PEMANFAATAN ETHANOL DARI KETELA UNTUK BAHAN BAKAR MOTOR OS MAX 15 LA-S PADA PESAWAT MODEL WING DRAGON
Oleh : Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT (Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto)
Dibiayai melalui DIPA Kopertis Wilayah V Nomor: 0169.0/023-04.2/XIV/2009 Tahun Anggaran 2009
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL KOORDINASI PERGURUAN TINGGI SWASTA WLAYAH V DAERAH ISTIMEWA YOGYAKARTA
HALAMAN PENGESAHAN 1. Judul Penelitian
2. Jenis Penelitian 3. Ketua Peneliti a. Nama Lengkap dan Gelar b. Jenis Kelamin c. NIDN d. Pangkat / golongan e. Jabatan Fungsional f. Perguruan Tinggi g. Program Studi h. Status Dosen 4. Pembimbing a. Nama Lengkap dan Gelar b. Jabatan Fungsional c. Unit Kerja / PT 5. Jumlah Tim Peneliti 6. Lokasi Penelitian 7. Jumlah biaya a. dari Kopertis Wilayah V b. dari PT, lainnya
Dosen Pembimbing
Gunawan, ST, MT NIPY 090265
: PEMANFAATAN ETHANOL DARI KETELA UNTUK BAHAN BAKAR MOTOR OS MAX 15 LA-S PADA PESAWAT MODEL WING DRAGON : Teknologi : Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT : Laki-laki : 0418037201 :: Asisten Ahli : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto : Teknik Penerbangan : Dosen Tetap Yayasan : : : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto : 1 orang : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto : Rp 1.500.000,(satu juta lima ratus ribu rupiah) :-
Yogyakarta, 1 Agustus 2009 Peneliti
Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT NIDN 0418037201 Mengetahui / Menyetujui:
a.n. Koordinator Sekretaris Pelaksana
Ketua STTA
Bambang Haryadi, SH NIP 131597936
Ir. Suyitmadi, MT NIPY 050543
SURAT KETERANGAN KARYA ILMIAH Yang bertanda tangan di bawah ini: 1. Nama & Gelar NIDN Pangkat/Golongan Jabatan Fungsional Bidang Ilmu Unit Kerja / PT 2. Nama & Gelar NIDN Pangkat/Golongan Jabatan Fungsional Bidang Ilmu Unit Kerja / PT
: Gunawan, ST, MT : 0520117002 :: Lektor (200 AK) : Teknik Penerbangan : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto : Yasrin Zabidi, ST, MT : 0526017601 :: Lektor (200 AK) : Teknik Industri : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto
Memberikan rekomendasi untuk Karya Ilmiah dengan judul: PEMANFAATAN ETHANOL DARI KETELA UNTUK BAHAN BAKAR MOTOR OS MAX 15 LA-S PADA PESAWAT MODEL WING DRAGON a.n. saudara tersebut di bawah ini: Nama & Gelar NIDN Pangkat/Golongan Jabatan Fungsional Bidang Ilmu Unit Kerja / PT
: Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT : 0418037201 :: Asisten Ahli (150 AK) : Teknik Penerbangan : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto
Isi rekomendasi Karya Ilmiah itu sebagai berikut: a. Mutu : Amat Baik / Baik / Cukup b. Softifikasi : Amat Baik / Baik / Cukup c. Kemutakhiran : Amat Baik / Baik / Cukup Demikian untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. Yogyakarta, 1 Agustus 2009 Yang memberi rekomendari
Gunawan, ST, MT NIDN 0520117002
Yasrin Zabidi, ST, MT NIDN 0526017601
SURAT KETERANGAN DARI PERPUSTAKAAN Yang bertanda tangan di bawah ini: Nama & Gelar NIPY Pangkat/Golongan Jabatan Fungsional Perguruan Tinggi
: Dra. Susi Herawati : 021018 :: Kepala UPT Perpustakaan : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto
Menyatakan bahwa naskah Karya Ilmiah dengan judul: PEMANFAATAN ETHANOL DARI KETELA UNTUK BAHAN BAKAR MOTOR OS MAX 15 LA-S PADA PESAWAT MODEL WING DRAGON a.n. saudara tersebut di bawah ini: Nama & Gelar NIDN Pangkat/Golongan Jabatan Fungsional Bidang Ilmu Unit Kerja / PT
: Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT : 0418037201 :: Asisten Ahli (150 AK) : Teknik Penerbangan : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto
Telah didokumentasikan di Perpustakaan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto. Demikian untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. Yogyakarta, 1 Agustus 2009 Yang membuat pernyataan
Dra. Susi Herawati NIPY 021018
PEMANFAATAN ETHANOL DARI KETELA UNTUK BAHAN BAKAR MOTOR OS MAX 15 LA-S PADA PESAWAT MODEL “WING DRAGON” Mohammad Ardi Cahyono Teknik Penerbangan STTA, Jl. Janti Blok R lanud Adisutjipto Yogyakarta Telp. (0274) 451262, 451263 fax. (0274) 451265 e-mail:
[email protected] HTU
UTH
