Pengawetan Propelan Gula

Propelan (KBBI 2003:898) adalah bahan yang dapat menggerakkan dengan daya ledak yang tinggi. Propelan merupakan campuran yang terdiri dari fuel (bahan bakar) dan oxidizer (pengoksidator) yang dibentuk menjadi grain (padat) dan apabila propelan terbakar akan menghasilkan gas dalam jumlah yang sangat besar dan temperatur yang tinggi dan akan diekspansi keluar melalui bagian nosel roket sehingga menghasilkan gaya dorong pada roket tersebut. Dalam hal perekayasaan motor propulsi ini, digunakan propelan berupa gula (jenis sorbitol) sebagai bahan bakar dan sebagai oksidatornya digunakan kalium nitrat yang kemudian akan diolah dan dicetak menjadi bentuk padat. Impuls Spesifik propelan ini dapat mencapai 130 detik sedangkan kelemahan propelan ini adalah sangat higroskopis (menyerap air di udara) sehingga tidak dapat disimpan dalam waktu yang relatif lama. 

Pembuatan  propelan menurut Ricard Nakka (2007) bahwa jenis propelan KNSB dengan bobot seberat 250 gram dengan menggunakan komposisi 65% kalium nitrat (KNO3) dan 35% sorbitol (C6H14O6) yang berarti mencampur kalium nitrat seberat 162,5 gram dan 87,5 gram sorbitol yang dilarutkan dengan 100 ml aquades. Proses selanjutnya memasak propelan dengan temperatur 91 derajat Celcius sehingga kandungan aquades yang terdapat pada campuran menguap sehingga akan tampak seperti bubur berwarna putih kemudian dipress didalam cetakan khusus yang akan membentuk silinder padat dengan panjang 1 inci sebagai sampel uji nyala propelan. Kemudian dilakukan pencetakan khusus yang dipress dengan tekanan beban yang sama, rongga (core) tepat ditengah-tengah batang propelan sepanjang 250 mm diameter 28 mm untuk motor roket diameter 32 mm. Sementara untuk motor roket diameter 63 mm yang dicetak dengan panjang 100 mm sebanyak 3 segmen propelan yang memiliki diameter 58 mm dengan diameter core 10 mm.

Propelan gula (kanan) silika gel (kiri)

Agus Nuryanto,(2010:5) mengemukakan bahwa propelan KNSB dapat menyerap air di udara sehingga struktur propelan menjadi lembek dalam penyimpannya, maka perlu diadakan penelitian membuat propelan KNSB yang tidak higroskopis dan dapat disimpan dalam jangka lama tanpa merusak strukturnya (good ageing characteristics). Setelah melakukan study tentang bahan kimia yang dapat membuat suatu barang dapat tahan lebih lama, ternyata ditemukan cara pengawetan propelan dengan cara mengisi silica gel pada core dan menyumbat lubang nosel agar kedap udara sehingga udara yang membawa uap air tidak masuk kedalam dan merusak struktur propelan. Kemudian ditemukan cara lain yang dapat dipakai yakni dengan melapisi bagian permukaan propelan dengan bahan polimer seperti resin tanpa harus menyumbat lubang nosel motor roket. Dengan menggunakan 3 sampel propelan  yang diberikan lapisan resin, kemudian disimpan di dalam toples yang diberi silika gel dan yang tidak diperlakukan khusus propelan tersebut cepat lembek dan tidak dapat terbakar lagi setelah disimpan selama 2 hari. Sedangkan propelan yang diperlakukan khusus lebih awet dan tahan lama dalam penyimpanan hingga 1 tahun.

Pelapisan propelan dengan silikon

Hasil kedua dari cara tersebut masing-masing memiliki kekurangan dan kelebihan namun keduanya sama-sama dapat mengawetkan batang propelan hingga terhindar dari sifat higroskopis. Kelebihan penggunaan silika gel yakni pemasanganya yang cukup mudah dengan cara mengisi rongga batang propelan hingga penuh, sedangkan kekuranganya adalah ketika motor roket akan diuji, bahan silika gel dan penyumbat perlu dikeluarkan terlebih dahulu, sedangkan kekurangan dari penggunaan pelapis berupa resin adalah memerlukan igniter yang cukup kuat dan pada saat pembakaran awal atau  first firing propelan agak lama terbakar, karena igniter terlebih dahulu harus membakar habis lapisan resin tersebut dengan asap yang tebal. Kelebihanya adalah motor roket dapat langsung diuji tanpa harus membongkar seperti pada metode sebelumnya.

