propulsi magnetohidrodinamika sebagai energi

PROPULSI MAGNETOHIDRODINAMIKA
SEBAGAI ENERGI RAMAH LINGKUNGAN PADA KAPAL
Yudha Megantara1.* M Wahyu Abdul Ghofur2 Octavia Olga Citra Dewi3
Marwah Firdausul Akmal 4 Bryan Hidayat Soelaiman5 Triwahju Hardianto 6
1
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Jember,
Kampus bumi tegal boto, Jember 68121 Indonesia
E-mail: [email protected] 2 [email protected] 3 [email protected]
4
[email protected] 5 [email protected] 6 [email protected]
ABSTRAK
The Magnetohydrodynamic (MHD) propulsion is designed to use magnetohydrodynamic force
generated by sending electric current through two terminals which cut magnetic field in sea water
fluid. The principle of MHD propulsion is to apply the Fleming's left hand rule of electromagnetics to
sea water directly. When electric current is sent to sea water at right angles to the magnetic field, and
electromagnetic force (Lorentz force) acts on sea water in the direction perpendicular to both the
direction of magnetic field and electric current. Propulsion force is gained as a reaction force of this
Lorentz force.
In our experiment, by using two magnets are placed on the sides of the channel to make a pull –
attractive force, and giving a magnetic field in channel, 18 volt batteries that are put on the positive
and negative terminals and such that the direction of current flow perpendicular to the magnetic field,
and move the ship being driven using Lorentz
force which resulted from the relationship of current and magnetic field.
Kata Kunci: Magnetohydrodinamics, propulsion, magnet field, electromagnet force
PENDAHULUAN
Paper ini, berisi tentang pemanfaatan
konsep
magnetohidrodinamika
yang
digunakan sebagai tenaga dorong pada
kapal.[1]
Propulsi magnetohidrodinamika ini
sebelumnya telah dilakukan riset pada kapal
Yamato milik Jepang, dalam konsep
sederhana, paper ini menjelaskan tentang
prinsip
magnetohidrodinamika
sebagai
tenaga dorong dengan lebih sederhana. [2].
Prinsip
kerja
dari
Propulsi
Magnetohidrodinamika ini menggunakan
kaidah tangan kiri fleming, dimana sebuah
arus listrik yang mengalir melalui dua
terminal memotong medan magnet secara
tegak lurus dan juga arus listrik yang
dialirkan melalui air laut pada medan
magnet akan menghasilkan sebuag gaya
lorenzt yang arahnya tegak lurus terhadap
medan magnet dan arus listrik, tenaga
dorong tersebut terjadi karena reaksi gaya
lorenzt [3],[2]
Propulsi magnetohidrodinamika ini
menawarkan beberapa keuntungan yaitu,
dalam system pendorong mekanik akan
mengurangi level getaran pada kapal untuk
mengurangi gangguan mekanis yang
dihasilkan dan tidak ada pembatasan fisik
pada
kecepatan
yang
dihasilkan
magnetohidrodinamika propulsion.[1]
METODE PENELITIAN
Bahan
Bahan
yang
digunakan
dalam
penelitian propulasi magnetohidrodinamika
ini adalah garam/air laut, gabus dengan
tebal 1 cm, baterai 1.5 dan 9 volt, lempeng
tembaga dengan ukuran lebar 5, 7, 10, dan
12 mm dan magnet Neodymium sebanyak 2
buah,lem astro.
Peralatan
Dalam penilitian ini alat yang digunakan
adalah multimeter, kabel penghubung,
cutter, penggaris, spidol, notebook/PC
Prosedur
Prosedur kerja yang akan dilakukan
adalah sebagai berikut :
Pembuatan model kapal
Kapal pada penelitian, adalah sebuah
prototype yang nantinya digunakan untuk
mendeteksi variable – variable yang
berhubungan antara satu dengan yang
lain.Dengan dimensi pangjang 33.5 cm,
lebar 10 cm , dan tinggi 7 cm,hal pertama
kita lakukan adalah membuat sebuah plot
gambar model kedalam gabus dengan
bantuan spidol, setelah itu dipotong sesuai
dengan ukuran menggunakan cutter lalu
direkatkan menggunakan lem, hingga
membentuk sesuai dengan desain yang
ada. Desain kapal secara keseluruhan
adalah sebagai berikut.
Gambar 5.Bagian – bagian channel
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 1.Model kapal secara umum
Gambar 2.Model kapal tampak samping
Penelitian ini menghasilkan sebuah
data – data tentang hubungan antara
fluksmagnet, arus dan gaya elektromagnetik
terhadap kecepatan kapal.
.
Pengaruh
dimensi
medan
magnet
terhadap fluks magnet
Magnet yang digunakan adalam
magnet Neodymium yang mempunyai nama
kimia NdFeB, merupakan magnet yang
terdiri dari atom neodymium, besi dan
boron.
Gambar 3.Model kapal tampak belakang
Gambar 6. komposisi magnet NdFeB [4]
Fluks
magnetik
yang
sering
dilambangkan dengan B,dapat dihitung
pada dua buah magnet balok dengan
rumusan:
Gambar 4.Model kapal tampak atas
Pembuatan channel
Channel merupakan bagian pada kapal
yang terletak di bawah kapal yang
merupakan media aliran air yang akan
mendorong kapal.Dalam channel dipasang
sebuag magent dan elektroda ( kutub positif
dan negatif ) dari tembaga pipih yang
berguna
untuk
menghasilkan
gaya
elektromagnetik jika diberikan sebuah
tegangan.
𝐵=
[tan−1 {
tan−1 {
tan−1 {
tan−1 {
}
√
}
√
}
√
√
}] [5]
dimana
B
Br
P
L
T
Z
X1
X2
= Medan magnet
= Magnet sisa
= Panjang magnet
= lebar magnet
= ketebalan magnet
= jarak antar magnet
= jarak medan
magnet dengan magnet A
= jarak medan
magnet dengan magnet B
(Gauss)
(Gauss)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
ika kita masukkan panjang 30 mm,
lebar 25 mm dan tebal 5 mm, serta jarak
antar magnet 10 mm, maka akan
menghasilkan grafik:
Gambar 8. Domain dalam medan magnet [7]
Berikut ini adalah tabel magnet sisa
yang dihasilkan oleh magnet Neodymium
(NdFeB) dengan berbagai macam tipe
Tabel I. Magnet sisa dalam megnet
neodymium [8]
Gambar 7. Grafik jarak medan magnet
terhadap B [6]
Dalam grafik diatas jelas menerangkan
bahwa jikat semakin dekat jarak antar
magnet, maka kerapatan yang dihasilkan
juga semakin besar, demikian sehingga bila
jaraknya diperlebar maka akan memperkecil
kerapatan medan magnet dibuktikan dengan
turunnya grafik secara kuadratik.
Hubungan Magnet sisa (Br)
kerapatan medan magnet (B)
dalam table diatas, semakin besar tipe
magnet, maka magnet sisa yang dapat
dihasilkan juga semakin besar, dan
menghasilkan sebuah medan magnet yang
besar pula.
Jika kita mengontrol variable yang lain
dan membebaskan variable ini (Magnet
sisa), maka akan kita peroleh grafik berikut:
dengan
Magnet Neodymium memiliki beberapa
jenis yang berbeda – beda dalam beberapa
variable, bahan yang digunakan dalam
magnet, kurva B-H dan termasuk magnet
sisa (Br), magnet sisa adalah besarnya
medan magnet yang masih ada saat
pengaruh medan magnet dihilangkan yang
disebabkan oleh oleh sulitnya domain –
domain atom untuk kembali kea rah acak
(masih tertahan)
Gambar 9.Grafik Br terhadap B [6]
disana terlihat bahwa nilai Br tidak
mengalami perbedaan yang tinggi jika
diubah – ubah jarak antar magnet.Hal ini
berarti bahwa pada jarak berapapun akan
cenderung menghasilkan nilai konstan.
Hubungan Medan Magnet (B) dengan
dimensi dari magnet
Berdasarkan rumusan diatas, dapat kita
peroleh bahwa dimensi sangat berpengaruh
besar pada medan magnet, jika dijadikan
grafik menjadi :
atau jika jelaskan dalam sebuah koordinat
cartesius XYZ, jika terdapat fluks magnet
pada arah X , dan didalamnya terdapat arus
listrik dalam arah Y, maka akan timbul gaya
yang dihasilkan dalam arah Z
Implementasi pada kapal
Dalam penelitian ini, kapal dengan
sumber bateari 9V akan menyupai tegangan
yang disalurkan melalui elektroda, arus
disini akan mengalir melalui fluida berupa air
garam/air laut, dan memotong medan
magnet secare tegak lurus sehingga timbul
sebuah gaya elektromagnetik
.
