## PENGAMATAN TERJADINYA KERAK CuCO3 PADA KETEL UAP

## Adi Noviyanto 1

## ABSTRAK
Kerak  tembaga  karbonat  (CuCO 3 )  yang  mengendap  pada  dinding  pipa  diselidiki dalam  penelitian  ini.  Kerak  tembaga  karbonat  adalah  kerak  yang  sering  terbentuk pada  pipa  boiler.  Dalam  eksperimental,  larutan  pembentuk kerak  disiapkan  dengan mencampurkan  larutan  equimolar  CuCl 2 dan  Na 2 CO 3 .  Tujuan  dari  penelitian  ini adalah  untuk  membandingkan  hasil  penelitian  tentang  pembentukan  kerak  CuCO 3 pada  pipa  boiler  kerak  CuCO 3 dan  pada  pipa  simulasi  dengan  suhu  300-400 0 C. Kerak yang terbentuk kemudian dievaluasi menggunakan analisis karakteristik kerak dan  SEM/EDX.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  kerak  memiliki  pelat  seperti morfologi  dan  kerak  fase  kristal  yang  ditemukan  sebagian  besar  malasite. Berdasarkan  hasil  ini,  kerak  CuCO 3 di  Boiler  memiliki  kondisi  panas  yang  sangat tinggi  dan  waktu  panas  yang  lama  membuat  kerak  CuCO 3 berwarna  hitam.  Warna dan  tekstur  kerak  CuCO 3 pada  pipa  menunjukkan  warna  yang  lebih  cerah.  Kerak yang  terbentuk  kemudian  dievaluasi  menggunakan  analisis  SEM  /  EDX. Perbandingan  analisis  antara  hasil  analisis  kerak  CuCO 3 pada  pipa  boiler  dan  pipa simulator menunjukkan hasil yang berbeda. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa kristal yang dilakukan  melalui  eksperimen  diambil  dari  boiler dan  pipa.  Perbedaan morfologi  dan  komposisi  antara  sampel  kedua  adalah  karena  boiler  lebih  panas daripada  di  pipa  sehingga  morfologi  kristal  CuCO 3 dalam  boiler  lebih  rapat dibandingkan di pipa.
Kata kunci : Kerak, Ketel Uap, CuCO3

## 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).
Potensi  kerak  yang  disebabkan  oleh  garam  CuCO 3 (kupri  karbonat)  dimiliki  hampir semua jenis sumber air di dunia seperti air tanah, air payau, air laut serta air limbah. Kupri karbonat  membentuk  padatan  atau  deposit  yang  sangat  kuat  menempel  pada  permukaan material. Sejauh ini CuCO 3 merupakan penyebab kerak pada beberapa sistem seperti instalasi cooling  water (Tzotzi  dkk,  2007).  Penyebab  terjadi  kerak  di  dalam  pipa  akan  mengurangi diameter  serta  menghambat  aliran  fluida  pada  sistem  pipa  tersebut,  sehingga  menimbulkan
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,Universitas Muhammadyah Semarang
masalah  terhambatnya  aliran  fluida.  Terganggunya  aliran  fluida  tersebut  menyebabkan tekanan semakin tinggi, sehingga pipa mengalami kerusakan (Asnawati, 2001). Pembentukan kerak  dapat  dicegah  dengan  cara  pelunakan  dan  pembebasan  mineral  air,  akan  tetapi penggunaan air bebas mineral dalam industri-industri besar membutuhkan biaya yang lebih tinggi (Sousa dan Bertran, 2014).
Peningkatan  laju  aliran  akan  memperpendek  periode  induksi  karena  meningkatkan frekuensi pertumbuhan molekul dalam larutan. Tingkat pertumbuhan kristal ditentukan oleh kemampuan difusi zat terlarut kepermukaan kristal dan kemapuan pengendapan zat terlarut di permukaan. Kekuatan yang memudahkan difusi zat terlarut adalah perbedaan konsentrasi zat terlarut antara permukaan kristal dan larutan. Faktor yang perlu diperhatikan dalam laju difusi zat terlarut adalah laju alir. Laju aliran air dan pH-perlakuan pada perangkat magnet memiliki dampak penting pada jenis nukleasi dan jumlah kupri karbonat yang diendapkan pada akhir uji  pengerakan.  Laju  aliran  dan  pH-perlakuan  sekaligus  laju  pengendapan  yang  semakin tinggi, memperbanyak nukleasi yang terjadi dalam larutan (Alimi dkk, 2007).
Hisyam  (2013)  menyatakan  bahwa  dengan  meningkatnya  laju  aliran  menyebabkan waktu  induksi  lebih  cepat.  Hal  tersebut  karena  selain  membawa  komponen  kerak  lebih banyak  dalam  fluida,  laju  alir  yang  tinggi  menyebabkan  ion  bergerak  lebih  cepat  yang berdampak semakin cepat pula reaksi yang terjadi antar ion.
Oleh karena itu, pada penelitian ini mempelajari tentang analisa pembentukan kerak CuCO 3 pada boiler dan pipa di PG Trankil, sehingga pertumbuhan kerak kupri karbonat yang terbentuk  di  dalam  pipa-pipa  industri  dapat  diketahui.  Penelitian  ini  juga  mempelajari perubahan fasa kristal dan pertumbuhan massa kerak.

