Jumat, 31 Oktober 2014

Efektifitas Coil Gun

Back to theory

Ketika berbicara tentang efektifitas coil gun maka kita akan dikejutkan betapa kecilnya efektifitas yang dihasilkan oleh coil gun. Umumnya para hobbies coil gun hanya mendapatkan 1% efektifitas, artinya dari total energi yang dikandung oleh capasitor, hanya 1% yang berhasil diubah menjadi energi kinetik. Bayangkan dengan motor listrik, rata-rata lebih 90% energi listrik berhasil diubah menjadi energi kinetik rotasi.

Kenapa efektifitas pada coil gun sangat kecil?
Ketika penulis melakukan eksperimentasi dengan coil gun buatan sendiri, banyak sekali sudah cara yang penulis coba-coba untuk meningkatkan daya lontar dari coil gun tersebut. Mulai dari penambahan/pengurangan lilitan, pemanjangan dan pemendekan kumparan, penanbahan inti besi, penggantian laras, namun semua tidak jauh menambah efektifitas coil gun. Bahkan penambahan inti besi yang logikanya dapat memperkuat medan magnet sebagaimana dilakukan pada motor listrik justru malah jauh memperkecil efektifitas coil gun.

Bagaimana cara meningkatkan efektifitas coil gun?
Mungkin beberapa cara berikut dapat menjadi cara untuk meningkatkan efektifitas coil gun
1. Meningkatkan voltage dari tegangan capasitor (menggunakan capasitor yang tegangannya lebih tinggi)
2. Capasitansi capasitor yang optimal, Capasitansi yang terlalu besar justru dapat memperkecil efektifitas.
3. Penggunaan kawat email dan dimensi coil yang tepat, kawat terlalu halus atau terlalu besarpun juga akan mengurangi efektifitas.
4. Penempatan peluru dibibir coil juga harus tepat, harus banyak dilakukan eksperimentasi untuk mengetahui dimana posisi peluru yang membuat efektifitas coil gun lebih besar.
5. Menggunakan laras coil yang berbahan plastik, bahan alumunium apalagi besi dapat memperlambat gerak peluru.
6. Banyak melakukan eksperimentasi.
 7. Atau bahkan melakukan sesuatu cara yang lain dari pada para hobbies sehingga dapat menghasilkan efektifitas yang tinggi.

Seandainya efektifitas coil gun ini mencapai 50% saja maka senjata coil gun sudah layak digunakan sebagai senjata militer.

Back to theory

Kamis, 30 Oktober 2014

Energi Pada Capasitor

Back to Theory

Sebelum membahas tentang jumlah energi yang dikandung capasitor, maka kita akan meninjau apa itu listrik dan hubungannya dengan capasitor.

Definisi Listrik
Listrik pada dasarnya adalah sebentuk energi yang berasal dari pergerakan elektron di media penghantar (konduktor). Jumlah elektron yang mengalir tersebut disebut dengan muatan listrik yang memiliki satuan coulomb. Pada capasitor ketika diberikan arus listrik searah (DC) maka muatan akan mengalir dan tersimpan didalam capasitor. Jumlah muatan yang tersimpan didalam capasitor tergantung dari besar capasitansi capasitor dan beda potensial capasitor, atau secara matematis dirumuskan dengan Q = C * V
Dimana : Q = muatan listrik (coulomb)
               C = capasitansi capasitor (Farad)
               V = beda potensial capasitor (volt)

Yang perlu diperhatikan ketika terjadi proses pengisian pada capasitor adalah besarnya arus yang mengalir dan beda potensial sumber. Arus listrik adalah jumlah muatan yang mengalir setiap detiknya didalam kawat penghantar bersatuan (ampere). Sedangkan beda potensial dianalogikan sebagai perbedaan tinggi tempat pada kasus aliran air, Jadi beda potensial sangat mempengaruhi besarnya arus listrik yang mengalir, semakin besar beda potensial (tegangan) dari sumber listrik akan semakin besar arus yang mengalir didalam kawat penghantar. Hal ini dikenal dengan hukum ohm I = V/R, dimana I adalah besarnya arus listrik (ampere), V beda potensial (volt) dan R hambatan kawat (ohm).

Jadi pada kasus pengisian sebuah capasitor ketika merancang coil gun sangat diperlukan rangkaian inverter atau penaik tegangan, (tidak mungkin bisa mengisi capasitor 400 volt sampai penuh jika sumber yang diberikan hanya 12 volt).

Proses pengisian Capasitor
Pada proses pengisian capasitor, besar arus yang masuk makin lama akan semakin berkurang yang dibarengi dengan semakin penuhnya capasitor. Penuhnya pengisian pada capasitor ditandai dengan beda potensial yang semakin meninggi, tetapi jangan sampai melebihi tegangan kerja yang ada pada capasitor karena dapat membuat capasitor rusak atau bahkan meledak.