Abstraksi Saat ini bahan bakar minyak atau energi yang berasal dari fosil (fossil energy) semakin langka. Kenyataan ini mengharuskan manusia untuk selalu berusaha mendapatkan sumber-sumber bahan bakar alternatif. Energi terbarukan dari tumbuh-tumbuhan sangat mungkin dikembangkan di Indonesia antara lain biodiesel dari tanaman jarak pagar, kelapa sawit, kedelai atau methanol dan ethanol dari biomassa, tebu, jagung, ketela, dan lain-lain. Keuntungan lain dari pemanfaatan ethanol dari tumbuh-tumbuhan adalah bersifat ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk membuat ethanol dari ketela. Kemudian menguji komposisi terbaik campuran bahan bakar dengan ethanol pada motor O.S. 15CV-A pada pesawat model “Wing Dragon” sehingga kinerja propulsi pesawat tersebut tetap tinggi atau mungkin bisa lebih baik daripada menggunakan bahan bakar aslinya. Pesawat Wing Dragon adalah jenis pesawat model terkendali dengan radio (R/C Model Airplane) dengan panjang badan pesawat: 900 mm, bentang sayap: 1080 mm, chord: 215 mm, servo: 9g x 5, dan transmitter: 4CH. Sedangkan spesifikasi motor adalah O.S. Engine 15CV-A, kapasitas 2,49 cc dan power: 0,5 HP pada 18000 rpm. Baling-baling yang dipergunakan adalah APC 7 x 4. Pengujian dilakukan di darat dengan variasi bahan bakar murni (nitromethan 35 % coolpower), E5, E10, E15, dan E20, dimana E5 artinya adalah campuran bahan bakar tersebut mengandung ethanol sebanyak 5 %. Output yang dianalisis adalah gaya dorong (thrust) dan kecepatan putar baling-baling (propeller) yang divariasikan terhadap bukaan throttle antara lain: idle, 25 %, 50 %, 75 %, dan 100 %. Setelah dilakukan pengujian dan analisis diperoleh komposisi E15 adalah yang terbaik karena untuk variasi bukaan throttle berapapun menghasilkan output yang lebih baik daripada komposisi murni maupun komposisi yang lain. Adapun persamannya adalah sebagai berikut: y1 = −0,001x 2 + 0,1747 x + 1,9172 y 2 = −1,0869 x 2 + 197,61x + 8415,4 Dimana, y1 adalah thrust, y2 adalah RPM, x adalah bukaan throttle. B
B
B
B
Kata kunci: bahan bakar alternatif, ethanol, wing dragon, thrust, RPM, propulsi.
A. Pendahuluan Saat ini bahan bakar minyak atau energi yang berasal dari fosil (fossil energy) semakin langka. Hal ini memberikan implikasi sangat luas di berbagai sektor kehidupan. Kenyataan ini seharusnya menyadarkan kita bahwa jumlah cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis. Diperkirakan pada tahun 2010 cadangan minyak dunia mulai menyusut dan pada tahun 2050 cadangan minyak dunia semakin habis (Dagget, 2006) seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 1: Perkiraan Cadangan BBM Dunia Minyak bumi adalah bahan bakar yang tidak bisa diperbarui maka kita harus mulai mencari bahan bakar alternatif. Sebenarnya di Indonesia terdapat berbagai sumber energi terbarukan yang melimpah, seperti biodiesel dari tanaman jarak pagar, kelapa sawit maupun kedelai. Atau methanol dan ethanol dari biomassa, tebu, jagung, dan lain-lain yang bisa dipergunakan sebagai pengganti bensin. Pembakaran menggunakan bahan bakar fosil dapat menyebabkan polusi
udara
dan
pemanasan
global
sebab
sisa-sisa
pembakaran
menghasilkan CO2. Gas CO2 lama kelamaan menumpuk di atmosfer dan membentuk semacam lapisan yang dapat menghalangi pantulan panas matahari dari bumi sehingga suhu bumi semakin panas. Sedangkan bahan bakar alternatif lebih ramah lingkungan sehingga sangat menjanjikan. Gambaran siklus di bawah ini menunjukkan bahwa pemanfaatan ethanol untuk
bahan bakar alternatif bersifat ramah lingkungan.
Gambar 2: Siklus Perputaran Bahan Bakar Bio-Ethanol yang Ramah Lingkungan Bio-ethanol dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan, karena bersih dari emisi bahan pencemar. Bio-ethanol dapat dibuat dari bahan baku tanaman yang mengandung pati seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung, sagu, dan tetes. Bioethanol selain untuk bahan baku kimia juga dapat dipergunakan sebagai bahan bakar kendaraan pengganti bensin atau premium. Dengan produksi ethanol di daerah, maka diharapkan daerah dapat mengganti atau mengurangi konsumsi premium
yang untuk sebagian besar wilayah di
Indonesia didatangkan dari daerah lain. Secara umum, semua wilayah di Indonesia dapat ditanami ubi kayu, walaupun Pulau Sumatra dan Jawa mempunyai perkembangan produksi ubi kayu yang sangat baik. Mengingat semua wilayah Indonesia dapat ditanami ubi kayu, sehingga bio-ethanol plant yang berbahan baku ubi kayu berpotensi untuk dikembangkan di Indonesia. Besarnya perkiraan potensi ketersediaan bio-ethanol per wilayah di Indonesia dari tahun 1998 s.d 2002 ditunjukkan pada Gambar 3 di bawah ini.
Dari gambar tersebut terlihat bahwa produksi ubi kayu yang dapat dipergunakan sebagai bahan baku ethanol yang terbesar adalah di pulau Jawa (BPPT, 2005).
B. Perumusan Masalah Perumusan masalah adalah sebagai berikut: 1. Krisis energi harus segera diatasi dengan mencoba menemukan sumbersumber bahan bakar alternatif salah satunya adalah ethanol dari ketela. 2. Ketela
mudah
didapat
di
Indonesia
sehingga
sangat
mungkin
dikembangkan. 3. Bahan bakar ethanol termasuk energi terbarukan yang ramah lingkungan sehingga perlu dikembangkan untuk mengurangi dampak efek rumah kaca. 4. Pemanfaatan bio-ethanol dari ketela pada motor OS MAX 15 LA-S pesawat model Wing Dragon untuk mengetahui kinerja engine dengan menggunakan bahan bakar ini.
