PEMANAS INDUKSI (INDUCTION HEATING) KAPASITAS 200 WATT Ryan Noviansyah

Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma

Jl. Akses Kelapa Dua, Cimanggis

Telp. (021) 8710561, e-mail : sektor@gunadarma.ac.id

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

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.

II. Landasan Teori

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 non-kontak 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.

Gambar 1 Prinsip kerja pemanas induksi[7]

III. Alat Uji

Pada penelitian ini alat pengujian dirancang berdasarkan dasar teori dan

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[19]

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.

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.

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

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 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 setelah dipanaskan selama 3 menit W = Q P x t = M x C x ∆T 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-heating-equipments.com/About-8.html,2011 [8]http://www.wikipedia.org/wiki/Induktansi#Induktansi_dan_Energi_Medan Magnet,2011 [9]http://www.shvoong.com/exact-sciences/physics/2116452-pengertian-induksi-magnet,2011 [10]http://www.crayonpedia.org/mw/Konsep_Induksi_Elektromagnetik,2011_ [11] http://electric-mechanic.blogspot.com,2011 [12]http://www.google.co.id/search?q=eddycurrentinspection,2011 [13] http://www.wordpress.com/2009/09/17/eddy-current-test/,2011 [14]http://digilib.petra.ac.id/jiunkpe/s1/elkt/1998/jiunkpe-ns-s1-1998-23491125-15359-heating-chapter2.pdf,2011 [15] http://www.pocketmagic.net/?p=1731,2011 [16]http://www.docstoc.com/docs/15382217/Induction-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