ARTIKEL
SUMBER LISTRIK
EKSTERNAL
UNTUK PROSES DE KONT AMINASI SECARA ELEKTROKIMIA
DENGAN STABILISASI TEGANGAN Arief Goeritno
Pusat PengembanganPengelolaanLimbah Radioaktif, BAT AN
ABSTRAK SUMBER LISTRIK EKSTERNAL UNTUK PROSES DEKONTAMINASI SECARA ELEKTROKIMIA DENGAN STABILISASI TEGANGAN. Telah dilakukan penelitian terhadap peralatan yang menghasilkan sumber listrik ekstemal yang digunakan untuk proses dekontarninasi secaraelektrokimia. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kestabilan arus listrik selama proses dekontarninasi tanpa menimbulkan fluktuasi tegangan. Untuk mengatasi fluktuasi tegangan, maka pada sumber listrik ekstemal ditambahkan rangkaian umpan balik elektronika.
THE EXTERNAL ELECfRICAL SOURCE FOR ELECfROCHEMICAL DECONTAMINA-TION PROCESS WITH VOLTAGE STABILIZATION. The investigationof electricaldevicefor electrochemical decontamination processhas beendone. The experimentwaspurposedto found stabilizationof currentelectric without' producedvolatgefluctuation. This experimentresult that voltagefluctuationcan be avoid by addeda systemfeedbackelectroniccircuit.
PENDAHULUAN Oekontaminasi secara elektrokimia didasarkan pada perubahan energi, daTi energi listrik menjadi energi kimia. Berdasarkan hukum Faraday, perubahan energi listrik menjadi reaksi kimia sangat dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang digunakan, hat ini
Pada persamaan tersebut di atas terlihat, bahwaarus yang dipasokdari sumberlistrik eksternalhams konstan untuk mendapatkan jumlah grek yang konstan pada jumlah waktu yang ditentukan.
Ants listrik dalamkaitannyadengan hambatan yang terjadi dalam suatu proses elektrokimia mengacukepada dapat diperlihatkan dengan persamaan hukum Ohm yang menyatakan berikut : hubunganantara tegangan,arus clan hambatan listrik diperlihatkan dalam persamaan berikut : I .t Grek= 96~ (1) V=I,R
dengan : I = aruslistrik, dalamampere t = waktu, dalamdetik 96.500 = konstantaFaraday
ABSTRACT t?JuldlnL./I1t?J.I1I1
Vd ~ Na / 2OCXJ
(2)
dengan: V = tegangan,dalamvolt I = arus,dalamampere R = hambatan,dalamolun
[]J
ARTIKEL Untuk mendapatkanarus listrik yang Perubahantegangan dari sumber konstan dengan fluktuasi hambatan, listrik eksternal akibat adanya peradalah dengan fluktuasi tegangan. ubahanhambatandapatdiatasidengan Fluktuasi teganganpada batas-batas metodaumpan batik (feedback),yaitu tertentu masih diperbolehkan, yaitu perpindahan energi dari keluaran tidak boleh lebih rendah dari Eo (output) suatu jaringan listrik ke tertinggi dalamsuatureaksikimia yang masukan(input)-nya sepertiditunjukakan dilakukan proses elektro-kimianya. kan dengan diagram blok dalam GambarI berikut :
Input [R(s)] berupa masukanteganganke Plant [G(s)] untuknlembantu proses. ~ nlerupakall summingpoint. Plant [G(s)] nlerupakan larutan daJanlproseselektroklnlia. FeedbackfH(s)Jmerupakansuatu sirtem umpanbalik akibat adanya output fC(s)J.vangbelum stabiL
Gambar 1. Diagram blok sistemumpan balik
G(s) menyatakan seluruh komponen C(s)= G(s).E(s) (3) pada lintasan maju (forward path) F(s)= H(s).C(s) (4) antara output dan input dengandirect E(s)= R(s)-F(s) (5) transfer function atau direct transmissiongain (DTG). H(s) menyatakan semua komponen antara output dan Dengan mensubstitusikanpersamaan (4) ke dalampersamaan (5), diperoleh: summing point (titik penjumlahan) input melalui lintasan umpan batik. Dalam hat apabila H(s) = 1 (umpan E(s)= R(s)- H(s).C(s) (6) batik unity) sinyal E(s) merupakan perbedaan antara input dan output Penggabungan persamaan(3) dan (6) [R(s) -C(s)]. Pada umumnya E(s) akandidapatkan: dinamakan kesalahan/penyimpangan (error), juga disebut actuating signal C(s) = G(s) [R(s) -H(s).C(s)] = G(s).R(s) -H(s).G(s).C(s) jika sebuahsinyal yang menyebabkan E(s) akan menghasilkan tanggapan sistem. F(s) menyatakansinyalumpan (7) batik. Berdasarkan Gambar 1, berlaku Sehinggadiperoleh transfer function hubungan-hubungan (berdasarkan (fungsialih) : prinsip-prinsipperkalian) :
[1:?J
~t-ldlnL./I'1~/tI1 Vd -" Na /.2000
;
~
1°. l,~ol
ARTIKEL
No. Densitas Konsentrasi Voltage Arus (~~)-
H2SO4
Drop (V/cm)
No. Densitas Konsentrasi Voltage Artis
H2SO4
(A/dm1.)
