Dunia Kereta - Super Maglev

Maglev superkonduktor (SCMAGLEV) adalah jenis teknologi kereta api berkecepatan tinggi yang menggunakan levitasi magnetik untuk mengangkat kereta dari relnya. Teknologi ini menghilangkan gesekan dan memungkinkan kereta melaju dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kereta roda -rel tradisional.

Gambar. Komponen magnet di lintasan

Bagian "superkonduktor" dari namanya mengacu pada penggunaan bahan superkonduktor dalam sistem levitasi kereta. Bahan-bahan ini tidak memiliki hambatan listrik dan dapat menghasilkan medan magnet yang kuat, yang digunakan untuk mengangkat kereta di atas rel. Salah satu keunggulan utama SCMAGLEV dibandingkan bentuk rel kecepatan tinggi lainnya adalah dapat mencapai kecepatan sangat tinggi dengan pengendaraan yang jauh lebih mulus. Ini karena kereta terapung di atas rel, yang menghilangkan gesekan dan getaran, memberikan perjalanan yang lebih nyaman bagi penumpang.

Gambar. Sifat bahan superconductor

Teknologi SCMAGLEV telah berhasil didemonstrasikan di Jepang, di mana Central Japan Railway Company mengoperasikan layanan SCMAGLEV komersial antara Tokyo dan Osaka. Kereta ini, yang disebut "seri L0", memegang rekor dunia untuk perjalanan kereta tercepat yang pernah tercatat, mencapai kecepatan lebih dari 600 km/jam (372 mph). Secara keseluruhan, SCMAGLEV dipandang sebagai teknologi yang menjanjikan untuk kereta api berkecepatan tinggi, menawarkan kecepatan yang lebih cepat dan pengendaraan yang lebih mulus dibandingkan kereta roda-rel tradisional. Namun, hal itu juga menghadapi tantangan, termasuk biaya tinggi dan kebutuhan akan infrastruktur khusus, seperti rel kereta api dan catu daya.

 

Apa perbedaan dengan Maglev biasa?

Maglev, kependekan dari Magnetic Levitation, adalah teknologi kereta api yang menggunakan medan magnet untuk mengangkat kereta dari relnya dan bergerak maju. Perbedaan utama antara SCMAGLEV dan teknologi maglev tradisional adalah jenis bahan yang digunakan untuk menghasilkan medan magnet. Maglev tradisional menggunakan elektromagnet, yang terbuat dari gulungan kawat yang menghasilkan medan magnet saat arus listrik melewatinya. SCMAGLEV, di sisi lain, menggunakan bahan superkonduktor, yang memiliki hambatan listrik nol dan dapat menghasilkan medan magnet yang sangat kuat.

Gambar. Perbandingan SC-Maglev dengan Maglev lain

Karena bahan superkonduktor menghasilkan medan magnet yang jauh lebih kuat daripada elektromagnet, kereta SCMAGLEV dapat melayang lebih tinggi dari jalurnya, mengurangi gesekan dan memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi. Selain itu, bahan superkonduktor tidak mengonsumsi daya listrik untuk mempertahankan medan magnet, menjadikannya lebih efisien untuk kereta berkecepatan tinggi yang perlu menghasilkan medan magnet besar dalam waktu lama. Singkatnya, perbedaan utama antara SCMAGLEV dan maglev tradisional adalah penggunaan bahan superkonduktor di SCMAGLEV, yang memungkinkan levitasi lebih tinggi, gesekan berkurang, dan pengoperasian lebih efisien pada kecepatan tinggi.

Ref:

https://scmaglev.jr-central-global.com/

Read More

Dunia Kereta - Kereta Fuel Cell India

 

Salah satu teknologi kereta yang ramah lingkungan adalah kereta fuel cell. Kereta ini berbahan bakar hydrogen (H2) yang kemudian diproses dimesin fuelcell dan menghasilkan sisa berupa air, sehingga sangat ramah lingkungan. Akan tetapi, yang masih menjadi kelemahan teknologi ini adalah cara mendapatkan H2 yang masih mahal. Selain itu, proses produksi H2 saat ini juga menghasilkan polusi tersendiri. Pada artikel kali ini, kita akan membahas perkembangan kereta fuel cell di India.

Akhir tahun 2021 kemarin, India melakukan uji coba kereta fuel cell pertamanya. Uji coba ini bertujuan untuk mengetahui potensi penurunan emisi sector transportasi dengan cara mempercepat penggunaan kendaraan berbahan bakar hydrogen. India sendiri merupakan salah satu negara dengan pertumbuhan ekonomi tercepat di dunia, salah satunya bidang industry berat dan produksi. Hal ini membuat emisi CO2 yang dihasilkan cukup besar. Bahkan pada tahun 2015 menduduki peringkat tiga besar dunia negara penghasil polusi.

India sendiri memiliki target zero emisi pada tahun 2060 pada sector industry dan transportasi. Beberapa usaha telah dilakukan, misalnya menghentikan penggunaan mesin dua-tak menjadi empat-tak, menggunakan bahan bakar yang ramah lingkungan seperti biofuel. Sedangkan pada sector kereta api, beberapa alternatif untuk mereduksi emisi adalah: penggunaan biofuel, bahan bakar sintesis, elektrifikasi lintas, dan juga penggunaan bahan bakar hydrogen.

Salah satu upaya yang telah dilakukan Indian Railway adalah dengan menggunakan baterai dan bahan bakar hydrogen pada kereta. Lokomotif biasa akan memerlukan baterai yang sangat besar untuk dapat beroprasi jarak jauh dan beban yang berat. Sedangkan fuel cell menawarkan berat yang lebih ringan dan jarak operasional kereta yang lebih jauh. Selain itu, kereta berbahan bakar hydrogen lebih hemat dan tidak bising dibandingkan dengan kereta bertenaga diesel.

Untuk mengurangi emisi akibat produksi hydrogen, maka dilakukan produksi dengan energi ramah lingkungan seperti panel surya. Jenis ini disebut green hydrogen. Sedangkan jika dihasilkan dari bahan bakar fosil disebut grey hydrogen, dan apabila diproduksi dengan gas alam disebut blue hydrogen.

Salah satu aplikasi kereta bertenaga hydrogen adalah dengan menempatkan modul fuelcell di roof kereta dan tangka hydrogen dan oksigen di bawah lantai (underfloor). Reaksi antara hydrogen dan oksigen pada fuel cell menghasilkan energi listrik serta zat buang berupa air, udara, dan panas. Listrik disimpan di baterai yang selanjutnya dipakai untuk menggerakkan motor traksi atau dapat langsung dimanfaatkan ke motor traksi. Prototipe kereta fuel cell di India yang bertenaga 300kW dibuat memakai bekas lokomotif diesel. Kecepatan maksimumnya diperkirakan mencepai 140 km/jam.

 

Ref:

https://www.railwaygazette.com/in-depth/traction-india-to-trial-fuel-cell trainset/57957.article

https://www.financialexpress.com/infrastructure/railways/indian-railways-shuts-iroaf-that-invited-bids-for-hydrogen-fuel-trains-no-effect-on-existing-projects-details/2327090/

https://www.imeche.org/news/news-article/could-hydrogen-trains-be-the-future-of-rail

Read More

Dunia Kereta- Kereta AC-DC

Pada kesempatan kali ini akan kita bahas tentang kereta AC-DC atau dikenal juga dengan kereta multi-sistem. Sebenarnya apa sih yang dimaksut dengan kereta AC-DC? Kereta AC-DC pada pembahasan ini adalah kereta yang menggunakan kelistrikan AC dan DC. Maksutnya adalah kereta tersebut dapat berjalan pada LAA AC maupun DC. Kok bisa bagaimana ya caranya? Banyak jawaban atas pertanyaan ini, ada yang bilang ganti pantograph, ada yang bilang punya dua koneksi. Nah untuk lebih detail akan kita bahas beserta contoh produknya.

Sebelum membahas kereta AC-DC kita tengok sebentar system kereta AC dan kereta DC secara terpisah. Gambar 1 adalah system kereta AC sedangkan Gambar 2 adalah system kereta DC. Nah sekarang coba cari apa perbedaanya? Jika lupa silakan baca kembali tentang system propulsi kereta ya, klik disini. Komponen utama yang membedakan system AC dan DC adalah trafo dan rectifier yang dimilik kereta AC (tentunya ada komponen proteksi yang berbeda juga antara AC dan DC). Trafo berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik yang diperoleh dari LAA. Sedangkan rectifier untuk mengubah listrik AC menjadi DC. Setelah listrik menjadi DC, maka prosesnya akan sama dengan kereta DC.

Gambar 1. Sistem kereta AC

Gambar 2. Sistem kereta DC

Setelah tahu perbedaan kereta AC dan kereta DC, silakan lihat Gambar 3 yang merupakan kereta AC-DC. Nah disini jelas terlihat bahwa setelah pantograph ada switch ( change over switch) yang berfungsi untuk memilih system AC atau DC ( lingkaran biru). Jika switch kea rah bawah, berarti listrik langsung menuju system DC artinya kondisi kereta lewat LAA DC. Sebaliknya jika switch arah atas maka listrik mengalir melewati trafo dalam artian listrik AC sedang bekerja.

