 Abstrak —Pemanas  induksi  merupakan  sumber renewable energy di  bidang  pemanasan  baik  itu  logam  ataupun  yang lainnya.  Keunggulan  dari  pemanasan  induksi  ini  adalah  lebih ramah  lingkungan  karena  tidak  memiliki  gas  buang  dan  sisa sampah  pembakaran.  Dalam  penelitian  ini  penulis  membuat sebuah pemanas induksi dengan menggunakan metode multiturn helical  coil .  Metode multiturn  helical  coil merupakan  sebuah metode yang membuat kumparan kerja dibuat secara melingkar ke  arah  vertikal.  Metode  ini  banyak  digunakan  untuk memanaskan  sebuah  logam.  Dalam  pengujian  ini  volume  dari material  yang  diuji  sama  yaitu  sekitar  35,4  cm 3 .  Setelah dilakukannya  pengujian,  didapat  hasil  konsumsi  daya  untuk memanaskan sebuah benda hingga suhu 100 ° C adalah 120 watt dengan  daya  dari  catu  daya  10  A,  12  V DC .  Konsumsi  daya tersebut  lebih  rendah  jika  dibandingkan  dengan  produk  sejenis yaitu  kompor  induksi  yang  ada  di  pasaran  dengan  suhu  untuk memasak  sekitar  100 ° C  memiliki  konsumsi  daya  300  watt hingga 1000 watt.
Kata kunci: Pemanas Induksi, Mutiturn Helical Coil

## I. P ENDAHULUAN
Pemanas  induksi  merupakan  salah  satu  produk  teknologi yang  sudah  lama  dibuat  dan  digunakan  di  dalam  industri  dan rumah  tangga.  Pada  masa  perang  dunia  II,  teknologi  ini  juga digunakan untuk keperluan peleburan dan pembentukan logam didalam  industri  senjata  dan  alat  berat,  salah  satu  aplikasi produk  yang  telah  ada  dan  banyak  kita  temukan  adalah kompor  induksi  [1].  Pemanas  induksi  sendiri  atau  biasa  yang disebut induction heating merupakan  suatu  proses  dimana benda  yang  akan  dipanaskan  diletakkan  diatas  kumparan (metode pancake  bowl )  atau  diletakkan  di  tengah-tengah lingkaran  kumparan  yang  berbentuk  spiral  (metode multiturn helical coil ).  Pemanasan  dengan  metode  induksi  ini merupakan sistem pemanasan yang tidak ada kontak langsung dengan heater nya,  tetapi  yang  dimanfaatkan  dan  digunakan sebagai  media  yang  dapat  membuat  panas  adalah  gelombang magnet yang dihasilkan dari kumparan tersebut.
Kekurangan dari pemanas dengan menggunakan induksi ini terutama  jika  digunakan  untuk  kompor  induksi  ialah  bahan yang digunakan (panci, wajan, atau alat masak lainnya) harus mempunyai medan magnet. Jika bahan yang digunakan seperti
panci,  wajan,  dan  peralatan  masak  lainnya  tidak  memiliki medan magnet maka proses pemanasan akan memakan waktu yang sangat lama.

## II. T EORI

## A. Pemanas Induksi
Pemanas  induksi  adalah  timbulnya  panas  pada  logam  yang terkena induksi  medan  magnet. 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.  Dalam  sebuah  proses  pemanasan, apabila  sebuah coil di  aliri  arus  listrik,  maka  besarnya  daya yang diberikan pada coil dapat dihitung berdasarkan (1) [2].
(1)
(satuan  Wh)  merupakan  daya  yang  dibutuhkan  dalam melakukan  pemanasan,  sedangkan (satuan  A)  merupakan arus yang mengalir pada rangkian. (satuan Ohm) merupakan nilai  tahanan  dari coil yang  digunakan. (satuan  Volt) merupakan  tegangan  supply  yang  digunakan  dan (satuan jam)  merupakan  lama  waktu  pemanasan  yang  diperlukan. Formula  (1)  dapat  digunakan  untuk  menghitung  energi  yang dibutuhkan dalam melakukan pemanasan ataupun menghitung daya yang mengalir pada beban dalam waktu tertentu.
Panas  yang  dihasilkan  untuk  menaikkan  tempratur  benda kerja  dapat  dihitung  dengan  menggunakan  (2)[3],  di  mana merupakan  kalor  (panas)  yang  dihasilkan  dalam  melakukan sebuah  pemanasan,  sedangkan merupakan  massa  dari sebuah  benda  yang  dipanaskan  tersebut. merupakan  kalor jenis  dari  material  tersebut  dan merupakan  waktu  total yang dibutuhkan dalam melakukan proses pemanasan.
(2)
Efek pemanasan dari benda kerja yang disebabkan oleh arus Eddy timbul  akibat  arus  bolak-balik  pada coil .  Besarnya penetrasi  panas  kedalam  benda  kerja  yang  dipengaruhi  arus bolak  balik  dapat  dihitung  dengan  persamaan  (3)  [2].

