laporan akhir penelitian - sipeg.unj.ac.id

LAPORAN AKHIR PENELITIAN

MP3EI 2011-2025

PENERAPAN TEKNOLOGI PLASMA SEBAGAI CLEANING TECHNOLOGY

DALAM OPTIMASI REDUKSI EMISI GAS BUANG PADA PERSPEKTIF

PEMBANGUNAN TRANSPORTASI BEBAS POLUSI

Tahun ke-1 dari Rencana Dua Tahun

Ketua : Dr. Nanang Arif Guntoro, M.Si (NIDN: 0022066204)

Anggota : Lipur Sugiyanta, Ph.D (NIDN: 0029127601)

Anggota : Drs. Jusuf Bintoro, MT (NIDN: 0008016106)

Universitas Negeri Jakarta

Desember 2015

hal. iii

Penelitian ini dimaksudkan untuk mengoptimalisasi reduksi polutan emisi NOx

untuk mewujudkan moda transportasi bebas polusi pada perspektif pembangunan

transportasi berkelanjutan (sustainable transportation development) melalui

rekayasa teknologi plasma sebagai cleaning technology.

Campuran gas adalah udara terdiri dari 80% N2 dan 20% O2 dengan kandungan

400ppm oksida toksik NOx pada tekanan atmosfir dan temperatur ruang. Aliran

udara memperhitungkan 16 partikel netral dengan melibatkan 110 reaksi kimia

yang dominan dalam penghancuran polutan emisi gas buang. Penelitian dilakukan

di Laboratorium Fisika Terapan, Jurusan Teknik Elektro, FT, UNJ, yang

dirancang selama dua tahun dari 2015 sampai 2016. Metode penelitian tahun

pertama ini dilakukan dengan metode simulasi dengan menerapkan MUSCL

(Monotonic Upstream-centred Scheme for Conservation Law) melalui kriteria

evolusi CFL untuk memperoleh optimalisasi penghancuran oksida-oksida toksik.

Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan, kesimpulan penelitian tahun pertama

adalah sebagai berikut: (1) proses penghancuran NOx dilakukan melalui reaksi

dengan radikal-radikal N, O, OH, dan O3 pada fase setelah lucutan listrik yang

berlangsung hanya dalam waktu satu milisekon; (2) besarnya medan listrik yang

berada di dekat anoda sesuai dengan kondisi simulasi yaitu sekitar 3.103V/m

memungkinkan elektron memperoleh energi yang cukup untuk mengionisasi

molekul-molekul gas dalam mereduksi NOx di ruang antar elektroda; (3) waktu

untuk menghancurkan polutan akibat bereaksi dengan berbagai radikal lebih lama

dibandingkan dengan waktu difusi antar unsur-unsur partikel kimia, sehingga

dinamika gas di ruang antar elektroda berpengaruh signifikan terhadap kinetika

kimia; (4) deskripsi kinetika kimia diperlukan untuk optimalisasi penghancuran

NOx sebab efisiensi reduksi tergantung pada banyaknya radikal yang tercipta; dan

(5) kerapatan NO mencapai nilai maksimum pada 1,125ppm ketika efek dinamika

diperhitungkan dan 0,595ppm ketika kinetika kimia diperhitungkan. Evolusi

populasi kimia selalu diimbangi oleh transport difusif dari daerah dengan

konsentrasi lebih kuat menuju daerah yang konsentrasinya lebih lemah.

Hasil penelitian tahun pertama ini diharapkan mampu memberikan pemahaman

yang jelas dan rinci tentang optimalisasi penghancuran NOx pada reaktor plasma,

sehingga tercipta sarana transportasi bebas polusi.

Kata Kunci: Teknologi plasma; polutan gas buang; transportasi bebas polusi

hal. iv

Rasa syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya,

sehingga Laporan Akhir Penelitian MP3EI pada tahun ke-1 ini dapat diselesaikan

sesuai dengan rencana. Laporan ini merupakan hasil penelitian untuk memberikan

salah satu solusi inovatif dalam usaha mereduksi emisi gas buang oksida-oksida

nitrogen melalui rekayasa teknologi plasma sebagai cleaning technology pada

perspektif pembangunan transportasi bebas polusi.

Laporan akhir penelitian ini dapat berjalan lancar dan selesai tepat pada waktunya

berkat bantuan dari berbagai pihak terkait baik secara institusional maupun

personal. Sehubungan dengan itu, ungkapan terima kasih khususnya disampaikan

kepada yang terhormat para Pimpinan pada Direktorat Penelitian dan Pengabdian

Masyarakat (Ditlitabmas), Kementerian Riset Teknologi dan Pendidikan Tinggi

yang telah menyetujui untuk membiayai penelitian MP3EI ini.

Harapan besar tim peneliti semoga hasil penelitian yang diperoleh dapat

memberikan kontribusi bagi kemajuan iptek dan bermanfaat untuk masyarakat

luas baik di kalangan akademisi maupun dunia industri dalam mengoptimalisasi

reduksi polutan oksida-oksida nitrogen dalam mewujudkan sarana transportasi

bebas polusi. Ibarat tiada gading yang tak retak, selanjutnya kami nantikan

masukan, kritik, dan saran dari para pembaca sekalian.

Jakarta, 20 Desember 2015

Ketua Peneliti

ttd

Dr. Nanang Arif Guntoro, M.Si

hal. v

hal.

HALAMAN SAMPUL ......................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... ii

RINGKASAN ....................................................................................................... iii

PRAKATA ............................................................................................................ iv

DAFTAR ISI ......................................................................................................... v

DAFTAR TABEL ................................................................................................. viii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix

BAB 1 : PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah ................................................................. 1

B. Pembatasan Masalah ...................................................................... 3

C. Perumusan Masalah ........................................................................ 4

D. Tujuan Khusus dan Luaran Penelitian ........................................... 4

BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA

A. Emisi Gas Buang Sektor Transportasi ......................................... 6

1. Komposisi dan Perilaku Gas Buang ........................................ 7

2. Dampak Pencemaran terhadap Kesehatan Manusia .............. 8

B. Rekayasa Teknologi Plasma sebagai Pereduksi Polutan

Transportasi .................................................................................. 13

1. Pengertian Plasma ................................................................. 13

2. Jenis-jenis Plasma ................................................................. 14

3. Lucutan Listrik dalam Gas .................................................... 15

4. Jenis-jenis Lucutan Listrik dalam Gas .................................. 18

C. Medan Listrik dan Proses terjadinya Plasma................................ 20

1. Medan Listrik pada Elektroda Titik-Bidang ......................... 20

2. Proses terjadinya Plasma ....................................................... 21

hal. vi

D. Pemodelan Dinamika Gas ............................................................ 23

1. Persamaan Evolusi Kerapatan ............................................... 23

2. Persamaan Temperatur Gas ................................................... 23

E. Pemodelan Kinetik Kimiawi ......................................................... 24

1. Transport Massa Difusif ........................................................ 24

2. Koefisien Difusi Unsur j dalam Campuran ............................. 25

3. Koefisien Difusi Binair ......................................................... 26

4. Reaktivitas Campuran Gas .................................................... 28

4. Konduktivitas Thermik Gas .................................................. 29

BAB 3 : TUJUAN DAN MANFAAT HASIL PENELITIAN

A. Tujuan Penelitian ............................................................................ 30

B. Manfaat Hasil Penelitian ................................................................. 31

BAB 4 : METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................... 32

B. Peralatan dan Bahan Penelitian ...................................................... 32

C. Diskretisasi Persamaan Transport .................................................. 33

D. Diskretisasi dengan Metode Numerik Volume Terbatas ............... 34

1. Integrasi Pertama Persamaan Transport .................................... 34

2. Integrasi Kedua Persamaan Transport ...................................... 35

3. Integrasi Term Sumber Persamaan Transport ........................... 35

4. Diskretisasi Persamaan Transport ............................................. 35

E. Metode M.U.S.C.L .......................................................................... 37

1. Profil Alur Metode M.U.S.C.L ................................................. 37

2. Kriteria Stabilitas Pada Fluks ................................................... 39

3. Metode Validasi ........................................................................ 40

F. Kondisi Simulasi ............................................................................. 43

BAB 5 : HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Proses Terciptanya Lucutan Listrik Korona .................................. 44

B. Analisis Kinetika Kimia Penghancuran Oksida-Oksida Nitrogen

pada Fase Setelah Lucutan Listrik ................................................ 46

hal. vii

1. Analisis Kajian Proses Pembentukan Radikal-radikal Primer

dan Sekunder ......................................................................... 46

2. Analisis Kajian Proses Pembentukan Oksida-oksida Nitrogen 48

3. Analisis Pengaruh Dinamika Gas terhadap Optimalisasi

Penghancuran Oksida ............................................................... 49

C. Analisis Dinamika Campuran Gas pada Fase Setelah Lucutan

Listrik .......................................................................................... 51

1. Profil Variasi Temperatur, Kerapatan, Tekanan, dan

Kecepatan Gas ......................................................................... 51

2. Profil Variasi Temperatur dan Kerapatan di Sekitar Anoda ..... 54

D. Optimalisasi Penghancuran NOx melalui Analisis Kinetika Kimia

dan Dinamika Gas ......................................................................... 59

1. Reduksi NOx melalui Analisis Kinetika Kimia ...................... 60

2. Reduksi NOx melalui Analisis Dinamika Gas ........................ 61

BAB 6 : RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA

BAB 7 : KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ..................................................................................... 64

B. Saran ................................................................................................ 65

DAFTAR PUSTAKA

hal. viii

hal.

Tabel 1.1: Perbandingan jumlah beberapa infrastruktur di kota-kota besar

Indonesia pada tahun 2014 .......................................................... 2

Tabel 1.2: Emisi gas polutan dari moda transportasi jalan di wilayah

Jabodetabek ................................................................................. 2

Tabel 2.1: Sumber dan standar kesehatan emisi gas buang ......................... 8

Tabel 5.1: Berbagai reaksi kimia yang dominan pada proses pembentukan

radikal primer dan sekunder dalam reaktor plasma .................... 47


oksida-oksida nitrogen dalam reaktor plasma ............................. 48

Tabel 5.3: Berbagai reaksi kimia yang dominan pada proses penghancuran

oksida-oksida nitrogen dalam reaktor plasma ............................. 49

hal. ix

hal.

Gambar 2.1: Polusi udara emisi gas buang sektor transportasi .......................... 6

Gambar 2.2: Pengaruh polusi udara terhadap kesehatan manusia .................... 12

Gambar 2.3: Alam semesta yang hampir 99 persennya terdiri fase plasma ...... 13

Gambar 2.4: Proses perubahan empat wujud benda padat, cair, gas, dan

plasma ........................................................................................... 14

Gambar 2.5: Kilat merupakan proses lucutan listrik pada gas yang terjadi karena

fenomena alam ............................................................................. 15

Gambar 2.6: Tabung lucutan gas ...................................................................... 16

Gambar 2.7: Daerah ionisasi dan aliran plasma pada lucutan korona ............... 19

Gambar 2.8: Kuat medan listrik E(x) sebagai fungsi jarak ............................... 20

Gambar 3.1: Alur kajian manfaat hasil penelitian .............................................. 31

Gambar 4.1: Profil alur metode M.U.S.C.L ........................................................ 37

Gambar 4.2: Representasi pertukaran selama selang waktu t ........................... 39

Gambar 4.3: Solusi numerik yang diberikan oleh metode M.U.S.C.L

dan solusi analitik pada penguatan sinyal dari dua waktu

yang berlainan pada uji Davies ...................................................... 41

Gambar 4.4: Solusi numerik yang diberikan oleh metode M.U.S.C.L

dan solusi analitik pada penguatan sinyal dari dua waktu

yang berlainan pada uji validasi transport difusif .......................... 42

Gambar 5.1: Skema geometris proses terciptanya lucutan listrik pada

konfigurasi sistem titik bidang (point-to-plane) ............................ 44

Gambar 5.2: Profil kontur gradasi potensial listrik pada ruang antar elektroda . 45

Gambar 5.3: Fotografi lucutan listrik selama selang waktu 1 sekon ................ 45

hal. x

Gambar 5.4: Timeline penghancuran oksida polutan NOx melalui rekayasa

teknologi plasma ............................................................................ 46

Gambar 5.5: Interaksi radikal primer N dan O serta radikal sekunder O3 pada

proses penghancuran oksida-oksida nitrogen melalui berbagai

reaksi kimia ................................................................................. 50

Gambar 5.6: Profil variasi temperatur molekul gas (°K) dari selang waktu antara

0,1μs sampai 1,5μs ....................................................................... 51

Gambar 5.7: Profil variasi kerapatan gas (kg.m-3

) dari selang waktu antara 0,1μs

sampai 1,5μs ................................................................................. 52

Gambar 5.8: Profil variasi tekanan gas (Pa) dari selang waktu antara 0,1μs

sampai 1,5μs ................................................................................. 52

Gambar 5.9: Profil variasi kecepatan gas (ms-1

) dari selang waktu antara 0,1μs

sampai 1,5μs ................................................................................. 53

Gambar 5.10: Profil temperatur gas (°K) di sekitar anoda dari selang waktu antara

0,1μs sampai 1,5μs ...................................................................... 54

Gambar 5.11: Profil variasi tekanan gas (Pa) di sekitar anoda dari selang waktu

antara 0,1μs sampai 1,5μs ............................................................ 55


) di sekitar anoda dari selang

waktu antara 0,1μs sampai 1,5μs ................................................. 55

Gambar 5.13: Penguatan gelombang tekanan (Pa) dari selang waktu antara

0,1μs sampai 1,5μs ...................................................................... 57

Gambar 5.14: Penguatan gelombang tekanan (Pa) dari selang waktu antara

0,1μs sampai 1,5μs ...................................................................... 57


) dari selang waktu antara

0,1μs sampai 1,5μs ...................................................................... 58

Gambar 5.16: Evolusi kerapatan NO dalam persentase dari nilai

maksimumnya .............................................................................. 59

hal. 1 Laporan Penelitian MP3EI/nAg/FT-UNJ/2015

A. LATAR BELAKANG MASALAH

Arah pembangunan transportasi masa depan adalah pembangunan transportasi

berkelanjutan (sustainable transportation development) baik di bidang ekonomi,

sosial, dan lingkungan. Pembangunan transportasi berwawasan lingkungan harus

mampu meminimalisasi dampak pengoperasian sistem transportasi terhadap

lingkungan. Dampak aktivitas transportasi pada lingkungan di antaranya adalah

polutan emisi gas buang yang terdiri dari unsur oksida nitrogen (NOx), oksida

karbon (COx), dan oksida sulfur (SOx) serta berbagai zat berbahaya lainnya bagi

kesehatan dan lingkungan.

Moda transportasi jalan khususnya di daerah perkotaan merupakan sumber emisi

polutan yang buruk, baik akibat perawatan yang kurang memadai maupun

pemakaian bahan bakar dengan kualitas kurang baik. Keadaan ini diperparah

dengan tidak imbangnya pertumbuhan jumlah moda transportasi dan pertambahan

jalan raya. Pertumbuhan jumlah moda transportasi jalan berkisar antara 8-13 %

per tahun, sedang pertambahan jalan hanya sekitar 3-5 % saja. Kondisi demikian

mengakibatkan kemacetan di jalan-jalan sehingga menyebabkan polusi udara juga

semakin meningkat, apalagi emisi gas polutan transportasi jalan pada saat macet

bertambah 12 kalinya dibandingkan saat kendaraan berjalan normal atau lancar.

