sumber listrik eksternal - Digilib

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<p justru
menimbulkanperubahantegangan,
akibat suplai arus ke elektrolit
konstan, dimana perubahanhambatan elektrolit karena perubahan
ilV0 = ~ilV
+~ill
+~ilT
(13)
bY
dc
~
L
bT
konsentrasilarutan.
dc
L
3
Penambahan
rangkaian elektroatau
nika dalam bentuk umpan batik
+~ L\t +STL\T (14)
~vo SvL\Vdc
pada calli daya ac 1<p, mampu
mengatasi turun tegangan yang
dimana ketiga koefisien didefinisikan
terjadi.
sebagi berikut :
.F
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---
~
t'v/dtil/./I1t'/Vt Vd -" Na /.2a:x)