BAB II.docx

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Penerapan Gaya Magnet Pada Prinsip Kerja Kereta Api Cepat (Magnetic

Levitation

2.1.1 Definisi Kereta Api Cepat (Magnetic Levitation)

Magnetik Levitation adalah kereta api yang mengambang secara

magnetis. Sering juga disebut kereta api magnet. Secara sederhana, kereta

magnetic levitation adalah kereta tanpa roda yang menggunakan tenaga magnet

untuk melayang, menggerakkan, dan mengontrol jalannya kereta. Kereta

dengan teknologi itu sangat mungkin menggantikan transportasi massal dengan

kecepatan yang tinggi, percepatan besar, efisiensi energi yang tinggi, dan ramah

lingkungan.

Gambar Kereta Magnetic Levitation

Ada 3 komponen yang digunakan untuk membangun Magnetic levitation,yaitu :

1. Sumber daya listrik yang besar

2. Koil Besi yang akan di gunakan sebagai rel untuk melintas di atasnya

3. Magnet yang besar yang di pasang di bawah kereta untuk menempel pada

rel.

Ada tiga jenis teknologi Magnetic levitation:

1. Yang tergantung pada magnet superkonduktivitas (suspensi

elektrodinamik) (Jepang)

2. Yang tergantung pada elektromagnetik terkontrol (suspensi

elektromagnetik) (German)

3. Yang terbaru, mungkin lebih ekonomis, menggunakan magnet permanen

(Inductrack)

Jerman dan Jepang sama-sama mengembangkan teknologi kereta maglev,

dan keduanya saat ini sedang menguji prototipe kereta mereka. (Perusahaan

Jerman "Transrapid Internasional" juga memiliki kereta dalam penggunaan

komersial . Meskipun berdasarkan konsep serupa, kereta Jerman dan Jepang

memiliki perbedaan yang jelas. Di Jerman, insinyur telah mengembangkan

suspensi elektromagnetik (EMS) sistem, yang disebut Transrapid. Dalam sistem

ini, bagian bawah kereta membungkus di sekitar guideway baja. Elektromagnet

melekat pada kereta undercarriage diarahkan ke arah guideway, yang melayang

kereta sekitar 1/3 dari satu inci (1 cm) di atas relnya dan menjaga kereta

levitated bahkan ketika itu tidak bergerak. Magnet bimbingan lainnya yang

terdapat dalam tubuh kereta tetap stabil.

Jepang dan Jerman merupakan dua negara yang aktif dalam

pengembangan teknologi maglev menghasilkan banyak pendekatan dan desain.

Dalam suatu desain, kereta dapat diangkat oleh gaya tolak magnet dan dapat

melaju dengan motor linear. Pengangkatan magnetik murni menggunakan

elektromagnet atau magnet permanen tidak stabil karena teori Earnshaw;

Diamagnetik dan magnet superkonduktivitas dapat menopang maglev dengan

stabil.

Berat dari elektromagnet besar juga merupakan isu utama dalam desain.

Medan magnet yang sangat kuat dibutuhkan untuk mengangkat kereta yang

berat. Efek dari medan magnetik yang kuat tidak diketahui banyak. Oleh karena

itu untuk keamanan penumpang, pelindungan dibutuhkan, yang dapat

menambah berat kereta. Konsepnya mudah namun teknik dan desainnya

kompleks

Sistem yang lebih baru dan tidak terlalu mahal disebut Inductrack. Teknik

ini memiliki kemampuan membawa beban yang berhubungan dengan kecepatan

kendaraan, karena ia tergantung kepada arus yang diinduksi pada sekumpulan

elektromagnetik pasif oleh magnet permanen. Dalam contoh, magnet permanen

berada di gerbong; secara horizontal untuk menciptakan daya angkat, dan

secara vertikal untuk memberikan kestabilan. Sekumpulan kabel putar berada di

rel. Magnet dan gerbong tidak membutuhkan tenaga, kecuali untuk pergerakan

gerbong. Inductrack pada awalnya dikembangkan sebagai motor magnetik dan

penopang untuk "flywheel" untuk menyimpan tenaga. Dengan sedikit

perubahan, penopang ini diluruskan menjadi jalur lurus. Inductrack

dikembangkan oleh fisikawan Wiliiam Post di Lawrence Livermore National

Laboratory.

Inductrack menggunakan array Halbach untuk penstabilan. Array

Halbach adalah pengaturan dari magnet permanen yang menstabilisasikan

putaran kabel yang bergerak tanpa penstabilan elektronik. Array Halback

mulanya dikembangkan untuk pembimbing sinar dari percepatan partikel.

Mereka juga memiliki medan magnet di pinggir rel, dan mengurangi efek

potensial bagi penumpang.

Gambar  Teknologi Maglev

Perbedaan mendasar antara Magnetic levitation dengan kereta

konvensional biasa adalah

1. Magnetic levitation tidak memiliki mesin seperti kereta konvensional

biasanya yang menggunakan mesin untuk bergerak.

2. Magnetic levitation tidak menggunakan bahan bakar untuk bergerak

tetapi menggunakan rel magnetik.

3. Magnetic levitation tidak menggunakan mesin.

Magnetic levitation sebagai alternatif transportasi masa kini memiliki

prospek kedepan sebagai salah satu sarana transportasi utama yang akan

digunakan. Hal ini dikarenakan Magnetic levitation dapat dijalankan dengan

kecepatan tinggi. Seperti yang sudah dibahas diatas, Magnetic levitation telah

banyak digunakan di negara-negara besar. Berikut ini adalah penjelasan-

penjelasan mengenai aplikasi dan fungsi dari sarana transportasi Magnetic

levitation dimasa depan.

Salah satu alasan penggunaan Magnetic levitation dibandingkan jalur

udara adalah kemudahan dalam pengaksesan. Selain itu, Maglev menggunakan

prinsip kerja magnetik, sehingga lebih hemat dalam penggunaan biaya

operasional. Magnetic levitation, sebagai salah satu sarana transportasi darat,

dapat menampung jumlah penumpang yang jauh lebih banyak dalam

melakukan satu kali perjalanannya. Penggunaan Magnetic levitation dapat

mengurangi penggunaan bahan bakar, serta hal ini dapat mengurangi polusi

udara yang dihasilkan pesawat terbang. Sebagai perbandingan dalam

penggunaan energi, Magnetic levitation saat ini hanya menggunakan 0.4

megajoules setiap milnya, dibandingkan pesawat terbang yang menggunakan 4

megajoules setiap milnya. Selain itu, dari segi keamanan, kereta Magnetic

levitation jauh lebih aman karena memiliki jalurnya sendiri, sehingga tidak

memungkinkan terjadinya tabrakan antar kereta api.

Contoh pengembangan kereta api Magnetic levitation yang sedang

berlangsung saat ini adalah California-Nevada Interstate Maglev. Proyek ini

memiliki panjang jalur 433 km, yang menghubungkan Las Vegas, Nevada

dengan Anaheim, California. Kereta Magnetic levitation ini ditargertkan

memiliki kecepatan sekitar 310 mph (500 km/h). Di bawah ini adalah salah satu

peta jalur rencana pembangunan dari Maglev, sebagai contoh, warna merah

direncanakan selesai dibangun pada tahun 2020 dan warna kuning direncanakan

selesai pada tahun 2030. Proyek ini sendiri mendapat pendanaan sekitar 12

milyar dollar.

