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:

Sistem Monitoring Kualitas Air Boiler

Kualitas air boiler sangat penting untuk diperhatikan, dengan tujuan agar boiler memiliki usia kerja optimal. Hal ini dikarenakan air boiler menjadi faktor yang paling utama sebagai penyebab terjadinya korosi pada pipa-pipa boiler. Dan korosi, menjadi momok perusak yang paling utama terhadap boiler.

Kualitas air boiler ditunjukkan oleh berbagai parameter terukur yang harus berada pada nilai tertentu untuk dapat merepresentasikan kualitas air boiler berada dalam kondisi baik. Beberapa parameter penting tersebut antara lain yaitu:

  1. Oksigen terlarut di dalam air sebesar 0,007-0,04 mg/l.
  2. Kapur (CaCO3) terlarut di dalam air sebesar 0,03-0,5 mg/l.
  3. pH air sebesar 7,5-11.
  4. Konduktivitas spesifik air sebesar 100-3500 mS/cm.

Lebih lengkapnya, perhatikan 2 tabel berikut ini.

20140105-074229 PM.jpg

Standard Kualitas Air Boiler Menurut APAVE (Association of electrical and steam unit owners)

20140106-080757 AM.jpg

Standard Kualitas Air Boiler Menurut ABMA (American Boiler Manufacturers Association)
(Sumber)

Nilai-nilai parameter sifat air di atas berbeda untuk setiap tekanan kerja boiler. Hal ini dikarenakan semakin tinggi tekanan kerja boiler, maka akan semakin tinggi pula temperatur didih air boiler. Sifat-sifat air sangat dipengaruhi oleh temperatur kerjanya. Semakin tinggi temperatur air, semakin tinggi pula korosifitasnya (baca artikel berikut). Sehingga semakin tinggi tekanan dan temperatur air, akan semakin ketat batasan parameter sifat air yang diijinkan.

Secara garis besar, sistem monitoring kualitas air boiler dapat dilakukan dengan dua cara, secara manual dan secara otomatis kontinyu. Secara manual berarti operator boiler secara berkala melakukan pengambilan sampel air boiler, dan membawanya ke laboratorium untuk dilakukan pengukuran beberapa parameter sifat air. Hasil pengukuran yang didapat, menjadi acuan untuk mengambil keputusan selanjutnya seperti penambahan zat kimia, membuka blow down valve, atau keputusan lain yang bertujuan untuk menjaga kualitas air boiler tersebut. Metode monitoring manual ini lebih cocok digunakan pada boiler berukuran kecil yang beban kerjanya tidak mengalami perubahan secara cepat.

Metode monitoring kualitas air boiler yang kedua adalah secara otomatis kontinyu. Sistem ini secara kontinyu mengambil sampel air boiler dan mengalirkannya ke sebuah panel khusus (biasa disebut dengan sampling panel). Di panel khusus ini ada sebuah sistem pendinginan untuk mendinginkan sampel air boiler, sebelum masuk ke alat ukur parameter sifat air. Sistem ini biasanya terdapat beberapa alat ukur untuk sekaligus mengukur beberapa parameter dalam satu waktu. Selain itu sistem ini tidak hanya mengambil sampel air dari boiler saja, akan tetapi juga mengambil sampel dari berbagai titik yang diperlukan. Sehingga sistem ini sangat cocok untuk digunakan pada boiler berukuran besar seperti pada pembangkit listrik tenaga uap.

20140107-030117 PM.jpg

Titik-titik Sampling Monitoring Kualitas Air Boiler Pada Sebuah PLTU
(Sumber)

Metode monitoring otomatis ini menghasilkan hasil pembacaan parameter-parameter sifat air boiler lebih spesifik dan real time. Hasil pembacaan sensor-sensornya terkoneksi langsung ke panel pusat ruang kontrol, sehingga perubahan apapun yang terjadi akan dengan cepat dapat dideteksi oleh operator. Dengan kecanggihan sistem ini, membuatnya sangat ideal diaplikasikan pada boiler-boiler berukuran besar seperti pada PLTU.