## PEMBENTUKAN KERAK CaCO 3 PADA ALAT SIMULATOR
PEMBENTUK KERAK DENGAN KONSENTRASI Ca 2+ 3000 ppm PADA LAJU ALIR 30 mL/menit DAN 40 mL/menit
Rio Indra Saksono 1 , Samsudi Raharjo 2 dan Rubijanto JP 3

## 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. Tujuan dilakukan penelitian ini yaitu untuk mengembangkan alat Closed Circuit Scale Simulator , memahami mekanisme pembentukan kerak CaCO 3 dengan laju alir 30 mL/menit dan 40 mL/menit didalam pipa dengan aliran fluida dan mengkaji hasil morfologi, kristalograpi dan komposisi kerak. Hasil yang didapatkan selama pengujian  dengan  mereaksikan  CaCl 2 dan  Na 2 CO 3 menggunakan  larutan  Ca 2+ berkonsentrasi 3000 ppm dengan laju alir 30 ml/menit dan 40 mL/menit dengan pengukuran waktu induksi. Hasil penelitian didapatkan waktu induksi untuk laju alir  30  mL/menit  adalah  40  menit  dengan  nilai  konduktivitas  8110  µS/cm sedangkan pada laju alir 40 mL/menit memiliki waktu induksi 28 menit dengan nilai konduktivitas sebesar 8400 µS/cm. Dari hasil SEM dan EDS antara laju alir 30 mL/menit dan 40 mL/menit terlihat  bentuk morfologi kubus dengan struktur Kristal Rombohedral .
Kata Kunci : Kerak CaCO3, Laju Alir, Waktu Induksi, SEM-EDS