## Rancang Bangun Pemanas Induksi dengan Metode Multiturn Helical Coil
Arif Wahyu Budiarto * dan M. Syafei Gozali
Politeknik Negeri Batam, Batam, Indonesia
* Email: arifwahyu@polibatam.ac.id
merupakan  kedalaman  dari  panas  yang  dihasilkan  pada material  yang  diuji,  sedangkan (Hz)  merupakan  frekuensi yang dihasilkan dari proses switching dan Inverter yang telah dilakukan.  Sedangkan dan merupakan  nilai  karakter  dari sebuah  material  yang  akan  diuji.  Persamaan  (3)  dapat digunakan  untuk  melakukan  sebuah  pemodelan  tentang penyebaran panas yang dihasilkan.
(3)

## B. Arus Pusar (Eddy Current)
Eddy current merupakan induksi arus bolak balik di dalam material  konduktif  oleh  medan  magnetik  bolak  balik  (yang dihasilkan  oleh  arus  bolak  balik  tersebut).  Pada  saat  arus melalui  potongan  sebuah  kawat,  medan  listrik  akan  muncul disekitar kawat tersebut. Prinsip kerja Eddy current didasarkan pada  hukum  Faraday  yang  menyatakan  bahwa  pada  saat sebuah  konduktor  dipotong,  garis-garis  gaya  elektromotif (EMF)  akan  terinduksi  kedalam  konduktor.  Besarnya  EMF bergantung  pada  ukuran,  kekuatan  dan  kerapatan  medan magnet,  kecepatan  pada  saat  garis-garis  gaya  magnet dipotong, dan kualitas konduktor. Eddy current menggambarkan  bentuk  lingkaran  dari  arus  induksi  pada konduktor. Sedangkan kekuatan dari medan magnetik tersebut menyatakan  jumlah  lilitan  dan  arus  dalam  kumparan  probe tersebut.

## C. Heater Metode Multiturn Helical Coil
Prinsip heater dengan  metode multiturn helical coil ialah model heater yang  digulung  secara  vertikal.  Cara  pemanasan dengan  menggunakan heater metode multiturn helical coil berbeda dengan pemanasan menggunakan heater pancake coil . Pada  metode  multiturn helical coil ,  proses  pemanasannya berada di tengah kumparan coil tersebut. Proses pemanasan ini cocok  dilakukan  untuk  pemanasan  batang  logam  yang berbentuk  lingkaran  atau  persegi.  Adapun  dalam  membuat desain  suatu coil ,  hal  yang  harus  pertama  di  hitung  adalah jumlah  lilitannya  seperti  persamaan  (4)  [3]. merupakan jumlah  lilitan  pada coil kumparan  kerja, merupakan panjang  kawat  email  yang  digunakan  (m), merupakan diameter dari konduktor yang digunakan.
(4)