Selain contoh diatas, riset untuk pengembangan Magnetic levitation juga

mulai dilakukan. Menurut Shen Zhiyun, salah satu anggota akademi CAS dan

CAE, China sedang mentargetkan pengembangan kereta api Magnetic

levitation bawah tanah yang dapat mencapai kecepatan 600 sampai 1000 km

per jam dan ditargetkan selesai antara tahun 2020 dan 2030. Menurut salah satu

researcher di Massachusetts Institute of Technology, secara teoritis, kecepatan

dari kereta Magnetic levitation dalam selubung tertutup dapat mencapai 20.000

kilometer per jam. Selubung tertutup yang dimaksud (seperti gambar diatas)

adalah selubung bertekanan rendah sehingga kereta Magnetic levitation dapat

melayang dan bergerak dengan kecepatan tinggi.

2.1.2 Penerapan Gaya Magnet Pada Prinsip Kerja Kereta Api Cepat

(Magnetic Levitation)

Magnetic levitation atau "levitasi magnet" adalah teknik mengangkat

objek menggunakan prinsip magnet dalam fisika dasar. Dua kutub magnet yang

sama (misalnya, utara-utara atau selatan-selatan) akan tolak-menolak.

Sedangkan dua kutub magnet yang berlainan, yaitu utara dan selatan, akan

tarik-menarik. Secara umum, pengembangan teknologi Magnetic levitation bisa

dikategorikan dalam dua prinsip itu, yakni gaya tarik dan gaya tolak magnet.

Eksplorasi teknik tersebut dipelopori dua negara maju, yaitu Jerman dan

Jepang. Jerman menggunakan EMS (sistem suspensi elektromagnetik) dan

Jepang menggunakan EDS (sistem suspensi elektrodinamis). EMS

menggunakan prinsip gaya tarik magnet, sedangkan EDS menggunakan gaya

tolak magnet.

Tentunya, sangat tidak efisien kereta membawa batang magnet yang

berkekuatan besar yang nanti digunakan untuk mengangkat kereta tersebut.

Karena itu, kita harus berterima kasih kepada fisikawan berkebangsaan Estonia,

Lenz. Fisikawan yang hidup pada 1804-1865 itu berhasil menjelaskan

fenomena magnetisme dan merumuskannya dalam sebuah hukum yang terkenal

dengan nama hukum Lenz.

Hukum tersebut menyatakan, “Arah sebarang efek induksi magnetic

adalah sedemikian rupa sehingga menentang penyebab efek itu “perubahan

fluks magnet dalam ruang yang dikelilingi sistem kawat yang membentuk

kumparan tertutup akan mengakibatkan terciptanya medan magnet yang

melawan perubahan fluks magnet dalam sitem itu. Hal tersebut terjadi karena

alam, dalam hal ini kumparan tertutup itu, ingin mempertahankan kondisi awal

fluks magnet yang dimiliki ruang dalam lingkaran kawat tertutup tersebut.

Hukum itu juga sering disebut kelembaman magnetik. Hukum tersebut

kemudian digunakan menciptakan medan magnet yang cukup besar. Medan

magnet itu diperhadapkan dengan medan magnet lain yang akan menciptakan

gaya tarik, jika kedua kutub magnet yang berhadapan berlawanan arah atau

gaya tolak jika kedua kutub magnet tersebut. (Young &.Freedman:2004)

2.1.3 Prinsip Kerja Magnetic levitation

Prinsip kerja dari kereta api Magnetic levitation adalah memanfaatkan

gaya angkat magnetik pada relnya sehingga terangkat sedikit ke atas, kemudian

gaya dorong dihasilkan oleh motor induksi Linear. Kereta ini mampu melaju

dengan kecepatan sampai 650 km/jam jauh lebih cepat dari kereta biasa. Kereta

Magnetic levitation mengambang kurang lebih 10mm di atas rel magnetiknya.

