Rabu, 20 Agustus 2014

Magnetic Levitation (MagLev) Train


1. Introduction

Sering kita mendengar istilah kereta super cepat (rapid trains) yang ada di negara - negara Eropa, Jepang, dan China, di mana dapat menempuh perjalanan jauh hanya dengan hitungan jam. Bahkan untuk bahan bakar yang digunakan sudah tidak menggunakan bahan bakar fosil, tetapi menggunakan material yang memiliki prinsip kerja dengan listrik dan magnet atau biasa disebut dengan elektromagnetik. Namun, jenis bahan yang digunakan karena harus memiliki sifat elektromagnetik yang besar disebut dengan superkonduktor. Karena sifat dari bahan superkonduktor, maka kereta MagLev ini dapat melayang di atas rel.

2. Konsep Dasar Kereta Magnetic Levitation

Kereta MagLev ini berupa kereta yang dapat ditahan dan didorong sesuai jalur yang telah dibuat khusus untuk kereta MagLev dengan magnet. Kereta MagLev ini dapat didorong dengan menggunakan bantuan motor induksi linier, sehingga tidak membutuhkan roda baja dan bahan bakar untuk menggerakkan kereta MagLev ini[1].


Gambar 1. Kereta Magnetic Levitation (MagLev)[1]

Terdapat dua konsep berbeda mengenai kereta ini dan telah mengalami evolusi hingga sekarang, yaitu :
  1. Gaya tarik electromagnetic suspension (EMS) menggunakan elektromagnet pada tubuh kereta yang ditarik ke rel besi (guideway). Magnet kendaraan yang melingkupi besi dan gaya tarik ke atas mengangkat kereta. 
  2. Electrodynamic suspension (EDS) membuat kereta melayang dengan gaya repulsif (tolak) dari arus induksi di dalam guideway konduktif[2].

Beberapa pengembang terbesar dari kereta maglev adalah Jerman dan Jepang. Meskipun konsep dasar yang digunakan untuk konstruksi adalah sama, prototipe yang digunakan berbeda. Kereta Jerman menggunakan sistem electromagnetic suspension (EMS) sehingga bagian bawah kereta dibungkus untuk guideway baja. Jadi levitasi terjadi antara elektromagnet yang terpasang di bawah kereta dan guideway sekitar 1 centimeter [1].

Gambar 2. Mekanisme Kereta Magnetic Levitation dengan sistem EMS (Electromagnetic Suspension)[3]

Prinsip dari Electromagnetic Suspension (EMS) yakni dengan cara menginduksikan arus listrik dengan elektromagnet sehingga membuat medan magnet yang besar. Untuk membuat medan magnet yang besar dari elektromagnetik, maka dibutuhkan pula sumber daya listrik yang besar pada jalur kereta ini. Medan magnet dihasilkan oleh fungsi magnet itu sendiri. Magnet memiliki dua kutub, yakni kutub utara dan kutub selatan, di mana keduanya memiliki efek gaya tarik ataupun gaya tolak tergantung dengan kutub yang ditemui[5].


Gambar 3. Garis medan magnet yang terbentuk dari kedua kutub magnet[5]

Jika kutub utara bertemu dengan kutub yang sama begitu juga dengan kutub selatan bertemu dengan kutub yang sama, maka terjadi gaya tolak menolak. Namun, jika kutub utara bertemu dengan kutub selatan, begitu sebaliknya kutub selatan bertemu dengan kutub utara, maka terjadi gaya tarik - menarik.


Gambar 4. Gaya tolak - menolak akibat bertemunya dua kutub yang sama[3]

Magnetic Levitation memanfaatkan sifat dari magnet ini sepanjang jalur kereta. Sedangkan elektromagnet tidak memiliki sifat pembuat medan magnet permanen. Dengan menggunakan induksi listrik pada  elektromagnet, maka terbentuk medan magnet sementara. Polarisasi sementara ni memungkinkan elektromagnet akan diaktifkan dan dinonaktifkan dan memberikan kontribusi untuk penggerak kendaraan di sepanjang trek. Kereta levitasi magnetik ditarik ke depan oleh medan magnet yang diciptakan oleh elektromagnet[5]. Adapun mekanisme yang terjadinya magnetic levitation pada kereta menggunakan prinsip EMS ini dapat dilihat pada gambar 2.

Di Jepang, kereta maglev menggunakan teknologi yang disebut sistem electrodynamic suspension (EDS), yang menyebabkan kereta untuk pindah karena gaya tolak-menolak magnet. Perbedaan utama dengan EMS adalah bahwa elektromagnet yang digunakan akan "super" didinginkan dan "super" konduksi. Magnet tersebut cenderung untuk menkonduksi arus bahkan jika tidak ada pasokan listrik. Dengan demikian sistem EDS membantu untuk menghemat daya lebih daripada sistem EMS. Tapi dengan menggunakan mekanisme pendinginan tersebut, maka dengan demikian membutuhkan biaya awal akan mahal[1].

Dalam sistem EDS, jarak levitasi hampir 10 centimeter di atas guideway. Jarak ini akan memerlukan penggunaan ban karet untuk awal kecepatan kereta hingga 62 mil / jam. Karena sistem EDS menghasilkan medan magnet superkonduktor, orang yang memiliki alat pacu jantung harus dijaga dari medan magnet[1].


Gambar 5. Teknologi Electrodynamic Suspension (EDS)[3]

Dalam EDS, baik rel dan kereta mengerahkan medan magnet, dan kereta yang diangkat oleh gaya tolak di antara medan magnet. Medan magnet di kereta diproduksi oleh salah satu elektromagnet atau dengan susunan magnet permanen (seperti dalam Inductrack). Gaya tolak di jalur yang dibuat oleh medan magnet induksi di kabel atau bidang konduksi di jalur.

Pada kecepatan lambat, arus induksi dalam kumparan tersebut dan hasil fluks magnetik yang dihasilkan tidak cukup besar untuk mendukung berat kereta. Untuk alasan ini kereta harus memiliki roda atau bentuk lain dari landing gear untuk mendukung kereta sampai mencapai kecepatan yang dapat mempertahankan levitasi.

Propulsion coils pada guideway yang digunakan untuk memberikan gaya pada magnet di kereta dan membuat kereta bergerak ke depan. Propulsion coils (kumparan propulsi) yang mengerahkan kekuatan motor linear di kereta secara efektif : Sebuah arus bolak-balik yang mengalir melalui kumparan menghasilkan medan magnet terus bervariasi bergerak maju sepanjang jalur. Frekuensi arus bolak - balik disinkronisasi dengan mencocokkan kecepatan kereta.Keseimbangan antara bidang yang diberikan oleh magnet pada kereta dan medan listrik menciptakan kekuatan kereta bergerak ke depan[6].


Gambar 6. Tenaga penggerak Maglev dengan sistem EDS melalui tenaga kumparan[3]  

3. Lintasan Magnetic Levitation

Lintasan sepanjang kereta melintas disebut dengan guideway. Kedua guideway bagian bawah dengan baik mengandung magnet yang saling menolak kemudian kereta dapat dikatakan melayang sekitar 0,39 inci di atas guideway. Setelah dilakukan pengangkatan dan kekuatan yang cukup telah dihasilkan sehingga mampu memindahkan kereta melewati guideway[1].

Arus yang diberikan kepada kumparan listrik dari guideway akan bergantian secara alami. Kemudian polaritas dari arus akan berubah secara periodik dan perubahan menyebabkan gaya tarik untuk kereta di depan dan medan magnet di belakang kereta menambah lebih daya dorong sehingga kecepatan kereta juga akan bertambah[1].

Gambar 7. Lintasan Kereta Magnetic Levitation (MagLev)[1]

4. Keuntungan Kereta Magnetic Levitation

Berikut merupakan keuntungan dari kereta Magnetic Levitation (MagLev) yaitu di antaranya :
  • Perjalanan lebih cepat - kecepatan puncak tinggi dan akselerasi tinggi / pengereman memungkinkan kecepatan rata-rata tiga sampai empat kali batas kecepatan jalan raya nasional 65 mph (30 m/s) dan waktu perjalanan door-to-door lebih rendah daripada kereta api atau udara berkecepatan tinggi (untuk perjalanan di bawah sekitar 300 mil atau 500 km).
  • Maglev memiliki keandalan yang tinggi dan lebih rendah rentan terhadap kemacetan dan kondisi cuaca daripada perjalanan udara atau jalan raya.
  • Maglev tidak menggunakan minyak bumi - karena Maglev bertenaga listrik. Minyak tidak diperlukan untuk memproduksi listrik.
  • Maglev mengurangi polusi - Emisi dapat dikendalikan lebih efektif karena menggunakan sumber pembangkit tenaga listrik.
  • Maglev memiliki kapasitas yang lebih tinggi dibandingkan perjalanan udara dengan setidaknya 12.000 penumpang per jam di setiap arah.
  • Maglev memiliki tingkat keselamatan yang tinggi.
  • Maglev memiliki kenyamanan - karena frekuensi layanan yang tinggi dan kemampuan untuk melayani distrik pusat bisnis, bandara, dan titik wilayah metropolitan utama lainnya.
  • Maglev telah meningkatkan kenyamanan - karena ruang yang lebih besar, yang memungkinkan memisahkan antara area makan dan ruang konferensi dengan kebebasan untuk bergerak di sekitar. Tidak adanya turbulensi udara memastikan konsisten jalan mulus[4].
  • Memudahkan pemeliharaan. Tidak ada kontak antara guideway dan kereta yang mengurangi jumlah bagian yang bergerak. Dengan demikian komponen yang aus sedikit.
  • Pengurangan kebisingan. Karena tidak ada roda berjalan bersama sehingga tidak ada suara roda. Namun suara karena gangguan udara akan tetap ada[1].


REFERENSI :
[1] http://www.circuitstoday.com/working-of-maglev-trains diakses pada tanggal 19 Agustus 2014 pukul 11.24 WIB
[2] http://www.lanl.gov/orgs/mpa/stc/train.shtml diakses pada tanggal 19 Agustus 2014 pukul 11.24 WIB
[3] http://www.hk-phy.org/articles/maglev/maglev_e.html diakses pada tanggal 19 Agustus 2014 pukul 15.40 WIB
[4] http://inventors.about.com/library/inventors/blrailroad3.htm html diakses pada tanggal 19 Agustus 2014 pukul 16.43 WIB
[5] https://manual.eg.poly.edu/index.php/Magnetic_Levitation_Competition html diakses pada tanggal 20 Agustus 2014 pukul 15.25 WIB
[6] http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Maglev_train diakses pada tanggal 20 Agustus 2014 pukul 17.19 WIB


Tidak ada komentar:

Posting Komentar