RANCANG BANGUN DAN ANALISIS ALAT PENGHANCUR JARUM SUNTIK

RANCANG BANGUN DAN ANALISIS ALAT PENGHANCUR JARUM SUNTIK  MEMANFAATKAN EFEK ARUS EDDY

Pada suatu system, Arus Eddy merupakan suatu rugi-rugi yang diusahakan untuk dihilangkan. Tetapi pada proyek akhir kali ini ini dibuat suatu alat alat pembangkit suhu suhu yang memanfaatkan efek  efek  Arus Eddy. Metode yang digunakan untuk menghancurkan jarum suntik pada alat yang akan dibuat ini adalah pemanas induksi yaitu metode yang pembangkitan suhunya disebabkan karena adanya medan magnet yang terjadi karena efek arus Eddy. Sebelumya sudah dibuat suatu alat penghancur jarum suntik tetapi menggunakan Electric arc [4] Pada metode electric arc ini pada dasarnya menggunakan busur api listrik pada ujung electrode yang bermuatan listrik . Metode pemanasan secara induksi sendiri mempunyai beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan metode-metode yang lain misalnya lebih stabil jika dibandingkan dengan metode electric arc. Tidak membahayakn karena daerah pemanasan kecil. Tidak menimbulkan bunyi atau gangguan lain jika dibanding pemanasan secara konvensional.. Masalah yang paling mendasar pada alat ini adalah bagaimana cara membangkitkan medan magnet pada transformer sehingga dapat menghasilkan suhu tinggi yang dapat menghancurkan jarum suntik. Karena pada kenyataanya sangat sulit mengatur induksi magnet dari transformer  yang memaliki medan magnet yang tidak seragam [2] Prinsip dasarnya adalah inti transformator  memiliki fluks magnetik yang berubah-ubah menurut waktu akan menimbulkan medan magnet pada lilitan. Medan magnet inilah yang akan menginduksi elektrode. Akibatnya akan timbul arus Eddy pada elektrode. Ada dua cara membangkitkan Arus Eddy pada transformer [1] : Dengan menggunakan bahan inti besi yang mempunyai bahan permeabilitas rendah Dengan menggunakan menggunakan bahan yang mempunyai konduktivitas yang tinggi tinggi

Pemanfaatan

transformator sebagai pembangkit pembangk it arus Eddy yang nantinya dapat

menghasilkan panas. Karena inti transformator memiliki fluks yang berubah menurut waktu. Akibat dari fluks yang berubah-ubah ini akan menimbulkan rugi-rugi arus Eddy. Arus Eddy tersebut menyebabkan terjadinya terjadinya rugi ohmic pada konduktor dan daya yang yang cukup besar untuk  menimbulkan panas. Penggunaan induksi magnetik untuk pemanasan ataupun pelelehan logam disebut pemanasan induksi

Pemanasan induksi induksi inilah inilah yang yang akan dimanfaatkan untuk 

membangkitkan suhu Pemanasan induksi sendiri dipengaruhi oleh 3 faktor dasar yaitu induksi

elektromagnet, efek permukaan dan pemindahan panas. Pada dasarnya alat yang digunakan untuk pembangkit panas sendiri berbentuk seperti transformator. Tetapi tujuan penggunaan yang berbeda. Rangkaian ekuivalen dari transformator dasar. Dimana terdiri dari dua lilitan yaitu lilitan primer yang dihubungkan dengan sumber dan rangkain sekunder yang dihubungkan dengan beban dimana arus magnetik diabaikan. Pada lilitan sekunder dishortkan maka akan timbul panas pada lilitan sekunder. Sedangkan di dalamnya terjadi suatu sistem dimana energi yang dihasilkan lilitan primer mengakibatkan panas pada lilitan sekunder dan beban. Induksi dari liltan primer ditujukan untuk memaksimalkan energi panas pada lilitan sekunder. Lubang pada lilitan sendiri dibuat sekecil kecilnya. Pada sekunder sendiri dipilih bahan yang mempunyai resistansi yang rendah dan permeabilitas yang t inggi . Dari faktor yang mempengaruhi pemanasan induksi antar lain induksi elektromagnetik, efek permukaan dan penyaluran panas. Mengenai faktor induksi elektromagnet sudah diketahui hubunganya berdasarkan penjelasan diatas. Frekuensi yang tinggi yang diberikan pada lilitan lebih efektif untuk menghasilkan menghasilkan arus induksi pada permukaan beban. Arus induksi yang dihasilkan pada permukaan beban dan akan melakukan penetrasi pada permukaan inilah yang dimaksud efek permukaan atau efek kelvin. Akibat dari efek inilah energi elektrik  dirubah pada bentuk energi panas pada permukaan beban. Untuk faktor yang terakhir yaitu untuk  memindahkan panas untuk menghancurkan jarum suntik sendiri. Perubahan bentuk energi listrik  menjadi suhu sendiri tergantungtung dari besarnya gaya disipasi yang dihasilkan. Sudah menjadi hal yang sangat penting untuk dapat mengurangi atau meminimalkan power losses pada switching elektronik (electronic switching) pada saat mendesain suatu rangkaian elektronika daya. Switch losses terjadi karena terdapat perubahan dari kondisi satu ke kondisi (low) yang lain (high) secara cepat. Drive citcuit MOSFET harus dapat dengan cepat memberikan arus dan membuang arus pada saat berada pada switching frekuensi tinggi. Rangkaian yang sangat cocok untuk digunakan sebagai drive circuit pada MOSFET adalah yang dinamakan ³totem-pole´, yang terdiri dari transistor NPN dan PNP. Dalam JFET, besar keefektifan pada channel dikontrol oleh medan listrik yang diberikan ke channel melalui P-N junction. Bentuk lain dari piranti pengaruh medan dicapai dengan penggunaan bahan elektroda gate yang dipisahkan oleh lapisan oxide dari channel semikonduktor. Pengaturan metal oxide semikonduktor (MOS) mengijinkan karakteristik 

