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:

Penggunaan DO Meter Pada Berbagai Bidang

Dissolve Oxygen (DO) adalah jumlah oksigen terlarut di dalam air. Oksigen terlarut ini tidak dapat bereaksi dengan air. Ia dapat larut ke dalam air melalui proses fotosintesis. Tumbuhan-tumbuhan air seperti alga, menghasilkan oksigen yang larut ke dalam air melalui fotosintesis. Selain itu, gelombang ombak, air terjun, pusaran angin, dan fenomena alam lain juga mendorong oksigen untuk larut ke dalam air.

Alat untuk mengukur kandungan oksigen di dalam air bernama DO meter. DO meter ini diaplikasikan pada banyak kebutuhan baik di dunia industri maupun umum. Berikut adalah penggunaan DO meter pada berbagai bidang:

  • Industri Minuman Ringan. Berbagai jenis minuman kemasan botol membutuhkan kontrol DO yang baik. Hal ini berkaitan dengan kualitas serta keawetan minuman tersebut. Apalagi jenis minuman baru yang saat ini populer dengan kandungan oksigen tinggi, memasukkan oksigen bertekanan tinggi ke dalam air kemasan tersebut agar jumlah oksigen terlarut lebih banyak.
  • Kontrol Lingkungan. DO meter juga diaplikasikan untuk mengontrol kualitas air pada lingkungan sekitar. Hal ini berkaitan dengan hubungan antara oksigen terlarut dengan makhluk hidup. Jumlah oksigen yang baik menjamin baiknya kualitas sebuah ekosistem air. Sebuah danau cagar alam misalnya, perlu dimonitor kandungan oksigen di dalam air agar jumlah ikan dan hewan-hewan lain dapat terus lestari.
  • Tambak Ikan. Industri tambak ikan memerlukan dua sistem DO, pertama adalah sistem monitoring jumlah oksigen terlarut dan yang kedua adalah sistem yang menjaga agar jumlah oksigen terlarut stabil pada jumlah tertentu. DO meter pada tambak ikan biasanya dilengkapi dengan fasilitas alarm jumlah DO terlalu rendah dan terlalu tinggi. Hal ini berhubungan dengan kebutuhan oksigen terlarut di dalam air untuk berbagai jenis ikan. Ikan membutuhkan air dengan DO di atas 3 ppm. Di bawah 3 ppm dapat menyebabkan ikan stress. Dan di bawah 2 ppm, dapat membunuh beberapa jenis ikan.

    20140203-102454 AM.jpg

    Penggunaan DO Meter Pada Tambak Ikan
    (Sumber)

  • Pengolahan Air
    Pengukuran kandungan oksigen dalam air juga diperlukan pada sistem pengolahan air minum. Karena hasil pengolahan air ini didistribusikan untuk kebutuhan rumah tangga, maka kualitas air menjadi penting untuk diperhatikan. Pada sistem ini dibutuhkan DO meter yang mampu bekerja pada aliran air.
  • Pembibitan Ikan
    Pada proses pembibitan ikan diperlukan beberapa wadah atau tangki yang harus dijaga kualitasnya. Biasanya pada sistem ini, injeksi oksigen dilakukan pada air yang sedang disirkulasikan di luar tangki untuk proses filtrasi. Pengukuran DO dilakukan pada setiap tangki secara terpisah, dan biasanya digunakan DO meter yang memiliki fasilitas alarm peringatan jika kandungan oksigen terlarut terlalu rendah.

    20140202-035154 PM.jpg

    Penggunaan DO Meter Untuk Pembibitan Ikan
    (Sumber)

  • Kandang Air Laut
    DO meter juga digunakan pada ekosistem-ekosistem buatan yang menggunakan air laut sebagai habitatnya. Ekosistem tersebut sedikit terisolir dari air laut, sehingga jumlah oksigen terlarut di dalam "kandang" ini perlu untuk dimonitor. Kolam air laut raksasa semacam Sea World di Ancol Jakarta misalnya, pasti menggunakan DO meter untuk mengontrol jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh berbagai jenis hewan laut yang hidup di dalamnya.
  • Pengolahan Air Limbah
    Limbah air industri apapun wajib melewati proses pengolahan sebelum dibuang kembali ke lingkungan sekitar. Tidak hanya proses filtrasi, namun juga pengembalian kandungan oksigen terlarut juga perlu untuk dilakukan. Injeksi oksigen ke dalam air limbah ini dibutuhkan oleh mikroorganisme baik yang membantu proses pengembalian fungsi air tersebut. Mikroorgansime-mikroorganisme tersebut membutuhkan minimal 0,1-0,3 mg/liter oksigen terlarut. Biasanya, pabrik pengolahan air limbah menjaga jumlah oksigen terlarut di angka 2 mg/liter.

    20140203-112037 AM.jpg

    Pengukuran Dissloved Oxygen Pada Pengolahan Air Limbah
    (Sumber)

  • Mengukur Biochemical Oxygen Demand (BOD)
    BOD adalah jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh bakteri aerob untuk memecah material organik di dalam air sampel pada jumlah tertentu, temperatur tertentu, serta dalam jangka waktu tertentu. Pengukuran BOD melibatkan dua kali pengukuran dissolved oxygen menggunakan DO meter. Yang pertama dilakukan pada saat sampel air baru saja diambil dari sumbernya. Selanjutnya air sampel tersebut diinjeksi mikroorganisme khusus, dan diinkubasi ke dalam sebuah ruangan bertemperatur konstan 20°C, tidak bercahaya untuk mencegah terjadinya fotosintesis, dan disimpan selama 5 hari. Setelah 5 hari, sampel air diambil untuk dilakukan pengukuran DO yang kedua. Selisih pembacaan DO meter diantara keduanya inilah yang dinamakan BOD.

    20140203-111135 AM.jpg

    Pengukuran Biochemical Oxygen Demand
    (Sumber)

    Pengukuran BOD juga penting dilakukan pada proses pengolahan air limbah industri. Karena BOD ikut merepresentasikan layak atau tidaknya air hasil pengolahan limbah untuk kembali menjadi habitat berbagai jenis makhluk hidup.

  • Air Boiler
    Contoh terakhir yang menjadi pembahasan kita kali ini adalah penggunaan DO meter untuk memonitor jumlah oksigen di dalam air boiler. Seperti yang telah kita bahas pada artikel sebelumnya, bahwa oksigen yang terlarut di dalam air boiler sangat berpotensi untuk menimbulkan korosi. Sehingga jumlah DO di dalam air boiler harus serendah mungkin. Pengukuran DO pada air boiler harus dilakukan setiap interval waktu tertentu, agar jumlah nya selalu termonitor.

Referensi:

Ebook Gratis DO Meter: