PERANCANGAN ROKET PADAT BERPROPELAN KNO 3 C 6 H 12 O 6

Transkripsi

1 PERANCANGAN ROKET PADAT BERPROPELAN KNO 3 C 6 H 12 O 6 Skripsi untuk memenuhi sebagian prasyaratan mencapai derajat Sarjana Strata 1 Disusun oleh : HADI NURWANTO JURUSAN TEKNIK PENERBANGAN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI ADISUTJIPTO YOGYAKARTA 2010 i

2 LEMBAR PERSETUJUAN Skripsi ini Telah Memenuhi Persyaratan dan Siap Untuk Diujikan Disetujui pada tanggal : 23 Juli 2010 Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping ( Moh Ardi Cahyono, S.T., M.T. ) ( Ir, Heru Yudanarsa ) ii

3 LEMBAR PENGESAHAAN PERANCANGAN ROKET PADAT BERPROPELAN KNO 3 C 6 H 12 O 6 yang dipersiapkan dan disusun oleh : HADI NURWANTO telah dipertahankan didepan Dewan Penguji pada tanggal 18 Agustus 2010 dan telah lulus memenuhi syarat Susunan Tim Penguji Penguji I : Moh Ardi Cahyono, S.T., M.T. Tanda tangan :.. Penguji II : Ir, Heru Yudanarsa Tanda tangan :.. Penguji III : Karseno KS, INZ, S.E., M.M. Tanda tangan :.. Penguji IV : Ir. Djarot Wahju Santosa, M.T. Tanda tangan :.. Yogyakarta, 24 Agustus 2010 Mengesahkan Ketua Jurusan Teknik Penerbangan Ir. Djarot Wahju Santosa, M.T. iii

4 PERNYATAAN Yang bertanda tangan dibawah ini saya : Nama : HADI NURWANTO Nomor Mahasiswa : Jurusan : Teknik Penerbangan Judul Skripsi : Perancangan Roket Padat Berpropelan Gula Menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil pekerjaan saya sendiri dan sepanjang pengetahuan saya tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau telah dipergunakan dan diterima sebagai persyaratan penyelesaian studi pada Universitas atau instansi lain, kecuali pada bagian-bagian tertentu yang telah dinyatakan dalam teks. Yogyakarta, 23 Juli 2010 Yang Menyatakan Hadi Nurwanto NIM : iv

5 HALAMAN MOTTO dan PERSEMBAHAN v Ketika semua orang, bersuara dan berteriak tidak ada seorangpun, dapat disebut sebagai pemberani, namun saat semua diam dan ada yang berbisik dialah pemberani sejati. v Jadilah kancil, jangan buaya sebab kancil sadar akan bahaya. v Jadilah bunglon, jangan sapi sebab bunglon pandai baca situasi. v Yakinlah esok lusa atau nanti kan kau raih angan anganmu dengan segenap cita dan rasa. Dengan segenap kerendahan hati Kupersembahkan Karya ini teruntuk: Ayah Bundaku tercinta, Muh. Nur Cholis adikku tersayang, Bunda kecilku yang selalu mensuportku v

6 PERANCANGAN ROKET PADAT BERPROPELAN KNO 3 C 6 H 12 O 6 HADI NURWANTO ABSTRAK Sebagai negara maritim dengan daerah yang luas, Indonesia harus mengembangkan alutsista produk dalam negeri dan mengandalkan teknologi kedirgantaraan salah satunya roket yang dapat dikendalikan dari jarak jauh. Perancangan bertujuan mampu merancang dan membuat roket padat berbahan bakar KNO 3 - C 6 H 12 O 6. Propelan padat berbahan bakar C 6 H 12 O 6 ( Gula Pasir ) dan oksidator KNO 3 ( Kalium nitrat ) mampu mengahasilkan thrust sebesar 260 Kgf dan Isp sebesar 148 N.s. Meskipun berbahan bakar C 6 H 12 O 6 ( Gula Pasir ) propelan ini layak untuk dikembangkan dan dijadikan sebagai energi alternatif. Propelan padat C 6 H 12 O 6 KNO 3 memiliki karakteristik progresif. Pada pembakaran propelan ada dua istilah yakni : (a). Detonasi / ledakan yaitu reaksi kimia yang sangat cepat, (b). Deflagrasi adalah pelepasan energi yang cepat karena pembakaran atau ledakan, deflagrasi dapat berlangsung cukup cepat sehingga terdengar sebagai ledakan. Dengan berat 250 gram Propelan padat C 6 H 12 O 6 KNO 3 dapat menghasilkan thrust sebesar 260 kgf, maka propelan ini sudah memenuhi standar pada tabel karakteristik motor roket, dan membuktikan bahwa teknologi kedirgantaraan Negara Indonesia dapat disejajarkan dengan negara berkembang lainnya. Kata kunci : Roket, C 6 H 12 O 6, Propelan. vi

7 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T atas limpahan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi tanpa mengalami hambatan yang berarti, sholawat serta salam semoga senantiasa tercurah kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW. Skripsi dengan judul, Perancangan Roket Padat Berpropelan KNO 3 C 6 H 12 O 6, dikerjakan pada tanggal 11 Maret 2010 dan selesai pada tanggal 13 Juli 2010, skripsi ini tidak lepas dari bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Dalam kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua Orang tua tercinta atas do a dan dukungan moral maupun material. 2. Bapak Ir. Sutjianto,S.,M.T. selaku Ketua Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Yogyakarta. 3. Bapak Ir. Djarot Wahju Santosa, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Penerbangan STTA Yogyakarta. 4. Bapak Moh Ardi Cahyono, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Utama atas segala saran, bimbingan dan nasehat serta petunjuk-petunjuk yang sangat berguna dalam penyelesaian skripsi ini. 5. Bapak Ir. Heru Yudanarsa, selaku Dosen Pembimbing Pendamping atas segala saran, bimbingan dan nasehat serta petunjuk-petunjuk yang sangat berguna dalam penyelesaian skripsi ini. 6. Bapak Karseno KS, INZ, S.E., M.M. selaku Penguji I. 7. Bapak Ir. Djarot Wahju Santosa, M.T. selaku Penguji II. 8. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Teknik Penerbangan yang telah memberikan ilmu, petunjuk, dan tambahan wawasan hingga tersusunnya skripsi ini. 9. Muhammad Nur Cholis adikku tersayang dan Keluarga besar di Jombang, Surabaya, dan Kediri terima kasih atas dukungan dan motivasinya. vii

8 10. Tri Rahayu Ningtias terima kasih atas dukungan, motivasi dan waktu yang kamu luangkan untuk skripsi ini. 11. Sahabat terbaikku Sukriono terima kasih atas semuanya. 12. Teman teman seperjuangan atas ide dan motivasinya, Teknik Penerbangan B 05 hani, fuji, wibi, yunus, wirawan dan semua angkatan Wabil khusus Blacklist Crew Anggie, Arif, Lilik, Fuad, Iswanto, serta Green Force mania. 13. Teman teman kos, pelem lor, kotagede, dan janti 35 c 14. Kota Djogja, Sleman dan Bantul tercinta. Pada kesempatan ini penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini, kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan untuk penyempurnaan skripsi ini, Semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan khususnya bagi teknik penerbangan, serta perkembangan teknologi kedirgantaraan. Yogyakarta, Juli 2010 Penulis Hadi Nurwanto viii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL.. LEMBAR PERSETUJUAN... PERNYATAAN. HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO ABTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI.. DAFTAR GAMBAR DAN TABEL.. DAFTAR LAMBANG... i ii iii iv v vi viii xi xiii BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Tujuan Rumusan masalah Batasan masalah Manfaat penelitian Sistematika Penulisan.. 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Klasifikasi roket Komponen Utama Motor Roket Padat Ruang bakar Propelan Nosel Penyala Propelan padat Konfigurasi batang propelan Landasan teori Gaya dorong ix

10 2.4.2 Impuls total dan Impuls spesifik Aliran melalui nosel Material Ruang bakar Nosel Diagram alir. 31 BAB III. METODOLOGI 3.1 Analisis performa Penyetaraan pembakaran peropelan Perhitungan desain Perhitungan konstruksi motor roket Ukuran tabung ruang bakar Ukuran nosel Ukuran bulkhead Perancangan konstruksi motor roket Tabung ruang bakar Nosel Bulkhead Analisis tabung ruang bakar Analisis baut BAB IV. PEMBAHASAN 4.1 Proses pembuatan Nosel Tabung ruang bakar Inhibitor Pembuatan propelan Pencampuran KNO 3 - C 6 H 12 O 6 - S C Hasil Pencampuran KNO 3 - C 6 H 12 O 6 - S - C Pembahasan x

11 4.2.1 Uji gaya dorong statis Persiapan uji coba Hasil. 57 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN.. 62 xi

