PROSIDING SEMINAR NASIONAL. Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri Ke-20 ISBN:

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri Ke-20 ISBN: 978-602-70455-0-7 Kantor Pusat Fakultas Teknik UGM Yogyakarta, 23 Mei 2014

Pusat Studi Ilmu Teknik Jurusan Teknik Mesin dan Industri Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 20

Mitra Bestari: 1. Prof. Dr. Ir. Soeprijanto, MSc 2. Dr. Dwi Aries Himawanto, ST, MT 3. Dr. Ir. Eflita Yahana, MT 4. Prof. Dr. Ing. Ir. Harwin Saptoadi, MSE 5. Prof. Dr. Ir. Rochmadi, SU 6. Dr. Ir. I Made Suardjaja, MSc, PhD 7. Dr. Ir. Hary Sulistyo, SU 8. Dr. Ir. Sarto, MSc 9. Dr. M. Noer Ilman, ST, MSc 10. Dr. M.K. Herliansyah, ST, MT

(FTI ITS) (FT UNS) (FT UNDIP) (FT UGM) (FT UGM) (FT UGM) (FT UGM) (FT UGM) (FT UGM) (FT UGM)

Editor: 1. 2. 3. 4.

Dr. Ir. Joko Waluyo, MT Dr. Ir. Aswati Mindaryani, MSc Ir. Suprihastuti SR, MSc Dr. Ir. Rini Dharmastiti, MSc

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 20 © 2014, Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Pusat Studi Ilmu Teknik, Universitas Gadjah Mada – Yogyakarta ISBN : 978-602-70455-0-7 Alamat : Pusat Studi Ilmu Teknik UGM Jl. Teknika Utara, Barek, Kampus UGM, Yogyakarta 55281 Telpon : (0274) 565834, 902287 Fax : (0274) 565834 E-mail : [email protected]

ISBN : 978-602-70455-0-7

| ii


KATA PENGANTAR Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri yang ke 20 yang dilaksanakan tanggal 23 Mei 2014, bertempat di Kantor Pusat Fakultas Teknik UGM merupakan seminar rutin yang diselenggarakan oleh Pusat Studi Ilmu Teknik (PSIT) Universitas Gadjah Mada. Seminar ini terlaksana atas kerjasama antara PSIT UGM dengan Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Jurusan Teknik Kimia dan Fakultas Teknik UGM. Seminar nasional ini merupakan forum diskusi dan pertukaran informasi bagi para peneliti, praktisi di bidang industri dan diharapkan dapat menghasilkan interaksi yang sinergis antara akademisi dan praktisi sehingga dapat mempercepat peningkatan laju perkembangan industri nasional. Dalam seminar ini telah disampaikan 42 makalah yang terbagi dalam sub topik : Bahan Teknik dan Mekanika Bahan, Perpindahan Kalor dan Massa, Teknik Reaksi dan Teknik Pembakaran, Kendali Proses, Mekanika Fluida, Pengolahan Limbah Industri dan Lingkungan, Teknik Industri serta Maintenance Peralatan Industri. Prosiding seminar ini diharapkan dapat memberikan informasi perkembangan mutakhir dalam bidang riset dan teknologi di bidang industri di Indonesia. Panitia telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyusun semua makalah dalam bentuk prosiding yang representatif, namun masukan dan kritik dari para pembaca masih sangat diharapkan. Seminar ini dapat terlaksana dengan lancar berkat partisipasi dan bantuan dari berbagai pihak. Panitia mengucapkan terima kasih kepada para sponsor, para pemakalah, para peserta serta semua pihak yang telah membantu penyelenggaraan acara seminar.

Yogyakarta, 23 Juni 2014 Panitia Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 20

ISBN : 978-602-70455-0-7

| iii


DAFTAR ISI Kata Pengantar Daftar Isi

iii v

BAHAN TEKNIK - MEKANIKA BAHAN 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11

