studi kesetaraan rangkaian listrik lucutan senyap - ANSN

Widdi Usada, dkk.
ISSN 0216 - 3128
11
STUDI KESETARAAN RANGKAIAN LISTRIK LUCUTAN
SENYAP PADA GENERATOR OZON
Widdi Usada, Suryadi, Agus Purwadi, Isyuniarto, Sri Sukmajaya
P3TM-BATAN
ABSTRAK
STUDI KESETARAAN RANGKAIAN LISTRIK LUCUTAN SENYAP PADA GENERATOR OZON.
Ozon adalah molekul dengan tiga atom oksigen yang cukup bermanfaat. Ozon dapat dibuat
dengan penyinaran dengan sinar UV ke molekul oksigen atau dengan teknik lucutan senyap.
Dalam makalah ini disajikan studi rangkaian kesetaraan listrik lucutan senyap generator ozon.
Dalam studi ini generator ozon diwakili oleh sumber listrik bolak balik, kapasitor dielektrik
dan induktansi serta hambatan. Hasil studi menunjukkan bahwa ada pengaruh kuat antara
parameter induktansi lucutan listrik (plasma) terhadap besarnya tegangan lucutan di celah,
sedangkan pada frekuensi yang sangat tinggi ada perubahan bentuk sinyal yang diperoleh.
Hasil ini bermanfaat dalam membuat desain dan pembuatan generator ozon.
ABSTRACT
STUDY OF ELECTRICAL CIRCUIT EQUIVALENCE OF SILENT DISCHARGE ON OZONE
GENERATOR. Ozone is a molecule of 3 atomic oxygen which is useful enough for several
application. Ozone can be produced by irradiating the oxygen molecule using UV source or
using silent discharge technique. In this paper, it is presented a study of electrical circuit
equivalence of silent discharge for ozone generator. In this study the ozone generator is
represented by an AC voltage source, dielectric capacitor, inductors and a resistor. The result
study shows that there is a strong influence of the inductance parameter to the gap discharge
voltage, and for higher frequency source, there is a disformation qf the achieved signal. This
result is useful for designing and fabricating the ozone generator.
PENDAHULUAN
L
ucutan senyap LS (silent discharge) atau
disebut pula lucutan korona (corona discharge )
merupakan salah satu di antara berbagai jenis
lucutan yang banyak menarik perhatian di berbagai
bidang aplikasi. Lucutan senyap itu sendiri merupakan lucutan gas yang terletak di antara dua elektrode
dengan elektrode yang salah satu atau keduaduanya dari bahan dielektrik, sehinga lucutan yang
tejadi di antara elektrode dengan bahan dielektrik
juga disebut lucutan terhalang dielektrik LTD
(dielectric barrier discharge ). Oleh karena itu
sumber tegangan listrik yang dapat melucutkannya
adalah sumber tegangan bolak-balik. Keistimewaan
lucutan listrik yang tejadi adalah adanya lucutan
mikro yang merata di seluruh permukaan elektrode
bahan dielektrik. Karakteristik lucutan mikro ini
adalah umur dalam orde nanodetik dan ukuran dalam
mikrometer. Lucutan yang demikian ini seringkali
disebut pula dengan lucutan mikro (micro
discharge) atau lucutan streamer. Dalam lucutan
senyap ini terbentuk konsentrasi elektron, maka
seringkali pula lucutan jenis ini disebut lucutan
plasma tidak setimbang (non -equilibrium plasma
discharge). Aplikasi dari teknik lucutan senyap ini
adalah dalam pembuatan laser CO2 pulsa, panil
penampil layar datar pada televisi, generator ozon
serta untuk melenyapkan gas beracun seperti NO x
dan SO x serta freon.[1-6]
Oleh karena sedemikian banyak aplikasi
lucutan senyap ini, maka minat untuk lebih
memahami berbagai macam fenomena yang terjadi
dalam lucutan senyap ini juga semakin besar.
