## PEMBENTUKAN KRISTAL CaCo3 PADA PIPA TEMBAGA
DENGAN KONSENTRASI LARUTAN 3500ppm Ca ++
DAN LAJU ALIRAN 30 ML/MENIT
Tri Aryanto 1 dan Samsudi Raharjo 2

## Abstrak
Pembentukan  kerak  pada  sistem  perpipaan  di  industri  maupun  rumah  tangga menimbulkan  banyak  permasalahan  teknis  dan  ekonomis.  Hal  ini  disebabkan karena kerak dapat menutupi atau menyumbat air  yang mengalir dalam pipa  dan sekaligus  menghambat  proses  perpindahan  panas  pada  peralatan  penukar  panas. Sehingga  kerak  yang  terbentuk  pada  pipa-pipa  akan  memperkecil  diameter  dan akhirnya  meningkatkan  biaya  produksi.  Tujuan  dilakukan  penelitian  ini  yaitu untuk  mengembangkan  alat Closed  Circuit  Scale  Simulator ,  memahami mekanisme  pembentukan  kerak  CaCo3  didalam  pipa  dengan  aliran  laminer  dan mengkaji hasil morfologi, kristalograpi dan komposisi kerak. Percobaan dilakukan dengan  beberapa  kupon  yang  terbuat  dari  pipa  tembaga  yang  merupakan  bahan pipa yang umum digunakan dalam industri. Dalam penelitian ini dilakukan suatu pengembangan  alat  untuk mensimulasikan  pertumbuhan kerak  di  dalam  pipa  uji. Alat  uji  ini  dirangkai  pada  suatu  rangka  yang  terbuat  dari  bahan  plat  besi  siku. Hasil  yang  didapatkan  selama  pengujian  dengan  mereaksikan  CaCl 2 dan  NaCO 3 menggunakan larutan Ca 2+ berkonsentrasi 3500 ppm dengan laju alir 30 ml/menit, dapat menumbuhkan kerak CaCO 3 dengan Berat kerak Total sebesar 0,200 gram, waktu  induksi  yang  dibutuhkan  adalah  10  menit.  Dan  dari  hasil  SEM  CaCo 3 diketahui bentuk kristal yang dihasilkan seratus persen Rombohedral.
Kata Kunci : CaCo 3 , Waktu Induksi, SEM, Kerak.

## PENDAHULUAN
Kerak  adalah  tumpukan  keras  dari  bahan  anorganik  terutama  pada  permukaan perpindahan panas yang disebabkan oleh pengendapan partikel mineral dalam air. Seperti air menguap  dalam  menara  pendingin,  uap  yang  murni  hilang  dan  konsentrasi  padatan  terlarut dalam  air  yang  tersisa.  Jika  konsentrasi  siklus  ini  dibiarkan  berlanjut,  berbagai  kelarutan padat  akhirnya  akan  terlampaui.  Padatan  kemudian  akan  menetap  di  dalam  pipa  atau  pada permukaan pertukaran panas, di mana ia sering membeku menjadi kerak ( Bhatia, 2003 ).
Masalah  yang  cukup  serius  yang  dijumpai  pada  sebagian  besar  proses  industri,  yaitu terjadinya pengendapan garam pada dinding-dinding peralatan proses aliran fluida, terutama
1 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Semarang
2 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Semarang
pada  permukaan  transfer  panas  dan  permukaan  alat-alat  evaporasi.  Pengendapan  ini  tidak diharapkan  karena  penumpukannya  menyebabkan  timbulnya  kerak  yang  dapat  mengganggu transfer panas sehingga mengurangi efisiensi dan menghambat pengaliran pada proses aliran fluida.  Di  samping  itu,  kerak  yang  menumpuk  pada  pipa-pipa  saluran,  lubang-lubang  dan beberapa  bagian  aliran  pada  proses  aliran  fluida  dapat  menyebabkan  gangguan  yang  serius pada  pengoperasian,  karena  penumpukan  kerak  ini  dapat  mengakibatkan  terjadinya  korosi dan  kerusakan  pada  peralatan  proses  produksi.  Dalam  penelitiannya  Suharso  dan  kawan- kawan melakukan penelitian pertumbuhan kerak dengan mencampurkan larutan 0,1 M CaCl2 dan  larutan  0,1  M  Na2CO3  masing-masing  dalam  250  mL  aquades  pada  suhu  80  °C ( Suharso dkk.,2009 ). Pembentukan deposit kerak (scale) CaCO3 oleh air sadah (air dengan kandungan  ion  Ca  yang  tinggi)  pada  sistem  perpipaan  di  industri  maupun  rumah  tangga menimbulkan  banyak  permasalahan  teknis  dan  ekonomis.  Saksono  dan  kawan-kawan  telah melakukan  penelitian  dengan  melarutkan  padatan  CaCl2  dan  Na2CO3  di  dalam  air  demin untuk  menghasilkan  larutan  Na2CO3  dengan  konsentrasi  0,005  M,  0,010  M,  0,015  M  dan 0,020 M. Demikian juga untuk larutan CaCl2 ( Saksono dkk., 2007 ).
Di  dalam  proses  industri  pengerakan  merupakan  permasalahan  yang  masih  sangat memprihatinkan terutama pada sistem pendingin dan industri minyak bumi. Ini adalah alasan mengapa  banyak  penelitian  masih  dikembangkan  untuk  memahami  fenomena  kerak.  Untuk tujuan  ini  beberapa  metode  telah  dikembangkan  untuk  mempercepat  terbentuknya  kerak ( Euvrard dkk., 2004 ). Penghambatan pertumbuhan kristal tampaknya menjadi metode yang paling  efisien  mengendalikan  kerak  CaCO3,  CaF2,  CaSO4,  2H2O  dan  BaSO4.  Efektivitas inhibitor  kerak  tergantung  pada  kemampuan  sebuah  aditif  untuk  mengganggu  langkah- langkah  pembentukan  kerak,  yaitu  baik  dengan  langkah  nukleasi  atau  dengan  pertumbuhan kristal ( Tzotzi dkk., 2007 ).
Pengaruh dari laju alir adalah dalam hal jumlah impuritas yang diangkut selama fluida mengalir. Bila laju alir semakin besar maka impuritas yang diangkut akan semakin besar pula sehingga  mempunyai  relevansi  terhadap  kemungkinan  peningkatan  jumlah  kerak  yang terjadi.  Pada  sisi  lain  ada  kemungkinan  laju  alir  akan  mengurangi  waktu  reaksi  antara  ion kalsium dengan ion sulfat. Model aliran ada dua macam yaitu laminer dan turbulen. Peneliti membatasi  masalah  untuk  meneliti  model  aliran  laminer.  Temperatur  sistem  dimana  terjadi proses  pengerakan  sangat  bervariasi.  Peneliti  melakukan  pembatasan  temperatur  dengan
memilih temperatur kamar dengan alasan bahwa pada temperatur tersebut proses pengerakan terjadi secara alami.

## METODOLOGI PENELITIAN
Pengujian  ini  dilakukan  dengan  menghitung  devibisi  aliran,  dengan  demikian  alat yang  dibuat  mempunyai  laju  alir  stabil.  Kecepatan  aliran  meninggalkan  sampel-sampel pengujian  tepat  sesuai  desain  yaitu    3oml/menit.  Conductivity  meter  digunakan  untuk mengukur  konduktivitas  larutan.  Keakuratan  instrumentasi  ini  bisa  diuji  dengan  melakukan pengukuran terhadap konduktivitas aquades. Bila conductivity meter menunjukkan angka nol pada waktu mengukur konduktivitas aquades maka instrumen ini akurat sebab aquades tidak memiliki  ion-ion.  Gambar  1  adalah  gambar  pelaksanaan  pengujian  alat  prototype Closed Circuit Scale Simulator .

## Gambar 1. Alat Uji Closed Circuit Scale Simulator
Pengambilan  data  dilakukan  dengan  kecepatan  aliran  30ml/menit.  Percobaan  untuk pembentukan  kerak  CaCo3  dengan  menggunakan  konsentrasi  larutan  3500ppm.  Untuk  jam pertam pencatat  waktu  pada  saat  yang  sama juga  diaktifkan  dimana  setiap  dua  menit  sekali perlu  dilakukan  pengukuran  terhadap  konduktivitas  larutan  yang  keluar  dari  sampel
ditampung pada gelas ukur dan sesegera mungkin elektroda conductivity meter dimasukkan. Conductivity  meter  akan  mengukur  nilai  konduktivitas  larutan  angka  yang  terakhir  inilah yang dicatat dan seterusnya dilakukan berulang-ulang sampai satu jam kemudian untuk jam kedua dilakukan setiap empat menit sekali untuk pengukuran konduktivitas larutan kemudian untuk jam ketiga dilakukan setiap enam menit sekali untuk pengukuran konduktivitas larutan dan  untuk  jam  keempat  dilakukan  seyiap  delapan  menit  sekali  pengukuran  konduktivitas larutan.  Setelah  empat  jam  pompa  dihentikan  dan  saluran  menuju  kupon  dilepas,  satu  jam kemudian  kupon  diambil  dari  rumah  kupon  dan  dikeringkan.  Penimbangan  massa  kerak dilakukan  pada  waktu  kerak  masih  menempel  pada  kupon.  Selanjutnya  selisih  massa  kerak dengan kupon dikurangi masa kupon sebelum kerak adalah masa kerak itu sendiri.
Gambar 2. Skema Alat Prototype Closed Circuit Scale Simulator
Pengujian  SEM  dan  pengujian  microanalyzer  bisa  dilakukan  pada  suatu  instrumen yaitu dengan menggunakan perangkat SEM-XRD. Pengujian SEM dilakukan untuk mengkaji morfologi kristal sedangkan pengujian microanalyzer atau EDS bertujuan untuk mengetahui komposisi kristal dan pengujian XRD untuk membuktikan bahwa kerak dari hasil penelitian itu betul-betul kerak kalsium karbonat (CaCO3).