Gambar 3. Kereta AC DC

Jika pada gambar sebelumnya hanya disajikan system dalam bentuk symbol, untuk lebih mudah memahami silakan lihat gambar 4. Silakan amati dan temukan changeover switch pada Gambar 4. Perpindahan changeover switch dapat secara otomatis dalam artian ketika kereta berhenti dan pantograph turun, operator tinggal memencet switch. Sedangkan perpindahan changeover switch ketika kereta berjalan dimungkinkan juga dengan mendeteksi arus AC atau DC kemudian change over berpindah otomatis. Akan tetapi, sewaktu artikel ini ditulis, saya belum menemukan info tentang ini. Hal ini karena, perpindahan system AD-DC sangat jarang yang disatukan dalam satu lintas. Adapun biasanya perpindahan di stasiun atau karena pindah jalur. Karena system AC biasanya untuk kereta jarak jauh sedangkan system DC untuk kereta jarak dekat atau metro.

Gambar 4. Penjelasan komponen kereta AC-DC

Ref:

https://www.secheron.com/applications/rail-transportation/rolling-stock-ac-dc-multisystem-vehicles/

Read More

Dunia Kereta - Perbandingan Motor Traksi Kendaraan Listrik

Pada artikel ini, kita akan membahas perbandingan beberapa jenis motor traksi untuk kendaraan khususnya jenis hybrid electric vehicle (HEV). Akan tetapi, secara umum motor traksi yang dibahas bisa dipakai untuk kendaraan listrik jenis lain maupun kereta api listrik dan diesel elektrik. Pemilihan motor traksi adalah hal yang penting dalam pembuatan suatu kendaraan listrik. Pemilihan tersebut biasanya berdasarkan efisiensi, daya tahan (keawetan) dan harga.

Pada pembahasan ini, kita akan focus pada empat jenis motor yaitu motor DC, motor induksi, motor permanen magnet (PM) brushless, dan switch reluctance motor (SRM). Jenis motor induksi dan PM brushless sekarang ini paling banyak digunakan. Sedangkan motor DC mulai ditinggalkan sementara motor SRM adalah teknologi baru yang mulai dikembangkan. Tabel berikut adalah pemakaian keempat jenis motor traksi yang kita bahas pada produk mobil yang sudah ada di pasaran.

Motor DC sangat cocok dipakai sebagai motor traksi karena memiliki torsi awal yang tinggi. Motor DC adalah teknologi lama yang banyak dipakai pada produk – produk lama. Akan tetapi, jenis motor ini sekarang mulai ditinggalkan karena efisiensinya yang rendah serta biaya perawatanya yang mahal. Motor induksi masih mendominasi pasaran motor traksi karena kelebihannya kuat, tahan, dan biaya perawatan rendah. Motor induksi juga memiliki beberapa kekurangan yaitu efisiensi yang rendah.

PM brushless motor merupakan jenis motor sinkron. Jenis motor ini merupakan pesain utama motor induksi untuk motor traksi. Kelebihan motor ini adalah high power density yang artinya untuk daya yang sama, motor ini memiliki dimensi yang lebih kecil dibandingkan motor induksi. Hal ini karena motor ini memakai magnet permanent yang meningkatkan efisiensinya pula. Sedangkan kelemahan motor jenis ini adalah harganya yang mahal karena pemakaian magnet permanenya. Motor SRM simple, kokoh, dan tahan gangguan. Sedangkan kekuranganya adalah ripple (riak) dan noise yang ditimbulkan.

Tabel dibawah adalah perbandingan kuantitatif dari beberapa motor traksi yang telah kita bahas. Tinjauan yang dipakai adalah power density, efisiensi, controllability (kemudahan system kendalinya), reliability (ketahanannya) technical maturity (kematangan teknologinya), cost. Semakin tinggi nilai berarti semakin baik. Berdasarkan nilai total yang diperoleh, IM dan PM masih mendominasi.

Ref:

Mounir Zeraoulia, Mohamed Benbouzid, Demba Diallo. Electric Motor Drive Selection Issues for HEV Propulsion Systems: A Comparative Study. IEEE VPPC’05, Sep 2005, Chicago, United States.pp.280-287, 2005. <hal-00533362>

Read More

Dunia Kereta - Hyperloop

Hyperloop, sudah sering kali kita dengar dan baca di internet. Sebenarnya apa itu hyperloop? Hyperloop adalah konsep transportasi kecepatan tinggi masa depan dimana kereta berbentuk kapsul meluncur dalam sebuah tabung. Konsep hyperloop sendiri pertama kali dipublikasikan oleh gabungan antara Tesla dan SpaceX, yang mana keduanya adalah milik Elon Musk, pada tahun 2012. Kemudian prototype pertamanya dipublikasikan pada Agustus 2013. Dan sekarang konsep hyperloop dibuka untuk umum, opensource, sehingga siapapun bisa mengembangkannya.