Sejarah
Senyap
dan
Perkembangan
Lucutan
Perkembangan apalikasi lucutan ini berasal
dari proses pembentukan ozon sendiri yang latar
betakang sejarah dapat dijelaskan sebagai berikut.[7]
Pada tahun 1839 Schonbein mengidentifikasi adanya
bau khas yang muncul dari anode selama elektrolisa
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
12
ISSN 0216 - 3128
air sebagai suatu zat kimia baru yang menyertai
proses tersebut yang selanjutnya ia beri nama ozon.
Beberapa tahun kemudian, tepatnya tahun 1857,
Siemens, dalam makalahnya mengenai lucutan gas
menyatakan bahwa lucutan gas dapat menghasilkan
ozon dari oksigen atau udara pada tekanan atmosferik. Lu cutan ini dimulai dalam rongga tabung gelas
koaksial. Dengan mengguna-kan electrode koaksial
maka medan listrik radial yang ditimbulkan oleh
tegangan bolak-balik yang dikenakan padanya
sehingga menimbulkan dadal listrik pada aliran gas
tersebut. Karena arus listrik diharuskan melewati
dinding gelas yang ber-perilaku sebagai penghalang
dielektrik, maka lucutan listrik yang dihasilkannya
disebut sebagai lucutan terhalang dielektrik (LTD).
Pada awalnya lucutan tersebut disebut lucutan
senyap, suatu istilah yang digunakan oleh Andrews
dan Tait pada tahun 1860. Nama tersebut sampai kini
masih digunakan. Sejumlah molekul oksigen saat
mengalir melewati gas antara tabung gelas diubah
menjadi ozon. Ditemukan juga senyawa-senyawa
lain yang dihasilkan dan banyak usaha telah
dilaksanakan untuk mengidentifikasi produk-produk
lucutan lainnya seperti : N2O, NO, NO2, NO3, N2O 5 ,
dan untuk udara yang mengandung uap air juga ada
HNO2, dan HNO 3. Senyawa-senyawa ini dapat
mempengaruhi pembentukan ozon. Blia mereka
mencapai konsentrasi tertentu maka ozon yang
dihasilkan melalui lucutan tersebut akan dirusak.
Mode lucutan yang merusak ozon ini disebut pula
lucutan beracun. Dengan menggunakan teknik LTD
ini, dekomposisi senyawa gas seperti NH3, H2S, dan
CO2 telah dapat dilaksanakan dan dilaporkan pada
abad yang lalu.
Produksi ozon dalam skala
besar/industri untuk pelakuan air minum telah
dilaksanakan di benua Eropa pada tahun 1900-an,
oleh M.P Otto di Perancis, dan oleh H. Becker di
Jerman, sangat bejasa dalam memberikan sumbangan terhadap perkembangan industri generator ozon
pada awal abad ke 20 ini. Pada tahun 1943 T.C.
Manley menurunkan rumusan penting yang meng kaitkan daya terdisipasi dengan frekuensi operasi,
tegangan puncak yang dikenakan, dan beberapa
Widdi Usada, dkk.
sifat lucutan penting lainnya. Aplikasi pertama
lucutan senyap adalah menghasilkan radiasi
eksaimer UV seperti dipublikasikan oleb Tanaka pada
tahun 1955 dan aplikasi pertama menghasilkan
radiasi infra-merah dalam molekul CO2 seperti
dikemukakan oleh Yagi dan Tabata pada tahun 1981.
Tahun 1996 ditandai dengan investasi besar unuk
membangun fasilitas memproduksi layar televisi flat
dengan menggunakan panel penampil plasma.
Aplikasi dengan teknik LTD ini diharapkan mencapai
volume pasar yang sekurang-kurangnya 10 kali lebih
besar dari pasar ozon mula-mula. LTD ini sangat
menarik untuk aplikasi industri karena mereka dapat
mem-beam kondisi plasma tak-setimbang pada
tekanan atmosfer.
Konfigurasi LTD klasik
diperlihatkan pada Gambar 1, dengan menggunakan
susunan silinder atau planar dengan sekurangkurangnya satu lapisan dielektrik yang ditempatkan
di antara electrode.
Bahan dielektrik yang digunakan pada
umumnya gelas, kursa, kerarmik atau juga polimer.
