RANCANG BANGUN INKUBATOR SKALA LABORATORIUM
DENGAN SISTEM PEMANAS INDUKSI (
INDUCTION HEATING
)
BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
SKRIPSI
WULAN TARI S. LUBIS
110801037
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : Rancang Bangun Inkubator Skala laboratorium dengan Sistem Pemanas Induksi (Induction Heating) Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 Kategori : Skripsi
Nama : Wulan Tari Salim Lubis Nomor Induk Mahasiswa : 110801037
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Januari 2017
Komisi Pembimbing:
Pembimbing 2, Pembimbing 1,
(Drs.Kurnia Brahmana, M.Si ) (Prof. Dr. Marhaposan Situmorang) NIP. 196009301986011001 NIP. 195510301980031003
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN INKUBATOR SKALA LABORATORIUM
DENGAN SISTEM PEMANAS INDUKSI (
INDUCTION HEATING
)
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535
SKRIPSI
Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Januari 2017
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan nikmat-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi dengan judul Rancang Bangun Inkubator Dengan Sistem Pemanasan Induksi (Induction Heating) Berbasis Mikrokontroler ATMega8535. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan, bimbingan dan arahan dari berbagai pihak dari masa perkuliahan hingga penyusunan skripsi, sangat sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dr. Marhaposan Situmorang selaku pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan saran – saran untuk membimbing penulis menyelesaikan skripsi ini
2. Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku pembimbing II yang telah banyak meluangkan waktu dengan ikhlas dan sabar membimbing penulis
3. Dr. Marhaposan Situmorang, selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA USU. 4. Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA
USU.
5. Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Staf dan Dosen Fisika FMIPA USU serta para pegawai administrasi.
7. Ibuku tercinta (Deli Murni) yang telah melimpahkan segenap jiwa raganya, mengucurkan doa dan berupaya sekuat mungkin untuk membiayai pendidikan penulis serta kasih sayangnya yang tak tergantikan. 8. Kakakku tersayang (Rismala Lubis, S.pd.I) dan suami yang tiada lelah
9. Untuk Abangku terkasih (Alm. Ramdan Arman Lubis, SH) ini adalah pembuktian dan persembahanku untukmu. Semoga kita diperjumpakan kembali disurga-Nya
10.Tanteku (Marlida) dan suami yang dengan tulus ikhlas membantu dalam hal materi dan moril yang tak terlupakan. Semoga Allah SWT yang membalasnya
11.Rekan-rekan stambuk 2011 dan teman-teman seperjuanganku Indah Utari, Fakhrunniza dan Sri Juliyanti atas semangat dan dukungan moril yang tak terlupakan
12.Adik-adik stambuk 2012/2013/2014
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan ilmu yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran-saran dari pembaca guna penyempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Januari 2017 Penulis,
ABSTRAK
Umumnya, inkubator bekerja menggunakan elemen pemanas yang terbuat dari plat, dimana pemakaian daya listriknya yang besar apalagi saat pertama dipanaskan membutuhkan waktu yang cukup lama hingga alat dapat dioperasikan. Selain itu, perlu dipertimbangkan pula keseragaman suhu yang ada didalam dengan memperhatikan pola penempatan elemen pemanas. Penggunaan inkubator yang perlu dikalibrasi sebelum digunakan kembali juga menjadi salah satu masalah keteledoran pengguna.
Metode pemanasan induksi dipilih karena memiliki tingkat suplai panas yang terkendali dan waktu pemanasan yang cepat. Penggunaan arus induksi yang timbul pada benda kerja (inkubator) membuat komponennya relatif tidak terjadi peningkatan temperatur, sehingga masa pakainya menjadi lebih awet dan tidak membutuhkan komponen yang mahal. Adapun pengoperasian inkubator metode induksi ini dibuat secara otomatis dan perawatannya juga sangat mudah.
Dalam penelitian ini, pemanas induksi terdiri atas 3 rangkaian utama yaitu rangkaian power supply dengan daya 240 Watt, rangkaian driver pembangkit arus AC dan rangkaian pembangkit arus AC yang diatur secara otomatis oleh sistem mikrokontroler Atmega 8535.
Proses transfer panas dari pengujian ini memanfaatkan transfer panas secara konveksi dari dinding bahan inkubator. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa dalam waktu 500 detik, sistem pemanas induksi mampu menaikkan temperatur ruang inkubator sebesar 99,60C.
ABSTRACT
In general, incubator works using heating elements made of plate, where a large electrical power consumption especially when heated first takes quite a long
time until the tool can be operated. In addition, to
consider also the temperature uniformity inside the pattern by observing the placement of the heating element. The use of incubators that needs to be calibrated before being used again and it is also one of the problems keteledoran users.
Induction heating method was chosen because it has a controlled heat supply levels and the rapid warming time. The use of induction currents that arise on the workpiece (incubator) to make its components relative increase in temperature does not occur, so that life becomes more durable and does not require an expensive component. As for the operation of incubator this induction method does automatics and her treatment is also very easy.