Gambar 1. Ilustrasi hyperloop

Hyperloop sendiri merupakan pengembangan dari maglev dimana penggunaan tabung sepanjang jalurnya untuk mengurangi drag force atau gaya gesek udara. Pada kecepatan tinggi, gaya gesek udara memiliki pengaruh yang signifikan. Dengan lintasan tabung yang hampa udara, maka gaya gesek udara dapat diminimalisir sehingga hyperloop capsule bisa melaju hingga kecepatan 700 mph atau setara 1080 km/jam. Baca: Macam – macam train resistance.

Gambar 2. General komponen hyperloop

Untuk cara kerja dan sistem yang ada di hyperloop hampir sama dengan yang ada di maglev. Keduanya memakai motor linier, dimana stator berada disepanjang jalur, sedangkan rotor ada di body kereta. Baca: Motorlinier. Untuk itu pada kereta dibekali baterai sebagai sumber tenaga baik sistem propulsi maupun auxiliarynya. Pada maglev, untuk menghindari gaya gesek dengan lintas, maka dipakai sistem magnetic levitation. Konsep magnet dengan kutub yang sama saling tolak – menolak. Sedangkan pada hyperloop, ada yang memakai konsep yang sama, tetapi ada juga yang memanfaatkan tabung atau tunel lintasan yang hampa udara, sehingga kereta yang ada di dalamnya bisa terapung.

Untuk meminimaliser penggunaan energi, maka hyperloop dibuat dengan material khusus yaitu carbon viber. Diamana material ini delapan kali lebih kuat dari alumunium dan sepuluh kali lebih kuat dari besi. Tetapi satu setengah kali  kali lebih ringan dari alumunium dan lima kali lebih ringan dari besi. Sehingga energi untuk propulsinya bisa diminimumkan.

Gambar 3. Perbandingan waktu tempuh dengan hyperloop

Beberapa perusahaan yang saat ini mengembangkan hyperloop adalah Virgin Hyperloop One, Hyperloop Transportation Technologies, dan TransPod. Untuk saat ini hyperloop baru sekedar pengembangan dan belum dikomersialkan. Salah satu targetnya yaitu pada tahun 2020 di UEA bekerjasama dengan Hyperloop One.

Reff:

https://hyperloop-one.com

http://www.hyperloop.global/how-it-works

https://en.wikipedia.org/wiki/Hyperloop

Read More

Dunia Kereta - Lokomotif Listrik

Berbicara tentang lokomotif, sebelumnya telah kita bahas tentang lokomotif diesel hidrolik dan lokomotif diesel elektrik karena keduanya banyak di pakai di Indonesia. Selanjutnya pada sub bab ini kita akan membahas tentang lokomotif listrik yang sudah banyak dimanfaatkan di luar negeri, meskipun di Indonesia sendiri belum ada. Akan kita pelajari bersama tentang komponen dan cara kerja dari lokomotif listrik.

Gambar 1. Lokomotif listrik dan komponennya (http://www.railway-technical.com/)

Gambar 1 menunjukkan sebuah lokomotif listrik beserta komponennya. Akan kita bahas satu-persatu mulai dari sumber listrik hingga ke motor traksi. Pada gambar 1 garis warna merah menunjukkan aliran listrik AC satu phasa, garis biru menunjukan aliran listrik DC dan garis pink menunjukkan listrik AC 3 phasa. Sistem lokomotif pada gambar diatas adalah LAA listrik AC (biasanya 25 kV 50/60 Hz) dan motor traksi listrik AC.

Dimulai dari Overhead line (Listrik Aliran Atas – LAA) listrik masuk ke sistem kereta melalui pantograph kemudian melewati Circuit Breaker (CB) sebagai sistem proteksi/ pengaman yang akan memutus aliran listrik apabila terjadi gangguan.  Kemudian listrik dilanjutkan masuk ke transformer untuk diturunkan tegangannya dengan trafo step-down. Dari trafo listrik masuk ke rectifier untuk diubah menjadi listrik DC. Selanjutnya, listrik DC masuk ke main inverter dan auxiliary inverter. Output dari main inverter adalah listrik AC 3 phasa untuk menggerakkan motor traksi. Biasanya satu main inverter dapat menggerakkan hingga empat motor traksi dengan susunan parallel, sesuai dengan daya inverter dan motor yang dipakai.

