DAMPAK VARIASI LUAS TABUNG LUCUTAN OZONIZER TERHADAP PROD UK OZON

Daftar isi Agus Purwadi, dkk.

ISSN 0216 - 3128

7

DAMPAK VARIASI LUAS TABUNG LUCUTAN OZONIZER TERHADAP PROD UK OZON Agus Purwadi, Widdi Usada, Suryadi, Isyuniarto dan Sri Sukmajaya Puslitbang Teknologi Maju BATAN. Yogyakarta

ABSTRAK DAMPAK VARIASI LVAS TABVNG LVCVTAN OZONIZER TERHADAP PRODVK OZON. Telalr dilakukan percobaan variasi luas tab Illig lucutan terlradap produk ozon klrususnya pada jangka waktu lucutan optimwn. Percobaan menggunakan 2 unit ozonizer lucutan senyap dengan luas tabllllg lucutan berbeda dan masing-masing memp'lllyai dua saluran lucutan yang identik. Masing-masing ozonizer plasma terbuat dari balran tabung stainless steel sebagai katoda, tabll1lg alluminil/m sebagai anoda dan tabl/ng gelas sebagai dielektrik. Pengukurun produk OZOIldilukukall dellgall metode absorbsi yaklli dellgall cara pellyerapan tenaga sillar UV olelr larlllall pellyerap seialljlllnya sampel dianalisa dellgall alat.spektroll/eier HP 8452A. Dari Irasil percobaall dellgall mellggllllakall gas masukall udara berkecepatan 2')O-Ipm pada tegallgan lucut sebesar 25 kV ditl/lljukkall balrwa besar produk OZOIldengall perlakuan durasi waktu lucutan adalalr berballding lunls dengall luas tablmg lucut yang digll1wkall. Pada jangka waktu II/Clllall optimum 6 detik wltuk dua tabllllg lucutan yallg berbeda produksi 0:011 naik menjadi 0,040 mgldt (200%) dan 0.155 mgldt (/91%) setelalr masillg-masing luas permukaall tab Illig lucutall diperluas dua kali.

ABSTRACT VARIATION EFFECT OF THE OZONIZER DISCHARGE TUBE AREA VERSUS TIlE OZONE PRODUCT. It Iras been carried out tire experimelll of variatioll of tire disclrarge tube area versus tire ozolle product 011 tire optimum disclrarge time duration. Tire experiment used two units of tire silellt disclrarge ozollizer witlr its disclrarge tube area is different alld eaclr of tlrem has two of the disclrarge challllel identically. Plasma ozonizers are made of tire cylinder of s/aillles.~ steel as a cathode, cylillder (!f alll/millium as all allode alld cylillder of glass as the dielectric. A./ea.wremellt of the ozolle product was carried out by usillg absorbtifm metlrod i.e. absorbtioll of UV ray by absorballce solutioll was allalized by I/sillg Ill' 8452..1 .\peetroll/eta. From the experimellt yield whiclr carried out br usillg the air illput rate of 2.50 Ipm 011the discharge mltage of 25 k V slrowed that the vall/e of ozolle product with treatment of tire discharge duratioll is proportiollallO tire using of the disclrarge area. On tire optimum disclrarge duratioll of 6 seconds. tire OZOIlprodl/ctioll for tire botlr of differellt disclrarge tubes illcreased become 0,040 mgls (200%) alld 0.155 mgls (/91 %) afta the discharge tube slujace area is larged twice re.\pectil·ely.

PENDAHULUAN Aplikasi ozon dapat untukbaumensterilkan serta menghilangkan rasa dan yang tidak sedap pada air, udara dan makanan sehingga akan menjadi lebih sehat dan bersih untuk dikonsumsi oleh makhluk hidup yang selalu membutuhkan. Ozon berkemampuan untuk membasmi semua mikroorganisma seperti bakteri, virus dan jamur yang menimbulkan berbagai macam penyakit kulit (iritasi, exim) dan penyakit perut (kolera, tipes, desentri). Bahan makanan seperti buah-buahan, sayuran, ikan laut dan daging yang telah beberapa menit dicelupkan kedalam air terozonisasi maka bakteri yang ada di pemmkaan akan mati, sehingga makanan akan menjadi lebih aman dan awet untuk dikonsumsi. Teknologi ozon sangat ramah lingkungan karena ozon sebclum atau setelah bereaksi dengan unsur lain akan selalu menghasilkan oksigen, sehingga juga sering dikatakan ozon merupakan kimia hijau dimasa depan. Ozon merl.lpakan gas triatomic allotrope

oksigen yang dapat terbentuk akibat adanya rekombinasi atom-atom oksigen. Ozon merupakan gas yang hampir tak berwama dengan bau yang khas sehingga dapat terdeteksi oleh indera cium sampai dengan konsentrasi 0,01 ppm (part per million). Konsentrasi ozon maksimum pada ruang terbuka adalah sekitar 0, I0 ppm, sedang konsentrasi setinggi 1,00 ppm masih dapat dianggap tak berbahaya asal tidak terhirup ke dalam saluran pemafasan hingga lebih dari 10 menit!I]. Salah satu aplikasi dari teknologl plasma kimia adalah pembuatan gas ozon dengan metoda lucutan senyap. Lucutan senyap terdiri dari bcrbagai filamcn arus yang berlangsung dalam selang waktu periode tcgangan. Pada ll.lcutan tcrhalang diclcktrik dengan udara pada tekanan atmosfer telah didemonstrasikan olch Marode bahwa arus mengalir dalam junl.lah besar dari lucutan-lucutan individu[2J. Lucutan terhalang dalam udara atau oksigen pada tekanan atmosfer dibuat dalamjumlah sangat besar dari lucutan-Iucutan mikro yang

