Agus Purwadi, dkk. ISSN 0216 - 3128 7

DAMPAK VARIASI LUAS TABUNG LUCUTAN OZONIZERTERHADAP PROD UK OZON

Agus Purwadi, Widdi Usada, Suryadi, Isyuniarto dan Sri SukmajayaPuslitbang 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 waktulucutan optimwn. Percobaan menggunakan 2 unit ozonizer lucutan senyap dengan luas tabllllg lucutanberbeda dan masing-masing memp'lllyai dua saluran lucutan yang identik. Masing-masing ozonizer plasmaterbuat dari balran tabung stainless steel sebagai katoda, tabll1lg alluminil/m sebagai anoda dan tabl/nggelas sebagai dielektrik. Pengukurun produk OZOIldilukukall dellgall metode absorbsi yaklli dellgall carapellyerapan tenaga sillar UV olelr larlllall pellyerap seialljlllnya sampel dianalisa dellgall alat.spektroll/eierHP 8452A. Dari Irasil percobaall dellgall mellggllllakall gas masukall udara berkecepatan 2')O-Ipm padategallgan lucut sebesar 25 kV ditl/lljukkall balrwa besar produk OZOIldengall perlakuan durasi waktulucutan adalalr berballding lunls dengall luas tablmg lucut yang digll1wkall. Pada jangka waktu II/Clllalloptimum 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 011tire optimum disclrarge time duration. Tire experiment used two units of tire silellt disclrarge ozollizer witlrits disclrarge tube area is different alld eaclr of tlrem has two of the disclrarge challllel identically. Plasmaozonizers are made of tire cylinder of s/aillles.~ steel as a cathode, cylillder (!f alll/millium as all allode alldcylillder of glass as the dielectric. A./ea.wremellt of the ozolle product was carried out by usillg absorbtifmmetlrod 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 proportiollallOtire using of the disclrarge area. On tire optimum disclrarge duratioll of 6 seconds. tire OZOIlprodl/ctioll fortire botlr of differellt disclrarge tubes illcreased become 0,040 mgls (200%) alld 0.155 mgls (/91 %) afta thedischarge tube slujace area is larged twice re.\pectil·ely.

PENDAHULUAN

Aplikasi ozon dapat untuk mensterilkan sertamenghilangkan rasa dan bau yang tidak sedappada air, udara dan makanan sehingga akanmenjadi lebih sehat dan bersih untuk dikonsumsioleh makhluk hidup yang selalu membutuhkan.Ozon berkemampuan untuk membasmi semuamikroorganisma seperti bakteri, virus dan jamuryang 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 beberapamenit dicelupkan kedalam air terozonisasi makabakteri yang ada di pemmkaan akan mati, sehinggamakanan akan menjadi lebih aman dan awet untukdikonsumsi. Teknologi ozon sangat ramahlingkungan karena ozon sebclum atau setelahbereaksi dengan unsur lain akan selalumenghasilkan oksigen, sehingga juga seringdikatakan ozon merupakan kimia hijau dimasadepan. Ozon merl.lpakan gas triatomic allotrope

oksigen yang dapat terbentuk akibat adanyarekombinasi atom-atom oksigen. Ozon merupakangas yang hampir tak berwama dengan bau yangkhas sehingga dapat terdeteksi oleh indera ciumsampai dengan konsentrasi 0,01 ppm (part permillion). Konsentrasi ozon maksimum pada ruangterbuka adalah sekitar 0, I0 ppm, sedangkonsentrasi setinggi 1,00 ppm masih dapatdianggap tak berbahaya asal tidak terhirup ke dalamsaluran pemafasan hingga lebih dari 10 menit!I].Salah satu aplikasi dari teknologl plasma kimiaadalah pembuatan gas ozon dengan metoda lucutansenyap.

Lucutan senyap terdiri dari bcrbagai filamcnarus yang berlangsung dalam selang waktu periodetcgangan. Pada ll.lcutan tcrhalang diclcktrik denganudara pada tekanan atmosfer telahdidemonstrasikan olch Marode bahwa arus

mengalir dalam junl.lah besar dari lucutan-lucutanindividu[2J. Lucutan terhalang dalam udara atauoksigen pada tekanan atmosfer dibuat dalamjumlahsangat besar dari lucutan-Iucutan mikro yang

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

8 ISSN 0216 - 3128 Agus Purwadi, dkk.

terdistribusi secara acak, masing-masing lucutanmikro berlangsung hanya beberapa nano sekon danmencapai rapat arus 100-1000 A/cm2 da1am filamenberbentuk hampir silinder dengan jari-jari sekitar100 mikro meter (flm)[3]. Pada die1ektrik, 1ucutanmikro ini menyebar ke dalam permukaan lucutanyang dapat menutup luasan daerah yang lebih lebar.Masing-masing lucutan mikro terdiri dari arus tipisyang terang dan menyebar pada dielektrikmembentuk pola-po1a muatan; bentuk lingkaranatau bintang bergantung pada polaritas.