No.1
Drop
Volt~ge Drop (V/cm)
(V/cm)
0,65
0,70 ,39 1,20 1,90 I):
2.70
7,00
t'lIIdillL.//1£'m Vol~ Na /2000
00
iS!d ~ ~
ARTIKEL
No. Densitas Konsentrasi Voltage Arus
H2SO4
No. Densitas Konsentrasi Voltage Arus
Drop , 0,40
1 2
~SJ..dM~~ 0,60
3 5
1 2
. 4. 5.
6.
3 5 7 10
H2SO4
~
1,00 1,60 2.00
.
5.
7
6.
10
Drop (V/cm)
(A/dm2)-
(A/dm2)
22~ ~!1J~~,~
0,44 0,27 ,18
0,60
0.80
HASIL DAN BAHASAN
sangatlah kurang menguntungkan, karena memerlukan bentuk fisik yang Dari data-data terlihat, bahwa per- besar sebagai kompensasiuntuk suplai ubahan konsentrasi akan menyebabkan arus yang besar disamping tegangan perubahan hambatan. Sedangkanke- antara kutub positif dan negatifnya butuhan arus tetap konstan, maka akan relatif kecil. Untuk mengatasi jumlah terjadi penurunan tegangan sebagai energi yang hams alirkannya, batere akibat dari energi yang tersedia konstan dibatasi oleh spesifikasi besarnya (besar arus ditentukan saat pertama tegangan antara kedua kutubnya, juga kali dilakukan percobaan). Jika oleh besar harga ampere-hour (AH)peristiwa tersebut dianalogikan dengan nya, yaitu satuan ampere dan waktu diagram blok pada gambar I, maka (dalam jam). Jika membutuhkan arus Plant merupakan larutan yang yang besar, maka waktu untuk membutuhkan sumber listrik eksternal. melayani menjadi lebih pendek. Sedangkan Output berupa basil, yaitu Disamping itu, batere membutuhkan terjadinya Voltage drop. Dalam hal alat bantu untuk pengisian kembali. Untuk mengatasi kekurangan yang kejadian Voltage drop menandakan Plant tidak stabil sehingga akan ada pada batere, ditempuh dengan mempengaruhi proses elektrokimia penyearahan arus listrik bolak-balik (dalam hal ini tidak dikehendaki), (alternating current, ac) rasa satu (lcp) untuk itu ditempuh cara dengan untuk memperoleh sumber arus listrik melakukan umpan balik, hal ini searah (direct current, dc). Berbagai didasarkan pada upaya penstabilan cara dapat dilakukan untuk memdengan penambahan tegangan agar peroleh sumber dc, diantaranya dengan suplai tegangan eksternal dapat naik rangkaian 4 dioda untuk mendapatkan lagi untuk mengkompensasi setiap gelombang penuh yang diilustrasikan perubahan hambatandalam larutan. seperti Gambar 3. Sedangkan bentuk Sumber listrik eksternalyang paling gelombang ke-luarannya seperti ideal adalah batere (kering atau basah) Gambar 4. seperti diperlihatkan dalam rangkaian Tegangan pada C] adalah tegangan elektrokimia pada gambar 2. Untuk dc, besarnya sarna dengan V peak.V peak mencatu arus beban yang besar, diperoleh dari tegangan efektif (yang sumber eksternal dengan batere terukur dalam voltmeter) dibagi .J2.
[E]
t'vldlnL.//1t'/1I1 Va( ~ No. / 2OCXJ
ARTIKEL
Gambar2. Rangkaianelektrokimiadengansombereksternaldari batere
Gambar 3. Sumber dc gelombangpenuh sebagaicatu daya
Gambar 4. Bentuk gelombangkeluaran ,t'tIfd;nf.l/1t'/f/1
Vd::;; Na /.2axJ
00
ARTIKEL
Gambar 5. Somber listrik ekstemal denganpengaturan
Tegangan ~ adalah tegangan dc dengan ripple 100 hertz. Nilainya akan bertambah besar jika nilai C1kecil. Ada tiga alasan catu daya tersebut di atas tidak cukup baik untuk digunakan, karena : 1. pengaturannya kurang baik, tegangan keluaran tidak konstan pada beban berubah-ubah; 2. tegangan keluaran dc berubah menurut teganganmasukan; 3. tegangan keluaran berubah terhadap waktu, terutama digunakannya peralatan semikonduktor. Blok umpan balik untuk mengatasi ketidakstabilan tegangan pada larutan, ditunjukan seperti gambar 5. RL (beban) dianalogikan sebagai larutan elektrolit, sedangkan blok "catu clara tanpa pengaturan (Vdc)" di gambar 5 merupakan sumber pengganti batere yang tidak mampu mengatasi perubahan tegangan akibat perlunya kestabilan arus untuk mengatasi perubahan hambatan dalam larutan. Rangkaian yang terdapat di antara (V IN -Acuan) clan (VO -3) merupakan
[§]
pengendalicalli daya eksternaluntuk mengatasiperubahantegangan. Rangkaian yang dipasang menyediakan tegangan dc yang tidak bergantungpada arus IL yang ditarik dati V 0, juga tidak bergantungtemperatur clan perubahan-perubahan teganganjala-jala ac, sehinggamenggambarkan suatu umpan batik teganganserio Dimisalkan tegangan pactapengikutemitor (emitorfollower) QI (QI juga disebutelemenlewat/pass element) kira-kira sarna dengan 1, sehingga:
~ =Av~ =AV(VR-P~)~ Vo dengan faktor umpan balik sarna dengan: R2
p=~~~ Tegangankeluaran yang diperoleh daTipersamaan (10), yaitu : t'vldinL./I'1PA/1Va( ~ Na /.2(X)O
.
ARTIKEL
Koefisientemperatur
S =~
(12)
T
Tegangan V 0 dapat diubah dengan merubah-ubah faktor umpan batik (P).
1 ~Vdc=O
ilT
~IL=O
(17)
Makin kecil harga ketiga koefisien, makinbaik pengaturancatudaya.
Pengikutemitor (QJ digunakanuntuk menyediakan perolehan arns, karena arns diumpan oleh penguat operasinal (Operational Amplifier, Op-Amp), dimana Av biasanya kurang mencukupi. Juga elemen lewat harns menyerap selisih antara tegangan masuk tanpa pengaturan V IN dan tegangan keluaran yang diatur Vo. Tegangan dc kolektor yang dibutuhkan oleh penguat, kesalahan Av didapatkan daTi tegangan yang tidak diatur. Karena tegangan keluaran (titik 2 dan titik 3; V 0) tergantung pactasumber tegangan masukan dc V dc,arus beban IL dan temperatur T, perubahan L\V 0 dalam tegangan keluaran catu daya, maka dapat diungkapkan :
KESIMPULAN Dari bahasandi atastentangsistem sumber listrik eksternaluntuk proses elektrokimia, dapat diambil simpulan sebagaiberikut : I. Bateresebagaisumberideal mempunyai masalahpada kemampuan suplai yang terkait denganwaktu penyediaan,disampingmembutuhkan alat charger.
Penggantianbatere dengan calli daya dari listrik ac 1
2
aktor pengaturan masukan : Sv
=~
1 6IL_=O 6T-O
L1Vdc
(15]
Resistanskeluaran :
RL =~M
IAV.=O AT=O
(16)
L
Pv/dlntll1PAIt Vd~ Na/2000
[ill
ARTIKEL
DAFTARPUSTAKA [1] [2] [3] [4]
JAERI, JAERlmemoNo. 62-225,p.73, Fig. 8.2.3.,(1996). D. Chattopadhyay(et. aI.), Dasar Elektronika, terjemahan Sutanto, PenerbitUniversitasIndonesia(UI-Press),Jakarta,(1989). JocobMillman, Mikroelektronika ..SistemDigital dan RangkaianAnalog, terjemahanSutanto,PenerbitErlangga,Jakarta,(1987). Sumaryono,Diktat Dasar SistemPengaturan, Jakarta,(1994).
---0000000---
~
Kembali ke Jurnal
t'v/dtil/./I1t'/Vt Vd -" Na /.2a:x)
