Bagaimana Cara Menghitung Konduktivitas Listrik dari TDS?

Tahukah Anda bahwa Laut Mati memiliki konduktivitas listrik (EC) sebesar 200.000 µS/cm? Ini adalah badan air alami dengan konduktivitas tertinggi di dunia. Kadar garam Laut Mati melebihi 34%. Garam di Laut Mati menyebabkan tingginya total padatan terlarut (TDS) dan konduktivitas listrik (EC), sehingga tercipta hubungan yang erat antara keduanya. Artikel ini akan membahas bagaimana istilah-istilah ini saling berkaitan dan bagaimana sensor konduktivitas listrik dapat menghitungnya.

Tujuan kami adalah mengembangkan pemahaman mendalam tentang EC dan TDS, parameter penting bagi semua industri besar yang menggunakan air dalam prosesnya. Pengukuran EC dan TDS dalam lingkungan industri membutuhkan estimasi cepat yang memberikan hasil paling mendekati nilai sebenarnya. Sensor EC menawarkan metode yang andal dan cepat untuk menghitungnya. Sebaliknya, metode dengan akurasi dan presisi yang lebih tinggi cenderung rumit dan memakan waktu. Artikel ini akan mengeksplorasi semua opsi kami untuk menghitung konduktivitas listrik dari TDS dan sebaliknya, dimulai dengan bagaimana EC mewakili kualitas air.

1. Hubungan Kualitas Air dengan Konduktivitas Listrik

Air adalah sumber kehidupan bagi makhluk hidup dan material vital bagi industri. Manusia dan mekanisme Bumi berputar di sekitar air. Air merupakan sumber hidrasi bagi semua organisme hidup dan pelarut universal yang sama pentingnya untuk proses kimia.

Mengingat beragamnya penggunaan air, definisi kualitas air berubah sesuai dengan aplikasinya. Meskipun aman bagi manusia untuk mengonsumsi air dengan kadar konduktivitas termal (EC) 100-500 ppm, manufaktur chip menggunakan air dengan kadar EC 1 ppm yang dikontrol secara tepat menggunakan sensor EC, sehingga air tersebut hampir tidak menghantarkan listrik. Artikel ini akan menjelaskan mengapa manufaktur chip membutuhkan air dengan EC yang sangat rendah. Pertama, kita perlu memahami definisi dasarnya.

1.1. Memahami Total Dissolved Solids (TDS)

TDS adalah istilah yang lebih relevan untuk air bagi organisme hidup. Organisasi seperti WHO menyediakan pedoman komprehensif tentang air minum yang aman bagi manusia. Demikian pula, penggunaan sensor konduktivitas listrik untuk memperkirakan TDS dalam aplikasi industri sangat penting untuk memastikan pengoperasian yang aman dan menghindari kerak atau korosi.

1.1.1. Definisi dan Komposisi TDS

TDS mewakili jumlah padatan organik dan anorganik dalam air. Ini dapat berupa mineral, garam, logam, dan ion lainnya. TDS dinyatakan dalam miligram per liter (mg/L) atau ppm (bagian per juta).

Sensor konduktivitas listrik dapat memberikan nilai TDS menggunakan rumus konversi. Namun, rumus tersebut berubah tergantung jenis cairan, sehingga diperlukan evaluasi cairan yang cermat. Metode yang lebih akurat dan tepat adalah dengan menguapkan air dari sampel 0,1 liter dan menimbang sisa mineral yang tertinggal di permukaan.

1.1.2 . Sumber TDS dalam Air

Terdapat berbagai sumber TDS (Total Dissolved Solids) dalam air. Beberapa terjadi secara alami, sementara yang lain berasal dari polusi industri atau proses. Berikut detailnya:

