Pengertian Cation Conductivity

Cation conductivity adalah nilai konduktivitas listrik sebuah larutan, setelah ia melakukan pertukaran kation pada kolom resin kation. Resin kation berfungsi untuk menukar ion-ion positif yang terkandung di dalam larutan dengan ion H+. Sehingga hanya tertinggal anion-anion terlarut seperti ion klorida, sulfat, dan asam-asam organik lainnya. Maka dapat dikatakan bahwa cation conductivity adalah daya hantar listrik larutan akibat kandungan anion-anion di dalamnya. Oleh karena itu sebenarnya penamaan cation conductivity sedikit melenceng dari maksud aslinya, nama yang lebih tepat adalah cation-exchanged conductivity atau juga acid conductivity.

Selain konduktivitas spesifik, cation conductivity juga menjadi salah satu parameter penting untuk memonitor kualitas air boiler (baca artikel berikut). Jika konduktivitas spesifik bertujuan untuk mengetahui jumlah dissolved solid yang terkandung di dalam air, cation conductivity berfungsi untuk mengetahui jumlah ion negatif yang terlarut di dalam air. Namun cation conductivity tidak dapat mengukur secara spesifik anion jenis apa yang terlarut tersebut. Sebab parameter ini juga menggunakan alat ukur seperti specific conductivity meter. Satuan yang digunakan pun juga siemens per meter (S/m).

20140216-063013 PM.jpg

Sistem Pembacaan Cation Conductivity
(Sumber)

Pada sebuah sistem pembangkit listrik tenaga uap, pengukuran cation conductivity menjadi satu metode penting untuk mengetahui secara dini adanya pengotor air boiler yang jumlahnya sangat kecil, yang tidak dapat dilakukan oleh alat ukur lainnya. Hal ini karena pada PLTU, digunakan air demineralisasi yang sudah tidak mengandung mineral-mineral yang biasa larut di dalam air. Dan agar air boiler tidak bersifat korosif, maka pH air dijaga di angka 8,5 hingga 9,5 (baca artikel berikut) dengan jalan menyuntikkan ammonia (NH3) ke dalam air boiler. Ammonia akan bereaksi dengan air untuk menghasilkan ion OH- yang akan meningkatkan nilai pH air.
    NH3 + H2O → NH4+ + OH-
Pada pengukuran cation conductivity digunakan kolom resin penukar kation untuk menukar ion-ion positif di dalam air sampel PLTU dengan ion H+. Kation resin ini juga akan menukar ion NH4+ dengan ion H+ sehingga di dalam air sample yang masuk untuk diukur cation-conductivity-nya sudah tidak lagi mengandung ion NH4+ dan OH- sebagai hasil reaksi penyuntikan amonia di atas. Sehingga hasil pembacaan cation conductivity meter, diakibatkan oleh ion-ion selain NH4+ dan OH- hasil penyuntikan amonia. Maka, ion-ion lain yang akan terukur oleh cation conductivity meter adalah ion-ion pengotor yang terlarut di dalam air boiler.

20140216-063503 PM.jpg

Cation Conductivity Meter
(Sumber)

Seperti yang telah kita bahas di atas, bahwa cation conductivity meter lebih fokus mengukur anion-anion pengotor air boiler seperti ion klorida, sulfat, dan ion-ion organik lainnya. Sumber utama dari ion-ion tersebut berasal dari air laut. Sehingga jika terjadi kebocoran sekecil apapun pada kondenser, dapat terdeteksi sedini mungkin melalui cation conductivity meter. Kebocoran kondenser yang terjadi sangat membahayakan komponen-komponen PLTU, karena ion-ion yang terkandung di dalam air laut sangat bersifat korosif dan dapat menyerang boiler serta bahkan turbin uap.


