Kamis, 21 Oktober 2010

Formula propellant roket RX B17/s

 
Umum.           Negara indonesia merupakan sebagai negara maritim dengan daerah yang sangat luas, selain perlu mempertahankan diri dengan kekuatan  militer juga perlu mempertahankan diri dengan ilmu dan teknologi kedirgantaraan yang memiliki makna startegis. Suatu bangsa yang mampu mengembangkan dan menguasai teknologi roket akan disegani oleh bangsa-bangsa lain di dunia.
Roket merupakan sebuah peluru yang menghasilkan dorongan melalui reaksi pembakaran dari motor roket . Teknologi roket dapat  dimanfaatkan untuk berbagai macam tujuan. Roket dapat dimanfaatkan sebagai sarana untuk mengorbitkan satelit atau wahana antariksa dengan misi-misi khusus, misalnya satelit mata-mata militer, satelit komunikasi komersial, satelit pemantau cuaca, satelit penelitian, stasiun antariksa, teleskop di angkasa dan wahana antariksa lainnya.
 Bagian utama dari sebuah roket adalah kerucut hidung (Nuse Cone), tabung muatan (payload tank), tabung bahan bakar (propellant tank),dan Nossel (Nozzle). Pada roket yang diproduksi di indonesia. perancangan bahan bakar pada roket bertujuan mensimulisasikan roket agar dapat memberikan tekanan pendorong, sehingga tekanan yang dikeluarkan serta  trust dari pembakaran propellant mencapai sasaran yang di inginkan, maka dari itu pembuatan bahan bakar  itu sendiri terbuat dari bahan dasar KNO3 dan  C6H14O6  yang memiliki nilai pembakaran yang baik dan cepat rambat reaksi pembakarannya cukup lama sehingga energi yang ditimbulkan dari pembakaran  isian dorong atau propellant serta di bantu dengan dimensi atau ukuran Nozzle juga menentukan terhadap gaya dorong (Thrust) yang dihasilkan.  Untuk itu perlu adanya perhitungan yang tepat dalam membuat propellant, sehingga mampu memberikan gaya dorong yang optimal bagi roket.
            Balistik ≠ XVII merencanakan membuat suatu Rancang Bangun Roket dengan membuat  prototype roket dengan nama “ ROKET RX B17/S “, yang merupakan hasil karya  siswa balistik ≠ XVII yang menggunakan bahan bakar ( propellant ) padat yaitu campuran antara KNO3 dan  C6H14O6, Sehingga untuk mendukung operasional roket di butuhkan isian dorong yang mampu memberiakan takanan pendorong yang kuat
Dalam studi perancangan dan pembuatan roket RX B17/S bagian propellant roket dibuat dengan mencampurkan bahan-bahan kimia KNO3 dan  C6H14O6   bahan dasar dari KNSB. Sisitem pendukung dan mekanik pada peluncuran roket, launcher, nikelin, badan roket dan nozzel.
            Untuk menghindari kesalahan-kesalahan pada saat pencampuran dan penggunaan bahan dan alat dalam pembuatan propellant ini, maka perlu pemahaman yang mendalam tentang karakteristik dan reaksi kimia dari bahan-bahan tersebut.
            Roket RX B17/S di buat agar dapat memperkecil atau meminimalisirkan kerugian yang terjadi baik personil maupun kerugian materil. Dengan demikian keamanan dan keselamatan personil yang menjalankan tugas dapat terjamin.

 Roket.            Roket adalah senjata yang ditembakan dengan menerbangkan peluru dengan sistim propulsi yang terdapat dalam peluru itu sendiri dan selama dalam lintasan tidak dapat dikendalikan atau diatur.
Roket merupakan sebuah peluru yang menghasilkan dorongan melalui reaksi pembakaran dari mesin roket. Dorongan ini terjadi karena reaksi cepat pembakaran atau ledakan dari satu atau lebih bahan bakar yang dibawa dalam roket. 
ROKET 


Add caption
 





Gambar 2.1.  Bagian Besar Roket
Keterangan   :
1.    Ujung Roket (Nouse).
2.    Hulu Ledak (War Head).
3.    Badan Roket (Cashing).
4.    Isian Dorong (Proppelant).
5.    Sirip (Fin).
6.    Nozzle.