• Limpasan Perkotaan: Selama musim hujan, air yang mengalir dari kota dapat mengandung produk minyak bumi, pupuk, pestisida, logam, garam, dan banyak lagi. Hal ini berkontribusi pada peningkatan TDS (Total Dissolved Solids) dalam air.
• Air Limbah Industri: Proses industri mungkin memerlukan penambahan bahan kimia yang dapat meningkatkan TDS air. Misalnya, pewarna sintetis, logam berat, garam, padatan tersuspensi, asam, alkali, dan mikrofiber dapat meningkatkan TDS air dalam air limbah pabrik pakaian.
• Pipa: Dalam sistem perpipaan, perangkat keras, termasuk pipa dan fitting, dapat berkontribusi pada peningkatan kadar TDS, terutama pipa logam, yang dapat menambahkan oksida logam karena sifat korosif air.
• Air laut: Air laut adalah hamparan air yang luas dengan kandungan garam yang tinggi. Rata-rata kadar TDS dalam air laut adalah 35.000 ppm.
• Irigasi dan Pertanian: Pupuk dan pestisida dapat menambahkan nitrat dan fosfat, yang umum ditemukan di lahan pertanian. Beberapa irigasi mungkin menggunakan air sumur, yang dapat meningkatkan kandungan garam di lahan pertanian, sehingga berkontribusi pada peningkatan TDS (Total Dissolved Solids) dalam air.

1.2 . Penjelasan tentang Konduktivitas Listrik (EC)

Nilai EC juga berubah seiring perubahan jumlah padatan anorganik atau organik dalam air. Kandungan padatan yang lebih tinggi, seperti logam, garam, dan ion, dapat berkontribusi pada peningkatan nilai EC, sehingga menjadikannya metode yang andal untuk menilai kualitas air.

1.2.1 . Definisi dan Pengukuran EC

Konduktivitas listrik adalah kemampuan suatu material untuk menghantarkan listrik. Nilainya dinyatakan dalam mikroSiemens per meter (mS/m). Material yang dapat menghantarkan listrik disebut konduktor. Air, dalam bentuk paling murni, bukanlah konduktor. Namun, penambahan padatan terlarut membuatnya menjadi konduktif.

Konduktivitas listrik dapat diukur menggunakan sensor EC, yang dapat berupa sensor genggam atau dipasang secara berurutan untuk pengukuran kontinu. Sensor ini dapat memiliki elektroda dengan jarak 1 cm dan mengalirkan arus kecil melalui cairan. Meteran mengukur resistansi antara probe, yang berhubungan langsung dengan konduktivitas cairan.

1.2.2 . Faktor-faktor yang Mempengaruhi EC

Sensor konduktivitas listrik dapat memberikan nilai yang bervariasi tergantung pada kondisi cairan. Molekul dan perilakunya dapat berubah karena sifat kimia dan fisika yang berbeda. Berikut beberapa faktor yang dapat memengaruhi konduktivitas listrik (EC):

• Suhu: Saat suhu suatu cairan, seperti air, meningkat, konduktivitas listriknya juga meningkat. Tingkat peningkatannya adalah 2% per °C. Oleh karena itu, sensor EC atau program pengontrolnya menyertakan kompensasi suhu untuk pembacaan yang akurat.
• Konsentrasi Ion: EC dapat meningkat jika konsentrasi ion meningkat karena faktor-faktor yang disebutkan. Beberapa contohnya adalah keberadaan Na⁺, Cl⁻, Ca²⁺, Mg²⁺, dan SO₄²⁻ dalam air.
• Bahan Organik: Penambahan minyak dan zat organik ke dalam air dapat menurunkan EC-nya, karena bahan-bahan ini tidak menghantarkan listrik.
• Efek Geologis: Air yang melewati batu kapur dan batuan dapat menyerap kalsium dan bikarbonat, sehingga mengubah EC-nya.
• Keterbatasan Instrumen: Polarisasi dan interferensi probe juga dapat memengaruhi nilai EC. Instrumen modern menghilangkan ketidakakuratan dengan menggunakan metode konversi frekuensi.

1.3. Korelasi Antara TDS dan EC

Tema utama artikel kami adalah bahwa TDS dan EC sangat berkaitan. Istilah-istilah ini dapat dikonversi menggunakan rumus sederhana. Namun, faktor konversinya dapat berubah tergantung pada berbagai faktor.