Spasi gap berjangkau antara 0.1 mm pada penampil
plasma dan diatas 1 mm untuk generator ozon dan
beberapa cm untuk laser CO 2. Sifat yang paling
menarik pada LTD adalah tekanan gas operasi adalah
atmosferik, lucatan dadal terdiri dari banyak arus
filarnen yang independen yang tersebar diseluruh
permukaan dengan lama lucut dalmn orde nanodetik.
Filamentasi lucutan dadal pada tekanan udara
atmosferik dalam konfigurasi LTD pertama kali
ditemukan oleh Buss pada tahun 1932 dan sejak itu
diteliti oleh banyak peneliti. Parameter plasma dalam
setiap saluran lucutan tersebut yang seringkali
disebut lucutan mikro, dapat diprediksi dengan
model perhitungan dan dapat dipengaruhi oleh
parameter eksternal.
Perkembangan diagnostik
plasma dan modeling komputer telah mampu
menempatkan diri sebagai piranti diagnostik untuk
mengamati sifa t-sifat lucutan mikro secara mendalam
dan berfungsi untuk menyesuaikan diri terhadap
aplikasi yang seperti yang dikehendaki.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
Widdi Usada, dkk.
ISSN 0216 - 3128
13
Gambar l. Konfigurasi LTD planar dan silindris.
Filamen lucutan mikro dapat dianggap
persamaan yang menjelaskan adanya proses eksitasi,
sebagai saluran plasma terionisasi lemah dengan
disosiasi, ionisasi, attachment dan rekombinasi,
sifat-sifat yang mewakili lucutan glow tekanan tinggi.
pengaruh muatan yang dihasilkan pada medan listrik,
Karena adanya penyusunan muatan di permukaan
distribusi tenaga elektron dan reaksi kimia.
dielektrik, yang lamanya beberapa nanodetik, medan
Modeling pembentukan streamer dua dimensi telah
listrik dilokasi lucutan mikro akan menurun sampai
menjadi piranti penelitian yang sangat penting.
pada suatu harga sehingga aliran arus pada posisi
Setelah usaha awal untuk memodelkan pembentuktersebut terganggu. Meskipun umurnya sangat
an lucutan mikro dalam LTD telah dilakukan oleh
pendek dan transport muatannya -pun sangat
Gibalov dkk. pada tahun 1981, maka banyak peneliti
terbatas serta disipasi tenaganya juga kecil, namun
lain telah mempublikasikan hasil simulasi dua
dalam lucutan mikro tersebut sebagian besar tenaga
dimensi 2D lucutan mikro di oksigen, udara, xenon,
elektron dapat digunakan untuk mengeksitasi atom
gas buang serta campuran gas greenhouse.
atau molekul dari gas latar, sehingga menimbulkan
Setelah avalanche elektron merambat me -nuju
reaksi kimia dan atau emisi radiasi. Dalam LTD ini
anode, maka muncul streamer yang menuju katode
setiap lucutan mikro teramati pada frekuensi
yang akhimya menyebabkan pembentukan yang
berulangkali yang besamya sekitar dua kali frekuensi
sangat cepat daerah fall katode. Arus maksimum
suplainya. Frekuensi tegangan yang dikenakan
lucutan mikro berimpit dengan daerah cathode fall.
dapat berjangkau dari beberapa sampai beberapa
Selama tahap ini kerapatan elektron berorde 1014 cm-3,
ratus kHz. Pada frekuensi yang lebih tinggi teramati
dengan lebar 0.2 mm. Tenaga elektron didala m
adanya fenomena yang berbeda karena tidak ada
filamen besarnya beberapa eV, sedangkan suhu gas
cukup waktu antara separo gelombang tegangan
tetap hampir sama dengan suhu gas latar, yang
berikutnya dapat mengikuti peluruhan konduktivitas
ditentukan oleh daya terdisipasi dalam lucutan
plasma dalam filamen lucutan mikro. Pada tahuntersebut dan panas yang diambil oleh rangkaian
tahun terakhir ini telah ditemukan suatu fenomena
pendingin. Elektron-elektron bertenaga tinggi dalam
bahwa pada suatu kondisi tertentu dapat diperoleh
lucutan mikro bertumbukan dengan molekul dan
lucutan glow yang homogen.
atom gas latar dan menghasilkan ion, spesies
Deskripsi teoritis pembentukan lucutan mikro
tereksitasi seperti halnya fragrnen atom dan molekul
serta pelakuan sesaat reaksi kimia dalarn filamen
lainnya yang mengawali reaksi kimia. Kombinasi
plasma tersebut telah diketahui baru -baru ini.
fisika lucutan non termal dan kimia plasma telah
Komputer cepat dan code numerik yang efisien
mengarah pada aplikasi penting untuk industri
diperlukan untuk menyelesaikan persamaanseperti yang ditunjukkan Gambar 2.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
ISSN 0216 - 3128
14
Widdi Usada, dkk.
