Modul RBL Kelompok 7, TPB 3, ITERA [PDF]

Citation preview

Research Based Learning (RBL) - TA : 2019/2020 Fisika Dasar 1 Sifat Tugas : Kelompok Petunjuk : 1. Bacalah tugas yang diberikan dengan teliti sebelum mengerjakan, apabila ada yang kurang jelas bisa ditanyakan kepada Dosen Pengampu. 2. Tiap kelompok membuat alat(purwarupa) sesuai dengan tugas yang diberikan. 3. Mahasiswa harus bekerja sama. 4. Tiap kelompok mempresentasikan dan mengumpulkan laporan untuk alat yang sudah dibuat. 5. Mahasiswa tidak diperkenankan izin saat presentasi RBL.



I. Tujuan RBL Peserta perkuliahan fisika dasar 1 diharapkan dapat memahami dan mengaplikasikan salah satu konsep Fisika yaitu Hukum Termodinamika, melalui kegiatan RBL dengan merancang alat sederhana yang memanfaatkan Hukum Termodinamika. II. Tugas Mahasiswa Membuat alat sederhana yang memanfaatkan Hukum Termodinamika. III. Petunjuk Praktis Alat terbuat dari media/bahan yang dipilih secara bebas sesuai kreativitas dan pilihan masing-masing kelompok. IV. Sistem Penilaian 1. Komponen kreativitas dan kerjasama (laporan 40%, presentasi 20 % dan alat 40%). 2. Faktor keamanan dan keselamatan V. Waktu Pelaksanaan Minggu terakhir perkuliahan sebelum Ujian II (UAS).



Research Based Learning Kompor Induksi FI-1102 Fisika Dasar 1 Kelompok 7 : Fima Zachra Syah (1193700530) Hafiz Aziz Muttaqin (119370028) Helvi Sri Rejeki Sinaga (119370032) Irwan Saro Zebua (119370007) Kholivia Cahyani (119370006) Loly Betseba Lingga (119370030) Mai Melsi S.R Sihombing (119280031) Widodo Wahyu Muarif (119340007) Yusuf Aldi Bachtiar (119340008)



Abstrak Pada pembuatan alat research based learning ini kami membuat alat yang bermanfaat bagi masyarakat yaitu Kompor Induksi. Alat ini merupakan salah satu alat yang praktis dan hemat bagi kehidupan masyarakat yang dapat digunakan untuk memasak. Alat ini dapat digunakan untuk memasak karena menghasilkan panas namun panas yang dihasilkan bukan panas dari api melainkan panas yang berasal dari alat itu sendiri. Pembuatan alat research based learning yang dibuat merupakan salah satu pengaplikasian atau penerapan dari teori termodinamika dengan memberikan suatu energi berupa panas atau kalor pada sebuah wadah yang berisi air untuk dipanaskan sehingga mengakibakan perubahan suhu dan juga perubahan volume. Pada percobaan juga menghasilkan uap dari proses pemanasan yang dilakukan. Kata kunci : Teori termodinamika, keuntungan kompor induksi, kerugian kompor induksi



1.



PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang



Perkembangan teknologi saat ini sangat pesat khususnya pada bidang elektronika. Hampir semua peralatan menggunakan komponen elektronika, bahkan peralatan rumah tangga pun banyak sekali menggunakan sistem elektronika seperti alat untuk masak atau kompor. Namun dengan banyaknya peralatan elektronik yang digunakan, akan semakin besar pula penggunaan energi listrik. Alasan untuk menghemat biaya pula, peralatan rumah tangga banyak sekali yang diciptakan. Untuk itu perlu adanya inovasi yang hemat energi, hemat biaya, praktis, mudah digunakan dan memiliki tingkat keamanan yang tinggi. Kompor induksi dapat dijadikan alternatif untuk mengatasi masalah-masalah tersebut (Firda, 2008).



Kompor dengan menggunakan sistem pemanas induksi adalah kompor yang bekerja akibat efek induksi. Seperti kompor listrik, kompor induk si juga menggunakan energi listrik. Bedanya, jika kompor listrik menggunakan filamen untuk menghasilkan panas namun pada kompor induksi menggunakan alat masak itu sendiri untuk menghasilkan panas. Yaitu suatu kawat konduktor yang dialiri arus listrik yang akan muncul garis gaya magnet. Jika kawat konduktor tersebut dibentuk suatu kumparan, kemudian didekatnya diletakkan suatu materi yang dapat menghantarkan listrik (umumnyalogam) maka logam tersebut akan menerima efek garis gaya magnet sehingga pada logam akan mengalir arus pusar (Tavakoli, 2009). Karena logam yang digunakan memiliki hambatan listrik dan adanya arus yang mengalir dalam logam tersebut maka akan menghasilkan daya pemanasan. Daya inilah yang keluar sebagai panas dan proses yang berlangsung dinamai pemanasan lewat induksi. Panas induksi adalah timbulnya panas pada logam yang terkena induk simedan magnet (Ridho’i, 2008). 1.2 Tujuan Tujuan penyusunan dalam perancangan aplikasi ini adalah : 1. Mendesain kompor listrik menggunakan metode induksi. 2. Mengimplementasikan kompor listrik menggunakan metode induksi. 3. Mengidentifikasi proses termodinamika pada kompor induksi



2



TEORI DASAR



2.1. Pengertian Termodinamika Ada beberapa dari Termodinamika:



pengertian



1. Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas (boundary) serta lingkungan.



2. Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara panas, kerja mekanik serta aspek-aspek lain dari energi dan perpindahannya. 3. Termodinamika adalah suatu cabang ilmu fisika yang mempelajari hukumhukum dasar yang dipatuhi oleh kalor dan usaha. Sistem termodinamika: Dalam fisika, dikenal macam sistem sebagai berikut:



tiga



1. Sistem terbuka; adanya pertukaran massa dan energi sistem dengan ligkungannya. 2. Sistem tertutup; adanya pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya. 3. Sistem terisolasi; tidak ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan. Suatu sistem dapat berupa seperangkat mesin, refrigerant pada mesin pendingin, uap air dalam turbin, jaringan otot mahkluk hidup dan sebagainya, jika pada sistem itu dapat terjadi pertukaran energi dengan lingkungannya, misalnya melalui konduksi, maka sistem itu disebut sebagai sitem termodinamika. Sebagai contoh, ketika panci dipanaskan diatas kompor, energi diberikan kedalam air melalui peristiwa konduksi. Ketika air mendidih, air dapat mengangkat tutup panci. Dalam peristiwa ini keadaan air berubah, karena pada saat mendidih, volume suhu dan tekanan berubah. Dalam proses tersebut yang menjadi sistem adalah air. Dalam proses termodinamika, kita perlu mengetahui besarnya panas Q yang ditambahkan kesistem dan kerja W yang ditambahkan oleh sistem. Besaran Q dan W ini dapat bernilai positif dan negatif atau bahkan nol. Nilai Q positif melambangkan aliran panas yang masuk kedalam sistem, sedangkan Q negative melambangkan aliran panas yang keluar dari sistem. Nilai W positif melambangkan kerja yag dihasilkan oleh ekspansi gas, dan berkaitan dengan energi



yang meninggalkan sistem. Nilai W negatif, seperti yang terjadi ketika gas mengalami kompresi, dimana kerja diberikan terhadap gas oleh lingkungannya, melambangkan kerja yang dilakukan terhadap sistem. 2.2. Proses Termodinamika



membawa arus penuh yang mengalir dalam kumparan dan dapat bekerja untuk waktu yang lama.



Sebuah proses termodinamika adalah pengembangan energi dari sistem termodinamika melanjutkan dari keadaan awal ke keadaan akhir. Jalan melalui ruang variabel termodinamika seringkali ditentukan dengan memegang variabel termodinamika tertentu. Sebuah proses termodinamika dapat divisualisasikan dengan grafis merencanakan perubahan sistem variabel .



2.2.1.Komponen Kompor Induksi



2.3. Dasar Teori



2.2.2. Prinsip Kerja Kompor Induksi



Pemanas induksi merupakan salah satu produk teknologi yang sudah lama dibuat dan digunakan didalam industri maupun rumah tangga. Pada masa Perang Dunia II, teknologi ini juga digunakan untuk keperluan peleburan dan pembentukan logam didalam industri senjata dan alat-alat perang. Salah satu bentuk pemanasan induksi yang kita temukan dalam kehidupan sehari-hari adalah kompor induksi. Pemanas induksi yang berbasis elektronika daya memiliki keterkaitan erat dengan frekuensi kerja, nilai tegangan dan arus masukan, dan bentuk benda yang akan dipanaskan. Masing-masing faktor tersebut memiliki pengaruh terhadap karakteristik panas yang dihasilkan. Dengan menggunakan mikrokontroller dan elektrinika daya, faktor-faktor tersebut dapat di ubah nilainya sehingga memungkinkan untuk pengujian karakteristik panas. Menurut Departemen Energi AS, efisiensi transfer energi untuk kompor induksi adalah sebesar 84% sedangkan pada kompor listrik bukan induksi sebesar 71%, sehingga ada penghematan sekitaar 31% dalam proses pemindahan panas (Greg Sorensen, 2009). Persyaratan kapasitor yang digunakan dalam pemanas induksi daya tinggi perlu diperhatikan setiap jenis kapasitornya. Kapasitor bank yang digunakan dalam rangkaian tangki pemanas induksi harus dapat



Faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata (real power) dengan daya semu (Turner, 1997). Secara teori kompor induksi terdiri atas tiga komponen, yaitu:   



Daya lisrik dengan frekuensi tinggi Kumparan induktif Benda kerja dari bahan feromagnetik



Kompor induksi/pemanas induksi (Induction Heating) pada prinsipnya dapat dijelaskan dengan prinsip kerja transformator. Trasformator bekerja karena adanya fenomena induksi elektromagnetik yang mana ketika ada suatu rangkaian tertutup yang didalamnya mengalir arus yang menghasilkan medan elektromagnetik yang berubah-ubah. Medan elektromagnetik (pada kumparan primer) yang berubah-ubah tersebut mempengaruhi kumparan sekunder.Besarnya arus pada kumparan sekunder (I2) ditentukan dari besarnya arus pada kumparan primer (I1) dan perbandingan lilitan antara kumparan primer dan sekunder (N1/N2). 2.2.3. Keuntungan Kompor Induksi a) Lebih aman karena tidak mengeluarkan api. b) hanya memanaskan alat masak yang ditempelkan pada elemen induksi. c) dalam kompor induksi tidak membangkitkan panas. d) proses pemanasan yang relatif lebih cepat.



e) lebih mudah dibersihkan, karena pada umumnya permukaan kompor dibuat datar dan halus. 2.2.3. Kekurangan Kompor Induksi a) karena panas dihasilkan melalui induksi, maka peraltan masak yang digunakan haruslah terbuat dari bahan feromagnetik. b) ukuran alat masak harus menyesuaikan elemen kompor dengan dudukan datar. c) di dalamnya terdapat perangkat elektronik yang rentan terhadap panas berlebih.



3



METODOLOGI (DETIL CARA KERJA ALAT) 3.2 Waktu danTempat Dalam percobaan kali ini yaitu dalam pembuatan kompor listrik induksi dilaksanakan 3 minggu pada tanggal 19 November 2019 sampai 28 November 2019,proses pembuatan dilaksanakan di Asrama TB1 InstitutTeknologi Sumatera.



5. Papan kayu atau triplek, berfungsi untuk penutup unit Induction Heater. 6. Hebel ,berfungsi untuk sembagai dudukan kumparan. 7. Saklar, berfungsi untuk memutus arus. 8. Paku, untuk membuat casing unit induction heater. 9. Cat ,Untuk mengecat bagian-bagian kompor listrik 10. Gergaji, berfungsi untuk memotong papan dan hebel 11. Obeng, berfungsi untuk menguhubungkan kabel jumper dan kumparan ke unit Induction Heater. 12. Palu ,berfungsi untuk membuat penutup unit induction heater. 13. Meteran, berfungsi untuk mengukur panjang.



3.4 Cara Kerja 1. Siapkan peralatan dan bahan yang di butuhkan dalam percobaan. 2. Lilit 15 helay tembaga 0,2 mm ,kemudian dibentuk secara spiral sebanyak 15 putaran .



3.3 Alat dan Bahan Dalam pecobaan ini diperlukan alat dan bahan sebagai berikut : 1. 1 unit induction heater berfungsi untuk menginduksi suatu logam agar dapat menghasilkan panas. 2. 20 meter tembaga dengan diameter 0,2mm, berfungsi untuk membuat kumparan dimana induksi itu dapat terjadi. 3. Kabel jumper, berfungsi untuk mengalirkan sumber listrik ke unit Induction Heater. 4. Accu (12V), berfungsi sebagai sumber listrik.



3. Bentuk hebel seperti bentu kubus kecil dengan gergaji, dan ukir permukaan hebel untuk tempat kumparan.



4. Potong kayu ketebalan 1,1cm dengan lebar 6,5 cm dengan ukuran panjang 18 cm sebanyak dua buah dan ukuran 9,5cm sebanyak 3 buah, dan potong



triplek dengan ukuran 19 cm x 11,5 cm untuk membuat casing kompor .



gunakan hanya 50 ºC. Pada percobaan ini juga dapat di buktikan bahwa alat ini memanfaatkan hukum termodinamika dalam proses pemanfaatannya, sebagai bukti adalah dengan adanya uap air yang tercipta, uap air ini terjadi karena terdapat pelepasan energi yang dilakukna wadah ke air sehingga air mendidih dan menguap .



5. Cat bagian bagian yang telah di potong 6. Rangkai casing, dengan unit induksi heater , kabel jumper, saklar, dan accu (12v)



4



HASIL DAN ANALISIS



4.1 Hasil Presentation)



Pengujian



(Technical



Tabel waktu pemanasan suhu alat pada media air 50 ml SUHU (CELCIUS)



WAKTU (MENIT )



29



0



37



1



50



2



Pada table diatas dapat disimpulkan alat mampu memanaskan 50 ml air ke suhu 50 ℃ hanya selama 2 menit . pada percobaan ini kami hanya mengukur sampai suhu 50 ºC ,karena keterbatasan alat yang kami



Percobaa kali ini kami menggunakan wadah bearbrand yang telah kami belah, wadah ini memiliki diameter 5cm . dan volume air 50 ml dengan suhu awal air 29ºC kemudian di didihkan sehingga volume air berkurang menjadi 40 ml. Dengan ini dapat di hitung : Diketahui : Massa(m) : 50 gram Calor jenis(C) : 4,2 joule/gram ΔT :71 ºC F : 490 N Diameter : 5cm Del v : 50 - 40 = 10ml ∆ E=Q+W ∆ E=mC ∆ T + (−ρ ) ∆ v F ∆ E=mC ∆ T + ∆ v A A=Luas Lingkaran A=π r 2



Maka dari percobaan dapat dinyatakan bahwa percobaan ini termasuk kedalan hukum termodinamika II yaitu: ” Kalor 490 ∆ E=50 . 4,2 .71+ . 10=14.660 , 318 Joule mengalir secara alami dari benda 19,625 yang panas kebenda yang dingin; kalor tidak akan mengalir secara Jadi, energi yang di keluarkan untuk spontan dari benda dingin ke benda memanaskan air adalah panas tanpa dilakukan usaha”. 14.660 , 318 Joule Karena benda yang digunakan sebagai wadah mengalami 4.2 Hubungan kompor induksi dan perubahan suhu dari dingin menjadi panas yang disebabkan oleh termodinamika menjalarnya panas dari kumparan Dalam pengujian di atas dapat ke benda yang mengakibatkan air diketahui bahwa sistem kerja kompor listrik yang ada pada wadah pun mengalami perubahan menajdi uap induksi ini juga menerapkan hukum dan volume yang berkurang. termodinamika II yaitu yang berbunyi ” Kalor A=3,14 . 2,52=19,625 cm2



mengalir secara alami dari benda yang panas kebenda yang dingin; kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas tanpa dilakukan usaha”. Dimana dalam kompor



DAFTAR PUSTAKA



listrik induksi memanfaat kalor yang dihasilkan dari proses induksi antara benda feromagnetik dengan kumparan untuk memanaskan / menyalurkan kalor ke media atau lingkungannya dalam kasus ini media berupa air , jadi kalor yang dihasilakan dari proses induksi akan diserap oleh air.



M. H. Tavakoli, H. Karbaschi, and F. Samavat, 2009, “Computational Modeling Of Induction Heating Process”, Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol. 11, 93-102



5 Kesimpulan



Achmad Ridho’I, 2008, “Induksi Panas Dari Frekuensi Tinggi Pengganti Pemanas”, Jurnal Sains Dan Teknologi, Volume 6, Nomer 2, Universitas 17 Agustus 1945, Surabaya



Dari percobaan yang dilakukan mengenai penggunaan dan pembuatan kompor induksi didapatkan hasil bahwa volume air ketika saat uji coba memasak, air berkurang ketika dimasak dengan menggunakan wadah bearbrand yang diletakkan pada kumparan. Yang artinya alat bekerja dengan baik dalam membantu mengubah air menjadi uap menggunakan energi panas yang didapat dari hasil perhitungan yaitu 14.660 , 318 Joule.



Firda, Radita Rama, 2008, “Analisa Kompor Listrik Merode Induksi”, Universitas Andalas, Padang, Sumatera Barat.



Park, J. S., Taniguchi, S., Park, Y. J., 2009, “Maximum Joule Heat by Tubular Suspector with Critical Thickness on Induction heating”, IOP Publishing Ltd



KESIMPULAN Kesimpulan merupakan uraian singkat berupa rangkaian berikut: percobaan apa yang dilakukan, data hasil uji coba alat dan analisisnya. Daftar Pustaka dituliskan mengikuti aturan style IEEEbaik untuk rujukan berupa textbook,jurnal, seminar. DAFTAR PUSTAKA [1] Jackstar H. S., Panduan Penulisan Laporan, Jacks Publishing, Yogyakarta, 2008. [2] Nama Penulis, Judul Pustaka, Nama Penerbit, Lokasi Diterbitkan, Tahun Diterbitkan.