10.       Roket propellant padat.    Roket ini menggunakan propellant padat untuk menghasilkan tekanan gas dari hasil pembakarannya. Gambar 2.1 menunjukkan bahwa sebuah tanki roket berbahan dorong padat. Pembuatannya sangat simpel dimana hanya terdiri dari satu kali pembakaran dari tabung pembakaran dan juga nozzel. Sebelum pembakaran  propellant bermula, tabung pembakaran berfungsi sebagai tangki propellant. Bagi roket  propellant  padat, enjinnya dikenal sebagai motor roket dan bukan enjin roket.
Add caption
                                         
Gambar. 2.2. Roket propellant padat

11.       Prinsip dasar pendorong roket.             Pencampuran antara bahan api  dan bahan pengoksida di dalam selinder pembakaran yang mana apabila dibakar akan menghasilkan gas yang  mempunyai tekanan dan bersuhu tinggi di dalam selinder pembakaran. Gas ekzos yang keluar melalui nozzel pula akan keluarkan dengan kecepatan yang tinggi. Dengan ini, momentum yang dikeluarkan ke atas enjin roket adalah sama dengan momentum gas yang keluar melalui ekzos berdasarkan Hukum Keabadian Momentum. Walau bagaimana pun, arah tindakan daya adalah berlawanan dengan arah gas ekzos. Daya tekanan yang dihasilkan oleh roket propellant padat telah dikelaskan kepada tiga kategori yaitu meningkat (progressive), netral (neutral) dan menurun (regressive). Kesemua kelas daya  dorong ini boleh difahami dengan mudah dengan melihat kepada grafik daya tekanan-masa pada gambar 2.2. Pola grafik daya tekanan-waktu ini dipengaruhi oleh bentuk  propellant yang digunakan. Sekiranya geometri nozzel yang digunakan selama pengujian adalah tetap, daya tekanan yang dihasilkan oleh motor roket adalah bergantung kepada tekanan pada selinder pembakaran.
Add caption
Gambar 2.3. Pola grafik daya tekanan-waktu
            Daya tekanan yang dihasilkan dan pengeluaran massa (sebagai gas ekzos) melalui nozzel pada kecepatan yang tinggi.

Potasium nitrat (KNO3).    Pottasium nitrat merupakan propelan yang awal pernah digunakan untuk sistem pendorongan enjin roket. Pottasium nitrat  adalah bahan pembakar yang dikelaskan sebagai bahan peledak rendah (low explosives). Penyediaan ini hanya tertumpu kepada
penghasilan propellant dengan menggunakan Pottasium nitrat sebagai bahan propellant. Bahan ini diperolehi dengan keaslian 99% dan wujud dalam keadaan padat pada suhu normal, berwarna putih kristal, mempunyai massa jenis 2.109 g/cm dan larut di dalam air. Dalam teknologi propellant, digunakan  sebagai agen pengoksida. Bahan ini sangat bahaya sehingga dapat menyebabkan kebakaran dan ledakan yang dahsyat.

Gambar 2.4. Potasium nitrat (KNO3)


            Sepanjang penelitian , didapatkan bahan ini tidak terbakar dengan sendiri apabila terkena nyalaan sebaliknya hanya hangus dan menjadi bahan hitam serta mengeluarkan bau yang menyengat. Walau bagaimanapun, apabila bahan ini dicampurkan dengan bahan organik seperti arang, sorbitol atau sukros, ia terbakar dengan aktif. Berdasarkan persamaan reaksi seimbang, pembakaran propellant pottasium nitrat-sorbitol tidak menghasilkan gas toksik yang kritis (kecuali CO). Oleh kerana bahan ini mudah terbakar maka langkah keselamatan sangat diperlukan ketika membawa, menyimpan, atau ketika menanganinya. Secara ringkas, Pottasium nitrat mempunyai sifat seperti terdaftar pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Sifat Pottasium nitrat sebagai bahan pengoksidasi
Bahan Pengoksida 
Pottasium Nitrat
Formula Molekul
KNO3
Fasa
Padat
Berat Molekul
101.102 g/mol
Warna
Putih Kristal
Suhu Lebur
333oC
% Berat Oksigen
47.47
Massa jenis
2.109 g/cm3

Sorbitol .       Penelitian ini menggunakan sorbitol sebagai pengikat dan juga bahan bakar. Pada suhu normal, sorbitol berbentuk dalam keadaan padat dan cair berwarna putih kristal, tidak berbau serta larut dalam air dengan rasio 190:100 pada suhu 10°C. Sorbitol dikelaskan sebagai bahan  organik karbohidrat.