Gambar 2. Lokomotif Listrik  (http://www.toshiba.co.jp)

Disisi lain auxiliary inverter berfungsi untuk menghasilkan listrik 3 phase yang dipakai untuk supply beban auxiliary seperti cooling fan, compressor, motor blower dll. Cooling fan bertugas untuk mendinginkan komponen – komponen yang ada dalam lokomotif. Compressor bertugas menghasilkan udara pengereman untuk supply air brake dan motor blower sebagai pendingin motor traksi. Karena menghasilkan listrik 3 phase dengan frekuensi konstan maka auxiliary inverter dikenal dengan sebutan SIV (Static Inverter) sedangkan main inverter yang menghasilkan listrik dengan frekuensi yang bervariasi disebut VVVF (Variable Volatage Variable Frequency). Baca: VVVF danSIV.

Selanjutnya ada juga auxiliary rectifier yang berfungsi menghasilkan listrik DC untuk charging baterai dan juga beban DC seperti lampu depan, lampu sinyal, dan wiper. Baterai disini dipakai untuk back-up ketika emergency. Terakhir axle brush dipakai sebagai jalur arus balik. Seperti halnya lampu rumah kita yang memakai dua kabel, satu kabel fase dan satu kabel netral, maka pada kereta kabel fasenya adalah LAA dan kabel netralnya adalah rel itu sendiri.

Read More

Dunia Kereta - Aerodinamis Kereta Api dan Konsumsi Energi

Setelah sebelumnya kita pelajari bahwa massa kereta mempengarumi konsumsi energi dimana semakin berat massa kereta maka semakin besar pula konsumsi energinya, maka pada kesempatan ini akan kita pelajadi pengaruh bentuk aerodinamis kereta terhadap konsumsi energi. Aerodinamis disini berkaitan dengan bentuk kereta, karena aerodinamis memiliki pengaruh pada timbulnya air resistance ( gaya hambat udara). Selain berpengaruh pada konsumsi energi, aerodinamis juga berperan pada noise/ kebisingan ketika kereta berjalan, safety pada high speed train, bahkan pada kenyamanan penumpang.

Gambar 1. Simulasi aerodinamis kereta api

Baca: Macam – macam resistansi (gaya gesek) padaKereta Api

Air resistance yang bekerja pada kereta dipengaruhi oleh dua faktor: bentuk geometri kereta api dan kekasaran permukaan. Secara umum semua bagian luar kereta memiliki peran untuk timbulnya air resistance. Pada high speed train, aerodinamis sangat penting. Gambar 2 dibawah menunjukkan presentase besarnya air resistance yang ditimbulkan beberapa komponen luar kereta high speed.

Gambar 2. Prosentase penyumbang air resistance

Berdasarkan Gambar 2 diatas, terlihat bahwa komponen penyumbang air resistance terbesar adalah bogie dan roda. Salah satu usaha untuk memperbaiki aerodinamis kereta api pada bagian bogie dan roda dapat dilakukan dengan memberikan cover di depan roda. Penyebab utama dari air resistance adalah pada transisi aliran udara laminar ke turbulensi, Gambar 3, maka aeroninamis pada sisi samping dan roof kereta dapat diperbaiki dengan menghindari lekuk-lekuk tajam kereta. Setiap sudut peralihat bentuk dibuat lengkung tidak menyudut.

Gambar 3. Laminar dan Turbulensi

Sedangkan pada kereta barang, yang memang memiliki bentuk tidak se-aerodinamis kereta high speed atau kereta penumpang, air resistence dapat dikurangan dengan pemberian cover dan pengaturan pada jarak antar kereta. Berdasarkan penelitian pada gerbong barang, ditemukan bahwa gerbong penuh memiliki aerodinamis yang lebih baik daripada gerbong kosong.

Selain air resistance, running resistance, yang timbul akibat gaya gesek juga berperan pada konsumsi energi kereta. Sedikit kita bahas tentang gaya gesek pada kereta api. Gaya gesek pada kereta api utamanya ditimbulkan karena kontak antara roda dan rel, selain itu pada flange roda ketika kereta berjalan di lintasan lengkung/ belokan. Kedua gaya gesek tadi berkontribusi pada 10 % penggunaan energi pada kereta api. Untuk itu, terkadang pada saat kereta berbelok dipakai pelumas untuk mengurangi gaya gesek sisi flange roda. Sedangkan pada gaya gesek antara roda dan rel, secara desain sudah dipertimbangkan seminimal mungkin, dimana pada perhitungannya mempertimbangkan syarat koefisien adhesive. Jika gaya gesek terlalu besar, maka rugi – rugi akibat gaya gesek besar, sebaliknya jika terlalu kecil maka kereta akan slip dan tidak bisa berjalan.

Semoga dengan sedikit pembahasan mengenai pengaruh aerodinamis kereta pada konsumsi energi ini bisa menambah pengetahuan kita bersama. Terima kasih atas kunjungan Anda pada website ini.