Gambar 10. Grafik panjang magnet
terhadap B [6]
pada awalnya, kerapatan medan
magnet dengan panjang 6 mm akan
memiliki medan yang kecil, tetapi jika jarak
antar magnet diperlebar maka dimensi ini
akan melampaui medan magnet dimensi
panjang yang lain seperti 12 mm, 28 mm
dan 30 mm.
Sistem kerja propulsi MHD.
Hukum dasar
Mekanisme magnetohidrodinamika ini
menggunkan kaidah fleming dimana,
terdapat tiga variable yang saling berkaitan
yaitu adanya arus yang mengalir yang
memotong medan magnet secara tegak
lurus maka akan timbul sebuah gaya (gaya
elektromagnetik)
Gambar 12. Hubungan B, I, L dan F pada
channel [3]
sehingga melalui hukum Lorentz, kita dapat
mengetahui hubungan B, I, dan L terhadap
F, yaitu F = B.I.L
dimana
F
B
I
L
Gambar 11. kaidah tangan kiri Fleming [9]
= gaya yang dihasilkan
= kuat medan
= kuat arus
= panjang channel
(newton)
(tesla)
(ampere)
(meter)
oleh karena itu semakin besar kuat medan
sebuah magnet, semakin besar arus yang
diberikan serta semakin panjang channel
pada kapal, akan memperbesar gaya yang
dihasilkan oleh kapal, yang berpengaruh
semakin cepatnya kapan akan bergerak.
Untuk selajnutnya hamya perlu
memasukkan pada hukum Newton tentang
gerak yaitu F = m . a, dengan m adalah
massa dari kapal, sehingga memperoleh
percepatannya.Untuk
memperoleh
kecepatan kapal, semisal kecepatan kapal
untuk 30 detik, maka kita kalikan antara
percepatan dengan waktu 30 detik sehingga
menghasilkan kecepatan kapal.
KESIMPULAN
Dari penelitian ini, dapat disimpulkan
bahwa nilai medan magnet sangat
dipengaruhi oleh magnet sisa yang dapat
dihasilkan, dimana semakin besar magnet
sisa yang dapat dihasilkan, maka nilai
medan magnet juga akan membesar dan
untuk jarak antar magnet tidak berpengaruh
pada variable magnet sisa, sedangkan
pengaruh panjang magnet untuk jarak yang
dekat akan cenderung menghasilkan besar
medan magnet yang sama, namun ketika
jarak antar magnet diperlebar, sedikir demi
sedikit akan berbeda ( semakin panjang
magnet maka medan akan semakin kecil
).Semakin besar jarak antar magnet maka
medan magnet pun semakin kecil, hal ini
berpengaruh pada posisi penempatan
channel kapal yang nantinya diharapkan
mendapatkan
kecepatan
yang
maksimum.Dalam hal mempercepat laju
kapal variable yang seharusnya diperbesar
adalah medan magnet (B), arus listrik yang
mengalir (I) dan L (panjang channel), dan
juga mengjaga massa dari kapal agar tidak
terlalu
berat
sehingga
menghasilkan
percepatan dan kecepatan yang maksimal.
penulis dalam penelitian ini, dan rekan –
rekan yang membantu moral dan teknis
sehingga terwujudnya paper ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Doss, E. D., H. K. Geyer and G. D. Roy
Mhd Undersea Propulsiona Novel
Concept With Renewed Interest.
2. Takezawa Setsuo et al.,1995, Operation
of the Thruster for Superconducting
Electromagnetohydrodynamic Propulsion
Ship "YAMATO 1” Vol. 23, No.1.
3. Gabriel I. Fontand and Scott C.
Dudley,2004,
Magnetohydrodynamic
Propulsion for the Classroom.Vol 42.
4. Ginting, Masno., Muljadi.,Perdamean
Sebayang,2006,Pembuatan
Magnet
Permanen Isotropik berbasis Nd-Fe-B
dan karakteristiknya.Vol 28,1,27-30.
5. http://www.magneticsolutions.com.au/ma
gnet-formula.html
6. http://www.magneticsolutions.com.au/cgibin/flux-graphs.pl
7. Chapman, J Stephen.,2005, Electrical
machinery Fundamental, Mc Graw Hill,
New York.
8. http://www.kjmagnetics.com/specs.asp
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikam
kepada bapak Dr Triwahju Hardianto
S.T.,M.T yang telah membimbing penulis
dalam penulisan paper ini, Ditlitabmas Dikti
atas hibah PKM sehingga dapat membantu
9. Bakshi, U.A.,V.U Bakshi.,2009, Basic
Electrical
Engineering,
Publications,Pune.
Technical