Pada Tabel 1.1 ditunjukkan bahwa pada tahun 2014, terjadi kecenderungan

semakin tidak berimbangnya antara jumlah kendaraan dengan ruang terbuka hijau

(RTH) dan infrastruktur jalan khususnya di kota-kota besar di Indonesia [Kompas,

16 April 2014]. Keadaan ini mengindikasikan bahwa sektor transportasi jalan

memberikan dampak polusi yang terus meningkat dari tahun ke tahun terutama di

daerah perkotaan.


Tabel 1.1: Perbandingan jumlah beberapa infrastruktur di kota-kota besar

Indonesia pada tahun 2014

Kota Jml Penduduk

(jiwa)

Jml Kendaraan

(unit)

Panjang

Jalan (km)

RTH (persen

dari luas kota)

Jakarta 9.607.787 15 juta 7.650 10%

Surabaya 2.765.487 4,2 juta 2.102 4,2%

Semarang 1.555.984 1,3 juta 2.786 7,5%

Bandung 3.178.543 1,3 juta 1,236 8,8%

Makassar 1.338.663 2,4 juta 1.593 6,5%

Sumber: Litbang Kompas dan BPS, 2014

Hasil penelitian di beberapa kota besar seperti Jakarta, Bandung, Semarang, dan

Surabaya menunjukkan sekitar 70% sumber pencemar berasal dari polutan emisi

gas buang transportasi jalan [Schwela, 2006]. Tabel 1.2 memperlihatkan perkiraan

emisi polutan dari berbagai moda transportasi jalan di wilayah Jabodetabek

[Bapedal, 2006].

Tabel 1.2: Emisi gas polutan dari moda transportasi jalan di wilayah Jabodetabek

Jenis

Kendaraan

Emisi Gas Buang (ton/tahun) Jarak Tempuh

(10 km/th) NOx SOx CO HC PM

Sepeda motor 971 101 120.002 38,302 101 10.000

Kendaraan pnp 29.832 1.433 197.005 26.492 2.134 13.040

Taksi 3.879 353 21.295 2.892 425 193

Bus sedang 17.699 1.402 68.429 8.500 2.232 2.899

Bus besar 8.799 1.507 12.105 2.682 1.156 826

Van 19.488 4.479 106.330 12.340 1.005 6.183

Truk kecil 6.693 436 34.161 3.997 603 2.233

Truk 2 as 6.304 1.322 2.736 1.538 1.390 993

Truk 3 as 5.074 1.109 2.180 1.227 517 369

Total 98.738 8.142 564.292 97.971 9.563 38.577

Sumber: Badan Pengendalian Dampak Lingkungan (Bapedal), 2006

Menurut hasil penelitian JICA dibandingkan dengan tahun 2006, unsur pencemar

udara khususnya NOx diperkirakan akan meningkat lebih dari tiga kali lipat pada

tahun 2015. Seperti diketahui bahwa oksida ini merupakan gas polutan yang


memberikan dampak negatif bagi kesehatan masyarakat maupun lingkungan.

Laporan penelitian WHO menunjukkan bahwa polusi udara terbuka menempati

peringkat ke-10 penyebab kematian dini. Kerugian ekonomis akibat buruknya

kualitas udara lebih dirasakan penduduk miskin. Tingkat gizi buruk membuat

mereka lebih rentan menghadapi tingginya konsentrasi polutan udara. Dari sisi

ekonomi pembiayaan kesehatan (health cost) akibat polusi udara di Jakarta,

diperkirakan mencapai hampir 220 juta dolar [Napitupulu, 2004].

Berbagai cara dilakukan untuk mereduksi polutan baik secara fisik, biologis, dan

kimia, atau kombinasi dari ketiganya. Salah satu cara yang telah dilakukan adalah

penghijauan kota. Meski demikian, cara ini belum solutif sebab tidak imbangnya

kuantitas emisi polutan yang dikeluarkan dengan proses fotosintesis pohon yang

ditanam di tengah-tengah kota. Dibutuhkan teknologi yang mampu mengurangi

emisi gas polutan transportasi jalan untuk mengendalikan dampak lingkungan.

Teknologi plasma sebagai cleaning technology merupakan salah satu upaya

inovatif yang mampu mengoptimasi penghancuran polutan emisi gas buang

sehingga diharapkan tercipta sarana transportasi jalan bebas polusi dalam

perspektif pembangunan transportasi berkelanjutan.

B. PEMBATASAN MASALAH

Kajian penelitian ini akan dibatasi pada pembahasan sebagai berikut.

1. Emisi polutan transportasi jalan di daerah perkotaan adalah gas toksik NOx

yang berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan.

2. Gas pembakaran adalah aliran udara terdiri dari 80% N2 dan 20% O2 dengan

kandungan 400ppm NOx pada tekanan atmosfir dan temperatur ruang yang

tidak memiliki pergerakan konvektif dan tanpa gradien tekanan.

3. Penyebaran gas netral reaktif berada pada arah tegak lurus sumbu propagasi

discharge dan berjarak 1mm dari anoda.

4. Analisis pengendalian emisi NOx lebih terfokus pada pengaruh reaktivitas

campuran dan dinamika gas.


C. PERUMUSAN MASALAH

Dari latar belakang dan pembatasan penelitian dapat dirumuskan permasalahan

sebagai berikut.

1. Bagaimanakah kajian ilmiah teknologi plasma sebagai cleaning technology

mampu memecahkan masalah polutan emisi gas buang sebagai dampak

buruk mode transportasi jalan.

2. Bagaimanakah pembuatan simulasi pemodelan kinetik kimiawi dan

dinamika gas dalam mereduksi polutan NOx.

3. Bagaimanakah analisis hasil pengaruh kinetika kimia dan dinamika gas pada

penghancuran oksida-oksida NOx melalui model simulasi spasial dan

temporal.

4. Bagaimanakah analisis sistem CC (catalytic converter), AFR (air flue

rasio), dan EGR (exhaust gas recirculation) pada reduksi NOx.

5. Bagaimanakah cara mengoptimalisasi sistem pengendalian polutan emisi gas

buang yang meliputi analisis pengaruh dinamika gas dan kinetik kimiawi

serta analisis CC, AFR, dan EGR.

6. Bagaimanakah cara merancang prototipe CC pereduksi polutan NOx dalam

mewujudkan moda transportasi bebas polusi.

D. TUJUAN KHUSUS DAN LUARAN PENELITIAN

Tujuan jangka panjang dari penelitian ini adalah terciptanya moda transportasi

jalan bebas polusi. Pelaksanaan penelitian secara keseluruhan dirancang selama

dua tahun masing-masing dengan tujuan khusus sebagai berikut.

Tujuan khusus yang ingin dicapai pada tahun pertama adalah:

1. mengkaji secara ilmiah bagaimana teknologi plasma mampu memecahkan

masalah polutan emisi gas buang sebagai dampak negatif sarana transportasi

jalan;

2. membuat simulasi pemodelan kinetik kimiawi dan dinamika gas dalam

mereduksi polutan NOx; dan


3. menganalisis hasil pengaruh kinetik kimiawi dan dinamika gas pada

penghancuran oksida NOx melalui pemodelan simulasi.

Tujuan khusus yang ingin dicapai pada tahun kedua adalah:

1. menganalisis sistem CC, AFR, dan EGR pada reduksi NOx;

2. mengoptimasi sistem pengendalian polutan emisi gas buang yang meliputi

analisis pengaruh dinamika gas dan kinetik kimiawi serta analisis CC, AFR,

dan EGR; serta

3. merancang prototipe CC pereduksi polutan NOx dalam mewujudkan moda

transportasi bebas polusi.

Luaran penelitian yang diperoleh akan dipublikasikan melalui jurnal ilmiah

nasional atau internasional terakreditasi dan acuan dalam pembuatan bahan ajar

berbagai mata kuliah tentang sains dan teknologi.


A. EMISI GAS BUANG SEKTOR TRANSPORTASI

Sektor transportasi mempunyai ketergantungan yang tinggi terhadap sumber

energi. Seperti diketahui penggunaan energi inilah yang terutama menimbulkan

dampak terhadap lingkungan. Hampir semua produk energi konvensional dan

rancangan motor bakar yang digunakan dalam sektor transportasi masih

menyebabkan dikeluarkannya emisi pencemar ke udara. Penggunaan bahan bakar

minyak bensin dalam motor bakar akan selalu mengeluarkan senyawa-senyawa

seperti CO (karbon monoksida), hidrokarbon (HC), NOx (oksida-oksida nitrogen)

SOx (oksida-oksida sulfur), partikulat debu termasuk timbal (Pb), THC (total

hidro karbon), dan TSP (debu).

Gambar 2.1: Polusi udara emisi gas buang sektor transportasi

Premium yang dibubuhi TEL, akan mengeluarkan timbal. Solar dalam motor

diesel akan mengeluarkan beberapa senyawa tambahan di samping senyawa

tersebut di atas, yang terutama adalah fraksi-fraksi organik seperti aldehida, PAH

(poli alifatik hidrokarbon), yang mempunyai dampak kesehatan yang lebih besar

(karsinogenik), dibandingkan dengan senyawa-senyawa lainnya.


1. Komposisi dan Perilaku Gas Buang

Emisi kendaraan bermotor mengandung berbagai senyawa kimia. Komposisi

kandungan senyawa kimianya tergantung dari kondisi mengemudi, jenis mesin,

alat pengendali emisi bahan bakar, suhu operasi dan berbagai faktor lainnya yang

membuat pola emisi menjadi rumit. Jenis bahan bakar pencemar yang dikeluarkan

oleh mesin dengan bahan bakar bensin maupun bahan bakar solar sebenarnya

sama saja, hanya berbeda proporsinya karena perbedaan cara operasi mesin.

Secara visual selalu terlihat asap dari knalpot kendaraan bermotor dengan bahan

bakar solar, yang umumnya tidak terlihat pada kendaraan bermotor dengan bahan

bakar bensin. Walaupun gas buang kendaraan bermotor terutama terdiri dari

senyawa yang tidak berbahaya seperti nitrogen, karbon dioksida dan uap air, tetapi

di dalamnya terkandung juga senyawa gas buang lain dengan jumlah yang cukup

besar yang dapat membahayakan kesehatan maupun lingkungan.

Bahan pencemar gas buang buang kendaraan bermotor dilepaskan ke udara karena

adanya penguapan dari sistem bahan bakar. Lalu lintas kendaraan bermotor, juga

dapat meningkatkan kadar partikular debu yang berasal dari permukaan jalan,

komponen ban dan rem. Setelah berada di udara, beberapa senyawa yang

terkandung dalam gas buang kendaraan bermotor dapat berubah karena terjadinya

suatu reaksi, misalnya dengan sinar matahari dan uap air, atau juga

antara senyawa-senyawa tersebut satu sama lain. Proses reaksi tersebut ada yang

berlangsung cepat dan terjadi saat itu juga di lingkungan jalan raya, dan ada pula

yang berlangsung dengan lambat. Reaksi kimia di atmosfer kadangkala

berlangsung dalam suatu rantai reaksi yang panjang dan rumit, dan menghasilkan

produk akhir yang dapat lebih aktif atau lebih lemah dibandingkan senyawa

aslinya. Sebagai contoh, adanya reaksi di udara yang mengubah nitrogen

monoksida (NO) yang terkandung di dalam gas buang kendaraan bermotor

menjadi nitrogen dioksida (NO2) yang lebih reaktif, dan reaksi kimia antara

berbagai oksida nitrogen dengan senyawa hidrokarbon yang menghasilkan ozon

dan oksida lain, yang dapat menyebabkan asap awan fotokimia (photochemical

smog).


Pembentukan smog ini kadang tidak terjadi di tempat asal sumber atau pusat kota,

tetapi dapat terbentuk di pinggiran kota. Jarak pembentukan smog ini tergantung

pada kondisi reaksi dan kecepatan angin. Untuk bahan pencemar yang sifatnya

lebih stabil seperti limbah (Pb), beberapa hidrokarbon-halogen dan hidrokarbon

poliaromatik, dapat jatuh ke tanah bersama air hujan atau mengendap bersama

debu, dan mengkontaminasi tanah dan air. Senyawa tersebut selanjutnya juga

dapat masuk ke dalam rantai makanan yang selanjutnya masuk ke dalam tubuh

manusia melalui sayuran, susu ternak, dan produk lainnya dari ternak hewan.

Karena banyak industri makanan saat ini akan dapat memberikan dampak yang

tidak diinginkan pada masyarakat kota maupun desa. Emisi gas buang kendaraan

bermotor juga cenderung membuat kondisi tanah dan air menjadi asam.

Pengalaman di negara maju membuktikan bahwa kondisi seperti ini dapat

menyebabkan terlepasnya ikatan tanah atau sedimen dengan beberapa mineral

atau logam, sehingga logam tersebut dapat mencemari lingkungan.

2. Dampak Pencemaran terhadap Kesehatan Manusia

Pemakaian bahan bakar kendaraan bermotor dapat mengemisikan polutan yang

dapat menyebabkan gangguan kesehatan yang berbeda tingkatan dan jenisnya,

tergantung dari macam, ukuran dan komposisi kimiawinya. Gangguan tersebut

terutama terjadi pada fungsi faal dari organ tubuh seperti paru-paru dan pembuluh

darah, atau menyebabkan iritasi mata dan kulit. Tabel 2.1 berikut menunjukkan

sumber dan standar kesehatan emisi gas buang.

Tabel 2.1: Sumber dan standar kesehatan emisi gas buang [Tugaswati, 2007]

Pencemar Sumber Keterangan

Karbon

monoksida (CO)

Buangan kendaraan

bermotor; proses industri

Standar kesehatan: 10

mg/m3 (9 ppm)

Sulfurdioksida

(SO2)

Panas dan fasilitas

pembangkit listrik


ug/m3 (0.03 ppm)

Partikulat Matter Buangan kendaraan

bermotor; proses industri


ug/m3 selama 1 tahun; 150

ug/m3


Pencemar Sumber Keterangan

Nitrogen dioksida

(NO2)

Buangan kendaraan

bermotor


pg/m3 (0.05 ppm) selama 1

jam

Ozon (O3) Terbentuk di atmosfir Standar kesehatan: 235

ug/m3 (0.12 ppm) selama 1

jam

Karbon Monooksida (CO)

Gas ini sangat berbahaya, tidak berwama dan tidak berbau, berat jenis sedikit

lebih ringan dari udara (menguap secara perlahan ke udara), CO tidak stabil

dan membentuk CO2 untuk mencapai kestabilan fase gasnya. CO berbahaya

karena bereaksi dengan hemoglobin darah membentuk carboxy haemoglobin

(CO-Hb). Akibatnya fungsi Hb membawa oksigen ke sel-sel tubuh terhalangi,

sehingga menyebabkan gejala keracunan, sesak nafas, dan penderita pucat.

Terjadinya penurunan kesadaran mengakibatkan banyak kecelakaan, fungsi sistem

kontrol syaraf turun serta fungsi jantung dan paru-paru menurun bahkan dapat

menyebabkan kematian. Waktu tinggal CO dalam atmosfer lebih kurang 4 bulan.

CO dapat dioksidasi menjadi CO2 dalam atmosfer menjadi HO dan radikal HO2,

atau oksigen, dan ozon. Mikroorganisme tanah merupakan bahan yang dapat

menghilangkan CO dari atmosfer. Dari penelitian diketahui bahwa udara yang

mengandung CO sebesar 120 ppm dapat dihilangkan selama 3 jam dengan cara

mengontakkan dengan 2,8 kg tanah, dengan demikian mikroorganisme dapat pula

menghilangkan senyawa CO dari lingkungan, sejauh ini yang berperan aktif

adalah jamur penicillium dan aspergillus.