Runtuhan e1ektrik yang sempuma biasanyaberlangsung dalam nano sekon (ns), arus transpot1-100 ns dan reaksi kimia dapat berlangsung darinano sekon sampai sekon. Muatan yang terkumpulpada die1ektrik akan menimbulkan medan listrikdalam celah yang dapat mendesak lucutan mikro kearah yang berlawanan, sehingga akan timbulfilamen arus baru yang berasal dari titik lain padapermukaan dielektrik. Muatan yang tertransferadalah dalam orde 0,1-1,0 nC, terus mengalamitekanan sepanjang lintasannya di celah lucutansedang arus-arus puncak terukur dalam orde 0,1 A ­0,5 A[3]. Dengan menggunakan tambahan tegangandi antara ke dua elektroda maka runtuhan

terinduksi, medan di dalam celah melebihi medansusut Paschen. Tegangan Paschen adalah tegangankonstan terkecil yang diperlukan untuk mengawaliruntuhan di dalam celah. Kalau tegangan PaschenV dibagi dengan nd, medan susut Paschen E/ndapat diperoleh karena diketahui E = V/d.

Dengan memperbesar penyedia daya pelan­pelan maka lucutan mulai terjadi ketika medanruntuhan Paschen dicapai dan selanjutnya prosesmengembang dalam keadaan filamen arusteraktivasi. Filamen arus teraktivasi ini dianggapmencapai kondisi hampir stabil (quasi stational)')mendekati phase transien bara dengan rapat arusbeberapa kA/cm2, kerapatan elektron antara 1014_1015 cm-3 serta medan listrik mendekati harga kritisdimana kejadian proses ionisasi hampir sarnadengan proses tangkapan. Besamya diameterfilamen arus dan jangka waktu lucutan mikro yangterjadi bergantung pada jenis gas yang digunakandan besar tekanan. Keseluruhan arus mengalirdalam filamen dan terjadi penukaran tenaga antaraelektron yang dipercepat dengan atom dan ataumolekul dalam lucutan mikro. Elektron dan ion

yang bertenaga pada lucutan mikro akan menumbukpartikel atom, molekul, radikal dan partikel kimialainnya sehingga akan terjadi pembentukanberbagai proses hasil tumbukan seperti ionisasi,eksitasi, hamburan elastis, disosiasi, ionisasidisosiativ, tangkapan disosiativ, rekombinasi,pertukaran muatan ataupun juga terjadi reaksikimia.

Pada tekanan rendah diameter filamen­

filamen arus bertambah besar dan· cenderungmenjadi lebih banyak serta menyebar. Kalautekanan terus diturunkan terjadi transisi kotinyudari susunan filamen dan lucutan senyap tampakcenderung menghambur ke bentuk lucutan bara.Medan runtuhan bertambah untuk celah antar

lucutan yang lebih kecil atau kerapatan yang lebihrendah. Pembentukan ozon dicapai terutamadalam kolom lucutan mikro dan semakin berkurangke arah daerah yang mendekati permukaanelektroda. Pemilihan bahan dielektrik tip is denganharga konstanta dielektrik tinggi yang konstanhams dipergunakan sehingga dapat diperoleh ozondengan efisiensi tinggi[4]. Tegangan ambang lucutanbara merupakan suatu fungsi dari dielektrik,bertambah besar dengan bertambahnya ketebalandielektrik dan mempengaruhi tegangan yangdiperlukan untuk terjadinya lucutan. Pembuatanozon menggunakan gas masukan oksigen lebihmenguntungkan dari pada menggunakan udara,karena pada kondisi operasi yang sarna kuantitasozon dan produknya naik 2 atau 3 kali, sedangkalau menggunakan udara maka idealnya air dalamudara harus dihilangkan dahulu sehingga titik bekutidak lebih tinggi dari pada -50°C (-58 OF).Dengan prod uk uap air yang lebih tinggi dari hargatersebut, tidak hanya produksi ozon yang akandipengaruhi tetapi oksida nitrogen seperti HN03juga dapat dihasilkan yang mana dapatmempercepat dekomposisi ozon yang diperolehserta dapat menyebabkan korosi metal, sehinggaresiko kerusakan dielektrik juga bertambah.Dekomposisi ozon adalah sangat sensitif terhadaptemperatur dan dapat mempengaruhi karakteristikdielektrik yang bisa menyebabkan bocordielektrik[5]. Oleh karena itu suatu metode

penghilangan panas yang efisien adalah sangatdiperlukan.