channel dikontrol oleh medan listrik dengan memberikan tegangan diantara gate dan body semikonduktor dan pemindahan melalui lapisan oxide. Seperti halnya piranti yang disebut dengan MOSFET atau MOS Transistor. Hal ini penting digaris bawahi dengan kenyataan bahwa IC lebih banyak dibuat dengan piranti MOS dari pada jenis piranti semikonduktor lain. Ada dua tipe MOSFET. Deplesi MOSFET mempunyai tingkah laku yang sama dengan JFET pada saat tegangan gate nol dan tegangan drain tetap, arus akan maksimum dan kemudian menurun dengan diberikan potensial gate dengan polaritas yang benar (piranti normally on). Jenis yang lain dari piranti ini disebut dengan Enhancement MOSFET yang menunjukkan tidak ada arus pada saat tegangan gate nol dan besar arus keluaran besar dengan bertambah besar potensial gate (normally off). Kedua tipe dapat berada dalam salah satu jenis channel P atau N. MOFSET adalah semikonduktor FET oksida logam yang mempunyai sumber, gerbang dan penguras. Akan tetapi berbeda dengan JFET, gebang MOSFET diisolasikan dengan saluran. Maka arus gerbang sangat kecil, untuk gerbang positif atau negatif. MOSFET yang sangat penting dalam rangkaian-rangkaian digital dikenal dengan MOSFET jenis pengisian. Untuk memperoleh arus penguras, harus menerapkan tegangan yang cukup positif pada gerbang. Gerbang bekerja sebagai sebuah pelat 13, kapasitor, dioksida silikon bekerja sebagai bahan dielektrik dan subtrat-p sebagai pelat kapasitor yang lain. Lapisan elektron bebas yang terbentuk berdampingan dengan dioksida silikon. Lapisan ini tidak bekerja sebagai suatu semikonduktor tipe-p melainkan nampak sebagai konduktor tipe-n disebabkan oleh elektronelektron bebas yang diimbas. Maka lapisan bahan p yang bersinggungan dengan dioksida silikon disebut sebuah lapisan inversi tipe-n. Tegangan gerbang sumber minimum yang menghasilkan lapisan inversi tipe-n disebut tegangan ambang (threshold voltage) dinyatakan dengan V. Apabila tegangan gerbang kurang dari tegangan ambang, tidak ada arus yang mengalir dari sumber ke penguras. Tetapi apabila tegangan gerbang lebih besar dari tegangan ambang, lapisan inversi tipe n menghubungkan sumber ke penguras dan diperoleh arus. Tegangan ambang tergantung pada tipe khusus dari MOSFET. Untuk MOSFET IRFP460 tegangan ambangnya 2v ±  6v. gs Untuk dapat membangkitkan induksi magnet secara maksimum maka harus dibuat juga desain lilitan yang tepat. Dari dasar teori diatas ada beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya induksi dari segi desain lilitan. Faktor pertama yaitu diameter lilitan. Faktor kedua adalah bentuk 