Induction heater consists of 3 main circuit power supply circuit with the power of 240 Watts, the driver sets the current generation AC and AC generator circuit is set automatically by the system microcontroller Atmega 8535.
The process of transferring the heat from this testing utilizing heat transfer by convection from the wall material incubator. From the test results that were obtained within 500 seconds, induction heating systems capable of raising the temperature of the incubator is 99, 6 0C.
DAFTAR ISI
2.1.1 Definisi Pemanas Induksi ... 4
2.1.2 Prinsip Kerja Pemanas Induksi ... 4
2.1.2.1 Arus Eddy ... 5
2.1.2.2 Rugi Histerisis ... 6
2.1.3 Elektromagnetisme ... 7
2.1.4 Kerapatan Fluks Magnet ... 8
2.1.5 Permeabilitas ... 8
2.2 Kumparan Induksi ... 10
2.3 Efek Kulit dan Kedalaman Penetrasi Panas ... 11
2.4 Resistivitas dan Konduktivitas Listrik pada Material ... 13
2.5 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ... 14
2.5.1 Definisi IGBT ... 14
2.5.2 Karakteristik IGBT ... 14
2.5.3 Prinsip Kerja IGBT sebagai Saklar ... 15
2.6 PWM (Pulse Width Modulation)... 16
2.6.1 Perhitungan Duty Cycle PWM ... 17
Bab 3. Metodologi Penelitian 3.1 Sistem secara Umum ... 18
3.1.2 Komponen Sistem ... 19
3.2. Spesifikasi dan Perancangan Perangkat Keras ... 20
3.2.1 Perancangan Inkubator ... 20
3.2.1.1 Kapasitas Inkubator ... 20
3.2.1.2 Kalor pada Inkubator ... 21
3.2.2 Kumparan Kerja ... 23
3.2.2.1 Induksi magnetik dan Induksi Kumparan ... 24
3.2.3 Rangkaian Power Supply ... 27
3.2.4 Rangkaian Penyearah ... 29
3.2.5 Rangkaian Kontrol ... 30
3.2.6 Rangkaian Mosfer dan Driver Mosfet ... 31
3.2.7 Rangkaian Kumparan Toroida ... 32
3.2.8 Rangkaian Sistem Pemanas Induksi ... 33
3.2.8.1 Rangkaian Induktor pada Kumparan Kerja ... 33
3.2.8.2 Rangkaian Pembangkit Arus AC ... 34
3.2.8.3 Rangkaian Driver Pembangkit Arus AC ... 35
3.2.9 Rangkaian Sensor LM35 ... 36
3.2.10 Rangkaian LCD ... 37
3.3. Diagram Alir ... 39
4.3 Perolehan Data dan Perhitungan Data dari Pengujian ... 51
4.3.1. Rugi Arus Eddy Dan Rugi Histerisis... 51
4.3.2. Efisiensi Daya Pemanas Induksi ... 52
Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan ... 53
5.2 Saran ... 53
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Jumlah Lilitan terhadap Kemampuan Hantar Arus 10
3.1 Nilai Resistivitas Beberapa Jenis Bahan 26
3.2 Diameter Kawat untuk Gulungan Primer dan Sekunder 28
4.1 Tabel Pengujian Pemanas Induksi 44
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Arus Eddy pada Permukaan Bahan 5
2.2 Grafik Lingkar Histerisis 7
2.3 Pengaruh Frekuensi pada Pemanasan Induksi 13
2.4 Simbol IGBT dan Komponen IGBT 15
2.5 Rangkaian Inverter Sederhana 16
2.6 Skema Pembangkit Sinyal PWM 17
3.1 Diagram Blok Sistem 19
3.2 Rancangan Dimensi Inkubator 21
3.3 Bentuk Pipa Tembaga 24
3.4 Perancangan Lilitan Kumparan pada Inkubator
yang Dilapisi Bahan Kayu 25
3.5 Rangkaian Power Supply 28
3.6 Rangkaian Penyearah 1 fasa gelombang penuh 30
3.7 Sistem Minimum Mikrokontroler ATMega 8535 31
3.8 Rangkaian Mosfet IGBT 32
3.9 Rangkaian Transistor Driver Mosfet 33
3.10 Rangkaian Induktor pada Kumparan Kerja 34
3.11 Rangkaian Pembangkit Arus AC 35
3.12 Rangkaian Driver pada Pembangkit Arus AC 36
3.13 Bentuk dan Rangkaian Sensor LM35 37
3.14 Perancangan Antar muka Modul LCD 38
3.15 Diagram Alir Sistem 39
3.16 Diagram Alir Program Mikrokontroler 40
3.17 Diagram Alir Program Visual Basic 41
3.18 Gambar Alat secara Keseluruhan 42
4.1. Skema Pengukuran Temperatur 43
4.2 Grafik Analisa Pengujian Pemanas Induksi 45
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lamp
1. Lampiran 1 1-3
2. Program Code Vision AVR -
3. Program Visual Basic V.6.0 -
4. Data Sheet IGBT CT40KM-8H -
