pemanas induksi (induction heating) kapasitas 200 watt

PEMANAS INDUKSI (INDUCTION HEATING) KAPASITAS 200 WATT
Ryan Noviansyah
Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma
Jl. Akses Kelapa Dua, Cimanggis
Telp. (021) 8710561, e-mail : [email protected]
ABSTRAK
Pemanas induksi adalah timbulnya panas pada logam yang terkena induksi medan
magnet, hal ini disebabkan karena pada logam timbul arus Eddy atau arus pusar yang arahnya
melingkar melingkupi medan magnet terjadinya arus pusar akibat dari induksi magnet yang
menimbulkan fluks magnetik yang menembus logam, sehingga menyebabkan panas pada
logam. Prinsip ini sama seperti trafo.
Untuk membuat pemanas induksi diperlukan suatu alat yang mampu menghasilkan
energi listrik yang besar. Alat ini mampu menghasilkan arus AC dan tegangan yang tinggi
dengan daya 200 Watt.
Rangkaian ini terdiri dari power supply, pembangkit generator
AC atau oscilator dan kumparan kerja. Arus dan tegangan ini akan melewati kumparan kerja
dan menghasilkan medan magnet yang sangat kuat dalam kumparan kerja.
Dalam proses ini digunakan baut Ø 12mm sebagai specimen. Alat ini mampu
menginduksi specimen tersebut sehingga specimen menjadi panas hingga mencapai titik
cairnya. Titik cair dari specimen ini adalah ± 660oC.
I. Pendahuluan
II. Landasan Teori
Dalam dunia industri yang berkaitan
dengan material logam pasti terdapat
tempat peleburan logam. Logam dilebur
untuk membentuk suatu pola yang
diinginkan. Namun untuk melebur suatu
logam diperlukan bahan bakar yang tidak
sedikit karena logam yang dilebur harus
bervolume besar. Bahan bakar yang biasa
digunakan adalah LNG dan LPG.
Selain itu faktor keselamatan juga
menjadi perhatian khusus dalam proses
peleburan logam karena ketika proses
peleburan berlangsung akan menghasilkan
suhu yang sangat tinggi. Sehingga sangat
berbahaya apabila panas yang dihasilkan
terkena oleh manusia.
Untuk itu proses alternatif sangat
diperlukan dalam peleburan logam ini agar
dapat menghemat bahan bakar dan
menambah faktor keselamatan sehingga
dapat mengurangi resiko kecelakaan dan
kematian.
Definisi Pemanas Induksi
Pemanas induksi adalah timbulnya
panas pada logam yang terkena induksi
medan magnet, hal ini disebabkan karena
pada logam timbul arus Eddy atau arus
pusar yang arahnya melingkar melingkupi
medan magnet terjadinya arus pusar akibat
dari induksi magnet yang menimbulkan
fluks magnetik yang menembus logam,
sehingga menyebabkan panas pada logam.
Induksi magnet adalah kuat medan magnet
akibat adanya arus listrik yang mengalir
dalam konduktor. Pemanasan Induksi juga
disebut sebagai proses pemanasan nonkontak
yang
menggunakan
listrik
frekuensi tinggi untuk menghasilkan panas
yang konduktif secara elektrik. Karena
non-kontak, proses pemanasan tidak
mencemari bahan yang sedang dipanaskan.
Hal ini juga sangat efisien karena panas
yang sebenarnya dihasilkan di dalam
benda kerja. Ini dapat dibandingkan
dengan metode pemanasan lain dimana
panas yang dihasilkan dalam elemen api
atau pemanas, yang kemudian diterapkan
pada benda kerja. Untuk alasan ini
Pemanas Induksi cocok untuk beberapa
aplikasi yang unik dalam industri.
Cara Kerja Pemanas Induksi
Sebuah sumber listrik digunakan
untuk menggerakkan sebuah arus bolak
balik atau yang biasa disebut sebagai arus
AC yang besar melalui sebuah kumparan
induksi. Kumparan induksi ini dikenal
sebagai kumparan kerja. Aliran arus yang
melalui kumparan ini menghasilkan medan
magnet yang sangat kuat dan cepat
berubah dalam kumparan kerja. Benda
kerja yang akan dipanaskan ditempatkan
dalam medan magnet ini dengan arus AC
yang sangat kuat. Ketika sebuah beban
masuk dalam kumparan kerja yang di aliri
oleh arus AC, maka nilai arus yang
mengalir akan mengikuti besarannya
sesuai dengan nilai beban yang masuk.