Membuat Roket Botol Berbahan Bakar Alkohol

Tahukah kalian apa itu roket? ya, roket adalah wahana atau kendaraan terbang yang dapat menjelajahi wilayah udara, darat, perairan, hingga angkasa luar dengan kecepatan yang sangat tinggi. Roket pun memiliki banyak kegunaan, mulai dari roket yang digunakan untuk bermain kembang api hingga roket untuk pergi ke Bulan.

Didalam roket sendiri terdapat banyak sekali penerapan ilmu fisika dan kimia namun yang paling terkenal adalah hukum pergerakan Newton ke-3. Roket bekerja dengan cara merubah energi kimia menjadi energi panas pembakaran didalam ruang bakar roket tersebut. Energi panas pembakaran ini akan menghasilkan tekanan yang disalurkan melalui nosel atau bagian belakang roket tempat keluarnya semburan api sehingga menghasilkan suatu perubahan tekanan yang dapat mendorong roket kearah berlawanan dengan arah gaya dorong, kemudian dihasilkan energi kinetik yang akan membuat roket meluncur maju ke depan atau ke atas. Nah, untuk lebih memahami bagaimanan roket tersebut bekerja, cobalah lakukan percobaan sederhana seperti dibawah ini.

Kalian membutuhkan :

• Sebuah botol plastik bekas air mineral ukuran 1500 ml

• Selembar kertas karton kaku

• Sebotol alkohol 70%

• Batang besi silinder berdiamater 5 mm sepanjang 70 cm

• Sedotan plastik

• Lem kertas

• Lakban bening

• Gunting/cutter

• Penggaris dan jangka

• Pematik api

• Masker dan sarung tangan tebal

• Tabung pemadam kebakaran

Langkah kerja :

• Pertama, bersihkan botol dari kotoran serta air yang mungkin saja masih tersisa serta lepas pula label kertas plastik yang masih melekat.
• Lubangi tutup botol dengan diameter sebesar 5 mm, gunakanlah gunting atau cutter.

• Selanjutnya, buat pola pada kertas karton kaku berbentuk segitiga terpangkas sebagai sayap roket sebanyak 3 buah dan seperempat lingkaran sebagai hidung kerucut roket sebanyak 1 buah lalu gunting sesuai dengan pola yang dibuat.

• Untuk bagian sayap roket, lipat pola yang telah digunting kemudian beri lem agar sayap roket cukup kuat ketika sedang meluncur.

• Untuk bagian hidung roket, gulung pola yang telah digunting lalu beri lem dan perkuat dengan lakban bening pada bagian sambungannya.

• Lalu, pasang sayap roket pada bagian atas botol atau dekat dengan penutup yang telah dilubangi tadi dan pasang pula hidung roket pada bagian bawah botol. Gunakanlah lakban bening untuk menyatukannya.

• Terakhir, potong sedotan plastik sepanjang 5 cm dan tempelkan dengan menggunakan lakban bening pada bagian tengah botol secara vertikal. Sedotan ini berguna sebagai alat yang dapat menyatukan antara roket dan peluncur roketnya sehingga memudahkan unuk mengatur arah luncur roket.

• Roket pun selesai dibuat dan dapat pula diberi berbagai warna agar roket terlihat lebih menarik.

• Untuk meluncurkan roket, pertama-tama tancapkan batang besi silinder di tanah sebagai pelucur roketnya. Lalu, masukkan allkohol 70% sebanyak 1 tutup botol kedalam. Kocok botol agar alkoholnya menguap dan tercampur dengan udara sehingga reaksi pembakaran antara bahan bakar dan udara dapat terjadi. Kemudian, pasang roket pada peluncur roket lalu pematik api ke lubang pada tutup botol dengan hati-hati dan dengan cepatnya roket pun meluncur.

Nah, setelah melakukan percobaan diatas dapat kita simpulkan bahwa roket bisa meluncur ketika alkohol dimasukkan kedalam botol lalu disulut dengan api sehingga menghasilkan semburan gas panas yang keluar melalui lubang pada tutup botol tersebut.

Alkohol adalah senyawa yang sangat mudah menguap dan apabila dikenai suatu panas atau api maka akan langsung terbakar. Botol sebagai ruang pembakaran bahan bakar roket ini akan membuat udara dan alkohol terbakar pada ruang yang sempit sehingga menghasilkan tekanan yang besar dimana tekanan yang besar tersebut akan mengalir menuju tekanan yang lebih rendah dan karena perbedaan tekanan antara ruang pembakaran bahan bakar dan udara sekitar ini maka akan membuat tekanan ini keluar melalui nosel atau lubang pada tutup botol sehingga menghasilkan energi kinetik yang dapat mengerakkan roket meluncur maju kedapan.