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

8

ISSN 0216 - 3128

terdistribusi secara acak, masing-masing lucutan mikro berlangsung hanya beberapa nano sekon dan mencapai rapat arus 100-1000 A/cm2 da1am filamen berbentuk hampir silinder dengan jari-jari sekitar 100 mikro meter (flm)[3]. Pada die1ektrik, 1ucutan mikro ini menyebar ke dalam permukaan lucutan yang dapat menutup luasan daerah yang lebih lebar. Masing-masing lucutan mikro terdiri dari arus tipis yang terang dan menyebar pada dielektrik membentuk pola-po1a muatan; bentuk lingkaran atau bintang bergantung pada polaritas. Runtuhan e1ektrik yang sempuma biasanya berlangsung dalam nano sekon (ns), arus transpot 1-100 ns dan reaksi kimia dapat berlangsung dari nano sekon sampai sekon. Muatan yang terkumpul pada die1ektrik akan menimbulkan medan listrik dalam celah yang dapat mendesak lucutan mikro ke arah yang berlawanan, sehingga akan timbul filamen arus baru yang berasal dari titik lain pada permukaan dielektrik. Muatan yang tertransfer adalah dalam orde 0,1-1,0 nC, terus mengalami tekanan sepanjang lintasannya di celah lucutan sedang arus-arus puncak terukur dalam orde 0,1 A 0,5 A[3]. Dengan menggunakan tambahan tegangan di antara ke dua elektroda maka runtuhan terinduksi, medan di dalam celah melebihi medan susut Paschen. Tegangan Paschen adalah tegangan konstan terkecil yang diperlukan untuk mengawali runtuhan di dalam celah. Kalau tegangan Paschen V dibagi dengan nd, medan susut Paschen E/n dapat diperoleh karena diketahui E = V/d. Dengan memperbesar penyedia daya pelanpelan maka lucutan mulai terjadi ketika medan runtuhan Paschen dicapai dan selanjutnya proses mengembang dalam keadaan filamen arus teraktivasi. Filamen arus teraktivasi ini dianggap mencapai kondisi hampir stabil (quasi stational)') mendekati phase transien bara dengan rapat arus beberapa kA/cm2, kerapatan elektron antara 1014_ 1015 cm-3 serta medan listrik mendekati harga kritis dimana kejadian proses ionisasi hampir sarna dengan proses tangkapan. Besamya diameter filamen arus dan jangka waktu lucutan mikro yang terjadi bergantung pada jenis gas yang digunakan dan besar tekanan. Keseluruhan arus mengalir dalam filamen dan terjadi penukaran tenaga antara elektron yang dipercepat dengan atom dan atau molekul dalam lucutan mikro. Elektron dan ion yang bertenaga pada lucutan mikro akan menumbuk partikel atom, molekul, radikal dan partikel kimia lainnya sehingga akan terjadi pembentukan berbagai proses hasil tumbukan seperti ionisasi, eksitasi, hamburan elastis, disosiasi, ionisasi disosiativ, tangkapan disosiativ, rekombinasi, pertukaran muatan ataupun juga terjadi reaksi kimia.

Agus Purwadi, dkk.

