Oxygen Analyzer, Alat Bantu Analisa Kadar Oksigen

Unsur Oksigen (O²) merupakan salah satu unsur ketiga yang paling banyak keberadaanya di alam semesta setelah unsur hidrogen (H²) dan unsur helium (He). Kedua unsur tersebut juga merupakan unsur yang paling banyak keberadaanya di permukaan bumi. Untuk organisme hidup, penyerapan dari unsur O² yang berada di udara adalah tujuan yang sangat penting dalam pernapasan. Keberadaan Oksigen memainkan peran yang sangat penting dalam proses respirasi sel, dimana itu merupakan suatu proses perubahan makanan menjadi energi. Dalam keadaan istirahat, manusia dewasa akan menghirup 1,8-2,4 gram O² setiap menit.

Kurang lebih sebanyak 100 juta ton unsur O² diekstrak dari udara setiap tahunnya untuk keperluan industri. Industri baja telah menggunakan lebih dari setengah dari jumlah tersebut. Tekanan unjeksi yang tinggi dari O² dibutuhkan untuk proses peleburan bijih besi menjadi baja ke dalam baja cair. Hal ini berfungsi untuk menghilangkan kotoran dari baja. Jumlah sisa produksi O² lainnya diantaranya digunakan oleh industri kimia, medis, logam-kerja, aerospace, dan pengolahan air.

Oxygen (O²) Analyzer adalah suatu alat yang digunakan untuk “menghitung” kandungan unsur Oksigen dalam suatu pembuangan gas. Oxygen Analyzer sangatlah penting karena berhubungan dekat dengan efisiensi pembakaran pada boiler. Oxygen Analyzer memberikan pengukuran penting dalam kontrol suatu pembakaran, proses kualitas, kontrol keamanan serta aplikasi suatu lingkungan. Alat ini digunakan dalam berbagai bidang pengukuran namun tidak terbatas pada, boiler pemangkasan di pembangkit listrik, optimasi tungku di kilang serta aplikasi petrokimia, keamanan proses di header ventilasi, dan kualitas dari produksi etilen.

Selain itu, oxygen analyzer ini juga yang mampu mengukur konsentrasi oksigen di dalam aliran gas yang bersumber dari gas medis atau yang berasal dari alat – alat kesehatan seperti ventilator dan mesin anestesi. Pada bidang medis, biasanya alat ini berada di ruang operasi dan menjadi salah satu komponen pada mesin anastesi dan memiliki fungsi sebagai pendeteksi jumlah oksigen di sirkuit pernapasan

Oleh karena itu, jumlah oksigen harus dikontrol oleh sistem yang kompleks agar mampu tercapai suatu proses pembakaran yang sempurna. Oxygen analyzer akan mengukur persentase oksigen dengan cara membaca tegangan yang dibangkitkan pada sel elektrokimia yang telah dipanaskan.

Alat ini sangat dibutuhkan di dalam sebuah sistem PLTU karena sangat dekat kaitannya dengan efisiensi dari pembakaran batubara. Maka dari itu, di sebuah PLTU besar, tidak hanya terpasang satu alat Oxygen Analyzer saja, namun bisa menggunakan beberapa Oxygen Analyzer. Salah satu tujuan dari pengguanaan alat Oxygen Analyzer itu sendiri adalah melindungi pekerja akibat dari suatu situasi apabila terjadi kekurangan oksigen

Perlu diketahui bahwa unsur Oksigen dapat kita jumpai dalam bentuk gas ataupun terlarut di dalam cairan. Prinsip dari menganalisa oksigen dalam larutan tidak berbeda jauh dengan prinsip menganalisa oksigen dalam bentuk gas. Prinsip tersebut didasarkan pada sifat – sifat yang dimiliki unsur oksigen itu sendiri. Untuk oksigen yang berada dalam bentuk gas, ada beberapa cara untuk mengukur konsentrasinya diantaranya :

1. Detektor paramagnetik
2. Pembakaran menggunakan katalis
3. Sel elektrokimia

Sedangkan untuk unsur oksigen yang terlarut di dalam cairan, cara yang sama seperti halnya oksigen di dalam gas, dapat diterapkan jika oksigen yang terlarut, dapat diuapkan atau dibentuk menjadi gas terlebih dahulu.