12

13

Kekuatan Bending Komposit Tambal Gigi Komersial Yang Direndam Pada Media Saliva Buatan dan Coca-Cola ® Al Ichlas Imran dan Kusmono Kekuatan Tarik dan Tekan Komposit Laminat Hibrid AluminiumFiberglass-Bambu Galing Kalapaksi, Paryanto Dwi Setyawan, Sugiman, Agus Dwi Catur, M. Faruq Ramadhani Pengaruh Kekasaran Permukaan 316L Dan Beban Terhadap Sifat Keausan Ultra High Molecular Polyethelene (UHMWPE) Untuk Sendi Lutut Tiruan Iman Saefuloh, Rini Dharmastiti Pengaruh Penambahan TiO2 dan MgO Terhadap Mikrostruktur dan Sifat Mekanis Komposit Keramik Alumina Jarot Raharjo, Sri Rahayu, Tika Mustika dan Yelvia Deni Simulasi Tegangan pada Konstruksi Perpipaan Bawah Tanah Berbasis Code ASME B31.8 Joko Waluyo dan Tri Imam Prastiyo Perancangan Bejana Tekan Vertikal Berbasis Code ASME VIII Divisi 1(Studi Kasus Separator Unit Karaha PT. Pertamina Geothermal Energy) Jundan Rais Fathoni, Joko Waluyo,, dan Rachmat Sriwijaya Simulasi Pembebanan Eksentrik Pada Nozzle Dengan Basis WRC 107 (Studi Kasus Separator Unit Karaha PT. Pertamina Geothermal Energy) Jundan Rais Fathoni, Joko Waluyo,, dan Rachmat Sriwijaya Pengaruh Kromium dan Perlakuan Panas pada Baja Fe-Ni-Cr terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro Meilinda Nurbanasari, Dodi Mulyadi Analisa Kegagalan pada Super Critical Boiler Tube Meilinda Nurbanasari dan Abdurachim Evaluasi dan Perkiraan Sisa Umur Pakai Material Economizer Boiler Muji Prihajatno, M.N. Ilman, Kusmono Sifat Mekanik Dan Water Absorption Komposit Hybrid Serat Sisal / Serat Baja Dengan Filler Abu Sekam Padi Bermatrik Epoxy Nasmi Herlina Sari, Herga Prasetio, Agus Dwi Catur, Paryanto Dwi Setyawan Analisis Ketangguhan Paduan Fe-7,5Al-25Mn Pada Temperatur Transisi Ratna Kartikasari, Sutrisna dan Wisnu Widya Asmara Pengaruh Variasi Putaran Pada proses FSW Terhadap Sifat Mekanik dan Korosi Sambungan Las Dissimilar AA 5083-AA 6061-T6 Riswanda, Sckolastika Ninien H

ISBN : 978-602-70455-0-7

BT-MB – 1

BT-MB – 7

BT-MB – 13

BT-MB – 19

BT-MB – 25

BT-MB – 31

BT-MB – 37

BT-MB – 43

BT-MB – 49 BT-MB – 55 BT-MB – 61

BT-MB – 67

BT-MB – 73

|v


14 Pengaruh Kecepatan Gerak Pemanas Radiasi dan Perbandingan Volume Bahan Baku Komposit Terhadap Ikatan Partikel Hasil Proses Indirect Layer Manufacturing Suryo Darmo, Alva Edy Tontowi, Suyitno, Muslim Mahardika 15 Perancangan Mesin Granulasi Pupuk Organik Tito Shantika, Rija Sudirja, Eso Solihin 16 Investigasi Kekuatan Bending Komposit Laminat Aluminium– Fiberglass–Bambu Umar Zaen, Sugiman, Paryanto Dwi Setyawan 17 Karakterisasi Mekanis Dan Fisis Lapisan Diamond Like Carbon (DLC) yang Dilapiskan dengan Teknik Plasma CVD pada Permukaan Baja Tahan Karat AISI 410 Viktor Malau, Soekrisno, Mangiring Lontas 18 Pengaruh Durasi Ball Mill Terhadap Kandungan Besi Oksida Dari Pasir Besi Wendy Efendi dan Suyitno 19 Pengaruh Filler Serat Alam Terhadap Karakteristik Mekanik “PAKOPLAS” (Papan Komposit Plastik AL-PE Bekas) Yusril Irwan, Wahyu Sulistyo, Febby Zidnni 20 Karakteristik Laju Perambatan Retak Fatik Velq Paduan Aluminium A356 Hasil Centrifugal Casting Putaran 350 RPM dengan Perlakuan Panas T6 Priyo Tri Iswanto

BT-MB – 79

BT-MB – 89 BT-MB – 95

BT-MB – 101

BT-MB – 111

BT-MB – 117

BT-MB – 123

KENDALI PROSES 1

Assessment Multi Cylinder Dryer Mesin Kertas untuk Produksi Kertas Tulis Cetak dengan Sizing Trismawati