English title: The effect of train aerodynamic to the energy consumption

Artikel terkait:

Efek Berat Kereta Terhadap Konsumsi Energi

Resistansi Gerak Kereta
Effisiensi Penggunaan Space pada Kereta Api

  

Reff: 
www.railway-energy.com 
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610515000288

Read More

Dunia Kereta - Efek Berat Kereta Terhadap Konsumsi Energi

Berdasarkan data dari [1] kereta penumpang rata – rata memiliki berat 400 kg sampai 800 kg per seat/ kursi (berat ini adalah berat total kereta di bagi jumlah seat). Untuk kereta high speed misalnya German ICE 2 bahkan beratnya mencapai 1100 kg/ seat. Kira – kira apakah pengaruh berat kereta terhadap konsumsi energi? Cara sederhana untuk memperkirakan jumlah energi yang dikonsumsi kereta adalah dengan Hukum Newton 2 ( pelajaran Fisika). F = M*a, dimana F adalah gaya yang diperlukan untuk menggerakkan kereta atau sering disebut gaya traksi, M adalah massa kereta, a adalah percepatan kereta. Sedangkan P = F*v, dimana P adalah daya, v adalah kecepatan kereta. Sedangkan energi adalah W = P * t, dimana W adalah energi, t adalah satuan waktu. Nah dari rumus – rumus yang saling berhubungan ini, intinya M berpengaruh pada W, bahkan pengaruhnya sangat besar.

Berdasarkan perhitungan sederhana diatas, maka pengurangan massa kereta akan sangat membantu dalam menghemat energi. Ada dua cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi berat kereta yaitu:

1. Component based. Artinya dengan mencari komponen yang sama tetapi lebih ringan tanpa mengganti sistem.
2. System based. Untuk cara ini, pengurangan massa kereta dilakukan secara sistem dengan membuat sistem baru yang lebih optimal secara beban.

Pada component based, penggunaan material yang ringan merupakan salah satu kuncinya. Gambar/ Figure 1 menunjukkan distribusi massa pada suatu kereta Multiple Unit(MU) dimana berat totalnya 92.7 ton. Salah satu cara yang sudah dilakukan yaitu dengan mengurangi berat carbody dengan cara menggunakan material yang ringan. Salah satu contoh material ringan yang sudah banyak dipakai sekarang adalah alumunium. Kedepan, sedang diteliti untuk pengembangan material carbody dengan menggunakan fiber.

Sedangkan untuk komponen propulsi, dengan ditemukannya IGBT yang memiliki dimensi lebih kecil dari GTO, dimensi VVVF bisa diperkecil. Bahkan teknologi terkini SiC bisa lebih kecil lagi sehingga dimungkinkan untuk penempatan inverter di bogie karema saking kecilnya dimensi inverter VVVF. Kemudian juga dari segi motor traksi, sekarang sudah banyak dipakai teknologi motor PMSM (permanen magnet synchronous motor). PSMS memiliki dimensi yang lebih kecil dibanding motor induksi untuk daya yang sama. Selain itu, pemakaian PMSM memungkinkan untuk direct drive, artinya motor traksi langsung terhubung ke roda (adapun gearbox yang dipakai hanya untuk mengubah arah putar, sehingga berat gearboxnya lebih ringan). Demikian juga untuk interior, sekarang sudah banyak ditemukan material untuk pembuatan kursi yang lebih ringan.

Jacob Bogie

(sumber:Wikipedia.org)

Sedangkan secara system based, penggunaan jenis bogie artikulasi sangat membantu menurunkan beban dari bogie. Misalnya dengan menggunakan Jacob-type bogie. Semoga artikel sederhana ini bisa membantu memahami tentang pentingnya dan cara penghematan energi pada kereta dengan pengurangan berat kereta.

English title: The effect of train mass to the energy consumption

Reff:

[1]  www.railway-energy.com

Artikel terkait:
Aerodinamis Kereta Api Berperan pada Konsumsi Energi

Pemodelan Longitudinal Kereta Api

Train Performance  

Flywheel: Solusi Efisiensi Energi Kereta Listrik 

Read More

Dunia Kereta - Flywheel: Solusi Efisiensi Energi Kereta Listrik

Seperti telah kita pelajari bersama pada Sistem Propulsi Kereta Rel Listrik (KRL) bahwa pada KRL memungkinkan tiga jenis pengereman yaitu pneumatic brake, rheostatic brake, dan regenerative brake. Sedikit kita ulang. Pneumatic brake adalah rem udara yang memanfaatkan udara bertekanan. Rheostatic brake dan regenerative brake adalah pengereman dinamik dimana motor traksi diubah menjadi generator. Perbedaan keduanya adalah, jika pada rheostatic brake, energi listrik hasil pengereman ini dibuang menjadi panas di resistor, maka pada regenarive brake, energi listrik hasil pengereman dimanfaatkan kembali.