## METODOLOGI

## Alat dan Bahan
Bahan  yang  digunakan  untuk  persiapan  larutan  pembentuk  kristal  adalah  CuCl 2 dan Na 2 CO 3 dengan  kadar  analitik.  Larutan  dibuat  dengan  konsentrasi  3000  ppm  Cu 2+ .  kerak pembentukan  CuCO3  ditanam  menggunakan  peralatan  skala  pilot  yang  ditunjukkan  pada Gambar 1.

## Metode Eksperimen Pembentukan Kerak CuCO3
Percobaan pembentukan kerak CuCO3 dilakukan dengan menyiapkan, lima liter CuCl 2 dan Na 2 CO 3 disiapkan dalam gelas kimia. Percobaan ini dilakukan dalam metode yang sama yang  diusulkan  oleh  Muryanto  et  al  (2014),  dengan  melarutkan  serbuk  CuCl 2 dan  Na 2 CO 3
dengan  konsentrasi  Cu 2+ 3000  ppm.  Larutan  pada  konsentrasi  yang  telah  ditentukan ditempatkan secara terpisah di kedua kapal dan diseimbangkan sampai suhu yang ditentukan tercapai kemudian diaduk pada 200 rpm sampai tercampur dengan baik.
Gambar 1 Experimental Setup Pembentukan Kerak CuCO 3

## Analisa Karakterisasi
Karakterisasi  kristal  kerak  dilakukan  dengan  pemindaian  mikroskop  elektron  (SEM- analisis) untuk uji morfologi, dilengkapi dengan EDX untuk analisis unsur kimia dan XRD untuk  analisis  identifikasi  fase.  Pengumpulan  data  XRPD  untuk  identifikasi  fase  dilakukan dengan  menggunakan  radiasi  monokrom  Cu-K  dalam  geometri  parafokus  konvensional Bragg-Brentano (BB) (D5005 SHIMATZU). Parameter pemindaian (5-85 O2, 0,020 langkah, 15  s  /  langkah)  direkam.  Program  pencarian-pencocokan  berbasis  PC,  Software  MATCH digunakan untuk mengidentifikasi kemungkinan fase kristal endapan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa Perbandingan Karakteristik Kerak CuCO 3 pada Boiler and Pipa
Penelitian pada kerak CuCO 3 dilakukan untuk menentukan perbandingan karakteristik kerak  CuCO 3 terhadap  Bolier  pada  suhu  400 0 C-450 0 C  dengan  panjang  pipa  12  m  yang
digunakan  untuk  2904  jam  dan  Pipa.  Perbandingan  karakteristik  kerak  CuCO 3 dapat ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan karakteristik kerak CuCO 3 Paramater Pada boiler Pada Pipa Warna Hitam Abu-Abu Bau Khas Khas Textur Kasar Halus
Pada Tabel 1. menunjukkan kerak CuCO 3 di Boiler memiliki warna hitam dan tekstur kasar.  Kerak  CuCO 3 dalam  pipa  memiliki  warna  abu-abu  dan  tekstur  lebih  halus. Berdasarkan hasil ini ditunjukkan bahwa kerak CuCO 3 dalam boiler memiliki kondisi suhu yang  sangat  tinggi  dan  waktu  panas  yang  lama,  sehingga  membuat  warna  kerak  CuCO 3 terbentuk hitam. Warna dan tekstur kerak CuCO 3 pada pipa menunjukkan warna yang lebih cerah.  Hasil  ini  terjadi  karena  pipa  memiliki  kondisi  suhu  yang  lebih  rendah  dan  waktu pemanasan yang lebih singkat. Pengambilan sampel kerak CuCO3 di Trankil PG ditunjukkan pada Gambar 2.