KP – 1

MEKANIKA FLUIDA 1

2

3

4

5

The Implementation of Image Processing Technique on the Study of Pipe Diameter Effects for Horizontal Co-current Air-Water Plug TwoPhase Flow Akmal Irfan Majid, Bilhan Hartarto, Okto Dinaryanto, Deendarlianto, Indarto Hambatan Gelombang Kapal Selam Tanpa Awak (ROV) Pada Berbagai Kondisi Pengoperasian Ardi Nugroho Yulianto, Aries Sulisetyono Analytical Investigation by Using the Two-Fluid-Model to Study the Interfacial Behavior of Air-Water Horizontal Stratified Flow Hadiyan Yusuf Kuntoro, Deendarlianto, Indarto Rancang Bangun Mesin Pengukur Laju Aliran Dan Pengambil Sampel Air Limbah Domestik Berbasis PLC* Imam Maolana Studi Eksperimental Pengaruh Debit dan Putaran Terhadap Kinerja Rotating Filter Yang Menggunakan Filter Keramik Prajitno, Agung

ISBN : 978-602-70455-0-7

MF – 1

MF – 7

MF – 13

MF – 19

MF - 25

| vi


PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI DAN LINGKUNGAN 1

2

Pemanfaatan Krom Sulfat Daur Ulang Sebagai Bahan Baku Penyamakan Kulit di Sukaregang M. Dzikron A.M., Aswardi Nasution, Rosad Ma’ali El Hadi Pemanfaatan Karbon Bekas Baterai Sebagai Katoda Pada Proses Pengolahan Air Limbah Industri Menjadi Air Minum Secara Elektrokoagulasi Sutanto dan Danang Widjajanto

PL – 1

PL – 7

PERPINDAHAN KALOR DAN MASSA 1

2

3

4

Analisis Kuantitas Efek Refrigerasi Dan Daya Kompresor pada Air Cooled Water Chiller System Yang Menggunakan Accumulator Heat Exchanger Ega Taqwali Berman, Haipan Salam dan Mutaufiq Analisis Kondisi Aktual Water Chiller Untuk Pendinginan Produk Bahan Peledak Ega Taqwali Berman, Andriana Johari, dan Mutaufiq Metode Shorcut Fenske-Underwood-Gilliland (FUG) Termodifikasi Untuk Perancangan Kolom Distilasi Pada Destilasi Campuran Azeotrop Terner Heru Enggar Triantoro Peningkatan Perpindahan Panas Turbulen Dalam Penukar Kalor Pipa Konsentrik Dengan Alternate Clockwise and Counter-Clockwise Twisted Tape Inserts Indri Yaningsih, Tri Istanto

PKM – 1

PKM – 7

PKM – 13

PKM – 21

TEKNIK INDUSTRI 1

2

3

4

5 6

Pengembangan Instrumen Pengukuran Iklim Keselamatan Pada Organisasi Kesehatan di Indonesia Chalis Fajri Hasibuan, Rini Dharmastiti Desain dan Pembuatan Sepeda Tandem Roda Tiga dengan Tinjauan Utilitas, Kinestetik dan Visual Faisal Arif Nurgesang, Mohammad Faizun dan Risdiyono Analisis Pengendalian Persediaan Coil dengan Menggunakan Metode Min-Max (Studi Kasus pada PT. Kerismas Witicko Makmur Bitung) Isak Pansiang, Karunia Agung Mahardini dan Marsella Kornelis Penjadwalan Mesin Paralel Non Identik Dengan Menggunakan Metode Heuristik Karunia Agung Mahardini Perancangan dan Pengembangan Basis Data pada Industri Jasa Medis Marsella Kornelis Penentuan Maksimal dan Minimum Stok Yang Optimum Pada Sistem Persediaan Probabilistik dan Multi item Ridho Budi Juniarso dan Slamet Setio Wigati

ISBN : 978-602-70455-0-7

TI – 1

TI – 7

TI – 13

TI – 17

TI – 23 TI – 27

| vii


TEKNIK REAKSI DAN TEKNIK PEMBAKARAN 1

2

3

Studi Pertumbuhan Partikel 1Yb10ScSZ Pada Metode Sol-Gel dan Presipitasi Oka P. Arjasa, Jarot Raharjo, Agustanhakri, Dewi K. Arti Beberapa Aspek Kinetika dari Reaksi Dekomposisi Metana dalam Reaktor DBD Plasma Berkonfigurasi Aliran Tiga-Lewatan (Three-Pass Flow) Setijo Bismo, Widiatmini S. Winanti, Rizki F. Darmayanti Pengaruh Aktivasi Kimia dan Fisika pada Pembuatan Karbon Aktif Berbahan Baku Sekam Padi Yuliusman, Rahadhian Adhitya Gangga

TR-TP – 1

TR-TP – 9

TR-TP – 15

MAINTENANCE PERALATAN INDUSTRI 1

Penentuan Waktu Optimum Penggantian Bearing pada Mesin Rotogravure Printing Gede Ari Pemayun dan Slamet Setio Wigati

ISBN : 978-602-70455-0-7

MPI – 1

| viii

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 20 TEKNIK REAKSI DAN TEKNIK PEMBAKARAN

Beberapa Aspek Kinetika dari Reaksi Dekomposisi Metana dalam Reaktor DBD Plasma Berkonfigurasi Aliran Tiga-Lewatan (Three-Pass Flow) Setijo Bismo*, Widiatmini S. Winanti, Rizki F. Darmayanti Departemen Teknik Kimia – Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus Baru Universitas Indonesia – Pondok Cina, Depok 16424 Email : [email protected] Intisari Penelitian ini diititikberatkan pada kajian beberapa aspek kinetika yang spesifik dari reaksi dekomposisi gas metana dalam uji kinerja 3 buah reaktor plasma dingin (NTP, Non Thermal Plasma) dengan diameter serupa namun dengan volume berbeda (27,7 mL; 55,5 mL; dan 83,1 mL) yang dirancang sendiri di Departemen Teknik Kimia FTUI. Ketiga reaktor hasil rancangan tersebut diberi nama RPDTL (Reaktor Plasma Dingin Tiga Lewatan), yaitu jenis reaktor plasma DBD (Dielectric Barrier Discharge), yang elektroda-elektrodanya tersusun secara koaksial dan di antara keduanya dipisahkan oleh gelas kuarsa. Elektroda-elektroda reaktor DBD ini dibuat dari bahan elektroda stainless steel SS-304. Reaktor Plasma NTP ini dirancang dengan konfigurasi arus umpan berbentuk tiga-lewatan (three-pass flow). Reaksi berlangsung pada tekanan atmosfer dan laju alir umpan yang digunakan adalah sebesar 250 mL/menit. Konversi metana semakin stabil pada volume reaktor yang besar dan tegangan yang rendah. Dekomposisi optimal diperoleh pada reaktor dengan volume 55,4 cc dan tegangan sebesar 9,5 kV. Dari penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa laju reaksi dipengaruhi secara dominan oleh tegangan sekunder transformator pembangkitan plasma di dalam reaktor, sebesar 9,5 kV, yang memberikan laju reaksi terbesar, sebagai pengaruh langsung dari waktu tinggal. Laju reaksi tersebut tidak dapat dimodelkan dengan pendekatan reaksi elementer. Kata kunci: dekomposisi metana, reaktor plasma, Dielectric Barrier Discharge, kinetika

Pendahuluan Secara umum, terdapat tiga pendekatan untuk mengkonversi metana menjadi rantai hidrokarbon yang lebih panjang melalui proses dengan temperatur tinggi, yaitu: (a) oksidasi metana secara langsung (OMC, Oxidative Methane Conversion), (b). proses konversi dengan reaksi FischerTropsch dengan bahan baku gas sintesis, dan (c). konversi metana non-oksidatif (Gradassi and Green, 1995). Dalam beberapa dekade terakhir, banyak peneliti menekuni proses yang melibatkan oksigen, baik secara tidak langsung melalui skema reaksi Fischer-Tropsch maupun secara langsung melalui proses OMC (Bell, 1984). Konversi metana tanpa oksigen hanya dipelajari oleh sedikit peneliti, sehingga tidak banyak dikembangkan lebih lanjut. Kekurangan dari OMC adalah rendahnya selektivitas C 2+. Hal ini disebabkan terjadinya oksidasi metana dalam jumlah yang cukup besar menjadi CO dan CO 2. Di sisi lain, konversi metana oksidatif telah banyak dilakukan oleh beberapa peneliti terdahulu dengan menggunakan gas campuran CH4/CO2 dalam reaktor plasma (Chae, et. al., 2000; Istadi and Amin, 2007; Kim, et. al., 2009). Produk utama yang diperoleh adalah C 2+ dan gas sintesis. CO2 digunakan dengan tujuan utama mengurangi gas rumah kaca. Kestabilan CO2 membuat konversi secara termal sangat tidak menguntungkan. Konversi secara termal masih kecil dan baru terjadi di atas 800 ºC. Konversi metana non-oksidatif dengan plasma memberikan selektivitas produk C2+ yang tinggi (Indarto, et. al., 2006 and Yang, 2003). Kehadiran plasma berperan dalam meningkatkan aktivitas elektron di sekeliling atom. Proses konversi metana dalam penelitian ini difokuskan pada konversi metana tanpa oksigen untuk menjaga selektivitas C2+ yang tinggi. Kehadiran medan plasma berperan dalam meningkatkan aktivitas elektron karena adanya fenomena eksitasi (oleh plasma) sehingga diharapkan dapat meningkatkan konversi metana dan perolehan C2+. Optimisasi proses konversi metana non-oksidatif dengan plasma memerlukan penjelasan lebih rinci mengenai reaksi fasa gas yang terjadi dalam zona plasma beserta kinetikanya. Di samping itu juga, kelebihan plasma non-termal nonequilibrium adalah suhunya dapat mencapai nilai yang tidak terlalu tinggi dan diiringi dengan munculnya banyak jenis spesies aktif di dalamnya dalam jumlah yang besar (Zhukov, 1990; Ardelyan, 2008).

