RANCANG BANGUN ALAT INVERTER FREKUENSI TINGGI APLIKASI PADA PENCAIRAN BATUBARA
Disusun untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Sarjana Terapan (D-IV) Teknik Energi pada Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang
Oleh :
NOVA RACHMADONA 061140411508
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG
ii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN ALAT INVERTER FREKUENSI TINGGI APLIKASI PADA PENCAIRAN BATUBARA
Oleh: NOVA RACHMADONA 0611 4041 1508 Palembang, Juli 2015 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II
Yohandri Bow, S. T., M. S. Ir. Arizal Aswan, M.T NIP. 197110231994031002 NIP. 195804241993031001
Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Energi Ketua Jurusan Teknik Kimia
Ir. Arizal Aswan, M.T. Ir. Robert Junaidi, M.T. NIP. 195804241993031001 NIP. 196607121993031003
iii
Telah Diseminarkan Dihadapan Tim Penguji
Dijurusan Teknik Kimia Program Studi S1 Terapan Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya
Pada Tanggal 1 Juli 2015
Tim Penguji : TandaTangan
1. Ir. Erwana Dewi, M. Eng ( )
NIP. 196011141988112001
2. Ir. Leila Kalsum, M.T. ( )
NIP. 196212071989032001
3. Ir. Erlinawati, M.T. ( )
NIP.196107051988112001
4. Ir. Irawan Rusnadi, M.T. ( )
NIP. 196702021984031004
Palembang, Juli 2015 Mengetahui,
Ketua Program Studi S1 Terapan Teknik Energi
Ir. Arizal Aswan, M.T. NIP. 195804241993031001
iv ABSTRAK
RANCANG BANGUN ALAT INVERTER FREKUENSI TINGGI APLIKASI PADA PENCAIRAN BATUBARA
(Nova Rachmadona, 2015 : 41)
Konservasi energi merupakan salah satu metode yang dilakukan pemerintah untuk menghemat penggunaan energi di Indonesia. Perancangan inverter frekuensi tinggi yang dimanfaatkan sebagai pemanas induksi merupakan langkah konservasi yang tepat. Perancangan ini dipilih karena dapat diaplikasikan pada proses apa yang memerlukan pemanasan dengan menggunakan bahan yang memiliki konduktivitas tinggi. Pada penelitian ini pemanas digunakan untuk mencairkan batubara brown coal. Untuk membuat pemanas induksi dibutuhkan modul inverter frekuensi tinggi. Dari sumber tegangan AC satu fasa 220 volt disearahkan dengan menggunakan penyearah jembatan, kemudian inverter akan mengkonversi besaran listrik AC menjadi besaran listrik DC dengan frekuensi yang dapat diatur. Tegangan diturunkan dengan menggunakan trafo step down agar daya yang nanti digunakan kecil. Setelah keluar dari trafo step down dilewatkan sebuah lilitan penginduksi yang akan menginduksi obyek yang ingin dipanasi. Hasil pengukuran menunjukkan modul inverter yang dibuat memiliki frekuensi 40 kHz dan dapat menghasilkan panas hingga 401 derajat celcius dalam waktu 5 menit dengan efisiensi inverter sebesar 82,8%.
v ABSTRACT
DESIGNING OF HIGHLY FREQUENCY INVERTER USING FOR COAL LIQUEFACTION
(Nova Rachmadona, 2015 : 41)
Energy conservation is one method from the government to conserve the use of energy in Indonesia. Highly frequency inverter design which is used as an induction heating appropriate conservation measures. This design is chosen because it can be applied to any process that requires heating by using a material having high conductivity. In this study, the heater is used to liquefy brown coal. To make this induction heating is required high-frequency inverter module. Using the AC voltage source 220 volt single phase rectified to a bridge rectifier, then inverter will convert the amount of AC voltage into DC voltage which electrical quantities with a frequency can be set. Voltage is derived using a step-down transformer that is used little power. Once out of the step-down transformer is passed a winding inducer which will induce object to be heated. The measurement results show inverter module that is made has a frequency of 40 kHz and can generate heat up to 401 degrees Celsius within 5 minutes with the inverter efficiency of 82.8%.
vi
MOTTO
“Allah akan meninggikan derajat orang-orang yang beriman diantara kamu dan orang-orang yang memiliki ilmu pengetahuan.” (Al-Mujadillah:11)
“Orang yang menuntut ilmu berarti menuntut rahmat ; orang yang menuntut ilmu berarti menjalankan rukun Islam dan Pahala yang diberikan kepada sama dengan para Nabi”. ( HR. Dailani dari Anas r.a )
“Jangan sekali-kali kamu menganggap remeh kebajikan meski kelihatannya tak berharga, yaitu seperti ketika kamu menyambut temanmu dengan menampakkan paras berseri-seri.”(Ali Bin Abi Thalib)
Ku persembahkan untuk:
Ibu dan Bapakku, yang telah mendukungku, memberiku motivasi dalam segala hal serta memberikan kasih sayang yang teramat besar yang tak mungkin bisa ku balas dengan apapun.
orang-orang yang menyayangi yang senantiasa selalu mendo’akan penulis, dan untuk orang-orang terbaik yang pernah penulis temui di bumi ini
vii
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirabbil’alamin, puji syukur penulis panjatkan kepada kehadirat ALLAH SWT, atas segala rahmat dan hidayahnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Sholawat serta salam penulis haturkan pada junjungan kita Nabi Besar Muhammad SAW.
