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
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
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
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).
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.
PEMBUATAN DAN IMPLEMENTASI GAS OZON
SINTESA OZON
APLIKASI OZON
ELEKTROKIMIA
METODE
ELECTRON DISCHARGE
UNTUK
GENERATOR OZON
2 2 3 2 3 2 3 142.7 / 2 O HV O O 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
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
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
DIAGRAM ALUR PENELITIAN
studi pustaka
Perancangan instrumentasi pembangkit tegangan tinggi Perancangan elektroda pelucutan
titik-bidang dan reaktor ozon
Pengujian kadar ozon dengan metode reaksi kimia iodometri
Pelaporan
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
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.
TAHAP PENGUJIAN OZON
MENGUNAKAN METODE STANDAR IODOMETRI
Terjadi granulasi (pengendapan) ketika starch dilarutkan pada
air dingin Koloid sempurna
ketika starch dilarutkanpada suhu
70°C dan diaduk
Proses pembuatan larutan starch
TAHAP PENGUJIAN OZON
MENGUNAKAN METODE STANDAR IODOMETRI
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 3
Jumlah O mg = 24 g eq/ ×volume Na S O mL × normalitas meq mL/
2 2 3 4 6
I + 2S O − → 2I + S O− −
3 2 2 2
O + 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 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
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 UJI LUARAN
KADAR OZON TERLARUT DEGAN METODE IODOMETRI
Hasil pengukuran ozon terlarut pada larutan KI (30ml[0.09M] dan 50ml[0.15M]) dengan variasi lama pengaliran ozon
HASIL UJI LUARAN
KADAR OZON TERLARUT DEGAN METODE IODOMETRI
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) (watt)P in
Kadar ozon terlarut dalam 50 KI[0.15M]
(mg)
Tipe-A 25 13.5 9.41
Tipe-B 25 13.5 8.27
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) .