ISBN : 978-602-70455-0-7

|TR-TP - 9

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 20 TEKNIK REAKSI DAN TEKNIK PEMBAKARAN Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai uji awal dari kinerja Reaktor Plasma Dingin Tiga Lewatan untuk dekomposisi gas metana, sekaligus juga mengetahui kesesuaian pendekatan reaksi elementer untuk model kinetika reaksi dekomposisinya. Uji kinerja juga dilakukan untuk mengetahui stabilitas dan efek parameter. Metodologi Penelitian ini difokuskan pada kajian beberapa aspek kinetika yang spesifik dari reaksi dekomposisi gas metana untuk uji kinerja 3 buah reaktor plasma dingin (NTP, Non Thermal Plasma) non-equilibrium dengan diameter serupa namun volum berbeda (27,7 mL; 55,5 mL; dan 83,1 mL) yang dirancang sendiri di Departemen Teknik Kimia FTUI, Depok. Ketiga reaktor hasil rancangan tersebut disebut RPDTL (Reaktor Plasma Dingin Tiga Lewatan), yaitu jenis reaktor plasma DBD (Dielectric Barrier Discharge), yang elektroda-elektrodanya disusun secara koaksial dan di antara keduanya dipisahkan oleh gelas kuarsa (quartz). Ketiga reaktor tersebut dirancang sebagai reaktor plasma dengan konfigurasi arus umpan berbentuk tiga-lewatan (three-pass flow), karena gas umpan berfungsi juga sebagai pendingin elektroda luar pada lewatan pertama, dan kemudian mendinginkan pula elektroda dalam dengan cara memasuki bagian dalamnya, sebelum memasuki zona reaksi plasma (sejenis corona discharge) pada lewatan ketiga sekaligus dikeluarkan sebagai produk gas. Skematis dari instalasi peralatan, untuk ketiga macam (panjang) reaktor plasma DBD yang dimaksud adalah seperti di bawah ini.

(1) sumber listrik; (2) saklar; (3) amperemeter; (4) voltmeter; (5) plasmatron; (6) GC-TCD; (7) reaktor plasma (DBD); (8) gas metana

Gambar 1. Rangkaian Sistem Reaktor dan Peralatan

Elektrode luar yang berbentuk jala, sebagai elektrode tegangan tinggi, dibuat dari bahan SS-304, 60 mesh. Elektroda dalam berbentuk batang, merupakan elektrode tegangan tinggi yang dibuat dari bahan SS-316 dengan diameter luar 6,35 mm dan diameter dalam 3,35 mm. Dielektrik dibuat dari bahan gelas atau kaca kuarsa dengan diameter 12 mm dan tebal 1 mm. Zona efektif terdapat pada celah lucutan (discharge gap) antara batang elektroda dan dielektrik. Reaksi dekomposisi gas CH4 dilakukan dengan cara mengumpankan gas metana pada pada suhu dan tekanan ambien, serta laju alir umpan sebesar 250 mL/menit (ambien), yang diukur dengan mass-flow controller dan dikalibrasi dengan kolom bubble soap. Gas produk atau keluaran reaktor diukur komposisinya dengan GC TCD Shimadzu GC–8A. Data yang diperoleh kemudian disesuaikan dengan model skema reaksi elementer orde 0 – 4. Listrik yang digunakan adalah arus bolak-balik (AC, Alternating Current) dari PLN dengan frekuensi 50 Hz. Plasmatron yang digunakan adalah dari jenis NST (Neon Sign Transformer), sejenis trafo tegangan tinggi yang memiliki tegangan sekunder sebesar 15 kV pada tegangan primer trafo sebesar 238 volt. Untuk uji kinerja ketiga reaktor-reaktor plasma yang dirancang, tegangan primer trafo plasmatron divariasikan antara 90 sampai 155 volt sehingga diperoleh tegangan sekunder sebesar 5,5 sampai 9,5 kV. Tegangan primer pada trafo plasmatron tersebut diukur menggunakan voltmeter AC dan arus yang melewati primer trafo tersebut diukur menggunakan amperemeter. ISBN : 978-602-70455-0-7

|TR-TP - 10

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 20 TEKNIK REAKSI DAN TEKNIK PEMBAKARAN Hasil dan Pembahasan Beberapa hasil terpenting yang diperoleh dari penelitian ini adalah berhubungan dengan: (a). kinerja konversi di setiap reaktor plasma DBD yang digunakan; (b). pengaruh ukuran reaktor (panjang atau volume) terhadap kinerja konversi; dan (c) analisis tentang laju reaksi dekomposisi metana dalam reaktor. Deskripsi dari berbagai hasil pengukuran, perhitungan dan analisis tersebut disajikan pada paragraf-paragraf di bawah ini. 1. Pengaruh Waktu Operasi Reaktor terhadap Konversi Metana

Gambar 2. Hubungan waktu dan tegangan terhadap konversi metana pada reaktor 83,1 mL

Gambar 3. Hubungan waktu dan tegangan terhadap konversi metana pada reaktor 55,4 mL

Gambar 2 di atas menunjukkan bahwa reaktor plasma DBD dengan 83,1 mL menghasilkan konversi yang relatif cukup stabil, walaupun pada tegangan 8,1 kV dan 9,5 kV terjadi sedikit fluktuasi di menit-menit akhir. Sedangkan pada Gambar 3 di sebelah kanannya, dapat dilihat bahwa reaktor dengan volume 55,4 mL memiliki profil konversi gas metana yang tidak stabil, seperti terlihat dari adanya fenomena reaktor yang memerlukan waktu untuk menstabilkan arus. Namun demikian, pada tegangan sekunder trafo plasmatron sebesar 5,5 dan 6,8 kV, tampak bahwa konversi relatif stabil di awalnya dan cenderung meningkat di akhirnya. Pada tegangan ini, arus listrik yang diaplikasi pada plasmatron (untuk membangkitkan plasma di dalam reaktor) dapat dikatakan relatif lebih kecil bila dibandingkan dengan arus listrik yang digunakan oleh reaktor yang lebih besar (83,1 mL), sehingga tampaknya dalam hal ini dibutuhkan waktu untuk mencapai arus puncak yang mencukupi untuk memberikan peningkatan pada konversi metana. Fenomena yang sama juga terjadi pada reaktor dengan volume 27,7 mL. Pada Gambar 4 di bawah ini, terjadi fluktuasi konversi metana yang cukup besar pada aplikasi tegangan sekunder plasmatron sebesar 8,1 dan 9,5 kV. Dalam pengoperasian reaktor terkecil ini, terlihat bahwa aplikasi tegangan besar dapat menimbulkan konsumsi arus listrik yang lebih besar pula, sedemikian rupa sehingga plasma non-equilibrium akan menghasilkan radikal-radikal tereksitasi yang lebih beragam dan selanjutnya dapat mengakibatkan fluktuasi pada konversi metana. Tampaknya, fenomena ini pula yang mengakibatkan terjadinya fluktuasi konversi pada aplikasi tegangan-tinggi untuk reaktor-reaktor plasma dengan volume 83,1 mL dan 55,4 mL. Selanjutnya, pada Tabel I di bawah ini adalah hasil regresi linier untuk aplikasi tegangantegangan tinggi dan kelandaian (kemiringan) yang dihasilkan pada ketiga reaktor plasma yang diuji kinerjanya sesuai dengan hasil yang ditampilkan pada gambar-gambar 2, 3, dan 4. Dari regresi linier tersebut, semakin besar kemiringan yang terjadi maka akan semakin kecil nilai R2 yang dihasilkan (melalui regresi linier), yang berarti pula bahwa semakin tidak stabil proses dekomposisi metana yang terjadi.

ISBN : 978-602-70455-0-7

|TR-TP - 11


Gambar 4. Hubungan waktu dan tegangan terhadap konversi metana pada reaktor 27,7 mL Tabel I. Regresi Linier untuk pengaruh waktu terhadap dekomposisi metana Reaktor (mL) 83,1

55,4

27,7

Tegangan (kV)

Kemiringan

R2

5,5 6,8 8,1 9,5 5,5 6,8 8,1 9,5 5,5 6,8 8,1 9,5

0,0003 0,0008 0,001 0,001 0,002 -0,001 -0,001 -0,003 0,0004 -0,00004 -0,0008 -0,001

