Melayang dengan Kereta Maglev “Terbang tanpa sayap” adalah istilah populer bagi kereta dengan teknologi maglev. Sebuah impian manusia untuk dapat bergerak dengan kecepatan sangat tinggi tanpa menggunakan pesawat terbang, melainkan menggunakan kereta. Kereta yang tidak hanya cepat tetapi juga bekerja tanpa bahan bakar sehingga tidak akan menimbulkan menimbulkan polusi udara. Maglev adalah singkatan dari Magnetically Levitated Trains
yang
dalam terjemahan bebasnya adalah kereta api yang mengambang secara magnetis. Sering juga disebut kerta api magnet. Disebut mengambang karena kereta maglev ini benar-benar mengambang kurang lebih 10 mm dalam keadaan bergerak maupun berhenti.
Agar bisa mengambang di atas rel, kereta maglev menggunakan teknik mengangkat objek dengan prinsip magnet dalam fisika dasar. Yaitu dua kutub magnet yang sama (misalnya, utara-utara utara-utara atau selatan-selatan) akan tolak-menolak. Sedangkan dua kutub magnet yang berlainan, yaitu utara dan selatan, akan tarik-menarik.
Sekarang ini ada tiga jenis teknologi maglev yaitu, yang tergantung pada
magnet
superkonduktivitas
(susp suspensi ensi
elektrod elek trodinam inamik ik)),
yang
tergantung pada elektromagnetik terkontrol (suspensi (suspensi elektromagnetik), elektromagnetik), dan yang menggunakan magnet permanen (Inductrack (Inductrack). ).
Dari ketiga sistem tersebut, sistem inductrack dianggap sebagai sistem yang paling baik karena tidak terlalu mahal. Teknik ini memiliki kemampuan membawa membawa beban yang berhubungan dengan kecepatan 1
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.
Sistem 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.
Jepang and 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. Selain desain, berat dari elektromagnet besar juga merupakan isu utama dalam desain. Medan magnet yang sangat kuat dibutuhkan untuk mengangkat kereta yang berat. 2
Sekarang ini, NASA melakukan riset penggunaan sistem Maglev untuk meluncurkan pesawat ulang alik. Untuk dapat melakukan ini, NASA harus mendapatkan peluncuran pesawat ulang alik maglev mencapai kecepatan pembebasan, suatu tugas yang membutuhkan pewaktuan pulse magnet yang rumit (lihat coilgun) atau arus listrik yang sangat cepat, sangat bertenaga (lihat railgun).
Secara umum, pengembangan teknologi maglev 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.
Secara logika tentunya sangat tidak efisien kereta membawa batang magnet yang berkekuatan besar yang nanti digunakan untuk mengangkat kereta tersebut. Namun berkat jasa seorang fisikawan berkebangsaan Estonia, Lenz masalah itu dapat terpecahkan. Lenz berhasil menjelaskan fenomena magnetisme dan merumuskannya dalam sebuah hukum yang terkenal dengan nama hukum Lenz.
Hukum tersebut menyatakan, perubahan fluks magnet dalam ruang yang dikelilingi sistem kawat yang membentuk kumparan tertutup akan mengakibatkan terciptanya medan magnet yang melawan perubahan 3
fluks magnet dalam sistem 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 berlawanan.
Kereta maglev bisa bergerak dikarenakan di bagian bawah masingmasing kaki kereta maglev ada 2 bagian magnet yaitu magnet penyokong (support magnet) yaitu magnet yang menarik kereta agar mengambang dan menggerakkanya sedangkan di bagian sisi-sisinya terdapat magnet penuntun (guidance magnet) yang menjaga kereta agar 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 10 mm dengan stabil. Ketika melayang kereta memiliki jarak 15 cm dari permukaan rel. Kereta maglev 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 yang umum hanya saja lilitan dari motor di rubah menjadi bagian dari rel sementara magnet dari motor menjadi kereta magnet.
4
Medan magnetik yg menggerakkan kereta magnet dihasilkan oleh lilitan di rel. Rel kereta maglev bisa di buat di atas atau sejajar dengan tanah sesuai kebutuhan. Dalam banyak kasus, rel kereta magnet memerlukan sedikit tanah dan ruang jika dibandingkan dengan sistem tranfortasi yg lain. Kereta maglev saat berpindah jalur rel menggunakan sistem perpindahan jalur rel baja yang bisa melengkung (bendable steel switches system). Pada saat menikung kereta maglev bisa mencapai kecepatan 200km/jam dan 300-400km/jam ketika bergerak lurus. Fungsi sistem kontrol (kontrol room) adalah menjaga keselamatan kereta-kereta maglev, mengatur perpindahan jalur rel dan lain-lain. 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 5
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.
Ada tiga jenis teknologi maglev:
•
Yang tergantung pada magnet superkonduktivitas (suspensi elektrodinamik)
•
Yang tergantung pada elektromagnetik terkontrol (suspensi elektromagnetik)
•
Yang terbaru, mungkin lebih ekonomis, menggunakan magnet permanen (Inductrack)
Jepang and 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.
6
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
Maglev Transrapid di Shanghai
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 7
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.
Sekarang ini, NASA melakukan riset penggunaan sistem Maglev untuk meluncurkan pesawat ulang alik. Untuk dapat melakukan ini, NASA harus mendapatkan peluncuran pesawat ulang alik maglev mencapai kecepatan pembebasan, suatu tugas yang membutuhkan pewaktuan pulse magnet yang rumit (lihat coilgun) atau arus listrik yang sangat cepat, sangat bertenaga (lihat railgun).
[sunting] Cara kerja
8
Prinsip gaya dorongnya
Kereta Maglev 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 (lihat gambar).
[sunting] Kelebihan dan kekurangan
Kelebihan utama 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). 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.
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.
[sunting] Riset dan pengembangan
9
Paten pertama untuk kereta maglev didorong oleh motor "linear" adalah paten AS 3.470.828 dikeluarkan pada Oktober 1969 oleh James R. Powell dan Gordon T. Danby. Teknologi dasarnya ditemukan oleh Eric Laithwaite, dan dijelaskan olehnya dalam "Proceedings of the Institution of Electrical Engineers", vol. 112, 1965, pp. 2361-2375, dengan judul "Electromagnetic Levitation". Laithwaite mematenkan motor "linear" pada 1948.
Pada 31 Desember 2000, superkonduktor temperatur tinggi berawak pertama secara sukses diuji di barat daya Universitas Jiaotong, Chengdu, Cina. Sistem ini berdasarkan prinsip "bulk" konduktor temperatur tinggi dapat diangkat atau dilayangkan secara stabil di atas atau di bawah magnet permanen. Muatannya di atas 530 kg dan jarak pelayangannya lebih dari 20 mm. Sistem ini menggunakan nitrogen cair, yang sangat murah, untuk mendinginkan superkonduktor.
10
