ISSN 0216 -3128 95Widdi Usada, dkk.

KONSTRUKSI SUMBER DAY A GENERATOR OZON

Widdi Usada, Suryadi, Agus Purwadi, Isyuniarto, Sri Sukmajaya

P3TM-BATAN. Jln. Babarsari POB 1008, Yogyakarta 55010

ABSTRAKKONSTRUKSI SUMBER DAYA GENERATOR OZON. Telah dibuat sumber da.va RF tegangan /2, 5 kV,frekuensi / kHz .Sumber RF ini telah diaplik'asikan untuk menyalakan tabung generator ozon ripe koaksialdengan luas permukaan elektrode sekitar 60 cm2. Laju alir gas masukan optimum adalah / l/menit padatekanan 3 atmosfer.. Sebagai gas masukan adalah udara atau gas oksigen. Nasil uji coba menunjukkanbahwa suhu sumber RF dan tabung generator ozon adalah / °C di atas suhu ruang, hila dinyalakanselama 3,3 jam terus menerus dan laju produksi ozon 0,05 mg/Wdetik untuk gas masukan oksigen dansekitar 0,0/5 mg/Wdetik untukgas masukan udara.

ABSTRACTCONSTRUCTION OF OZONE GENERATOR POWER SUPPY.. A. power supply with output voltage of12.5 kV and its frequency of 1.4 kHz has been constructed. This RF source has been applied to drive acoaxial ozone generator tube with its electrode surface area of60 cm2. Thej1ow rate optimum of the inputgas is 1 I/minute on the pressure of 3 atm. The input gas is air or oxygen. The test result shows that the RFsource and the generator tube temperatures is 1 °C higher than the room temperature. when the system isoperatedfor 3.3 hours continuously and the ozone production rate is 0.05 mg/Wsec and 0.015 mg/Wsec.for

oxygen and air as input gas respectively

~ -~-

PENDAHULUANB erdasar pacta laporan ahli lingkungan pacta akhir

tahun ini, bahwa kandungan air akan menipis

yang dikarenakan pembakaran bahan bakar sepertiminyak, batubara, kebakaran hutan dan lainsebagainya.<') Akibatnya adalah air akan menjadi

bahan mahal

Menurut aturan resmi, hanya air mumi yang

higinis dan aestitik saja yang diperkenankanmemenuhi kebutuhan manusia, suatu persyaratanyang dipandang perlu terhadap kekhawatiran

ancaman infeksi.<2)

Di Indonesia, hanya 10,7 % penduduk yangmenikmati air bersih. Sejauh ini perusahaan yangmemberikan air bersih untuk kebutuhan rumahtangga, menggunakan bahan yang mengandung

chlor (CI).()

~-

pelucutan molekul oksigen. Lucutan senyap LS(silent discharge) atau disebut pula lucutan corona(corona discharge) merupakan salah satu diantaraberbagai jenis lucutan yang banyak menarikperhatian di berbagai bidang aplikasi. Lucutansenyap itu sendiri merupakan lucutan gas di antaradua elektrode dengan elektrode yang salah satu ataukedua-duanya dilapisi bahan dielektrik, sehingalucutan yang terjadi di antara elektrode denganbahan dielektrik juga disebut !ucutan !erhalangQielektrik L TO (dielectric barrier discharge). Olehkarena itu sumber tegangan listrik yang dapatmelucutkannya adalah sumber tegangan bolak-balik.Keistimewaan lucutan listrik yang terjadi adalahadanya lucutan mikro yang merata di seluruhpermukaan elektrode bahan dielektrik. Karakteristiklucutan mikro ini adalah umur dalam orde nanodetikdan ukurannya dalam orde mikrometer. Lucutanyang demikian ini seringkali disebut pula denganlucutan mikro (micro discharge) atau lucutanstreamer. Oalam lucutan senyap ini terbentukkonsentrasi elektron, maka seringkali pula lucutanjenis ini disebut lucutan plasma tidak setimbang

(non-equilibrium plasma discharge).

Filamen lucutan mikro dapat dianggapsebagai saluran plasma terionisasi lemah dengansifat-sifat yang mewakili lucutan glow tekanan

Oleh karena itu untuk mengatasi kelangkaansumber air yang bersih diperlukan teknologi yangmurah clan efektif. Ozon sebagai zat desinfektanyang tangguh, tidak hanya karena efisien dalammerekondisi air karena kemampuannya dalammerusak spore clan virus, tetapi juga lebih hemal.

Ozon dapat dibuat melalui penyinarandengan sinar UV terhadap molekul oksigen atau

-Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir

P3TM.BATAN Yogyakarta. 27 Juni 2002

ISSN 0216 -312896 Widdi Usada, dkk.

T AT A KERJA DAN PERCOBAANtinggi. Karena adanya pen)lUsunan muatan di

permukaan dielektrik, yang lamanya beberapananodetik, medan listrik di lokasi lucutan mikroakan menurun sampai pada suatu harga tertentusehingga aliran arus pada posisi tersebut terganggu.Meskipun umumya sangat pendek dan transpormuatannyapun sangat terbatas serta disipasitenaganya kecil, namun dalam lucutan mikrotersebut sebagian besar tena!~a elektron dapatdigunakan untuk mengeksitasi atom atau molekuldari gas latar, sehingga menimbulkan reaksi kimiadan atau emisi radiasi. .

Seperti disebutkan di depan bahwa untukmembentuk ozon diperlukan sumber teganganbolak-balik maka dalam makalah ini akan disaj.ikankonstruksi sumber daya tegangan tinggi dehganfrekuensi dalam orde kHz.

Sumber daya generator ozon terdiri darirangkaian osilator, rangkaian penguat daya danrangkaian penaik tegangan, dengan blok diagramsebagai berikut (Gambar 1).

Prinsip kerja dari rangkaian sumber dayagenerator ozon adalah sebagai berikut : rangkaianosilator memberikan sinyal bolak-balik berbentukkotak, yang kemudian dayanya ditingkatkan olehrangkaian penguat daya dan kemudian olehrangkaian pelipat tegangan dalam hal initransformator tegangan tinggi, tegangan luaran dari

rangkaian penguat daya ditingkatkan menjaditegangan tinggi.

Salah satu rangkaian sedrerhana yang banyakdigunakan senagai sumber daya tegangan tinggidapat ditunjukkan seperti terlihat Gambar 2.\4)

-.-..Luaran-.

..Rangkaian ~,i)alor

..-Rangbian PclipatTcgangan

"Rangkaian Pcngua\Daya

Gambar 1. Blok Diagram Rangkaian Sumber Daya Generator Ozon.

Gami?ar 2. Rangkaian sederhana sumber daya legangan linggi.

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

ISSN 0216-3128 97Widdi Usada, dkk.

sistem simulasi yang berupa pasangan elektrodepelat sejajar dan pasangan elektrode yang berupakawat silinder dengan elektrode pelat dan di antaraelektrode-elektrode tersebu dipasang film Polaroidsebagai bahan dielektriknya. Gambar 4 (a), (b), (c)menunjukkan gambar bercak lucutan yang biasadisebut gambar Lichtenberg. Bercak-bercak tersebutmerupakan proyeksi lucutan yang direkam oleh filmtersebut.

-Oalam rangkaian seperti ditunjukkan Gambar

2 maka sebagai osilator adalah digunakan IC NE555 dan sebagai penguat dayanya adalah transistordaya 2N3055, sedangkan pelipat tegangan adalahkoil yang biasa digunakan untuk mobil.

Keandalan sumber clara generator ozon yangdibuat diuji dengan mengukur tegangan clanfrekuensi luaran, daya, kemudian dilihat polalucutan yang dihasilkan dari tabung lucut generatorozon untuk tipe koaksial clan pelat sejajar, dankeandalan terhapap waktu serta produksi ozonnya.