## 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 (Antony dkk, 2011). 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).
1,2,3 Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang
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  (Asnawati  dkk.,  2001).  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 (Fathi dkk., 2006). Laju aliran air dan pH-perlakuan pada perangkat magnet memiliki dampak penting pada  jenis  nukleasi  dan  jumlah  kalsium  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 (Muryanto dkk., 2014). Oleh karena  itu,  pada  penelitian  ini  mempelajari  tentang  pengaruh  laju  alir  terhadap pembentukan kerak CaCO 3 , sehingga pertumbuhan kerak kalsium carbonat yang terbentuk di dalam pipa-pipa industri dapat diketahui. Penelitian ini juga mempelajari perubahan fasa kristal dan pertumbuhan massa kerak.
Metodologi
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  30  mL/menit  dan  40  mL/menit.  Conductivity  meter digunakan untuk mengukur konduktivitas larutan. Alat yang digunakan dalam penelitian ini  adalah  alat  yang  di  rancang  sendiri  oleh  peneliti  terdahulu.  Alat  tersebut  terdiri  dari empat buah bejana yaitu dua bejana dibawah (1,2) dengan kapasitas 6 liter dan dua bejana diatas (3, 4) dengan kapasitas 0,8 liter. Kegunaan bejana tersebut adalah untuk menampung larutan CaCl2 pada bejana 1 dan 3 dan larutan Na2CO3 pada bejana 2 dan 4. Pada alat tersebut dipasang dua buah pompa yang digunakan untuk memompa larutan CaCl2 dari bejana 1 ke bejana 3 dan larutan Na2CO3 dari bejana 2 ke bejana 4. Permukaan larutan pada bejana 3 dan 4 dijaga  agar keduanya mempunyai ketinggian  yang sama dan dapat
diatur  naik  atau  turun  guna  mendapatkan  perbedaan  ketinggian  permukaan  dengan pengeluaran akhir dari rumah kupon sehingga dapat digunakan untuk mengatur laju aliran.
Larutan yang berada didalam bejana 3 dan 4 kemudian secara bersamaan dialirkan menuju  kupon,  selanjutnya  larutan  tersebut  mengalir  dan  masuk  kedalam  bejana penampungan  yang  kemudian  dibuang  sebagai  limbah.  Didalam  kupon-kupon  larutan CaCl 2 dan Na 2 CO 3 bereaksi sehingga membentuk kerak. Kerak tersebut mengendap pada dinding-dinding kupon  yang disebut sebagai kerak CaCO 3 . Skema alat prototype closed circuit scale simulator dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 1. Skema Alat Prototype Closed Circuit Scale Simulator
Pengujian SEM dan pengujian microanalyzer bisa dilakukan pada suatu instrumen yaitu  dengan  menggunakan  perangkat  SEM-EDS.  Pengujian  SEM  dilakukan  untuk mengkaji morfologi kristal sedangkan pengujian microanalyzer atau EDS bertujuan untuk mengetahui komposisi kristal kalsium karbonat (CaCO3).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pengaruh Laju Alir Terhadap Massa Kerak CaCO 3
Penelitian    mengenai  pengaruh  suhu  terhadap  massa  kerak  kalsium  karbonat dilakukan  untuk  mengetahui  seberapa  besar  pengaruh  laju  alir  terhadap  pembentukan massa kerak kalsium karbonat.
Gambar 2. Grafik Hubungan Antara Laju Alir Dengan
Massa Kerak Kalsium Karbonat.
Pada  Gambar  2,  menunjukkan  bahwa  pada  laju  alir  40  mL/menit,  massa  kerak kalsium  karbonat  yang  terbentuk  lebih  banyak  dibandingkan  dengan  pada  laju  alir  30 mL/menit. Ini menunjukkan pada laju alir 40 mL/menit, reaksi antara reaktan CaCl 2 dan Na 2 CO 3 berjalan lebih cepat dibanding pada laju alir 30 mL/menit. Seperti penelitian yang dilakukan Garcia (2001) yang menemukan bahwa pada aliran laminar teramati bahwa laju pengerakan meningkat bersama dengan peningkatan laju alir.
Analisa Waktu Induksi
Analisa yang dilakukan yaitu tentang waktu yang dibutuhkan oleh senyawa kalsium karbonat  untuk  membentuk  inti  kristal  pertama  kali.  Waktu  induksi  ditandai  dengan menurunnya nilai konduktivitas larutan secara tajam yang menandakan bahwa ion kalsium telah bereaksi dengan ion karbonat dan mengendap membentuk kerak.
Semakin tinggi laju alir, semakin cepat pula waktu induksi yang terjadi. Semakin kecil  waktu  induksi  berarti  semakin  cepat  inti  kristal  CaCO 3 terbentuk.  Waktu  induksi untuk  laju  alir  30  mL/menit  adalah  40  menit  dengan  nilai  konduktivitas  8110  µS/cm sedangkan  pada  laju  alir  40  mL/menit  memiliki  waktu  induksi  28  menit  dengan  nilai konduktivitas sebesar 8400 µS/cm. Nilai waktu induksi pada laju alir 40 mL/menit lebih rendah dari pada laju alir 30 mL/menit.
58,2 81,48 0 50 100 30 mL/min 40 mL/min M as sa K er ak (m g) Laju Alir

## Gambar 3. Grafik Hubungan Konduktivitas Dengan Waktu

## 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 kalsium karbonat.
(a) (b)
Gambar 4. Morfologi Kerak Kalsium Karbonat Hasil Percobaan Dengan Laju Alir (a) 30 mL/menit (b) 40 mL/menit.
5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 0 20 40 60 80 K on d u k ti vi ta s (µ s/ cm ) Waktu (menit) 40 mL/menit 30 mL/menit
Perbedaan morfologi antara laju alir 30 mL/menit dan 40 mL/menit adalah bentuk kristal laju alir 40 mL/menit lebih besar dan banyak dibandingkan dengan pada laju alir 30 mL/menit. Fase kalsit kerak kalsium karbonat memiliki bentuk kristal rombohedral. Dari kedua  hasil  uji  SEM  tersebut  menandakan  bahwa  laju  alir  yang  lebih  besar  mampu meningkatkan pembentukan fasa calsit yang merupakan jenis fasa hardscale.

## Pengujian EDS
Pada prinsipnya mikroskop elektron dapat mengamati morfologi, struktur mikro, komposisi, dan distribusi unsur. Untuk menentukan komposisi unsur secara kualitatif dan kuantitatif  perlu  dirangkaikan  satu  perangkat  alat  EDS (Energy  Dispersive  X-ray Spectrometer). Grafik Hasil EDS
Gambar 4.4. Gambar Hasil Analisis EDS
Hasil analisa mikro meliputi komposisi atom pembentuk kristal yang dinyatakann dalam presentse atom. Presentase diatas bila dibandingkan dengan hitungan secara teoritis ternyata mempunyai perbedaan. Menurut perhitungan teoritis presentase berat kandungan Ca pada CaCO 3 seharusnya adalah 40/100 x 100% = 40 wt% sedangkan hasil analisa mikro kandungan  Ca  =  47,20%  sehingga  mempunyai  selisih  10,2%.  Untuk  kadar  carbon  (C) seharusnya 12/100 x 100% = 12 wt% sedangkan hasil analisa mikro 18,10%  wt sehingga
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 C ou nt s C K a O K a N aK a C lK a C lK b C aK a C aK b C uL l C uL a C uK a C uK b Z nL l Z nL a Z nL b Z nK a Z nK b
mempunyai  selisi  6,1%.  Untuk  kadar  oksigen  seharusnya  48/100  x  100%  =  48  wt% sedangkan hasil analisa mikro menujukan 51,38% sehingga mempunyai selisi 3,38% .

## KESIMPULAN
Berdasarkan    hasil  penelitian  dan  pembahasan  yang  telah  diuraikan  dapat disimpulkan bahwa:  Semakin besar laju alir, massa kerak yang terbentuk semakin banyak. Hasil  penelitian  menunjukan  pada  laju  alir  30  mL/menit  diperoleh  massa  kerak  CaCO 3 sebesar 58,2 mg sedangkan pada laju alir 40 mL/menit menghasilkan massa kerak CaCO 3 81,48 gram. Semakin besar laju alir, waktu induksi akan semakin cepat.  Waktu induksi untuk  laju  alir  30  mL/menit  adalah  40  menit  dengan  nilai  konduktivitas  8110  µS/cm sedangkan  pada  laju  alir  40  mL/menit  memiliki  waktu  induksi  28  menit  dengan  nilai konduktivitas sebesar 8400 µS/cm. Dari hasil SEM antara tanpa penambahan dan dengan penambahan terlihat  bentuk morfologi kubus dengan struktur Kristal rombohedral. Dari hasil  uji  EDX  diketahui  unsur-unsur pembentuk  kerak  CaCO 3 .  Dan  hasil  EDX  tersebut memiliki kesamaan bila dibandingkan dengan EDS penelitian CaCO 3 yang lain.

## 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.
Antony, A., Low, J. H., Gray, S., Childress, A. E., Le-Clech, P., Leslie, G. (2011). Scala formation  and  control  in  high  pressure  membrane  water  treatment  systems :A review. Journal of Membrane Science, 383, 1-16.
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.
Fathi,  A.,  Mohamed,  T.,  Claude,  G.,  Maurin,  G.,    Mohamed,  B.  A.  (2006).  Effect  of  a magnetic  water  treatment  on  homogeneous  and  heterogeneous  precipitation  of calcium carbonate. Water Research , 40 (10), 1941-1950.
Garcia, C., Courbin, G., Ropital, F., Fiaud, C. (2001), Study of the scale inhibition by HEDP in a channel flow cell using a quartz crystal microbalance, Electrochimica Acta, 46, pp: 973-985.
Hisyam  (2013). Pembentukan  kerak  kalsium  karbonat  (caco 3 )  di  dalam  pipa  beraliran laminer pada laju alir 30 ml/menit hingga 50 ml/menit dan penambahan aditif . In Prosiding Seminar Nasional Sains Dan Teknologi Fakultas Teknik (Vol. 1, No. 1).
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.
PENULIS:
RIO INDRA SAKSONO, SAMSUDI RAHARJO 2 DAN RUBIJANTO JP 3
Prodi S1 Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang Jl. Kasipah No. 12 Semarang e-mail : rioindra171@yahoo.com