1.3.1 . Hubungan Langsung: Lebih Banyak Ion, EC dan TDS Lebih Tinggi

Anda mungkin telah menemukan hubungan langsung antara EC dan TDS. Seiring meningkatnya konduktivitas listrik, TDS juga meningkat. Dalam kasus seperti air limbah dan limpasan perkotaan, bahan organik dapat meningkatkan TDS sementara EC mulai menurun. Di sebagian besar lingkungan industri, penambahan padatan dikontrol; oleh karena itu, korelasi tersebut juga sudah mapan untuk menghasilkan hasil yang akurat.

1.3.2 . Keterbatasan Korelasi (Tipe Air, Tipe Ion)

Sebelum kita membahas korelasi antara TDS dan EC, penting untuk memahami keterbatasannya. Korelasi ini dapat memberikan hasil yang cepat dan akurat jika keterbatasan tersebut tidak menimbulkan ancaman kesalahan.

• Faktor Konversi: Faktor konversi akan berubah berdasarkan keberadaan ion dalam air. Oleh karena itu, korelasinya bukan hanya perkalian atau pembagian dengan angka yang sama untuk semua kasus.
• Tidak Semua Zat Padat Menghantarkan Listrik: Zat padat yang dapat larut seperti gula, alkohol, minyak, dan bahan organik dapat meningkatkan TDS tetapi dapat menyebabkan EC menurun. Oleh karena itu, korelasi tersebut berlaku untuk skenario tertentu.
• Suhu Mempengaruhi EC tetapi Tidak TDS: Saat suhu cairan atau air meningkat, EC akan meningkat, tetapi TDS akan tetap sama, karena tidak ada padatan yang ditambahkan ke cairan tersebut.
• Jenis Ion: Kehadiran berbagai jenis padatan dapat memiliki efek yang berbeda-beda pada EC. Beberapa ion mungkin memengaruhi EC lebih besar daripada ion lainnya.
• Kadar Garam dan TDS: TDS sama dengan kadar garam dalam air bersih, karena garam adalah satu-satunya padatan. Namun, dalam air yang tercemar, keberadaan padatan organik dapat mengubah nilai kadar garam dan TDS.
• Padatan Tersuspensi Tidak Mengubah EC: Padatan tersuspensi, seperti sedimen, tanah liat, dan plastik, meningkatkan keberadaan padatan tetapi tidak memengaruhi EC, sehingga membatalkan korelasi tersebut.

2. Bagaimana Cara Menghitung Konduktivitas Listrik dari TDS?

2.1 . Faktor Konversi

Mengonversi TDS ke konduktivitas listrik memerlukan faktor konversi. Seperti yang telah kita bahas sebelumnya, rumus ini memiliki keterbatasan. Hubungan tersebut tetap berlaku jika konduktivitas listrik dan TDS berhubungan langsung. Namun, kita tetap perlu memiliki gambaran perkiraan tentang sifat air.

2.1.1 . Memahami Faktor K (Nilai Khas)

Faktor K dalam rumus konversi memanfaatkan sifat proporsional langsung antara EC dan TDS. Sebagian besar meter TDS adalah sensor EC yang memeriksa konduktivitas listrik cairan dan menerapkan rumus konversi untuk memberikan hasil dalam ppm atau ml/g.

2.1.2 . Variasi Faktor K berdasarkan Jenis Air

Nilai faktor K berubah tergantung jenis air. Berikut beberapa contohnya:

• Air laut (~0,5 K) → Lebih banyak NaCl menghantarkan listrik secara efisien.
• Air tanah (~0,65 K) → Mengandung Ca dan Mg, yang konduktivitasnya lebih rendah.
• Air murni (~0,7 K) → Lebih sedikit garam, lebih banyak bikarbonat, dan bahan organik.

2.2 . Rumus

EC (µS/cm) = TDS (ppm) / Faktor Konversi (K)

Rumusnya cukup sederhana, yaitu membagi TDS dengan faktor konversi, sehingga menghasilkan EC. Sebagian besar sensor EC memiliki rumus ini yang tertanam dalam perangkat keras atau perangkat lunaknya. Perangkat lunak tersebut dapat menyesuaikan faktor konversi berdasarkan nilai dari sensor lain untuk mendapatkan nilai yang lebih akurat.

2.3. Pertimbangan untuk Perhitungan Akurat

Seperti yang telah kami sebutkan sebelumnya, beberapa faktor dapat memengaruhi konversi. Kita harus memastikan kompensasi yang tepat terhadap pembacaan sensor konduktivitas listrik untuk perhitungan yang akurat. Berikut adalah dua faktor utama yang dapat memengaruhi akurasi:

2.3.1 . Kompensasi Suhu

Konduktivitas listrik meningkat seiring dengan peningkatan suhu, sementara TDS tetap sama. Dalam hal ini, nilai faktor konversi (K) perlu diturunkan untuk memastikan hubungan antara TDS dan EC akurat.

2.3.2 . Kalibrasi Instrumen Pengukuran

Sensor konduktor listrik memerlukan kalibrasi. Setiap produsen mungkin menggunakan frekuensi kalibrasi yang berbeda, atau pengguna dapat mengatur frekuensi sendiri untuk memastikan keakuratan hasil. Kalibrasi dapat dilakukan menggunakan berbagai batch larutan standar dengan konduktivitas listrik yang bervariasi dan TDS yang diketahui. Ini akan memeriksa kinerja dan memungkinkan kalibrasi peralatan. Sensor EC harus memberikan nilai yang sama dengan EC larutan yang diketahui.

3. Proses Perhitungan

3.1 . Mengukur Konduktivitas Listrik

Langkah pertama dalam menghitung konduktivitas listrik dari TDS adalah mengukur EC menggunakan salah satu dari dua metode berikut:

3.1.1 . Menggunakan Meter EC

Meter EC dapat berupa kelas industri atau untuk penggunaan rumah tangga. Tergantung pada desainnya, meter ini dapat memiliki probe yang dapat dilepas atau terpasang permanen. Meter ini memberikan nilai langsung dengan tampilan terintegrasi. Campuran harus diaduk dengan benar, dan sampel harus mewakili seluruh batch. Cukup masukkan probe dan ikuti petunjuk penggunaan sensor EC untuk mendapatkan hasilnya.

3.1.2. Menggunakan Sensor Konduktivitas Listrik Online

Sensor konduktivitas listrik online adalah cara tercepat dan paling efisien untuk memantau dan mengontrol suatu proses. Sensor EC modern yang paling canggih telah dikompensasi suhu dan menggunakan metode konversi frekuensi untuk hasil yang akurat. Sensor ini juga mempertimbangkan polarisasi elektroda dan interferensi eksternal yang dapat memengaruhi pembacaan. Outputnya umumnya berupa sinyal analog (4-20mA) atau digital (RS485) dengan rentang deteksi 0–200.000 µS/cm. Satu probe dapat memberikan nilai EC, Salinitas, dan TDS. Sensor ini ideal untuk pabrik pengolahan, pengolahan air limbah, instalasi pemurnian air, atau industri lain yang membutuhkan pemantauan dan kontrol online.

3.2 . Memilih Faktor Konversi yang Tepat

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, memilih faktor konversi yang tepat akan memastikan hasil yang akurat. Berikut adalah faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan:

3.2.1 . Menentukan Jenis Air dan Komposisi Ion

Tentukan jenis airnya, apakah air laut, air tanah, atau air murni. Gunakan faktor konversi yang tepat berdasarkan pengamatan.

3.2.2 . Konsultasi Tabel Referensi dan Pedoman

Lihat tabel berikut untuk mengetahui faktor konversi yang tepat:

3.3 . Melakukan Perhitungan dan Interpretasi

Terakhir, Anda dapat menerapkan rumus untuk mendapatkan TDS atau EC yang dibutuhkan. Jika sensor EC Anda memberikan nilai konduktivitas, ubahlah menjadi TDS; dalam kasus lain, jika meteran TDS Anda memberikan nilai ppm, Anda dapat dengan mudah mengubahnya menjadi µS/cm.

4. Penggunaan Sensor Konduktivitas Listrik/EC

4.1 . Pemantauan Kualitas Air

4.1.1 . Penilaian Kualitas Air Minum

Nilai EC dan TDS harus diukur untuk memastikan keamanan air minum. WHO merekomendasikan TDS sebesar 300 bagian per juta (ppm) dan tingkat konduktivitas listrik (EC) kurang dari 400 mikro Siemens per sentimeter (µS/cm).

4.1.2 . Pemantauan Air Limbah Industri

Limbah industri dapat mengandung kontaminan yang berbahaya bagi makhluk hidup. Pemantauan daring dapat membantu mengatasi masuknya polutan secara langsung. Di industri seperti pakaian dan pertambangan, pemantauan daring menggunakan sensor EC merupakan kebutuhan penting.

4.1.3 . Pemantauan Lingkungan (Sungai, Danau)

Dalam kasus danau dan sungai, yang menjadi sumber air konsumsi bagi makhluk hidup, pemantauan EC dan TDS dapat memberikan wawasan yang bermanfaat. Memastikan air aman untuk dikonsumsi memerlukan pengukuran, yang dapat dilakukan dengan cepat dan akurat oleh sensor EC. Namun, kita tetap perlu mempertimbangkan kriteria pemilihan faktor konversi.

4.2 . Pertanian dan Hidroponik

4.2.1 . Manajemen Larutan Nutrisi

Dalam bidang pertanian, pemantauan nutrisi dalam larutan untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman dapat memberikan manfaat finansial dan kesehatan. Penggunaan TDS dan EC untuk memastikan campuran nutrisi yang tepat untuk lahan pertanian dapat menghasilkan panen yang tinggi. Sensor dan meter EC dapat membantu mengelolanya secara efektif.

4.2.2 . Pengukuran Salinitas Tanah

Kadar salinitas tanah diukur menggunakan meter salinitas, yang merupakan bagian integral dari sensor EC. Metode konversi frekuensi modern memungkinkan sensor EC untuk mendeteksi TDS, EC, dan salinitas dengan sedikit memodifikasi metode dan rumus perhitungannya.

4.3 . Aplikasi Industri

4.3.1 . Pemantauan Air Boiler

Ketel uap pada operasi pembangkit listrik industri membutuhkan pasokan air berkualitas tinggi. Pelarut dengan konsentrasi tinggi dapat menyebabkan pembentukan endapan, yang menghambat efisiensi dan masa pakai ketel uap. Oleh karena itu, sensor EC pada saluran air umpan sangat penting untuk memantau kondisi pabrik.

4.3.2 . Pengendalian Proses Kimia

Industri seperti tekstil, pewarnaan, minuman konsumsi, dan saus celup membutuhkan meter EC dan TDS untuk memantau proses yang sedang berlangsung. Perubahan apa pun pada EC dan TDS dapat menyebabkan variasi dalam hasil produksi, yang mengakibatkan pemborosan tinggi dan operasi yang tidak efisien.

Kata Penutup: Menghitung EC dari TDS menggunakan Sensor EC

Perhitungan konduktivitas listrik (EC) dan total padatan terlarut (TDS) memerlukan meter EC atau sensor EC online. Nilai yang dihasilkan dapat dikonversi menjadi TDS dan sebaliknya. Namun, pengguna perlu memasukkan semua faktor yang dapat memengaruhi faktor konversi ke dalam rumus. Faktor-faktor seperti suhu, ion, jenis padatan, jenis air, bahan organik, dll., sangat penting untuk dipertimbangkan sebelum membuat perkiraan apa pun. Akhirnya, setelah memasukkan dan memahami semua faktor tersebut, pengguna dapat dengan aman menggunakan rumus untuk mendapatkan konversi EC dari TDS yang diinginkan menggunakan sensor EC sederhana.

Jika Anda menginginkan sensor EC canggih dengan kemampuan deteksi luas dan output yang andal, kunjungi situs web RIKA untuk menjelajahi Sensor Konduktivitas Listrik (EC) / Salinitas Online Rika RK500-13. Dengan menggunakan metode konversi frekuensi terbaru, sensor Rika dapat secara akurat memberikan nilai TDS, EC, dan Salinitas. Kami harap Anda mendapatkan manfaat dari artikel dan produk Rika ini.