Dalam membuat furnace atau tungku pemanas, elemen pemanas merupakan material utama sebagai sumber panas. Elemen pemanas dari furnace merupakan elemen yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi panas. Pada prinsipnya pemanasan dihasilkan dari arus listrik yang melalui elemen menemui hambatan sehingga menghasilkan pemanasan elemen. Besar daya hasil pemanasan tergantung dari perkalian antara arus dan voltasenya.

V x I = P (daya)

R x I x I = P (daya)

Peningkatan hambatan semakin besar akan meningkatkan dengan besar sebanding dengan daya yang dihasilkan. Sedangkan arus yang semakin besar akan meningkatkan sebanyak kuadrat terhadap beban yang dihasilkannya. Oleh karena itu untuk meningkatkan daya furnace dapat dilakukan dengan menambah arus yang masuk ke elemen pemanas, ketimbang menambah hambatan dari elemen pemanas.

Contoh elemen pemanas

Jenis Elemen pemanas

Elemen pemanas ada 2 tipe:

  1. Logam, paduan logam
  2. Keramik, intermetalic
  1. Elemen pemanas logam
  2. Keunggulan dari material ini adalah pada sifat logamnya, yaitu lentur, mudah dibentuk dan tahan terhadap perubahan panas mendadak (thermal shock). Sehingga elemen ini bisa digunakan untuk masuk ke mesin produksi manufaktur sederhana.
  3. Kelemahan dari material ini adalah lemah terhadap korosi/oksidasi dan memiliki titik leleh yang rendah, pada suhu 1200-1500C. Sehingga suhu kerja dari material ini terbatas pada suhu dibawah 1200C saja.

Secara umum tipe elemen ini sangat cocok untuk berbagai keperluan pemanasan suhu dibawah 1200C. Secara umum kebutuhan manusia menggunakan pemanasan pada suhu dibawah 1000C, seperti untuk memasak, oven listrik, kompor listrik, pengering rambut, pemanas air, penghangat ruangan, pemanggang roti dan lain sebagainya.

Contoh material dari elemen pemanas:

Elemen nikrom (Nichrome) terbuat dari campuran Nikel dan Chromium dengan kadar secara umum seberas (80% nikel, 20 % kromium). Kawat ini memiliki keunggulan ketika dipanaskan membentuk lapisan kromium oksida yang memiliki ketahanan terhadap oksidasi yang baik. Sehingga logam dibawahnya tidak teroksidasi lebih lanjut. Elemen ini memiliki suhu melting sekitar 1400C.

Elemen Kanthal (FeCrAl) terbuat dari campuran Besi, Chromium (20-30%) dan Aluminium (4-7.5%) dengan kadang diberi imbuhan lain untuk meningkatkan suhu lelehnya, seperti imbuhan Molibdenum. Elemen ini memiliki titik leleh di suhu 1400-1500C .

Secara detil, jenis paduan cukup banyak tergantung dari produsen dari heatertnya masing masing, dengan nama pasaran sesuai dengan pengusung awal produk tersebut. Pemilihan jenis elemen menjadi pilihan penting terkait maksimum suhu kerja yan bisa dipakai demikian juga harga elemen yang tentunya semakin mahal pada suhu kerja yang lebih tinggi.

Untuk kebutuhan tertentu dapat juga menggunakan elemen dari material khusus, seperti platina dan sejenisnya, yang bertujuan untuk penggunaan pada aplikasi suhu tinggi.

Bentuk dari elemen pemanas logam paduan ini umumnya berbentuk kawat bulat atau pipih seperti pita. Terkadang elemen pemanas dipasaran dikmas ulang menjadi bentuk yang lebih mudah diaplikasikan di masyarakat, menggunakan selubung tambahan. Untuk kebutuhan khusus, dapat juga dibentuk dalam bentuk pelapisan atau coating yang di gerus kimia. Sehingga dapat diperoleh bentuk pemanas dengan desain rumit.

  • Keramik, intermetalic
  • Keunggulan: elemen pemanas dari kemarik atau intermetalic adalah memiliki suhu leleh yang sangat tinggi, sehingga memiliki suhu kerja yang tinggi.
  • Kelemahan: elemen pemanas dari kemarik atau intermetalic adalah getas dan tidak tahan terhadap perubahan panas mendadak (thermal shock).

Tergantung dari jenis bahannya, elemen pemanas keramik untuk elemen furnace dapat digunakan pada pembuatan furnace pada suhu kerja masing masing. Contoh

– SiC (silikon karbida) dapat digunakan sampai maksimum suhu 1500C.

– MoSi2 (molibdenum silikon) dapat digunakan sampai maksimum suhu 1900C.