0,664 0,666 0,486 0,602 0,247 0,382 0,394 0,241 0,599 0,001 0,099 0,156

2. Pengaruh Tegangan Sekunter Trafo Plasmatron terhadap Konversi Metana Berdasarkan grafik pada Gambar 5 di bawah ini, secara umum, tampak bahwa semakin tinggi tegangan yang diaplikasikan pada sekunder plasmatron maka secara langsung berakibat semakin besarnya jumlah metana yang terkonversi (Savadkouei, 2007). Semakin besar tegangan maka semakin besar energi yang diberikan kepada gas dan campurannya. Dalam hal ini, konversi metana sebanding (linier) terhadap aplikasi tegangan sekunder plasmatron untuk pembangkitan plasma pada reaktor. Peningkatan aplikasi tegangan pada sekunder trafo plasmatron ternyata memberikan dampak paling besar terhadap konversi metana pada reaktor dengan volume 55,4 mL. Hal ini dapat dilihat pada kemiringan garis yang paling besar. Sementara itu, dampak yang paling kecil terjadi pada aplikasi tegangan sekunder plasmatron untuk reaktor dengan volume 83,1 mL. Fenomena kecilnya konversi ini, rupanya selain akibat dari rendahnya daya yang diaplikasikan pada reaktor 83,1 mL (pada tegangan sekunder plasmatron yang sama), dapat juga diakibatkan oleh pengaruh waktu tinggal metana.

ISBN : 978-602-70455-0-7

|TR-TP - 12


Gambar 5. Hubungan tegangan sekunder Plasmatron terhadap konversi metana

Gambar 6. Hubungan panjang konversi metana

reaktor

terhadap

3. Pengaruh Panjang Reaktor terhadap Konversi Metana Pada tegangan rendah (pada tegangan sekunder trafo plasmatron sebesar 5,5 sampai 6,8 kV) munculnya plasma seperti pada Gambar 6 di atas, tampak cukup jelas bahwa secara umum semakin panjang reaktor maka akan terjadi konversi metana yang semakin tinggi. Pada tegangan rendah di mana energi yang ditransfer kepada gas juga relatif rendah, maka waktu tinggal gas dalam reaktor memiliki peranan yang besar. Waktu tinggal optimal diperoleh pada 13,3 detik, yaitu untuk reaktor plasma berukuran sedang (55,4 mL). Waktu tinggal 6,5 detik belum mencukupi untuk mencapai konversi optimal, sedangkan waktu tinggal 19,95 detik tampaknya terlalu panjang. Volume reaktor 83,1 mL menghasilkan konversi paling rendah, karena semakin panjang reaktor maka efek aliran gas sebagai pendingin akan menurun. Hal ini akan menghambat konversi metana secara non-oksidatif yang bersifat eksotermik. Terlalu lama berada dalam reaktor dengan suhu yang lebih tinggi akan menggeser reaksi ke arah endotermik dan produk yang diinginkan akan kembali menjadi metana. Faktor ini memiliki pengaruh cukup signifikan mengingat reaktor terpendek memiliki konversi lebih tinggi daripada reaktor terpanjang. Pada tegangan 8,1 kV dan 9,5 kV, hasilnya menunjukkan bentuk profil yang serupa, dengan volume reaktor optimal sebesar 55,4 mL. Namun, kali ini konversi terkecil dihasilkan oleh reaktor 27,7 mL. Tegangan tinggi juga mengakibatkan daya yang lebih tinggi. Meskipun reaktor terpanjang memiliki daya terrendah (pada tegangan tinggi), seperti terlihat pada Gambar 5, akan tetapi selisih daya yang diaplikasikan pada setiap reaktor tidaklah sebesar pada tegangan rendah. Hal ini berarti bahwa semakin panjang reaktor akan mengakibatkan reaksi dekomposisi metana akan lebih mudah terjadi. Dua di antara 4 mekanisme reaksi penggabungan metana yang menghasilkan etana dan etilena diusulkan oleh Wang, (2007), serta reaksi pembentukan asetilena seperti yang diusulkan oleh Indarto (2005) bersifat endotermik. Inilah yang menyebabkan konversi reaktor 83,1 mL lebih besar daripada reaktor 27,7 mL, walaupun konversi optimal tetap pada reaktor 55,4 mL. Walaupun waktu kontak pada plasma yang semakin lama, namun hal ini justru mendorong dihasilkannya lebih banyak molekul yang stabil daripada yang aktif. (De Bie, 2006). 4. Studi Laju Reaksi Dekomposisi Metana Meningkatnya tegangan plasam berarti akan meningkatkan suhu elektron lebih signifikan dibandingkan peningkatan suhu gas (Yamamoto, 2007). Dalam reaktor plasma secara umum, densitas dan mobilitas elektron merupakan faktor dominan yang menentukan konversi reaktan. Semakin tinggi suhu elektron, maka mobilitasnya akan semakin cepat dan frekuensi terjadinya tabrakan elektron (baik dengan spesi aktif maupun netral) akan semakin sering. Fenomena tersebut mempercepat terjadinya reaksi. Dari penelitian ini juga diketahui bahwa laju reaksi dekomposisi metana lebih besar dari laju reaksi formasi metana pada awalnya (6,65 sampai 13,3 detik) dan hal sebaliknya terjadi dengan semakin besarnya waktu reaksi (di atas 13,3 detik). Dengan metode linearisasi pangkat sederhana ISBN : 978-602-70455-0-7