12 DAFTAR GAMBAR DAN TABEL Gambar 1.1 Diagram motor roket Gambar 2.1 Motor roket fisi nuklir.. 5 Gambar 2.2 Skema motor roket ion. 6 Gambar 2.3 Skema motor roket elektrotermal Gambar 2.4 Skema motor roket padat Gambar 2.5 Skema motor roket cair Gambar 2.6 Skema motor roket hibrida Tabel 2.1 Perbandingan karakteristik beberapa jenis motor roket. 8 Gambar 2.7 Motor roket propelan padat 9 Gambar 2.8 Skema nosel Gambar 2.9 Penyala jenis piroteknik Gambar 2.10 Karakteristik gaya dorong. 12 Gambar 2.11 Skema konfigurasi propelan batang propelan 13 Tabel 2.2 Karakteristik beberapa konfigurasi batang propelan.. 14 Gambar 2.12 Grafik efisiensi propulsi versus perbandingan kecepatan.. 16 Gambar 2.13 Diagram neraca energi motor roket kimia.. 16 Gambar 2.14 Beberapa konfigurasi nosel Tabel. 2.2 Beberapa material untuk ruang bakar motor roket padat Tabel 2.4 Material nosel motor roket padat dan fungsinya.. 30 Tabel 2.5 Perbandingan sifat pirolitik dan grafit cetak Gamabr 2.15 Diagram alir perancangan roket padat Tabel 3.1 Massa atom relatif 33 Gambar 3.1 Tabung ruang bakar Gambar 3.2 Cross Section Tabung ruang bakar Gambar 3.3 Nosel Gambar 3.4 Cross Section Nosel 39 Gambar 3.5 Bulkhead Gambar 4.1 contoh pembubutan nosel pada sisi divergen 46 Gambar 4.2 contoh pembuatan ulir menggunakan Tap 46 xii

13 Gambar 4.3 Tabung ruang bakar Gambar 4.4 Inhibitor Gambar 4.5 Kalium Nitrat Gambar 4.6 Gula Gambar 4.7 Karbon Gambar 4.8 Belerang Gambar 4.9 Campuran Oksidator dan Bahan bakar 50 Gambar 4.10 Propelan padat Kalium nitrat dan Gula Gambar 4.11 Propelan padat KNO 3 -C 6 H 12 O 6 dua segmen. 51 Gambar 4.12 persiapan sebelum uji coba 52 Gambar 4.13 Penyala.. 52 Gambar 4.14 Pemasangan Penyala pada motor roket 53 Gambar 4.15 Uji coba propelan padat KNO 3 C 6 H 12 O 6 53 Gambar 4.16 Hasil Uji coba propelan padat KNO 3 C 6 H 12 O Tabel 4.1 Hasil Uji coba propelan padat KNO 3 C 6 H 12 O 6 54 Gambar 4.17 Grafik Hasil Uji coba propelan padat KNO 3 C 6 H 12 O Gambar 4.18 Karakteristik gaya dorong sesuai dengan konfigurasi propelan xiii

14 LAMBANG Bagian I Lambang dalam huruf Romawi A b = luas permukaan pembakaran ( cm 2 ) A kr = luas kerongkongan nosel ( cm 2 ) b = tebal web ( cm ) C = karbon C c = kecepatan gas dalam ruang bakar ( meter/detik ) C j = kecepatan jet gas keluar nosel ( meter/detik ) C* = kecepatan karakteristik ( meter/detik ) D = diameter ( cm ) D o = diameter ruang bakar ( cm ) D j = diameter penampang keluar nosel ( cm ) D kr = diameter kerongkongan nosel (cm ) E = modulus elastisitas ( Gpa ) F = gaya dorong ( Kgf ) g 0 = percepatan gravitasi ( meter/detik 2 ) G = berat fluida ( Kg ) = laju aliran berat fluida ( Kg/detik ) H = hidrogen I SP = impuls spesifik ( N.s 3 /Kg.m) I to = impuls total ( N.s ) k = perbandingan panas spesifik K = kalium nitrat K F = koefisien gaya dorong K FOPT = koefisien gaya dorong optimal L = panjang ( cm ) M = berat molekul gas yang bereaksi ( propelan ) ( Kg ) m = massa ( Kg ) = laju aliran massa ( Kg/detik ) m P = massa propelan ( Kg ) xiv

15 m f = massa perangkat keras motor roket ( Kg ) m ignt = massa zat penyala ( gram ) N = nitrogen O = oksigen P c = tekanan ruang bakar ( Pa ) P j = tekanan gas keluar nosel ( Pa ) p = tekanan ruang bakar ( Pa ) R = jari-jari ( cm ) = konstanta gas universal = ( Joule/kmol K ) r = kecepatan pembakaran ( cm 2 /detik ) R m S = perbandingan antara massa propelan dan massa motor roket = belerang t = tebal dinding ruang bakar ( cm ) t b = waktu pembakaran ( detik ) T c = temperatur gas dalam ruang bakar ( C ) V P = volume propelan ( cm 3 ) Bagian II Lambang dalam huruf Yunani = sudut = fungsi dari = perbandingan ekspansi v = perbandingan poisson L = tegangan longitudinal ( Mpa ) = tegangan tangensial ( Mpa ) p = massa jenis propelan ( Kg/m 3 ) xv