C. Tinjauan Pustaka C.1. Proses Pembuatan Ethanol dari Ketela Sebagai bahan baku Bahan Bakar Nabati (BBN), singkong diolah menjadi bioethanol pengganti premium. Singkong merupakan salah satu sumber pati. Pati merupakan senyawa karbohidrat yang komplek. Sebelum difermentasi pati diubah menjadi glukosa, karbohidrat yang lebih sederhana. Dalam penguraian pati memerlukan bantuan cendawan Aspergillus sp.
Cendawan ini akan menghasilkan enzim alfaamilase dan glikoamilase yang akan berperan dalam mengurai pati menjadi glukosa atau gula sederhana. Setelah menjadi gula baru difermentasi menjadi ethanol. Proses konversi pati T
T
menjadi bioethanol adalah sebagai berikut: 1. Konversi Karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air Dilakukan dengan penambahan air dan enzyme sehingga diperoleh glukosa dan air. Reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
(C 6 H10 O 5 )n nC H O ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯→ 6 12 6 α − enzym amilase dan glukoamila se (pati ) (glukosa ) 2. Konversi Glukosa menjadi Bioethanol Proses konversi glukosa menjadi ethanol dilakukan dengan penambahan T
T
ragi (yeast) biasanya digunakan Saccaromyces Cereviceae. Reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
(C 6 H12 O 6 )n 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 ⎯⎯⎯→ (glukosa ) yeast (e tan ol + karbondioksida ) Langkah – langkah dalam pembuatan bioethanol berbahan dasar singkong adalah sebagai berikut: 1. Mengupas singkong segar, semua jenis dapat dimanfaatkan, kemudian membersihkan dan mencacah berukuran kecil.
Gambar 4: Singkong Segar Dikupas 2. Mengeringkan singkong yang telah dicacah hingga kadar air maksimal 16% sama dengan singkong yang dibuat gaplek. Tujuan pengeringan ini untuk pengawetan sehingga produsen dapat menyimpan sebagai cadangan bahan baku.
Gambar 5: Singkong Dijemur 3. Memasukkan 25 kg gaplek ke dalam tangki berkapasitas 120 liter, kemudian menambahkan air hingga mencapai volume 100 liter dan memanaskan gaplek hingga suhu 100° C sambil diaduk selama 30 menit sampai mengental menjadi bubur.
Gambar 6: Bubur Ketela 4. Memasukkan bubur gaplek ke dalam tangki skarifikasi. Skarifikasi merupakan proses penguraian pati menjadi glukosa. Setelah dingin memasukkan cendawan Aspergilus sp yang akan menguraikan pati menjadi glukosa. Untuk menguraikan 100 liter bubur pati singkong memerlukan 10 liter larutan cendawan Aspergillus atau 10% dari total bubur. Konsentrasi cendawan mencapai 100 juta sel/ml. Sebelum digunakan cendawan dibenamkan ke dalam bubur gaplek yang telah dimasak agar adaptif dengan sifat kimia bubur gaplek. Cendawan berkembang biak dan bekerja mengurai pati.
Gambar 7: Skarifikasi
5. Setelah dua jam bubur gaplek akan berubah menjadi 2 lapisan yaitu air dan endapan gula. Mengaduk kembali pati yang sudah berubah menjadi gula kemudian memasukkannya ke dalam tangki fermentasi. Sebelum difermentasi kadar gula maksimum larutan pati adalah 17 – 18% karena itu merupakan kadar gula yang cocok untuk hidup bakteri Saccaromyces dan bekerja untuk mengurai gula menjadi alkohol. Penambahan air dilakukan bila kadar gula terlalu tinggi dan sebaliknya jika kadar gula terlalu rendah perlu penambahan gula.
Gambar 8: Fermentasi 6. Menutup rapat tangki fermentasi untuk mencegah kontaminasi dan menjaga
Saccharomyces
agar
bekerja
lebih
optimal.
Fermentasi
berlangsung anaerob atau tidak membutuhkan oksigen pada suhu 28°32°C.
Gambar 9: Fermentasi secara anaerob 7. Setelah 2 – 3 hari larutan pati berubah menjadi 3 lapisan yaitu lapisan terbawah berupa endapan protein, lapisan tengah air dan lapisan teratas ethanol. Hasil fermentasi disebut bir yang mengandung 6 – 12 % ethanol.
Gambar 10: Bir 8. Menyedot larutan ethanol dengan selang plastik melalui kertas saring berukuran 1 mikron untuk menyaring endapan protein.
Gambar 11: Pemisahan Bir 9. Melakukan destilasi atau penyulingan untuk memisahkan ethanol dari air dengan cara memanaskan pada suhu 78° C atau setara titik didih ethanol sehingga ethanol akan menguap dan mengalirkannya melalui pipa yang terendam air sehingga terkondensasi dan kembali menjadi ethanol cair.
Gambar 12: Destilasi 10. Hasil penyulingan berupa 95% ethanol dan tidak dapat larut dalam bensin. Agar larut diperlukan ethanol dengan kadar 99% atau disebut ethanol kering sehingga memerlukan destilasi absorbent. Destilasi absorbent dilakukan dengan cara ethanol 95% dipanaskan dengan suhu 100° C sehingga ethanol dan air akan menguap. Uap tersebut dilewatkan pipa
yang dindingnya berlapis zeolit atau pati. Zeolit akan menyerap kadar air tersisa hingga diperoleh ethanol dengan kadar 99 %. Sepuluh liter ethanol 99% membutuhkan 120 – 130 liter bir yang dihasilkan dari 25 kg gaplek.