## Waktu Induksi
Waktu  induksi  disini  yaitu untuk  membentuk  inti  Kristal  pe menurunnya nilai konduktivitas laru telah bereaksi dengan ion karbonat d

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil Konduktivitas Larutan CaC
Pada  konsentrasi  larutan  C 30ml/menit  untuk  satu  jam  pertam terhadap  konduktivitas  larutan.  Dip dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3

## Perhitungan Massa Kerak
Perhitungan massa kerak dan untuk  memudahkan  dalam  analisa 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 8.4 8.6 5 10 15 k o n d u k ti v it a s (µ s) kon
TRAKSI Vol. 15 No. 1 Juni 2015
disini  yaitu  waktu  yang  dibutuhkan  oleh  senyawa  kalsium ti  Kristal  pertama  kali.  Induksi  dapat  diketahui  ditand uktivitas larutan secara tajam, hal ini menunjukkan bahwa io on karbonat dan mengendap membentuk kerak.

## arutan CaCo3
asi  larutan  CaCo3  3500ppm  dengan  aliran  laminer  dan pertama,  dimana  setiap  2  menit  sekali  dilakukan  p larutan.  Diperoleh  hubungan  antara  konduktivitas  dan  w
Gambar 3. Hasil Pengujian Konsduktifitas
a kerak dan laju pertumbuhan kerak rata-rata dilakukan den alam  analisa  data.  Massa  kerak  diketahui  dari  selisih  ant
20 25 30 35 40 45 50 55 waktu (menit) konduktivitas jam 1 32
yawa  kalsium  karbonat tahui  ditandai  dengan kan bahwa ion kalsium
laminer  dan  laju  alir dilakukan  pengukuran as  dan  waktu  dapat ilakukan dengan tujuan ri  selisih  antara  massa
60
kupon  yang  telah  ditumbuhi  dengan  massa  kupon  sebelum  percobaan  (tanpa  kerak).  Massa kerak  dari  kupon  1  dijumlahkan  dengan  massa  kerak  kupon  2,  kupon  3,  dan  kupon  4 selanjutnya ditabulasikan.
Tabel 1. Perhitungan Massa Kerak untuk Laju Aliran 30 ml/menit dengan Konsentras Larutan 3500 ppm.

## Pengujian SEM
Pengujian SEM dan pengujian microanalyser bisa dilakukan pada suatu instrumen yaitu dengan  mengunakan  perangakat  SEM-EDS.  Pengujian  SEM  dilakukan  untuk  mengkaji morfologi kristal sedangkan pengujian microanalyser bertujuan untuk mengetahui komposisi kristal  dan pengujian  XRD  untuk  membuktikan bahwa  kerak  dari  hasil penelitian  itu betul– betul  kerak  kalsium  karbonat  (CaCO 3 ).  Kajian  morfologi  adalah  kajian  yang  meliputi kekasaran  kristal,  ukuran  kristal,  bentuk  kristal,  proses  pengintian  serta  fenomena pembentukan kristal. Hasil pengujian SEM seperti pada Gambar 4.
No Sampel Berat Sebelum Berat Sesudah Berat Kerak 1 Sampel 1 3,158 3,237 0,079 2 Sampel 2 3,164 3.218 0,054 3 Sampel 3 3,053 3,103 0,050 4 Sampel 4 3,194 3,211 0,017 Total 12,569 12,769 0,200
Gamb
Setelah  melakukan  pengam 100.000 kali. Proses pembentukan mengunakan    konsentrasi  larutan  C ml/menit, sistem kristalisasi yang di

