Pemanfaatan Ethanol Dari Ketela

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”.