Tabel 2.2 Sifat-sifat Sorbitol sebagai bahan bakar organik
Bahan api/ pengikat
Sorbitol
Rumus kimia
C6H14O6
Berat Molekul 
182 g/mol
Suhu Lebur 
160oC
Fasa
Cair dan padat

                        Sorbitol adalah bahan organik yang sangat berbahaya apabila bercampur dengan Pottasium nitrat. OIeh itu, peralatan yang digunakan untuk membuat Pottasium nitrat dan sorbitol perlulah berhati-hati padasaat pencampuran antara bahan ini.
           
Formula kimia Propellant Roket KNSB.              Merupakan bahan bakar pendorong (propellant) yang pada umumnya berbahan dasar Potasium nitrat dan Sorbitol. Dimana reaksi pada Propellant KNSB sbb:
C6H14O6 + 3.345 KNO3 -> 1.870 CO2 + 2.490 CO + 4.828 H2O + 2.145 H2 + 1.672 N2 + 1.644 +K2CO3 + 0.057 KOH
            Berdasarkan reaksi tersebut maka dapat di tentukan perbandingan antara sorbitol sebagai fuel dan potasium nitrat pengoksidator. pada masing-masing bahan dituliskan dengan perhitungan kimia:
a.    Menghitung Berat molekul pada bahan kimia dasar di tuliskan dengan rumus:
                                    Bm KNO3       = 1. Bmk  + 1. Bmn + 3 Bmo
                                                Bm C6H14O6  = 6. Bmc  + 14. BmH + 6 Bmo
                Menghitung Massa jenis Oksidator : Feul.
                  Massa (g)       = Bm (g/mol) x n(mol)
                  Mol di peroleh dari persamaan reaksi :
                              C6H14O6            = 1 mol
                              KNO3                  = 3,345 mol
                              massa C6H14O6  = Bm (g/mol) x 1 mol
                              massa KNO3         =  Bm (g/mol) x 3,345 mol
b.    Menentukan perbandingan  C6H14O6  dan  KNO3   dimana dituliskan dengan perbandingan dan penjumlahan :
                                        Bm   C6H14O6  : Bm  KNO3  
       
Tabung motor roket.         Merupakan bagian dari roket cukup berpengaruh dimana sebagai kelongsong bagi propellant juga bisa disebut sebagai tempat/cassing dari propellant tersebut sehingga dapat menahan panas yang timbul dari pembakaran propellant yang terjadi di dalam tabung pada suhu pembakaran.
            Pada dasarnya tabung motor roket terbuat dari bahan yang tahan panas seperti logam. Bentuk tabung dan ukuran tabung propellant berpengaruh pada luas pembakaran pada propellant karena hasil dari pembakaran/luas permukaan pembakaran propellant dapat menentukan laju reaksi pembakaran menuju nozzel.

Gambar 2.5. Tabung/cassing motor propellant

Keterangan :
                        Panjang                     =          30 cm
                        Diameter tanki          =          r  2 cm
                        Berat tanki                 =          150 gram      
                        Bahan                                    =          PVC
                       

 Igniter.           Merupakan komponen penyulut awal pada roket yang berfungsi sebagai pembakar propellantyangterdapat di dalam motor roket, igniter terbuat dari bahan kawat nikelin yang di tunjukkan pada gambar 2.5.
 
Gambar 2.5  :   ignaiter dengan kawat nikelin.

video
           Secara matematis besaran hambatan suatu elemen kawat dapat diketahui dengan menggunakan rumus hambatan (R), dan dituliskan dengan persamaan:
                                    R         =         
                                    Dimana :
                                    R         =          Hambatan kawat (ohm)
                                    ρ          =          Hambatan jenis (Ohm mm2/m)
                                    L          =          Panjang kawat (m)
                                    A         =          Luas penampang (m2)

           Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda. Potensial suatu penghantar hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar tersebut. Besar arus yang mengalir pada penghantar ditentukan oleh panjang dan luas penampang kawat yang di gunakan. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, maka hambatannya besardibanding dengan kawat penghantar yang pendek.
Gambar 2.6. Sekema igniter