Pada tekanan rendah diameter filamenfilamen arus bertambah besar dan· cenderung menjadi lebih banyak serta menyebar. Kalau tekanan terus diturunkan terjadi transisi kotinyu dari susunan filamen dan lucutan senyap tampak cenderung menghambur ke bentuk lucutan bara. Medan runtuhan bertambah untuk celah antar lucutan yang lebih kecil atau kerapatan yang lebih rendah. Pembentukan ozon dicapai terutama dalam kolom lucutan mikro dan semakin berkurang ke arah daerah yang mendekati permukaan elektroda. Pemilihan bahan dielektrik tip is dengan harga konstanta dielektrik tinggi yang konstan hams dipergunakan sehingga dapat diperoleh ozon dengan efisiensi tinggi[4]. Tegangan ambang lucutan bara merupakan suatu fungsi dari dielektrik, bertambah besar dengan bertambahnya ketebalan dielektrik dan mempengaruhi tegangan yang diperlukan untuk terjadinya lucutan. Pembuatan ozon menggunakan gas masukan oksigen lebih menguntungkan dari pada menggunakan udara, karena pada kondisi operasi yang sarna kuantitas ozon dan produknya naik 2 atau 3 kali, sedang kalau menggunakan udara maka idealnya air dalam udara harus dihilangkan dahulu sehingga titik beku tidak lebih tinggi dari pada -50°C (-58 OF). Dengan prod uk uap air yang lebih tinggi dari harga tersebut, tidak hanya produksi ozon yang akan dipengaruhi tetapi oksida nitrogen seperti HN03 juga dapat dihasilkan yang mana dapat mempercepat dekomposisi ozon yang diperoleh serta dapat menyebabkan korosi metal, sehingga resiko kerusakan dielektrik juga bertambah. Dekomposisi ozon adalah sangat sensitif terhadap temperatur dan dapat mempengaruhi karakteristik dielektrik yang bisa menyebabkan bocor dielektrik[5]. Oleh karena itu suatu metode penghilangan panas yang efisien adalah sangat diperlukan. Sifat ozon di alam yang tak stabil mengakibatkan ozon tidak dapat dipaketkan untuk dibawa ke suatu tempat, sehingga ozon harus dibuat di tempatflokasi yang memerlukan. Dua unit ozonizer saluran ganda telah direalisasikan di laboratorium Bidang Teknofisikokimia P3TMBatan Yogyakarta. Sebagai tindak limjut produksi ozon yang telah teridentifikasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif, maka dalam tulisan ini dilaporkan hasil percobaan pemvariasian luas bidang lucutan (pada kondisi parameter fisis yang sarna) terhadap laju produksi ozon dengan gas masukan udara berkecepatan tertentu. Diharapkan dengan telah diketahuinya luasan suatu tabung lucutan tertentu maka dapat pula langsung diketahui konsentrasi ozon yang akan dihasilkan. Akhimya atas dasar harga luasan dari suatu tabung lucutan, dapat diperoleh suatu harga standar produksi gas

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

ISSN 0216 - 3128

Agl/s PI/rwadi, dkk.

ozon (kuantatif) dalam setiap pembuatan generator ozonlozonizer demi untuk pemenuhan permintaan konsumen.

9

masing seperti Tabel 2. Tabell.

TAT A KERJA2I

1'0

ditunjukkan

2,55 Elektroda Bahan 159 S5 Dielektrik Celah 18,10 120 \,00 \,60 170 Gelas AI Diameter 25,40 Pcnvangga Masuka,v 4.50 10 Fe 14,50 Tebal \,\0 1,00 70,70 F(mm) leksi~las luar Bagian (mm) Panjang Nama

4 356

1 dan

Ukuran bagian-bagian tabung lueut saluran ganda untuk tabung A

.

dalam luar kcluarJn lueutan

pada Tabel

120 10,00 (nun)

Baltall yallg diglillakall KI, dan gas 03

12.

air ultra murni, KH2P04,

Na2HP04

A/at yallg diglillakall Unit Ozonizer Saluran Ganda Perala tan unit ozonizer salman ganda yang merupakan satu sistem kesatuan penghasil ozon terdiri dari dua salmankeluaran tunggal yang identik dimana luar lucutan dalam 2I Bagian untuk setiap saluran tersebut konstruksinya adalah seperti ditunjukkan pada Gambar I. f

ff~-""~:II

~-:.

Tabel 2. Ukuran bagian-bagian tabung lueur saluran ganda l/Ilwk rablmg B 4 356

No

..

Nama Bahan

10.00 \,60 Panjang PCl1vangga Elektroda 10 70,90 Diameter Tebal Dielektrik Elcklroda 15.50 1,00 20,00 160 189 200 Gelas SS AI Celah Masukanl 4.50 Fe Fleksi~las luar(mm) 25,40 1,10 \,90 \,00 (nun)

160 (nun)

!(4)_",)1

e·""

.<

Unit Pengukur

Laju Produk Ozon

Identifikasi dan laju produksi keluaran gas ozon .dapat dilakukan dengan berbagai peralatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar

1. Konstruksi ozonizer sail/ran fI/Ilggal

Untuk masing-masing ozonizer saluran tunggal terdiri dari bagian-bagian yang komponennya meliputi (1) elektroda dalam terbuat dari bahan al\uminium (AI) bentuk silinder, (2) dielektrik terbuat dari bahan gelas lunak yang dilapiskan pada elektroda dalam, (3) elektroda luar yang terbuat dari bahan stainless steel (SS) bentuk silinder dengan celah sebagai tempat aliran udara/air pendingin dilengkapi dengan lobang keluaran gas ozon dan masukan gas kerja bempa udara, (4) pompa udara/air sirkulasi sebagai pendingin elektroda luar, (5) penutup ujung-ujung tabung lucutan terbuat dari bahan fleksiglas dilengkapi dengan tempat rnasukan tegangan tinggi, (6) transformer tegangan tinggi bolak-balik (T3B) yang dihubungkan kc elektroda dalam dan e1ektroda luar. . Oalam percobaan ini digunakan dua macam tabung lucut saluran ganda yakni tabung A dan tabung B dengan ukuran bagian tabung masing-

Gambar 2. Perala tan untuk identijikasi penentuan laju produksi ozon

dan

Pompa hisap udara berguna untuk mengalirkan udara ke dalam tabung ozonizer untuk diubah menjadi gas ozon, flowmeter untuk menera besar kecepatan gas masukan udara, tabung lucut ganda tempat ozon diproduksi, sumber daya tegangan tinggi bolak-balik, sampel (larutan penyerap) untuk penentuan laju produksi ozon yang dipersiapkan untuk dikontaminasi keluaran gas ozon dari tabung lucut ganda. Larutan penyerap merupakan campuran larutan standar 12 dengan larutan pewarna, spektrometer HP 8425A untuk


10

ISSN 0216 - 3128

menganalisa sampel yang telah dikontaminasi keluaran ozon selama dalam waktu tertentu (ditentukan harga absorbansinya), layar monitor komputer dapat langsung menampilkan data absorbsi dari larutan sampel. Peralatan pendukung lain juga sangat diperlukan seperti gelas pereaksi dan gelas ukur untuk mencampurkan dan menentukan volume larutan kimia (dalam pembuatan larutan penyerap) dan timer untuk membatasi waktu operasi ozonizer serta penentuan volume udara yang dialirkan.

Cara Kerja Pelaksanaan Percobaan dilakukan dalam dua tahap yang meliputi pembentukan gas ozon dan penentuan produk ozon baik pada ozonizer tabung lucut tunggal maupun ganda. Pembentukan gas ozon pada ozonizer salur ganda dilakukan dengan cara menghisap udara bertekanan atmosfir (dengan pompa hisap udara) dilewatkan pada baik pada saluran lucutan tunggal maupun ganda dengan kecepatan tertentu. Selanjutnya elektroda ozonizer tersebut dilucut menggunakan transformer tegangan tinggi bolak balik sedemikian hingga terjadi lucutan mikro dalam celah diantara katoda dan dielektrik dari ozonizer. Gas masukan udara sctclah melcwati celah terse but maka gas keluaran dari ozonizer sa luran ganda adalah sudah berupa/sebagai gas ozon.

Agus Purwadi, dkk.

dengan alat bantu spektrometer HP 8425A sehingga diperoleh grafik hubungan antara absorbansi/serapan terhadap jumIah mol Iodine (h) sebagai grafik kalibrasi konsentrasi 12• Kalau grafik hubungan antara absorbansi terhadap jumlah mol 12 telah diperoleh selanjutnya pengukuran produk ozon dengan variasi waktu lucutan dapat dilakukan dengan prosedur sebagai berikur6)

:

I. Mengambillarutan

penyerap sebanyak 50 mL.

2. Mengkontaminasi larutan tersebut dengan keluaran gas ozon dengan variasi waktu Iucutan 3, 6 dan 10 detik. 3. Mengamati serapan dari larutan yang telah terkontaminasi ozon dengan Spektrometer pada panjang gelombang 352 nm (maksimum 30 menit setelah larutan terkontaminasi ozon). 4. Membandingkan hasil serapan dengan grafik kalibrasi konsentrasi 12 untuk mendapatkan konscntrasi 12 pada larutan sampe!. Setelah serapan masing-masing sampel diketahui kemudian dibandingkan dengan grafik konscntrasi standar 12, akhimya didapatkan konscntrasi 12 yang identik dengan konsentrasi ozon untuk masing-masing sampel yang terkontaminasi ozon.

I. Membuat larutan standar 12 scbanyak 500 ml dari campuran bahan: 16 gr KI + 3,173 gr 12 + air ultra mumi.

Penentuan produk ozon dengan variasi luas bidang lucutan dilakukan dengan cara mengganti bentuk tabung lucutan senyap yaitu tabung A seluas 13640 mnl tabung Al seluas 6820 mm2, tabung B seluas 20.096 mm2 dan tabung B I seluas 10.048 mm2. Sclanjutnya masing-masing tabung lucutan dengan luas bidang lucutan yang bcrbeda tersebut ditentukan produk ozonnya menggunakan prosedur yang sarna dengan penentuan produk ozon yang divariasi terhadap durasi waktu lucutan.

2. Membuat larutan pewama sebanyak 2 liter dari campuran bahan: 27,22 gr KH1P04 + 28,4 gr Na2HP04 + 20 gr KI + air ultra mumi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sebelum penentuan produk ozon dilaJ....ukan, terlebih dahulu dilakukan penentuan kalibrasi konsentrasi standar 12 dcngan proscdur sebagai berikut:

3. Dari larutan no. I diambil volume bervariasi masing-masing (0,4, 0,8, 1,6 , 3,2) mili liter (mL). Kemudian masing-masing volume tersebut dicampur dengan larutan pewama pada no. 2 sehingga tercapai volume 50 mL sebagai larutan penycrap dengan dcmikian banyak mol 12 bcrvariasi mcnjadi ( I0, 20. 40, ... ) pmol/50 m!. 4. Masing-masing larutan pada no. 3 dikontaminasi dcngan gas 03 keluaran dari ozonizer sa luran tunggal dan ganda selama waktu tertentu.