Gambar 2. Skema diagram prinsip umum LTD dan aplikasinya.
Generasi Industri Ozon
Ozon dapat dihasilkan dari oksigen, udara
atau dari campuran N2/O2. Langkah pertama menuju
pembentukan ozon dalam lucutan gas adalah
disosiasi molekul O2 melalul tumbukan elektron dan
reaksi dengan atom N atau molekut N2 tereksitasi,
seandainya ada nitrogen.
Selanjutnya ozon
terbentuk melalui reaksi 3 bodi termasuk O dan O2.
Reaksi yang tidak dikehendaki berlangsun g pada
batas atas suhu dan konsentrasi atom pada saluran
lucutan mikro. Seandainya konsentrasi oksigen
terlalu tinggi maka rekombinasi menjadi O2 metfjadi
dominan.
Seandainya suhu terlalu tinggi
pembentukan ozon secara drastis akan menurun dan
dekomposisi ozon termal menjadi berperanan. Aspek
penting lainnya adalah rugi tenaga oleh ion harus
dipertahankan seminimum mungkin karena reaksi
ionik secara esensial tidak memberikan pe-ranan
besar terhadap pembentukan ozon.
Modeling
lucutan sangat membantu meng identifikasi kondisi
lucutan optimum terhadap lebar celah, sifat dielektrik, tekanan operasi, bentuk gelombang tegang an serta frekuensi.
Banyak teknik generator ozon menggunakan
tabung lucutan silinder dengan diameter 20-50 mm
dan panjangnya 1-3 m. Untuk generator ozon
tradisional tabung gelas pireks (duran) dipasang
didalarn bahan tabung baja tahan karat untuk
mernbentuk celah lucut anular dengan lebar radial
0,5-1 mm. Pelapisan konduktor (lapisan tipis aluminium) didalam tabung gelas dikenakan tegangan
tinggi melalui sekering HV. Dielektrik lain seperti
tabung keramik atau pelapisan dielektrik khusus
pada tabung baja juga banyak digunakan. Saat ini
unjuk kerja generator ozon yang tinggi dengan
menggunakan dielektrik bukan dari gelas serta lebar
celah yang sangat sempit. Generator ozon berukuran besar menggunakan banyak tabung lucut.
Tabung baja luar berlaku sebagai elektrode tanah.
Elektrode tanah ini didinginkan bagian luar oleh
aliran air. Generator ozon kuno dioperasikan pada
frekuensi sesua i dengan sumber AC atau mengguna kan motor generator. Sedangkan generator modern
berdaya tinggi memanfaatkan daya semikonduktor
untuk menghasilkan arus gelombang kotak dengan
laju repetisi 0.5 sampai 5 kHz. Pada generator yang
dioperasikan pada frekuensi lebih tinggi dapat
melimpahkan rapat daya pada tegangan operasi yang
lebih rendah, saat ini dapat dibawah 5 kV dibanding
dengan generator terdahulu yang membutuhkan 20
kV. Tegangan yang lebih rendah menghasilkan
berkurangnya stress listrik terhadap diele ktrik.
Sedangkan generator ozon yang meng-gunakan
thyristor atau IGBT (insulaied gate bipolar
transistor) berdaya tinggi memberikan pengendalian
proses yang unggul serta kompensasi faktor daya.
Berdasar pada kondisi lucut teroptimasi serta
daya elektronik modern, belakangan ini banyak
dicapai kemajuan pesat dalam hal konsentrasi ozon
yang dan konsumsi tenaga. Konsentrasi ozon
sampai 5% berat dengan udara dan lebih 18% berat
dengan oksigen teknis sekarang ini dapat dicapai.