## D. Power Supply
Power supply merupakan sebuah peralatan elektronika yang berfungsi  sebagai  pengubah  dari  tegangan  AC  jala-jala menjadi  tegangan  DC.  Di  dalam Power  supply terdapat beberapa  bagian  yang  merubah  tegangan  AC  jala-jala  hingga menjadi  tegangan  DC  murni.  Di  dalam  rangkaian Power supply terdapat  beberapa  komponen,  seperti  transformator yang berfungsi  sebagai penurun tegangan dari tegangan input (PLN)  menjadi  tegangan  AC  yang  lebih  rendah.  Selain transformator,  terdapat  juga    dioda bridge yang  berfungsi
sebagai  penyearah  tegangan  AC  jala-jala  menjadi  tegangan DC. Tegangan dan arus pada power supply dapat dilihat pada (5),  (6),  dan  (7).  Dimana, (Volt)  merupakan  tegangan output dari  rangkaian  penyearah, (Volt)  merupakan tegangan  puncak  yang  terukur  pada  osiloskop.  Tegangan puncak  tersebut  diukur  dari  titik  nol  hingga  titik  puncak gelombangnya.  Sedangkan (A)  merupakan  nilai  arus  yang terukur pada multimeter dan yang mengalir pada beban dan (A) merupakan nilai arus maksimal yang dapat mengalir pada beban.
(5) (6) (7)

## E. Inverter Setengah Jembatan
Inverter [4]  merupakan  sebuah  piranti  yang  dapat mengubah  tegangan  DC  menjadi  tegangan  AC  dengan frekuensi tertentu. Frekuensi yang dihasilkan disebabkan  oleh proses switching mosfet.  Persamaan  (8)  menentukan  berapa tinggi frekuensi yang dapat dihasilkan dari proses switching di mana, (Hz) merupakan nilai dari frekuensi yang dihasilkan, (H)  merupakan  nilai  dari  induktor  atau  lilitan  yang digunakan dan (F) merupakan kapasitas pada kapasitor yang digunakan pada inverter tersebut.
√ (8)

## III. P ERANCANGAN S ISTEM
A. Hardware Pemanas Induksi
Input tegangan power supply adalah tegangan DC. Keluaran dari power  supply kemudian  masuk  ke  rangkaian driver . Rangkaian driver ini  berfungsi  sebagai  penghasil  sinyal  yang akan  dikeluarkan  melalu heater dalam  bentuk  arus  dengan frekuensi tinggi. Heater coil merupakan output dari rangkaian induction heating . Heater coil pada  rangkaian  ini  berfungsi sebagai  media  untuk  memanaskan  logam.  Logam  yang digunakan sebagai beban yang dipanaskan dengan menggunakan  pemanasan  induksi  ( induction heating )  adalah steel , aluminium, dan copper .
B. Desain Coil Kumparan Kerja
Berikut adalah perhitungan desain dari coil kumparan kerja pada  pemanas  induksi  ini.  Diameter coil yang  digunakan adalah  0,003  m.  Kelas coil yang  digunakan  adalah  kelas  2. Temperatur coil diatur hingga  200 ° C. Panjang  material  yang diuji adalah 0.039 m. Jumlah lilitan dihitung sebagai berikut:
Dengan demikian, dengan panjang material yang akan diuji sepanjang 3.9 cm, banyak lilitan  yang akan digunakan adalah sebanyak 13 lilitan.

## C. Perancangan Elektronik
Pada Gambar 1 terdapat buah mosfet yang befungsi sebagai switching dan  untuk  membangkitkan  frekuensi  tinggi  yang digunakan  untuk  memanaskan  material.  Diode  1N4148 merupakan dioda high speed switching yang berfungsi sebagai trigger mosfet  dan  membuat  dua  buah  mosfet  ini  bekerja secara  bergantian.  Pada  rangkaian  dalam  Gambar  1  terdapat juga  dua  buah  induktor  yang  berfungsi  membuat  hasil gelombang output dari induction heating berbentuk sinusoidal.
Gambar 1.  Rangkaian induction heating

## IV. H ASIL

## A. Hasil Pengujian Output  Mosfet
Gambar  2  menggambarkan  gelombang output dari  mosfet. Pada  Gambar  2,  pengujian  dilakukan  pada  kaki drain-source mosfet  IRF540N.  Terlihat  pada  gambar  tersebut  bahwa gelombang output bekerja  secara  bergantian,  gelombang warna  merah  merupakan  gelombang output mosfet  pertama dan  gelombang  warna  biru  merupakan  gelombang output mosfet kedua. Hasil yang didapat adalah sebagai berikut.
 Frekuensi   : 133,69 kHz
 Duty cycle : 50%
 V PP : 36,8 Volt
Gambar 2.  Gelombang output dari mosfet
Gambar  3  merupakan  gelombang output dari  pemanas induksi ( induction heater ), pengukuran dilakukan pada output rangkaian.  Gelombang  yang  berwarna  merah  merupakan
tegangan  sedangkan  gelombang  yang  berwarna  ungu merupakan  arus.  Pada  gambar  tersebut  dapat  dilihat  hasil tegangan dan arus membentuk gelombang yang sefasa; hal itu disebabkan karena penggunaan kapasitor yang dipasang secara paralel yang berfungsi sebagai perbaikan faktor daya sehingga hasil  gelombang  yang  keluar  menjadi  sefasa  (resistif).  Hasil yang didapat adalah sebagai berikut.
 Duty cyle : 49,87%
 V PP : 70,4 Volt  Frekuensi : 133,7 kHz
 V RMS
: 24,98 Volt
Gambar 3.  Gelombang output induction heater