Gambar 13: Peningkatan kadar ethanol
C.2. Motor Piston Ada beberapa hal yang mempengaruhi unjuk kerja motor piston, antara lain besarnya perbandingan kompresi, tingkat homogenitas campuran bahan bakar dengan udara, angka oktan bensin sebagai bahan bakar, tekanan udara masuk ruang bakar. Semakin besar perbandingan udara mesin akan semakin efisien, akan tetapi semakin besar perbandingan kompresi akan menimbulkan knocking pada mesin tinggi. Angka oktan pada bahan bakar mesin Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya (self ignition) yang menimbulkan knocking tadi. Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik. Perlu diketahui bahwa torak adalah bagian mesin yang sangat kritis. Selain dikenai gas bertekanan dan bertemperatur tinggi, torak bergerak translasi dengan kecepatan tinggi pula. Torak meneruskan gaya gas pembakaran kepada poros engkol dan bersama-sama cincin torak ia menyekat ruang bakar supaya gas pembuangan tidak masuk ke dalam ruang engkol. Maka torak harus mampu menahan temperatur yang mencapai 25000C, selain itu torak harus ringan. Bagian-bagian utama dari piston engine ditunukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 14. Bagan Piston Engine Keterangan : (E) Exhaust camshaft
(I) Intake camshaft
(S) Spark plug
(V) Valves
(P) Piston
(R) Connecting rod
(C) Crankshaft
(W) Water jacket for coolant flow
Motor bakar 4 langkah menggunakan siklus Otto. Siklus 4 langkah sudah dipergunakan sejak tahun 1876, yaitu pada waktu Dr. N.A. Otto berhasil membuat motor bakar torak dengan siklus kerja 4 langkah yang pertama. Motor diesel juga dapat mempergunakan siklus 4 langkah, akan tetapi oleh karena sistem penyalaannya berbeda, motor diesel tidak termasuk golongan motor Otto. Motor piston empat langkah menjalani satu siklus tersusun atas empat tahapan/langkah. Langkah-langkah tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 15: Siklus Otto Ideal
Prinsip kerja 4 stroke piston engine adalah sebagai berikut: a. Langkah Isap (Induction Stroke) Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB), mengakibatkan terjadinya pengurangan tekanan dan pertambahan volume di dalam silinder. Intake valve membuka dan exhaust valve menutup. Campuran bahan bakar udara masuk ke dalam silinder. Langkah 1-2. b. Langkah Kompresi (Compression Stroke) Piston
bergerak
dari
TMB
ke
TMA,
mengakibatkan
terjadinya
pengurangan volume dan pertambahan tekanan di dalam silinder, kedua valve menutup. Pada akhir langkah terjadi ignation atau penyalaan oleh spark plug. Langkah 2-3-4. c. Langkah Kerja (Power Stroke) Piston bergerak dari TMA ke TMB, sebagai akibat adanya expantion hasil pembakaran, kedua valve menutup. Langkah ini menghasilkan power. Langkah 4-5-6.
d. Langkah Buang (Exhaust Stroke) Piston bergerak dari TMB ke TMA, mendorong gas sisa pembakaran keluar, intake valve manutup dan exhaust valve membuka. Langkah 6-1.
C.3.
Motor OS MAX 15 LA-S Pada penelitian ini engine yang digunakan adalah engine OS MAX 15
LA-S. Dimana spesifikasinya adalah sebagai berikut : a. Displacement
: 2,49 cc (0,1517 cu.in)
b. Bore
: 15,2 mm (0,598 in)
c. Stroke
: 13,7 mm (0,539 in)
d. Practical RPM
: 2500-18000 RPM
e. Power Output
: 0,41 BHP (17000 RPM)
f. Weight
: 135 g (4,87 oz)
Gambar 16. Engine OS Max 15LA-S
C.4.
Propeller APC 7x4 Propeller atau biasa dinamakan baling-baling adalah suatu perangkat
yang menghasilkan gaya dorong dengan cara menghasilkan akselerasi udara ke belakang. Untuk dapat menghasilkan gaya dorong ini, propeller dipasangkan pada piston engine atau turboprop.
Gambar 17. Jenis Propeller APC 7x4
C.5. Karakteristik Bahan Bakar Ethanol Salah satu bahan bakar yang dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar adalah ethanol. Ethanol yang sering juga disebut etil alkohol rumus kimianya adalah C2H5OH bersifat cair pada temperatur kamar. Ethanol dapat dibuat dari proses pemasakan, fermentasi, dan distilasi beberapa jenis tanaman seperti tebu, jagung, singkong atau tanaman lain yang kandungan karbohidatnya tinggi. Bahkan dalam beberapa penelitian ternyata ethanol juga dapat dibuat dari selulosa atau limbah hasil pertanian (biomassa). Sehingga
ethanol memiliki potensi cukup cerah sebagai pengganti bahan bakar. Bebarapa karakteristik bahan bakar yang mempengaruhi kerja motor piston adalah : • Bilangan Oktan Ethanol memiliki angka oktan yang lebih tinggi daripada bensin. Angka oktan pada bahan bakar mesin Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya. Jika campuran udara bahan bakar terbakar sebelum waktunya akan menimbulkan fenomena knocking yang berpotensi menurunkan daya mesin, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen mesin. • Nilai Kalor Nilai kalor suatu bahan bakar menunjukkan seberapa besar energi yang terkandung di dalamnya. Nilai kalor ethanol sekitar 67% nilai kalor bensin, hal ini karena adanya oksigen dalam struktur ethanol. Berarti untuk mendapatkan energi yang sama jumlah ethanol yang diperlukan akan lebih besar. Adanya oksigen dalam ethanol juga mengakibatkan campuran menjadi lebih ‘miskin/lean’ jika dibandingkan dengan bensin, sehingga campuran harus dibuat lebih kaya untuk mendapatkan unjuk kerja yang diinginkan. • Volatility Volatility suatu bahan bakar menunjukkan kemampuannya untuk menguap. Sifat ini penting, kerena jika bahan bakar tidak cepat menguap maka bahan bakar akan sulit tercampur dengan udara pada saat terjadi pembakaran. Zat yang sulit menguap tidak dapat digunakan sebagai bahan bakar motor piston meskipun memiliki nilai kalor yang besar. Namun demikian bahan bakar yang terlalu mudah menguap juga berbahaya karena mudah terbakar. • Panas Laten Penguapan Ethanol memiliki panas penguapan (heat of vaporization) yang tinggi. Ini berarti ketika menguap ethanol akan memerlukan panas yang lebih besar, dimana panas ini akan diserap dari silinder sehingga dikhawatirkan temperaturnya puncak akan rendah. Padahal agar pembakaran terjadi secara efisien maka temperatur mesin tidak boleh terlalu rendah. Pada kenyataannya karena pembakaran berlangsung sangat cepat, panas tersebut tidak akan sempat terserap, sehingga dengan bahan bakar ethanol penurunan temperatur hanya berkisar antara 20-40oF.
