rancang bangun generator ozon studi kasus: …

RANCANG BANGUN GENERATOR OZON STUDI KASUS: ANALISA ELEKTRODA PELUCUTAN MODEL TITIK-BIDANG

ISA ALBANNA 1111 201 711

DOSEN PEMBIMBING ENDARKO, M.Si., Ph.D

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2013

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

1. Ozon merupakan bentuk senyawa triatomik dari unsur oksigen. Ozon bersifat sebagai oksidator, sehingga mampu diaplikasikan dalam teknologi sterilisasi proses pengolahan air, sterilisasi alat kedokteran dan penghilang kontaminan kimia bahaya dalam sayuran-buah.

2. Secara efektif, ozon mampu diproduksi melalui metode lucutan elektron (electron discharge) yang terangkai dalam sistem generator ozon.

RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana merancang sistem generator ozon berbasis metode lucutan elektron dengan mengimplementasikan elektroda titik-bidang pada reaktor ozon.

2. Bagaimana membuat morfologi elektroda pelucut model titik-bidang.

3. Bagaimana mengetahui pegaruh tegangan reaktor terhadap hasil produksi ozon.

4. Bagaimanan melakukan pengukuran kadar produksi ozon mengunakan metode kimia iodometri.

5. Bagaimana melakukan variasi volume, besar kosentrasi dan waktu pengaliran ozon pada larutan KI untuk melihat hasil kumulatif ozon terlarut.

TUJUAN PENELITIAN

1. Merancang sistem generator ozon berbasis metode lucutan elektron dengan mengimplementasikan elektroda titik-bidang pada reaktor ozon.

2. Membuat morfologi elektroda pelucut model titik-bidang. 3. Mengetahui pegaruh tegangan reaktor terhadap hasil produksi ozon. 4. Melakukan pengukuran kadar produksi ozon mengunakan metode

kimia iodometri. 5. Melakukan variasi volume, besar kosentrasi dan waktu pengaliran

ozon pada larutan KI untuk melihat hasil kumulatif ozon terlarut.

RELEVANSI PENELITIAN

1. Merancang generator ozon yang memiliki efisiensi tinggi, sehingga mampu dilakukan optimalisasi produksi ozon yang nantinya dapat diaplikasikan pada beberapa bidang disiplin.

2. Membuat wacana untuk proses studi lebih lanjut terkait pengimplementasian ozon di beberapa aplikasi fisis, diantaranya adalah sterilisasi, penghilangan zat kimia beracun dalam makanan, dan perlakuan sterilisasi air (water treatment).

TEORI PENUNJANG

GAS OZON DAN GENERATOR OZON

SINTESA OZON

APLIKASI OZON

Ozon merupakan bentuk senyawa triatomik dari unsur oksigen. proses terbentuknya ozon membutuhkan sekitar 142,7 kJ/Mol untuk mengubah gas oksigen diatomik (O2) menjadi triatomik (O3). D. Ebbing and S. D. Gammon, General Chemistry, Enhanced 9th Edition, 9 ed.: Brooks Cole, 2009.

Ozon dapat diproduksi dengan mengunakan metode penyinaran UV, proses pelucutan elektron dengan tegangan tinggi (electron discharge), dan reaksi elektro kimia. untuk beberapa metode tersebut, hasil produksi yang optimal adalah dari proses pelucutan elektron dengan tegangan tinggi (electron discharge). A. Suksri, K. Karnchanalekha, K. Tonmitra, and P. Apiratikul, "A comparative study on suitable high voltage sources for ozone generation,"

Sifat oksidator tinggi menyebabkan ozon sering diaplikasikan sebagai media sterilisasi instrumentasi, proses penghilangan bakteri pada air (germidical) dan oksidator bahan kimia bahaya yang tersisa dalam sayuran dan buah. M. Facta, Z. bin Salam, and Z. Bin Buntat, "The development of ozone generation with low power consumption," in Innovative Technologies in Intelligent Systems and Industrial Applications.

GAS OZON

PEMBUATAN DAN IMPLEMENTASI GAS OZON

SINTESA OZON

APLIKASI OZON

ELEKTROKIMIA CORONA SINAR-UV

METODE ELECTRON DISCHARGE UNTUK GENERATOR OZON

2

2 3

2 3

2

3 142.7 /2

O HV OO O O

O O H kJ Mol

+ →+ →

→ ∆ =

Mochammad Facta,”The Development of Ozone Generation with Low Power Consumption”,IEEE

Sistem generator ozon terdiri dari : 1. Sumber tegangan tinggi 2. Elektroda pelucutan elektron 3. Reaktor ozon 4. Injektor udara (oksigen)

EARNSHAW, A. & GREENWOOD, N. 1997. Chemistry of the Elements, Second Edition, Butterworth-Heinemann.

SISTEM GENERATOR OZON

M. Ponce-Silva,”Single-Switch Power Supply based on the Class E Shunt Amplifier for Ozone Generators”

Secara umum sistem genarator ozon dengan metode pelucutan elektron terdiri dari tiga bagian, yaitu : 1. Inverter tegangan tinggi dan 2. elektroda pelucutan elektron (electron discharge) dan wadah untuk

meletakkan elektroda. 3. Pompa udara untuk mengalirkan udara sebagai asupan gas oksigen (O2)

Pompa udara (O2)

Inverter Tegangan tinggi

Elektroda pelucutan Dan wadah

ELECTRON DISCHARGE

ABDEL-SALAM, M., ANIS, H. & EL-MOSHEDY, A. 2000. High-Voltage Engineering: Theory and Practice. MARCEL DEK

pelucutan elektron (electron discharge) merupakan bentuk akselerator elektron akibat dari pemberian tegangan tinggi pada suatu elektroda. Electron discharge memiliki bentuk umum, diantaranya adalah • Glow • Arc (spark)

Glow

• Corona

Arc (spark) Corona

MODEL ELEKTRODA PIN-PLANE

Warburgian Current Density Distributions

Adrian C. Ieta ,2008.”Current dens ity modeling of a linear pin–plane array corona discharge”.j.elstat.20 08.0 6.0 08

Pola distribusi medan listrik

medan listrik

METODE PENELITIAN

DIAGRAM ALUR PENELITIAN

studi pustaka

Perancangan instrumentasipembangkit tegangan tinggi

Perancangan elektroda pelucutan titik-bidang dan reaktor ozon

Pengujian kadar ozon dengan metodereaksi kimia iodometri

Pelaporan

Integrasi sistem generator ozon

TAHAP PERANCANGAN SUMBER TEGANGAN TINGGI ARUS SEARAH (High Voltage-DC)

Sistem Instrumentasi tegangan tinggi arus searah (high voltage-DC) yang telah dirancangan adalah :

TAHAP PERANCANGAN ELEKTRODA DAN REAKTOR OZON

Sistem Instrumentasi tegangan tinggi arus searah (high voltage-DC) yang telah dirancangan adalah :

Tipe Elektroda

Parameter Pembeda

Tipe-A 6 titik; dengan a=0.8cm, s=1.5 cm

Tipe-B 4 titik; dengan a=1.2cm, s=1.5cm

Tipe-C 3 titik; dengan a=1.6cm, s=1.5cm

REALISASI MINI PLAN GENERATOR TEGANGAN TINGGI

Rangakaian Inverter tegangan tinggi

Pompa udara

Elektroda titik-bidang dan Reaktor Ozon

Ttansformator step-up (flyback)

Botol reaksi ozon dengan

larutan KI

TAHAP PENGUJIAN OZON MENGUNAKAN METODE STANDAR IODOMETRI

TAHAP PERSIAPAN METODE STANDAR IODOMETRI

Pada tahap pengujian dengan metode iodometri dilakukan persiapan larutan uji diantaranya adalah larutan potasium iodine (KI), sodium tiosulfat (Na2S2O3), asam sulfat (H2SO4) dan starch (amilum). Langkah persiapan : 1. Larutan KI berasal dari pelarutan kristal KI dan dilakukan hingga mendapatkan

variasi kosentrasi yaitu 0.09M, 0.12M dan 0,15M. 2. Larutan sodium tiosulfat dengan kadar 0,14N dibuat dari kristal Na2S2O3. 3. pembuatan larutan indikator starch 1%. Larutan starch dibuat dari pelarutan

bubuk starch pada air suling bersuhu 70°C.

Mr molekul (g/mol) massa molar ekivalen =ekivalensi (eq/mol)

massa/massa molar ekivalen (eq) Normalitas =volume (liter)

CHRISTIAN, G. D. 2007. ANALYTICAL CHEMISTRY, 6TH ED, Wiley India Pvt. Limited TJAHJANTO, R. T., R, D. G. & WARDANI, S. 2012. Ozone Determination : A Comparation of Quantitive Analysis method. Pure App Chem, 1, 18-25.


Terjadi granulasi (pengendapan) ketika starch dilarutkan pada

air dingin

Koloid sempurna ketika starch

dilarutkanpada suhu 70°C dan diaduk

Proses pembuatan larutan starch

Proses reaksi pengaliran ozon pada larutan KI


Proses rekasi titrasi ozon terlarut dalam KI

Perhitungan kadar ozon terlarut dalam larutan KI

Proses pengujian iodometri dengan penambahan starch Hasil larutan KI

setelah dialirkan ozon Proses titrasi dengan

penambahan sodium tiosulfat dan terjadi titik

keseimbangan

( ) ( ) ( ) ( )3 2 2 3Jumlah O = 24 / volume Na S O normalitas / mg g eq mL meq mL× ×2 2 3 4 6I + 2S O 2I + S O− − −→3 2 2 2O + 2I + 2H O + I + H O− + →

CHRISTIAN, G. D. 2007. ANALYTICAL CHEMISTRY, 6TH ED, Wiley India Pvt. Limited VOGEL, A. I., TATCHELL, A. R., FURNIS, B. S., HANNAFORD, A. J. & SMITH, P. W. G. 1996. Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, Prentice Hall.

HASIL DAN PEMBAHSAN

HASIL PENGUJIAN SUMBER TEGANGAN TINGGI ARUS SEARAH

Luaran sumber tegangan tinggi arus searah

Titik Pengukuran sinyal persegi luaran osilator

dengan osiloskop

Titik Pengukuran tegangan luaran HV-DC dengan HVprobe-multimeter

Titik Pengukuran tegangan dan arus

masukan dari sumber DC tegangan rendah

Sumber DC bertegangan rendah Frequensi osilator (kHz)

Tegangan Luaran inverter HV-DC (kV) Vinput(volt) Iinput(A) Pinput(watt)

15 0.4 6 16 20 15 0.8 12 11 25 15 1.4 21 7 29

HASIL UJI SIMULASI DAN CITRA VISUAL POLA DISTRIBUSI LUCUTAN ELEKTRON PADA ELEKTRODA

y s

x

y

z

Hasil visual lucutan elektron dan pengolahan citra RGB

Hasil simulasi elektroda

HASIL UJI LUARAN KADAR OZON TERLARUT DEGAN METODE IODOMETRI

Ozon terlarut adalah ozon yang bereaksi dengan larutan KI. Ozon akan mengoksidasi larutan KI ketika gas tersebut dialirkan dalam waktu 10 menit. Hasil yang didapatkan dari pengujian adalah :


Hasil pengukuran ozon terlarut pada larutan KI (30ml[0.09M] dan 50ml[0.15M]) dengan variasi lama pengaliran ozon


Serangkaian pengujian iodometri yang telah dilakukan dengan Parameter konstan,

1. Mengunakan elektroda tipe-A 2. Tegangan reaktor sebesar 29 kV

Dari pengujian didapatkan nilai kuantitas ozon terlarut adalah sebagai berikut :

UJI KADAR OZON TERHADAP PENGUBAHAN TEGANGAN REAKTOR

Hasil pengukuran ozon terlarut dengan variasi besar tegangan raktor ozon dan parameter konstan adalah 1. Lama pengaliran 5 menit dalam larutan 50ml KI dengan kosentrasi 0.15M 2. Mengunakan elektroda tipe-A

Tegangan Frekuensi Sumber (power suplly) Ozon terlarut Reaktor (kV) Osilator (kHz) Vin (V) Iin (A) P in (watt) (mg)

20 16 15 0.4 6 1.61 25 11 15 0.8 12 9.27 29 7 15 1.4 21 10.45

HASIL UJI KADAR OZON TERHADAP PENGUBAHAN DIMENSI ELEKTRODA

Hasil pengukuran ozon terlarut selama 5 menit dalam 50ml KI [0.15M] dengan variasi dimensi elektroda titik-bidang:

Tipe elektroda Tegangan reaktor

(kV) P in

(watt)

Kadar ozon terlarut dalam 50 KI[0.15M]

(mg)

Tipe-A 25 13.5 9.41

Tipe-B 25 13.5 8.27

Tipe-C 25 13.5 6.28

KESIMPULAN

Kesimpulan yang bisa diambil dari serangkaian penelitian adalah : 1. Ozon generator berbasis metode lucutan elektron dengan

mengimplementasikan elektroda titik-bidang pada reaktor ozon mampu menghasilkan nilai kadar ozon terlarut sebesar 14 mg yang terukur pada 50ml larutan KI dengan kosentrasi 0.15M selama 10 menit.

2. Kadar ozon yang relatif besar dihasilkan oleh elektroda dengan keraparan antar titik yang relatif kecil dan jumlah pin yang banyak yaitu elektroda tipe-A, hal ini ditunjukkan produksi ozon dari masing-masing tipe elektroda yaitu 9.41 mg (untuk tipe-A), 8.27 mg (untuk tipe-B) dan 6.28 (untuk tipe-C). yang terukur pada 50ml larutan KI dengan kosentrasi 0.15M selama 5 menit.

KESIMPULAN

3. Selisih pengukuran kadar ozon terlarut dari pengubahan tegangan 20-25 kV lebih besar yaitu 7.66 mg jika dibandingkan selisih pengubahan dari tegangan 25-29kV yaitu 1.18 mg, penurunan selisih hasil ozon disebabkan karena adanya spark saat diberikan tegangan 29kV pada elektroda titik-bidang.

4. Penambahan besar kosentrasi dan volume larutan KI mempengaruhi hasil pengukuran ozon terlarut, dengan lama pengaliran ozon sama yaitu 10 menit berhasil diukur ozon terlarut sebesar 9.6mg (Untuk larutan KI) dan 14mg (untuk 50ml larutan KI-kosentrasi 0.15M)

5. Kumulatif ozon terlarut meningkat sebanding dengann lama pengaliran ozon dalam 30ml larutan KI dengan kosesntrasi 0.09M, besar ozon terkumulasi dari masing-masing lama waktu pengaliran adalah 2.52 mg (untuk 1 menit), 6.10 mg (untuk 5menit) dan 9.68 mg (untuk 10 menit) .

Terima Kasih

rancang bangun generator ozon studi kasus: …

Documents