CATATAN PENTING

1.      Pada saat menyulut api ke begian lubang tutup botol, usahakan tangan atau benda yang mudah terbakar agar tidak terlalu dekat karena semburan gas panas yang dihasilkan dapat menyebabkan luka bakar yang serius.

2.      Selalu sediakan peralatan safety seperti tabung pemadam kebakaran jika semburan api terkena benda yang mudah terbakar, sarung tangan untuk meminimalisirkan tangan terluka karena sewaktu menyalakan roket, dan masker pada saat mengisi roket dengan alkohol karena alkohol dapat memabukkan.

3.      Jangan sekali-kali mengarahkan roket ini ke orang lain atau benda yang mudah terbakar, arahkanlah ke atas dengan sudut luncur sekitar 40-90 derajat.

4.      Roket botol berbahan bakar alkohol 70% ini dapat meluncur hingga ketinggian 15-20 meter sehingga dapat digunakan di lapangan sepakbola.

Kandungan Pupuk KNO3 Putih

Formula of KNO3

Apabila hendak menggunakan pupuk sebagai bahan oksidator propelan roket carilah pupuk KNO3 putih dengan kandungan 45-46% K2O (potassium oksida) dan 13% N (nitrogen) terlihat jelas dikemasannya. Nah, ada juga pupuk KNO3 merah, jangan pilih yang merah karena itu campuran KNO3 dan NaNO3. Perhitungan Stoikiometrinya (kadar unsur {%} dalam senyawa) seperti ini : Berapa persentase K2O (potassium oxide) dan N (nitrogen) dari KNO3?

Mr KNO3 101.1023, Mr K2O 94.20, Mr N (nitrogen) 14.0067, Kandungan K2O pada KNO3 = Mr K2O/2KNO3x100% = 94.2/202.2046 x 100% = 46.58647% (Di pupk KNO3 putih cap pak tani persentase K2O tertera 45% kalau merk Grand K terkandung 46%). Kandungan N (nitrogen) pada KNO3 = Mr N/Mr KNO3 x 100% = 14.0067/101.1023 x 100% = 13.85398% (Pupuk KNO3 putih dan Grand K tertera 13%). Jadi, kesimpulannya perhitungan kandungan K2O dan Nitrogen pada KNO3 masing masing 46,58647% dan 13,85398% (Dalam keadaan Pro Analis atau Sangat Murni). Pertanyaan lainnya mengapa pada pupuk KNO3 putih hanya memiliki kadar K2O 45% dan N 13 % ? Itu disebabkan karena adanya zat pengotor karena pupuk KNO3 putih prill dilapisi bahan kimia untuk memudahkan dalam packing, meskipun banyak yang bilang pupk KNO3 putih (bukan KNO3 merah) kadar KNO3 nya sedikit atau lain-lainnya itu salah. Sekarang tinggal menghitung kadar KNO3 pada pupuk KNO3 putih cap pak tani, dari total tadi jadi (45+13)/(46.58647+13.85398) = 58/60.44045 x 100% = 95.96222 %. Jadi, kesimpulan kedua, kadar Potassium Nitrate pada pupuk KNO3 putih cap pak tani yakni sebesar 95.96222 % dengan zat pengotor 4.0378 %.

KNO3 cap Pak Tani

Apabila dihitung dari 2 kg pupuk KNO3 putih ada 80 gram zat pengotor, caranya untuk membuangnya yakni pupuk KNO3 putih dilarutkan dengan air mendidih (pada suhu tinggi, kelarutan KNO3 juga tinggi) lantas disaring menggunakan filter paper kemudian larutan hasil saringan didinginkan, apabila telah dingin akan mengkristal apabila masih basah berarti masih ada airnya, panaskan lagi. Perhatikan filter paper, apabila terdapat endapan berwarna cokelat itu merupakan zat pengotor sejenis kalsium karbonat.

Catatan : Pupuk KNO3 cap pak tani tidak memiliki unsur chlorine (tertera chlorine free di pojok kanan atas) dan Natrium sehingga tidak higroskopis.

KNO3 Cap Traktor Pak Tani

KNO3 Cap Java Bloom

KNO3 Cap Tawon