Dorongan ke depan dilakukan melalui interaksi antara rel magnetik dengan

mesin induksi yang juga menghasilkan medan magnetik di dalam kereta. Pada

saat kereta api dilevitasi, daya listrik diberikan ke kumparan di dalam dinding

jalur pemandu untuk membentuk suatu sistem unik medan magnet yang

menarik dan mendorong kereta sepanjang jalur pemandu. Arus listrik yang

diberikan ke kumparan pada dinding jalur pemandu secara berganti ganti

mengubah polaritas kumparan magnet. Perubahan polaritas ini menyebabkan

medan magnetik di depan kereta menarik kereta ke depan, sementara medan

magnet di belakang kereta menambahkan gaya dorong ke depan. Kereta

Magnetic levitation mengambang di atas suatu lapisan udara sehingga

menghilangkan gesekan. Tidak adanya gesekan serta rancangan aerodinamis

kereta membuat kereta ini dapat mencapai kecepatan lebih dari 500 kilometer

per jam (yudhipri pada 5 Juli 2010).         

Gambar  Prinsip Kerja Magnetic levitation

Kumparan magnet berjalan di sepanjang trek, disebut guideway, repels

magnet besar di kereta bawah mobil, yang memungkinkan kereta untuk

melayang antara 0,39 dan 3,93 inci  (1 sampai 10 cm) di atas relnya. Setelah

kereta yang levitated, listrik dipasok ke kumparan di dalam dinding guideway

untuk menciptakan sebuah sistem unik medan magnet yang menarik dan

mendorong kereta sepanjang guideway. Arus listrik yang dipasok ke kumparan

di dinding guideway terus bolak mengubah polaritas kumparan magnet.

Perubahan polaritas menyebabkan medan magnet di depan kereta untuk

menarik kendaraan ke depan, sementara medan magnet di belakang kereta

menambahkan dorongan lebih maju.

Gambar.  Komponen Magnetic levitation

Kereta Magnetic levitation mengapung di atas bantalan udara,

menghilangkan gesekan. Kurangnya gesekan dan desain aerodinamis kereta

'mengizinkan kereta api untuk mencapai kecepatan transportasi darat belum

pernah terjadi sebelumnya lebih dari 310 mph (500 kph), atau dua kali lebih

cepat sebagai kereta komuter tercepat Amtrak. Sebagai perbandingan, sebuah

pesawat Boeing 777-komersial yang digunakan untuk penerbangan jarak jauh

dapat mencapai kecepatan tertinggi 562 mph sekitar (905 kph). Pengembang

mengatakan bahwa maglev kereta akhirnya akan menghubungkan kota-kota

yang hingga 1.000 mil (1.609 km) terpisah. Pada 310 mph, Anda bisa

melakukan perjalanan dari Paris ke Roma hanya dalam waktu dua jam.

Kereta maglev bisa bergerak di karenakan di bagian bawah masing-

masing kaki kereta maglev ada 2 bagian magnet yaitu magnet penyokong

(support magnet) adalah magnet yang menarik kereta agar mengambang dan

menggerakkannya sedangkan di bagian sisi-sisinya adalah magnet penuntun

(guidance magnet) menjaga kereta tetap di jalur rel. Magnet penyokong dan

penuntun ini di pasang pada kedua sisi sepanjang kaki kereta dan sistem kontrol

elektronik memastikan kereta melayang di ketinggian 10mm dengan stabil.

Gambar.  karakteristik Magnetic levitation

Kereta Magnetic levitation ketika bergerak dan mengerem di kendalikan oleh

sistem SLLMotor. Motor ini tidak terdapat dalam kereta maglev melainkan di

relnya sendiri. fungsinya sama seperti seperti motor rotasi elektronik yg umum

hanya saja lilitan dari motor di rubah menjadi bagian dari rel sementara magnet

dari motor menjadi bagian dari kereta magnet. Medan magnetik yg

menggerakkan kereta magnet dihasilkan oleh lilitan di rel kereta maglev saat

berpindah jalur rel menggunakan sistem perpindahan jalur rel baja yang bisa

melengkung Pada saat menikung kereta maglev bisa mencapai kecepatan

200km/jam dan 300-400km/jam ketika bergerak lurus. 