Sifat ozon di alam yang tak stabilmengakibatkan ozon tidak dapat dipaketkan untukdibawa ke suatu tempat, sehingga ozon harus dibuatdi tempatflokasi yang memerlukan. Dua unitozonizer saluran ganda telah direalisasikan dilaboratorium Bidang Teknofisikokimia P3TM­Batan Yogyakarta. Sebagai tindak limjut produksiozon yang telah teridentifikasi baik secara kualitatifmaupun kuantitatif, maka dalam tulisan inidilaporkan hasil percobaan pemvariasian luasbidang lucutan (pada kondisi parameter fisis yangsarna) terhadap laju produksi ozon dengan gasmasukan udara berkecepatan tertentu. Diharapkandengan telah diketahuinya luasan suatu tabunglucutan tertentu maka dapat pula langsung diketahuikonsentrasi ozon yang akan dihasilkan. Akhimyaatas 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 NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Agl/s PI/rwadi, dkk. ISSN 0216 - 3128 9

ozon (kuantatif) dalam setiap pembuatan generatorozonlozonizer demi untuk pemenuhan permintaankonsumen.

TAT A KERJA

Baltall yallg diglillakall

KI, 12. air ultra murni, KH2P04, Na2HP04dan gas 03

A/at yallg diglillakall

Unit Ozonizer Saluran Ganda

Perala tan unit ozonizer salman ganda yangmerupakan satu sistem kesatuan penghasil ozonterdiri dari dua salman tunggal yang identik dimanauntuk setiap saluran tersebut konstruksinya adalahseperti ditunjukkan pada Gambar I.

f !(4)_",)1

ff~-""~: e·"" .<

~-:. II

Gambar 1. Konstruksi ozonizer sail/ran fI/Ilggal

Untuk masing-masing ozonizer salurantunggal terdiri dari bagian-bagian yangkomponennya meliputi (1) elektroda dalam terbuatdari bahan al\uminium (AI) bentuk silinder, (2)dielektrik terbuat dari bahan gelas lunak yangdilapiskan pada elektroda dalam, (3) elektroda luaryang terbuat dari bahan stainless steel (SS) bentuksilinder dengan celah sebagai tempat aliranudara/air pendingin dilengkapi dengan lobangkeluaran gas ozon dan masukan gas kerja bempaudara, (4) pompa udara/air sirkulasi sebagaipendingin elektroda luar, (5) penutup ujung-ujungtabung lucutan terbuat dari bahan fleksiglasdilengkapi dengan tempat rnasukan tegangan tinggi,(6) transformer tegangan tinggi bolak-balik (T3B)yang dihubungkan kc elektroda dalam dane1ektroda luar. .

Oalam percobaan ini digunakan dua macamtabung lucut saluran ganda yakni tabung A dantabung B dengan ukuran bagian tabung masing-

masing seperti ditunjukkan pada Tabel 1 danTabel 2.

Tabell. Ukuran bagian-bagian tabung lueutsaluran ganda untuk tabung A

NamaBahanPanjangDiameterTebal

1'0

Bagian (nun)luar (mm)(mm)

IDielektrik Gelas17018,10\,60

2

Elektroda AI12014,50\,00dalam 3

Elektroda S515925,40\,\0luar 4

Celah 120.2,55

lueutan 5

Masuka,v Fe104.501,00kcluarJn 6

PcnvanggaFleksi~las70,70 10,00

Tabel 2. Ukuran bagian-bagian tabung lueursaluran ganda l/Ilwk rablmg B

No

NamaBahan

PanjangDiameterTebal

Bagian(nun)luar(mm)(nun)

IDielektrik Gelas20020,00\,90

2

Elcklroda AI16015.501,00dalam 3

Elektroda SS18925,401,10luar 4

Celah 160.\,60

lucutan 5

Masukanl Fe104.50\,00keluaran 6

PCl1vanggaFleksi~las70,90.10.00

Unit Pengukur Laju Produk Ozon

Identifikasi dan laju produksi keluaran gasozon .dapat dilakukan dengan berbagai peralatanseperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Perala tan untuk identijikasi danpenentuan laju produksi ozon

Pompa hisap udara berguna untukmengalirkan udara ke dalam tabung ozonizer untukdiubah menjadi gas ozon, flowmeter untuk menerabesar kecepatan gas masukan udara, tabung lucutganda tempat ozon diproduksi, sumber dayategangan tinggi bolak-balik, sampel (larutanpenyerap) untuk penentuan laju produksi ozon yangdipersiapkan untuk dikontaminasi keluaran gasozon dari tabung lucut ganda. Larutan penyerapmerupakan campuran larutan standar 12 denganlarutan pewarna, spektrometer HP 8425A untuk

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

10 ISSN 0216 - 3128 Agus Purwadi, dkk.

menganalisa sampel yang telah dikontaminasikeluaran ozon selama dalam waktu tertentu

(ditentukan harga absorbansinya), layar monitorkomputer dapat langsung menampilkan dataabsorbsi dari larutan sampel. Peralatan pendukunglain juga sangat diperlukan seperti gelas pereaksidan gelas ukur untuk mencampurkan danmenentukan volume larutan kimia (dalampembuatan larutan penyerap) dan timer untukmembatasi waktu operasi ozonizer serta penentuanvolume udara yang dialirkan.

Cara Kerja

Pelaksanaan Percobaan dilakukan dalam dua

tahap yang meliputi pembentukan gas ozon danpenentuan produk ozon baik pada ozonizer tabunglucut tunggal maupun ganda.

Pembentukan gas ozon pada ozonizer salurganda dilakukan dengan cara menghisap udarabertekanan atmosfir (dengan pompa hisap udara)dilewatkan pada baik pada saluran lucutan tunggalmaupun ganda dengan kecepatan tertentu.Selanjutnya elektroda ozonizer tersebut dilucutmenggunakan transformer tegangan tinggi bolakbalik sedemikian hingga terjadi lucutan mikrodalam celah diantara katoda dan dielektrik dariozonizer. Gas masukan udara sctclah melcwati

celah terse but maka gas keluaran dari ozonizersa luran ganda adalah sudah berupa/sebagai gasozon.

Sebelum penentuan produk ozon dilaJ....ukan,terlebih dahulu dilakukan penentuan kalibrasikonsentrasi standar 12 dcngan proscdur sebagaiberikut:

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

2. Membuat larutan pewama sebanyak 2 liter daricampuran bahan: 27,22 gr KH1P04 + 28,4 grNa2HP04 + 20 gr KI + air ultra mumi.

3. Dari larutan no. I diambil volume bervariasi

masing-masing (0,4, 0,8, 1,6 , 3,2) mili liter(mL). Kemudian masing-masing volumetersebut dicampur dengan larutan pewama padano. 2 sehingga tercapai volume 50 mL sebagailarutan penycrap dengan dcmikian banyak mol12 bcrvariasi mcnjadi ( I0, 20. 40, ... )pmol/50 m!.

4. Masing-masing larutan pada no. 3 dikontaminasidcngan gas 03 keluaran dari ozonizer sa lurantunggal dan ganda selama waktu tertentu.

5. Masing-masing konsentrasi 12 pada no. 4ditentukan serapannya terhadap sinar UV

dengan alat bantu spektrometer HP 8425Asehingga diperoleh grafik hubungan antaraabsorbansi/serapan terhadap jumIah mol Iodine(h) sebagai grafik kalibrasi konsentrasi 12•

Kalau grafik hubungan antara absorbansiterhadap jumlah mol 12 telah diperoleh selanjutnyapengukuran produk ozon dengan variasi waktulucutan dapat dilakukan dengan prosedur sebagaiberikur6) :

I. Mengambillarutan penyerap sebanyak 50 mL.

2. Mengkontaminasi larutan tersebut dengankeluaran gas ozon dengan variasi waktu Iucutan3, 6 dan 10 detik.

3. Mengamati serapan dari larutan yang telahterkontaminasi ozon dengan Spektrometer padapanjang gelombang 352 nm (maksimum 30menit setelah larutan terkontaminasi ozon).

4. Membandingkan hasil serapan dengan grafikkalibrasi konsentrasi 12 untuk mendapatkankonscntrasi 12 pada larutan sampe!.

Setelah serapan masing-masing sampeldiketahui kemudian dibandingkan dengan grafikkonscntrasi standar 12, akhimya didapatkankonscntrasi 12 yang identik dengan konsentrasi ozonuntuk masing-masing sampel yang terkontaminasiozon.

Penentuan produk ozon dengan variasi luasbidang lucutan dilakukan dengan cara menggantibentuk tabung lucutan senyap yaitu tabung A seluas13640 mnl tabung Al seluas 6820 mm2, tabung Bseluas 20.096 mm2 dan tabung B I seluas 10.048mm2. Sclanjutnya masing-masing tabung lucutandengan luas bidang lucutan yang bcrbeda tersebutditentukan produk ozonnya menggunakan proseduryang sarna dengan penentuan produk ozon yangdivariasi terhadap durasi waktu lucutan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Terbentuknya gas ozon dalam ozonizersa luran ganda dibuktikan dengan terdeteksinya baukhas (gas ozon) yang keluar dari keluaran tabunglucut saluran tunggal/ganda. Secara visual jugatampak dari hasil percobaan bahwa larutan KI yangsemula berwama jemih setelah terkontaminasidengan keluaran gas (semula udara) dari tabungIUClltmenjadi berwarna kuning (warna 12), Hal inimembuktikan bahwa gas ozon telah terproduksikarena sifat gas ozon dapat membebaskan satu molmolckulI2 dari larutan KI yakni menurut persamaanreaksi kimia

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Aglls PlIrwadi, dkk. ISSN 0216 - 3128 11

Hasil penentuan absorbansi (dari berbagaivariasi konsentrasi larutan penyerap sebesar 10, 20,40 dan 80 Jlmol/50mL) sebagai fungsi panjanggelombang dengan menggunakan spectrometer HP8425A adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.Dari hasil percobaan temyata panjang gelombangyang daya absorbansi paling optimal adalah sebesar352 nano meter (nm), sehingga yang digunakandalam percobaan analisa sampel penyerap adalahpanjang gelombang tersebut.

]II

detik. Untuk mengetahui pengaruh luas bidanglucutan terhadap jumlah produk ozon, perlakuan inijuga dikerjakan pada tabung Al dimana luas bidanglucut adalah separoh dari tabung A yakni sebesar68,20 cm2• Hasil pengukuran absorbansi terhadappanjang gelombang menggunakan spectrometerdari larutan penyerap (dengan perlakuan variasiterhadap durasi waktu lucutan) baik yang terjadipada tabung A atau tabung Al adalah sepertiditunjukkan pada Gambar 5.

- - - - -.. •••• _'-.- ••• .NI'W,

..1. - - - -..-.... •••••••• ~I' ..OJu.&1

• ••.•.• ' ••••••• 'IU~I----''''''~''I''''''L ·..• ·4 ~ •.-a•••••.•.I.A"',..

••L

loa! --

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

Atas dasar data yang diperoleh tersebutkemudian dibuat grafik lincar hubungan antarakonsentrasi terhadap absorbansi dan dicari hargaslope (kcmiringan)-nya dimana diperoJeh sebesar23747 ± 1515 seperti ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 5. Hasil pengl/kuran absorbansiterhadap palljang ge!olllbang ulltukberbagai durasi waktl/ !ucutall padatab Illig A dan A f.

~.'-2, ::J

I ~i Wi 1.5, c:..

-e 1oWIn

<t 0.5

oo

----1IiI,

,

iIII1

I0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001!

Konsentrasi (mole/50 mL) !I. ~ __ ._. __ ___J

o

o

Gambar 6.

5~' -_._~-- ;51Waktu lucutan (delik) _h

Grafik hubungan antara absorbansiterhadap waktu !l/cl/tall padapanjang gefolllbang 352 nm l/ntuktabllllg A

Gambar 4. Grajik hubullgall allfam absorballsiter!uu/ap kOllselltrasi f J

Hasil Pengukuran Produk Ozon DenganVariasi Durasi Waktu Lucutan. Dalam hal ini

pengukuran dilakukan pada kedua tabung lucutansaluran ganda, yaitu pada tabung A dan B.

Pcncntuan produk ozon pada tabung Adilakukan dengan cara mengkontaminasi larutanpenyerap sebanyak 50 mL dcngan keluaran gasozon (dihasilkan dari masukan gas udara berdebit2,50 lpm, tcgangan lucut sebesar 25 kV) denganvariasi durasi waktu lucutan selama 3, 6 dan 10

Hasil pengukuran absorbansi terhadap durasiwaktu lucutan untuk tabung A, pada panjanggelombang 352 nm kalau dinyatakan dalam grafikadalah seperti ditunjukkan pada Gambar 6. Denganmengingat bahwa 1 mol ozon dapat membebaskan1 mol 12 dari larutan KI, maka absorbansi 1 mol 12

adalah adalah identik dengan 1 mol ozon yangdiserap. Atas dasar pcngertian ini maka dengandiketahuinya harga absorbansi pada bcrbagai hargakonsentrasi 12 standar pada Gambar 4, makakonsentrasi ozon dari hasil variasi waktu dapatditentukan. Selanjutnya juga mengingat bahwa Imol ozon adalah 24 gram-molekul dalam volumemolar 24,45 liter pada suhu kamar dan tekanan 1

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

12 ISSN 0216 - 3128 Aglls Pllrwadi, dkk.

Tabel 3. Hasil penguku/"an dan penentllmlprodllksi ozon pada tab Illig A

:'-I

\\'a~lu AbsorKonscnl.Produ~Laju"

(dc!i~) bans;(~lmoIi50onl)alanProd uk

(ong)

ozon(ong'd!)

I

J0.12196 5.D50.1010.034

2

60.2908012.2490.2410.040

J

100.5327822.4350,4410.044

atmosfer[7], maka hubungan kesetaraan jumlah ozon

dalam satuan mikro- mol per liter (Ilmol/L) denganmikro-gram (Ilg) setelah dihitung diperoleh hargakesetaraan sebagai 1 Ilmol/L = 0,982 Ilg, yangmenunjukkan bahwa produk ozon dapat dinyatakandalam satuan Ilg atau mg (milli gram). Akhimyahasil produk ozon pada tabung A dengan variasidurasi waktu lucutan kalau dinyatakan dengangrafik adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 7dan harga kwantitatif laju produk ozon adalahseperti ditunjukkan pada Tabel 3, sedang hasilproduk ozon pada tabung Al adalah sepertiditunjukkan pada Tabel 4.

r-.--.------------ -Ia,s

0.45

Cii 0.4.§. 0.35

~ 0.3~ 0.25

~ 0.2-g 0.15t. 0.1

0.05

o

o

- -

'-10 __ 'N

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

• - • -. -. - •.••• • ••• ' ••..••• 11.roIQ)

~I ,! I.I!I I

I 1.+-.-I' 1••1. -.-I t-.---Ie.?

Gambar 8. Hasil pengukuran absorbansiterhadap panjang gelombang lllltukberbagai durasi waktu lucutan padatab Illig B dan B 1

sebesar 100,48 cm2. Hasil pengukuran absorbansiterhadap panjang gelombang menggunak,mspektrometer HP8452A dari larutan penyerap(dengan perlakuan variasi terhadap waktu lucutan)baik yang terjadi pada tabung B atau tabung B 1adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 8.

Hasil pengUkuran absorbansi terhadap durasiwaktu lucutan pada tabung B pada panjanggelombang 352 nm kalau dinyatakan dalam bentukgrafik adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 9.

. Hasil produk ozon pada tabung B denganvariasi durasi waktu lucutan kalau dinyatakandengan grafik adalah seperti ditunjukkan padaGambar 10 dan harga kwantitatif produk ozonadalah seperti ditunjukkan pada Tabel 5, sedanghasil produk ozon pada tabung B 1 adalah sepertiditunjukkan pada Tabel 6.

1210862

Tabcl 4. Hasil penguku/"an dan penentuanproduksi ozon pada tabung Al

Gambar 7. Gr(!fik /Illbungan anta/"a produk 020nter/uu/ap waktu luclItan padatabling A

NoWaktuAbsorballs;KonscntrdsiProd ukLaju

(rlctik)

(!mlOl/50onl)ozonProduk

(ong)

ozon(mgirlt)

I

30.10277 4.3270.0850.028

2

(,0.14711 6.1940.1220.020

3

100,329'1313.8'!30.2730.027

Gambar 9. Gnifik hubullgallterhadap \\'akltltahllllg B

1210

alltara absorballsi

IIlCUlan pada

4 6 8Waktu lucutan (detik)

2

1~

1~

IA1~

1O~

O~

OA

O~

o

o

r!

i ~I~I c

I ~I ~

I

Waktu lucutan (detik)L _

Dcmikian pula penentuan produk ozon padatabung I3 dan I3l juga dikerjakan dcngan perlakuansama sepcrti pada tabung A, dimana luas bidanglucut I3l adalah scparoh dari tabung I3 yakni

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

AgIIs Pllrll'atli, tlkk. ISSN 0216 - 3128 13

Tabel 5. Hasi/ pengukuran dan pellentuan

Gambar 10. Grafik hubungan waara waktu

lucutan terhadap produk ozon pada

tabung B

prO([1IkSI 020npa([a taDunf!lJ

J'

Wak!uAbsorb,nsiKonscntrasiProdukLaju0

(dc!ik) (itmol!50ml)ozonProduk

(mg)

ozon

(mg/dl)1

30.5626823.6940,4650,1550

2

60.1251247,3790.9310,1552

3

100,7086371.9511.4130,1413

1.611.~ ,- I~ 1.21-;;- 1 1~ 0.8 ~•• I" 0.6 <" Io :

~ 0.41 ~I0.2 i

o ~o

IL.__2 ~ 6 6

Waktu lucu1an (detik)10 12

Terlihat pada GambaI'll bahwa untukdurasi waktu Iucutan selama 3 detik maka

perbandingan produk ozon pada tabung A : Aladalah 1,12 : 1, untuk lucutan selama 6 detik 1,98

1 dan untuk lucutan selama 10 detik

perbandingannya adalah 1,6: 1.

Demikian pula untuk pengaruh luas bidanglucutan terhadap jumlah produksi ozon pada tabungB dan B 1 dapat dilakukan dengan caramembandingkan hasil pentuan produksi ozondengan perlakuan durasi waktu lucutan untuktabung lucutan B (Tabel 5) terhadap tabung B 1(Tabel 6). Perbandingan hasil produk ozon untuktabung B terhadap B 1 terse but dapat dicermati darihasil gambaI' grafik seperti ditunjukkan padaGambaI' 12.