Banyak hal yang penulis peroleh ketika menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan Judul “Rancang Bangun Alat Inverter Frekuensi Tinggi Aplikasi pada Pencairan Batubara”.
Penulis bersyukur karena telah menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat waktunya. Tugas Akhir ini dilakukan untuk memenuhi syarat dalam menyelesaikan pendidikan S1 Terapan pada Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan dan penyusunan Tugas Akhir ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu kritik dan saran serta nasehat yang membangun sangatlah diharapkan untuk menjadi lebih baik lagi. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah memberikan bantuan kepada penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, khususnya kepada yang terhormat :
1. RD. Kusumanto, S.T.,M.M., selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 2. Ir. Robert Junaidi, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia.
3. Zulkarnain, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia.
4. Ir. Arizal Aswan, M.T., selaku Ketua Program Studi DIV Teknik Energi dan Dosen Pembimbing II di Politeknik Negeri Sriwijaya yang senantiasa memberikan bimbingan, arahan dan nasehat serta pelajaran dalam penyelesaian Tugas Akhir.
5. Yohandri Bow, S.T., M.S, selaku Dosen Pembimbing I di Politeknik Negeri Sriwijaya yang senantiasa memberikan bimbingan, arahan dan nasehat serta pelajaran dalam penyelesaian Tugas Akhir.
6. Segenap Bapak / Ibu Dosen Teknik Kimia dan Teknik Laboratorium Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang.
viii
7. Segenap Bapak / Ibu Teknisi dan Staf Administrasi Teknik Kimia dan Teknik Laboratorium Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang.
8. Kedua Orang Tua dan Keluarga yang telah memberi dukungan, baik moril maupun materil dan doa yang tulus untuk penulis.
9. Rekan-rekan Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Program D-IV Terapan Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya.
10. Semua pihak yang telah membantu selama mengerjakan Tugas Akhir yang tidak dapat disebutkan semuanya.
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam menulis Tugas Akhir ini, meskipun begitu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat mendukung dari pembaca, guna menyempurnakan apa yang telah penulis buat. Akhir kata penulis mengharapkan semoga laporan ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembaca.
Palembang, Juni 2015
ix DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan Penelitian ... 2 1.3 Manfaat Penelitian ... 3 1.4 Perumusan Masalah ... 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Pemanas Induksi ... 4
2.2 Komponen Elektronika ... 5
2.3 Rangkaian Daya ... 9
2.4 Rangkaian Kontrol ... 10
2.5 Prinsip Kerja Pemanas Induksi ... 11
2.6 Arus Eddy ... 13
2.7 Batubara ... 14
2.8 Pencairan Batubara ... 15
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendekatan Desain Fungsional ... 17
3.2 Pendekatan Desain Struktural ... 18
3.3 Pertimbangan Percobaan ... 20
3.4 Pengamatan ... 23
3.5 Pelaksanaan Penelitian ... 23
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Desain Pencatu Daya (Power Supply) ... 28
4.2 Hasil Desain Inverter Resonan Seri Frekuensi Tinggi ... 29
4.3 Simulasi Inverter Menggunakan PSIM 9.0. ... 32
4.4 Pengujian Bentuk Gelombang Keluaran ... 33
4.5 Pengujian Kecepatan Panas Variasi Tegangan ... 34
4.6 Efisiensi Inverter ... 37
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 43
5.2 Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44
x
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Hasil Pengujian Inverter Frekuensi Tinggi ... 35
2. Hasil Pengujian Energi Input Reaktor untuk Pencairan Batubara ... 39
3. Hasil Produk dan Energi Output Reaktor untuk Pencairan Batubara ... 40
4. Efisiensi Termal Reaktor Pencairan Batubara ... 40
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Skema MOSFET Sederhana ... 6
2. Susunan dan Simbol Dioda ... 6
3. Resistor... ... 7
4. Salah Satu Jenis Kondensator Beserta Lambangnya ... 8
5. Salah Satu Jenis Kapasitor Beserta Lambangnya ... 8
6. Blok Diagram Penyearah ... 9
7. Bentuk Gelombang Tegangan pada Beban. ... 10
8. Skema Sederhana Trafo Driver ... 11
9. Cara Kerja Transformator dengan Kumparan Sekunder Diganti 1 Kawat ... 12
10. Prinsip Kerja Pemanas Induksi ... 13
11. Arah Medan Magnet Eddy Current Berlawanan dengan Arah Medan Magnet Kumparan... 14
12. Skema Alat Furnace Induksi ... 17
13. Tampak Depan Reaktor... 19
14. Kerangka Rancang Bangun Alat ... 20
15. Diagram Fishbone Penelitian Rancang Bangun ... 27
16. Power Supplay ... 29
17. MOSFET ... 30
18. Kumparan Kerja ... 31
19. Rangkaian Desain Hasil Software PSIM 9.0 ... 33
20. Gelombang Tegangan Keluaran Inverter ... 34
21. Grafik Kenaikan Suhu dan Penurunan Arus pada Kondisi Rensonan... ... 36
22. Pengaruh Daya Input terhadap Lamanya Waktu Pencairan Batubara .... 40