Referensi:

Ebook Gratis:

Prinsip Kerja Conductivity Meter

Conductivity meter adalah alat untuk mengukur nilai konduktivitas listrik (specific/electric conductivity) suatu larutan atau cairan. Nilai konduktivitas listrik sebuah zat cair menjadi referensi atas jumlah ion serta konsentrasi padatan (Total Dissolved Solid / TDS) yang terlarut di dalamnya. Pengukuran jumlah ion di dalam suatu cairan menjadi penting untuk beberapa kasus. Salah satu contoh adalah untuk memonitor kualitas air boiler (baca artikel berikut). Hal ini terkait pengaruh konsentrasi ion-ion mineral terhadap terjadinya korosi pada pipa boiler (galvanic corrosion).

20140207-101752 PM.jpg

Portable Conductivity Meter
(Sumber)

Konsentrasi ion di dalam larutan berbanding lurus dengan daya hantar listriknya. Semakin banyak ion mineral yang terlarut, maka akan semakin besar kemampuan larutan tersebut untuk menghantarkan listrik. Sifat kimia inilah yang digunakan sebagai prinsip kerja conductivity meter.

Sebuah sistem conductivity meter tersusun atas dua elektrode, yang dirangkaikan dengan sumber tegangan serta sebuah ampere meter. Elektrode-elektrode tersebut diatur sehingga memiliki jarak tertentu antara keduanya (biasanya 1 cm). Pada saat pengukuran, kedua elektrode ini dicelupkan ke dalam sampel larutan dan diberi tegangan dengan besar tertentu. Nilai arus listrik yang dibaca oleh ampere meter, digunakan lebih lanjut untuk menghitung nilai konduktivitas listrik larutan.

20140209-050851 PM.jpg

Prinsip Kerja Conductivity Meter
(Sumber)

Anda tentu tidak asing dengan rumus dasar rangkaian listrik berikut:
    V = R x I

.....(1)

Dimana V adalah tegangan listrik rangkaian (volt), I untuk arus listrik rangkaian (ampere), dan R untuk tahanan listrik rangkaian (Ω).

Tahanan listrik (R) berbanding lurus dengan jarak antara dua elektrode (l) conductivity meter, dan berbanding terbalik dengan luas area elektrode (A; pada gambar di atas S).
    R = ( l/A ) x ρ

.....(2)

Dimana ρ adalah tahanan listrik spesifik (Ω.m) larutan.

Jika persamaan (1) dan (2) digabungkan, akan didapatkan persamaan berikut:
    V/I = ( l/A ) x ρ
Dan karena nilai ( l/A ) adalah konstan untuk setiap conductivity meter, maka dapat diganti dengan sebuah konstanta (C):
    V/I = C x ρ

.....(3)

Conductivity meter sebenarnya tidak mengukur nilai konduktifitas listrik, tetapi mengukur konduktivitas listrik spesifik (specific conductivity). Konduktivitas listrik spesifik adalah nilai konduktivitas listrik untuk tiap satu satuan panjang. Konduktivitas listrik spesifik ini disimbolkan dengan κ (Kappa), adalah kebalikan dari tahanan listrik spesifik (ρ):
    κ = ¹ / ρ
Dimana konduktivitas listrik spesifik menggunakan satuan S/m (Siemens per meter). Dan jika persamaan di atas dimasukkan ke dalam persamaan (3), maka akan kita dapatkan persamaan umum perhitungan nilai konduktivitas listrik spesifik:
    κ = C x I / V

.....(3)

Prinsip kerja conductivity meter menggunakan persamaan (3) di atas. Dimana besar tegangan listrik (V) ditentukan oleh sistem, besar arus listrik (I) adalah parameter yang diukur, serta konstanta (C) didapatkan sebelumnya dari proses kalibrasi conductivity meter dengan menggunakan larutan yang diketahui nilai konduktivitas spesifiknya.