---. -----.-. ]

,. 0 1<56• .At : fAB1lR' ; 0 G868/ 'l..!.! J

Tabel 6. Hasi/ penguk1lran dan penentllall

prod1lksi 02011 pada tabung B I

Gambar 11. J1Imla/' produksi OZOIl pada tabullgA dall A I terlwdafJ dura.l'i \\'aktulucutall

:-':0

WakluAbsorbansiKonscntrdsiProdukLaju(dc!ik)

Hnl1ol/50ml)ozonProduk

(mg)

ozon(mg/dl)I

30.29355 12,3610,2430,0809

2

60,5852224,6430,4840.0807

3

100.0003142,1230.8270.0827

Pengaruh luas bidang lucutan terhadapjumlah produksi ozon dapat dilakukan dengan caramembandingkan hasil pentuan produksi ozondengan perlakuan durasi waktu lucutan untuktabung lucutan A (Tabel 3) terhadap tabung Al(Tabel 4). Perbandingan hasil produk ozon untuktabung A terhadap Al tersebut dapat dicermati darihasil gambaI' grafik seperti ditunjukkan padaGambaI' 11.

2

Gambar 12. Jllm/a/' produhi 02011pada tabling Bdan B I te,./'ac!ap c!1Irasi waktuluclllan

Terlihat pada GambaI' 12 bahwa untukdurasi waktu lucutan selama 3 detik maka

perbandingan produk ozon pada tabung B : B 1adalah 1,9: 1, untuk lucutan selama 6 detik 1,9: 1dan untuk Iucutan selama 10 detik

perbandingannya adalah 1,7 : 1.

Atas dasar hasil perbandingan produk ozondari kedua macam ozonizer yang masing-masingluasan tabung lucutannya dapat divariasi tersebutdapat ditunjukkan bahwa pada kondisi perlakuandurasi waktu lucutan yang sarna maka denganadanya pelipatan luas bidang lucutan akandiperoleh produk ozon yang lebih besar yaknisebanding dengan pertambahan' luas bidanglucutannya. Ditunjukkan pada GambaI'll dan 12bahwa durasi waktu lucutan yang paling optimumadalah selama 6 detik, dimana pada kedua tabung Adan B (saat digunakan luasan pemlllkaan lucutanmaksimum dari kedua tabung) diperoleh prod ukozon paling maksimum yakni masing-masing 0,040mg/dt (naik menjadi 200%) dan 0,155 mg/dt(191 %) yang sebelumnya prod uk ozon cuma 0,020mg/dt dan 0,081 mg/dt pad a luasan permukaanlucutan masing-masing 50%-nya. Hal ini bisaterjadi karena luas bidang lucutan yang Iebih besarmaka jumlah dan penyebaran lucutan mikro akan

1210

I

~ A I/ -----002$>'~ R-"O.9317 ,-J6

'Waktu lucutan (dctlk)--------.

0.50.45

c; 0.4.s 0.35

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

a asOJ--~­

o

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

14 ISSN 0216 - 3128 Agus Purwadi, dkk.

lebih besar pula sehingga efisiensi proses terjadinyarekombinasi atom oksigen menjadi molekul ozonakan lebih besar dan produksi ozon pada ozonizerbertambah. Seperti telah dijelaskan oleh F.Bastein[8] bahwa produk ozon maksimum jugasebanding -dengan harga frequensi tegangan yangdipakai (f), tegangan kwadrat yang lewat celahlucutan (V), konstanta dielektrik (I:':) dan berbandingterbalik dengan ketebalan dielektrik (d). Namundari hasil penelitian[9] ditunjukkan bahwa antaraharga f dan V ada hu-bungan linearitas sehinggakalau harga f telah divariasi maka untuk harga Vtidak perlu divariasi, sedang dalam penelitian iniharga I:': dan d adalah konstan karena masih tetapdigunakan dielektik dari bahan gelas denganukuran tebal yang sarna. Sehingga dalam hal iniyang berpengaruh terhadap produk ozon maksimumhanyalah tinggal parameter tegangan V yangdigunakan. Diketahui bahwa harga V sendirimerupakan perkalian antara tekanan udara dalamtabung (p) dan lebar celah lucutan (g). Harga pyang digunakan dalam percobaan adalah tekananatmosperik (3 atm) sehingga harganya adalahkonstan, akhirnya satu-satunya parameter yangsangat berpengaruh terhadap produk ozon adalahharga g yang mana dalam percobaan ini telahdilakukan pemilihan harga g yang optimal (hargarelatif konstan). Akhirnya dapat disimpulkanbahwa untuk memperoleh produk ozon maksimum,maka luasan permukaan tabung lucutan harusdibuat maksimum dan parameter jarak celahlucutan tentunya dipilihkan juga dengan hargayang optimum.