Didrokarbon (DC).

Sebagai zat pencemar, kehadiran hidrokarbon di atmosfer dapat menghasilkan

pembentukan kabut (smog). Jika terjadi pembakaran tidak sempurna maka

hidrokarbon semakin banyak terbentuk, dengan sifat gas ini adalah bau yang

tajam dan mudah mengikat NO2 di udara menjadi komponen smog, yaitu

komponen sekunder photo-chemical oxydant. Hidrokarbon dapat mengganggu


kesehatan manusia khususnya iritasi pada kulit, mata, hidung, dan tenggorokkan

akibat atom karbon yang diikatnya. Kematian dapat terjadi dari benzene jika

kadarnya melebihi 20.000 ppm setelah 5-10 menit.

Nitrogen Oksida (NOx).

Nitrogen dioksida merupakan polutan udara yang dihasilkan proses pembakaran.

Ketika nitrogen dioksida hadir, nitrogen oksida juga ditemukan, gabungan dari

NO dan NO2 secara kolektif mengacu kepada nitrogen oksida (NOx). Udara yang

mengandung gas NO dalam batas normal relatif aman dan tidak berbahaya,

kecuali bila gas NO berada dalam konsentrasi tinggi. Sifat gas NO2 adalah

berwarna dan berbau, sedangakn gas NO tidak berwarna dan tidak berbau. Warna

gas NO2 adalah merah kecoklatan dan berbau tajam menyengat hidung.

Kadar NOx di udara dearah perkotaan yang berpenduduk padat akan lebih tinggi

dari daerah pedesaan yang berpenduduk sedikit. Hal ini disebabkan karena

berbagai macam kegiatan yang menunjang kehidupan manusia akan menambah

kadar NOx di udara, seperti transportasi, generator pembangkit listrik,

pembuangan sampah dan lain-lain. Pencemaran gas NOx di udara terutama

berasal dari gas buangan hasil pembakaran yang keluar dari sektor transportasi.

Keberadaan NOx di udara dapat dipengaruhi oleh sinar matahari yang mengikuti

daur reaksi fotolitik NO2 sebagai berikut:

NO2 + sinar matahari → NO + O

O + O2 → O3 (ozon)

O3 + NO → NO2 + O2

Sifat toksisitas gas NO2 empat kali lebih kuat daripada toksisitas gas NO. Organ

tubuh yang paling peka terhadap pencemaran gas NO2 adalah paru-paru. Paru-

paru yang terkontaminasi oleh gas NO2 akan membengkak sehingga penderita

sulit bernafas yang dapat mengakibatkan kematian. NO2 pada manusia dapat

meracuni paru-paru, pada kadar 100 ppm dapat menimbulkan kematian, dan pada

kadar 5 ppm setelah 5 menit dapat menimbulkan sesak nafas. Pencemaran NOx


juga dapat menyebabkan timbulnya PAN (peroxy acetil nitrates). PAN ini

menyebabkan iritasi pada mata yang menyebabkan mata terasa pedih dan berair.

Campuran PAN dan senyawa kimia lainnya yang ada di udara dapat menyebabkan

terjadinya kanut foto kimia atau photo chemistry smog yang sangat mengganggu

lingkungan.

Pada sangat konsentrasi tinggi, dimana mungkin hanya dialami pada kecelakaan

industri yang fatal, paparan NO2 dapat mengakibatkan kerusakan paru-paru yang

berat dan cepat. Pengaruh kesehatan mungkin juga terjadi pada konsentrasi

ambient yang jauh lebih rendah seperti pada pengamatan selama peristiwa polusi

di perkotaan. Bukti yang didapatkan menyarankan bahwa penyebaran ambient

kemungkinan akibat dari pengaruh kronik dan akut, khususnya pada sub-grup

populasi orang yang terkena asma. Ada dua cara untuk menghindari pembakaran

tidak sempurna, maka dilakukan 2 proses pembakaran yaitu: (1) Bahan bakar

dibakar pada temperatur tinggi dengan sejumlah udara sesuai dengan persamaan

stoikiometri, misalnya dengan 90-95% udara. Pembakaran NO dibatasi tidak

dengan adanya kelebihan udara; (2) Bahan bakar dibakar sempurna pada suhu

relatif rendah dengan udara berlebih. Suhu rendah menghindarkan pembentukan

NO. Kedua proses ini menurunkan pembentukan NO sarnpai 90%.

Sulfur Dioksida (SOx)

SOx mempunyai ciri bau yang tajam, bersifat korosif (penyebab karat), beracun

sebab selalu mengikat oksigen untuk mencapai kestabilan fase gasnya. SOx

menimbulkan gangguan sistem pernafasan, jika kadarnya berada pada kisaran

400-500 ppm akan sangat berbahaya, 8-12 ppm menimbulkan iritasi mata, 3-5

ppm menimbulkan bau.

Partikulat Matter (PM)

Partikel asap atau jelaga hidrokarbon (policyclic aromatic hydrokarbon) selalu

mengganggu pandangan karena kehitaman dan kepekatan, asapnya juga bersifat

karsinogenis (penyebab kanker).


Timah Hitam (Pb)

Timah hitam dalam bentuk senyawa TEL (Tetra Etthyl Lend - C5HI2O) digunakan

sebagai bahan tambahan untuk meningkatkan angka oktan dari bahan bakar

sehingga dapat meningkatkan daya bakarnya. Timah hitam di udara akan terhirup

oleh manusia sehingga akan terpapar setiap harinya, yang mengakibatkan

konsentrasi akan semakin meningkat sehingga lambat laun timah hitam ini akan

dapat mempengaruhi fungsi tubuh karena menumpuk pada hampir setiap organ

tubuh manusia seperti ginjal, hati, paru, darah dan juga menimbulkan kanker atau

karsinogenik.

Gambar 2.2: Pengaruh polusi udara terhadap kesehatan manusia


B. REKAYASA TEKNOLOGI PLASMA SEBAGAI PEREDUKSI

POLUTAN

1. Pengertian Plasma

Konsep tentang plasma pertama kali dikemukakan oleh Langmuir dan Tonks pada

tahun 1928. Mereka mendefinisikan plasma sebagai gas yang terionisasi dalam

lucutan listrik, jadi plasma dapat juga didefinisikan sebagai percampuran

kuasinetral dari elektron, radikal, ion positif dan negatif. Percampuran antara ion-

ion yang bermuatan positif dengan elektron-elektron yang bermuatan negatif

memiliki sifat-sifat yang sangat berbeda dengan gas pada umumnya dan materi

pada fase ini disebut fase plasma.

Plasma dapat ditemukan pada ruang antar bintang, pada atmosfer bintang

(termasuk matahari), pada tabung lucutan dan pada reaktor termonuklir

eksperimen. Yang lebih menarik lagi adalah sebagian besar bahkan hampir 99

persen alam semesta merupakan fase plasma. Gambar 2.3 menunjukkan alam

semesta yang sebagian besar terbentuk dari plasma.

Gambar 2.3: Alam semesta yang hampir 99 persennya terdiri dari fase plasma

Secara sederhana plasma didefinisikan sebagai gas terionisasi dan dikenal sebagai

fase materi ke empat setelah fase padat, cair, dan gas. Proses perubahan antar

keempat materi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut.


Gambar 2.4: Proses perubahan empat wujud benda padat, cair, gas, dan plasma

Plasma merupakan daerah yang sangat signifikan terjadinya reaksi tumbukan

elektron. Plasma terjadi ketika suhu atau energi suatu gas dinaikkan sehingga

memungkinkan atom-atom gas terionisasi akan membuat gas tersebut melepaskan

elektron-elektronnya yang pada keadaan normal mengelilingi inti [Chen, 2002].

2. Jenis-jenis Plasma

Berdasarkan temperaturnya plasma dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis

[Held, 1994] yaitu:

a. Plasma Dingin

Plasma yang terjadi dalam keadaan ketidaksetimbangan termal (non–thermal

equilibrium) antara temperatur elektron dan gas. Temperatur elektron tinggi tetapi

temperatur partikel gas relatif rendah karena tumbukan elektron dan partikel gas

sangat kecil. Pada plasma dingin ion-ion, atom–atom, dan molekul–molekul netral

tetap berada dalam suhu sekitar 10000K. elektron–elektron dalam plasma jenis ini

mempunyai temperatur cukup tinggi sekitar 50.0000K. Aplikasi plasma dingin

sering digunakan dalam bidang mikroelektronik, pembentukan materi baru, dan

pembersihan polutan.


b. Plasma Termik

Plasma jenis ini tergolong plasma dalam keadaan ketidaksetimbangan termal (non

– thermal equilibrium). Partikel–partikel berat di dalam plasma bersuhu lebih

tinggi dari 3.0000K. Elektron dalam plasma termik ini mempunyai 5 temperatur

cukup tinggi lebih besar dari 100K. Plasma jenis ini sering digunakan untuk

pengelasan, pemotongan logam, pembersihan polutan dan lain-lain.

c. Plasma Panas

Plasma panas terjadi dalam keadaan kesetimbangan termal (thermal equilibrium).

Pada pembangkitan plasma panas distribusi energi elektron dan molekul gas

mendekati sama, karena frekuensi tumbukan antara elektron dan molekul gas

lebih besar. Plasma panas adalah plasma yang tersusun dari molekul 6 gas yang

bertemperatur tinggi. Plasma jenis ini memiliki temperatur di atas 100K. Plasma

panas digunakan untuk memproduksi energi listrik. Untuk memberikan gambaran

sebaran plasma yang terkait dengan temperatur dan densitasnya.

3. Lucutan Listrik dalam Gas

Salah satu fenomena alam tentang proses terciptanya lucutan listrik pada gas dapat

terjadi pada petir, seperti dapat dilihat pada Gambar 2.5 berikut.

Gambar 2.5: Kilat merupakan proses lucutan listrik pada gas yang

terjadi karena fenomena alam


Dalam laboratorium lucutan listrik dapat dilakukan dalam tabung berisi gas.

Apabila dua buah elektroda yang berupa plat sejajar diletakkan di dalam tabung

yang berisi gas dengan tekanan tertentu dan kedua elektroda dihubungkan dengan

sumber tegangan tinggi DC, maka akan terjadi lucutan listrik di antara elektroda-

elektrodanya. Elektron dari katoda akan bergerak menuju anoda dan selama

perjalanannya elektron-elektron tersebut akan menumbuk molekul-molekul

dan/atau atom-atom gas di antara kedua elektroda. Untuk terjadinya ionisasi

berantai, tahapan pertama yang harus dilalui adalah terjadinya ionisasi yang

menghasilkan elektron. Elektron pertama ini dipercepat oleh beda potensial antara

dua elektroda plat dalam tabung lucutan tersebut. Dalam perjalannya elektron ini

akan menumbuk dan mengionisasi atom atau molekul gas lain, demikian

seterusnya. Proses tumbukan beruntun tersebut akan menghasilkan guguran

elektronik dan dapat mengakibatkan terjadinya ionisasi berantai. Ilustrasi tabung

lucutan gas dapat dilihat pada Gambar 2.6 berikut.

Gambar 2.6: Tabung lucutan gas [Guntoro, 2013]

Pada tegangan rendah elektron-elektron tidak banyak berpengaruh pada atom-

atom gas, karena hanya sedikit terjadi ionisasi dan elektron-elektron yang

dihasilkan tidak banyak menambah arus. Dengan menaikkan tegangan maka

partikel gas, elektron dan ion yang telah terjadi mendapat tambahan energi, dan

melipat gandakan peristiwa ionisasi, sehingga arus listrik naik terhadap tegangan,

daerah ini disebut lucutan Townsend (Townsend discharge).

katoda (-) anoda (+)

sumber tegangan tinggi


Dengan menaikan tegangan terus-menerus, elektron-elektron yang bergerak

menuju anoda memiliki energi yang cukup untuk mengionisasi partikel gas yang

ditumbuknya. Proses ionisasi semakin sering dan banyak terjadi, sehingga terjadi

pelipatan elektronik. Ion-ion yang dihasilkan akan dipercepat oleh medan listrik

dan pada akhirnya akan menumbuk katoda. Tumbukan ion tersebut menghasilkan

elektron yang dipancarkan oleh katoda melalui efek fotolistrik, elektron hasil

tumbukan itu disebut elektron sekunder. Penyebab munculnya elektron berbeda

dari elektron hasil ionisasi yang disebut elektron primer.

Pada suatu nilai tegangan tertentu akan terlihat adanya pancaran (emission)

cahaya pada katoda. Pancaran yang terjadi pada katoda akibat rekombinansi

antara ion gas dan elektron sekunder dan akibat panas bramstrahlung ion pada

katoda. Dalam gas sendiri terjadi perubahan yang menyebabkan gas

berangsurangsur menjadi penghantar, keadaan ini disebut dadal (breakdown).

Setelah keadaan dadal pijaran katoda yang disebabkan oleh tumbukan-tumbukan

ion dan emisi elektron sekunder akan menimbulkan kenaikan arus, kondisi ini

disebut lucutan normal (normal discharge). Pada keadaan ini proses ionisasi akan

terjadi secara berantai dan tidak lagi memerlukan penambahan tegangan dari luar

untuk terjadinya ionisasi. Setelah permukaan katoda seluruhnya berpijar, tegangan

dan arus listrik akan naik secara simultan dan keadaan ini disebut lucutan

abnormal (abnormal discharge). Apabila tegangan terus dinaikkan maka katoda

akan semakin panas yang disebabkan tumbukan ion berenergi tinggi dan proses

ini menjadi dominan untuk memproduksi elektron. Dalam hal ini tegangan

lucutan menjadi menurun dan arus listrik meningkat, kondisi ini disebut lucutan

arc (arc discharge). Lucutan arc tidak memerlukan lagi penambahan tegangan

untuk mendukung lucutan, karena pada katoda akan terpancar elektron-elektron

sekunder terus-menerus yang disebabkan proses thermionik.


4. Jenis-jenis Lucutan Listrik dalam Gas

Lucutan listrik gas dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu :

a. Lucutan tak mandiri (non-self-sustained)

proses terjadinya ionisasi masih memerlukan energi eksternal dari sistem. Lucutan

yang termasuk lucutan tak mandiri adalah lucutan Townsend.

b. Lucutan mandiri (self-sustained)

proses lucutan tanpa memerlukan tegangan atau energi dari luar, misalnya lucutan

mandiri adalah lucutan pijar normal, lucutan pijar abnormal dan lucutan arc.

Lucutan korona termasuk lucutan mandiri (self-sustained) yang merupakan suatu

kasus khusus. Lucutan korona terbentuk pada medan listrik tak seragam (non

uniform) yang kuat antar elektroda. Lucutan korona dipertahankan pada kuat

medan tertentu, sehingga kuat medan tersebut belum cukup kuat untuk terjadi

lucutan arc. Medan listrik tidak seragam dapat dibentuk dengan membuat

konfigurasi geometri elektroda yang berbeda misal: titik-bidang, kawat-bidang

dan pisau silinder. Dalam lucutan korona sering juga disebut plasma lucutan pijar

korona, antara dua elektroda terdapat dua daerah yaitu: daerah ionisasi (ionization

region) dan daerah aliran (drift region). Daerah ionisasi terletak disekitar

elektroda aktif sedangkan daerah aliran merupakan daerah selain daerah ionisasi

yang berada di antara kedua elektroda. Elektroda aktif adalah elektroda yang

mempunyai intensitas medan listrik yang tinggi. Untuk konfigurasi elektroda titik

bidang (point-to-plane) plasma lucutan pijar korona terjadi pada elektroda aktif

yaitu pada elektroda titik (point). Plasma lucutan pijar korona yang terjadi dapat

disebut korona positif atau korona negatif. Jenis lucutan korona ini ditentukan

oleh polaritas tegangan yang diberikan pada elektroda aktif.