Fasilitas ozon besar dapat menghasilkan beberapa
ratus kg ozon setiap jamnya pada konsumsi daya
beberapa megawat. Kapasitas generator ozon yang
besar mampu menghasilkan 100 kg perjamnya.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
Widdi Usada, dkk.
ISSN 0216 - 3128
Dengan teknologi modern ozon dapat dihasilkan
kurang dari 2 US$/kg. Aplikasi utama adalah dalam
perlakuan air dan pemutihan bubur. Aplikasi dalam
sistesa organik termasuk didalamnya ozonisasi asam
oleik dan produksi hydrochinon, piperonal, hormonhormon tertentu, antibiotik, vitamin, bumbu, parfum
dan fragrances.
Demikian sekilas perkembangan generator
ozon. Sedangkan dalam makalah ini akan disajikan
sosok generator ozon yang dipandang dari sisi
kesetaraannya sebagai sistem peralatan listrik yang
terdiri dari sumber tegangan bolak-balik, kapasitor,
induktansi dan resistansi.
15
Gambar 3.
Rangkaian kesetaraan generator
ozon yang terdiri dari induktansi
L1, kapasitor dielektrik C, lucutan
di celah diwakili oleh induktansi
L2 dan R.
Persamaan
Rangkaian
Generator Ozon
Kesetaraan
Persamaan rangkaian listtik dari Gambar 3
dapat dituliskan sebagai berikut
V = ( L1 + L2 ) dI / dt + ∫ I dt / C + I R
DASAR TEORI
Seperti telah dijelaskan dimuka bahwa
generator ozon terdiri dari sumber tegangan bolakbalik, yang dihubungkan dengan elektrode yang
dilapisi dengan bahan dielektrik, kemudian ruang
berisi gas, dan selanjutnya elektrode yang dihubungkan dengan sistem pentanahan. Oleh karena
itu sistem generator tersebut dapat dipandang
sebagai sistem rangkaian listrik yang terdiri dari
sumber tegangan bolak-balik, kemudian kapasitor C1
yang mewakili dielektrik dan kapsitor kedua yang
mewakili ruang berisi gas antara dielektrik dengan
elektrode kedua. Sedangkan saat terjadi lucutan
mikro maka C2 seakan-akan disejajarkan dengan
adanya induktansi L dan sebuah tahanan R. Gambar
3 menunjukkan rangkaian setara generator ozon.
Rangkaian Kesetaraan Generator Ozon
Gambar 3 mewakili rangkaian kesetaraan
generator ozon. V adalah sumber daya bolak-balik
(RF), C adalah kapasitor pertama mewakili dielek-trik,
L dan R adalah induktansi dan tahanan yang
mewakili adanya plasma saat terjadi lucutan senyap.
(1)
Atau dapat dituliskan
dI / dt = (V − ∫ I dt / C − I R) / ( L1 + L2 )
(2)
PENYELESAIAN, HASIL DAN PEMBAHASAN
Normalisasi Persamaan Rangkaian Gene rator Ozon
Untuk keperluan komputasi biasanya persamaan yang akan diselesaikan harus diubah menjadi persamaan yang tidak berdimensi. Oleh karena
itu persamaan (2) dapat diubah menjadi persamaan
normalisasi dengan faktor norinalisasinya adalah
sebagai berikut
t 0 = (L1C)1/2;
-1
f0 = (t0) ;
t = t 0τ;
Z0 = (L1/C)1/2;
F = k f0;
R = Z0δ1;
L2/L1 = β
V 0 = I0Z0; I = I0ι
V = V0 cos Ft = I0Z0 cos k τ
sehingga persamaan (2) akan menjadi
dI / dt = dI / dt = (V − ∫ I dt / C − I R)/ ( L1 + L2 )
( I 0 / t0 ) dι / dτ = ( I0 Z0 cos k τ − I 0 Z0 ∫ ι d τ / C
− I 0Z0 δ) / L1 (1 + β)
dι / dτ = (t0Z0 cos kτ − t02 ∫ ι dτ / C − t0Z0δ)
/ L1 (1 + β)
dan karena t 0 Z0 = Ll, sedangkan t 02 = L1 C, maka
diperoleh
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
ISSN 0216 - 3128
16
dι / dτ = (cos (kτ) − ∫ ιdτ − δ) / (1 + β)
(3)
Persamaan (3) merupakan laju arus ternorrnalisasi
dan dapat diselesaikan secara numerik, dan telah
dipilih perangkat lunak WATFOR77 dan sebagai
penampil grafiknya dengan lotus atau microsoft
excel. Hasil tampilan untuk berbagai variasi frekuensi (k ) dan parameter lainnya dapat disampaikan
sebagai berikut :
Gambar 4 - 10 menunjukkan hasil komputasi
rangkaian setara generator ozon dengan parameter k
= 1, 5, 10 dan beta = 0, 5; 1.