lilitan. Untuk faktor kedua ini ditentukan dari bagian mana benda yang ingin dipanaskan. Sedangkan faktor terakhir adalah banyaknya lilitan pada lilitan. Ini berhubungan juga dengan besarnya nilai induktansi dari lilitan untuk menentukan nilai kapasitor yang digunakan agar  menghasilkan frekuensi resonansi yang diinginkan Pada pembangkitan panas menggunakan induksi memanfaatkan arus AC dengan frekuensi tinggi. Mengenai teori pengoprasianya dapat dilihat pada gambar 3.1 mula-mula tegangan AC dari jala-jala digunakan sebagai sumber awal dari sistem. Tegangan AC dari jala-jala selanjutnya dirubah dalam bentuk gelombang DC oleh block rectifier. Selanjutnya pada blok inverter  frekuensi tinggi gelombang dari rectifier diubah dalam bentuk gelombang AC dengan frekuensi tinggi. Gelombang AC yang mempunyai frekuensi tinggi diubah dalam bentuk medan magnet yang mempunyai frekuensi tinggi. Karena beban yang berbentuk elektrode diinduksi oleh medan magnet tersebut sehingga menimbulkan arus Eddy dan arus induksi pada beban akibatnya akan timbul panas. Panas yang timbul inilah yang digunakan untuk menghancurkan jarum suntik . Berdasarkan prinsip dasar mendesain lilitan agar menghasilakan medan magnet yang maksimum maka. Prinsip pertama adalah jarak antar lingkar lilitan yang satu dengan lain rapat. Tetapi tidak  menyentuh karena itu digunakan tembaga yang berpelindung agar jarak antar lilitan sanagnt rapat karena dipisahkan oleh email dari tembaga sendiri. Prinsip kedua yaitu mengenai banyaknya lilitan yang dipakai mempengaruhi medan magnet yang dihasilkan. Mengenai jumlah lilitan disesuaikan dengan frekuensi resonansi yang diinginkan. Karena jumlah lilitan mempengaruhi besarnya induktansi pada lilitan tersebut. Agar memudahkan dalam mendesain rangkian resonansinya serta bentuk dari lilitan. Maka pada proyek ini digunakan lilitan dengan jumlah 114 dengan nilai induktansi sebesar 20,78 H Untuk dapat membangkitkan induksi magnet secara maksimum maka harus dibuat juga desain lilitan yang tepat. Ini berhubungan juga dengan besarnya nilai induktansi dari lilitan untuk menentukan nilai kapasitor yang digunakan agar menghasilkan frekuensi resonansi yang diinginkandari pengukueran diperoleh L sebesar  20,78 uH dan kapasitor sebesar 25 uF. Prinsip ketiga mengenai peletakan besi yang diinduksi yaitu berada pada pusat lilitan. Karena pada pusat lilitan akan menghasilkan medan magnet yang maksimum. Jadi besi pejal akan menghasilkan suhu yang maksimum juga sebanding besarnya medam magnet yang megenaibesi pejal tersebut. Berdasarkan prinsip keempat adalah memberi ruang pada sisi kiri dan sisi kanan

lilitan agar menghasilkan dapat menghasilkan induksi. Sedangkan untuk bentuk lilitan dipilih bentuk lilitan around. Yang berbentuk seperti pegas. Jadi pada desain lilitan dibuat ruang antara sisi kanan dan sisi kiri lilitan berbentuk lilitan. selain itu pemilihan bentuk around didasarkan juga pada benda yang akan diinduksi berbentuk memanjang. Untuk diameter tembaga yang digunakan didasarkan pada kapasitas temabaga dapat megalirkan arus. Pada disain lilitan digunakan ukuran tembaga dengan diameter sebesar 1,5 mm yang mempumyai kapasitas arus sebesar 10 A. Dalam sitem sendiri digunakan arus sebesar 3 A tetapi untuk keamanan digunakan tembaga yang mempunyai kapasitas arus lebih besar. berikut adalah gambar rangkian resonansi yang terdiri lilitan dan kapas itor. Dari uji korelasi ternyata terdapat korelasi negatif yang hampir sempurna dengan nilai r = 0,689. Ini berarti bahwa perubahan frekuensi kurang berpengaruh pada suhu yang dibangkitkan. Ini dikarenakan faktor frekuensi resonansi. Semakin dekat dengan frekuensi resonansi semakin maksimal suhu yang dibangkitkan. suhu kurang optimum jika semakin menjauhi frekuensi resonansi meskipun frekuensinya ditambah. Sementara dari pengujian-pengujian secara stasistik  diperoleh kesimpulanbapat bahwa model hubungan antara y dan x memenuhi kriteria BLUE, sehingga persamaan 16 yang dipakai dapat digunakan untuk memprediksi suhu yang yang akan dibangitkan. Setelah

dilakukan

proses

perencanaan,

pembuatan

dan

pengujian

alat

serta

dengan

membandingkan dengan teori-teori penunjang, dan dari data yang didapat maka dapat kami simpulkan mengenai alat penghancur jarum suntik maka dapat kita simpulkan bahwa perubahan diameter logam yang diiduksi berpengaruh besar pada suhu yang dibangkitkan. Semakin kecil nilai diameternya semakin besar suhu yang dibangkitkan dan terdapat korelasi positif yang hampir sempurna dengan nilai r mendekati satu. Ini berarti bahwa perubahan arus berpengaruh sangat besar pada suhu yang dibangkitkan. Semakin kecil nilai arusnya semakin kecil pula suhu yang dibangkitkan. Perubahan frekuensi kurang berpengaruh pada suhu yang dibangkitkan. Ini dikarenakan faktor frekuensi resonansi. Semakin dekat dengan frekuensi resonansi semakin maksimal suhu yang dibangkitkan. suhu kurang optimum jika semakin menjauhi frekuensi resonansi meskipun frekuensinya ditambah. Agar lilitan dapat membangkitkan suhu dengan maksimum. Maka nilai induktansi yang didapatkan dari lilitan harus sesuai dengan yang

dibutuhkan untuk rangkaian resonansi untuk mencari frekuensi resonansi. Frekuensi resonansi harus sama dengan frekuensi input agar arus eddy yang dihasilkan maksimum .