PROPULSI MAGNETOHIDRODINAMIKA SEBAGAI ENERGI RAMAH LINGKUNGAN PADA KAPAL

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