Grafik pengisian muatan pada capasitor
........................

Energi yang dikandung Capasitor
Setelah capasitor penuh, yang ditandai dengan tegangan uji pada kaki-kaki capasitor sama dengan tegangan kerjanya maka dikatakan capasitor terisi penuh. Ini artinya capasitor memiliki kandungan energi listrik, akibat terkumpulnya muatan listrik didalam capasitor. Besarnya energi yang dikandung capasitor ini adalah W = V^2 * C/2.

W = kandungan energi didalam capasitor (joule), V = beda potensial terukur (volt) dan C adalah capasitansi capasitor (farad). Dalam prakteknya farad merupakan satuan yang sangat besar untuk capasitor, sehingga secara umum capasitor menggunanakan satuan: nF = nanoFarad (10^-9 farad) atau uF = mikroFarad (10^-6 farad). Sebagai contoh; jika akan dirancang sebuah coil gun 400 volt, 30 joule maka besarnya capasitansi capasitor yang dibutuhkan adalah: C = 2*30/(400^2) = 0.000375 Farad = 375 uF.

Jika energi sebesar 30 J digunakan untuk melepaskan proyektil bermassa 10 gr, maka kecepatan yang dihasilkan adalah: v = sqrt(2*30/(10^-3)) = 77.5 m/s.

Bagaimana dengan coil gun, apakah bisa energi sebesar 30 J dirubah secara ideal menjadi energi kinetik? Jawabannya, sampai sekarang belum ada eksperimentalis yang berhasil mewujudkannya. Tingkat efisiensi coil gun tertinggi yang berhasil dibuat adalah berkisar antara 5% s.d 8%. dan kebanyakan adalah 1% s.d 2%. Sehingga peluang untuk penelitian bagaimana membuat coil gun yang efektif masih terbuka lebar sampai saat ini.

Back to Theory

Selasa, 28 Oktober 2014

Apa itu Capasitor

Back to theory

Apa itu Capasitor, Kenapa Coil Gun harus menggunakan Capasitor, dan Bagaimana cara menyusun Capasitor untuk menghasilkan energi yang besar.

Definisi Capasitor
Pada dasarnya capasitor adalah piranti elektronika yang apabila dialiri arus DC akan mampu menyimpan muatan listrik. Listrik yang tersimpan sebaliknya akan dapat digunakan kembali jika ujung-ujung kutub pada capasitor diberikan beban listrik.  Inilah yang menjadi alasan kenapa capasitor digunakan dalam perancangan coil gun. Capasitor electrolit yang memiliki tegangan kerja 400 volt misalnya akan dapat diisi dengan muatan listrik sehingga bertegangan kurang lebih sama dengan tegangan kerja pada capasitor tersebut (400 volt). Banyaknya muatan listrik yang tersimpan adalah sebanding dengan capasitansi dari capasitor tersebut.

Dengan melihat fungsi capasitor yang demikian maka pada dasarnya prinsip kerja capasitor mirip dengan prinsip kerja baterai rechargeable, terus apa perbedaan baterai rechargeable dengan capasitor? Perbedaan paling mendasar antara baterai dengan capasitor adalah reaksi yang digunakan dalam sistem pengisiannya. Baterai menggunakan reaksi kimia dan capasitor menggunakan reaksi fisika. Hal ini berdampak pada:

1. Pengisian capasitor jauh lebih cepat dari pada baterai
2. Muatan pada baterai jauh lebih besar dari pada capasitor
3. Kemampuan menyimpan muatan baterai jauh lebih lama dari pada capasitor
4. Kemampuan perulangan charge and recharge pada capasitor jauh lebih tinggi dari pada baterai
5. Kemampuan pelepasan muatan pada capasitor juga jauh lebih tinggi dari pada baterai, dan
6. Hambatan dalam pada capasitor jauh lebih kecil dari pada baterai

Susunan dalam Capasitor
Capasitor tersusun atas dua pelat konduktor tipis yang berdekatan tetapi tidak bersentuhan, kemampuan capasitor dalam menyimpan muatan didasarkan atas faktor-faktor tersebut;
1.  lebar pelat, semakin lebar pelat tersebut maka semakin besar kemampuan capasitor menyimpan muatan
2. jarak antara dua pelat, semakin tipis jarak antara dua pelat maka semakin besar kemampuan capasitor
3. Isi antara dua plat, Perbedaan bidan dielektrika ini menyebabkan kemampuan capasitor berbeda, sehingga penamaan capasitor didasarkan pada apa isi dari bidang pemisah ini, ada capasitor kertas, keramik, electrolit, mika dan lain sebagainya.

Back to theory

Senin, 27 Oktober 2014

Konsep Dasar Coil Gun

Ingin tahu bagaimana tenaga magnet bekerja pada coil gun? ingin tahu bagaimana perhitungan matematika dan fisika dapat membantu dalam mewujudkan coil gun. Maka disini akan dibahas, mengenai apa saja yang diperlukan untuk merancang sebuah coil gun.