Energi hasil regenerative ini cukup besar dan dapat dipakai sebagai sumber listrik. Biasanya energi hasil regenerative ini disalurkan ke LAA dan dimanfaatkan kereta lain atau disimpan pada media penyimpan energi. Jika keduanya tidak ada, tidak ada kereta lain yang berdekatan untuk menerima energi atau tidak adanya media penyimpan energi, biasanya energi ini dibuang juga ke resistor menjadi rheostatic brake karena jika tidak dibuang akan menyebabkan LAA overvoltage ( kelebihan tegangan). Kenapa overvoltage dicegah? Karena kabel LAA memiliki batasan daya hantar listrik, jika melebihi maka kawat kabel LAA bisa terbakar.

Gambar 1. Pemanfaatan energi hasil regenerative brake

Setiap tahun, ribuah kWh energi hasil regenerative brake terbuang. Untuk itu, pada pembahasan kali ini akan kita pelajari secara umum tentang penggunaan salah satu media penyimpan energi yang nantinya dapat dipakai untuk menyimpan energi hasil regenerative ini. Ada tiga komponen utama jika kita mempelajari sistem penyimpanan energi hasil regenerative yaitu: media penyimpan, converter, dan kontrol. Media penyimpan merupakan komponen paling mahal disini. Ada tiga alternatif untuk media penyimpan energi yaitu: baterai, supercapasitor dan flywheel.

Baterai secara sistem harganya mahal. Terlebih, teknologi baterai Lithium sekarang tidak dapat melakukan charge dan discharge secara cepat sesuai pola operasi KRL/ metro yang cepat ( hanya berhenti 2-3 menit). Selain itu penggunaan baterai harus mempertimbangkan ruang terkait ukuran baterai, penggantian secara berkala karena lifetime yang terbatas cycle charge ( jumlah ngecas) dan juga perlu kontrol ketat terkait isu lingkungan.

Supercapasitor mampu melakukan charge dan discharge yang cepat yang sesuai pola operasi KRL/ metro. Selain itu supercapasitor juga lebih murah dan memiliki ukuran yang lebih kecil jika dibanding baterai pada kapasitas penyimpanan yang sama. Akan tetapi, supercapasitor ini memiliki lifetime yang cepat dan seiring penggunaan kemampuan penyimpanannya berkurang. Jadi harus dilakukan penggantian hampir setiap tahun.

Flywheel adalah media penyimpan energi dimana energi disimpan dalam bentuk energi kinetik yakni putaran roda, ini kenapa disebut flywheel. Apabila kita memutar roda sepeda, pasti akan kita lihat roda berhenti berputar meskipun kitasudah tidak memutarnya, ini akibat moment inersia dan energi kinetik yang tersimpan, begitulah prinsip kerja flywheel. Flywheel mampu mengatasi masalah charge dan discharge yang cepat tanpa mempengaruhi lifetimenya sehingga sangat cocok dengan pola operasi KRL/ metro. Pada study LAA DC, ketika terjadi regenerative brake, energi ini disalurkan ke flywhel melalui converter yang mengubah listrik DC menjadi AC 3 phasa, yang kemudian menggerakkan motor, dari motor inilah flywheel diputar, dicharge. Proses discharge dilakukan dengan menyambungkan flywheel dengan motor yang kini berubah fungsi menjadi generator. Putaran flywheel diubah menjadi listrik oleh generator, kemudian listrik AC dari generator dijadikan listrik DC untuk dapat masuk LAA oleh converter. Selain itu harga dan perawatannya juga lebih murah.

Gambar 2. Koneksi sistem flywheel dengan LAA

Selanjutnya dimanakah media penyimpan energi ini diletakkan? Media penyimpan energi ini bisa diletakkan di kereta maupun di stasiun. Apabila diletakkan di kereta maka perlu ditinjau ukuran, berat, dan kapasitas simpannya. Selain itu jika diletakkan di kereta, maka energi yang disimpan hanya dapat dimaanfaatkan oleh kereta itu sendiri. Lain halnya jika media penyimpan energi ini diletakkan di stasiun, maka semua kereta yang melakukan regenrative braking bisa memakainya, dan juga energi ini dapat dimanfaatkan oleh kereta lain bahkan untuk konsumsi listrik di stasiun.