– Graphite (C) dapat digunakan sampai suhu 3000C, dalam kondisi vacum.

Tergantung dari komposisi dan kemurnian dari materialnya, elemen pemanas dapat mencapai suhu maksimalnya atau dibawah itu. Selain dari elemen diatas, terdapat juga composit elemen yang merupakan gabungan beberapa material keramik untuk tujuan tertentu.

Bentuk dari elemen keramik sangat terbatas dan hanya bisa dibentuk di pabrik pembuatnya, karena dibentuk dengan proses pencetakan maupun peggerusan. Hal ini menjadikan desain desain pemanas tipe ini diperoleh melalui pemesanan khusus atau menggunakan desain standar yang dikeluarkan oleh pabrikannya.

Cara memilih elemen pemanas untuk furnace atau pemanas suatu alat.

  1. Menentukan suhu maksimal yang ingin dicapai.

Semakin tinggi suhu yang diperlukan, membutuhkan spesifikasi elemen khusus, sehingga jenisnya semakin sedikit. Pada suhu rendah, rata rata elemen pemanas berbasis paduan logam sangat optimal. Pada jenis paduan logam pun, tedapat variasi suhu maksimalnya yang berbeda beda. Dengan mengetahui perkiraan suhu maksimal, batas minimal elemen pemanas dapat dipilih.

  • Pilih elemen pemanas yang bisa memanasi 80-90% dari maksimal panas yang ingin dicapai.

Umur elemen pemanas semakin pendek apabila digunakan pada suhu yang semakin tinggi, oleh karena itu perlu dipikirkan untuk memilih sehingga tidak menggunakannya pada suhu 100% dari kemampuan elemen pemanas dari furnace. Terkadang kita memilih elemen dengan pemikiran menggunakan 100% dari kemampuan elemen pemanas untuk furnace. Perlu diketahui bahwa semakin tinggi suhu yang dibebankan utuk elemen, akan mempercepat usia penggunaan elemen tersebut. Suhu optimal agar elemen bisa bertahan lama adalah pada suhu 80% dari maksimal suhu elemen. Sehingga ketika memilih elemen yang akan digunakan, pilihlah elemen dengan kerja 80%, dan maksimal 90% dari elemen tersebut.

  • Efisiensi anggaran

Semakin tinggi suhu maksimal kerja elemen pemanas, semakin mahal harga elemen tersebut. Pilih elemen yang optimal akan mengurangi biaya elemen pemanas. Apabila tidak memerlukan suhu yang maksimal, jangan memilih furnace dengan pemanas berbasis elemen yang bekerja pada suhu tinggi, karena akan menjadikan biaya pemeliharaan menjadi meningkat.

  • Kerusakan elemen pemanas karena perubahan suhu mendadak atau thermal shock.

Elemen pemanas rusak karena perubahan suhu. Ketika furnace dinyalakan dan dimatikan, akan terjadi perubahan suhu yang menimbulkan perubahan ukuran elemen pemanas karena ekspansi panas material. Hal ini adalah fenomena terjadi pada semua material. Namun demikian, perubahan ini berdampak besar pada elemen pemanas, yaitu terbentuknya retakan pada permukaan pemanas yang menimbulkan kerusakan yang menjalar. Hal ini menjadikan pemanas di laboratorium terkadang harus lebih sering diganti dibanding dengan pemanas di Industri. Karena furnace listrik industri bekerja non stop tanpa di turunkan suhunya.

  • Kerusakan elemen pemanas karena suasana gas dalam furnace.

Dalam kondisi suhu tinggi, mempercepat reaksi kimia antara elemen pemanas dengan kondisi gas didalam furnace. Untuk logam, kondisi gas asam sangat berbahaya dan merusak pemanas, jauh lebih parah dibandingkan keramik. Oleh karean itu, suasana didalam pemanas perlu di kontrol untuk menghindari terjadinya pengumpulan gas asam didalam furnace. Metodanya dapat dilakukan dengan mengalirkan gas inert, dan memberi lobang keluaran gas hasil reaksi.

  • Membuka dan menutup furnace pada suhu tinggi

Hentakan panas atau thermal shock terjadi ketika terjadi perubahan panas yang mendadak. Hal ini sangat riskan untuk elemen pemanas, terutama pemanas dari keramik. Apabila memerlukan proses yang seperti ini, maka salah satu pilihannya adalah mengguakan pemanas dari paduan logam atau menggunakan metoda pemanasan lain, seperti induksi furnace atau sejenisnya. Umumnya furnace aman dibukan pada suhu dibawah 300C.

Smoga informasi tentang elemen pemanas dan cara pemilihan elemen pemanas dapat menambah wawasan dalam memilih dan memeliharan furnace anda.