HASIL PENGUJIANHASAN

DAN PEMBA-

(a)Pengujian Tegangan dun Frekuensi

Luaran rangkaian osilator adalah sinyalbentuk kotak dengan frekuensi dapat divariasi dari600 Hz -1,4 kHz, tegangan osilator 6 V.

Luaran dari rangkaian penaik teganganadalah tegangan 12,5 kV, frekuensi dapat divariasidari 600 Hz sampai 1,4 kHz.

Gambar 3 memperlihatkan sinyal tegangansumber RF clan tegangan lucut sebagai fungsi

waktu.(b)

(c)

Pola lucutan terbentuk antara e/ek-trode pelat sejajar dengan muncu/-nya bercak di tepiu yang disebabkanefek tepi elektrode (a), pola lucutanterbentuk antara elektrode pelatsejajar dan karena jarak elektrodeterlalu dekat namun di bagian tengahpermukaan elektrode tidak rata (b).dan pola lucutan elektrode silinder.tampak /ucutan /ebih merata.

Gambar 4.

Gambar 3. Sinyal tegangan sumber RF denganalas tegangan 5 kV/div, dan alaswaktu 0,2 mdet (gambar alas) dansinyal tegangan lucut dengan alastegangan 200 V/div dan alas waktu0,2 mdet.

Seperti diketahui bahwa laju produksi ozonselain dipengaruhi oleh tegangan, tekanan dan lajugas juga ditentukan oleh pola lucutan. rota lucutanmenunjukkan konsentrasi elektron yang terbentukdalam lucutan tersebut. Dengan demikian bila polaterbentuk berupa bercak yang menyeluruh dipermukaan elektrode maka jumlah konsentrasielektron semakin besar sehingga laju produksi ozon

Pengttjian Po/a Lucutan

Untuk melihat pola lucutan yang dihasilkan,sumber tegangan tinggi RF telahdikenakan pada

---Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir

P3TM.BATAN Yogyakarta. 27 Juni 2002

98 ISSN 0216 -3128Widdi Usada, dkk.-

juga tinggi. Pembentukan bercak sangat tergan,tungkepada tipe lucutan (koaksial atau pelat sejajar,keragaman jarak elektrode daD kerataan per-mukaan. Dari basil tersebut tampak bahwa Gambar4 (a) dan (b) menunjukkan salah satu kelemahanlucutan pelat sejajar yaitu adanya efek tepi dan

kekurangrataan permukaan. Sedangkan Gambar 4(c) menunjukkan keunggulan tipe koaksial yaituadanya pola lebih seragam.

1[)~mI- -I-lmm

""",! nr:1.4, ...kH7-'. 12,S kV

baia tahan~.~r-.ci

: T)

77

~ -L'

~ol~G pir-olo

Gambar 5. Tabung generator ozon donsambungannya dengan sumberdaya RF.

Pengujian Dengan TabuJ'tg Generator OzonTipe Koaksial

Sebagai tabung generator ozon adalah tipekoaksial dengan panjang 10 cm, diameter silinderluar 2,2 cm dari bahan baja tahan karat berfungsisebagai katode yang ditanahkan, diamater silinderdalam 2 cm dari bahan tembaga yang berfungsisebagai anode, dan melekat pada anode adalahsilinder gelas berdiameter 2, I" cm sebagai dielektrik-nya. Gambar 2 memperlihatkan tabung generatorozon yang terhubung dengan sumber daya RF.

Dengan beban seperti diatas telah diujikeandalan piranti sumber daya RF dengan hasil

seperti diperlihatkan Gambar 6.

Tabel I. memperlihatkan besarnya sejumlahparameter tegangan dan arus dari sumber RF denganbeban seperti diperlihatkan Gambar 5.

Gambar 6. Suhu komar, suhu sumber RF dan suhu /abung genera/or ozon":,"ebagaifungsi wak/u operasi.

Tabell. Parameter tegangan don arus sumber RF dengan beban Gambar 5.

Parameter Besarnya

220VI. Tegangan MasukalT

2. Arus Total 20mA

3. Daya total yang dibutuhkan 4.4Ww

12,5 kY

4. Daya untuk kipas

5. Tegangan Luaran RF

6. Frekuensi 1.4 kHz

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

1m

'-tel1ba~a

ISSN 0216-3128 99Widdi Usada, dkk.

generator tipe koaksial selama lebih dari 3,3 jamterns menerus, dan hanya ada selisih suhu sebesar I°C dari suhu kamar, yang berarti dengan be banseperti diatas sumber daya RF tidak mengalamibeban pacta komponen-komponen aktifnya, hal iniberarti juga bahwa tabung generator ozon yang adatidak membebani sumber RF-nya atau sumber RFmasih mampu menerima beban yang lebih besar.Gambar 6 juga menunjukkan bahwa tabunggenerator ozon juga tidak mengambil energi yangberarti dari sumber RF.

Dengan piranti yang diperlihatkan Garnbar 5,dan untuk gas rnasukan oksigen dengan laju I I/rndan tekanan gas 3 atrnosfer, rnaka produksi ozonsebagai fungsi waktu diperlihatkan Gambar 7.

Perbandingan produksi ozon (ditandaidengan derajat absorbansi) dengan gas isian udaradaD oksigen sebagai fungsi laju alir gas rnas\,ikandaD tekanan yang sarna sebesar 3 atmosferdiperlihatkan Garnbar 8.

Garnbar 6 rnenunjukkan surnber daya RFyang telah dioperasikan pada sistern tabung

0.35

0.3 /0.25 /

, ,Of!

e'-'=0N0

~="0

0~~

/0.2 //0.15 /'

/'

25 30

Gambar 7. Produksi ozon sebagaifungsi waktu.

0.9

0.8 -

~ 0.7~ 0.6'do~. 0.5

0.4

0.30.2 -

0.10

gas ~

udaraj--- .~

, I , I .' .

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Kec.-:ePatan alir gas (literfmenit)

Gambar 8. Perbandingan produksi ozon dengan masukan udara dunoksigen sebagaifungsi kecepatan alir gas masukan.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta. 27 Juni 2002

ISSN 0216 -3128100 Widdi Usada, dkk.

Dari Tabel 1, maka tampak bahwa bebanyang diberikan oleh tabung generator ozon sekitar 3W, berarti bahwa rapat daya yalllg diberikan kepadasistem tabung generator ozon adalah

UCAP AN TERIMA KASIH.;;

Penulis secara khusus mengucapkan terimakasih kepada Bapak Sudaryanto, star BidangAkselerator atas bantuan perencanaan dankonstruksi peralatan ini, kepada Bapak BadiWiyono, Bapak Ngatinu, star dari BidangAkselerator, Bapak Waluyo daD Bapak IshakAnshori dari Bidang Elektromekanik atas bantuanteknisnya. Penelitian ini dilakukan dengan danayang dibiayai Proyek Teknologi Limbah NuklirUntuk Pengamanan Manusia daD LingkunganTahun 2001.

p = PIA

p adalah rapat daya, P daya :yang diberikan padatabung, dan A luasan permukaan elektrode tabunggenerator ozon. Dengan demjkian untuk P = 3 W,dan A = 60 cm2, maka

p = 0,05 W/cm2

Oari Gambar 7. dapat diketahui bahwa'lajuproduksi ozon (X sebesar DAFTARPUSTAKA

a = (0,3/20) = 0,015 mg/detik

Jadi untuk setiap watt listrik yang diberikan

laju produksi ozon ao adalah2.

3,~ = 0,015/3 = 0,05 mg/watt detik

atau4.ao = 0,05 x 3600 gikWjam = 180 gikWjam

CYNTHIA KIRK, Pollution Threatens WaterCycle, Environment Report, VOA NEWS,December 14,2001.

EPA Rule, 2000.

KEL. TEKNOLOGI AIR BERSIH, BPPT,2000.

Diambil dari internet dengan web-site http :

/www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/5322/hv2.html

ULRICH KOGELSCHATZ, BALDURELlASSON., From Ozone Generators to FlatTelevision Screens: History and FuturePotential of Dielectric Barrier Discharge, 2000.