Terbentuknya gas ozon dalam ozonizer sa luran ganda dibuktikan dengan terdeteksinya bau khas (gas ozon) yang keluar dari keluaran tabung lucut saluran tunggal/ganda. Secara visual juga tampak dari hasil percobaan bahwa larutan KI yang semula berwama jemih setelah terkontaminasi dengan keluaran gas (semula udara) dari tabung IUClltmenjadi berwarna kuning (warna 12), Hal ini membuktikan bahwa gas ozon telah terproduksi karena sifat gas ozon dapat membebaskan satu mol molckulI2 dari larutan KI yakni menurut persamaan reaksi kimia

5. Masing-masing konsentrasi 12 pada no. 4 ditentukan serapannya terhadap sinar UV Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

11

ISSN 0216 - 3128

Aglls PlIrwadi, dkk.

Hasil penentuan absorbansi (dari berbagai variasi konsentrasi larutan penyerap sebesar 10, 20, 40 dan 80 Jlmol/50mL) sebagai fungsi panjang gelombang dengan menggunakan spectrometer HP 8425A adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Dari hasil percobaan temyata panjang gelombang yang daya absorbansi paling optimal adalah sebesar 352 nano meter (nm), sehingga yang digunakan dalam percobaan analisa sampel penyerap adalah panjang gelombang tersebut.

]

I I

detik. Untuk mengetahui pengaruh luas bidang lucutan terhadap jumlah produk ozon, perlakuan ini juga dikerjakan pada tabung Al dimana luas bidang lucut adalah separoh dari tabung A yakni sebesar 68,20 cm2• Hasil pengukuran absorbansi terhadap panjang gelombang menggunakan spectrometer dari larutan penyerap (dengan perlakuan variasi terhadap durasi waktu lucutan) baik yang terjadi pada tabung A atau tabung Al adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

-

-

-

-

-..

••••

_'-.-

•••

..

----''''''~''I'''''' • ••.•.• ' •••••••

1.

- - -

L

·..• ·4

-..-....

•••••••• ~I'

~

•

.NI'W,

..OJu.&1

'IU~I

.-a•••••.•. I.A"',..

-

L

••

loa! -

Gambar

Gambar 3. Grajik absorballsi terhadap palljallg ge!olllballg pm/a berbagai kOllselltmsi !arutall f J

5. Hasil terhadap berbagai tab Illig A

pengl/kuran absorbansi palljang ge!olllbang ulltuk durasi waktl/ !ucutall pada dan A f.

Atas dasar data yang diperoleh tersebut kemudian dibuat grafik lincar hubungan antara konsentrasi terhadap absorbansi dan dicari harga slope (kcmiringan)-nya dimana diperoJeh sebesar 23747 ± 1515 seperti ditunjukkan pada Gambar 4.

----1 I

~.

'-2 ,

i

::J

I ~

i

,

I,

Wi 1.5 c:

..

-e

o

n

o

,

1

Waktu 5~' -_._~-lucutan (delik)

_h

;51

i

WI

o

II I

0.5

1

o

I

o

0.00002

0.00004

Konsentrasi .

0.00006

0.0001 !

0.00008

(mole/50 mL) ~

__

._.

__

___J

!I

Gambar 4. Grajik hubullgall allfam absorballsi ter!uu/ap kOllselltrasi f J Hasil Pengukuran Produk Ozon Dengan Variasi Durasi Waktu Lucutan. Dalam hal ini pengukuran dilakukan pada kedua tabung lucutan saluran ganda, yaitu pada tabung A dan B. Pcncntuan produk ozon pada tabung A dilakukan dengan cara mengkontaminasi larutan penyerap sebanyak 50 mL dcngan keluaran gas ozon (dihasilkan dari masukan gas udara berdebit 2,50 lpm, tcgangan lucut sebesar 25 kV) dengan variasi durasi waktu lucutan selama 3, 6 dan 10

Gambar

6. Grafik hubungan antara absorbansi terhadap waktu !l/cl/tall pada panjang gefolllbang 352 nm l/ntuk tabllllg A

Hasil pengukuran absorbansi terhadap durasi waktu lucutan untuk tabung A, pada panjang gelombang 352 nm kalau dinyatakan dalam grafik adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 6. Dengan mengingat bahwa 1 mol ozon dapat membebaskan 1 mol 12 dari larutan KI, maka absorbansi 1 mol 12 adalah adalah identik dengan 1 mol ozon yang diserap. Atas dasar pcngertian ini maka dengan diketahuinya harga absorbansi pada bcrbagai harga konsentrasi 12 standar pada Gambar 4, maka konsentrasi ozon dari hasil variasi waktu dapat ditentukan. Selanjutnya juga mengingat bahwa I mol ozon adalah 24 gram-molekul dalam volume molar 24,45 liter pada suhu kamar dan tekanan 1


12

ISSN 0216 - 3128

atmosfer[7], maka hubungan kesetaraan jumlah ozon dalam satuan mikro- mol per liter (Ilmol/L) dengan mikro-gram (Ilg) setelah dihitung diperoleh harga kesetaraan sebagai 1 Ilmol/L = 0,982 Ilg, yang menunjukkan bahwa produk ozon dapat dinyatakan dalam satuan Ilg atau mg (milli gram). Akhimya hasil produk ozon pada tabung A dengan variasi durasi waktu lucutan kalau dinyatakan dengan grafik adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 7 dan harga kwantitatif laju produk ozon adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 3, sedang hasil produk ozon pada tabung Al adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 4.

