METODE ELEKTRO-OSMOSIS UNTUK MENGURANGI KELEMBABAN PADA BANGUNAN Niswatun Na’imah dan Mochamad Zainuri Jurusan Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya E-mail:
[email protected] Abstrak Elektro-osmosis merupakan metode yang digunakan untuk mengurangi kelembaban pada bangunan. Pada metode tersebut digunakan beda potensial melalui elektroda untuk menggerakan molekul air yang terjebak dalam pori-pori bahan bangunan. Dalam penelitain tugas akhir ini, sistem elektro–osmosis dirancang dengan menggunakan elektroda tembaga yang dibenamkan diantara bahan uji dan pemberian variasi sinyal pada elektroda. Untuk mengetahui keefektifan metode elektroosmosis dalam mengurangi kelembaban, maka dilakukan perlakuan yaitu peletakan bahan uji di udara bebas sebagai pembanding antara elektro-osmosis dengan pemberian sinyal DC konstan dan sinyal Electro-Osmosis Pulse (EOP). Hasil pengukuran didapatkan nilai resistansi tertinggi terdapat pada bahan uji dengan perlakuan sinyal DC konstan. Meningkatnya nilai resistansi mengindikasikan berkurangnya molekul air dalam bahan uji. Diharapkan metode elektro-osmosis ini dapat menjadi solusi alternatif untuk mengurangi kelembaban pada bangunan. Abstract Electro-osmosis is the method used to reduce the moisture in the building. The method used the potential difference through the electrodes to infiltrate the water molecules are trapped within the pores of building materials. In this research, electro-osmosis systems are designed using copper electrodes are embedded between the test material and the variation of the signal on the electrodes. To identivication the effectiveness of electro-osmosis method in reducing moisture, so do the treatment that is the laying of the test material in the air as a comparison between the electro-osmosis by providing a constant DC signal and the signal Electro-Osmosis Pulse (EOP). The measurement results showed that the highest resistance values contained in the test material by providing a constant DC signal. Increased resistance value indicates reduced water molecules in the test material. Expected of this method of electro-osmosis may be an alternative solution for reducing moisture in buildings. Keywords: Electro-osmosis, moisture, buildings, signals, effectiveness
Pendahuluan merupakan nilai Kelembaban kuantitas partikel air yang terdapat pada suatu material. Kelembaban disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya adalah partikel air hujan yang terperangkap pada pori-pori bangunan dan air tanah yang naik melalui celah kapiler pada beton. Kelembaban berlebih akan menimbulkan dampak negatif diantaranya mempercepat timbulnya cendawan kelabu (Aspergillus)
sehingga memepengaruhi kualitas dan kenyamanan penghuni. Dewasa ini solusi yang pernah ditawarkan untuk mengendalikan tingkat kelembaban pada bangunan antara lain HVAC (heat, ventilation, Air Conditioner), pengecatan, dan pelapisan material kedap air, namun tidak semua morfologi dan arsitektur bangunan tersebut mendukung dari penerapan metode tersebut. Salah satu contoh adalah pengendalian kelembaban
pada bangunan cagar budaya. Dari permasalahan dan studi kasus yang ada, maka akan dilakukan penelitian tentang perancangan sistem elektro-osmosis untuk mengurangi kelembaban. Sistem elektroosmosis dapat menyebabkan air yang terperangkap dalam pori-pori bangunan dapat bergerak keluar (Frick, 2007). Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk membuat bentuk perancangan elektro-osmosis untuk mengurangi kelembaban pada bangunan, mengetahui keefektifan penerapan metode elektroosmosis untuk menggerakkan air yang terjebak dalam pori-pori bahan bangunan, dan mengetahui pengaruh pemberian variasi pola pulsa pada sistem elektroosmosis. Konsep Dasar Elektro-osmosis merupakan pergerakan suatu fluida polar pada suatu benda berpori atau celah kapiler akibat adanya beda potensial. Fenomena ini pertama kali muncul pada tahun 1808 oleh Prof Ferdinand Friedrich Reuss dari Moscow. Pada eksperimennya Reuss mengalirkan arus searah pada sebuah campuran tanah liat dengan air. Pada eksperimen tersebut didapatkan hasil bahwa air bergerak melalui pori-pori ke arah katoda dan ketika beda potensial tersebut dipindahkan, aliran air seketika berhenti (Staffan, 2009). Bahan bangunan merupakan bahan porus yang berasal dari alam. Bahan tersebut memiliki kemampuan untuk menyerap air. Bergeraknya air dalam bahan porus dipengaruhi oleh viskositas larutan, tegangan permukaan (terkait gejala adhesi dan kohesi), dan tekanan. Air yang terperangkap dalam pori akan berinteraksi dengan bahan, dengan adanya kandungan ion pada bahan akan menyebabkan adanya muatan permukaan. Muatan permukaan adalah gejala intereaksi antara ion yang dipengaruhi oleh
gaya elektro-statis. Sebagian besar bahan padat di alam memiliki muatan permuakaan negatif. Pada Gambar 1, terlihat ion negatif pada bahan akan cenderung menarik ion positif fluida.
Gambar 1. Aliran elektro-osmosis pada celah kapiler. (Masliyah, 2006)
Bentuk interaksi tersebut akan membentuk lapisan tipis (layer) pada permukaan antara bahan dan fluida. Lapisan tipis yang terjadi biasa disebut dengan lapisan permukaan ganda (double layer). Lapisan tipis berisi ion pada double layer akan membentuk beda potensial yang disebut zeta potensial. Ion yang terdapat pada fluida tidak semua membentuk double layer.Ion yang terhanyut akan membentuk muatan difuse. Muatan difus merupakan bentuk muatan yang terhidrasi, muatan tersebut memiliki kemampuan untuk bergerak ketika ada medan listrik (Masliyah, 2006). Pemberian medan listrik pada sistem elektro-osmosis akan menyebabkan muatan difus bergerak. Besar kecepatana alir dipengaruhi oleh zeta potensial yang terbentuk pada double layer. Arah aliran muatan bergantung pada jenis muatan difuse yang terbentuk. Jenis muatan difuse positif akan cenderung menuju ke katoda dan berlaku sebaliknya, salah satu studi kasus adalah pengelektroosmosisan air. Air memiliki zeta potensial antara 0.02-0.05 Volt (Lectros International Limited, - ). Metode Penelitian Bahan uji berupa batu kapur dengan dimensi 26x12x9 cm dimodifikasi dengan membuat rongga kotak dan rongga berupa titik sepanjang lajur bahan uji.
a) b) Gambar 5. a) Pola sinyal periodik-EOP, b) Pola sinyal konstan
Gambar 2. Morfologi bahn uji Selanjutnya, bahan perlakuan sebagai berikut:
uji
diberi
Analisa kelembaban pada bahan uji dan kondisi lingkungan dilakukan dengan menggunakan sensor SHT 111.
Sensor SHT 11
Gambar 3. Skema pemodifikasian bahan uji Tahap selanjutnya adalah perancangan elektro-osmosis, pada tahap ini elektroda, bahan uji yang sudah diberi perlakuan, tanah, dan sumber tegangan dirangkai sepertii gambar
Gambar 6. Pengukuran kelembaban dengan sensor SHT 11 Analisa kandungan terperangkap pada bahan uji dengan mengukur nilai menggunakan metode wheatstone .
air yang dilakukan resistansi jembatan
Jembatan Whetastone
Gambar 7. Pengukuran Resistansi dengan metode Jembatan Wheatstone Gambar 4. Morfologi Perancangan metode elektro-osmosis Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah bahan uji diletakkan di udara bebas, bahan uji diberi perlakuan sinyal DC konstan 25 Volt dan dengan sinyal EOP dengan interval waktu tertentu.
Hasil dan Pembahasan Nilai resistansi air PDAM dan air larutan batu kapur ditunjukkan pada table 1. Nilai resistansi batu kapur lebih kecil jika dibandingkan dengan air PDAM. penurunan nilai resistansi mengindikasikan adanya ion-ion yang terlarut dalam larutan batu kapur.
Tabel 1. Hasil pengukuran resistansi
Gambar 8. menunjukkan hasil pemantauan kelembaban tiap rongga pada bahan uji. Pada grafik yang dihasilkan terlihat pola nilai kelembaban mendekati nilai tertentu dan tidak terdapat perbedaan yang mencolok di setiap rongga. Nilai kelembaban mendekati antara 90 % - 96 %RH. Dengan pola kelembaban yang relatif sama di setiap ronggga, maka metode ini tidak efektif untuk pemantauan pergerakan fluida pada bahan uji, sehingga perlu dilakukan pengujian selanjutnya yaitu dengan pengukuran resistansi pada bahan uji.
Gambar 8. Pola kelembaban pada setiap rongga Gambar 9. menunjukkan hasil pengukuran resiatnsi bahan uji dengan perlakuan sinyal DC konstan. grafik yang dihasilkan terdapat pola kenaikan nilai resistansi dari titik pengujian awal sampai dengan titik akhir. Titik pengujian awal merupakan titik dengan posisi berdekatan dengan tanah dan titik akhir merupakan titik terdekat dengan elektroda positif (anoda). Kenaikan nilai resistansi dilihat dari adanya gradien dari hasil grafik. Dalam pengujian yang berlangsung pada beberapa hari dapat dilihat adanya pergeseran besar resistansi. Data resistansi bergeser naik dengan kisaran nilai antara 100 kΩ sampai dengan 2500 kΩ. Gradien resistansi terjadi karena adanya pergerakan fluida yang dipengaruhi oleh medan listrik
saat dilakukan elektro-osmosis. Medan listrik yang dihasilkan menyebabkan ionion kalsium yang terhidrasi bergerak dari anoda menuju katoda. Secara umum pergerakan ion disebabkan karena adanya peristiwa elektro-statis.
Gambar 9. Resistansi abahan uji dengan perlakuan menggunakan sinyal DC konstan Gambar 10 menunjukkan hasil pengukuran resiatnsi bahan uji yang diberi perlakuan sinyal Electro-Osmosis Pulse (EOP). Pola yang terbentuk didapatkan nilai resistansi periodik dan fluktuatif di beberapa titik uji. Pola nilai resistansi yang didapat tidak memiliki kemiripan dengan pola nilai resistansi saat bahan diberikan sinyal konstan, akan tetapi jika dilihat nilai resistansi bahan uji yang diukur pada interval waktu dari hari pertama sampai terakhir pengujian, pemberian sinyal EOP mampu untuk mengurangi kandungan air dalam bahan uji. Hal ini teridentifikasi dengan adanya kenaikan nilai resistansi di setiap titik bahan uji.
Gambar 10. Resistansi abahan uji dengan perlakuan menggunakan sinyal EOP
Penerapan dua macam sinyal pada proses pengujian elektro-osmosis membentuk nilai arus listrik yang berbeda. Gambar 11. menunjukkan bahawa pola arus yang dihasilkan oleh sistem dengan sinyal EOP dan sinyal DC konstan mengalami penurunan secara linier dengan nilai keseksamaan (R2) adalah 0,97. Pada akhir penerapan sinyal DC konstan nilai arus yang dihasilakan mendekati nol seperti pada Gambar 11. Hal tersebut disebabkan karena adanya ion-ion yang menempel pada elektroda sehingga menimbulkan kecenderungan elektroda untuk terjadi korosi, seperti pada Gambar 12.
pada arus pada sinyal DC konstan, hal ini disebabkan oleh kemampuan elektroda untuk menghantarkan medan listrik. Adanya perbedaan polaritas dan pergerakan yang secara periodik menyebabkan ion-ion yang terdapat dalam bahan tidak memiliki waktu untuk berinteraksi dengan elektroda. Sehingga menyebabkan elektroda memiliki kemampuan daya hantar yang baik.
Gambar 13. Arus listrik pada pengujian bahan uji dengan perlakuan sinyal EOP
Gambar 11. Arus listrik pada pengujian bahan uji dengan perlakuan sinyal DC konstan Gambar 14. Mofologi elektroda pada pengujian menggunakan sinyal EOP
Gambar 12. Mofologi elektroda pada pengujian menggunakan sinyal DC konstan Pengaruh penerapan sinyal EOP berupa pulsa (electro-osmosis pulse) terhadap besarnya arus listrik yang melalui bahan uji ditunjukkan oleh Gambar 13. berdasarkan grafik tersebut menunjukkan penerapan EOP mempengaruhi vibrasi/gerakan, adanya pergerakan molekul ini di indra sebagai arus. Arus listrik dengan sinyal EOP lebih besar dari
Untuk menegetahui keefektifan sistem elektro-osmosis yang telah dirancang, maka dilakukan pembandingan data dari hasil pengelektro-osmosisan terhadap bahan uji yang diletakkan di udara terbuka. Data pengukuran yang diambil dari hari ke-9 sampai hari ke -19 setelah dilakukan elektro-osmosis, didapatkan data seperti Gambar 15. Histogram yang terbentuk memperlihatkan adanya perbedaan nilai resistansi setiap titik di tiap bahan uji dan perubahan nilai resistansi tiap hari di titik yang sama. Pada histogram terlihat Kedua metode elektroosmosis yang telah dilakukan pada penelitian tugas akhir mampu untuk mengalirkan fluida yang terjebak dalam
pori-pori bahan uji. Hal ini terlihat dari perubahan resistansi yang diukur pada titik yang sama dalam beberapa hari. Dengan melihat besar nilai resistansi yang dihasilkan setelah dilakukan elektroosmosis dapat dikatakan metode elektro osmosis dengan mengunakan sinyal DC konstan 25 volt mampu mengalirkan fluida lebih baik jika dibandingkan dengan elektro osmosis dengan sinyal EOP.
a)
b) Gambar 15. Resistansi setiapperlakuan pada bahan uji,a) pada waktu hari ke-9 setelah elekto-osmosis, b) pada waktu hari ke-19 setelah elekto-osmosis. Penerapan metode elektro-osmosis dalam praktis sehari-hari perlu mempertimbangkan beberapa aspek, diantaranya adalah korosi yang terbentuk pada elektroda. Korosi elektroda menyebabkan aliran arus terganggu. Hal ini merujuk pada hasil pengukuran arus pada subbab 4.5.2 menunjukkan arus yang dihasilkan dari proses elektro-osmosis dengan sinyal DC konstan 25 volt memiliki arus yang lebih kecil dari pada sinyal EOP. Dari segi tinjauan perawatan
sistem (maintenace) dapat dikatakan bahwa elektro-osmosis dengan sinyal DC konstan membutuhkan perawatan elektroda yang kontiyu. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dalam tugas akhir ini, diperoleh kesimpulan bahwa: 1. Metode elektro-osmosis dapat diterapkan untuk mengurangi kelembaban pada bangunan akibat adanya rembesan air, karena sistem tersebut mampu menggerakan fluida yang terjebak pada pori-pori bahan bangunan. 2. Keefektifan metode elektro-osmosis terlihat dari nilai resistansi yang mengalami kenaikan dari hari awal sampai dengan hari terakhir pengukuran, nilai resistansi hasil pengukuran mengindikasikan kadar air dalam bahan uji. 3. Penerapan pulsa DC konstan 25 volt memberikan nilai resistansi paling besar pada bahan uji jika dibandingkan dengan penerapan sinyal pulsa EOP dan peletakan bahan uji di udara. Daftar Pustaka Frick, Heinz. 2007. Dasar-dasar Arsitektur Ekologis, Seri Eko Arsitektur. Yogyakarta : Kanisius. Wall, Staffan. 2009. The History of Electrokinetic Phenomena. Current Opinion in Colloid & Interface Science 15 (2010) 119–124. _____, A Review Of The Theory And Application Of Electro-osmois and Electro Damp-Proofing, Lectros International : Wykamol Group Masliyah, Jacob. H. 2006. Electrokinetic and Coloid Transport Phenomena. New Jersey : New John Wiley & Sons, Inc.