## B. Hasil Pengujian dengan Material
Pada  pengujian  pemanasan  dengan  material steel ini tegangan suplai yang digunakan adalah 12,4 Volt dengan lama waktu pengujian selama 5 menit. Pengujian dilakukan dengan menggunakan  termometer  laser  dengan  cara  mengukur  suhu dengan  laser  yang  ditembakkan  ke  material  yang  dipanaskan. Energi  listrik  yang  dibutuhkan  dalam  pengujian  pemanasan selama 5 menit (0.083 hour) dengan material steel , aluminium dan copper dijelaskan dalam Tabel I.
TABEL I
H ASIL PENGUJIAN DENGAN MATERIAL
Material
Temperatur Material ( ° C ) 1 menit 2 menit 3 menit 4 menit 5 menit Steel 55 73 77 99 103 Alluminum 45,7 50,1 51,5 52,5 53 Copper 45 53 60 68 80
Tabel  II  menjelaskan  bahwa  energi  yang  mengalir  pada setiap  material  yang  diujicoba  berbeda-beda.  Dari  hasil pengujian  yang  dilakukan  selama  5  menit,  material steel mengonsumsi  daya    paling  besar.  Hal  itu  dikarenakan steel merupakan  material  yang  sangat  sesuai  untuk  proses pemanasan  dengan  sistem  ini  karena  kadar  magnet  dalam materialnya yang besar.
TABEL II
H ASIL PENGUKURAN TEGANGAN , ARUS DAN DAYA Material Tegangan Arus Daya Steel 12.4 V 10 A 10,292 Wh Alluminium 12,4 V 2 A 2,0594 Wh Copper 12,4 V 2,5 A 2,573 Wh
Hasil  pengujian  dari  ketiga  material  yang  digunakan
mendapatkan hasil sebagai berikut:
-  Material steel mencapai suhu 103 ° C. -  Material aluminium mencapai suhu 53 ° C. -  Material copper mencapai suhu 80 ° C.

## V. K ESIMPULAN
Pemanas  Induksi  dengan  Metode Multiturn  Helical  Coil telah  dibuat  dan  bekerja  dengan  baik.  Di  antara steel , aluminium,  dan copper ,  material  yang  paling  baik  untuk dipanaskan  dengan  metode  induksi  adalah  material steel .  Hal itu  dikarenakan  kandungan  magnet  didalam  material steel sangat banyak.

## R EFERENSI
[1]  Yukovany  Zhulkarnaen,  "Perancangan  dan  Pembuatan  Pemanas  Induksi dengan  Metode  Pancake  Oil  Berbasis  Mikrokontroler  ATmega8535,"
Universitas Brawijaya, Malang, Sarjana Thesis 2014.
[2]  Bambang Kusharjanta Wahyu Purwo Raharjo, "Rancang Bangun Pemanas
Induksi  Berkapasitas  600  Watt  Untuk  Proses  Perlakuan  Panas  dan Perlakuan Permukaan," Prosiding SNST , vol. 1, no. 1, pp. 119-124, 2013.
[3]  Soe  Sandar  Aung,  Han  Phyo  Wai,  and  Nyein  Nyein  Soe,  "Design
Calculation and Performance Testing of Heating Coil in Induction Surface Hardening  Machine," International  Journal  of  Energy  and  Power Engineering , vol. 2, no. 6, pp. 1134-1138, 2008.
[4]  Istanto  Wahju  Djatmiko, Elektronika  Daya .  Yogyakarta,  Indonesia: Universitas Negeri Yogyakarta, 2010.