• Emisi Gas Buang Ethanol memiliki satu molekul OH dalam susunan molekulnya. Oksigen yang inheren di dalam molekul ethanol tersebut membantu penyempurnaan pembakaran antara campuran udara bahan bakar dalam silinder. Semakin sempurna pembakaran maka emisi UHCnya akan semakin rendah. Ditambah dengan rentang keterbakaran (flammability) yang lebar yakni 4,3-19 vol dibandingkan dengan gasoline yang memiliki rentang keterbakaran 1,4 – 7,6 vol, pembakaran campuran udara-ethanol menjadi lebih baik. Hal inilah yang dipercaya sebagai faktor penyebab relatif rendahnya emisi CO dibandingkan dengan pembakaran udara-gasolin. Karena temperatur puncak dalam silinder lebih rendah dibanding dengan pembakaran bensin, maka emisi NO, yang dalam kondisi atmosfer akan membentuk NO2 yang bersifat racun, juga akan turun. Selain itu pendeknya rantai karbon pada ethanol menyebabkan emisi UHC pada pembakaran ethanol relative lebih rendah dibandingkan dengan bensin yakni berselisih hingga 130 ppm (Yuksel dkk, 2004)
D. Tujuan Kegiatan Penelitian ini bertujuan antara lain: 1. Pembuatan bio-ethanol dari ketela. 2. Pengujian bio-ethanol pada engine OS MAX 15 LA-S pesawat Wing Dragon untuk mengetahui kinerja engine tersebut.
E. Kontribusi Penelitian Kontribusi penelitian ini antara lain: 1. Dapat membuat bio-ethanol dari ketela. 2. Bio-ethanol dari ketela dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif. 3. Mendapatkan komposisi yang paling optimal campuran bahan bakar bio-ethanol pada engine OS MAX 15 LA-S pesawat Wing Dragon.
F. Metode Penelitian Pengujian bio-ethanol pada engine OS MAX 15 LA-S pesawat Wing Dragon dengan cara sebagai berikut: 1. Engine dijalankan dengan bahan bakar asli, yaitu methanol.
2. Mengukur kecepatan putar engine dengan menggunakan RPMmeter. 3. Kemudian mengukur gaya dorong (thrust) dengan cara pesawat model dengan engine sedang running digantung pada timbangan buah dan langsung dapat ditimbang besarnya thrust dari nilai yang terbaca pada timbangan tersebut. 4. Langkah 2 dan 3 diulang-ulang dengan variasi campuran bahan bakar methanol-ethanol sampai dengan bahan bakar methanol murni. 5. Dari beberapa pengujian dilakukan analisis kinerja engine tersebut dengan menggunakan variasi campuran bahan bakar.
F.1. Pembuatan Ethanol 1) Alat dan Bahan, antara lain: Ketela, ragi tape, air, alat distilasi, kompor dan tangki, zeolit atau gamping, dan termometer 2) Cara Kerja Sebagai bahan baku Bahan Bakar Nabati (BBN) singkong diolah menjadi bioethanol pengganti bahan bakar dari fosil. Singkong merupakan salah satu sumber pati. Pati merupakan senyawa karbohidrat yang komplek. Sebelum difermentasi pati diubah menjadi glukosa atau karbohidrat yang lebih sederhana. Dalam penguraian pati memerlukan bantuan cendawan Aspergillus sp. Cendawan ini akan menghasilkan enzim alfaamilase dan glikoamilase yang akan berperan dalam mengurai pati menjadi glukosa atau gula sederhana. Setelah menjadi gula baru difermentasi menjadi ethanol. Proses konversi pati T
T
menjadi bioethanol adalah sebagai berikut: a. Konversi Karbohidrat menjadi gula (glukosa) larut air Dilakukan dengan penambahan air dan enzyme sehingga diperoleh glukosa dan air. Reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
(C 6 H 10 O5 )n nC 6 H 12 O6 ⎯enzym ⎯ ⎯α −⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → amilase dan glukoamila se ( pati ) (glukosa ) b. Konversi Glukosa menjadi Bioethanol
Proses konversi glukosa menjadi ethanol dilakukan dengan T
T
penambahan
ragi
(yeast)
biasanya
digunakan
Saccaromyces
Cereviceae. Reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
(C 6 H 12 O 6 )n ( glukosa )
2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 (e tan ol + karbondiok sida ) Secara teoritis langkah – langkah dalam pembuatan bioethanol ⎯⎯ ⎯→ yeast
berbahan dasar singkong adalah sebagai berikut: 1. Mengupas singkong segar, semua jenis dapat dimanfaatkan, kemudian membersihkan dan mencacah sampai berukuran kecil.