Gambar. Jalur Maglev

Fungsi sistem kontrol (kontrol room) adalah menjaga keselamatan kereta-

kereta maglev, mengatur perpindahan jalur rel dll. Kereta maglev

berkomunikasi dengan sistem kontrol melalui sistem komunikasi radio. Sistem

komunikasi ini dilakukan secara otomatis yg terpasang pada sistem rel dan

kereta maglev. Sistem radio memberikan informasi lokasi kereta magnet dan

mengaktifkan rel yg akan dan sedang dilalui kereta maglev.

Teknologi maglev ini menyebabkan kereta maglev bisa beroperasi dalam

kecepatan 300-400km/jam. Dalam uji coba di Jepang, JR-Maglev Kereta

maglev tercepat dunia dengan kecepatan resmi, 581 km/jam (2003, Guiness

World Record). Penggunaan energi kereta maglev lebih rendah dari kereta

api/listrik, 3x lebih hemat dari mobil dan 5x lebih hemat dari pesawat

terbang .Lebih dari itu kereta maglev tidak berisik dan berguncang karena tidak

ada suspensi apalagi roda. Perawatan yang murah dan konsumsi energi yang

hemat dibanding kereta api/listrik menjadi faktor penting bagi pertumbuhan

ekonomi. Kereta maglev terdiri dari 2 gerbong minimal dan tergantung dari

jumlah penumpang maksimal bisa 10 gerbong. Kereta maglev bisa juga sebagai

kereta kargo dengan kapasitas seberat 15ton/gerbong.

2.2. Kelebihan Kereta Api Cepat (Magnetic Levitation)

Kelebihan dari kereta ini adalah kemampuannya yang bisa melayang di

atas rel, sehingga tidak menimbulkan gesekan. Konsekuensinya, secara teoritis

tidak akan ada penggantian rel atau roda kereta karena tidak akan ada yang aus

(biaya perawatan dapat dihemat). Mampu menampung penumpang lebih

banyak, Mengurangi pemakaian bahan bakar, tidak menimbulkan polusi(ramah

lingkungan) dan dari segi keamanan, kereta Maglev jauh lebih aman karena

memiliki jalurnya sendiri, sehingga tidak memungkinkan terjadinya tabrakan

antar kereta api.

Keuntungan sampingan lainnya adalah tidak ada gaya resistansi akibat

gesekan. Gaya resistansi udara tentunya masih ada. Untuk itu dikembangkan

lagi Kereta Maglev yang lebih aerodinamis. http://id.wikipedia.org/wiki/

Kereta_ maglev)

2.3. Kekurangan Kereta Api Cepat (Magnetic Levitation)

Dikarenakan bentuk dan kecepatan kereta yang fantastis ini, kebisingan

(suara) yang ditimbulkan disaat kereta ini bergerak hampir sama dengan sebuah

pesawat jet, dan di perhitungkan lebih mengganggu daripada kereta

konvensional. Sebuah studi membuktikan suara yang ditimbulkan oleh kereta

meglev dengan kereta konvensional biasa lebih bising sekitar 5dB yaitu 78%

nya. Kekurangan lain kereta ini adalah di mahalnya investasi terutama

pengadaan relnya.

Pada 11 Agustus 2006 terjadi kebakaran di kereta Transrapid di Shanghai,

beberapa saat setelah meninggalkan terminal di Longyang. Peristiwa kebakaran

ini merupakan yang pertama pada sebuah trayek komersial.

Pada tanggal 22 September 2006 sebuah kereta Transrapid layang

menabrak sebuah gerbong pemeliharaan di Lathen (Emsland, Sachsen Hilir,

Jerman). Kecelakaan ini menewaskan 23 jiwa dan sepuluh orang luka-luka.

Kecelakaan Maglev ini merupakan yang pertama di mana ada korban jiwa.(

http://id.wikipedia.org/wiki/Kereta_maglev)