Medan magnet yang tinggi akan dapat
menyebabkan sebuah beban dalam
kumparan kerja tersebut melepaskan
panasnya,
sehingga
panas
yang
ditimbulkan oleh beban tersebut justru
dapat melelehkan beban itu sendiri.
Karena panas yang dialami oleh beban
akan semakin tinggi, hingga mencapai
nilai titik leburnya.
penjelasan dari dosen pembimbing. Alat
ini dirancang sebagai simulasi, yaitu
penggunaan alat hanya ditujukan untuk
penelitian dan pengambilan data dari
sampel benda kerja yang diuji, alat ini
memiliki daya sebesar 200 Watt.
Gambar 2 Instalasi alat uji pemanas induksi
Gambar 3 Skema rangkaian pemanas induksi
Penjelasan Rangkaian
Skema rangkaian pemanas induksi yang
ditunjukan pada gambar 3.2 terdiri dari
beberapa
bagian
rangkaian
yaitu
Rangkaian Driver, Rangkaian Daya dan
Rangkaian
Power
Supply
sebagai
rangkaian pendukung.
• Rangkaian Driver
Rangkaian driver ini terdiri dari
MOSFET. Kedua MOSFET tersebut
adalah IRFP250.
[7]
Gambar 1 Prinsip kerja pemanas induksi
III. Alat Uji
Pada penelitian ini alat pengujian
dirancang berdasarkan dasar teori dan
[19]
Gambar 4 Rangkaian Driver
Fungsi driver yaitu untuk mengendalikan
arus agar yang positif diarahkan ke positif
dan negatif diarahkan ke negatif. Pada
rangkaian ini, MOSFET bekerja sebagai
switching untuk menghasilkan tegangan
tinggi pada beban.
• Rangkaian Daya
Rangkaian daya inilah yang mampu
untuk mengkonversi besaran listrik dari
searah menjadi besaran listrik bolak-balik
dan sebaliknya. Rangkaian ini terdiri dari
beberapa komponen daya yaitu MOSFET,
Dioda dan Induktor.
IV. Hasil Dan Analisa
Dari pengujian yang telah dilakukan,
didapatkan hasil pengujian berupa
fenomena yang terjadi pada specimen
selama proses induksi berlangsung
terhadap waktu. Pengujian dilakukan
selama 3 menit. Selama 3 menit tersebut
timbul fenomena yang dihasilkan oleh
proses panas induksi. Dalam waktu 3
menit timbul panas pada specimen akibat
dari induksi medan magnet pada kumparan
kerja.
Gambar 3 Hasil pengujian
Gambar 5 Rangkaian daya
• Rangkaian Power Supply
Rangkaian ini merupakan rangkaian
pendukungn namun sangat diperlukan.
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupply
tegangan dari sumber tegangan AC atau
tegangan PLN. Rangkaian ini berfungsi
untuk mengubah arus AC menjadi DC dan
menurunkan tegangan dari PLN sebesar
220V menjadi 12V, 15V dan 18V sesuai
spesifikasi dari transformator. Tegangan
dari rangkaian ini yang akan dipakai untuk
memfungsikan komponen pada rangkaian
driver dan rangkaian daya.
+
Gambar 6 Rangkaian Power Supply
Analisa
Dapat dilihat bahwa semakin lama
waktu yang diperlukan untuk melakukan
proses panas induksi, maka panas pada
specimen akan semakin tinggi. Hal ini
menunjukan alat pemanas induksi bekerja
dengan cukup baik. Dan proses ini tidak
menimbulkan bara api seperti tungku
peleburan. Artinya proses ini memiliki
tingkat keselamatan yang cukup baik.
Fenomena ini membuktikan bahwa
arus listrik yang tinggi akan menimbulkan
medan magnet yang tinggi pula yang dapat
menyebabkan sebuah specimen dalam
kumparan kerja tersebut melepaskan
panasnya sehingga specimen menjadi
panas hingga mencapai titik cairnya.
Dikarenakan tidak terdapat alat
untuk mengetahui suhu yang dihasilkan,
maka untuk mengetahuinya dapat dilihat
dari titik cair specimen tersebut. Specimen
ini menggunakan material alumunium,
sedangkan titik cair dari alumunium adalah
± 660oC. Dengan demikian suhu pada
specimen adalah ± 660oC. Hal ini
menunjukan bahwa dalam waktu 3 menit
alat ini mampu memanaskan material
alumunium hingga mencapai titk cairnya.
a)
Daya yang dihasilkan
Selama 3 menit proses pengujian
daya yang dihasilkan untuk untuk
menaikkan temperatur benda kerja adalah;
Pm = 4.17 x M x C x Δθ/Δt
= 4.17 x 0.019 kg x 900 J/kg°C x (600℃)/(180 s)
= 237 W
b) Temperatur
specimen
dipanaskan selama 3 menit
W=Q
P x t = M x C x ∆T
setelah
237 W x 180 s = 0.019 kg x 900 J/kg°C x ∆T
42660 J = 17.1 J/°C x ∆T
∆T
= (P .t)/(M .C)
= (42660 J)/(17.1 J/℃)
= 2494°C
V. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah
dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
• Perangkat pemanas induksi kapasitas
200 watt terdiri dari power supply,
pembangkit generator AC dan kumparan
kerja.
• Fenomena yang dihasilkan oleh proses
tersebut adalah panas induksi pada
specimen.
• Power supply menghasilkan tegangan
sebesar 18V dan arus 10A. Arus keluaran
dari power supply adalah arus DC.
• Kapasitor daya terdiri dari 16
kapasitor non polar yang dipasang secara
parallel dengan kapasitas 0,27µF 250V
yang berfungsi untuk meningkatkan faktor
daya.
• Alat ini digunakan untuk memanaskan
baut Ø 12mm dengan bahan alumunium
dengan waktu 3 menit.
Daftar Pustaka
[1]
Forest, M. 103 Projects For Electronics.
Diterjemahkan oleh Sudinarto dengan judul : 103
Proyek Elektronika. Jakarta : PT. Elka Media
Komputindo Gramedia, 1993.
[2]
Wasito, S. Pelajaran Elektronika. Jakarta
: Karya Utama, 1981.
[3]
A.J, Dirksen. Leerboek Electronica.
Diterjemahkan oleh Harsen dengan judul :
Pelajaran Elektronika Jilid 1. Jakarta : Erlangga,
1996.
[4]
Malvino. Elektronik Principles 1.
Diterjemahkan oleh M. Barmawi dan M.O Tjia
dengan judul : Prinsip-Prinsip Elektronika Jilid 1.
Jakarta: Salemba Elektronika, 1996.
[5]
Lozinski, M.G. 1969.
Industrial
Aplication of Induction Heating. London:
Pergoman Press.
[6]
Baskara Internalis, Pengaruh Variasi
Tegangan DC Chopper Dan Variasi Frekuensi
Inverter Pada Pengaturan Kecepatan Motor Induksi
3 Fasa 1 Hp Berbasis Mikrokontroller At89s51/52,
Universitas Diponegoro, 2007.
[7] http://www.induction-heatingequipments.com/About-8.html,2011
[8]http://www.wikipedia.org/wiki/Induktansi#Indu
ktansi_dan_Energi_Medan Magnet,2011
[9]http://www.shvoong.com/exactsciences/physics/2116452-pengertian-induksimagnet,2011
[10]http://www.crayonpedia.org/mw/Konsep_Indu
ksi_Elektromagnetik,2011_
[11] http://electric-mechanic.blogspot.com,2011
[12]http://www.google.co.id/search?q=eddycurrent
inspection,2011
[13] http://www.wordpress.com/2009/09/17/eddycurrent-test/,2011
[14]http://digilib.petra.ac.id/jiunkpe/s1/elkt/1998/ji
unkpe-ns-s1-1998-23491125-15359-heatingchapter2.pdf,2011
[15] http://www.pocketmagic.net/?p=1731,2011
[16]http://www.docstoc.com/docs/15382217/Induct
ion-cooking,2011
[17]http://www.google.co.id/search?q=induction+
welding,2011
[18] http://www.gpgyjr.com.cn,2011
[19]http://www.4hv.org/e107_plugins/forum/forum
_viewtopic.php,2011
[20] http://www.alldatasheet.com,2011