Gambar 18. Singkong Segar Dikupas 2. Mengeringkan singkong yang telah dicacah hingga kadar air maksimal 16% atau sama dengan singkong yang dibuat gaplek. Tujuan pengeringan ini untuk pengawetan sehingga produsen dapat menyimpan sebagai cadangan bahan baku.
Gambar 19. Singkong Dijemur 3. Memasukkan 25 kg gaplek ke dalam tangki berkapasitas 120 liter, kemudian menambahkan air hingga mencapai volume 100 liter dan memanaskan gaplek hingga suhu 100° C sambil diaduk selama 30 menit sampai mengental menjadi bubur.
Gambar 20. Bubur Ketela 4. Memasukkan bubur gaplek kemudian memasukkan ke dalam tangki skarifikasi. Skarifikasi merupakan proses penguraian pati menjadi glukosa. Setelah dingin memasukkan cendawan Aspergilus sp yang akan menguraikan pati menjadi glukosa. Untuk menguraikan 100 liter bubur pati singkong memerlukan 10 liter larutan cendawan Aspergillus atau 10% dari total bubur. Konsentrasi cendawan mencapai 100 juta sel/ml. Sebelum digunakan cendawan dibenamkan ke dalam bubur gaplek yang telah dimasak agar adaptif dengan sifat kimia bubur gaplek. Cendawan berkembang biak dan bekerja mengurai pati.
Gambar 21. Skarifikasi 5. Setelah dua jam bubur gaplek akan berubah menjadi 2 lapisan yaitu air dan endapan gula. Mengaduk kembali pati yang sudah berubah menjadi gula kemudian memasukkannya ke dalam tangki fermentasi. Sebelum difermentasi kadar gula maksimum larutan pati adalah 17 – 18% karena itu merupakan kadar gula yang cocok untuk hidup bakteri Saccaromyces dan bekerja untuk mengurai gula menjadi alcohol. Penambahan air dilakukan bila kadar gula terlalu tinggi dan sebaliknya jika kadar gula terlalu rendah perlu penambahan gula.
Gambar 22. Fermentasi 6. Menutup rapat tangki fermentasi untuk mencegah kontaminasi dan menjaga
Saccharomyces
agar
bekerja
lebih
optimal.
Fermentasi
berlangsung anaerob atau tidak membutuhkan oksigen pada suhu 28°32°C.
Gambar 23. Fermentasi secara anaerob 7. Setelah 2 – 3 hari larutan pati berubah menjadi 3 lapisan yaitu lapisan terbawah berupa endapan protein, lapisan tengah air dan lapisan teratas ethanol. Hasil fermentasi disebut bir yang mengandung 6 – 12 % ethanol.
Gambar 24. Bir 8. Menyedot larutan ethanol dengan selang plastik melalui kertas saring berukuran 1 mikron untuk menyaring endapan protein.
Gambar 25. Pemisahan Bir 9. Melakukan destilasi atau penyulingan untuk memisahkan ethanol dari air dengan cara memanaskan pada suhu 78° C atau setara titik didih ethanol sehingga ethanol akan menguap dan mengalirkannya melalui pipa yang terendam air sehingga terkondensasi dan kembali menjadi ethanol cair.
Gambar 26. Destilasi 10. Hasil penyulingan berupa 95% ethanol dan tidak dapat larut dalam bensin. Agar larut diperlukan ethanol dengan kadar 99% atau disebut ethanol kering sehingga memerlukan destilasi absorbent. Destilasi absorbent dilakukan dengan cara ethanol 95% dipanaskan dengan suhu 100°C sehingga ethanol dan air akan menguap. Uap tersebut dilewatkan pipa yang dindingnya berlapis zeolit atau pati. Zeolit akan menyerap kadar air tersisa hingga diperoleh ethanol dengan kadar 99%. Sepuluh liter ethanol 99% membutuhkan 120 – 130 liter bir yang dihasilkan dari 25 kg gaplek.
Gambar 27. Peningkatan kadar ethanol
F.2. Percobaan Pada Engine 1) Alat dan Bahan Adapun bahan yang digunakan untuk penelitian adalah sebagai berikut: a. Bahan Bakar Nitromethan 35% Coolpower (Methanol Pure) Bahan bakar ini merupakan bahan bakar asli pesawat model Wing Dragon dengan engine OS Max 15LA-S.
Gambar 28. Nitromethan 35% Coolpower (Methanol Pure)
b. Engine OS Max 15LA-S Engine OS Max 15LA-S adalah alt penghasil daya pada pesawat model Wing Dragon.
Gambar 29. Engine OS Max 15LA-S
c. Propeller APC 7x4 Untuk menghasilkan gaya dorong (thrust) dipergunakan Propeller APC 7x4.
Gambar 30. Propeller APC 7x4
d. Timbangan Digital Untuk mengukur nilai thrust pada pesawat model Wing Dragon dipergunakan timbangan digital yang biasa dipergunakan oleh pedagang buah.
Gambar 31. Timbangan Digital
e. RPM Meter Untuk mengukur kecepatan putar engine pada pesawat model Wing Dragon dipergunakan RPM meter.
Gambar 32. RPM meter
f. Glow Plug Glow Plug berfungsi untuk membantu starting engine pada pesawat model Wing Dragon.
Gambar 33. Glow Plug
g. Remote Contol (RC) Remote Contol berfungsi untuk mengatur jumlah konsumsi bahan bakar ke dalam engine pada pesawat model Wing Dragon.
Gambar 34. Remote contol (RC)
h. Fuel Tank Fuel tank berfungsi untuk menampung bahan bakar pada pesawat model Wing Dragon.
Gambar 35. Fuel tank
i. Tali (kawat) dan Batang Baja Tali dan batang baja adalah asesoris tambahan untuk membantu proses pengukuran thrust.
Gambar 36. Tali (kawat) dan Batang Baja
j. Gelas Ukur Gelas Ukur dipergunakan untuk mengukur volume bahan bakar pesawat model Wing Dragon.
Gambar 37. Gelas Ukur
2) Cara Kerja Langkah-langkah yang dilakukan saat pengujian bahan bakar ethanol pada engine OS MAX 15LA-S adalah sebagai berikut : a. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan seperti engine, propeller, fuel tank, badan pesawat, serta alat-alat bantu lainnya seperti: gunting, isolasi, selang berukuran kecil, dan lain-lain. b. Membuat rangkaian alat uji coba menjadi seperti gambar di bawah, dengan sayap pesawat dilepas dari bodi utama guna menghindari terjadinya gaya angkat akibat putaran propeller.
Gambar 38. Rangkaian Alat Uji Engine
c. Mempersiapkan peralatan pengukur RPM dan thrust, dimana alat ukur thrust menggunakan timbangan gantung atau yang sering digunakan oleh pedagang buah untuk mengukur berat buah. Alat pengukur thrust disusun seperti gambar di bawah ini. Sebelum mengukur thrust timbangan buah diikat pada sebuah penyangga kayu atau besi yang kuat untuk menahan beban. Untuk mengukur RPM alat pengukur RPM didekatkan pada propeller pada saat engine menyala.
Gambar 39. Rangkaian Alat Ukur Thrust d. Mempersiapkan bahan bakar yaitu bahan bakar ethanol dan methanol. Methanol yang dipakai adalah Nitromethan 35% Coolpower. Bahan bakar dicampur mulai dari methanol
murni (bahan bakar aslinya tanpa campuran ethanol) sampai dengan
campuran
yang
diinginkan.
Sebagai
contoh
campuran adalah E10 yaitu campuran 10% ethanol. e. Engine pesawat dinyalakan dengan bahan bakar yang sudah disiapkan. Kemudian secara perlahan tuas radio-kontrol ditekan naik pada kondisi: posisi throttle idel; posisi throttle 25%; posisi throttle 50%; posisi throttle 75%; dan posisi throttle penuh. Setelah itu dilakukan pengukuran RPM dan thrust dengan menggunakan alat ukur. f. Untuk mengetahui nilai thrust timbanglah engine dalam keadaan menyala (running) pada saat campuran bahan bakar yang diinginkan, kemudian lihatlah alat ukur dan tulis nilai yang tertera pada alat ukur tersebut. Dimana nilai thrust yang dihasilkan harus dikurangi berat pesawat sebelum engine dinyalakan. Saat engine digantungkan posisinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 40. Pengujian Thrust Pesawat Model Wing Dragon
g. Mengetahui nilai RPM (Revolution Per Minute) yaitu dengan alat ukur tachometer yang didekatkan pada propeller pada saat engine manyala. Untuk posisi pengambilan data dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 41. Pengujian RPM h. Lakukan percobaan berkali-kali dari no a-g untuk setiap campuran bahan bakar yang diinginkan.
G. Pengolahan dan Analisis Data Pada penelitian ini diperoleh data-data sebagai berikut: Tabel 1: Data Hasil Pengujian Bukaan
Murni
E5
E10
Throttle
Thrust [N]
RPM
Thrust [N]
RPM
Thrust [N]
RPM
Idle
1,28
5820
1,77
8740
0,98
5670
25%
3,43
13200
3,04
11850
2,65
12090
50%
5,5
14430
3,83
13580
5,3
14920
75%
8,14
16070
4,71
15330
6,77
15140
100%
8,44
16620
9,52
17490
8,04
16920
Lanjutan tabel 1 Bukaan
E15
E20
Throttle
Thrust [N]
RPM
Thrust [N]
RPM
Idle
1,67
8490
1,18
4980
25%
6,28
12450
3,53
13410
50%
7,75
15810
5,7
14130
75%
9,22
17040
7,75
16710
100%
9,42
17310
9,61
17560
Kemudian dibuat grafik thrust v.s bukaan throttle sebagai berikut: Grafik Thrust v.s. Bukaan Throttle 10,6
Thrust [N]
9,6
Murni
8,6
E5
7,6
E10
6,6
E15 E20
5,6
Poly. (Murni)
4,6
Poly. (E5)
3,6
Poly. (E10)
2,6
Poly. (E15) Poly. (E20)
1,6 0,6 0
20
40
60
80
100
Bukaan Throttle [%]
Gambar 42: Grafik Thrust versus Bukaan Throttle Grafik RPM v.s bukaan throttle adalah sebagai berikut:
Grafik RPM v.s. Bukaan Throttle 18000 16000
Murni E5
RPM
14000
E10 E15
12000
E20 Poly. (Murni)
10000
Poly. (E5) Poly. (E10)
8000
Poly. (E15) 6000
Poly. (E20)
4000 0
20
40
60
80
100
Bukaan Throttle [%]
Gambar 43: Grafik RPM versus Bukaan Throttle
H. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian ini antara lain: 1. Dari grafik yang ditunjukkan pada gambar 42 dan 43 dapat ditarik kesimpulan bahwa komposisi E15 adalah yang terbaik karena untuk variasi bukaan throttle berapapun menghasilkan output yang lebih baik daripada komposisi murni maupun komposisi yang lain. Adapun model matematika engine OS Max 15LA-S dengan bahan bakar E15 adalah sebagai berikut: y1 = −0,001x 2 + 0,1747 x + 1,9172 y 2 = −1,0869 x 2 + 197,61x + 8415,4
Dimana, y1 adalah thrust, y2 adalah RPM, x adalah bukaan throttle. B
B
B
B
2. Diperlukan alat kontrol temperatur pada destilator sehingga temperatur tabung destilasi lebih konstan sehingga diharapkan akan diperoleh hasil yang diperoleh lebih baik. 3. Perlu mengukur temperatur engine di dalam ruang bakar sehingga dapat dihitung efisiensi thermal engine OS Max 15LA-S dengan memanfaatkan
biethanol. Dengan pengukuran ini maka kinerja engine dapat diamati dan dipelajari dengan lebih baik.
I. Jadual Pelaksanaan No.
Jenis Kegiatan
Bulan ke1
2
V
V
3
4
5
V
V
V
6
1.
Membuat Ethanol
2.
Pengujian pada engine OS MAX 15 LA-S
3.
Analisis dan Kesimpulan
V
4.
Pembuatan Laporan
V
J. Personalia Peneliti 1. Nama Lengkap dan Gelar : Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT 2. NIDN
: 0418037201
3. Golongan / Pangkat
:-
4. Jabatan Fungsional
: Asisten Ahli
5. Jabatan Struktural
:-
6. Program Studi
: Teknik Penerbangan
7. Perguruan Tinggi
: Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto
8. Bidang Keahlian
: Aeronautika (Teknik Penerbangan)
9. Waktu untuk Kegiatan ini : 6 bulan
K. Biaya Penelitian Biaya penelitian ini adalah sebesar Rp.1.500.000,- (satu juta lima ratus ribu rupiah) dengan perincian sebagai berikut: No
Kebutuhan
1. Pembuatan Ethanol
Biaya Rp.
500.000,-
2. Pengujian pada Engine OS MAX Rp.
900.000,-
15LA-S 3. Pembuatan Laporan
Rp.
100.000,-
Total Biaya Kegiatan
Rp.
1.500.000,-
L. Daftar Pustaka 1. Arismunandar, Wiranto, 2000, Penggerak Mula: Motor Bakar Torak,
Penerbit ITB, Edisi kelima, cetakan kesatu, Bandung. 2. Arends, BPM., dan Barendschot. H, 2000, Motor Bensin, Penerbit
Erlangga, Jakarta 3. BPPT, Kajian Lengkap Prospek Pemanfaatan Biodiesel dan Bioethanol
pada Sektor Transportasi di Indonesia, 2005 4. Cengel, Yunus A., dan Boles, Michael A, 1994, Thermodynamic: An
Engineering Approach. Mc. Graw-Hill Inc., United State of America 5. Daggett, Dave, Alternate Fuelled Aircraft, Boeing Product Development
Commercial Airplanes, Seattle, 2006 6. Indartono, Yuli: Bio-ethanol Alternatif Energi Terbarukan: Kajian
Prestasi
Mesin
dan
http:/www.energi.lipi.go.id
Implementasi
di
Lapangan,
RIWAYAT HIDUP KETUA PENELITI
1. Nama Lengkap dan Gelar : Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT 2. NIDN
: 0418037201
3. Jenis Kelamin
: Laki-laki
4. Golongan / Pangkat
:-
5. Pendidikan
: Sarjana Strata 2
6. Bidang Keahlian
: Aeronautika (Teknik Penerbangan)
7. Jabatan Fungsional
: Asisten Ahli
8. Jabatan Struktural
:-
9. Fakultas/Jurusan
: Teknik Penerbangan
10. Instansi
: Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto (STTA)
11. Alamat
:
a. Alamat Kantor/Telp/Fax : Jl. Janti Blok R Lanud Adisutjipto, Yogyakarta Telp. (0274) 451262 Fax : (0274) 451265 b. Alamat Rumah/Telp/Fax : Jl. Parangtritis, Salakan, no.140 RT 04 Salakan, Bangunharjo, Sewon, Bantul Telp. 08170230343
Pengalaman Meneliti : 1. Perancangan Sistem Kendali Analog Proporsional pada Model Temperatur Ruangan, tahun 2006, didanai Kopertis DIY 2. Perancangan Sistem Kendali Adaptif Model Following pada in-Flight Simulator N250 PA1 dengan menerapkan Teori Linier Kuadratik, Seminar Nasional Teknoin Universitas Islam Indonesia, tahun 2006 (sertifikat) 3. Pengembangan Aerowisata di Yogyakarta menggunakan Pesawat Ringan, Seminar Nasional Universitas Teknologi Yogyakarta, tahun 2006 (sertifikat). 4. Solusi Numerik Persamaan Blasius dengan Matlab Simulink, Seminar Nasional di Universitas Tarumanagara, tahun 2007 (sertifikat)
5. Solusi Numerik Persamaan Blasius dengan menerapkan Metode Runge-Kutta order keempat, Seminar Nasional di Universitar Sanata Dharma, 2007 (sertifikat) 6. Pemodelan Sistem Hidrolik Penggerak Flap Pada pesawat KT1-B, Seminar Nasional Teknoin Universitas Islam Indonesia, tahun 2007 (sertifikat)
Lain-lain : Pernah bekerja di PT. Dirgantara Indonesia pada tahun 1998 sampai dengan 2003 pada bidang Flight Simulation pada bagian Simulator Design & Integration. Buku yang pernah ditulis adalah “Dasar-Dasar Mesin Turboprop”.