Plasma lucutan pijar korona positif dapat dibentuk dengan memberikan polaritas

positif pada elektroda titik. Elektron-elektron yang bergerak dari katoda menuju

anoda akan dapat mengionisasi atom-atom atau molekul gas di antara elektroda.

Ionisasi terjadi di sekitar elektroda titik, karena pengaruh medan listrik ion-ion


hasil ionisasi akan mengalir atau bergerak menuju katoda melalui daerah aliran

(drift region). Aliran ion-ion ini akan menimbulkan arus ion yang disebut arus

saturasi unipolar. Daerah ionisasi dan daerah aliran plasma lucutan listrik korona

[Nur, 2011] seperti ditunjukan pada Gambar 2.7 berikut.

Gambar 2.7: Daerah ionisasi dan aliran plasma pada lucutan korona

Untuk konfigurasi sistem elektroda hiperbolik-bidang (hiperbolid-plane) yang

merupakan pendekatan untuk konfigurasi titik-bidang (point-to-plane) arus

saturasi unipolar diberikan persamaan (2.1) berikut.

d

VI o

s

22 (2.1)

Dengan Is adalah arus saturasi unipolar ion; V adalah tegangan korona; μ adalah

mobilitas ion unipolar; εo permitivitas ruang hampa dan d adalah jarak antar

elektroda. Arus ion-ion pada korona positif adalah ion yang bermuatan positif.

Plasma lucutan korona negatif dapat dibentuk dengan memberi polaritas negatif

pada elektroda titik. Hal yang membedakan dengan korona positif adalah ion yang

mengalir melalui daerah aliran merupakan ion-ion yang bermuatan negatif. Ion-

ion bermuatan negatif terbentuk karena di dalam udara terdapat molekul

elektronegatif, yaitu atom oksigen, yang mempunyai sifat sangat mudah 2

menangkap elektron.


C. MEDAN LISTRIK DAN PROSES TERJADINYA PLASMA

1. Medan Listrik pada Elektroda Titik-Bidang

Medan listrik yang tak seragam (non uniform) karena adanya perbedaan geometri

antara elektroda (titik-bidang) menimbulkan medan listrik yang kuat di sekitar

ujung elektroda titik. Kuat medan listrik antar elektroda merupakan fungsi dari

jarak (x) antar elektroda. Besar kuat medan listrik ditunjukan dalam persamaan

(2.2) berikut.

r

d

d

xxr

VxE

21ln2

22

(2.2)

Dengan V adalah tegangan pada elektroda, r adalah jari-jari ujung elektroda titik,

d adalah jarak antar elektroda dan x jarak ujung elektroda titik dengan sebuah titik

yang berjarak x tertentu diantara kedua elektroda. Dengan demikian apabila x = 0

(di ujung elektroda titik) medan listriknya diberikan oleh persamaan (2.3) berikut.

r

dr

VxE

21ln

2 (2.3)

Dari persamaan-persamaan (2.2) dan (2.3) di atas dapat dideskripsikan grafik kuat

medan listrik sebagai fungsi jarak seperti diperlihatkan pada Gambar 2.8 berikut.

Gambar 2.8: Kuat medan listrik E(x) sebagai fungsi jarak

E(x)

katoda (-)

anoda (+)

x

x


2. Proses terjadinya Plasma

Plasma merupakan gas yang terionisasi, peristiwa ionisasi selalu ada pada proses

terjadinya plasma. Ionisasi didefinisikan sebagai proses terlepasnya elektron suatu

atom atau molekul dari ikatannya. Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan satu

atau lebih elektron dari orbitnya pada atom atau molekul dapat didefinisikan

sebagai energi ionisasi E. Besarnya energi ionisasi dinyatakan i dalam satuan

elektron-volt (eV). Dalam keadaan stabil ionisasi dapat terjadi apabila energi

elektron yang menumbuk lebih besar atau sama dengan energi ionisasi atom atau

molekul tertumbuk dapat ditulis dalam persamaan (2.4) berikut.

221 eVvm ee (2.4)

dengan m adalah massa elekton, v adalah kecepatan electron, e adalah muatan

elektron, dan V adalah potensial listrik ionisasi atom atau molekul. Pada proses

tumbukan antara elektron dengan partikel-partikel gas tidak hanya proses ionisasi

yang terjadi tetapi juga menyebabkan peristiwa-peristiwa yang lainnya. Kebalikan

dari proses ionisasi adalah proses rekombinasi. Rekombinasi terjadi dengan cara

pengikatan elektron oleh ion dan pengikatan antar atom menjadi molekul sehingga

menjadi spesies netral atau ion negatif yang disertai pemancaran foton.

Derajat ionisasi adalah suatu parameter penting sebagai acuan dalam

pengklasifikasian plasma. Apapun cara untuk memproduksi plasma, yang sangat

menentukan karakter plasma yang terbentuk adalah derajat ionisasinya, seperti

dinyatakan dalam persamaan (2.5) berikut.

nnn oi (2.5)

dengan n adalah densitas partikel bermuatan, no merupakan densitas partikel

netral. Untuk derajat ionisasi yang lebih kecil dari 10-4

, diklasifikasikan sebagai

gas terionisasi rendah. Di atas harga batas ini, gas dapat dianggap sebagai gas

terionisasi tinggi. Dalam gas terionisasi rendah, interaksi antara partikel adalah

interaksi binaire. Kadang-kadang karena rendahnya densitas partikel-partikel

bermuatan dibandingkan partikel-partikel netral, tumbukan antar partikel

bermuatan sering dapat diabaikan. Dinamika partikel-partikel bermuatan


ditentukan oleh tumbukan antara elektron-partikel netral dan ion-partikel netral.

Selain itu, akibat dari perbedaan massa antara sebuah elektron dan partikel netral,

tumbukan antara elektron dengan sebuah partikel netral tanpa pertukaran energi

yang cukup berarti sebagai hasilnya hanya arah gerak elektron saja yang berubah.

Jadi, dapat disebutkan bahwa elektron-elektron mempunyai suatu temperatur

kesetimbangan antar sesamanya yakni temperatur elektronik Te, yang lainnya ion-

ion dan partikel-partikel netral dengan massa yang hampir sama mempunyai suatu

temperatur kesetimbangan yang lain pula To=T. Dalam gas yang terionisasi tinggi

interaksi-interaksi antara partikel-partikel memegang peranan sangat penting.

Gerakan-gerakan elektron-elektron dan ionion terkendali dengan gaya coulomb

menimbulkan efek-efek kolektif.

Prinsip teknologi plasma sebagai pereduksi polutan (cleaning technology) dalam

menghancurkan kandungan oksida polutan relatif mudah dipahami. Plasma yang

terbentuk dari kumpulan elektron bebas, ion, dan atom bebas bersifat konduktor

sehingga terjadi lucutan listrik. Mengalirnya arus listrik tersebut menunjukkan

akan adanya ionisasi yang mengakibatkan terbentuknya ion serta elektron di

antara dua elektroda tersebut. Semakin besar tegangan listrik yang diberikan pada

elektroda, akan semakin banyak pula jumlah ion dan elektron yang terbentuk.

Aksi reaksi pada ion dan elektron dalam plasma seperti reaksi ionisasi, eksitasi,

dan disosiasi dengan udara bebas di sekitarnya menyebabkan terbentuknya unsur

aktif seperti radikal primer yaitu: nitrogen (N), oksigen (O), hidroksil (OH), dan

hidrogen (H) maupun radikal sekunder seperti: ozon (O3), dan hidrogen dioksida

(HO2) yang mempunyai sifat sangat mudah bereaksi dengan senyawa-senyawa

yang ada di sekitarnya [Eichwald, 2000]. Partikel-partikel aktif yang terbentuk ini

selanjutnya bereaksi dengan gas-gas toksik seperti oksida-oksida karbon, sulfur,

dan nitrogen maupun mikropartikel lainnya seperti virus, bakteri, jamur, dan bau

asap rokok, yang kemudian mengubah serta menguraikannya [Penetrante, 2002].


D. PEMODELAN DINAMIKA GAS

1. Persamaan Evolusi Kerapatan

Evolusi kerapatan campuran gas reaktif netral, tanpa transport konventif, dapat

dinyatakan dengan persamaan berikut.

n

t

j + div n Tj jV ( ) = Sj(T) (2-6)

dengan nj merupakan kerapatan unsur j, nj/t adalah nilai variasi waktu, T adalah

temperatur gas, div{njVj(T)}adalah transport difusif pada kecepatan Vj(T) unsur j;

njVj merupakan fluks difusif spesies kimiawi dalam campuran gas dan Sj(T)

adalah nilai variasi dari nj yang disebabkan oleh kinetik kimiawi.

Evolusi gas reaktif dilakukan melalui resolusi (np-1) dari persamaan (2-6) di mana

np adalah jumlah unsur kimia yang menyusun campuran gas. Kerapatan total n

dari gas diberikan oleh formulasi klasik dari gas ideal pada persamaan berikut.

P = nkBT (2-7)

dengan:

n = n j

j

np

1

(2-8)

P merupakan tekanan yang dinyatakan dalam Pascal, sedangkan kB konstanta

Boltzmann dan T adalah temperatur mutlak yang dinyatakan dalam Kelvin.

2. Persamaan Temperatur Gas

Variasi temperatur gas merupakan hasil transfer energi thermik dari partikel-

partikel bermuatan menuju partikel-partikel netral. Transfer ini dapat dilakukan

dengan dua cara. Tumbukan elastis antara partikel-partikel bermuatan dan

partikel-partikel netral secara langsung memanaskan gas, sementara itu tumbukan

tidak elastis mengubah energi internal atom-atom dan molekul-molekul netral.

Energi eksitasi elektronik dan energi eksitasi vibrasionel berada di bawah bentuk

energi thermik dengan jangka waktu tertentu. Dalam kaitan ini hipotesis yang


dapat diterima adalah relaksasi berbagai unsur tereksitasi elektronik pada keadaan

radiatif seketika. Sebaliknya dalam memperhitungkan panas terlambat, yang

disebabkan oleh relaksasi pada keadaan tereksitasi vibrasionel dalam energi

thermik harus memasangkan persamaan evolusi temperatur gas dengan persamaan

evolusi kerapatan energi rata-rata v dari atom dan molekul pada keadaan

tereksitasi vibrasionel. Dengan demikian, dapat diperoleh sistem persamaan

[Creyghton, 1994] berikut.

C T

tf f div T T

p

ex tv

v

J.E grad (2-9)

vv

v

vtf J.E (2-10)

adalah kerapatan massa gas, Cp kapasitas kalor pada tekanan tetap, J rapat arus,

E medan listrik, koefisien konduktivitas thermik dari campuran, dan v waktu

rata-rata relaksasi dari energi eksitasi vibrasionel dalam gas sebagai energi

thermik. ft merupakan fraksi kerapatan daya total J.E yang dikonsumsi oleh

tumbukan elastis, fex fraksi energi yang digunakan oleh proses eksitasi elektronik,

dan fv adalah fraksi energi yang dipakai oleh proses eksitasi vibrasionel.

E. Pemodelan Kinetik Kimiawi

1. Transport Massa Difusif

Transport massa difusif dari setiap unsur kimia memiliki efek penting pada

reaktivitas gas yang terlokalisasi pada suatu ruang. Sebaliknya kinetik kimiawi

yang mengubah konsentrasi unsur dalam campuran, arus imbas difusif bergerak

dari daerah yang kuat konsentrasinya menuju daerah yang lebih lemah

konsentrasinya. Hubungan dari fenomena-fenomena ini menambah kuatnya

pasangan antar persamaan konservasi kerapatan setiap unsur sehingga

menunjukkan pentingnya modelisasi dari massa difusif njVj(T).


Teori kinetik gas menunjukkan bahwa fluks massa difusif dari suatu unsur dalam

campuran gas adalah proses dari tiga mekanisme berikut ini. Mekanisme pertama,

berhubungan dengan keberadaan gradien konsentrasi. Kedua, menunjukkan

bahwa pergerakan difusif dapat terjadi pada campuran gas yang disebabkan oleh

gradien tekanan (kekuatan tekanan tidak memengaruhi massa dan konsentrasi

molekul). Sedangkan mekanisme ketiga, berhubungan dengan keberadaan gradien

temperatur (efek Soret).

Dalam kaitan ini, difusi massa berasal dari gradien konsentrasi yang akan

memperhitungkan dua mekanisme lainnya yang efeknya tidak dapat diabaikan

sebab hanya terjadi pada kasus-kasus yang sangat spesifik seperti gelombang

tumbukan. Paragraf selanjutnya akan menjelaskan tentang linearisasi fenomena

transport yang mengendalikan kecepatan difusi unsur-unsur yang proporsional

pada gradien konsentrasi unsur tersebut. Koefisien proporsional dinamakan

koefisien difusi unsur dalam campuran. Koefisien ini khususnya tergantung pada

temperatur, tekanan, dan kerapatan gas.

2. Koefisien Difusi Unsur j dalam Campuran Gas

Fluks difusi massa dari unsur j dalam campuran gas dinyatakan dengan persamaan

[Hirschfelder, 1954] berikut.

jk

jkk

jk

jkkk

j

jk

jkk

jjj

TDn

TDTn

nTDnn

rnTn

V

V

(2-11)

nj dan nk masing-masing merupakan kerapatan dari unsur-unsur j dan k, r adalah

arah ruang yang membawa gradien konsentrasi dari unsur j dan Sj(T) adalah

koefisien difusi j dalam campuran binair j, k. Bobot dari term kedua persamaan

(2-11) tidak dapat diabaikan jika konsentrasi unsur j dalam campuran relatif

lemah. Dalam hal ini, fluks difusi proporsional pada gradien kerapatan dinyatakan

oleh hubungan berikut.


jk

jkk

jjj

TDnn

rnTn

V (2-12)

Koefisien proporsional dinamakan koefisien difusi Dj(T) dari unsur j dalam

campuran. Pernyataannya diberikan oleh hukum Blanc berikut ini:

1

jkjk

kj

TD

nnTD (2-13)

Penerapan persamaan (2-11) cukup kompleks sebab persamaan ini diperlukan

setiap saat pada perhitungan logaritma dengan acuan dua dimensi np (np adalah

jumlah unsur dalam campuran gas). Oleh karena itu persamaan (2-13) dipilih

untuk setiap unsur dengan konsentrasi campuran yang relatif lemah dan

digunakannya hukum gas ideal untuk menghitung konsentrasi sebagian besar

unsur.

Dari persamaan (2-12) dapat diperoleh besarnya kecepatan difusi dari unsur j

dalam campuran sebagai berikut.

rn

TDn

Tj

jj

j

)(1V (2-14)

Penting diperhatikan bahwa untuk koefisien Dj(T) dan gradien konsentrasi nj/t

hampir identik, serta kecepatan difusi dari suatu unsur dalam campuran gas lebih

lemah daripada kerapatan nj yang relatif tinggi.