Sebelum kita merancang sebuah coil gun, maka kita perlu mengetahui beberapa komponen, atau sistem komponen dalam coil gun dan cara kerjanya:

1. Capasitor
    - Apa itu capasitor
    - Energi di dalam capasitor
    - Efektifitas energi capasitor untuk dirubah menjadi energi kinetik

2. Induktor
    - Apa itu Induktor
    - Apa itu arus balik pada induktor
    - Bagaimana menghitung nilai induktansi pada induktor

3. Proyektil
    - Apa saja yang dapat dibuat untuk menjadi peluru/proyektil
    - Cara memperkirakan besarnya medan magnet
    - Bagaimana medan magnet berinteraksi dengan dengan proyektil
    - Dari mana tenaga lontar proyektil berasal

4. Gulungan kawat optimal
    - Bagaimana jika gulungan/lilitan kawatnya di perbanyak
    - Bagaimana cara memilih kawat yang digunakan untuk menghasilkan medan magnet optimal
    - Berapa ukuran coil yang optimal

5. Cara memperkirakan kecepatan peluru dan efektifitas coil gun

Minggu, 26 Oktober 2014

Apa itu Coil gun atau Gauss gun

Coil gun atau Gauss gun
mungkin tidak semua kita paham apa itu coil gun atau gauss gun. Karena memang sampai sekarang coil gun belum teraplikasikan, hal ini dikarenakan potensi tenaga yang dihasilkan oleh lontaran tenaga elektromagnet ini masih jauh dari kata efektif. Salah satu putra bangsa yang dapat prestasi karena pengembangan senjata elektromagnet ini adalah Miftah Yama Fauzan, Siswa SMAN 1 Sidoarjo ini berhasil menjadi juara I mengalahkan pelajar Rusia dan Jerman dalam International Conference of Young Scientists (ICYS) pada April 2010.

Apa itu Coil Gun
Coil gun atau gauss gun merupakan suatu alat/instrumen berbentuk tabung yang bagian luarnya tersusun dari satu atau lebih electromagnetic coil yang mana coil tersebut berfungsi untuk mempercepat sebuah proyektil/peluru berbahan besi (ferromagnetic) bergerak dari dalam tabung tersebut dan terlontar keluar dengan kecepatan tertentu. Dikarenakan tenaga pendorong dari coil gun adalah tenaga magnet maka kelebihannya adalah tidak menghasilkan bunyi, dentuman, ledakan dan percikan api.

Kenapa mempelajari coil gun?
Pada dasarnya prinsip penerapan dari coil gun ini telah banyak dipakai dalam dunia elektronika atau permesinan, seperti sistem penguncian pada pintu mobil, Bell elektromekanik, dan sampai ke sistem injeksi bahan bakar pada berbagai mesin. Hanya saja pada sistem tersebut pemanfaatan tenaga magnet ini terbatas hanya pada daya tariknya saja tidak sampai dilontarkan. Sedangkan pada tulisan ini adalah membahas bagaimana jika tenaga elektromagnet tersebut digunakan untuk melontarkan proyektil. Apa yang menjadi penyebab terlontarnya proyektil, Bagaimana hubungan antara energi listrik sehingga menjadi energi kinetik, berapa persen (efektifitas) perubahan energi tersebut bisa dioptimalkan serta apa saja yang mempengaruhinya.

Banyak hal yang kita peroleh dengan mempelajari coil gun ini, mulai dari pemahaman ilmu fisika mengenai listrik dan magnet. Ilmu elektronika, seperti Bagaimana kerja dari Capasitor, Elektronika switching,  Sistem indikator tegangan listrik, sistem inverter dan tentunya coil / selenoida itu sendiri yang menjadi ujung tombak pelontar peluru.

Apa penerapan dari mempelari coil gun?
Banyak sekali aplikasi yang dapat diperoleh dari perancangan dan pembuatan coil gun ini, mulai dari terciptanya senjata dengan jumlah peluru yang mudah untuk diperbanyak, Senjata dengan cadangan energi yang tinggi bahkan bisa di charge dengan menggunakan panel surya. Senjata yang tidak menimbulkan bunyi dan percikan api dan bahkan dapat dirancang sebuah coil gun berskala besar yang digunakan untuk menempatkan satelit-satelit di orbitnya.

Berikut berbagai sumber sebagai acuan untuk melihat kemanfaatan dari coil gun

http://en.wikipedia.org/wiki/Coilgun
http://www.coilgun.info/discovery/prof_angel_feasibility_study_pnas.pdf
http://openlydisruptive.org/hands-on-ideas-10-magnetic-launches/#.
http://www.coilgun.eclipse.co.uk/index.html