Salah satu contoh sistem KRL/ metro yang sudah memanfaatkan flywheel sebagai media penyimpan energi dan diletakkan di stasiun adalah Los Angles Metro. Los Angles Metro telah meng-instal empat flywheel modul(FWM) produk Vycon, dimana setiap modul terdapat empat flywheel unit (FWU) dengan total daya 2MW. Pada pemasangan ini diperoleh saving energi 10 - 18 %. Energi yang disimpan rata - rata 1,6 MWh setiap hari.

Gambar 3. Flywheel modul di Los Angles Metro

Reff:

http://www.railjournal.com/index.php/technology/flywheel-technology-generates-energy-efficiencies-for-metros.html

https://www.calnetix.com/applications/energy-recycling/rail

http://thesource.metro.net/2014/10/03/71489/

Read More

Dunia Kereta - Elektro Pneumatic Brake (EP brake)

Setelah sebelumnya kita bahas air brake, pada kesempatan ini akan kita pelajari bersama mengenai Electro Pneumatic Brake (EP brake). Jenis pengereman ini awalnya didesain untuk kereta jenis metro, tetapi sekarang penggunaannya meluas hampir disemua jenis kereta. Kelebihan utama dari EP brake dibanding air brake (rem udara tekan) adalah pengereman ini memiliki kecepatan respon yang lebih baik terutama untuk kontrol pengereman pada rangkaian kereta. Hal ini kaitannya dengan transmisi sinyal pengereman karena perintah pengereman ada di kabin masinis paling depan, dan perintah harus diteruskan hingga rangkaian terakhir. Jika transmisi sinyal pengereman lama, maka ketika kereta depan sudah aktif rem, kereta belakang masing belum aktif rem dan akan mendorong kereta depannya. Sebaliknya, ketika release rem, kereta depan sudah release rem untuk berjalan, kereta belakang masih aktif rem. Sehingga peran kecepatan transmisi sinyal rem sangat penting untuk diperhatikan. EP brake biasanya dioperasikan sebagai service brake, sedang air brake dipakai untuk emergency brake.

Gambar 1, merupakan skema dasar dari EP brake sedangkan gambar 2 adalah skema dasar dari air brake. Terlihat perbedaan utama utama antara EP brake dan air brake adalah pada pipa pengereman dan valve. Pada EP brake memiliki dua pipa pengereman yakni “Main reservoir pipe” atau pipa reservoir utama dan “brake pipe” pipa pengereman itu sendiri. Pada aplikasinya pipa reservoir biasanya bertekanan 7 bar sedangkan pipa pengereman bertekanan 5 bar. Sedangkan untuk valve, EP brake memiliki dua magnetic valve yang bisa dikontrol secara elektrik. Inilah alasan kenapa jenis pengereman ini disebut elektro pneumatic brake, rem udara yang dikendalikan secara elektrik.

Gambar 1. Skema dasar EP brake

Gambar 2. Skema dasar air brake

Pada aplikasi EP brake, application valve dan holding valve diaktifkan dengan sinyal elektrik. Aplication valve memiliki tipe NC(Normaly Close) artinya jika tidak mendapat sinyal listrik akan tertutup, sedangkan holding valve memiliki tipe NO(Normaly Open) artinya jika tidak mendapat sinyal listrik akan terbuka. Ketika EP brake aktif (apply), gambar 3, maka application valve akan membuka sehingga udara bertekanan dari pipa reservoir masuk ke brake cyinder sehingga terjadi pengereman. Ketika kondisi ini, holding brake aktif juga, sehingga valvenya tertutup. Pada posisi apply ini, tekanan dari pipa reservoir terus – menerus masuk ke brake cylinder, untuk menjaga gaya pengereman agar tidak terjadi slide maka ada tambahan safety valve (tidak tercantum di gambar). Safety valve berfungsi untuk menjaga tekanan sesuai nilai gaya pengereman maksi

mal agar tidak terjadi slide.

Gambar 3. EP brake apply (aktif)

Pada kondisi release, maka sinyal pengereman ke application valve dan holding valve hilang. Dengan demikian maka application valve kembali ke sifat NC, valve tertutup, dan holding valve kembali ke sifat NO, valve membuka. Sehingga aliran udara dari pipa reservoir terhenti dan udara sisa di brake cylinder keluar dari exhaust.

Gambar 4. EP brake release

Pada skema diatas, terlihat juga komponen air brake. Air brake disini dipakai sebagai back-up jika terjadi kegagalan sistem pada EP brake. Air brake juga berfungsi sebagai emergency brake. Ketika terjadi kegagalan sistem maka tekanan udara di pipa reservoir dan pipa pengereman akan turun. Hal ini menyebabkan slide valve ( yang berada pada triple valve) bergeser ke kanan, sehinggal udara dari auxiliary reservoir akan masuk brake cylinder dan mengaktifkan pengereman.

Reff:

http://www.railway-technical.com/ep-brakes.shtml

Read More