Dari hasil komputasi yang diperoleh maka
untuk k yang besarnya sama dengan 1, 5, 10, tampak
bahwa untuk k = 1 sinyal sumber tampak tidak
cacatnya (Gambar 4), namun untuk k = 5 mulai
tampak ketidak-simetrisan apalagi untuk k = 10,
sinyal menjadi runcing dan pada saat tertentu akan
terpotong, dan berlaku untuk baik sinyal sumber
maupun sinyal lucutan di celah (Gambar 6, 7, 9, 10).
Untuk faktor beta (β ) = L1/L2, maka untuk β <
1 maka tegangan keluaran yang diberikan kepada
celah akan kecil. Maka untuk β < 1 maka tenaga
Widdi Usada, dkk.
yang diberikan kepada celah juga kecil. Sedangkan
untuk β = 1, tegangan lucut yang diberikan akan lebih besar mendekati separo dari tegangan sumbernya. Besarnya tenaga yang diberikan ke celah hampir tidak terpengaruh oleh frekuensi yang diberikan.
Dalam laporan ini tidak disinggung faktor
hambatan, mengingat bahwa peranan hambatan R di
sini menunjukkan beban panas yang diberikan oleh
sisitem. Oleh karena itu seharusnya beban R sekecil
mungkin sehingga panas yang dihasilkan juga sekecil mungkin. Panas yang dihasilkan yang biasanya ditimbun di elektrode baja tahan karat akan
memberikan radiasi panas yang merusak ozon yang
terbentuk. Oleh karena itu pada elektrode baja tahan
karat perlu dipasang sistem pendingin se-hingga
akan memberikan pengaruh terhadap jumlah ozon
yang dihasilkan. Namun perlu diketahui bah-wa
sekecil apapun R tentu ada karena merupakan
karakteristik darisetiap sistem rangkaian fistrik.
Hasil komputasi tersebut sangat penting oleh
karena itu dalam merancang sistem generator ozon
perlu pertimbangan-pertimbangan sehingga hasil
optimal akan dapat diperoleh.
Gambar 4. Kurva komputasi rangkaian setara generator ozon antara tegangan sumber dan
tegangan gap dengan parameter k = 1 dan beta = 0,5.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
Widdi Usada, dkk.
ISSN 0216 - 3128
Gambar 5. Lukisan Lissajous antara tegangan sumber dan tegangan gap dengan parameter k = 1 dan beta = 0,5 .
Gambar 6. Kurva komputasi rangkaian setara generator ozon antara tegangan sumber dan
tegangan gap dengan parameter k = 5 dan beta = 0,5.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
17
18
ISSN 0216 - 3128
Widdi Usada, dkk.
Gambar 7. Kurva komputasi rangkaian setara generator ozon antara tegangan sumber dan
tegangan gap dengan parameter k = 10 dan beta = 0,5.
Gambar 8. Kurva komputasi rangkaian setara generator ozon antara tegangan sumber dan
tegangan gap dengan parameter k = 1 dan beta = 1.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
Widdi Usada, dkk.
ISSN 0216 - 3128
Gambar 9. Kurva komputasi rangkaian setara generator ozon antara tegangan sumber dan
tegangan gap dengan parameter k = 5 dan beta = 1.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
19
ISSN 0216 - 3128
20
Widdi Usada, dkk.
Gambar 10. Kurva komputasi rangkaian setara generator ozon antara tegangan sumber
dan tegangan gap dengan parameter k = 10 dan beta=l .
