PENGARUH BESAR MAGNET TERHADAP PENGURANGAN KADAR CaCO3 DALAM AIR

Triswantoro Putro1* dan Endarko2#

*Politeknik Negeri Jurusan Teknik Elektro Jl. Parkway, Batam Center, Batam 29461, [email protected] #Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jurusan Fisika FMIPA Jl. Arif Rahman Hakim, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia [email protected]

ABSTRAK

Penelitian mengenai pengaruh medan magent terhadap pengurangan kadar CaCO3 dalam air telah 2+ 2+ 2- dilakukan. Air sadah merupakan air yang terkontaminasi ion Ca , Mg , CO3 . Ion – ion tersebut dikelilingi oleh molekul air atau yang disebut dengan hydration shell. Hydration shell adalah sebuah lapisan yang menahan ion – ion tersebut untuk membentuk sebuah molekul seperti CaCO3. Medan magnet yang diberikan akan mempengaruhi hydration shell. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan besarnya medan magnet yaitu sebesar 0,05 dan 0,1 Tesla. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan medan magnet 0,05 Tesla pada larutan sampel dengan konsetrasi CaCO3 dalam air 520 mg/L menghasilkan prosentase pengurangan maksimum sebesar 28,57 % selama 120 menit, sedangkan untuk medan magnet 0,1 T menghasilkan pengurangan maksimum sebesar 57,69 %.

Kata Kunci : Air Sadah, medan magnet, hydration shell.

ABSTRACT

The research on the influence of magnetic field over the CaCO3 precipitation in water has been 2+ 2+ 2- carried out. The hard water is water contaminated with Ca , Mg , CO3 . Those ions are surrounded by water molecules which is also known as hydration shell. The hydration shell is a layer that holds ions to form a molecule such as a CaCO3. The given magnetic field will affect the hydration shell. The study was conducted by varying the magnitudes of the magnetic field which equal to 0.05 and 0.1 Tesla. The sample solution for this research is 520 mg/L CaCO3. The experiment has been accomplished within 120 minutes experiment resulted a maximum reduction percentage of 28.57% for the magnetic field value of 0.05 Tesla. While the magnetic field value of 0.1 Tesla obtained 57,69 % of the maximum reduction.

Key words : hard water, magnetic field, hydration shell

1. PENDAHULUAN dalam air berbentuk ion – ion dan membentuk air sadah. Kelebihan kadar kapur terlarut dalam air Kebutuhan air bersih dan air minum dapat dapat mengganggu kesahatan jika diminum. dipenuhi dengan memanfaatkan beberapa sumber Metode dengan menggunakan medan magnet air. Antara lain, air hujan, air tanah, air laut, air adalah salah satu solusi untuk dapat mengurangi sungai dan lain – lain. Prosentase terbanyak dari kadar kapur terlarut dalam air sehingga air dapat sumber air tersebut adalah berasal dari air tanah dikonsumsi [1]. dan air sungai. Di beberapa daerah, air tanah dan Salah satu kelebihan Medan magnet adalah air sungai memiliki beberapa kelemahan yaitu tanpa menggunakan campuran bahan kimia dalam kandungan kadar kapur yang melebihi standar. Hal proses pengolahannya sehingga air hasil olahan ini dikarenakan beberapa daerah di Indonesia tidak terkontaminasi dengan bahan-bahan lain pada memiliki batuan karst (kapur) yang dapat larut

saat proses pengendapan air berkapur. Penelitian yang terdiri dari CaCO3 dan memiliki berat jenis yang dilakukan Alimi Fathi dkk menunjukkan 3 2.6 – 2.8 gr/cm . Kalsium karbonat dalam media air bahwa proses presipitasi CaCO dipengaruhi oleh 3 akan membentuk tiga macam Kristal, yaitu kalsit adanya medan magnet [1]. Hasil penelitian yang berstruktur Kristal rhombohedral, vaterit menunjukkan terjadi perbedaan antara kandungan berstruktur orthorombic dan aragonite berstruktur kadar kapur dalam air sebelum dan sesudah hexagonal. Terbentuknya macam-macam bentuk perlakuan medan magnet. Terjadi pengendapan Kristal ini dipengaruhi oleh beberapa factor yaitu sebesar 7 – 22 % dengan aliran air sebesar 0.54 temperatur [3], pH larutan [3], derajat saturasi [4], L/menit dibandingkan dengan tanpa perlakuan kecepatan aliran CO2 bila menggunakan metode medan magnet. Pengaruh pH juga di teliti oleh karbonasi, serta adanya bahan aditif . Fathi dengan menggunakan pengontrol pH sebagai Air tanah banyak mengandung mineral – salah satu variable. pH yang di gunakan adalah 6, 7 2+ 2+ 2- mineral terlarut seperti Ca , Mg , CO3 , dan 7.5 [1]. Penelitian lain yang dilakukan oleh - 2 bikarbonat (HCO3 ) dan gas CO yang Banejad dkk pada tahun 2009 juga meneliti tentang menyebabkan kesdahan dalam air. Ion – ion pengaruh medan magnet terhadap presipitasi penyebab kesadahan tersebut dikelilingi oleh CaCO [2]. Banejad dkk meneliti tentang variasi 3 molekul air dan membentuk suatu lapisan yang besarnya aliran air dan besarnya medan magnet disebut hydration shell seperti terlihat pada yang digunakan dalam proses presipitasi kapur. Gambar 1. Hydration shell ini akan menahan ion – Tetapi dalam paper yang ditulis tidak menunjukkan ion tersebut untuk membentuk sebuah molekul berapa prosentase penurunan kadar kapur dalam air seperti CaCO3. Ikatan antara molekul air dengan hanya menunjukkan bahwa terjadi perunan kadar ion relatif lebih kuat jika dibandingkan dengan kapur dalam air atau tidak [2]. ikatan hydrogen antar molekul air sehingga ion Makalah penelitin ini adalah fokus terhadap Ca2+ sukar melepaskan diri dari lapisan tersebut. pengaruh variasi besar medan magnet terhadap Tetapi ikatan antara molekul air dengan ion bisa jumlah prosentase pengurangan kadar CaCO3 dalam air. terlepas jika diberikan beberapa perlakuan antara lain agitasi mekanik, suhu, medan magnet, dan lain-lain. Perlakuan tersebut dapat mengganggu 2. TINJAUAN PUSTAKA hidrat ion sehingga akan terjadi tumbukan antar ion 2+ 2- Batu kapur didefinisikan sebagai batuan yang Ca dan ion CO3 membentuk CaCO3 [5]. banyak mengandung kalsium karbonat. Dalam keadaan murni mempunyai bentuk kristal kalsit,

2+ 2- Gambar 1. Orientasi molekul air terhadap ion Ca dan CO3 Sumber : http://cnx.org/

Ikatan antara ion dan molekul air yang Arah gaya Lorentz mengikuti kaidah tangan kanan membentuk lapisan hydration shell mempengaruhi dengan besar 퐹 = 푞(푣 × 퐵). Gabrielli pada tahun terbentuknya presipitasi CaCO3. Semakin kuat 2001 meneliti tentang efek dari gaya Lorentz ikatan tersebut maka akan semakin sukar terbentuk terhadap presipitasi CaCO3 dengan memagnetisasi presipitasi. Salah satu metode untuk memecah larutan CaCO3 yang disirkulasi. Hasil pengamatan ikatan tersebut adalah dengan menggunakan medan terhadap ion Ca2+ sebelum dan sesudah magnet. Gaya Lorentz terjadi ketika ion (Ca2+ atau magnetisasi menunjukkan adanya pengurangan 2- CO3 ) bergerak melewati sebuah medan magnet. kadar ion tersebut dalam larutan [6]. Pergeseran ion

dari lintasan geraknya yang diakibatkan oleh lilitan 1000. Solenoid yang dibuat berjumlah 3 adanya gaya Lorentz memberikan efek pemutusan pasang. Karena power suplay yang digunakan ikatan antara molekul air dan ion. Efek gaya lorent adalah sumber tegangan (v) maka besarnya arus terhadap pergeseran ion telah dipelajari oleh Kozic yang dikonsumsi bergantung pada hambatan lilitan pada tahun 2003. Hasil simulasi menunjukkan kawat. Semakin besar hambatan lilitan maka terjadi persegesar ion sebesar 0,2 – 10 nm dan semakin kecil arus yang dibutuhkan. Hal ini 푣 pergeseran partikel 0,2 nm – 2 µm [7]. Besarnya berdasarkan hukum ohm. 푖 = . Arus (i) pergeseran tersebut yang bisa menyebabkan 푅 terganggunya hydration shell sehingga ion Ca2+ berbanding terbalik dengan hambatan (R). Medan 2- magnet yang dihasilkan oleh solenoid diukur dan CO3 dapat bertumbukan dan berikatan dengan menggunakan alat ukur medan magnet tipe membentuk CaCO3. U11300 merk 3B Net log produksi Jerman. 3. METODOLOGI Gambar 2 merupakan skematik peralatan yang Medan magnet dibangkitkan dari gulungan digunakan dalam proses pengolahan air kapur kawat yang berbentuk solenoid dengan jumlah dengan menggunakan medan magnet.

Magnet

Tangki air u s u Pipa s u s

Magnet Tangki Pompa air penampung

Gambar 2. Set-up rangkaian percobaan untuk pengujian air sampel.

Proses pengolahan dilakukan dengan 50 ml cuplikan air sampel memasukkan sampel larutan CaCO3 dengan kandungan kapur 1040 gr/L kedalam tangki air Dimasukkan ke dalam erlenmeyer kemudian air sampel akan dialirkan melewati 3 Air sampel + 5 ml Lar.buffer pH 10 + 2 tetes EBT pasang medan magnet dengan kecepatan aliran 375 mL/menit. Sirkulasi air sampel dilakukan selama 2 Menitrasi dengan EDTA jam dan untuk setiap 10, 20, 30, 45, 60, 80, 100 dan 120 menit dilakukan pengambilan sampel untuk Larutan merah + EDTA dilakukan pengujian kadar kapurnya. Suhu larutan dianggap sama antara 28 – 29 ºC. Air hasil Terus menitrasi pengolahan kemudia dilakukan Pengujian Larutan Biru dilakukan dengan menggunakan metode titrasi kompleksiometri EDTA untuk mengetahui banyaknya pengendapan yang terjadi (Gambar 3). Gambar 3. Diagram alur pengujian kadar kapur dengan metode titrasi kompleksiometri EDTA [8]

4. HASIL DAN DISKUSI Maksimum presipitasi yang terjadi setelah diberi perlakuan medan magnet sebesar 0,05 Tesla Penelitian pengaruh medan magnet terhadap adalah 28,57 % sedangkan untuk perlakuan dengan presipitasi CaCO3 telah dilakukan. Medan magnet medan magnet 0,1 tesla terjadi pengendapan dibuat dengan memanfaatkan solenoid dengan sebesar 57,69 %. Ikatan antara ion dan molekul air jumlah lilitan sebanyak 1000. Lilitan di beri variasi yang terbentuk (hydration shell) mengalami tegangan 5 dan 12 Volt. Besar medan magnet yang pelemahan setelah diberi perlakuan medan magnet. dihasilkan diukur dengan alat pengukur medan Pelemahan ikatan ini akan memudahkan ion – ion magnet U11300. Hasil pengukuran medan magnet pembentuk CaCO berikatan. Pelemahan ikatan dengan variasi tegangan dalam penelitian ini 3 antara molekul air dan ion dikarenakan terjadinya dirangkum dalam tabel 1. pergereseran ion dari lintasannya yang diakibatkan Tabel 1. Hasil pengukuran medan magnet oleh adanya gaya Lorentz. Gaya Lorentz terjadi Tegangan Arus Medan 2+ 2- ketika ion (Ca atau CO3 ) bergerak melewati (volt) (A) magnet (mT) sebuah medan magnet. Arah gaya Lorentz 12 2.30 105 mengikuti kaidah tangan kanan dengan besar 퐹 = Magnet I 5 0.87 46 푞(푣 × 퐵). Efek gaya Lorentz terhadap pergeseran 12 2.45 119 ion telah dipelajari oleh Kozic pada tahun 2003. Magnet II Hasil simulasi menunjukkan terjadi persegesar ion 5 0.94 50 sebesar 0,2 – 10 nm dan pergeseran partikel 0,2 nm 12 2.47 123 Magnet III – 2 µm [7]. Dengan pergeseran tersebut, hydration 2+ 2- 5 0.88 49 shell akan terganggu sehingga ion Ca dan CO3 akan terlepas dari ikatannya dengan molekul air Perbedaan medan magnit hasil pengukuran dan dapat berikatan membentuk CaCO3. disebabkan jumlah lilitan dari solenoid yang tidak Semakin besar penggunaan medan magnet sama persis 1000. Jumlah lilitan tersebut untuk mengolahan maka semakin besar gaya mempengaruhi hambatam dari solenoid, sehingga Lorentz yang dihasilkan. Semakin besar gaya arus yang dikonsumsi oleh lilitan pun berbeda – Lorentz yang dihasilkan maka ikatan antar molekul 2+ 2- beda. Medan magnet berbanding lurus dengan arus air dengan ion Ca dan CO3 mudah terlepas. yang dikonsumsi solenoid. Semakin kecil arus yang Terlepasnya ion – ion tersebut akan memudahkan dikonsumsi maka semakin kecil juga medan untuk saling berikatan dam membentuk kapur. magnet yang dihasilkan. Peletakan kutub medan magnet juga Gambar 4 menunjukkan pengaruh variasi besar berpengaruh pada proses pengendapan kadar kapur. medan magnet terhadap prosentase presipitasi Penggunaan medan magnet yang disusun paralel CaCO3. Grafik tersebut menunjukkan bahwa dapat meningkatkan efisiensi medan magnet yang pengolahan dengan menggunakan magnet 0,1 tesla digunakan. Penelitian yang dilakukan menghasilkan pengurangan kadar kapur dalam air menggunakan medan magnet yang disusun parallel. lebih banyak dari pada dengan medan magnet 0,05 Hal ini mengacu pada penelitian sebelumnya yang tesla. Tanda negatif pada grafik tersebut menghasilkan pengurangan kadar kapur lebih menunjukkan terjadinya pengurangan kadar kapur banyak 27,14% daripada magnet yang disusun dalam persen. seri[9]. Pengolahan dengan medan magent 0,05 tesla Perbedaan prosentase pengurangan ketika terjadi pengurangan kadar kapur seiring lama nya diberi perlakuan medan magnet seri dan paralel waktu yang pengolahan. Semakin lama adalah karena penempatan medan magnet tersebut pengolahan, pengurangan kadar kapur semakin berpengaruh pada orientasi ion – ion terhadap banyak berkurang. Sampai pada keadaan saturasi kutub magnet. Perubahan orientasi arah medan pada menit ke 80. Setelah menit ke-80 tidak terjadi magnet menyebabkan pergerakan ion berosilasi pengurangan kadar kapur. Hal ini dikarenakan mengikuti kutub magnet yang di berikan sehingga pengaruh medan magnet sudah tidak ada lagi akan memberikan pengaruh lebih besar untuk 2+ 2- terhadap ion – ion Ca dan CO3 . Sedangkan memperlemah interaksi hidrat ion. Sehingga untuk pengolahan medan magent 0,1 tesla, memudahkan ion – ion keluar dari ikatan molekul memberikan pengaruh yang lebih besar dengan air dan saling bertumbukan antar ion dan dapat waktu pengolahan yang sama. membentuk persipitasi CaCO3[9].

Tanpa pengolahan Magnet 0.05 T Magnet 0.1 T

0

-10

(%)

3 -20

-30

-40

-50

PenguranganCaCO

-60

0 20 40 60 80 100 120 Waktu (menit)

Gambar 4. Prosentase pengurangan kadar kapur dalam air dengan variasi besar medan magnet (0,05 dan 0,1 Tesla)

12

pH 1200 Conductivity 11 1000

10 800

pH 9 600

Conductivity (µS) Conductivity

8 400

7 200 0 20 40 60 80 100 120 Waktu (menit)

Gambar 5. pH dan konduktivitas air sampel setelah pengolahan dengan menggunakan medan magnet

Gambar 5 menunjukkan pengukuran pH air diolah. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa sampel di ukur dengan menggunakan alat AZ terjadi penurunan konduktivitas larutan setelah 86505. Dari hasil pengukuran (Gambar 5) diolah selama 120 menit dengan medan magnet didapatkan bahwa terjadi penurunan pH untuk sebesar 30,76 % dari 1180 ke 363. Menurut Holysz sampel setelah di olah dengan medan magnet dari tahun 2007 menyakatan penurunan konduktivitas 11,37 ke 10,51 untuk waktu pengolahan 120 menit. larutan disebabkan adanya pelemahan interaksi Penurunan pH ini diakibatkan berkurang nya ion – hidrat ion. Jika interaksi hidrat ion melemah maka 2+ 2- ion Ca dan CO3 dalam larutan yang membentuk terjadinya nukleasi CaCO3 akan lebih mudah[10]. presipitasi CaCO3. 5. SIMPULAN Selain pH, dilakukan juga pengukuran Penelitian yang dilakukan menunjukkan terhadap konduktivitas air sampel yang telah bahwa pengolahan air kapur dengan besar medan

magnet yang berbeda menghasilkan presipitasi [4] G. H. Fairchild and R. L. Thatcher, "Acicular

CaCO3 berbeda juga. Prosentase pengurangan Calcite and Aragonite Calcium Carbonate," maksimum sebesar 28,57 % untuk medan magnet US Patent vol. 6, 022, p. 517, 2000. [5] N. Saksono, A. Wijaya, and T. Budikania, 0,05 tesla dengan waktu pengolahan 120 menit "Pengaruh Medan Elektromagnet Terhadap sedangkan untuk besar medan magnet 0,1 tesla Presipitasi CaCO3," Prosiding Seminar menghasilkan pengendapan maksimum adalah Nasional Teknik Kimia “Kejuangan” pp. sebesar 57,69 %. G03-1 - G03-6, 26 Januari 2010 2010. [6] C. Gabrielli, R. Jaouhari, G. Maurin, and M. 6. DAFTAR ACUAN Keddam, "Magnetic water treatment for scale prevention," Water Research, vol. 35, pp. [1] A. Fathi, T. Mohamed, G. Claude, G. Maurin, 3249-3259, 2001. and B. A. Mohamed, "Effect of a magnetic [7] V. Kozic and L. C. Lipus, "Magnetic Water water treatment on homogeneous and Treatment for a Less Tenacious Scale," heterogeneous precipitation of calcium Journal of Chemical Information and carbonate," Water Research, vol. 40, pp. Computer Sciences, vol. 43, pp. 1815-1819, 1941-1950, 2006. 2013/05/30 2003. [2] H. Banejad and E. Abdosalehi, "THE [8] K. F. ITS, "Modul Praktikum Kimia Analitik EFFECT OF MAGNETIC FIELD ON I," 2004. WATER HARDNESS REDUCING," [9] T. Putro and Endarko, "Pengaruh Variasi Thirteenth International Water Technology Penempatan Kutub Medan Magnet pada Conference, IWTC 13 2009, Hurghada, Pengurangan Kadar CaCO3 dalam Air," Egypt, 2009. JURNAL FISIKA DAN APLIKASINYA, vol. 9 [3] P.-C. Chen, C. Y. Tai, and K. C. Lee, Nomor 3, pp. 125-127, 2013. "Morphology and Growth Rate of Calcium [10] L. Holysz, A. Szczes, and E. Chibowski, Carbonate Crystals in a Gas-Liquid-Solid "Effects of a static magnetic field on water Reactive Crystallizer," Chemical Engineering and electrolyte solutions," Journal of Colloid Science, vol. 2, No. 21-22, pp. 4171-4177, and Interface Science, vol. 316, pp. 996-1002, 1997. 2007.