5.Berdasar infonnasi terakhir<5) generator ozon

kuno menghasilkan ao dari 40-100 g/kWjamsedangkan generator ozon modem menghasilkan250 gikWjam, untuk gas masukan oksigen mumidan sekitar 100g/kWjam untu'k gas masukan udara.Oleh karena itu basil yang dip4~roleh masih di bawahbasil yang dicapai generator modem, meskipun jauhlebih baik daripada generator Icuno.

Oari data yang ditampilkan Gambar 8,tampak bahwa produksi ozon dengan gas masllkanudara diperoleh sekitar 1/3 produksi ozon hila gas

masukannya oksigen.

TANYAJAWAB

Sigit Hariyanto-Ada beberapa kegunaan sumber daya.

Bagaimana spesifikasinya sumber daya generatorozon supaya dapat menghasilkan ozon.

-Bagaimana tara mengukur/mendeteksi ozon.

KESIMPULAN

Sumber Daya RF dengan tegangan luaran12,5 kV dan frekuensi :l kHz te1ah selesaidikerjakan dan telah diujicob,a pacta generator ozondengan tipe koaksial denJ~an luas permukaanelectrode sekitar 60 cm2. Dt:ngan beban seperti diatas diperoleh laju ozon ao =, 0,05 mg/Wdetik, suhu

sumber RF stabil demikian pula suhu tabunggenerator ozon. Hasil yani~ diperoleh masih dibawah generator ozon modem namun di atasgenerator kuno. Pengujian beban sumber daya RFbelum optimal karena beban yang dikenakan hanyasekitar 3 W, oleh karena. itu perlu diuji pactagenerator ozon yang lebih besar.

Widdi Usada

-Ya memang banyak kegunaan sumber teganga/1tinggi bolak batik ini, seperti untuk .\puttering.dll. Untuk memproduksi ozon, biasanya te-gangan yang digunakan > 10 k V kare/1a tekana/1gas udara atau oksigen yang digunakan sekitpr 2-3 aim, meskipun jarak elektroda sekitar l -3mm. Disini diperlukan tegangan AC. karenapada pirani ini dikenakan bahan dielektrik yangdipasang pada anode.

-Proslding Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

..ISSN 0216 -3128 101Widdi Usada, dkk.

Untuk mengukur atau mendeteksi ozon biasanyaada 2 macam yaitu secara kimia denganmemberikan zat kimia Kl melalui reatsi 03 +2KI + H2O -+ 12 + 2KOH + 02. 12 terlarutdiukur dengan spektrometer. Cara kedua adalahdengan teknik penyerapan optis. Biasanya 03cepat reaktif dengan sinar UV melalui reaksi 203+ UV -+ 302.

dipikirkan apakah ada reaksi yang merusakantara produksi 02 dengan sirup tebu tersebut.Per/u diketahui bahwa saat 03 membunuhbakteri timbu/ 02.

Sri Mulyono Atmojo-Bagaimana keuntungan-kerugian konstruksi ini,

jika dibandingkan dengan peralatan pembangkitozon dengan peralatan UV?

Simping Yuliatun

-Apakah ozon ini bisa digunakan untukmembunuh bakteri dan mikroba lain dari sirup

tebu?

Widdi Usada-Kerugian pirani ini dibanding pirani dengan

metode UV ada/ah pada penggunaan te.~anRa/7tinggi (da/am orde kV). karena pada umumnyakita takut dengan tegangan tinggi. Namunkeunggu/annya /ebih banyak yakni dengan tekniklucutan plasma, efisiensi produksi ozon lebihbesar, lebih tahan lama, bandingkan denganlampu UV yang umurnya pendek.

Widdi Usada-Pada dasarnya ozon ini sangat ampuh untuk

membunuh bakteri dan mikroba. Namun hilabakteri dan mikroba yang ada dalam tebu J?erlu

Prosiding Pertemuan dan presentasl IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta. 27 Juni 2002