Tabel 3. Hasil penguku/"an dan penentllml prodllksi ozon pada tab Illig A Prod uk alan 60.2908012.249 (dc!i~) \\'a~lu 10 J0.12196 0.044 Konscnl. 0.101 ozon 0.53278 Absor 0.040 0.034 0.241 0,441 22.435 Produ~ 5.D5 bans; (~lmoIi50onl) Laju (ong)

Aglls Pllrwadi, dkk.

sebesar 100,48 cm2. Hasil pengukuran absorbansi terhadap panjang gelombang menggunak,m spektrometer HP8452A dari larutan penyerap (dengan perlakuan variasi terhadap waktu lucutan) baik yang terjadi pada tabung B atau tabung B 1 adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 8. Hasil pengUkuran absorbansi terhadap durasi waktu lucutan pada tabung B pada panjang gelombang 352 nm kalau dinyatakan dalam bentuk grafik adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 9. . Hasil produk ozon pada tabung B dengan variasi durasi waktu lucutan kalau dinyatakan dengan grafik adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 10 dan harga kwantitatif produk ozon adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 5, sedang hasil produk ozon pada tabung B 1 adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 6.

:'-I (ong'd!)

~ I

'-10 __ 'N

,

!I I.I!I • -

I 1.+-.-

r-.--.------------ -

-.

-

- .-.-. -. .-•••••••••-

I'I 1••t-.--1.

• -.

-.-

•.•••

• •••

' ••..•••

- .IIIIfItT........,.(1.eu' •• ottIItT~'II'_11

Ie.?

I

a,s 0.45

- -

0.4 .§. 0.35

Cii

~ 0.3 ~ 0.25

Gambar 8. Hasil pengukuran absorbansi terhadap panjang gelombang lllltuk berbagai durasi waktu lucutan pada tab Illig B dan B 1

~

0.2 -g 0.15 t. 0.1 0.05 o 2

o

L

6

_

Gambar

Waktu lucutan

8

10

12

r

(detik)

7. Gr(!fik /Illbungan anta/"a produk 020n

ter/uu/ap tabling A

waktu

luclItan

pada

Tabcl 4. Hasil

penguku/"an dan penentuan produksi ozon pada tabung Al

(ong)

No (mgirlt)

11.roIQ)

Produk 10 ozon Waktu 30.10277 (,00,329'1313.8'!3 0.028 4.327 ozon .14711 Absorballs; 0.027 0.020 0.122 0.085 0.273 Konscntrdsi Prod 6.194 uk (!mlOl/50onl) Laju

!

i ~

I~ I c I ~ I ~

1~ 1~

IA 1~

1 O~

O~ OA O~

I

o o

2

4 Waktu

Gambar

6

8

lucutan

(detik)

10

12

9. Gnifik hubullgall alltara absorballsi terhadap \\'akltl IIlCUlan pada tahllllg B

Dcmikian pula penentuan produk ozon pada tabung I3 dan I3l juga dikerjakan dcngan perlakuan sama sepcrti pada tabung A, dimana luas bidang lucut I3l adalah scparoh dari tabung I3 yakni


Terlihat pada GambaI'll bahwa untuk durasi waktu Iucutan selama 3 detik maka perbandingan produk ozon pada tabung A : Al adalah 1,12 : 1, untuk lucutan selama 6 detik 1,98 1 dan untuk lucutan selama 10 detik

1.61 1.~ ,

-

I

~ 1.21 -;;- 1 1 ~ •• "" o

0.8 ~

~

0.41 ~

0.6

I :

<

I

perbandingannya adalah 1,6: 1.

I

0.2

i

o ~ o

I

~

2

L.__

6

10

6

12

Waktu lucu1an (detik)

Gambar

10. Grafik

hubungan waara waktu lucutan terhadap produk ozon pada tabung B

Tabel 5. Hasi/

pengukuran

dan

pellentuan

Produk ozon 60.1251247,379 (dc!ik) Wak!u 30.5626823.694 Konscntrasi Produk ozonpa([a 10 f!lJ Absorb,nsi 0,465 0,7086371.951 0,1413 0,1552 0.931 1.413 0,1550 prO([1IkSI 020n taD un Laju (itmol!50ml) (mg)

13

ISSN 0216 - 3128

AgIIs Pllrll'atli, tlkk.

(mg/dl)

Demikian pula untuk pengaruh luas bidang lucutan terhadap jumlah produksi ozon pada tabung B dan B 1 dapat dilakukan dengan cara membandingkan hasil pentuan produksi ozon dengan perlakuan durasi waktu lucutan untuk tabung lucutan B (Tabel 5) terhadap tabung B 1 (Tabel 6). Perbandingan hasil produk ozon untuk tabung B terhadap B 1 terse but dapat dicermati dari hasil gambaI' grafik seperti ditunjukkan pada GambaI' 12.

---. -----.-. R' G868/ .At ,. ;001<56•

Tabel 6. Hasi/ prod1lksi

penguk1lran dan 02011 pada tabung

]

'l..!.! fAB1l

:

J

penentllall BI

Produk ozon Waklu 30.29355 Absorbansi 60,58522 ozon 10 Konscntrdsi Produk 0,484 0.0003142,123 0.0827 0,0809 0,243 12,361 0.0807 24,643 0.827 Laju Hnl1ol/50ml) (mg)

:-':0 (mg/dl)

Gambar

12. Jllm/a/' produhi dan B I luclllan

durasi Pengaruh luas bidang lucutan terhadap jumlah produksi ozon dapat dilakukan dengan cara membandingkan hasil pentuan produksi ozon dengan perlakuan durasi waktu lucutan untuk tabung lucutan A (Tabel 3) terhadap tabung Al (Tabel 4). Perbandingan hasil produk ozon untuk tabung A terhadap Al tersebut dapat dicermati dari hasil gambaI' grafik seperti ditunjukkan pada GambaI' 11. 0.5 0.45

c; .s

0.4 0.35 g 0.3 ~ 0.25 ~ 0.2 -g 0.15 ii:. 0.1

I ~

~

a as

/

A

-----002$>'

OJ--~o

2

6

--------. 'Waktu lucutan

Gambar

11. J1Imla/' produksi

I

-J

R-"O.9317

,

10

12

(dctlk)

OZOIl pada tabullg dall A I terlwdafJ dura.l'i \\'aktu lucutall

A

Terlihat waktu

02011pada tabling B te,./'ac!ap c!1Irasi waktu

pada GambaI' 12 bahwa lucutan selama 3 detik

untuk maka

perbandingan produk ozon pada tabung B : B 1 adalah 1,9: 1, untuk lucutan selama 6 detik 1,9: 1 dan untuk Iucutan selama 10 detik perbandingannya adalah 1,7 : 1. Atas dasar hasil perbandingan produk ozon dari kedua macam ozonizer yang masing-masing luasan tabung lucutannya dapat divariasi tersebut dapat ditunjukkan bahwa pada kondisi perlakuan durasi waktu lucutan yang sarna maka dengan adanya pelipatan luas bidang lucutan akan diperoleh produk ozon yang lebih besar yakni sebanding dengan pertambahan' luas bidang lucutannya. Ditunjukkan pada GambaI'll dan 12 bahwa durasi waktu lucutan yang paling optimum adalah selama 6 detik, dimana pada kedua tabung A dan B (saat digunakan luasan pemlllkaan lucutan maksimum dari kedua tabung) diperoleh prod uk ozon paling maksimum yakni masing-masing 0,040 mg/dt (naik menjadi 200%) dan 0,155 mg/dt (191 %) yang sebelumnya prod uk ozon cuma 0,020 mg/dt dan 0,081 mg/dt pad a luasan permukaan lucutan masing-masing 50%-nya. Hal ini bisa terjadi karena luas bidang lucutan yang Iebih besar maka jumlah dan penyebaran lucutan mikro akan


14

ISSN 0216 - 3128

lebih besar pula sehingga efisiensi proses terjadinya rekombinasi atom oksigen menjadi molekul ozon akan lebih besar dan produksi ozon pada ozonizer bertambah. Seperti telah dijelaskan oleh F. Bastein[8] bahwa produk ozon maksimum juga sebanding -dengan harga frequensi tegangan yang dipakai (f), tegangan kwadrat yang lewat celah lucutan (V), konstanta dielektrik (I:':) dan berbanding terbalik dengan ketebalan dielektrik (d). Namun dari hasil penelitian[9] ditunjukkan bahwa antara harga f dan V ada hu-bungan linearitas sehingga kalau harga f telah divariasi maka untuk harga V tidak perlu divariasi, sedang dalam penelitian ini harga dan d adalah konstan karena masih tetap digunakan dielektik dari bahan gelas dengan ukuran tebal yang sarna. Sehingga dalam hal ini yang berpengaruh terhadap produk ozon maksimum hanyalah tinggal parameter tegangan V yang digunakan. Diketahui bahwa harga V sendiri merupakan perkalian antara tekanan udara dalam tabung (p) dan lebar celah lucutan (g). Harga p yang digunakan dalam percobaan adalah tekanan atmosperik (3 atm) sehingga harganya adalah konstan, akhirnya satu-satunya parameter yang sangat berpengaruh terhadap produk ozon adalah harga g yang mana dalam percobaan ini telah dilakukan pemilihan harga g yang optimal (harga relatif konstan). Akhirnya dapat disimpulkan bahwa untuk memperoleh produk ozon maksimum, maka luasan permukaan tabung lucutan harus dibuat maksimum dan parameter jarak celah lucutan tentunya dipilihkan juga dengan harga yang optimum. I:':

KESIMPULAN Dari hasil percobaan dengan menggunakan gas masukan udara berkecapatan 2,50 Ipm pada tegangan lucut sebesar 25 kV dapat ditunjukkan bahwa besar produk ozon (dengan perlakuan durasi waktu lucutan) adalah berbanding lurus dengan luas tabung lucut yang digunakan yakni semakin besar luasan tabung lucut akan semakin besar pula prod uk ozon yang didapatkan. Pada durasi waktu lucutan optimum 6 detik untuk dua tabung lucutan yang berbeda produksi ozon naik menjadi 0,04 mg/dt (200%) dan 0,155 mg/dt (191%) kalau permukaan tabung lucutan juga diperluas menjadi dua kalinya. Jadi untuk memproduksi ozon secara maksimum hams diperlukan pula permukaan tabung lucut dengan luasan yang maksimum. Walau untuk tujuan tersebut harga parameter daya tegangan tinggi serta kecepatan alir udara masukan yang digunakan tidah berubah, namun sebaiknya jarak celah lucutan hams dipilihkan harga yang optimum.

Agus Purwadi, dkk.

UCAP AN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada para teknisi di Bidang: Elektro Mekanik, Akselerator dan Tekno-Fisikokirnia, atas bantuan tenaganya selama dalam pembuatan alat ozonizer, sampel larutan penyerap hingga sampai analisa sampel hasil percobaan. Kepada Bagpro. Litbang Teknologi Maju dan Pemanfaatan Reaktor Kartini TA. 2002 atas bantuan dananya sehingga penelitian ini bisa diselesaikan, penulis juga mengucapkan terima kasih.

PUST AKA 1. A Service From The Canadian Center For Occupational Health And Safety (CCOHS), Basic Information On Ozone, February 19 ( 1999). 2. E. MARODE, "The Mechanism Of The Spark Breakdown In Air At Atmospheric Pressure Between A Positive And A Plane", Journal Applied Physics, 46, pg 2005-2020 (1975). 3. B. ELiASSON et aI., "Ozone Synthesis From Oxygen In Dielectric Barrier Discharge", Brown Boveri Research Center, CH-5405 Baden, Switzerland, J, Phys D. : Applied Phys 20(1987) 1421-1437,3 Nov. (1986). 4. WONG, C.S., "Laser and Plasma Technology", Proceedings Of First Tropical Colle-ge On Applied Physics, p.245-251, Physics Department, Univ. Of Malaya (1983). 5. ULRICH KOGELSCHA TZ, Industrial Ozone Production, ABB Corporate Research Ltd, Baden, Switzerland, (1999). 6. AGUS PUR WAD!, dkk., "Pembentukan dan Pengukuran Produk Ozon Pada Ozonizer Plasma", Prosiding PPI Litdas Iptek Nuklir P3TM-Batan Yogyakarta, 7-8 Agustus (2001). 7. SOOK YEN W., Construction and Studies of A Plasma Ozonizer, Ph. D. Thesis, Department of Physics, University of Malaya, Malaysia (1996) .• 8. F. BASTEIN et aI., The Determination Of Basic Quantities During Glow To Transition In A Positive Point To Plane Discharge, Journal Physics D : Application Physics, 12, pg 249263.( 1979). 9. AGUS PURWADI, dkk., "Pencntuan Produk Ozon Optimum Pada Ozonizer Plasma", Prosiding PPI Litdas Iptck Nuklir P3TM-Batan Yogyakarta, 27 Juni (2002).


.....•..•

AgllS PllrlVadi,

dkk.

15

ISSN 0216 - 3128

Suheryanto

TANYAJAWAB Faris Firdaus

Mengapa pengukuran larutan 12 dengan spektrometer menggunakan panjang gelombang dengan intensitas serapan yang rendah (bukan serapan maksimum).

Apakah treatment inlet (udara ) menjadi ozon. Apa pengaruh external se\ain luapan tabung pe\ucutan misalnya gas lain selain Oz di udara; Nz, HzO dan sebagainya. Agus Purwadi Udara 20% lIlengandl/llg oksigen (III/tllk dijlldikall o::on) sehcll/lllnya dihl/at l/dara kering agar efisiellSin)'a lehih besar. Parameter eksternal lain yang mempellgaruhi eJisiensi selaill IIdara (harl/s dikeringkan). jarak celah Il/cl/tan hahan dan jl/ga komponen-kolllponel/ seperri elektroda/dielektrik yang diglil/(/kan.

Agus Purwadi Karena panjang gelombang (352 nm) dalam penelitian ini telah merupakan panjang gelombang UV yang optimum 1II1tukkonsentrasi larutan pellyerap yallg digullakall . Sri Mulyono Sebaiknya kecepatan lucutan.

antara dicari pula hubungan pemasukan udara dengan bidang

Agus Purwadi Terillla-kasih. saral/ akan IInlllk pel/elitiall selal/jlltnya.

kami


coha

DAMPAK VARIASI LUAS TABUNG LUCUTAN OZONIZER TERHADAP PROD UK OZON

Recommend Documents