## Gambar 2. Scale in Boiles and Pipe

## Analisis Perbandingan Morfologi Kerak CuCO 3
Pengujian SEM dan pengujian microanalyser dapat dilakukan pada instrumen dengan menggunakan  perangkat  SEM  /  EDX.  Pengujian  SEM  dilakukan  untuk  menilai  morfologi kristal sedangkan uji analisis mikro bertujuan untuk menentukan komposisi Kupri karbonat.
Studi morfologi adalah studi yang meliputi kekasaran kristal, ukuran kristal, bentuk kristal, proses pengintaian dan fenomena pembentukan kristal.

## 1. Kerak CuCO 3 Pada Boiler
Setelah dilakukan pengamatan pada hasil SEM yang tercantum pada Gambar  3 dan 4 dengan berbagai perbesaran. Proses pembentukan kristal yang dilakukan melalui eksperimen diambil dari boiler dan pipa. Perbedaan morfologis antara dua sampel adalah karena kondisi di  boiler  menjadi  lebih  panas  daripada  di  pipa  sehingga  morfologi  kristal  CuCO 3 di  boiler lebih padat daripada di pipa.
Gambar 3. Morfologi kerak CuCO 3 pada Boiler (a) 500X, (b) 5000X (c) 10000X, and (d) 20000X

## 2. Kerak CuCO 3 dalam Pipa
Dari  dua  hasil  uji  SEM  itu  menunjukkan  bahwa  suhu  yang  lebih  besar  dapat meningkatkan pembentukan fase kristal yang merupakan jenis fase hardscale. Jika kristal ini terbentuk dan mengendap di dalam pipa, ia akan menghasilkan skala yang sulit dibersihkan dari sistem perpipaan (Holysz dkk, 2007).
Gambar 4. Morfologi kerak CuCO3 dalam Pipa (a) 500X, (b) 5000X (c) 10000X, and (d) 20000X

## Analisis Perbandingan Komposisi Kerak CuCO 3
Pada  prinsipnya  mikroskop  elektron  dapat  mengamati  morfologi,  struktur  mikro, komposisi,  dan  distribusi  elemen.  Untuk  menentukan  komposisi  unsur  secara  kualitatif  dan kuantitatif, satu perangkat EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer).

## 1. Kerak CuCO 3 Pada Boiler
Menurut  perhitungan  teoritis,  persentase  berat  konten  Cu  dalam  CuCO3  harus  63,5  / 100 x 100% = 63,5% sedangkan hasil analisis mikro dengan Cu = 1,05% sehingga memiliki perbedaan  62,45%.  Untuk  kadar  karbon  (C)  harus  12/100  x  100%  =  12%  sedangkan  hasil analisis mikro diperoleh 70% sehingga memiliki perbedaan 58%. Untuk kadar oksigen harus 16/100  x  100%  =  16%  sedangkan  hasil  analisis  mikro  adalah  28,95%  sehingga  memiliki perbedaan 12,95%.
Gambar 5. Komposisi kerak CuCO 3 pada boiler

## 2. Kerak CuCO 3 Pada Pipa
Menurut  perhitungan  teoritis,  persentase  berat  konten  Cu  dalam  CuCO3  harus  63,5  / 100  x  100%  =  63,5%  sedangkan  hasil  analisis  mikro  dengan  konten  Cu  =  0,21%  sehingga memiliki  perbedaan  63,29%.  Untuk  kandungan  karbon  (C)  harus  12/100  x  100%  =  12% sedangkan  hasil  analisis  mikro  diperoleh  77,21%  sehingga  memiliki  perbedaan  65,12%. Untuk kadar oksigen harus 16/100 x 100% = 16% sedangkan hasil analisis mikro membahas 22,58% sehingga memiliki perbedaan 6,58%.
Gambar 6. Komposisi kerak CuCO3 pada Pipa

## KE SIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  dan  pembahasan  yang  telah  diuraikan  dapat disimpulkan bahwa:
1. Berdasarkan hasil tersebut menunjukan bahwa kerak CuCO3 pada Boiler memiliki kondisi suhu  yang  sangat  tinggi  dan  waktu  panas  yang  lama  sehingga  membuat  warna  kerak CuCO3  yang  terbentuk  menjadi  hitam.  Warna  dan  tekstur  kerak  CuCO3  pada  pipa menunjukan warna yang lebih terang. Hasil ini terjadi karena pada pipa kondisi suhu lebih rendah dan waktu pemanasan yang lebih singkat.
2. Hasil  analisa  SEM  menunjukan  pembentukan  kristal  yang  dilakukan  melalui  percobaan diambil  dari  boiler  dan  pipa.  Perbedaan  morfologi  antara  kedua  sampel  tersebut disebabkan  karena  kondisi  di  boiler  lebih  panas  dibandingkan  di  dalam  pipa  sehingga morfologi kristal CuCO3 pada boiler lebih rapat dibandingkan di dalam pipa.
3. Hasil  analisa  EDX  menunjukan  persentase  unsur  Cu  lebih  benyak  terdapat  pada  pipa boiler sedangkan pada pipa simulasi menghasilkan persentase Cu yang lebih sedikit.

## DAFTAR PUSTAKA
Alimi, F., Tlili, M., Amor, M.B., Gabrielli, C., Maurin, G. (2007), Influence of magnetic field on calcium carbonate precipitation , Desalination, 206, 163-168.
Asnawati., (2001). Pengaruh temperatur terhadap reaksi fosfonat dalam inhibitor kerak pada sumur minyak. Jurnal Ilmu Dasar, Vol.2. No.1, Hal.20-26.
Bhatia,  A.  (2003),  “cooling  water  problems  and  solutions”,  Continuing  Education  and Development, Inc. 9 Greyridge Farm Court Stony Point, NY 10980. Course No : 05-009.
Muryanto,  S.,  Bayuseno,  A.  P.,  Ma’mun,  H.,  Usamah,  M.  (2014).  Calcium  carbonate scale  formation  in  pipes:  effect  of  flow  rates,  temperature,  and  malic  acid  as additives on the mass and morphology of the scale Procedia Chemistry, 9, 69-76
Reiterer,  W.  Johannes,  H.  Gamsjäger  (1981):  "Semimicro  Determination  of  Solubility Constants:  Copper  (II)  Carbonate  and  Iron  (II)  Carbonate".  Mikrochim.  Acta, volume 1981, page 63. doi:10.1007/BF01198705
Reiterer  (1980):  "Löslichkeitskonstanten  und  Freie  Bildungsenthalpien  neutraler Übergangsmetallcarbonate". Thesis, Montanuniversität Leoben.
Rolf  Grauer  (1999)  "Solubility  Products  of  M(II)  Carbonates".  Technical  Report  NTB- 99-03, NAGRA - National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste; pages 8, 14, and 17. Translated by U. Berner.
Sousa,  M.F.,  Bertran,  C.A.  (2014).  New  methodology  based  on  static  light  scattering measurements for evaluation of inhibitors for in bulk crystallization Journal of Colloid and Interface Science. Pp.57-64.
Tzotzi, C., Pahiadaki, T., Yiantsios, S.G., Karabelas, A.J., Andritsos, N. (2007). A study of  CaCO 3 skala  formation  and  inhibition  in  RO  and  NF  membrane processes. Journal of Membrane Science,296(1), pp.171-184.

## PENULIS:

## ADI NOVIYANTO
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,Universitas Muhammadyah Semarang Corresponding author. Tel. +62-82236123443 E-mail address: adinoviyanto88@gmail.com