kebocoran atau retak dapat terjadi. Salah satu dari kondisi ini dapat mengurangi masa hidup penukar panas Anda.



IndoEnergi Home