20140210-073945 PM.jpg

Diagram Conductivity Meter
(Sumber)


Referensi:

Referensi dan eBook Gratis:

Prinsip Kerja DO Meter

DO meter tersusun atas beberapa komponen utama yang disketsakan pada gambar di bawah ini. Terdapat dua elektrode utama yang masing-masing berfungsi sebagai katode dan anode. Batang katode terbuat dari logam mulia seperti emas atau platina. Sedangkan batang anode terbuat dari bahan perak. Kedua elektrode ini terselimuti cairan elektrolit KCl yang memiliki pH netral. Permukaan elektrode perak akan membentuk senyawa AgCl yang sifatnya stabil, dan membuat elektrode ini memiliki beda potensial yang tetap. Oleh karena itu anode pada DO meter ini berfungsi sebagai elektrode referensi.
      Ag + Cl- → AgCl + e-

20140206-085309 AM.jpg

Prinsip Kerja DO meter
(Sumber)

Kedua elektrode DO meter yang diselimuti larutan KCl tersebut, dibungkus oleh sebuah wadah kedap yang pada bagian ujung adalah berupa komponen penting lainnya yaitu membran teflon. Membran ini hanya bisa dilewati oleh gas terlarut yang ada di dalam cairan terukur. Ia tidak akan bisa dilewati oleh material lain termasuk ion, senyawa lain, dan tentu saja padatan pengotor.

Prinsip kerja DO meter adalah berdasarkan fenomena polarografi yang terjadi di antara dua elektrode katode dan anode. Tegangan listrik negatif diberikan kepada elektrode katode. Adanya tegangan negatif ini akan mengakibatkan reaksi kimia terjadi secara cepat antara air dengan oksigen terlarut pada permukaan katode. Berikut adalah reaksi kimia yang terjadi pada elektrode katode:
      O2 + 2H2O + 2e- → H2O2 + OH-
      H2O2 + 2e- → 2OH-

Tegangan listrik akan terus naik sampai mencapai nilai jenuhnya, yang setara dengan sudah bereaksinya seluruh oksigen terlarut pada permukaan elektrode katode. Tegangan listrik jenuh ini ditandai dengan hampir naiknya pembacaan arus listrik, setelah beberapa saat diam di satu nilai meskipun nilai tegangan dinaikkan. Setelah melewati nilai tegangan jenuh ini, arus listrik terus naik jika tegangan terus ditambah. Naiknya nilai arus ini terjadi karena reaksi kimia lain telah terjadi, terutama adalah reaksi pecahnya molekul air H2O menjadi ion H+ dan OH-.

20140206-100026 AM.jpg

Kurva Kalibrasi Pembacaan DO Meter

Pembacaan nilai oksigen terlarut didapatkan dari nilai arus listrik pada saat semua oksigen terdifusi pada permukaan elektrode katode. Dengan kata lain, arus listrik yang terbaca pada saat sistem mencapai tegangan jenuh, setara dengan besaran oksigen terlarut. Dengan menggunakan metode kalibrasi linier seperti kurva di atas, didapatkan nilai oksigen terlarut yang dicari.

Arus listrik yang kita bahas di atas tidak secara langsung merepresentasikan besarnya kandungan oksigen terlarut yang kita ukur. Sebab, oksigen yang bereaksi pada permukaan elektrode katode adalah oksigen yang telah menembus membran teflon pada ujung sensor DO meter. Masuknya oksigen terlarut menembus membran ini adalah karena adanya tekanan parsial yang dimiliki oksigen terlarut, didukung dengan tegangan listrik negatif pada elektrode katode. Sehingga DO meter sebenarnya adalah mengukur tekanan oksigen yang mengalir ke dalam membran. Semakin banyak kandungan oksigen di dalam larutan, akan semakin besar tegangan parsial oksigen, sehingga akan semakin banyak jumlah oksigen yang akan menembus membran teflon sensor DO meter. Semakin banyaknya oksigen yang masuk ke dalam membran, maka pembacaan arus listrik pada rangkaian sistem DO meter menjadi semakin tinggi.

Referensi:

Ebook Gratis DO Meter: