Upload
sarinesia
View
1.572
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Dibiayai melalui DIPA Kopertis Wilayah V no. 0169.0/023-04.2/XIV/2009 Tahun Anggaran 2009
Citation preview
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 : PEMANFAATAN ETHANOL DARI
KETELA UNTUK BAHAN BAKAR MOTOR OS MAX 15 LA-S PADA PESAWAT MODEL WING DRAGON
2. Jenis Penelitian : Teknologi 3. Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap dan Gelar : Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT b. Jenis Kelamin : Laki-laki c. NIDN : 0418037201 d. Pangkat / golongan : - e. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli f. Perguruan Tinggi : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto g. Program Studi : Teknik Penerbangan h. Status Dosen : Dosen Tetap Yayasan
4. Pembimbing a. Nama Lengkap dan Gelar : b. Jabatan Fungsional : c. Unit Kerja / PT : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto 5. Jumlah Tim Peneliti : 1 orang 6. Lokasi Penelitian : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto 7. Jumlah biaya a. dari Kopertis Wilayah V : Rp 1.500.000,- (satu juta lima ratus ribu rupiah) b. dari PT, lainnya : -
Yogyakarta, 1 Agustus 2009 Dosen Pembimbing Peneliti Gunawan, ST, MT Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT NIPY 090265 NIDN 0418037201
Mengetahui / Menyetujui:
a.n. Koordinator Ketua STTA Sekretaris Pelaksana Bambang Haryadi, SH Ir. Suyitmadi, MT NIP 131597936 NIPY 050543
SURAT KETERANGAN KARYA ILMIAH Yang bertanda tangan di bawah ini: 1. Nama & Gelar : Gunawan, ST, MT NIDN : 0520117002 Pangkat/Golongan : - Jabatan Fungsional : Lektor (200 AK) Bidang Ilmu : Teknik Penerbangan Unit Kerja / PT : Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto 2. Nama & Gelar : Yasrin Zabidi, ST, MT NIDN : 0526017601 Pangkat/Golongan : - Jabatan Fungsional : Lektor (200 AK) Bidang Ilmu : Teknik Industri Unit Kerja / PT : 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 : Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT NIDN : 0418037201 Pangkat/Golongan : - Jabatan Fungsional : Asisten Ahli (150 AK) Bidang Ilmu : Teknik Penerbangan Unit Kerja / PT : 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 Yasrin Zabidi, ST, MT NIDN 0520117002 NIDN 0526017601
SURAT KETERANGAN DARI PERPUSTAKAAN Yang bertanda tangan di bawah ini: Nama & Gelar : Dra. Susi Herawati NIPY : 021018 Pangkat/Golongan : - Jabatan Fungsional : Kepala UPT Perpustakaan Perguruan Tinggi : 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 : Mohammad Ardi Cahyono, ST, MT NIDN : 0418037201 Pangkat/Golongan : - Jabatan Fungsional : Asisten Ahli (150 AK) Bidang Ilmu : Teknik Penerbangan Unit Kerja / PT : 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] 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:
4,841561,1970869,1
9172,11747,0001,02
2
21
++−=
++−=
xxy
xxy
Dimana, yB1 B adalah thrust, yB2 B adalah RPM, x adalah bukaan throttle. 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 sumber-
sumber 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. TProses T konversi pati
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:
( )( ) ( )glukosa
OHnCpati
OHC 6126seglukoamiladanamilaseenzym
n5106 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯−α
2. Konversi Glukosa menjadi Bioethanol
TProses T konversi glukosa menjadi ethanol dilakukan dengan penambahan
ragi (yeast) biasanya digunakan Saccaromyces Cereviceae. Reaksi kimia
yang terjadi adalah sebagai berikut:
( )( ) ( )sidakarbondiokoltane
CO2OHHC2glukosa
OHC 252yeast
n6126+
+⎯⎯ →⎯
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. TProses T konversi pati
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:
b. Konversi Glukosa menjadi Bioethanol
( )( ) ( )glukosa
OHnCpati
OHCseglukoamiladanamilaseenzym
n 61265106 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ −α
TProses T konversi glukosa menjadi ethanol dilakukan dengan
penambahan ragi (yeast) biasanya digunakan Saccaromyces
Cereviceae. Reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
Secara teoritis langkah – langkah dalam pembuatan bioethanol
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.
( )( ) ( )sidakarbondiokole
COOHHCglukosa
OHCyeast
n
++
⎯⎯ →⎯tan
22 2526126
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 pad gon.
a pesawat model Wing Dra
Gambar 34. Remote contol (RC)
. Fuel Tank
nk berfungsi untuk menampung bahan bakar pada pesawat
model
h
Fuel ta
Wing Dragon.
Gambar 35. Fuel tank
Tali (kawat) dan Batang Baja
dalah asesoris tambahan untuk membantu
proses
i.
Tali dan batang baja a
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
Murni E5 E10 Bukaan 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
E15 E20 Bukaan 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
0,6
1,6
2,6
3,6
4,6
5,6
6,6
7,6
8,6
9,6
10,6
0 20 40 60 80 100
Bukaan Throttle [%]
Thru
st [N
]
MurniE5E10E15E20Poly. (Murni)Poly. (E5)Poly. (E10)Poly. (E15)Poly. (E20)
Gambar 42: Grafik Thrust versus Bukaan Throttle
Grafik RPM v.s bukaan throttle adalah sebagai berikut:
Grafik RPM v.s. Bukaan Throttle
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
0 20 40 60 80 100
Bukaan Throttle [%]
RPM
MurniE5E10E15E20Poly. (Murni)Poly. (E5)Poly. (E10)Poly. (E15)Poly. (E20)
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:
4,841561,1970869,1
9172,11747,0001,02
2
21
++−=
++−=
xxy
xxy
Dimana, yB1 B adalah thrust, yB2 B adalah RPM, x adalah bukaan throttle.
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
Bulan ke- No. Jenis Kegiatan
1 2 3 4 5 6
1. Membuat Ethanol V V
2. Pengujian pada engine OS MAX 15 LA-S V V V
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 Biaya
1. Pembuatan Ethanol Rp. 500.000,-
2. Pengujian pada Engine OS MAX
15LA-S
Rp. 900.000,-
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 Implementasi di Lapangan,
http:/www.energi.lipi.go.id
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”.