Apa itu Induction Heating? - Induction Heating adalah metode tanpa kontak yang cepat dan efisien untuk memanaskan bahan konduktif seperti logam dan semikonduktor dengan menerapkan medan magnet yang berfluktuasi.
Baru-baru ini, ini telah menjadi salah satu teknologi pemanas yang disukai untuk aplikasi industri, medis dan domestik karena keunggulannya dibandingkan teknik pemanasan tradisional (pemanasan tahan, pemanasan api, oven, tungku, dll.). Induction Heating sangat berguna untuk melakukan operasi yang sangat presisi atau berulang.
Dasar-Dasar Induction Heating
Dalam Induction Heating, sumber arus bolak-balik (AC) digunakan untuk memasok arus ke koil pemanas induksi . Akibatnya, kumparan menghasilkan medan magnet bolak-balik. Ketika sebuah objek ditempatkan di bidang ini, dua efek pemanasan terjadi:
1. Kerugian Histeresis
Ini hanya terjadi pada bahan magnetik seperti besi , nikel , kobalt , dll karena gesekan antara molekul ketika bahan terus menerus dimagnetisasi ke arah yang berbeda. Frekuensi osilasi medan magnet yang lebih tinggi menghasilkan pergerakan partikel yang lebih cepat, yang menyebabkan lebih banyak gesekan dan dengan demikian lebih banyak panas.
2. Kerugian Arus Eddy
Ini terjadi sebagai efek pemanasan Joule dalam bahan konduktif karena arus listrik yang disebabkan oleh medan magnet yang berfluktuasi.
Kedua efek menghasilkan pemanasan objek yang dirawat tetapi yang kedua paling sering merupakan sumber panas utama dalam proses IH. Selain itu, histeresis tidak diamati pada bahan non-magnetik, dan bahan magnetik kehilangan spesifisitas magnetiknya jika dipanaskan di atas suhu tertentu (yang disebut titik Curie ).
Arus eddy juga bergantung pada frekuensi medan magnet karena efek kulit – pada frekuensi tinggi, arus mengalir dekat permukaan konduktor. Kekhususan ini digunakan untuk mengontrol kedalaman penetrasi proses Induction Heating. Akibatnya, baik seluruh objek atau hanya sebagian tertentu saja (hanya permukaannya, misalnya) dapat dipanaskan. Dengan demikian, Induction Heating dapat digunakan untuk berbagai aplikasi – mulai dari peleburan logam hingga mematri dan pengerasan permukaan .
Efek kulit juga diamati di dalam konduktor koil induksi. Oleh karena itu, pipa dapat digunakan sebagai pengganti kabel padat. Ketika arus mengalir melalui induktor, kerugian resistif serupa diamati karena efek Joule. Untuk mencegah koil meleleh dan rusak, pendinginan air sering diterapkan.
Keuntungan Induction Heating
Dibandingkan dengan beberapa teknik pemanasan klasik (pemanas tahanan, pemanasan api, tungku, dll.), Induction Heating memiliki keuntungan sebagai berikut :
Pengurangan Waktu
Melalui Induction Heating, target dipanaskan secara langsung sehingga mengurangi waktu pemanasan dan panas yang terbuang. Metode ini memberikan kepadatan daya yang tinggi dan inersia termal yang rendah atau tidak sama sekali.
Efisiensi Tinggi
Nilai efisiensi yang lebih tinggi dari 90% diperoleh karena desain konverter daya dan koil yang tepat. Selain itu, suhu tinggi dapat dicapai dengan cepat dan mudah karena kehilangan panas sekitar berkurang secara signifikan.
Kontrol Yang Ditingkatkan
Pengaturan yang tepat dari daya pemanas dapat dicapai melalui desain koil yang sesuai dan kontrol konverter daya. Akibatnya, fitur tambahan seperti pemanasan lokal, dan pra-pemanasan, profil suhu yang telah ditentukandapat diterapkan.
Opsi Otomasi Industri
Induction Heating memungkinkan peningkatan produktivitas dan kualitas proses. Kualitas juga terjamin karena pemanasannya tanpa kontak (tidak ada gangguan oleh alat pemanas).