Jenis – Jenis Sel Elektrokimia

Khusus untuk mengukur kandungan oksigen yang tetap berada dalam bentuk larutan atau tidak diubah menjadi gas , digunakan sel elektrokimia dengan jenis – jenis seperti berikut :

1. Sel galvanik
2. Sel polarografik
3. Sel anoda majemuk, sel thallium, dan lain – lain

SEL ELEKTROKIMIA

Sebuah sel elektrokimia dapat terdiri dari suatu elektrolit dan sepasang elektroda.  Untuk menganalisa oksigen, elektrolit tersebut akan dibiarkan kontak dengan oksigen sehingga akan terjadi suatu perubahan di dalam elektrolit yang akan menghasilkan beda potensial.  Beda potensial ini akan ditangkap oleh elektroda, sehingga dengan cara mengukur tegangan diantara kedua elektroda tersebut, maka kandungan oksigen dalam gas atau cairan dapat diketahui.

Ada beberapa jenis sel elektrokimia seperti sel elektrokimia dengan temperatur tinggi, sel galvanik, dan sel polarografik.  Semuanya memiliki persamaan yaitu :

1. Pengukuran yang dilakukan adalah tekanan parsial dari oksigen (tekanan dari gas oksigen yang terkandung dibagi tekanan dari total keseluruhan).
2. Agar tercapai ketelitian yang tinggi diperlukan kontrol atau kompensasi terhadap temperatur.

Berikut ini akan dibicarakan beberapa jenis sel elektrokimia untuk menganalisa oksigen.:

SEL ELEKTROKIMIA TEMPERATUR TINGGI

Salah satu jenis dari sel ini dimanfaatkan untuk mengatur kandungan oksigen  dalam bentuk gas. Elektrolit yang digunakan berada dalam bentuk bahan padat yaitu zirkonium oksida (zirconium oxide = Zr O²).

SEL GALVANIK

Sel galvanik dimanfaatkan untuk mengukur kandungan oksigen di dalam cairan serta memiliki konstruksi.

Prinsip kerja dari Oxygen Analyzer itu sendiri , berdasarkan elektrokemikal, akan memiliki aroma yang berbau kimia bila menggunakan bantuan sensor O² (Zirconia ). Sensor O² mampu berkerja pada suhu yang tinggi  antara 730 ^oC – 750 ^oC  jika suhu di tempat pengukuran telah melebihi maka akan digunakan adapter temperature dan probe silicon carbit yang digunakan sebagai detektor. Jika suhu sensor telah tercapai maka pada bagian sensor yang memiliki sifat konduktor, pada saat dipanaskan akan menghantarkan ion. Konduktor biasanya menggunakan elektroda platinum pada bagian dalam dan luar dari sensor.

Pada bagian luar dan dalam sensor, akan terdapat kontak dengan gas yang berasal dari luar. Bagian luar akan kontak dengan gas reference ( air instrument (21% O²) kemudian bagian dalam akan kontak dengan gas sample( sisa pembakaran).  Pada gas terdapat sejumlah molekul elektron yang mampu berubah menjadi ion. Saat gas melakukan kontak dengan sensor maka akan terjadi perpindahan ion menuju elektroda negatif dan diteruskan sampai ke elektroda positif.

Udara yang diproses (A) memiliki konsentrasi kandungan O² yang tidak diketahui, akan mengalir di luar probe pengukur yang tertutup oleh sebuah elemen dengan bahan zirconium-oxide (B). Kemudian di sisi lain terdapat gas referensi (C) yang terkandung oksigen dan diketahui mengalir di dalam elemen zirconium-oxide tersebut. Pada suhu yang optimal, elemen ini akan diberikan tegangan listrik tertentu dalam bentuk mV. Kemudian dalam suhu yang konstan terhadap elemen tersebut, besar dari tegangan ini akan bergantung pada perbandingan konsentrasi oksigen (partial pressure) antara (A) dan (C). Konsentrasi oksigen adalah tekanan suatu gas apabila gas tersebut ialah satu – satunya gas pada suatu volume tertentu. Pada suatu campuran gas yang ideal, masing-masing gas memiliki konsentrasi oksigennya masing – masing.

Menggunakan udara, yang memiliki kandungan oksigen konstan sebanyak 20,95% sebagai gas referensi, maka tegangan yang akan diberikan pada elemen tersebut merupakan besaran langsung yang menunjukkan konsentrasi oksigen pada gas proses (A), hal tersebut menerangkan bahwa adanya sifat isolasi antara gas referensi (pada elemen zirconium-oxide) dan gas proses, yang besar perubahannya merupakan besar perubahan pada excess air dari flue gas. (Arn)