|TR-TP - 13

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 20 TEKNIK REAKSI DAN TEKNIK PEMBAKARAN (simple power law), ditentukan kecenderungan orde reaksi yang berlangsung seperti senarai pada Tabel II berikut ini. Tabel II. Kesesuaian Pangkat Sederhana Melalui Metode Linearisasi Tegangan (kV)

5,5

6,8

8,1

9,5

R2 orde 0

0.7125

0.05769

0.00835

0.1030

2

0.7124

0.05707

0.00821

0.1006

2

0.7123

0.05645

0.00808

0.0982

2

0.7121

0.05584

0.00794

0.0959

2

0.7120

0.05523

0.00781

0.0936

R orde 1 R orde 2 R orde 3 R orde 4

Dari seluruh kondisi operasi yang dilakukan, ternyata semua memberikan kecenderungan yang sama. Analisis nilai R2 menunjukkan bahwa studi kinetika awal dengan pendekatan reaksi elementer ini belum dapat mewakili. Plot kurva linier masing-masing orde nol sampai empat tidak mengarahkan pada model kinetika yang diharapkan. Diperkirakan terjadi reaksi kompleks yang terdiri dari berbagai reaksi elementer yang melibatkan banyak radikal dengan mekanisme yang kompleks pula. Dalam reaktor plasma, hal ini dapat terjadi karena energi plasma sangat tinggi sehingga ketidaksetimbangan spesi aktif dalam plasma menjadi faktor yang membuat jumlah molekul stabil menjadi menurun. Densitas elektron yang dihasilkan oleh medan listrik memberikan pengaruh yang lebih besar daripada konsentrasi reaktan. Seluruh spesi radikal yang merupakan zat antara dalam reaksi dekomposisi metana terbentuk akibat tumbukan dari elektron. Oleh karena itu, densitas elektron yang dihasilkan oleh medan listrik memberikan pengaruh yang besar. Kesimpulan Dari studi ini, beberapa hal penting yang dapat disimpulkan untuk dapat digunakan pada penelitian-penelitian selanjutnya adalah sebegai berikut: - Stabilitas proses dekomposisi metana semakin meningkat dengan meningkatnya panjang reaktor dan menurun dengan meningkatnya tegangan. - Peningkatan tegangan reaktor menghasilkan peningkatan dekomposisi metana. - Dekomposisi optimal diperoleh pada reaktor 55,4 mL tegangan 9,5 kVAC frekuensi 50 Hz. - Model kinetika reaksi elementer tidak sesuai untuk kinetika dekomposisi metana dalam reaktor yang digunakan. Daftar Pustaka Ardelyan, N. V., 2008, 5th International Workshop and Exhibition on Plasma Assisted Combustion (IWEPAC), Virginia, USA. De Bie, C., Martens, T., van Dijk, J., Paulussen, S., Verheyde, B., Corthals, S. and Bogaerts, A., 2011, Plasma Sources Sci. Technol., 20, 2. Gradassi, M. J. and Green, N. W., 1995, Fuel Process. Technol., 42, 65–83. Indarto, A., Choi, J. W., Lee, H., Song, H. K., 2005, J. Nat. Gas Chem., 14, 13 – 21. Indarto, A., Choi, J. W., Lee, H., Song, H. K., 2006, J. Nat. Gas Chem., 15, 87–92. Savadkouei, H., Seyed Matin, N., Jalili, A. H., Ahmadi, R., Khodagholi, M., Bozorgzadeh, H.R., 2007, 28th Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG), Prague, Czech Republic, 212 – 215. Wang, B., Guo, S., Cui, J., J. Mat., 2007, China, 313 – 316 Yamamoto, T. and Okubo, 2007, Jpn. J. Appl. Phys., 48, 186-192. Yang, Y., 2003, Plasma Chemistry and Plasma Process, 23. Zhukov, M.F., 1990, Plasma Jets in the Development of New Materials Technology, Nauka Publishers, Moscow.

ISBN : 978-602-70455-0-7

|TR-TP - 14

PROSIDING SEMINAR NASIONAL. Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri Ke-20 ISBN:

Recommend Documents