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan dengan menggunakangas masukan udara berkecapatan 2,50 Ipm padategangan lucut sebesar 25 kV dapat ditunjukkanbahwa besar produk ozon (dengan perlakuan durasiwaktu lucutan) adalah berbanding lurus dengan luastabung lucut yang digunakan yakni semakin besarluasan tabung lucut akan semakin besar pulaprod uk ozon yang didapatkan. Pada durasi waktulucutan optimum 6 detik untuk dua tabung lucutanyang berbeda produksi ozon naik menjadi 0,04mg/dt (200%) dan 0,155 mg/dt (191%) kalaupermukaan tabung lucutan juga diperluas menjadidua kalinya. Jadi untuk memproduksi ozon secaramaksimum hams diperlukan pula permukaantabung lucut dengan luasan yang maksimum.Walau untuk tujuan tersebut harga parameter dayategangan tinggi serta kecepatan alir udara masukanyang digunakan tidah berubah, namun sebaiknyajarak celah lucutan hams dipilihkan harga yangoptimum.

UCAP AN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepadapara teknisi di Bidang: Elektro Mekanik,Akselerator dan Tekno-Fisikokirnia, atas bantuantenaganya selama dalam pembuatan alat ozonizer,sampel larutan penyerap hingga sampai analisasampel hasil percobaan. Kepada Bagpro. LitbangTeknologi Maju dan Pemanfaatan Reaktor KartiniTA. 2002 atas bantuan dananya sehingga penelitianini bisa diselesaikan, penulis juga mengucapkanterima 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 SparkBreakdown In Air At Atmospheric PressureBetween A Positive And A Plane", JournalApplied Physics, 46, pg 2005-2020 (1975).

3. B. ELiASSON et aI., "Ozone Synthesis FromOxygen In Dielectric Barrier Discharge",Brown Boveri Research Center, CH-5405Baden, Switzerland, J, Phys D. : Applied Phys20(1987) 1421-1437,3 Nov. (1986).

4. WONG, C.S., "Laser and Plasma Technology",Proceedings Of First Tropical Colle-ge OnApplied Physics, p.245-251, PhysicsDepartment, Univ. Of Malaya (1983).

5. ULRICH KOGELSCHA TZ, Industrial OzoneProduction, ABB Corporate Research Ltd,Baden, Switzerland, (1999).

6. AGUS PUR WAD!, dkk., "Pembentukan danPengukuran Produk Ozon Pada OzonizerPlasma", Prosiding PPI Litdas Iptek NuklirP3TM-Batan Yogyakarta, 7-8 Agustus (2001).

7. SOOK YEN W., Construction and Studies of A

Plasma Ozonizer, Ph. D. Thesis, Department ofPhysics, University of Malaya, Malaysia(1996) .•

8. F. BASTEIN et aI., The Determination OfBasic Quantities During Glow To Transition InA Positive Point To Plane Discharge, JournalPhysics D : Application Physics, 12, pg 249­263.( 1979).

9. AGUS PURWADI, dkk., "Pencntuan ProdukOzon Optimum Pada Ozonizer Plasma",Prosiding PPI Litdas Iptck Nuklir P3TM-BatanYogyakarta, 27 Juni (2002).

.....•..•

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

AgllS PllrlVadi, dkk. ISSN 0216 - 3128 15

TANYAJAWAB

Agus Purwadi

Udara 20% lIlengandl/llg oksigen (III/tllkdijlldikall o::on) sehcll/lllnya dihl/at l/darakering agar efisiellSin)'a lehih besar.

Faris Firdaus

Apakah treatment inlet (udara ) menjadi ozon.

Apa pengaruh external se\ain luapan tabungpe\ucutan misalnya gas lain selain Oz di udara;Nz, HzO dan sebagainya.

Agus Purwadi

Terillla-kasih. saral/ akan kami coha

IInlllk pel/elitiall selal/jlltnya.

antara

bidang

Sri Mulyono

Sebaiknya dicari pula hubungankecepatan pemasukan udara denganlucutan.

Agus Purwadi

Karena panjang gelombang (352 nm)dalam penelitian ini telah merupakanpanjang gelombang UV yang optimum1II1tukkonsentrasi larutan pellyerap yallgdigullakall .

Suheryanto

Mengapa pengukuran larutan 12 denganspektrometer menggunakan panjanggelombang dengan intensitas serapan yangrendah (bukan serapan maksimum).

yang

yangIIdara

Il/cl/tanhahan

Parameter eksternal lain

mempellgaruhi eJisiensi selaill(harl/s dikeringkan). jarak celahdan jl/ga komponen-kolllponel/seperri elektroda/dielektrikdiglil/(/kan.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003