Keselamatan Dan Kebersihan
Tidak ada polusi termal atau udara karena target dipanaskan secara langsung dan tidak ada bahan bakar yang digunakan.
Inovasi dan Pengembangan Masa Depan
Meskipun sistem pemanas induksi telah mencapai kematangan sebagai teknologi, perkembangan teknologi modern terus memberikan pilihan untuk tren penelitian baru dan minat industri. Di tahun-tahun mendatang, topik-topik berikut diharapkan menjadi perhatian yang signifikan:
Peningkatan Efisiensi
Sistem pemanas induksi dengan efisiensi yang lebih tinggi diharapkan dengan peningkatan teknologi semikonduktor. Selain itu, bentuk dan desain kumparan khusus memberikan peningkatan efisiensi. Tujuan dari upaya ini adalah untuk meningkatkan tidak hanya kinerja tetapi juga keandalan sistem pemanas induksi.
Pemanas Induksi Dengan Beberapa Kumparan
Distribusi panas yang lebih baik, kinerja dan fleksibilitas yang lebih tinggi dapat dicapai dengan menggunakan beberapa kumparan yang beroperasi secara bersamaan. Sistem ini merupakan terobosan teknologi utama dan semakin umum diterapkan tidak hanya di industri tetapi juga dalam aplikasi domestik. Upaya harus dilakukan untuk mengoptimalkan desain konverter daya multi-output dan algoritme kontrol tingkat lanjut. Masalah lain yang harus dipertimbangkan adalah efek kopling antara kumparan individu.
Kontrol Lanjutan
Algoritme kontrol yang kuat diperlukan untuk menyediakan operasi konverter daya yang tepat untuk beban Induction Heating dan titik operasi yang berbeda. Kontrol sistem multi-koil adalah tantangan lain. Peningkatan kinerja dan optimalisasi proses transien diharapkan dengan penerapan unit kontrol identifikasi real-time dengan algoritma adaptif.
Aplikasi Khusus
Jangkauan aplikasi pemanas induksi diperkirakan akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya perkembangan teknologi. Pemanasan bahan resistivitas rendah, serta pemanasan jaringan biologis untuk tujuan medis, adalah topik yang menarik. Masih ada aplikasi lain yang perlu penelitian lebih lanjut untuk mengoptimalkan parameter proses.
Sejarah Induction Heating
Induction Heating pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday ketika ia mempelajari induksi arus dalam kabel oleh magnet. Prinsip-prinsip dasar Induction Heating kemudian ditetapkan dan dikembangkan oleh James C. Maxwell dalam teorinya tentang elektromagnetisme terpadu. James P. Joule adalah orang pertama yang menggambarkan efek pemanasan dari arus yang mengalir melalui bahan konduktif.
Pada tahun 1887, Sebastian Z. de Ferranti mengusulkan Induction Heating untuk peleburan logam dan mengajukan paten pertama pada aplikasi industri pemanas induksi. Tungku induksi pertama yang berfungsi penuh diperkenalkan pada tahun 1891 oleh FA Kjellin, dan aplikasi pemanas induksi tungku frekuensi tinggi pertama diterapkan oleh Edwin F. Northrup pada tahun 1916.
Selama Perang Dunia Kedua dan sesudahnya, penggunaan teknologi pemanas induksi didorong oleh pesawat terbang dan industri otomotif. Induction Heating tidak hanya digunakan untuk peleburan logam tetapi juga untuk perawatan material tingkat lanjut, yang secara signifikan meningkatkan jangkauan aplikasi Induction Heating.
Pengembangan generator solid-state menggunakan teknologi semikonduktor daya baru memberikan potensi IH di luar lingkungan industri. Sejak akhir 1980-an, aplikasi domestik yang berbeda telah muncul. Dalam beberapa tahun terakhir, minat khusus dalam Induction Heating untuk perawatan medis telah muncul, karena metode ini memberikan pemanasan lokal yang tepat dan terarah.
Saat ini, teknologi pemanas induksi menyediakan sistem yang sangat efisien dan andal untuk berbagai macam aplikasi .