## Pengujian EDS
Pada  prinsipnya  mikroskop komposisi,  dan  distribusi  unsur.  U kuantitatif  perlu  dirangkaikan  s Spectrometer seperti pada Gambar 5
TRAKSI Vol. 15 No. 1 Juni 2015
Gambar 4. Hasil Uji SEM Kerak
kan  pengamatan  terhadap  hasil  SEM  dengan  perbesaran embentukan kristal yang dilakukan melalui percobaan dima rasi  larutan  CaCO 3 3500  ppm  dengan  aliran  laminer  dan  l lisasi yang di hasilkan adalah rombohedral .
a  mikroskop  elektron  dapat  mengamati  morfologi,  struk usi  unsur.  Untuk  menentukan  komposisi  unsur  secara  kua ngkaikan  satu  perangkat  alat  EDS (Energy  Dispers ada Gambar 5.
34
perbesaran  mulai  dari cobaan dimana dengan miner  dan  laju  alir  30
fologi,  struktur  mikro, r  secara  kualitatif  dan
Dispersive  X-ray

## Gambar 5. Grafik Hasil EDS

## Pengujian XRD
Dari hasil pengujian pengujian XRD pada Gambar 6 membuktikan bahwa kerak dari hasil  penelitian  itu  betul–betul  kerak  kalsium  karbonat  (CaCO 3 ).  Karena  pada  grafik  diatas terdapat  senyawa  kalsit  yg  lebih  dominan.  Kalsit  merupakan  salah  satu  mineral  kalsium karbonat  yang  mengkristal  dalam  sistem rombohedral ,  biasanya  tidak  berwarna  atau berwarna putih dan mempunyai kekerasan 3 pada skala Mohs dengan bobot jenis 2,71. Kalsit adalah  mineral  pembentuk  batuan  dan  merupakan  penyusun  utama  dalam  batu  gamping, marmer, dan karbonatit.
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV 0 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400 7200 8000 8800 C o u n ts C K a O K a C lK a C lK b C aK a C aK b C u L l C u L a C u K a
C u K b
Z n L l Z n L a Z n L b Z n K a Z n K b
Gambar 6. Hasil Uji XRD

## KESIMPULAN
Penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  pembentukan  kerak  kalsium  karbonat  (CaCO 3 ) pada  pipa  yang  beraliran  laminer  dengan  konsentrasi  larutan  3500  ppm  dengan  laju  alir  30 ml/menit  didapatkan  waktu  induksi  sebesar    10  menit.  Pada  penelitian  pembentukan  kerak kalsium karbonat (CaCO 3 ) pada pipa yang beraliran laminer dengan konsentrasi larutan 3500 ppm dengan laju alir 30 ml/menit didapatkan berat kerak total sebesar 0,200 gram. Dari hasil SEM  CaCO 3 dengan  konsentrasi  larutan  3500  ppm  dengan  laju  alir  30  ml/menit,  diketahui dari  bentuk  kristal  dan  sistem  kristalisasi  yang  dihasilkan  adalah Rombohedral dimana Rombohedral merupakan ciri-ciri khas dari bentuk kristal CaCO 3.

## DAFTAR PUSTAKA
Al-Barrak.K,  Rowell.  D.L,  2006, The  Solubility  Of  Gypsum  In  Calcareous  Soil, Science Direct, 136 pp:830-837.
Ang.  Haming,  et  all,  2006. Gypsum  Scale  Formation  Control  In  Pipe  Flow  System  :  A Systematic  Study  On  The  Effect  Of  Process  Parameters  An  Additives, Curtin University Of Technology, Perth, Australia.
Asnawati. 2001. Pengaruh Temperatur Terhadap Reaksi Fosfonat dalamInhibitor Kerakpada Sumur Minyak.Jurnal ILMU DASAR . Vol.2. No.1:20.
Badr,  A.  and  A.  A.  M.  Yassin.  2007. Barium  Sulfate  Scale  Formation  in  Oil  Reservoir During  Water  Injection  at  High  -  Barium  Formation  Water. Journal  of  Applied Sciences. 7 (17) ; 2393 - 2403.
Bhatia,  A,    (2003) Cooling  water  problems  and  solutions ,  Continuing  Education                and Development, Inc. 9 Greyridge Fram Court stony Point, NY 10980. Course no: M05- 009.
Cotton, F. Adan G. Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar . UI-Press. Jakarta.
____________________________________ PENULIS
1. TRI ARYANTO
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Semarang e-mail : ary_04@ymail.com
2. SAMSUDI RAHARJO
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Semarang