3. Koefisien Difusi Binair

Hukum Blanc diperlukan untuk menghitung koefisien-koefisien difusi binair

Djk(T). Koefisien-koefisien difusi ini diberikan oleh teori kinetik gas dengan

mengandaikan bahwa potensial interaksi antara dua partikel j dan k dalam

campuran binair merupakan tipe Lennard-Jones 12-6. Dalam hal ini, Djk(T)

diberikan oleh hubungan [Hirschfelder, 1954] berikut.


)(

2/)(0026280.0

**2

3

jkjkjka

kjkjjk

TP

MMMMTTD

(2-15)

Pa adalah tekanan total gas yang dinyatakan dalam atmosfir, Mj dan Mk massa

molar dari unsur j dan k, jk*(Tjk

*) integral kecil dari tumbukan sebagai fungsi

temperatur rendah Tjk*

= kBT/jk. jk dan jk adalah parameter-parameter (energi

dan diameter tumbukan) dari potensial interaksi partikel j dan k dalam campuran

binair j dan k.

Nilai-nilai jk dan jk dihitung dengan menggunakan hukum empiris sebagai

fungsi parameter-parameter j, k dan j, k dari potensial interaksi partikel dalam

campuran gas murni respektif. Hukum-hukum empiris ini memberikan hubungan

[Hirschfelder, 1954] berikut.

jk = j k (2-16)

jk = 1

2(j+k) (2-17)

Formula-formula yang memberikan jk dan jk berlaku untuk interaksi antara dua

molekul yang tidak mempresentasikan momen dipolair permanen (interaksi antara

non polaire-non polaire). Formula tersebut harus dikalikan dengan faktor koreksi

pada interaksi polaire-non polaire atau polaire-polaire. Perkiraan faktor koreksi

tersebut memberikan nilai yang sangat mendekati nilai tunggal.

Potensial Lennard-Jones bukan hanya digunakan untuk pendekatan potensial real

interaksi antara dua partikel. Dari keadaan ini, pasangan nilai dan tidak cukup

untuk memperhitungkan variasi koefisien transport makroskopik dari gas murni

pada interval temperatur yang relatif tinggi. Pilihan pasangan nilai dan harus

dilakukan di sekitar temperatur rata-rata mendekati kondisi yang digunakan pada

kajian ini.


4. Reaktivitas Campuran Gas

Reaktivitas gas diperhitungkan pada term sumber Sj(T) dari persamaan konservasi

kerapatan (2-6). Model kinetik kimiawi ini dibatasi oleh skema reaksionel yang

mengendalikan fase kedua, yang terjadi setelah melalui lintasan discharge dan

sebelum penambahan basa.

Dalam hal di mana reaksi kimia merupakan reaksi-reaksi dua unsur, Sj(T)

diberikan pada saat t oleh hubungan:

Sj(T) = k T n nq p

( ) (2-18)

k(T) adalah koefisien reaksi dari reaksi kimia nomor dan (nqnp) merupakan

hasil kerapatan dari unsur-unsur q dan p yang bereaksi dalam reaksi . Tanda

positif dan negatif pada persamaan reaksi (2-18) bersesuaian dengan pembentukan

atau penghancuran unsur j. Reaksi tiga utama diperoleh dari hasil tiga kerapatan

unsur-unsur dalam reaksi tersebut. Koefisien reaksi dapat ditulis dalam bentuk

hubungan Arrhenius berikut.

k T KT T exp / (2-19)

K, , dan masing-masing merupakan koefisien penyesuaian ( adalah energi

aktivasi reaksi). T adalah temperatur absolut dari unsur paling “panas” yang

berasal dari sebelah kiri reaksi kimia . Dalam kaitan ini yang dimaksud dengan

temperatur adalah temperatur gas.

Persamaan (2-19) menunjukkan bahwa koefisien-koefisien tertentu dari suatu

reaksi tergantung secara eksponensial pada temperatur gas. Dalam keadaan ini,

term sumber Sj(T) sangat sensitif terhadap setiap perubahan temperatur yang

mengakibatkan kuatnya variasi nilai produksi dan disparisi dari unsur j. Hal ini

akan memengaruhi secara langsung dinamika gas yang disebabkan oleh sangat

kuatnya hubungan antara persamaan-persamaan konservasi dari ruang reaktif

seperti ditunjukkan pada persamaan (2-6) sampai dengan persamaan (2-10).

Kompleksitas model kinetik kimiawi berasal juga dari karakteristik skala waktu


yang berbeda pada setiap reaksi kimia. Dari keadaan ini, evolusi koheren dari

sistem persamaan harus didasarkan pada skala waktu paling kecil untuk

memadukan cepatnya variasi dari unsur-unsur tertentu.

5. Konduktivitas Thermik Gas

Temperatur pada setiap unsur dimisalkan identik dengan temperatur gas

pembakaran yang diamati. Karakteristik thermik baik konduktivitas thermik

maupun kapasitas kalor pada molekul mayoritas gas rata-rata relatif stabil. Secara

sederhana dapat dikatakan bahwa udara hanya terpolusi oleh oksida NO dengan

konsentrasi awal yang relatif rendah. Variasi konduktivitas thermik gas sebagai

fungsi temperatur mutlak (T) diberikan oleh hubungan [Plooster, 1971] berikut.

(T) = 2.6405 10-4

T - 5.6216 10-2

(2-20)

dengan: (T) dinyatakan dalam Wm-1

K-1

Sedangkan variasi kapasitas kalor pada tekanan konstan sebagai fungsi temperatur

absolut Cp(T) diberikan oleh hubungan [Sacadura, 1978] berikut.

Cp(T) = 1059.23621 - 0.43698 T + 0.00101 T2 - 5.08677 10

-7 T

3 (2-21)

dengan: Cp(T) dinyatakan dalam JKg-1

K-1


A. TUJUAN DAN KONTRIBUSI PENELITIAN

Penelitian ini sangat penting dan urgen dilakukan dalam mengatasi permasalahan

isu lingkungan hidup yang disebabkan oleh moda transportasi jalan. Penelitian ini

dimaksudkan untuk memberikan pemahaman yang jelas tentang pentingnya

proses evolusi penghancuran NOx. Pengembangan model simulasi dua dimensi

akan menjelaskan dengan lebih tepat bagaimana radikal dan oksida diciptakan

atau dihancurkan pada kanal ionisasi. Model simulasi yang memadukan dinamika

gas dan reaktivitas campuran akan dapat memberikan pemahaman menyeluruh

antar hubungan tersebut sehingga memungkinkan dilakukannya optimasi

penghancuran oksida NOx pada suatu reaktor melalui rekayasa plasma guna

mewujudkan moda transportasi jalan bebas polusi dalam sudut pandang

pembangunan transportasi berkelanjutan.

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi di berbagai bidang

kehidupan di antaranya adalah sebagai berikut.

1. Bidang transportasi: hasil penelitian diharapkan dapat menciptakan moda

transportasi rendah polusi dalam perspektif pembangunan transportasi

berkelanjutan.

2. Bidang lingkungan hidup: memberikan solusi tentang bagaimana mengelola

lingkungan udara yang bersih dalam upaya menjaga kelestarian alam.

3. Bidang iptek: memberikan sumbangan penting dalam memperkaya khasanah

iptek untuk meningkatkan daya saing bangsa; dan

4. Bidang kesehatan masyarakat: menanggulangi berbagai penyakit yang

disebabkan pencemaran udara seperti paru-paru, bronkhitis, infeksi saluran

pernafasan dan sebagainya.


B. MANFAAT HASIL PENELITIAN

Kajian manfaat hasil penelitian ini dapat dideskripsikan dengan pola pikir seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.1 berikut.

PEMANFAATAN TEKNOLOGI PLASMA

MASUKAN LUARAN DAMPAK

Teknologi plasma sebagai cleaning

technology pereduksi polutan

Kondisi polutan Terciptanya sarana transportasi Kondisi polutan Pembangunan

emisi gas buang rendah polusi emisi gas buang sarana

transportasi transportasi transportasi

jalan saat jalan yang jalan rendah

ini Tuntutan masyarakat pada diharapkan polusi

lingkungan udara bersih dan sehat

Kemauan politik pemerintah dalam

mengurangi dampak polutan

TANTANGAN DAN PELUANG

Gambar 3.1. Alur kajian manfaat hasil penelitian

Polutan emisi gas buang sarana transportasi jalan, khususnya yang berada di kota-

kota besar di Indonesia, saat ini memberikan dampak negatif bagi kesehatan dan

lingkungan. Teknologi plasma sebagai cleaning technology merupakan solusi

inovatif untuk mengurangi polutan gas buang sehingga diharapkan tercipta sarana

transportasi jalan rendah polusi. Tantangan ke depan terkait dengan emisi polutan

transportasi jalan di antaranya adalah tuntutan masyarakat terhadap kualitas hidup

bersih dan sehat yang semakin tinggi termasuk tingkat kesehatan dan kebersihan

lingkungan. Salah satu peluang yang dapat digunakan untuk mereduksi emisi gas

buang adalah kemauan politik pemerintah untuk terus berupaya mengurangi

dampak lingkungan termasuk emisi polutan akibat transportasi jalan. Dengan

mensinergikan kekuatan teknologi, tantangan maupun peluang yang ada dalam

mereduksi emisi polutan, diharapkan terwujud sistem transportasi bebas polusi

guna mempercepat dan memperkuat pembangunan ekonomi berkelanjutan.


A. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Lab Fisika Terapan, Jurusan Teknik Elektro, FT, UNJ.

Penelitian ini bekerja sama dengan Dinas Perhubungan dan Dinas Lingkungan

Hidup Provinsi DKI Jakarta. Kerjasama ini dimaksudkan agar hasil penelitian

yang diperoleh sinergi dengan kebijakan dan kondisi di lapangan. Penelitian tahap

pertama direncanakan berlangsung antara bulan Januari sampai November 2015,

penelitian tahap kedua akan dilakukan di bulan yang sama pada tahun 2016.

B. Peralatan dan Bahan Penelitian

1. Perangkat keras komputer.

2. Beberapa program perangkat lunak yang terdiri dari:

MUSCL,

Superbee, CFL, dan

Advance, FCT.

3. Bahan prototipe CC (Catalytic Converter) pereduksi polutan yaitu:

Palladium (Pd), Aluminium (Al),

Platinum (Pt), Silica (Si), dan

Rhadium (Rh), Keramik.

Metode penelitian yang diterapkan pada tahun pertama ini adalah metode simulasi

dengan menerapkan MUSCL untuk memperoleh optimalisasi penghancuran

oksida-oksida nitrogen. Penerapan metode ini dilakukan sebab proses reduksi

oksida-oksida toksik ini hanya memerlukan waktu yang sangat singkat, yaitu

sekitar 1 milisekon. Sedang pada tahun kedua, metode penelitian yang dilakukan

adalah metode eksperimen dengan merancang prototipe CC pereduksi emisi gas

buang. Optimalisasi penghancuran oksida-oksida nitrogen dalam reaktor plasma


memperhitungkan 16 partikel kimia baik netral maupun tereksitasi yaitu N, O, N2,

O2, NO, O3, NO2, NO3, N2O, N2O5, N2(A3S u

+), N2(a’

1S u

-), O2(a

1D g), N(

2D),

N(2P), dan O(

1D), dengan melibatkan 110 (seratus sepuluh) reaksi-reaksi kimia

terpilih dalam campuran gas melalui MUSCL dengan kriteria kestabilan evolusi

CFL.

C. DISKRETISASI PERSAMAAN TRANSPORT

Persamaan-persamaan transport yang menyusun model kajian penelitian ini dapat

dituliskan dalam formulasi umum berikut ini.

tdiv v S (4-1)

Di mana adalah kerapatan pada transporter dan v kecepatan transport. S adalah

term sumber dari kerapatan . Penelitian ini dibatasi hanya pada kajian fenomena

pada arah ruang dengan perhitungan numerik 1D.

Perlakuan numerik dari persamaan (4-1) diselesaikan melalui diskretisasi ruang

dan waktu. Diskretisasi dilakukan dari waktu t ke t+t dengan mengandaikan

evolusi linear dari fenomena transport antara selang waktu tersebut. Diskretisasi

ruang dilakukan dengan memotong ruang elemen terbatas dan dengan

memadukan persamaan (4-1) dalam elemen-elemen volume tersebut.

Diskretisasi dari persamaan tersebut tidak dapat menghindarkan sejumlah

hipotesis tertentu sehingga menghilangkan beberapa informasi. Informasi ini di

antaranya adalah orisinalisasi fluktuasi numerik (disipasi, osilasi, dan difusi

numerik). Untuk itu diperlukan sejumlah metode numerik yang membatasi

fluktuasi-fluktuasi tersebut. Dua metode yang membedakannya adalah metode

implisit dan metode eksplisit. Metode implisit kurang memperhitungkan skala

waktu tetapi lebih mudah dilakukan pada difusi numerik. Metode eksplisit

memberikan fluktuasi yang lebih baik tetapi stabilitas kriterianya dapat

mengendalikan pengurangan skala waktu evolusi.


Pada penelitian ini akan digunakan metode eksplisit yang cenderung lebih presisi

dibandingkan dengan metode implisit. Metode ini dinamakan metode Monotonic

Upstream-centred Scheme for Conservation Law disingkat M.U.S.C.L [Van Leer,

2000] yang relatif lebih efisien dan lebih sederhana dibandingkan dengan metode

lainnya seperti metode FCT [Boris, 1999].

D. DISKRETISASI METODE NUMERIK

Perhatian akan difokuskan di arah sumbu x pada tinjauan ruang. Arah ini terbelah-

belah dengan elemen volume (yang selanjutnya dinamakan maile) dari volume

dan pusatnya pada simpul ikatan i. Permukaan yang membatasi maile i pada arah

x disebut Si-1/2 dan Si+1/2.

Catatan:

Secara implisit kita akan menggunakan sistem koordinat kartesisus untuk kajian

diskretisasi 1D dari persamaan (4-1). Meski demikian, persamaan diskretisasi

akan dapat diperoleh pada akhir paragraf dan berlaku juga pada koordinat

silindris.

1. Integrasi Pertama Persamaan Transport

t t ti

t t

i

td d

(4-2)

Setelah mengintegrasikan, kita hanya akan memasukkan nilai rata-rata kerapatan

pada maile i. Kita akan kehilangan informasi pada profil kerapatan yang lebih

kecil dari volume dan terutama pada ujung-ujungnya. Hal ini akan terlihat pada

kurangnya informasi pada penentuan pertukaran fluks antar maile yang

bersebelahan.


2. Integrasi Kedua Persamaan Transport

Integrasi term div(v) pada arah x dari tinjauan ruang dapat dituliskan dengan:

v x

tx

dtd i

tS

xi i

tS

xidtdS dtdS 1 2 1 2 1 2 1 2v v

i

t

xi i i

t

xi iS dt S dt1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2v v

it

xit

i it

xit

iS t S t1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2v v (4-3)

Integrasi waktu dapat dimungkinkan dengan memisalkan bahwa kerapatan i-1/2

dan i+1/2 terjaga nilainya pada waktu t selama selang waktu t. Selama integrasi

spasial tak satupun hipotesis fluks dilakukan pada profil dalam arah

x.Meskipun demikian perhitungan kerapatan pada ujung i+1/2 dan i-1/2 dari

tiap volume hanya dilakukan dengan bantuan nilai rata-rata i ketika melakukan

integrasi term pertama. Hal ini merupakan pertentangan pada awal fluktuasi

numerik dan harus dilakukan koreksi atas metode-metode numerik tersebut.

3. Integrasi Term Sumber Persamaan Transport

Dengan mengandaikan bahwa term sumber adalah homogen pada setiap volume

dan nilainya pada waktu t selama t, diperoleh:

S S

dtd tt (4-4)

4. Diskretisasi Persamaan Transport

Akhirnya, evolusi kerapatan rata-rata i pada maile i antara waktu t dan t+t

dapat diberikan oleh persamaan berikut.

i

t t

i

tit

xit i

it

xit iS

tS

t t

1 2 1 2

1 2

1 2 1 2

1 2v v S

t (4-5)


Dalam model ini, bersesuaian pada kerapatan nj dari setiap unsur dan vx pada

kecepatan difusi Vj dari setiap unsur dalam campuran gas yang telah didefinisikan

pada persamaan (4-1). Kecepatan ini pada batas xi+1/2 dari maile i diberikan oleh

persamaan:

v xit

it i

t i

t

i

t

D Tx

1 2

1 21 2

11

(4-6)

di mana D adalah koefisien difusi unsur dalam campuran dan T adalah temperatur

gas.

Catatan 1:

Seperti telah dikemukakan sebelumnya bahwa persamaan (4-5) dapat digeneralisir

pada sistem koordinat yang lain dengan permukaan S dan volume bersesuaian

pada bentuk-bentuk maile dasar geometri.

Catatan 2:

Persamaan (4-5) diaplikasikan pada persamaan sehingga dengan mengganti fluks

kerapatan div(v) dengan fluks panas div(Q), diperoleh persamaan berikut ini:

i

t t

i

tit i

it iS

tS

t t

Q Q1 2

1 2

1 2

1 2S

t (4-7)

dengan

Q it

it i

tit

TT T

x

1 2 1 2

1

et i

t

it

p it

itC T T

, , dan Cp masing-masing adalah koefisien konduktivitas thermik, kerapatan

massa, dan kapasitas kalor pada tekanan tetap.


E. METODE M.U.S.C.L

1. Profil Alur Metode M.U.S.C.L

Metode M.U.S.C.L. ini dikembangkan oleh Van Leer [Van Leer, 2000]. Untuk

membatasi perbedaan perhitungan fluks yang dituliskan pada bab sebelumnya,

metode M.U.S.C.L memisalkan variasi linear dari kerapatan dalam maile

(perhatikan Gambar 4.1 di bawah). Dengan cara demikian hipotesis ini sesuai

dengan konservasi kerapatan total dalam maile i profil i(x).

i

xi

xi

ix dx x

1 2

1 2

(4-8)

dengan i(xi)= i. Hubungan ini mengakibatkan profil linear simetris

dibandingkan dengan posisi xi dari simpul ikatan maile.

xx i

i

i

x

x i1 2 x i1 2

i1 2

i1 2

x

xi1 x i1

Gambar 4.1: Profil alur metode M.U.S.C.L


Kemiringan bagian kanan i(x) dihitung dengan membatasi nilai-nilai i-1/2 dan

i+1/2 pada interval respektif i i1 , dan i i,

1 . Untuk itu, terlebih dulu perlu

menghitung dua gradien berikut.

ax

ii i

1

dan b

xi

i i

1

(4-9)

Kemiringan pi diperoleh dengan mendefinisikan profil dalam maile i melalui

hubungan:

ia,ikb,minmodi,bikaminmodmaximumiatandaip (4-10)

di mana, fungsi minmod(u,w) mengambil nilai minimum dari dua variabel u dan

w jika memiliki tanda sama dan memberikan nilai nol jika mempunyai tanda

berlawanan. Untuk maile dengan selang konstan, nilai-nilai koefisien k

mengambil nilai 1 dan 2. Roe dan Baines [Roe, 2002] menjelaskan bahwa nilai

k=2 akan memberikan hasil maile yang paling baik dan dinamakan dengan

metode M.U.S.C.L "Superbee". Dalam hal ini, profil memiliki kemiringan

maksimum di mana satu dari dua nilai kerapatan pada batas maile i sama dengan

kerapatan rata-rata dari maile yang bersebelahan.

Hasil akhir dari metode M.U.S.C.L ini dapat membangun suatu profil linear

pada interval x xi i 1 2 1 2, yang diberikan oleh pernyataan:

i i i ix p x x (4-11)

Catatan:

Untuk menghitung pertukaran fluks pada batas xi1 2 , kerapatan i1 2/ dapat

mengambil, misalnya nilai i ix 1 2/ , dan nilai i ix 1 1 2/ . Pemilihan satu atau

lainnya dari dua kerapatan ini dilakukan dengan alasan yang didasarkan pada tipe

Upwind, yang merupakan fungsi orientasi medan kecepatan pada sekeliling


daerah pertukaran. Jika vxi+1/2 adalah positif maka i+1/2= i ix 1 2/ dan jika tidak,

maka i+1/2= i ix 1 1 2/ . Demikian juga hal tersebut berlaku identik pada batas

xi-1/2.

2. Kriteria Stabilitas pada Fluks

Untuk menjamin solusi positif dan untuk membatasi munculnya osilasi numerik,

harus diambil evolusi pertukaran fluks selama t pada batas maile i di mana

partikel-partikel tersebut tidak berpindah ke tempat yang lebih tinggi yang berada

dalam maile. Hal ini seperti diperlihatkan pada Gambar 4.2 di mana kuantitas

partikel-partikel pertukaran pada batas xi+1/2 selama t diwakili oleh permukaan

yang diarsir.

x

x i1 2 x i1 2

i1 2

i1 2

v xi1 2

v xi t1 2

i

xx i

Gambar 4.2: Representasi pertukaran selama selang waktu t

Perlu diperhatikan juga bahwa kecepatan vxi+1/2 (misalnya) diperkirakan pada

batas xi+1/2. Jadi nilainya hanya dapat diterima di dekat perbatasan dan tidak dapat

diperluas pada jarak yang terlalu jauh.


Dua penjelasan sebelumnya membatasi selang waktu evolusi t. Selang waktu ini

diberikan oleh Friedrich-Levy (CFL), yaitu kriteria yang memverifikasi setiap

sistem maile di setiap saat. Secara eksplisit kriteria tersebut dapat dinyatakan

dengan formulasi berikut.

v xi t

x

1 2 1

2

(4-12)

3. Metode Validasi

a. Uji Davies

Metode uji validasi pertama dilakukan dengan bantuan uji matematika Davies

[Davies, 1992] yang berupa penguatan sinyal persegi kerapatan dalam sebuah

medan kecepatan stasioner yang menunjukkan kuatnya osilasi. Uji ini

memberikan dua hal. Di satu sisi, kuatnya gradien kerapatan seperti pentingnya

osilasi medan kecepatan, harus memvalidasi metode numerik. Di sisi lain, uji ini

digunakan untuk memvalidasi sejumlah metode guna membandingkan tampilan

hasil yang diperoleh. Penjelasan uji Davies ini dapat diberikan sebagai berikut.

Persamaan konservasi (4-1) didiskretisasi tanpa term sumber dalam ruang pada

keadaan standart (x[0,1]) dari 100 maile dengan jarak yang sama dari satu titik

ke titik yang lain. Medan kecepatan bervariasi terhadap x dengan hubungan

sebagai berikut:

vx(x) = 1 + 9 {sin(x)}8 (4-13)

dan ditampilkan pada puncak maksimum x=0.5. Penyebaran awal dari kerapatan

diberikan oleh:

n(x,t=0) = 10 untuk 0.05 x 0.25

0 di tempat lain (4-14)


Batas penting pada arah secara periodik, di mana setiap partikel terabsorbsi pada

batas kanan x=1, dibatasi sebelumnya oleh batas kiri x=0. Jadi, setelah satu

periode tertentu Tp diberikan oleh persamaan:

Tdx

v xp

x

0

1

(4-15)

solusi n(x,Tp) berasal dari evolusi lintasan yang secara normal berbeda dengan

penyebaran awal.

Hasil penguatan sinyal oleh metode M.U.S.C.L berorde 2 terhadap waktu dan

ruang seperti diperlihatkan pada Gambar 4.4 pada interval waktu yang berbeda.

Evolusi dilakukan dengan CFL dari 0,1. Perbandingan dengan solusi eksak

menunjukkan bahwa kekuatan gradien menyebar secara semestinya, demikian

juga difusi numerik dan disipasi numerik. Metode M.U.S.C.L ini merupakan salah

satu metode yang memberikan hasil terbaik.

x0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0

5

10

15

t = T

t = 0,4 T

Gambar 4.4: Solusi numerik ( ___ ) diberikan oleh metode M.U.S.C.L

dan solusi analitik ( . . . . ) pada penguatan sinyal dari dua

waktu yang berlainan pada uji Davies

n

t = Tp

t = 0.4 Tp


b. Validasi Transport Difusif

Uji validasi transport difusif menyajikan tampilan model numerik pada situasi

yang mendekati keadaan penelitian. Pada uji ini, medan kecepatan tidak lagi

ditetapkan tetapi dihitung pada setiap saat melalui persamaan (4-6). Gambaran

dari uji validasi transport difusif seperti dijelaskan berikut ini.

Ruang ukuran standart (x[0,1]) didiskretisasi oleh 1000 maile yang sama

jaraknya dari satu titik ke titik yang lain. Penyebaran awal dari kerapatan adalah

sebagai berikut.

n(x=0,t=0) = 1

n(x,t=0) = 0 di tempat lainnya (4-16)

Dimisalkan tidak ada term sumber dari penciptaan kerapatan n selama evolusi.

Kerapatan n(x=0,t) dan n(x=1,t) masing-masing diletakkan pada 1 dan 0.

Transport difusif dari kerapatan x=0 pada x=1 ditentukan oleh persamaan (4-5)

dan koefisien difusi D pada persamaan (4-6) suatu nilai konstan 10-2

m2s

-1. Kriteria

evolusi CFL diletakkan pada 0,1.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x

Gambar 4.5: Solusi numerik ( ___ ) diberikan oleh metode M.U.S.C.L

dan solusi analitik ( ) pada penguatan sinyal dari dua

waktu yang berlainan pada uji validasi transport difusif

n

t = 250ms

t = 50ms

t = 150ms


Gambar 4.5 memperlihatkan hasil perbandingan antara solusi analitik dan solusi

numerik yang diberikan oleh metode M.U.S.C.L berorde 2 terhadap waktu dan

ruang. Perbandingan tersebut dilakukan pada berbagai waktu evolusi. Hasil yang

diperoleh ini menunjukkan keunggulan metode numerik dalam menyelesaikan

persamaan-persamaan transport difusif. Hasil terbaik dari model diperoleh jika

dilakukan pada lebih dari 100.000 iterasi waktu [Guntoro, 2012].

F. KONDISI SIMULASI

Gas pembakaran adalah udara terdiri dari 80% N2 dan 20% O2, yang mula-mula

terpolusi oleh 400ppm oksida NO. Gas tersebut berada pada tekanan atmosfir dan

temperatur ruang. Reaksi kimia dari campuran gas memperhitungkan 16 unsur-

unsur netral (atom-atom N dan O, molekul-molekul pada keadaan fundamental

N2, O2, NO, O3, NO2, NO3, N2O, N2O5, serta atom-atom dan molekul-molekul

yang tereksitasi pada keadaan metastabil N2(A3u

+), N2(a'

1u

-), O2(a

1g), N(

2D),

N(2P), O(

1D)) yang saling bereaksi antara satu dengan yang lain sehingga

melibatkan sebanyak 110 reaksi kimia terpilih. Enambelas unsur netral dan seratus

sepuluh reaksi-reaksi kimia tersebut dipilih mengingat pentingnya keterlibatan

unsur-unsur tersebut terutama yang terkait dengan penghancuran oksida-oksida

NOx. Lucutan listrik yang digunakan adalah lucutan titik-bidang (titik pada anoda

dan bidang pada katoda) dengan jarak antar elektroda sebesar 1cm.

hal. 44 Penelitian Strategis Nasional/ nAg/ FT-UNJ/ 2010

A. PROSES TERCIPTANYA LUCUTAN LISTRIK KORONA

Untuk menjelaskan hasil penelitian yang diperoleh secara lebih rinci, berikut ini

dideskripsikan skema geometri terciptanya lucutan listrik korona dalam ruang

inter-elektroda seperti ditunjukkan pada Gambar 5.1. Pengamatan difokuskan

pada penyebaran gas netral reaktif arah tegak lurus (sumbu-r pada Gambar 5.1)

pada sumbu lucutan listrik (sumbu-z), yang berjarak 1mm dari anoda (warna

merah) dan jari-jari radial sebesar 1,5mm (warna biru muda). Daerah ini cukup

jauh dari anoda untuk mengasumsikan tidak ada tumbukan thermik yang

berpengaruh terhadap pergerakan konvektif gas.

Gambar 5.1: Skema geometris proses terciptanya lucutan listrik korona pada

konfigurasi sistem titik bidang (point-to-plane)

Sesuai dengan kondisi simulasi yang diberikan potensial pada anoda sebesar 3kV.

Ketika kondisi potensial listrik ini terpenuhi, muatan pada ruang antar elektroda

memiliki medan listrik (E) awal yang bernilai maksimum pada anoda. Medan

anoda

ruang antar elektroda tersebarnya lucutan

listrik

katoda

sumbu-r

sumbu-z

E

zona ionisasi

zona kritis

anoda

katoda zona pelemahan


listrik ini bergerak menuju katoda sehingga mampu menciptakan lucutan listrik

yang tersebar merata di sepanjang ruang yang berada di antara anoda dan katoda.

Gambar 5.2: Profil kontur gradasi potensial listrik pada ruang antar elektroda

Seperti nampak pada Gambar 5.2 dapat dianalisis bahwa magnitudo potensial

listrik berada di sekitar sumbu-z di sepanjang ruang antar elektroda yang berjarak

1mm dari anoda dengan radius 0,5mm dari sumbu-r. Besarnya potensial listrik

yang berada di dekat anoda sesuai dengan kondisi simulasi yaitu sekitar 3.000V

(3kV). Potensial ini secara perlahan-lahan mengalami penurunan pada ruang antar

elektroda dan hampir mencapai 0V pada katoda.

Gambar 5.3: Fotografi lucutan listrik selama selang waktu 1 sekon

Anoda

sumbu-r (mm)

sum

bu

-z (

mm

)


Pengembangan dan penyebaran lucutan korona hampir seluruhnya terlokalisir di

sekitar anoda. Suatu lingkaran cahaya dapat diamati di sekitar anoda seperti

terekam dalam foto yang ditunjukkan pada Gambar 5.3.

B. ANALISIS KINETIKA KIMIA PENGHANCURAN OKSIDA-OKSIDA

NITROGEN PADA FASE SETELAH LUCUTAN LISTRIK

1. Analisis Kajian Proses Pembentukan Radikal Primer dan Sekunder

Pembentukan radikal baik radikal primer maupun sekunder berperan penting pada

proses penghancuran oksida polutan NOx melalui rekayasa teknologi plasma.

Pada prinsipnya reduksi NOx pada reaktor plasma melalui tiga fase tahapan.

Timeline penghancuran NOx melalui teknologi plasma dapat dilihat pada Gambar

5.4 berikut.

Gambar 5.4: Timeline penghancuran oksida polutan NOx melalui

rekayasa teknologi plasma

Fase ke-1:

Fase Lucutan Listrik: Pembentukan radikal-radikal primer dan sekunder (O, OH, N, H, HO2, dan O3)

Fase ke-2:

Fase Setelah Lucutan Listrik: Penghancuran oksida NOx, SOx; dan penciptaan asam (H2SO4 dan HNO3)

Fase ke-3:

Penginjeksian basa untuk pembentukan garam

0-10-8

s 10-8

-10-3

s 10-3

-1s

udara bersih

waktu


Fase ke-1 yang sering dikenal dengan fase lucutan listrik (discharge phase)

merupakan proses pembentukan radikal-radikal primer dan sekunder yaitu N, O,

OH, H, HO2 dan O3 yang diakibatkan oleh dampak ionik dan elektronik pada

molekul-molekul mayoritas gas nitrogen (N2) dan oksigen (O2). Fase

pembentukan radikal ini berlangsung sangat singkat sampai 10-8

sekon (sepuluh

nanosekon). Berbagai reaksi kimia dominan yang terlibat dalam pembentukan

radikal-radikal ini dapat dilihat pada Tabel 5.1 berikut.


radikal primer dan sekunder dalam reaktor plasma

spesies muka ionisasi kanal ionisasi

N

e + N2 → e + N + N

e + N2 → 2e + N+ + N

-

O

O+

O−

e + O2 → O− + O

e + O2 → O + O + e

e + O2 → 2e + O+ + O

e + O2 → e + O + O(1D)

e + CO2 → e + CO + O

e + CO2 → 2e + CO+ + O

e + H2O → 2e + H+2 + O

e + CO2 → 2e + CO + O+

e + H2O → 2e + H2 + O+

e + CO2 → O− + CO

e + H2O → 2e + O− + H2

-

OH

OH+

e + H2O → 2e + H− + OH

e + H2O → e + OH + H

e + H2O → 2e + OH + H+

e + H2O → e + OH + H

e + H2O → e + OH + H

e + H2O → 2e + OH + H+

e + H2O → 2e + H− + OH

e + H2O → 2e + OH+ + H

e + H2O → H- + OH+

e + H2O → 2e + OH+ + H

-

O3 - O + 2O2 → O2 + O3

O + O2 + N2 → N2 + O3


Pembentukan berbagai radikal primer dan sekunder pada lucutan listrik sesuai

dengan kondisi simulasi yang diberikan. Terciptanya radikal N dan O berlangsung

pada muka ionisasi yang terjadi melalui hasil reaksi antara elektron dan N2

sedangkan radikal O terbentuk melalui hasil reaksi dengan O2. Radikal O3 terjadi

pada kanal ionisasi melalui reaksi-reaksi kimia dengan N2 dan O2. Deskripsi

kinetika kimia selama fase lucutan listrik ini menjelaskan tentang bagaimana

terciptanya unsur-unsur radikal primer maupun sekunder. Informasi ini sangat

penting untuk optimalisasi proses penghancuran oksida sebab efisiensinya secara

langsung sangat tergantung pada banyaknya radikal yang tercipta.

2. Analisis Kajian Proses Pembentukan Oksida-oksida Nitrogen

Pada fase lucutan listrik ini juga terbentuk oksida-oksida polutan NOx seperti NO,

NO2, NO3, dan N2O pada kanal ionisasi yang berasal dari berbagai hasil reaksi

kimia dalam campuran gas seperti ditunjukkan pada Tabel 5.2 berikut.


oksida-oksida nitrogen dalam reaktor plasma


NO - N + O2 → NO + O

O + N + O2 → NO + O2

O + N + N2 → NO + N2

O + NO2 → NO + O2

O3 + N → NO + O2

O + N2 → NO + N

N + 2O → NO + O

2N + O → NO + N

N + O + NO → NO + NO

O3 + NO2 → NO + 2O2

N + NO2 → 2NO

NO + NO3 → 2NO + O2

N2 + NO → 2N + NO

O2 + NO → 2O + NO

2NO → N + O + NO

2N + NO → N2 + NO

O + O + NO → O2 + NO

NO2 + NO3 → NO2 + NO + O2



NO2 - O + N2 + NO → NO2 + N2

O + O2 + NO → NO2 + O2

O + NO + O2 → NO2 + O2

O + NO + N2 → NO2 + N2

NO2 + NO3 → NO2 + NO + O2

O + NO3 → O2 + NO2

O3 + NO → O2 + NO2

2NO + O2 → 2NO2

NO + NO3 → 2NO2

2NO3 → 2NO2 + O2

NO3 - O + N2 + NO2 → NO3 + N2

O + O2 + NO2 → NO3 + O2

O + NO2 + O2 → NO3 + O2

O + NO2 + N2 → NO3 + N2

NO2 + O3 → NO3 + O2

N2O - N + NO2 → N2O + O

3. Kajian Proses Penghancuran Oksida-oksida Nitrogen

Fase ke-2 adalah fase setelah lucutan listrik (post-discharge phase), berlangsung

sampai 10-3

sekon (satu millisecond). Pada fase inilah terjadi penghancuran

oksida-oksida polutan NOx pada kanal ionisasi melalui berbagai reaksi kimia

seperti ditunjukkan pada Tabel 5.3 berikut.

Tabel 5.3: Berbagai reaksi kimia yang dominan pada proses penghancuran

oksida-oksida nitrogen dalam reaktor plasma


NO - O + O + NO → O2 + NO

O + NO + O2 → NO2 + O2

O + NO + N2 → NO2 + N2

N + NO → N2 + O

2N + NO → N2 + NO

NO + O → O2 + N

NO + O → N + 2O

NO + N → O + 2N

N + O + NO → NO + NO

O3 + NO → O2 + NO2

NO2 - N + NO2 → N2 + O + O

N + NO2 → 2NO



O + NO2 → NO + O2

O + NO2 + O2 → NO3 + O2

O + NO2 + N2 → NO3 + N2

N + NO2 → N2 + O2

O3 + NO2 → NO + 2O2

NO2 + O3 → NO3 + O2

NO3 - O + NO3 → O2 + NO2

Selama berlangsungnya proses evolusi, kerapatan radikal mencapai maksimum

bersesuaian dengan konsentrasi oksida toksik adalah minimum. Oleh sebab itu

betapa pentingnya kinetika kimia berbagai radikal pada evolusi oksida-oksida

beracun. Interaksi berbagai radikal pada proses penghancuran oksida-oksida

nitrogen melalui berbagai reaksi kimia dapat dilihat pada Gambar 5.5 berikut.

Keterangan:

1. O+NO+O2 → NO2+O2 6. O+NO2+O2 → NO3+O2 2. O+NO+N2 → NO2+N2 7. O+NO2+N2 → NO3+N2 3. O3+NO → O2+NO2 8. NO2+O3 → NO3+O2

4. N + NO2 → N2O + O 9. N+O2 → NO+O 5. O+NO2 → NO+O2 10. N+NO → N2+O

Gambar 5.5: Interaksi radikal primer N dan O serta radikal sekunder O3

pada proses penghancuran oksida-oksida nitrogen melalui berbagai reaksi kimia

O+M

O+M O

N N

N

O3

O3

NO

NO2

NO3

N2O

1 2

3

4

5 6 7

8

9

10

N2 ; O2


Pada proses penghancuran oksida-oksida nitrogen ini, waktu yang diperlukan

untuk menghancurkan polutan akibat bereaksi dengan radikal aktif lebih lama

dibandingkan dengan waktu difusi antar unsur-unsur partikel kimia. Oleh sebab

itu, pengembangan radial campuran gas pada kanal lucutan listrik berpengaruh

secara signifikan terhadap kinetika kimia.

C. ANALISIS DINAMIKA CAMPURAN GAS PADA FASE SETELAH

LUCUTAN LISTRIK

1. Profil Variasi Temperatur, Kerapatan, Tekanan, dan Kecepatan Gas

Oksida polutan direduksi melalui reaksi dengan radikal-radikal aktif baik primer

maupun sekunder pada fase setelah lucutan listrik yang berlangsung antara 10ns

sampai 1ms. Pada fase ini sebagian besar energi terkonsentrasi pada sumbu-z di

sepanjang ruang antar elektroda yang berjarak 1mm dari katoda dengan radius

radial 0,5mm dari sumbu-r sesuai kondisi simulasi. Gambar (5-6, 5-7, 5-8, dan 5-

9) masing-masing merupakan profil temperatur, kerapatan, tekanan, dan

kecepatan gas untuk beberapa selang waktu dari 0,1μs sampai 1,5μs.

Figure 3-2 : Profil de la température du gaz (°K) (de 0,1 à 1,5μs)

Gambar 3.2: Profil temperatur molekul gas (°K) dari 0,1μs sampai 1,5μs

Gambar 5.6: Profil variasi temperatur molekul gas (°K) dari selang waktu

antara 0,1μs sampai 1,5μs

sumbu-r (mm) sumbu-r (mm)


0,1s 0,5s

1,5s 1,0s

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)


Figure 3-3 : Profil de la densité massique du gaz (kg.m-3) (de 0,1 à 1,5μs)

Gambar 3.3: Profil kerapatan gas (kg.m-3

) dari 0,1μs sampai 1,5μs


) dari selang waktu


Figure 3-4 : Profil de la pression du gaz (Pa) (de 0,1 à 1,5μs)

Gambar 5.8: Profil variasi tekanan gas (Pa) dari selang waktu


0,1s 0,5s

1,5s 1,0s

sumbu-r (mm)

sumbu-r (mm)

sumbu-r (mm)

sumbu-r (mm)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

1,5s 1,0s

0,5s 0,1s



sum

bu

-z (

mm

) su

mb

u-z

(m

m)

sum

bu

-z (

mm

) su

mb

u-z

(m

m)


Figure 3-5 : Profil de la vitesse du gaz (m.s-1) (de 0,1 à 1,5μs)

Gambar 3.5: Profil kecepatan gas (ms-1

) dari 0,1μs sampai 1,5μs

Gambar 5.9: Profil variasi kecepatan gas (ms-1

) dari selang waktu


Kondisi ini berhubungan erat dengan ekspansi gas yang datang dari anoda

melintas di sepanjang ruang antar elektroda menuju katoda dalam selang waktu

1.5μs. Tumbukan thermal yang dihasilkan dari injeksi energi menyebabkan

peningkatan suhu yang mencapai nilai maksimum sekitar 500°K di tengah sumbu

radial (lihat Gambar 5-6 pada 0,1μs). Pada awal injeksi, tumbukan thermal

dilakukan pada kerapatan gas konstan dan menimbulkan gradien tekanan yang

sangat kuat (lihat Gambar 5-8 pada 0,1μs), sehingga mampu menggerakkan

molekul-molekul gas (lihat Gambar 5-9 pada waktu yang sama). Selanjutnya

dalam waktu yang singkat terjadilah kelembaman sesuai dengan pergerakan gas,

sehingga kerapatan gas menurun menuju titik yang suhunya lebih tinggi (lihat

Gambar 5-7 pada 0,1μs). Oleh sebab itu, gelombang tekanan yang dihasilkan

berjalan merambat dan menyebar dari pusat sumbu radial ke seluruh ruang antar

elektroda menuju anoda dan katoda (lihat Gambar 5-8). Dalam pergerakannya,

gelombang ini membawa sebagian pertikel netral ke luar dari zona injeksi.

Selanjutnya, pada zona injeksi, molekul-molekul gas menyebar secara meluas

yang disebabkan oleh kenaikan temperatur. Dapat diamati juga pada Gambar 5-6

1,0s

0,1s

1,5s

0,5s

sumbu-r (mm)


sumbu-r (mm)

sum

bu

-z (

mm

) su

mb

u-z

(m

m)

sum

bu

-z (

mm

) su

mb

u-z

(m

m)


bahwa gelombang molekul gas mengalami pemanasan lokal akibat naiknya

tekanan. Di sekitar 1μs, tekanan di zona injeksi kembali homogen dan nilainya

menjadi seperti keadaan awalnya (lihat Gambar 5-8 1μs). Mulai dari 1μs,

keseimbangan suhu dan kerapatan gas di zona injeksi hanya bergantung pada

difusi thermal gas. Kecepatan dari partikel netral pada gelombang tekanan

mencapai 35ms-1

pada 0,1μs dan menurun secara bertahap menjadi 5ms-1

pada

2,5μs menjauh dari daerah zona injeksi.

2. Profil Variasi Temperatur dan Kerapatan Gas di Sekitar Anoda

Gambar 5-10 sampai 5-12 berikut ini masing-masing menunjukkan profil variasi

temperatur, tekanan, dan kerapatan gas di sekitar anoda selama selang waktu

simulasi kurang dari 1μs.

Gambar 5.10: Profil temperatur gas (°K) di sekitar anoda dari selang waktu


sumbu-r (mm) sumbu-r (mm) sumbu-r (mm) sumbu-r (mm)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)


Gambar 5.11: Profil variasi tekanan gas (Pa) di sekitar anoda dari selang waktu



) di sekitar anoda dari selang

waktu antara 0,1μs sampai 0,6μs


sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)


sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)


Dengan menginjeksikan energi pada lucutan listrik selama selang waktu 150ns

(atau 0,15μs) temperatur gas akan meningkat di sekitar anoda. Dapat dijelaskan

bahwa selang waktu penginjeksian energi tersebut mendekati waktu kelembaman

partikel netral. Oleh sebab itu, pada Gambar 5-12 untuk 0.1μs, dapat diamati di

sekitar anoda terjadi sedikit penurunan kerapatan dari 1,2 menjadi 0,9 sementara

pada saat yang sama temperatur gas mengalami peningkatan dari 300° K menjadi

lebih dari 600°K di sekitar anoda (lihat Gambar 5-10 pada waktu 0,1μs). Selama

fase pertama ini, energi yang diinjeksikan terakumulasi pada daerah di mana

pemanasan spesies netral disimpan di sekitar anoda, sehingga temperatur gas di

sekitar anoda mencapai lebih dari 800°K.

Untuk mendorong gerak molekul-molekul gas, gradien energi yang diperlukan

harus cukup tinggi untuk mengatasi kelembaman dari gas tersebut. Mulai dari

selang waktu 0,1μs, gradien tekanan (lihat Gambar 5-11 pada 0,1μs) dan gaya

terbentuk untuk mendorong aliran gas netral sehingga mampu bergerak secara

dinamis. Pada selang waktu 0,1μs dapat dilihat bahwa profil tekanan mirip dengan

temperatur gas. Fase pengembangan molekul gas dapat diamati mulai dari awal

sampai akhir lucutan listrik di atas selang waktu 0,1μs. Dapat dijelaskan bahwa

molekul gas dipanaskan oleh kompresi pada gelombang tekanan (lihat Gambar 5-

10 pada 0,6 μs dan 0,8μs). Transportasi radial maupun aksial partikel dan

kenaikan temperatur molekul gas menyebabkan penurunan kerapatan di zona

injeksi (lihat Gambar 5-12 antara 0,2 μs dan 0,8μs). Kecepatan partikel netral

dalam gelombang tekanan mencapai 20ms-1

. Penurunan kerapatan gas di zona

injeksi mampu mengkompensasi kenaikan suhu gas dan menghasilkan fenomena

depresi di sekitar sekitar anoda (lihat Gambar 5-11 pada 0,2μs).


Gambar 5.13: Penguatan gelombang tekanan (Pa) antara selang waktu dari

antara 1μs sampai 4μs

Gambar 5.14: Profil variasi temperatur gas (°K) dari selang waktu



sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)


sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)



) dari selang waktu


Gambar 5-13 sampai 5-15 memberikan gambaran yang lebih menyeluruh dari

dinamika gas antara 1μs sampai 4μs. Gambar 5-14 menunjukkan profil energi

yang diinjeksikan di sepanjang kanal ionisasi. Energi ini terakumulasi di sekitar

sumbu dalam bentuk gelombang yang nampak seperti silinder yang dibentuk oleh

dua garis vertikal di kedua sisi sumbu dalam peta tekanan (Gambar 5-13) dan

suhu (Gambar 5-14). Struktur gradien tekanan yang berada di dekat anoda

menginduksi penyebaran gelombang tekanan bola yang ditumpangkan pada

tekanan silinder (lihat Gambar 5-13 sampai 5-15). Dari gambar-gambar yang telah

ditampilkan, dapat disimpulkan bahwa gelombang tekanan bola menyebar ke

seluruh ruang antar elektroda dengan sebaran rata-rata 0,36 mm per mikrosekon

dan kecepatan rata-rata sekitar 360ms-1

, yang berarti mendekati kecepatan suara di

udara pada kondisi yang sama (346ms-1

di udara pada suhu 25° C).


sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)

sum

bu

-z (

mm

)


D. OPTIMALISASI PENGHANCURAN NOx MELALUI ANALISIS

KINETIKA KIMIA DAN DINAMIKA GAS

Untuk menganalisis optimalisasi reduksi oksida NOx berikut dipresentasikan hasil

simulasi spasial temporal pengaruh kinetika kimia dan dinamika gas pada

penghancuran NO. Gambar 5.16 menunjukkan evolusi radial kerapatan NO yang

berada pada jarak 1mm dari anoda. Gambar 5.16 (a) memperhitungkan kinetika

kimia, dan Gambar 5.16 (b) memperhitungkan dinamika gas yang merupakan

paduan simulasi antara kinetika kimia, fenomena difusi, dan variasi temperatur

gas. Sumbu mendatar adalah jarak radial dari sumbu discharge, dan sumbu

vertikal merupakan skala logaritma waktu mulai yang dari 10ns sampai dengan

1ms. Grafik warna bertingkat bersesuaian dengan skala linear dari nilai kerapatan,

yang dinyatakan dalam persentase nilai maksimum selama berlangsungnya proses

evolusi. Nilai kerapatan maksimum dan minimum dinyatakan dalam ppm.

0 100 200 300 400 500-8

-7

-6

-5

-4

-3

010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.0

r [µm]

log(t

), t

[s]

0 100 200 300 400 500-8

-7

-6

-5

-4

-3

010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.0

r [µm]

log(t

), t

[s]

Gambar 5.16: Evolusi kerapatan NO dalam persentase dari nilai maksimumnya

(a). tanpa memperhitungkan dinamika gas (nmax=400ppm ; nmin=0,595ppm)

(b). dengan memperhitungkan dinamika gas (nmax=400ppm ; nmin=1,125ppm)

(a) (b)


1. Reduksi NOx melalui Analisis Kinetika Kimia setelah Discharge

Bagian ini akan menganalisis model simulasi hasil penelitian, yang mengacu pada

Gambar 5.16 (a) di mana hanya memperhitungkan kinetik kimiawi dalam evolusi

berbagai unsur. Penjelasan hasil penelitian optimalisasi penghancuran NOx

melalui analisis kinetika kimia memberikan beberapa hal penting berikut.

Pencapaian nilai maksimum kerapatan radikal N, O3, dan O lebih besar

daripada kerapatan maksimal NO (400ppm). Hal ini memungkinkan reduksi

oksida nitrogen secara optimal melalui reaksi dengan radikal-radikal aktif.

Selama berlangsungnya evolusi, daerah di mana kerapatan berbagai radikal

mencapai maksimum bersesuaian dengan daerah di mana konsentrasi oksida-

oksida polutan adalah minimum. Beberapa radikal terkonsentrasi pada kanal

ionisasi tidak jauh dari sumbu discharge. Kerapatannya berkurang sepanjang

sumbu discharge dan mencapai nilai yang lebih rendah 10% dari nilai

maksimalnya untuk jarak radial sekitar 150µm.

Kuatnya konsentrasi radikal N berperan sangat penting terhadap kinetika

kimia, terutama melalui reaksi N+NON2+O. Reaksi kimia ini bertanggung

jawab terhadap penghancuran NO selama selang waktu simulasi.

Bobot reaksi kimia sangat berperan dalam evolusi setiap unsur gas ketika

pengaruh kinetika kimia diperhitungkan. Bobot reaksi N+NON2+O dapat

menghancurkan NO hingga mencapai 100% selama selang waktu 20ns

sampai 1µs sehingga hanya tersisa sekitar 50% pada 1ms. Dengan demikian,

kerapatan NO pada sumbu discharge turun secara drastis dari 400ppm

menjadi 0,6ppm dari interval waktu 10ns sampai 1ms.

Penghancuran oksida NO ini melebar melampaui sumbu discharge. Setelah

1µs, daerah penghancuran NO lebih kecil 10% dari nilai maksimalnya dan

melebar pada jari-jari sampai sejauh 150µm. Dapat dicatat juga pentingnya

reaksi N+NON2+O pada kanal ionisasi, dalam menghindari masuk ke

dalam suatu siklus pengurangan oksida dengan NO. Siklus yang sama dapat

membatasi penghancuran NO sebab memungkinkan untuk menjaga kerapatan

populasi oksida tersebut. Dapat dijelaskan bahwa siklus penghancuran oksida


muncul juga pada ujung kanal ionisasi. Setelah 1µs, daerah di mana kerapatan

NO kurang dari 10% dari nilai maksimumnya melebar di sepanjang jari-jari

sampai sejauh 150µm.

Kontribusi NO pada reaksi N+NON2+O mengakibatkan berkurangnya

kerapatan atom N pada kanal ionisasi selama selang waktu simulasi dari 10ns

sampai 1µs. Reaksi kimia tersebut juga memberikan sumbangan pada

penciptaan kerapatan radikal O pada kanal ionsasi dari selang waktu 10ns

sampai 1µs. Pada jarak radial kurang dari 150µm, kerapatan NO terlalu lemah

untuk mempengaruhi secara signifikan pembentukan NO2 melalui reaksi

O3+NOO2+NO2.

2. Reduksi NOx melalui Analisis Pengaruh Dinamika Gas

Dinamika gas merupakan paduan fenomena difusi berbagai unsur dan variasi

temperatur gas dengan mengandaikan tekanan tetap selama berlangsungnya

proses evolusi. Penjelasan hasil penelitian optimalisasi penghancuran NOx

melalui analisis dinamika gas memberikan beberapa hal penting berikut.

Difusi massa merupakan proses perpindahan atom dan molekul dari daerah

yang konsentrasinya lebih kuat menuju daerah yang konsentrasi lebih lemah.

Perpindahan ini dapat menjelaskan suatu reaktivitas kimia di daerah lembam

ketika pengaruh kinetika kimia diperhitungkan.

Variasi temperatur gas memiliki tiga konsekuensi. Pertama, mengubah daya

guna atau efikasitas koefisien reaksi kimia sebagai fungsi temperatur. Kedua,

menyebabkan penurunan kerapatan gas, pengurangan efikasitas reaksi kimia

utama, dan mempengaruhi setiap reaksi yang melibatkan molekul-molekul

mayoritas gas (N2 dan O2). Ketiga, variasi temperatur dapat mengubah

koefisien difusi berbagai unsur dalam campuran gas. Dalam kondisi simulasi

ini, setiap kenaikan temperatur gas sebesar 30°K mengakibatkan pertambahan

koefisien difusi sekitar 10%.


Reduksi oksida NO dimulai sebelum 1µs melalui reaksi nomor N+NON2+O

yang secara prinsip bertanggung jawab terhadap proses evolusi NO dan N.

Sehingga, efek dinamika gas dapat terasakan pengaruhnya pada 1µs. Kelembaman

ini berasal dari pengaruh reaksi yang sensitif terhadap dinamika gas antara

interval waktu 1µs sampai 10µs. Hal ini terjadi pada reaksi-reaksi O+N+M

NO+M untuk oksida nitrogen NO.

Kerapatan oksida NO mencapai nilai maksimum pada 1,125ppm ketika efek

dinamika gas diperhitungkan dan 0,595ppm pada waktu fenomena kinetika kimia

diperhitungkan. Dalam semua hal, penciptaan dan penghancuran suatu populasi

kimia selalu diimbangi oleh transport difusif dari daerah yang konsentrasinya

lebih kuat menuju daerah yang konsentrasinya lebih lemah. Saat mendekati

500µs, difusi monoksida NO dari volume gas menuju arah pusat kanal ionisasi,

memberikan pengaruh pada penciptaan NO2. Oksida NO bergerak ke arah sumbu

discharge menuju ke tengah-tengah ozon O3 di mana kerapatan pada sumbu

tersebut kira-kira 440ppm.


Hasil penelitian tahun pertama ini diharapkan mampu memberikan arah dan

pemahaman yang lebih rinci dan jelas tentang optimalisasi penghancuran NOx

pada reaktor plasma yang akan dilanjutkan pada tahun kedua, sehingga tercipta

sarana transportasi rendah polusi.

Rencana tahapan penelitian tahun kedua yang akan dilakukan adalah sebagai

berikut.

1. Bagaimanakah analisis sistem CC (catalytic converter), AFR (air flue rasio),

dan EGR (exhaust gas recirculation) pada reduksi NOx.

2. Bagaimanakah cara mengoptimalisasi sistem pengendalian polutan emisi gas

buang yang meliputi analisis pengaruh dinamika gas dan kinetik kimiawi

serta analisis CC, AFR, dan EGR.

3. Bagaimanakah cara merancang prototipe CC pereduksi polutan NOx dalam

mewujudkan moda transportasi bebas polusi.


A. KESIMPULAN

Mengacu pada analisis hasil penelitian yang telah dikemukakan sebelumnya dapat

diambil beberapa kesimpulan berikut.

1. Proses pengubahan campuran gas yang mengandung oksida-oksida toksik

menjadi udara bersih berlangsung dalam waktu sangat singkat, sekitar satu

sekon, melalui tiga tahapan fase yaitu fase lucutan listrik (discharge phase),

fase setelah lucutan listrik (post-discharge phase), dan fase penginjeksian

basa untuk membentuk garam. Oksida-oksida NOx direduksi melalui reaksi

dengan radikal-radikal aktif (N, O, OH, dan O3) pada fase setelah lucutan

listrik dan berlangsung hanya dalam waktu satu milisekon.

2. Pada fase setelah lucutan listrik sebagian besar medan listrik terkonsentrasi di

sepanjang ruang antar elektroda. Besarnya intensitas listrik yang berada di

dekat anoda sesuai dengan kondisi simulasi yaitu sekitar 3.103V/m

memungkinkan elektron memperoleh energi yang cukup besar untuk

mengionisasi molekul-molekul gas dalam mereduksi NOx di ruang antar

elektroda.

3. Pada proses penghancuran oksida-oksida NOx, waktu yang diperlukan untuk

menghancurkan polutan akibat bereaksi dengan radikal-radikal aktif lebih

lama dibandingkan dengan waktu difusi antar unsur-unsur partikel kimia.

Oleh sebab itu, pengembangan radial campuran gas di ruang antar elektroda

berpengaruh signifikan terhadap kinetika kimia; dan

4. Deskripsi kinetika kimia ini menjelaskan tentang terciptanya unsur-unsur

radikal aktif primer maupun sekunder. Informasi ini sangat diperlukan untuk

optimalisasi proses penghancuran oksida sebab efisiensinya secara langsung

sangat tergantung pada banyaknya radikal yang tercipta.


5. Kerapatan oksida NO mencapai nilai maksimum pada 1,125ppm ketika efek

dinamika gas diperhitungkan dan 0,595ppm pada waktu fenomena kinetika

kimia diperhitungkan. Penciptaan dan penghancuran suatu populasi kimia

selalu diimbangi oleh transport difusif dari daerah yang konsentrasinya lebih

kuat menuju daerah yang konsentrasinya lebih lemah.

Hasil penelitian tahun pertama ini diharapkan mampu memberikan pemahaman

secara jelas dan rinci tentang optimalisasi penghancuran NOx pada reaktor plasma

(dilanjutkan pada tahun kedua), sehingga tercipta sarana transportasi bebas polusi.

B. SARAN

Kinetika kimia campuran gas melibatkan sangat banyak interaksi antar unsur-

unsur kimia yang mencapai ratusan bahkan ribuan reaksi kimia di mana setiap

reaksi memiliki bobot masing-masing dalam pembentukan radikal primer dan

sekunder serta penghancuran oksida-oksida toksik. Oleh sebab itu, penelitian

selanjutnya perlu memperbanyak jumlah reaksi kimia agar hasil penelitian

mendekati keadaan yang sebenarnya.


Chen, J., dan Davidson, J.H., 2002, Electron Density and Energy Distributions in

the Positive DC Corona: Interpretation for Corona-Enhanced

Chemical Reactions, Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol.

22, pp 199-224

Creyghton, Y.L.M. 1994. Thesis Eindhoven, Nugi 812

Davies, A.J., 1992. Workshop on Plasma chauds et modélisation des décharge.

GRD SPARCH, Marseille, p.45

Badan Pengendalian Dampak Lingkungan (Bapedal). 9 Oktober 2006. Pengaruh

Bahan Bakar Transportasi terhadap Pencemaran Udara dan solusinya.

Makalah Seminar: Hotel Panghegar, Bandung

Boris, JP. and Book, DL. 1999. Journal of Computational Physics. 11, pp.38-69

Eichwald, O. Guntoro, NA. Yousfi M. and Benhenni, M. 2000. Proceedings XIII

International Conference on Gas Discharge and their Application,

Glasgow, UK, Vol.2, pp.732-735

Guntoro, N.A. 2012. Pemanfaatan Teknologi Plasma dalam Pengendalian

Dampak Lingkungan Udara dari Emisi Polutan NOx pada Perspektif

Pembangunan Transportasi Berkelanjutan. Laporan Penelitian Strategis

Nasional, Lembaga Penelitian, Universitas Negeri Jakarta

Guntoro, N.A. 2013. Fisika Terapan. Penerbit Remaja Rosdakarya, Bandung,

ISBN 978-979-692-129-4

Held, Bernard. 1994. Physique des Plasmas Froids, Paris: Mason

Hirschfelder, JO. Curtiss, FE. Bird, RB. 1954. Molecular Theory of Gases and

Liquid. New York: John Wiley. London: Chapman et Hall

Kompas, Harian. 16 April 2014. Pembangunan Kota tak Berkelanjutan

Napitupulu L., Resosudarmo, BP. 2004. Health and Economic: Impact of Air

Pollution in Jakarta. Economic Record, pp.65-75

Nur M., 2011, Fisika Plasma dan Aplikasinya, Penerbit Universitas Diponegoro,

Semarang


Penetrante, BM., and Schultheis, SE. 2002. Non Thermal Plasma Techniques for

Pollution Control. New York: Springer, Part A & B

Roe P.L., dan Baines, M.J. 2002. "Proceedings of the 4th

GAMM Conference on

Numerical Methods in Fluid Mechanics", H. Viviand, ed., Vieweg,

Braunscheig-Wiesbaden, p.281

Sacadura, J. 1978. Initiation aux Transferts Thermiques, Technique et

Documentation

Schwela, Dieter. 2006. Urban Air Pollution in Asia Cities: Status, Challenges,

and Management. Penerbit: Earthscan

Tugaswati TA., Suzuki S., Kiryu Y., Kawada T. 2007 Automotive Air Pollution in

Jakarta with Special emphasis on lead, Particulate, and nitrogen oxide.

Jpn J of Health and human Ecology 61, pp.261-75

Van Leer, B., 2000. Computational Journal Physics 32, pp.101-136

laporan akhir penelitian - sipeg.unj.ac.id

Documents