KESIMPULAN
Generator ozon sebagai suatu sistem rangkaian listrik RLC telah disusun sistem persamaannya,
kemudian persamaan yang dihasilkan telah pula
diselesaikan dalam bentuk persamaan ternormalisasi. Penyelesaian persamaan ternormalisasi dikejakan dengan perangkat lunak Watfor77. Hasil
yang diperoleh menunjukkan adanya pengaruh kuat
beban induktansi terhadap keluaran tegangan lucut
di celah, yang berarti pula menunjukkan tenaga yang
diberikan kepada celah. Seperti diketahui di celah
tersebut merupakan tempat berlangsungnya reaksi
pembentukan ozon. Meskipun faktor ham-batan R
tidak dipandang secara serius, namun karena R
memberikan beban panas yang berarti memberikan
beban negatif terhadap proses pem-bentukan ozon
maka R haruslah dibuat serendah mungkin. Karena
R merupakan faktor karakteristik data sistem
generator ozon maka untuk memberikan reaksi yang
optimal data pembentukan ozon diperlukan sistem
pendingin yang dikenakan pada elektrode logam
(elektrode baja tahan karat).
1.
Y. SAKAI et al., Decomposition of NO2
Molecules By UV Light and Glow Discharge, in
Proccs. of XXII International Conference on
Phenomena in Ionized Gases, Hoboken, USA,
July 31st - August 4 th, 1955.
2.
R.A. DZHANOV et al., Dynamic of Ozone
Formation in Nanosecond Microwave Dis charge, in Proccs. of XXII International
Conference on Phenomena in Ionized Gases,
Hoboken, USA, July 31st - August 4 th, 1955.
3.
I.D. CHALMERS et al., Pulsed Ozone Gene ration In Oxygen, Proccs. of XXII International
Conference on Phenomena in Ionized Gases,
Hoboken, USA, July 31st- August 4 th, 1955.
4.
R. A. DZHANOV et al., Freon Destruction in a
Nanosecond Corona Discharge, in Proccs. of
XXII International Conference on Phenomena in
Ionized Gases, Hoboken, USA, July 31 st-August
4th, 1955.
5.
R.H. AMIROV et al., Nanosecond Corona
Induced SO2 Oxidation in Flue Gas and Effect
of Fly Ash , in Proccs. of XXII International
Conference on Phenomena in Ionized Gases,
Hoboken, USA, July 31st-August 4 th, 1955.
6.
R. MORROW et al., Pulsed Corona to Reduce
NOx and SO2 Emissions, in Proccs. of XXII
International Conference on Phenomena in
Ionized Gases, Hoboken, U S A, July 31st August 4th, 1955.
7.
W. EGLI and U. KOGELSCHATZ, XXII
International Conference on Phenomena Ioni zed Gases, Hoboken, USA, July 31st -August 4 th,
1995, pp. 119-1920.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada
Prof U. Kogelschatz dari ADB Swiss, Prof C.S Wong
dari Physics Dept. UM, KL, Malaysia, Dr. Ozamu
Naito, JAERI, Naka Jepang, Dr. Muhamad Noor
FMIPA -UNDIP, Semarang yang banyak memberikan
acuan, sehingga pekerjaan ini dapat diselesaikan.
ACUAN
LAMPIRAN
WATFOR -77 Vl.4 (c) 1986 - WATCOM Systems Inc. 00/11/15 09:56:40
Options : xtype, list, extensions, warnings, terminal, check
C
GENERATOR OZON DALAM SISTEM RA NGKAIAN LISTRIK SETARA
C
14 NOVEMBER 2000, 1 UNTAI
REAL Il, N
T = 0
Il = 0
Ql = 0
DT = 0.05
N = 20
R,L,C
1
2
3
4
5
6
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
Widdi Usada, dkk.
ISSN 0216 - 3128
21
7
K = 5
8
GAMMA = L
9
DELTA
= 0.05
10
BETA
= 0.5
11
RI1 = 0
12
V = 0
13
Vl = 0
14
NWR1 = 2
15
OPEN(UNIT=NWR1,FILE='C:OZONOVE.PRN’)
16
WRITE(*,20)T,V,V1,I1
17
WRITE(NWR1,20)T,V,V1,Il
18 20 FORMAT(lX,F9.4,3X,F9.4,3X,F9.4,3X,F9.4)
19 10 DO 30 M = 0,2
20
T = T+DT
21
I1 = I1+RI1*DT
22
Ql = Q1+I1*DT
23
RI1 = SIN(K*T) - Ql/(1+GAMMA)
24
V1 = Q1/GAMMA
25
V= SIN(K*T)
26
IF ((ABS(V1/V) -O.5) . LT.0.05.) GOTO 40
27 30 CONTINUE
28
WRITE(*,20)T,V,V1,Il
29
WRITE(NWR1,20)T,V,V1,Il
30
GOTO 10
31 40 WRITE(*,20)T,V,V1,Il
32
WRITE(NWR1,20)T,V,V1,Il
33 50 DO 60 M=0,2
34
T=T+DT
35
RI1 = (SIN(K*T) -Ql - DELTA)/(1+BETA)
36
Il=Il+RI1*DT
37
Ql=Ql+Il*DT
38
V=SIN(K*T)
39
Vl=BETA*RI1+Il*DELTA
40 60 CONTINUE
41
WRITE(*,20)T,V,V1,Il
42
WRITE(NWR1,20)T,V,Vl,Il
43
IF (T.LT.5) GOTO 50
44
IF (T.GT.5) GOTO 100
45
CLOSE(NWR1)
46 100 STOP
47
END
Compile time:
00.00
Execution time:
00.06
Size of object code:
1150
Number of extensions: 0
Size of local data area(s):
244
Number of warnings: 0
Size of global data area:
0
Number of errors: 0
Object/Dynamic bytes free: 403614/44289 Statements Executed: 754
TANYA JAWAB
Anwar Budianto
− Pada abstrak tertulis bahwa parameter tegangan
lucutan (V) di celah diberikan sangat sign ifikan
dalam produksi ozon. Pada proses ini, mana yang
paling berperan, tegangan atau medan listrik ?
− Bagaimana fungsi produksi ozon terhadap
parameter-parameter kesetaraan rangkaian listrik
lucutan ?
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001
ISSN 0216 - 3128
22
Widdi Usada, dkk.
Suryadi
− Dalam proses ini yang memegang peran sangat
penting ialah kuat medannya .
dengan lucutan senyap lebih efisien. (Dengan
lucutan senyap lebih cepat mengubah warna
larutan KJ) .
− Produksi ozon akan optimum bila daya yang
disalurkan dari sumber ke sistem optimum.
Dalam pemodelan ini transfer daya optimum
tercapai untuk nilai β = 1 ( impedansi sumber
sama dengan impedansi sistem).
− Kerapatan ozon yang dihasilkan diukur dengan
mengamati kecepatan perubahan larutan KJ .
M. Munawir Z.
− Apakah ozon dari hasil penyinaran oksigen
dengan UV atau lucutan senyap ini pernah
dibuat?
− Bila sudah, teknik mana yang lebih efisien ?
− Hasil produksi ozon bagaimana cara mengukurnya ?
Suryadi
− Ozon dengan lucutan senyap sudah dibuat di lab
kami, sedangkan dengan penyinaran U.V. telah
pula dicoba dibidang lain .
− Secara kuantitatif belum pernah diperbandingkan . Secara kualitatif dapat disimpulkan
J. Karmadi
− Pada generator ozon telah disebutkan pada
frequensi sangat tinggi, berapa nilai frequensi
tersebut ?
− Pada generator ozon tersebut idiealnya pada
frequensi berapa ?
Suryadi
− Frekuensi akan mempermudah terjadinya
peristiwa lucutan, sehingga frekuensi tidaklah
sangat penting pada generator ozon. Hanyalah
pada frekuensi lebih rendah dibuatkan
tegangan yang lebih tinggi. Alat yang telah
kami buat menggunakan frekuensi ~ 2 MHz.
− Untuk frakuensi idealnya sampai saat ini belum
diketahui secara pasti. Tetapi ada peneliti an
yang menunjukkan bahwa frakuensi yang lebih
tinggi akan lebih efisien .
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 - 8 Agustus 2001